CN104475978A - 用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法和系统。描述了一种用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法，其中激光束(2)用于将凹版印刷图案(3、3.1、3.2、3.3)直接雕刻到可激光雕刻的特别是金属的印刷板介质(1)的表面中，其中印刷板介质(1)的激光雕刻在一个接一个井然有序地执行的多个单独的雕刻步骤中逐层地被执行，使得凹版印刷图案(3、3.1、3.2、3.3)被逐渐地雕刻入印刷板介质(1)的表面中直至期望的雕刻深度，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间，被雕刻的印刷板介质(1)的表面被清除掉激光雕刻过程的残留物。

Description

用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法和系统
本申请是申请日为2009年05月05日，申请号为200980116315.X，发明名称为“用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法和系统”的申请的分案申请。
技术领域
本发明大体上涉及应用于安全纸(security paper)——包括纸币、印花税、税签(banderol)或标签、身份证或旅游证件等——的生产的凹版印刷领域。
本发明更准确地涉及用于制造用于安全纸的纸张或卷筒纸的凹版印刷的凹版印刷板的方法和系统，所述方法和系统基于印刷板介质尤其是金属印刷板介质的直接激光雕刻。
发明背景
通过直接激光雕刻制造用于证券的生产的凹版印刷板是本领域已经知道的。
例如，国际申请第WO 97/48555A1号公开了用于金属印刷板介质的直接雕刻的方法，其中精确的雕刻工具例如激光雕刻工具以这样的方式被引导以便沿着位于期望的轮廓内并且具有期望的穿透深度的确定的工具轨迹前进，以从在期望的轮廓内的印刷板介质在期望的深度处除去材料。这种雕刻过程是基本上矢量的，因为激光雕刻工具沿着相应于将被雕刻的凹版印刷图案的确定的工具轨迹前进。
欧洲专利申请第EP 1 334 822A2号公开了用于凹版印刷板或滚筒的直接激光雕刻的方法和设备，其中雕刻借助于由脉冲Nd-YAG激光装置产生的激光束被执行。可激光雕刻的印刷板介质被安装至能够沿着两个直角坐标轴移动并且由计算机控制的电动机驱动的平台上，该计算机还控制脉冲激光装置的操作和启动。脉冲激光装置被安装为垂直地可移动的，并且其相对于平台的高度借助于由计算机控制的电动机是可调整的，以便校正和调整在待雕刻的板上的激光束的聚焦。具有检流计电动机(galvanometricmotor)的光学系统用于将激光束引导至聚焦透镜上，聚焦透镜将激光束聚集在仅覆盖整个印刷板表面的有限部分的确定的雕刻区域内的期望的点上。脉冲激光装置被特别地设计，以产生功率远远高于普通的连续操作激光装置的功率的脉冲。这种解决方案的一个缺点在于以下事实：雕刻过程涉及重复的局部处理以雕刻印刷板的全部区域，每次处理大约100mm×100mm的雕刻区域。提供了具有合适的焦距的光学系统，以在雕刻区域内处理每个期望的位置。因此，激光束相对于印刷板的表面的入射角根据激光束相对于正在被雕刻的雕刻区域的位置的方位而变化，从而潜在地影响了雕刻均匀性。此外，这样的处理需要非常高的精度，以便在相邻的雕刻区域之间不出现重叠或间隙。
国际申请第WO 2006/045128A1号公开了用于生产凹版印刷板的直接激光雕刻系统，该生产遵循与上文提到的欧洲专利申请第EP 1 334 822A2号中描述的方法相似的方法，即，可激光雕刻的印刷介质被相似地安装至可移动的x-y平台上，同时激光装置被控制以雕刻印刷板表面的有限区域。关于这种直接激光雕刻系统的进一步的细节可以在Messrs.HaraldDeinhammer、Daniel Schwarzbach、Rudolf Kefeder和Peter Fajmann的题目为“The implication of direct laser engraved intaglio printing plates on banknotesecurity”(Proceedings of SPIE，第6075卷，2006，607503-1至607503-11，下文称为Deinhammer2006)的文章中找到。这个另一种系统的雕刻区域是约70mm×70mm，这意味着每一次只可以雕刻凹版印刷图案的有限部分并且雕刻过程必须以高精度重复，以便在相邻的雕刻区域之间不形成可见的重叠或间隙。如在国际申请第WO 2006/045128A1号中公开的，这意味着以规则的间隔执行繁重的且费时的校准操作。
国际申请第WO 2006/045128A1号的直接激光雕刻系统的另一缺点还在于以下事实：激光束相对于印刷板表面的入射角根据激光束相对于正在被处理的雕刻区域的位置的定位而变化，这潜在地导致雕刻的不均匀性，是应当避免的。
这种直接激光雕刻系统的又一个缺点(其也是国际申请第WO97/48555A1号公开的方法的特征)在于以下事实：用于控制激光雕刻装置的数据基本上基于向量化的图形数据。这意味着雕刻时间将随着设计复杂性而增加，如在Deinhammer2006中讨论的。
关于凹版印刷板的直接激光雕刻的进一步的讨论可以进一步地在国际申请第WO 2005/002869A1号以及Messrs.Harald Deinhammer、FranzLoos、Daniel Schwarzbach和Peter Fajmann的题目为“Direct Laser Engravingof Intaglio Printing Plates”(Proceedings of SPIE，第5310卷，2004，第184-193页，下文称为Deinhammer2004)的相关文章中找到。根据国际申请第WO2005/002869A1号，由黄铜或其合金制造或具有由黄铜或其合金组成的外层的印刷板被激光直接雕刻，并且一旦被完全雕刻就在被最终抛光和镀铬之前经受清洁工艺，以除去激光雕刻过程的熔融残留物，该清洁工艺涉及在酸性溶液的化学浴中的化学处理。在被雕刻的板的化学处理之前，可以通过喷射固体二氧化碳小球来执行对被雕刻的印刷板的表面的干冰预清洁(再次见Deinhammer2006)。所提出的对被雕刻的印刷板的化学后雕刻处理以及干冰预清洁是相当侵蚀性的，并且如果它未被控制和正确地执行则可以导致期望的凹版雕刻的劣化。此外，使用干冰预清洁的雕刻后处理和使用酸性溶液的处理是不利的，因为它们可以导致雕刻不均匀性并且缺乏可重复性，即，从相同的设计生产的两个凹版印刷板之间的差异。
在这里通过引用被全部并入的以本申请的申请人的名义的国际申请第WO 03/103962A1号公开了制造用于凹版印刷板的生产的被雕刻的板的不同的方法。虽然将被雕刻的凹版印刷设计在使用向量化图形和/或位图图形的计算机辅助设计系统上被构思，但是最终的凹版印刷设计被转换为所谓的深度图，该深度图基本上由代表待雕刻的凹版印刷图案的三维像素数据组成，并且在该深度图中每个像素的“强度”代表将在印刷板的相应位置处被雕刻的深度。然后，激光雕刻装置基于该深度图被控制，以执行相应于深度图的每个像素的一系列连续的基本雕刻步骤。雕刻的典型的分辨率可以高达8000dpi，这相当于在两个连续的基本雕刻步骤之间的约3微米的距离。因此，可以基于所生成的深度图通过激光束雕刻印刷板，以产生进入印刷板表面中的雕刻。
这种方法的基本的优点在于以下事实：形成将在印刷板中被雕刻的整个凹版印刷设计的各种设计元素没有被单独地雕刻，而是相反逐像素地被同时雕刻。此外，并且与上文提到的方法相反，雕刻时间与凹版印刷设计的复杂性无关，并且仅取决于将被雕刻的设计的最大深度。这种逐像素方法进一步体现为关于雕刻轮廓和其形状的更大的灵活性和控制。
在国际申请第WO 03/103962A1号中公开的雕刻方法可以特别地被实现来雕刻高度复杂的凹版印刷图案，例如在也以本申请人的名义的国际申请第WO 2005/090090A1号和WO 2007/119203A1号中公开的。在WO03/103962A1中公开的逐像素雕刻原理特别适合于雕刻在国际申请第WO2007/119203A1号中讨论的展现出元素的高复杂性和密度的图案，并且这有合理地短的雕刻时间。例证性的凹版印刷图案在图1和图2中示出，这些凹版印刷图案类似于在大多数凹版印刷纸币上找到的那些凹版印刷图案。图1是可以在国际申请第WO 03/103962A1号中找到的人像的眼睛部分的放大视图，而图2是根据国际申请第WO 2007/119203A1号的教导的另一个人像的眼睛部分的放大视图，其中典型的曲线凹版印刷图案与微型字母交错，微型字母在尺寸上被调整以产生风格的变化。这些凹版印刷图案通常由在尺寸上被调整的曲线元素的复杂排列形成，这些元素产生了人们希望在安全纸上创造的图形表示的期望的半色调。曲线元素通常具有大约为10微米和更大的线宽度。
如在国际申请第WO 03/103962A1号中讨论的，逐像素雕刻方法可以被实现来雕刻凹版印刷板的前体，例如聚合物板(该前体然后用于通过电镀复制工艺生产任意数量的相同的印刷板)，或者直接雕刻最终用作凹版印刷板的金属板(通常在其表面的镀铬之后)。有利地，通过将可激光雕刻的印刷介质安装在旋转滚筒的外周上并且使激光雕刻装置在平行于滚筒的轴线的方向上移动来执行雕刻过程。
如国际申请第WO 03/103962A1号中教导的对凹版印刷板的聚合物前体的激光雕刻已经被本申请人成功地付诸实践，本申请人现在已经向全世界的纸币印刷行业出售了许多Computer to Intaglio或CTiP系统。这样的系统现在被全世界的很多纸币预印中心用于制造用于纸币和其他安全纸的生产的凹版印刷板。
对凹版印刷板的聚合物前体的激光雕刻相比于对印刷板的直接激光雕刻是有利的，因为对聚合物前体的雕刻可以在一次操作中被执行并且具有高雕刻质量。因此，对聚合物前体的雕刻特别适于用于纸币的生产的高质量高分辨率的凹版印刷板的制造。
对凹版印刷板的聚合物前体的激光雕刻的另一个优点在于以下事实：这样的前驱物一旦被雕刻就可以用于通过电镀工艺生产所谓的“Alto”，这种Alto可以用于生产用于复制多个绝对相同的凹版印刷板的主印刷板(或原始印刷板)，或作为“主Alto”以直接生产这样的多个绝对相同的凹版印刷板。因为电镀工艺是非常稳定且均匀的工艺，在已经从相同的主印刷板复制的多个印刷板之间出现差异的可能几乎不存在。此外，可以利用如在本行业中常规地使用的同样的印刷板材料，而这不会对操作印刷机的印刷工人的实际工作有任何影响。
然而，对凹版印刷板的直接激光雕刻具有在环境要求方面的优点，因为它能够避免利用环境不友好的化学试剂的电镀工艺。
本申请人进行的测试已经表明，对印刷板介质尤其是金属介质的直接激光雕刻导致需要被除去以确保合适的雕刻和印刷质量的残留物的形成。残留物的量直接取决于雕刻的深度并且因此随雕刻深度而增加。当人们希望在印刷板介质中形成相对深的雕刻尤其是具有超过50微米(且甚至更关键地大于100微米)的深度的雕刻时，除去这些量的残留物成为特别关键的。
虽然对印刷板材料的特别的选择影响熔融残留物的形成，但是这样的形成在凹版印刷板的直接激光雕刻的背景中是不可避免的，并且应当在避免降低期望雕刻的质量的同时注意除去这些残留物。对于雕刻深的凹版印刷图案来说，这一点再次是非常关键的，因为产生了变得难以除去的很大量的残留物。
这构成为什么在Deinhammer2006中提出下列操作的原因之一：通过在低温(大约-80℃)在雕刻印刷板的表面上喷射二氧化碳的干冰小球来执行雕刻印刷板的表面的预清洁操作，并且然后使预清洁的印刷板在酸性溶液中经受化学处理。如已经提到的，这样的操作潜在地是不利的，因为它们可能导致雕刻不均匀性。此外，这些清洁操作仅可以在印刷板被全部雕刻时来执行。
还注意到，虽然激光束的能量被充分吸收并且在被雕刻的印刷板介质的材料的前几微米中转化为热能，导致材料的局部熔化和蒸发，但是热能不再被引导并且在所有方向上均匀地扩散到印刷板介质下部的材料中。作为结果，较高的激光能量不仅产生较深的雕刻，而且增加了线宽度(再次见Deinhammer2004)。
因此，需要用于制造凹版印刷板的改进的方法和系统，其中激光束用于将凹版印刷图案直接雕刻到可激光雕刻的尤其是金属的印刷板介质的表面中。
发明概述
因此，本发明的一般目的是提供用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的改进的方法和系统，其中激光束用于将凹版印刷图案直接雕刻到可激光雕刻的印刷板介质的表面中。
本发明的进一步的目的是提供提高使凹版印刷图案的雕刻轮廓成形的能力的这样的方法和系统，这些凹版印刷图案是人们期望直接雕刻到印刷板表面中的。
本发明的又一个目的是提供能够在保证雕刻的高质量的同时限制熔融残留物的形成并且便于熔融残留物的除去和清除的这样的方法和系统。
本发明的再一个目的是提供能够尽可能地避免借助于侵蚀性的清洁工艺的使用来从印刷板的表面除去激光雕刻过程的熔融残留物的解决方案，所述侵蚀性的清洁工艺可能消极地影响雕刻均匀性和质量。
由于权利要求中限定的解决方案，实现了这些目的。
根据本发明，提供了用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法，其中激光束用于将凹版印刷图案直接雕刻到可激光雕刻的特别是金属的印刷板介质的表面中，其中印刷板介质的激光雕刻在一个接一个相继地执行的多个单独的雕刻步骤中逐层地被执行，使得所述凹版印刷图案被逐渐地雕刻入印刷板介质的表面中直至期望的雕刻深度，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间，被雕刻的印刷板介质的表面被清除掉激光雕刻过程的残留物。
每个单独的雕刻步骤可导致从所述印刷板介质选择性地除去一层材料，该层材料的厚度可不超过预选的最大值，所述最大值可优选地在10微米至15微米之间。
所述凹版印刷图案的至少一部分可被雕刻到至少80微米的深度。
在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间对所述被雕刻的印刷板介质的表面的清洁可被机械地执行。
在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间对所述被雕刻的印刷板介质的表面的清洁可借助于旋转刷来执行，该旋转刷在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间可在所述被雕刻的印刷板介质的表面上移动。
每个雕刻步骤可涉及基于所述凹版印刷图案的雕刻深度图的三维像素数据来对所述印刷板介质进行逐像素雕刻。
产生被引导到所述印刷板介质的表面的激光束的激光雕刻单元可在每个单独的雕刻步骤期间在所述印刷板介质的表面之上从起始位置移动至结束位置，并且，对所述被雕刻的印刷板介质的表面的清洁可在非工作状态的所述激光雕刻单元从所述结束位置移动回所述起始位置时被执行。
所述印刷板介质可被安装至支持滚筒的外周上，所述支持滚筒可在产生被引导到所述印刷板介质的表面的激光束的可移动的激光雕刻单元前方旋转，所述激光雕刻单元可平行于所述支持滚筒的旋转轴线可移动，其中，所述激光雕刻单元可在每个单独的雕刻步骤期间沿着所述支持滚筒的所述旋转轴线逐步地从起始位置移动至结束位置，以便处理所述印刷板介质的表面的连续的环状部分，并且，对所述被雕刻的印刷板介质的表面的清洁可在非工作状态的所述激光雕刻单元从所述结束位置移动回所述起始位置时被执行。
对所述印刷板介质的表面的雕刻首先可通过以最深的凹版印刷图案开始并且在后续的雕刻步骤期间逐渐地增加较浅的凹版印刷图案来执行。
所述激光束的聚焦可在所述单独的雕刻步骤中的至少一个期间被调整。
所述激光束的聚焦可在所述单独的雕刻步骤期间不被调整，并且，对所述印刷板介质的表面的雕刻可被分解在多个雕刻阶段中，每个雕刻阶段可包括一个或多个单独的雕刻步骤，由此在每个雕刻阶段期间仅部分期望的凹版印刷图案被雕刻。
所述激光束相对于所述印刷板介质的表面的入射角可在整个雕刻过程中保持恒定。
还提供了用于实现上文的方法的直接激光雕刻系统，即，包括以下部件的激光雕刻系统：用于安装可激光雕刻的印刷板介质的支持元件、产生被引导到印刷板介质的表面的激光束的用于在多个单独的雕刻步骤中逐层地雕刻印刷板介质的表面的激光雕刻单元、以及用于在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间清洁被雕刻的印刷板介质的表面并且从被雕刻的印刷板介质的表面除去残留物的清洁单元。
所述印刷板介质可被安装至充当所述支持元件的支持滚筒的外周上，所述支持滚筒可在所述激光雕刻单元前方旋转，所述激光雕刻单元可平行于所述支持滚筒的旋转轴线可移动。
所述激光雕刻单元可在每个单独的雕刻步骤期间沿着所述支持滚筒的旋转轴线逐步地从起始位置可移动至结束位置，以便处理所述印刷板介质的表面的连续的环状部分，并且，所述清洁单元在非工作状态的所述激光雕刻单元从所述结束位置移动回所述起始位置时可以是处于工作状态的。
所述激光雕刻单元和所述清洁单元可被安装在相对于所述印刷板介质的表面可移动的公共框架上。
所述清洁单元可包括可旋转刷，所述可旋转刷可以与所述被雕刻的印刷板介质的表面接触以机械地从所述被雕刻的印刷板介质除去残留物。
由于这种解决方案，雕刻过程被细分为多个单独的雕刻步骤，每个单独的雕刻步骤涉及从印刷板介质除去有限量的材料并且因此限制了残留物的形成。此外，被雕刻的印刷板介质的表面在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间被清洁，使得残留物在下一个雕刻步骤执行之前被除去，这最终改善了雕刻质量。
根据一个实施方案，每个单独的雕刻步骤导致从印刷板介质选择性地除去一层材料，这层材料的厚度不超过预选的最大值。该预选的最大值优选地在10微米至15微米之间。
根据另一个实施方案，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间对被雕刻的印刷板介质的表面的清洁有利地借助于在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间在被雕刻的印刷板介质的表面上移动的旋转刷来机械地被执行。
根据又一个实施方案，印刷板介质被安装至支持滚筒的外周上，支持滚筒在产生被引导到印刷板介质的表面的激光束的可移动的激光雕刻单元前方旋转，激光雕刻单元平行于支持滚筒的旋转轴线可移动。
根据再一个实施方案，激光束相对于正在被雕刻的印刷板介质的表面的入射角保持恒定，从而在整个雕刻过程中保证了完美的雕刻均匀性。
根据另一实施方案，产生被引导到印刷板介质的表面的激光束的激光雕刻单元在每个单独的雕刻步骤期间在印刷板介质的表面上从起始位置移动至结束位置，并且对被雕刻的印刷板介质的表面的清洁在非工作状态的激光雕刻单元从结束位置移动回起始位置时被执行。
有利地，在印刷板介质如上文提到的被安装至支持滚筒的外周上的实施方案的背景中，激光雕刻单元在每个单独的雕刻步骤期间沿着支持滚筒的旋转轴线逐步地从起始位置移动至结束位置，以便处理印刷板介质的表面的连续的环状部分，并且对被雕刻的印刷板介质的表面的清洁在非工作状态的激光雕刻单元从结束位置移动回起始位置时被执行。
根据再一个实施方案，对印刷板介质的表面的雕刻首先通过以最深的凹版印刷图案开始并且在后续的雕刻步骤期间逐渐地增加较浅的凹版印刷图案来执行。这有利地能够将较浅的和较精细的凹版印刷图案保持到最终的雕刻步骤，所述较浅的和较精细的凹版印刷图案对清洁操作是较敏感的。这可以使用在单独的雕刻步骤期间调节激光束的聚焦的自动聚焦系统或通过将雕刻顺序分解在多个雕刻阶段中来执行，每个雕刻阶段包括一个或多个单独的雕刻步骤，由此在每个雕刻阶段期间仅部分期望凹版印刷图案被雕刻。
本发明的另外的有利的实施方案形成从属权利要求的主题并且在下文被讨论。
附图的简要说明
从阅读以下的对本发明的实施方案的详细描述中，本发明的其他特点和优点将更清楚地呈现，本发明的实施方案只作为非限制性的例子被提出并且被附图示出，在附图中：
图1是通过可以在国际申请第WO 03/103962A1号中找到的凹版印刷实现的人像的眼睛部分的放大视图；
图2是通过根据国际申请第WO 2007/119203A1号的教导的凹版印刷实现的另一个人像的眼睛部分的放大视图；
图3是印花税或税签的示例性的凹版印刷设计的图示，该凹版印刷设计由可以通过根据本发明的直接激光雕刻产生的多个设计元素组成；
图4是根据本发明雕刻的凹版印刷板的一部分的灰度照片，其中如图3中所示的多个凹版印刷图案已经被雕刻在凹版印刷板上；
图5a和图5b是根据本发明的单独的雕刻步骤以及在其后跟随的清洁步骤的两个示意图；
图6是示出了根据本发明的凹版印刷板的单独的雕刻步骤的可能的顺序的示意图；
图7是示出了根据本发明的凹版印刷板的单独的雕刻步骤的另一可能的顺序的示意图；
图8a和图8b是示出了根据本发明的凹版印刷板的单独的雕刻步骤的另一可能的顺序的示意图；
图9是实现本发明的方法的激光雕刻系统的示意性的侧视图；以及
图10是图9的激光雕刻系统的示意性的透视图，其中仅示出了激光雕刻系统的部件的一部分。
本发明的实施方案的详细描述
在本发明的背景中，“凹版印刷设计”或“凹版印刷图案”应当被理解为是指通过雕刻产生的并且由具有变化的线宽度和雕刻深度的多个曲线元素的排列组成的设计和图案。这样的凹版印刷设计和凹版印刷图案在印刷的产品上产生容易辨别的并且在大多数安全纸上找到的特征印刷设计和图案。这样的凹版印刷的设计和图案的例子在图1和图2以及图3中图示，图1和图2已经被讨论，图3示出了能以相应的凹版印刷图案的形式通过根据本发明的直接激光雕刻被雕刻入凹版印刷板的示例性的凹版印刷设计。这些图示明显地是完全例证性的并且不应该被认为限制了本发明的范围。
根据本发明生产的凹版印刷设计和凹版印刷图案应当与在照相凹版印刷(或转轮凹版印刷)的背景中使用的设计和图案区别开来，在照相凹版印刷中，设计和图案仅仅由具有变化的宽度和/或深度的被雕刻入圆柱体的表面中的多个小室(cells)的阵列组成，其中小室被小室壁分隔。照相凹版印刷利用被允许溢出小室壁的低粘度油墨，使得单独的小室在印痕中不再是可见的。照相凹版印刷中的小室可以通常高达50微米深(小室深度通常在10微米至30微米之间)，并且照相凹版印刷不在印刷的最终产品上产生任何明显的浮雕。关于照相凹版印刷的细节可以在HelmutKipphan的“Handbook of Print Media”(Springer-Verlag，2001，ISBN3-540-67326-1)中找到(见例如，第48页至第53页上的第1.3.2.2章以及第360页至第394页上的第2.2章)。
相反地，如应用于安全纸的生产的凹版印刷基于具有呈曲线图案的形状的凹版印刷图案的被雕刻的印刷板的使用，这种曲线图案的至少一部分的深度通常超过50微米。此外，这些凹版印刷图案以高粘度油墨被涂墨并且印刷在高印刷压力下进行，导致在印刷的最终产品上的特征压纹。
图3示出了印花税或税签的可以通过根据本发明的直接激光雕刻生产的示例性的凹版印刷设计，凹版印刷设计在全文中由参考数字12表示。该凹版印刷设计12由多个设计元素12a至12g组成，多个设计元素包括例如所谓的潜象12a、有变化的大小的文字或类似的字母数字标记12b、12c、12d、有油墨保持结构(未示出)的大表面图案12e、徽标12f以及扭索状图案12g。可以设想任何其他图案或其组合，包括与在如图1和图2中描绘的典型的凹版印刷人像中找到的图案相似的图案。
图3的凹版印刷图案的各种设计元素12a至12g可以借助于合适的设计软件来产生，例如由本申请人销售的软件。每个设计元素12a至12g的雕刻轮廓可以根据由设计者选择的参数单独地定义，以创建如在国际申请第WO 03/103962A1号中讨论的所谓的原始深度图。然后该原始深度图被数字地复制与所需要的一样多的次数，以形成待雕刻的凹版印刷板的主深度图。基于图3的凹版印刷设计被雕刻的凹版印刷板1的表面的部分视图在图4的灰度照片中示出。图4的灰度照片实际上示出了被雕刻的凹版印刷板1的镜象，应当理解，被雕刻入印刷板1中的凹版印刷图案是图3中所示的凹版印刷设计的镜象。
现在将参照图5a和图5b描述根据本发明的方法的基本原理。图5a示意性地示出了在正在被激光束2雕刻以在其表面中形成雕刻3的过程中的印刷板介质1。图5a中的阴影区域表示正在被激光束2除去的材料。为了说明的目的，雕刻3的尺寸已经被放大。作为例子，凹版印刷图案3的至少一部分可以被雕刻至约80微米的深度。应当理解，雕刻的深度可以高达150微米(或最终更多)，而典型的线宽度范围从约10微米至500微米。在雕刻中形成合适的油墨保持结构的前提下，更宽的线宽度或表面是可能的，油墨保持结构目的在于防止油墨被凹版印刷压机的擦拭系统从雕刻擦掉。
雕刻优选地基于期望的凹版印刷图案的雕刻深度图的三维像素数据逐像素地被执行，如在国际申请第WO 03/103962A1号中讨论的。印刷板介质1优选地由金属制造或包括由金属制造的外层，所述金属例如镍、钢、黄铜、锌、铬或其合金，这些材料全都是本领域普遍使用的。
根据本发明，印刷板介质1在一个接一个井然有序地执行的多个单独的雕刻步骤中被雕刻(图5a示出了一系列单独的雕刻步骤中的第一个)，使得凹版印刷图案被逐渐地逐层地雕刻入印刷板介质1的表面中直至期望的雕刻深度。优选地，每个单独的雕刻步骤导致从印刷板介质1选择性地除去一层材料，这层材料的厚度不超过预选的最大值△MAX。该最大值△MAX优选地在10微米至15微米之间。
如图5b示意性地图示的，被雕刻的印刷板介质1的表面在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间，即，在除去每个层之后被清洁。对印刷板介质1的表面的清洁可以方便地被机械地执行(即，不借助于侵蚀性的清洁工艺的使用)。这样的清洁可以有利地借助于在被雕刻的印刷板介质1的表面上移动的旋转刷9来执行。
如在下文将认识到的，印刷板介质1可以有利地被安装至支持滚筒的外周上，支持滚筒在产生被引导到印刷板介质1的表面的激光束的可移动的激光雕刻单元前方旋转，激光雕刻单元平行于支持滚筒的旋转轴线可移动。在这个背景下，在激光雕刻单元沿着支持滚筒的轴线逐步地从起始位置移动至结束位置时，每个单独的雕刻步骤可以方便地被执行，以便处理印刷板介质的表面的连续的环状部分，并且对印刷板介质1的表面的清洁可以在非工作状态的激光雕刻单元从结束位置移动回起始位置时被执行。
优选地，激光束2相对于正在被雕刻的印刷板介质1的表面的入射角保持恒定，从而在整个雕刻过程中保证了完美的雕刻均匀性。
在本发明的背景中可以设想单独的雕刻步骤的不同的顺序。图6示出了可能的顺序，其中分别由参考数字3.1和3.2表示的第一凹版印刷图案和第二凹版印刷图案被逐渐地逐层形成。第一凹版印刷图案3.1在例如三个步骤中通过在第一雕刻步骤期间形成第一部分雕刻、在第二雕刻步骤期间将雕刻加深至第二部分雕刻、并且在第三雕刻步骤期间最终加深至最终的凹版印刷图案3.1而被雕刻。较浅的凹版印刷图案3.2相似地在与第一凹版印刷图案3.1的第一部分雕刻和第二部分雕刻同时执行的两个步骤中被雕刻，部分雕刻在第一步骤期间被雕刻并且随后在第二雕刻步骤期间被加深至最终的凹版印刷图案3.2。图6中的阴影区域再次表示在每个雕刻步骤期间正在被激光束2除去的材料(这同样适用于在下文讨论的图7以及图8a和图8b)。此外，应当理解，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间，印刷板介质1的表面被清除掉残留物。
图7示出了另一可能的顺序，其中对印刷板介质1的表面的逐层雕刻首先通过以最深的凹版印刷图案(例如凹版印刷图案3.1)开始并且在后续的雕刻步骤期间逐渐地增加较浅的凹版印刷图案(例如凹版印刷图案3.2和随后的凹版印刷图案3.3)来执行。例如，在第一雕刻步骤期间，仅凹版印刷图案3.1被部分地雕刻。在第二步骤期间，该凹版印刷图案3.1被加深，并且同时形成凹版印刷图案3.2的部分雕刻。在第三步骤期间，凹版印刷图案3.1和凹版印刷图案3.2被进一步加深，而较浅的第三凹版印刷图案3.3在印刷板介质1的表面中形成。
如在图7中明显的，在第二雕刻步骤和第三雕刻步骤期间在这种情况下需要调整激光束2的聚焦，因为材料在印刷板介质1的不同的水平处被除去。这可以使用用于在雕刻步骤期间调整激光束2的聚焦(对激光束2的聚焦的这样的调整在第一雕刻步骤期间将不是必要的)的适当的系统来执行。
可选地，如图8a和图8b中所示的，人们可以将逐层雕刻顺序分解在多个雕刻阶段中，每个雕刻阶段包括一个或多个单独的雕刻步骤，由此在每个雕刻阶段期间仅部分期望凹版印刷图案被雕刻。
例如，图8a和图8b示出了凹版印刷图案3.1在第一雕刻阶段期间形成并且凹版印刷图案3.2和凹版印刷图案3.3在后续的第二雕刻阶段期间形成的情况。更确切地，图8a和图8b示出了被执行来形成凹版印刷图案3.1的第一、第二、第三和第四雕刻步骤(该第一至第四雕刻步骤相应于第一雕刻阶段)，而较浅的凹版印刷图案3.2和凹版印刷图案3.3在第五和第六雕刻步骤(该第五和第六雕刻步骤相应于第二雕刻阶段)期间同时形成。显然可以设想多于两个的雕刻阶段。
与参照图7讨论的雕刻步骤的前面的顺序相反，激光束2的聚焦在每个雕刻步骤期间不需要被调整，而是仅仅在从一个步骤到下一个步骤时需要被调整，如在图6的雕刻步骤的顺序的情况下。
在上文参照图7以及图8a和图8b讨论的雕刻步骤的顺序可能是有利的，因为较浅的和较精细的凹版印刷图案在雕刻过程的最终阶段期间形成并且不受重复的清洁操作影响。
在上文参照图6、7、8a和8b讨论的雕刻步骤的顺序仅表示可能的雕刻顺序。可以设想雕刻步骤的其他顺序。
图9是实现本发明的方法的激光雕刻系统的示意性的部分侧视图。如已经提到的，印刷板介质1优选地被安装在支持滚筒5的外周上(也见图10)，支持滚筒5在产生被引导到印刷板介质1的表面的激光束2的可移动的雕刻单元4前方旋转，激光雕刻单元4平行于支持滚筒5的旋转轴线O可移动。
激光雕刻单元4可以是任何类型的合适的激光雕刻单元，例如镱光纤激光单元。激光可以经由光纤光缆40从激光源(未示出)方便地被提供给单元4的激光头。激光雕刻单元4被安装在框架(在图10中未示出)上，该框架在起始位置(在图10中被显示在左侧)和参考数字4*表示的结束位置(在图10中在右侧)之间平行于滚筒5的旋转轴线O可移动。
激光雕刻单元4可在每个单独的雕刻步骤期间沿着支持滚筒5的旋转轴线O逐步地从起始位置移动至结束位置(例如在图10中从左至右)，以便处理印刷板介质1的表面的连续的环状部分。
在全文中由参考数字6表示的清洁单元优选地借助于支持臂(未示出)安装在与激光雕刻单元4相同的框架上，以便与后者一起移动。支持臂被设计为使清洁单元能够在工作位置(如图9中图所示的)和撤回的非工作状态位置(未示出)之间移动，在所述工作位置，清洁单元6与被支持滚筒5支撑的印刷板介质1的表面接触，在所述撤回的非工作状态位置，清洁单元6从印刷板介质1的表面移走。清洁单元6在非工作状态的激光雕刻单元4从结束位置移动回起始位置(例如在图10中从右到左)时优选地是操作的。然而，可以设想用于清洁单元6的安装的其他布置，包括清洁单元6和激光雕刻单元4被安装在分离的框架上的布置，和/或清洁单元6是可撤回的布置，该撤回是例如通过使清洁单元6朝着和远离被支持滚筒5支撑的印刷板介质1的表面旋转。
清洁单元6优选地包括用于刷印刷板介质1的表面的旋转刷9。清洁单元6可以有利地进一步设置有用于吸出从印刷板介质1的表面除去的残留物的吸出头10。在该实施例中，旋转刷9位于吸出头10内，使得残留物可以从旋转刷9周围的所有区域方便地被吸出。
刷9的转速、刷9和印刷板介质1的表面之间的压力和/或清洁单元6平行于支持滚筒5的旋转轴线O的移动速度有利地是可调整的，以便确保最佳清洁效率。
在图9和图10的系统中，印刷板介质1被有利地雕刻，同时以与它被保持在凹版印刷机的印板滚筒的外周上的方式相同的方式保持在支持滚筒5上。这确保了当被雕刻的印刷板介质1最终被安装在凹版印刷机中时雕刻的雕刻轮廓保持实质上无变化，这与在国际申请第WO 97/48555A1号、欧洲专利申请第EP 1 334 822A2号、国际申请第WO 2006/045128A1号或Deinhammer2006中公开的解决方案相比是有利的，在这些文献中印刷板介质1被雕刻同时被保持平的。为了完整起见，凹版印刷机在以下申请中公开：欧洲专利申请第EP 0 091 709A1号、第EP 0 351 366A2号、第EP 0 406 157A1号、第EP 0 415 881A1号、第EP 0 563 007A1号、第EP 0 683 123A1号、第EP 0 873 866A1号、第EP 1 400 353A1号、第EP1 442 878A1号、第EP 1 445 098A1号、第EP 1 448 393A1(WO 03/047862A1)号、第EP 1 580 015A1号、第EP 1 602 482A1号、第EP 1 602 483A1号、第EP 1 622 769A1(WO 2004/101282A1)号和第EP 1 704 052A1(WO2005/077656A1)号，所有这些欧洲专利申请都以本申请人的名义。
可以对上文描述的实施方案作出各种修改和/或改进，而不偏离如由所附的权利要求限定的本发明的范围。例如，虽然激光雕刻系统的上文讨论的实施方案包括在外周上安装有可激光雕刻的印刷板介质的可旋转的支持滚筒，但是本发明同样适用于利用平坦的x-y工作台的雕刻系统。

Claims (24)

1.一种用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的方法，其中，由激光雕刻单元(4)产生的激光束(2)用于将凹版印刷图案(3、3.1、3.2、3.3)直接雕刻到可激光雕刻的金属印刷板介质(1)的表面中，特征在于，对所述金属印刷板介质(1)的激光雕刻在一个接一个相继地执行的多个单独的雕刻步骤中逐层地被执行，使得所述凹版印刷图案被逐渐地雕刻入所述金属印刷板介质(1)的表面中直至期望的雕刻深度，当所述激光雕刻单元(4)在非工作状态时，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间，被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面被清除掉激光雕刻过程的残留物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个单独的雕刻步骤导致从所述金属印刷板介质(1)选择性地除去一层材料，该层材料的厚度不超过预选的最大值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预选的最大值在10微米至15微米之间。
4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，所述凹版印刷图案的至少一部分被雕刻到至少80微米的深度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间对所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面的清洁被机械地执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间对所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面的清洁借助于旋转刷(9)来执行，该旋转刷在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间在所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面上移动。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，每个雕刻步骤涉及基于所述凹版印刷图案的雕刻深度图的三维像素数据来对所述金属印刷板介质(1)进行逐像素雕刻。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，由所述激光雕刻单元(4)产生的所述激光束(2)被引导到所述金属印刷板介质(1)的表面，在每个单独的雕刻步骤期间，所述激光雕刻单元(4)在所述金属印刷板介质(1)的表面之上从起始位置移动至结束位置，并且其中，对所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面的清洁在非工作状态的所述激光雕刻单元(4)从所述结束位置移动回所述起始位置时被执行。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述金属印刷板介质(1)被安装至支持滚筒(5)的外周上，所述支持滚筒(5)在所述激光雕刻单元(4)前方旋转，由所述激光雕刻单元(4)产生的所述激光束(2)被引导到所述金属印刷板介质(1)的表面，所述激光雕刻单元(4)平行于所述支持滚筒(5)的旋转轴线(O)可移动，其中，所述激光雕刻单元(4)在每个单独的雕刻步骤期间沿着所述支持滚筒(5)的所述旋转轴线(O)逐步地从起始位置移动至结束位置，以便处理所述金属印刷板介质(1)的表面的连续的环状部分，并且其中，对所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面的清洁在非工作状态的所述激光雕刻单元(4)从所述结束位置移动回所述起始位置时被执行。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对所述金属印刷板介质(1)的表面的雕刻首先通过以最深的凹版印刷图案开始并且在后续的雕刻步骤期间逐渐地增加较浅的凹版印刷图案来执行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述激光束(2)的聚焦在所述单独的雕刻步骤中的至少一个期间被调整。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述激光束(2)的聚焦在所述单独的雕刻步骤期间不被调整，并且其中，对所述金属印刷板介质(1)的表面的雕刻被分解在多个雕刻阶段中，每个雕刻阶段包括一个或多个单独的雕刻步骤，由此在每个雕刻阶段期间仅部分期望的凹版印刷图案(3.1、3.2、3.3)被雕刻。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述激光束(2)相对于所述金属印刷板介质(1)的表面的入射角在整个雕刻过程中保持恒定。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述金属印刷板介质(1)是由镍、钢、黄铜、锌、铬或其合金制造或包括由镍、钢、黄铜、锌、铬或其合金制造的外层。
15.一种用于制造用于安全纸的生产的凹版印刷板的激光雕刻系统，包括：
支持元件(5)，用于安装可激光雕刻的金属印刷板介质(1)，
激光雕刻单元(4)，其产生被引导到所述金属印刷板介质(1)的表面的激光束(2)，用于在多个单独的雕刻步骤中将凹版印刷图案(3、3.1、3.2、3.3)逐层地直接雕刻到所述金属印刷板介质(1)的表面中，以及
清洁单元(6)，用于在所述激光雕刻单元(4)处于非工作状态时，在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间清洁被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面并且从所述表面除去残留物。
16.根据权利要求15所述的激光雕刻系统，其中，所述激光雕刻单元(4)在每个单独的雕刻步骤期间在所述金属印刷板介质(1)的表面之上从起始位置可移动至结束位置，并且其中，所述清洁单元(6)在非工作状态的所述激光雕刻单元(4)从所述结束位置移动回所述起始位置时是处于工作状态的。
17.根据权利要求15所述的激光雕刻系统，其中，所述金属印刷板介质(1)被安装至充当所述支持元件的支持滚筒(5)的外周上，所述支持滚筒(5)在所述激光雕刻单元(4)前方旋转，所述激光雕刻单元(4)平行于所述支持滚筒(5)的旋转轴线(O)可移动。
18.根据权利要求17所述的激光雕刻系统，其中，所述激光雕刻单元(4)在每个单独的雕刻步骤期间沿着所述支持滚筒(5)的旋转轴线(O)逐步地从起始位置可移动至结束位置，以便处理所述金属印刷板介质(1)的表面的连续的环状部分，并且其中，所述清洁单元(6)在非工作状态的所述激光雕刻单元(4)从所述结束位置移动回所述起始位置时是处于工作状态的。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的激光雕刻系统，其中，所述激光雕刻单元(4)和所述清洁单元(6)被安装在相对于所述金属印刷板介质(1)的表面可移动的公共框架上。
20.根据权利要求15至18中任一项所述的激光雕刻系统，其中，所述清洁单元(6)被设计为在每个单独的雕刻步骤之后并且在每个单独的雕刻步骤之间执行对所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面的机械清洁。
21.根据权利要求15至18中任一项所述的激光雕刻系统，其中，所述清洁单元(6)包括可旋转刷(9)，所述可旋转刷(9)能够与所述被雕刻的金属印刷板介质(1)的表面接触以机械地从所述被雕刻的金属印刷板介质(1)除去残留物。
22.根据权利要求15至18中任一项所述的激光雕刻系统，其中，所述激光雕刻单元(4)可控制成在每个单独的雕刻步骤期间从所述金属印刷板介质(1)选择性地除去一层材料，该层材料的厚度不超过预选的最大值。
23.根据权利要求22所述的激光雕刻系统，其中，所述预选的最大值在10微米至15微米之间。
24.根据权利要求15至18中任一项所述的激光雕刻系统，其中，所述激光雕刻单元(4)可控制成基于所述凹版印刷图案的雕刻深度图的三维像素数据来执行对所述金属印刷板介质(1)的逐像素雕刻。
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