CN1186874A - 制造蚀刻轧辊的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于制造蚀刻轧辊的装置包括一激光束产生装置,一用于间歇截止激光束的调制器,一用于光束扩大器,一激光束投射部分,用于将激光束投射到辊的表面以在其上形成图形,及辊驱动部分。图形投射过程被一控制部分控制并被实时显示。以及一制造蚀刻辊的方法,其步骤有在辊表面形成一树脂层,通过将激光束投射到树脂层而形成一图形并在辊表面蚀刻出图形。通过将激光束投射到树脂层而形成图形且通过腐蚀液在辊表面蚀刻出预定的深度。

Description

制造蚀刻轧辊的 方法和装置

本发明涉及一种制造用来在钢板上压制出图形的辊的方法，特别涉及一种利用激光制造所述辊的方法，同时涉及一种制造所述辊的装置。

抗腐蚀钢板，特别是不锈钢板，具有良好的抗腐蚀性和装饰性表面，清洁无污。因此，这种钢板被用作食品容器，食品容器的处理设备，及不同的建筑设备。这些建筑设备中典型的例子是电梯、自动升降梯、阳台的护栏等等。近来，所述不锈钢板(此后，称为钢板)已被用作一种建筑物的外表面，并且预计今后对该钢板的需求会有所增加。用于食品容器和建筑设备中的钢板是一种压花钢板，通过在该钢板表面压制出图形以提高其表面装饰性并获得其独特特性。

通常，使用化学腐蚀法来制造所述具有图形的不锈钢的钢板(此后称为花纹钢板)。作为通过所谓化学腐蚀法制造所述花纹钢板的一个例子，可用电梯所用的花纹钢板加以说明。几乎所有的高质量花纹钢板均是由化学腐蚀法而制得的花纹钢板。用于制造花纹钢板的化学腐蚀方法如下所述。

将一种耐酸树脂以预定的厚度涂在钢板的表面。而当除去钢板表面上所涂覆的树脂(形成图形)时，便形成了所述图形。即，使所述图形暴露于空气中(当所述树脂被除去时)，并且涂覆树脂以形成一树脂层。在一预定时间内使钢板表面上的所这树脂层干燥。在干燥后，将一种腐蚀性材料，通常为一种如三氯化铁(FeCl₃)这样的酸性腐蚀性材料喷射到钢板的图形上。腐蚀的深度通常大约几微米。随后，用弱碱溶液和水对所述钢板加以清洗，并除去所述树脂层以得到一所需要的花纹钢板。

但是，在花纹钢板的制造过程中，采用制造花纹钢板的所述化学腐蚀方法需要许多人力，并会产生有毒的废水。另外，按照所述的化学腐蚀方法，对于每一钢板的制造来说，均要进行树脂的涂覆，图形的形成，腐蚀及清洗步骤。因此，当花纹钢板的数量增加时，废水数量也会增加。这些废水便形成了一个导致水源污染的直接因素。

为了克服上述缺陷，人们想出了一种利用放电法来制造花纹钢板的方法。放电法是指在一辊的表面蚀刻出一种浮凸的图形，并利用所述具有凸起的图形的辊轧制钢板。在所述辊的凸起的图形的作用下钢板表面产生塑性变形，生成凹陷的图案，该凹纹是一种与所述辊的凸起图形相对应的图形。因此，通过利用一蚀刻辊便能制得许多的花纹钢板，且在制造期间不会产生废水，而在使用化学腐蚀法时，这些废水则是不可避免地会产生的。

但是，由于在钢板上压制出的图形的角落部分比较平坦，所以降低了图形的装饰性。另外，在所述钢板表面无法压制出连续的图形。

为了克服放电法的缺陷，人们提出了一种激光熔蚀法，该方法能利用激光形成图形，并通过熔蚀蚀刻出图形。所述激光熔蚀法包括的步骤有：涂覆一种激光(光)敏树脂，该树脂在激光作用下能在辊的表面被凝固至预定的厚度，在所述树脂涂层上附加一层图形蚀刻膜(此后，称为花纹膜)，在所述花纹膜上投射激光，显影所述花纹膜，利用一种腐蚀性溶液腐蚀固定在所述辊上的被显影的膜而刻出图形，以获得所述图形，并通过清洗以去除树脂层。

但是，按照该激光熔蚀方法，当所述花纹膜被固定在蚀刻辊的表面时，所述花纹膜的前端部分与其后端部分并不一致。由于这种不一致，会在花纹膜的前端部分和后端部分之间产生一间隙。这一间隙会在所述图形上产生一不连续的点。即使本领域专家也不能解决有关该间隙的问题。另外，花纹膜间隙的增加与所述辊的长度成正比，并且无法实现图形的再现性。

因此，本发明的一个目的在于提供一种制造蚀刻轧制辊的方法，该辊能压制出一种细微及连续的图形，能够减少污染废水的产生，并能够在各种品质的板型材料和环形材料上压制出不同的图形。

本发明的另一个目的在于提供一种制造蚀刻轧辊的装置，该辊能压制出一种细微及连续的图形，能减少污染废水的产生并能在各种品质的板型材料和环形材料上压制出不同的图形。

为达到本发明的目的，本发明提供了一种用于制造蚀刻轧辊的方法，该方法包括的步骤有：在一辊表面形成一树脂层，通过在所述树脂层上投射一激光束使所述的树脂层上形成一预定的图形，并在所述辊的表面上刻出该图形。

根据本发明，通过利用水清洗所述辊的表面并在形成所述树脂层的步骤中对其进行干燥而制备所述辊。在制备好的辊的表面上，以预定的厚度，例如几十微米，涂覆一光敏抗腐蚀剂(一激光敏感保护层)，以在辊表面形成一树脂层。

在树脂层成型完成后，进行图形成形步骤。在形成图形的步骤中，将激光束以预定的数据投射到树脂层上，即所述图形上。所述图形由计算机辅助设计(CAD)系统设计。由所述CAD系统制作的图形被输送至用于产生激光束的一激光产生部分。由激光束产生部分产生的所述激光束通过一调制器被间歇中断。当通过调制器的激光通过一扩束器时，激光束直径被所述扩束器扩大。原因是，扩束后聚焦的激光束的焦点比直接由激光束产生部分产生的激光束进行聚焦所形成的焦点更细微。

所述树脂层受到由一激光束投射部分投射的直径被扩大的激光的作用。在辊高速转动期间，同时激光束投射部分沿辊表面作水平移动，利用激光束将所述图形投射到辊表面的树脂层上。所述辊被一辊驱动部分驱动，以大约3000转/分的速度作高速运转。受到激光束作用的一部分树脂层被固化，而未受到激光束作用的一部分树脂层仍保持柔软状态。固化的树脂层形成了所述CAD数据，即预定图形。形成图形的步骤包括一显像步骤，用于通过从辊表面除去所述软化树脂层而形成预定的图形。

在图形的成形完成之后，进行蚀刻图形的步骤。在蚀刻图形的步骤中，利用腐蚀溶液、通过腐蚀所述图形辊而在辊表面蚀刻出图形。所述腐蚀液将辊表面腐蚀出预定深度，最好至几十微米。通过腐蚀液完成辊的腐蚀后，首先用氢氧化钠水溶液这样的弱碱溶液对辊进行清洗，随后用水进行冲洗以从辊表面除去硬化的树脂。使辊干燥以完成辊表面的图形蚀刻加工。

本发明的另一个目的是通过一用于制造蚀刻轧辊的装置来完成以上工作，该装置包括：一控制部分，用于产生一工作信号，一终止信号，一输出信号，一根据图形数据而定的截止信号，一驱动信号，一停止信号及一传送信号；一激光产生部分，用于产生一激光束，该激光束通过接收控制部分的输出信号而具有一预定的发生功率，所述激光产生部分通过接收所述控制部分发出的工作信号而被驱动；一光束调制器，用于接收控制部分发出的截止信号并间歇截止激光产生部分所产生的激光束；一激光扩束装置，用于扩大通过激光调制器的激光束的直径，一激光束曝光部分，用于接收所述传送信号并用于在使激光曝光来沿辊的纵向传送的同时，对通过激光扩束装置的激光束进行校正后，对辊的表面曝光以形成图形。所述激光束投射部分位于辊表面一预定距离处；及一驱动部分，用于接收驱动信号并以恒定的速度转动辊。

根据本发明用于制造蚀刻轧辊的装置，所述控制部分将图像数据转换成位图数据，并将截止信号传送给调制器。所述调制器根据截止信号间歇中止由激光产生部分发出的激光束。所述激光扩束装置将激光束的直径扩大大约2-3倍。

所述激光束投射部分包括一投射器，用于将激光束聚集并投射到所述辊上；一反射镜，用于将通过激光扩束装置的激光束向所述投射器反射；第一传感器位于所述反射镜后方，用于探测辊表面反射的光束并产生一调制信号(MS)，第二传感器与第一传感器垂直，用于探测一来自所述扩束装置并通过反射镜的光束而产生一图形信号(DS)；以及一传送部分，用于沿所述辊的纵向传送所述准直器及所述第一和第二传感器。

所述辊驱动部分包括一用于驱动所述辊的马达，及一安装在该马达上的角度传感器，用于探测所述马达的旋转角度，并产生一角度信号(ANG)。

通过接收所述角度信号及图形信号且通过对这些信号加以处理，所述控制部分能显示对所述树脂层上的图形所进行的扫描过程。即，依靠所述投射器，辊的树脂层上的扫描图形能被实时显示，并能探测到所述图形蚀刻加工中所产生的错误。

本发明的上述目的及优点将通过以下参照附图对最佳实施例所作的详细描述而更明显地显现。

图1为一流程图，用于说明本发明用于制造压制图形的辊的方法；

图2为一方框图，用以说明本发明用于制造压制图形的辊的装置；

图3为图2中激光束曝光部分的放大视图。

下边，将参照附图，对本发明的最佳实施例加以详细描述。在这些附图中，相同的标号表示相同的元件。

图1为一流程图，用以说明本发明用于制造雕刻图形的辊的方法。如图1所示，根据本发明，制造图形轧辊的方法的步骤如下：形成一树脂层(S1)，形成图形(S2)，及蚀刻图形(S3)。

在形成树脂层的步骤(S1)中，用水对一辊102的表面进行清洗并使其干燥备用。在准备好的辊102的表面，均匀涂覆一种光敏抗蚀刻(一种激光敏感保护层)到预定厚度，如几十微米，形成树脂层104。

在形成树脂层104之后，应进行形成所述图形的步骤(S2)。形成所述图形的步骤(S2)包括：通过向树脂怪104投射激光而固化树脂层104图形，及一利用显像溶液从辊102表面去除软化树脂层而进行的显现图案的步骤。

在形成图形的步骤(S2)中，激光束根据预备数据(图形)投射到树脂层104上，同时，辊102以高速转动(大约3000转/分)，并且激光束应沿辊102的纵向移动。

所述图形是利用CAD系统来建立的。通过CAD系统制作的图形被传送至一用于产生激光束102的激光产生部分110。所述激光束112的选定波长应在紫外线范围内并为350nm。由于使用了350nm的激光束112，所以所述树脂层不会对可见光起反应。因此，将辊102暴露在图形(激光束)中的工作无需在暗室中进行。由激光产生部分110产生的激光束112会被调制器120间歇中止。当通过一激光扩束器130时，通过调制器120的激光束112的直径被扩大。原因是，扩束后被聚焦的激光束112的焦点比直接由激光产生部分110产生的激光束112进行聚焦所形成的焦点更细微。

树脂层104受到来自一激光束投射部分140的激光的照射，该激光光束的直径已被激光扩束器130所扩大。在辊102高速转动期间，在激光束投射部分140沿辊102表面水平移动的同时，通过激光束112将所述图形投射到辊102表面的树脂层104上。当树脂层104暴露于激光束112时，树脂层104便被固化。

在一辊驱动部分150的驱动下，辊102以例如大约3000转/分的高速度作匀速转动。暴露在激光束112下的一部分树脂层104被固化，而未暴露在激光束112下的另一部分树脂层104仍保持柔软状态。固化的树脂层104形成了CAD数据，该数据即为预定的图形。

在所投射的图形(激光束)投射到树脂层104期间，从辊102上树脂层104反射的第一检测光束106，及由激光扩束器130传送的第二检测光束108被传送到控制部分160，并且在所述图形投射到辊102的树脂层104期间，所述过程能被显示在监测仪162上。因此，激光束投射部分104将图形(激光束)投射到辊102的过程会实时地显示在监测仪162上，并且能够确定图形暴露时所产生的误差。

在固化图形步骤完成后，应进行显像图形的步骤。在显像图形的步骤中，未被固化的树脂层104，即软树脂层104用显像溶液从辊102表面除去。换句话说，在辊102表面上仅留下了固化的树脂层(图形)。

完成了图形的成形步骤(S2)后，应进行蚀刻图形的步骤(S3)。在蚀刻图形的步骤(S3)中，利用一种诸如三氯化铁(FeCl₃)这样的腐蚀溶液对已图形化的辊102进行腐蚀以在辊102表面蚀刻出所述图形。此时，除去了树脂层104的辊102的表面被腐蚀至几十微米的深度而蚀刻出图形。

所述腐蚀加工会进行几分钟。利用所述腐蚀溶液完成辊102的腐蚀之后，首先应用如氢氧化钠水溶液这样的弱碱溶液对辊102进行清洗，随后用水对其清洗以从辊102的表面彻底清除固化的树脂层104。通过对除去了树脂层的辊102进行干燥，然后便完成了在所述辊102表面上蚀刻图形的整个过程。

利用通过上述步骤(S1，S2和S3)所制得的蚀刻出的辊102，便能制造以不锈钢板及铝或铝合金为材料的各种带有图形的金属板材。此外，所述辊也能用来在玻璃、塑料及木材这样的硬性表面，以及在如皮革这样的半硬性表面上压制出图形，并且能被用于电缆这样的环形材料及如带和纸张这样的板材的印制。

根据本发明，如图2所示，一种用于制造蚀刻轧辊102的装置包括：控制部分160，激光产生部分110，光束调制器120，激光扩束器130，激光束投射部分140及辊的驱动部分150。

控制部分160能够产生一工作信号和一终止信号用来驱动和终止激光产生部分110；输出信号，用于设定由激光产生部分110输出的激光束的功率；截止信号，用于根据图形数据间歇截止激光产生部分110产生的激光束；驱动信号和一停止信号，用于驱动和停止辊驱动部分150；及一传送信号，用于传送激光束投射部分140。

接收到由控制部分160发出的工作信号后，激光产生部分110被驱动，并在接收到所述输出信号后能产生具有预定功率的激光束112。由激光产生部分110产生的激光束112被调制器120间歇截止。通过接收由控制部分160发出的截止信号，调制器能间歇截止激光产生部分110发射的激光束112。通过控制部分160，截止信号被从图形数据转换成位图数据。

通过激光扩束器130对由调制器120间歇截止的激光束112的直径进行扩大。扩大的激光束112的直径是激光束产生部分110产生的激光束直径的2-3倍。

激光束投射部分设有：一反射镜142，用于反射由激光扩束器130发出的激光束112；一投射器，用于对激光束112进行聚焦并将激光束投射到辊102的表面上；一处于反射镜142后方的第一传感器146，用于检测辊102表面所反射的一第一检测光束114；一垂直于第一传感器146的第二传感器147，用于检测由光扩束器130发出的、通过反射镜142的第二检测光束116，及一传送部分148，用于沿辊102纵向方向传送反射镜142，第一及第二传感器146及147以及准直仪144。

激光束投射部分140能够接收由控制部分160发出的传送信号，并以恒定的速度，例如按一恒定的辊距被传送以将激光束112投射到辊102的表面。在激光束投射部分140向辊102的表面投射了激光束112后，树脂层104被硬化从而在辊102表面形成了与所述图形相同的形状。

第一及第二传感器146和147与控制部分160以电路相连。第一传感器146能检测第一检测光束114以形成一调制信号(MS)，并且第二传感器147能检测第二检测光束116以形成一图形信号(DS)。

辊驱动部分150包括一用于转动辊102的马达152，及一安装在马达152上的角度传感器，通过检测马达152的转动角度而产生一角度信号(ANG)。角度传感器154与控制部分160以电路相连。

控制部分160能接收角度信号(ANG)及图形信号(DS)，并能对这些信号进行处理以显示出对树脂层104上图形的扫描过程。即，由投射器144所扫描到的辊102上的树脂层104的图形被实时地显示在监示器162上，且能确定在蚀刻图形加工中所产生的误差。

如本发明中最佳实施例所述，在蚀刻轧辊的表面上能蚀刻出连续、美观的图形，并且在辊的制造期间，能避免污水的产生。另外，还能够连续地重复制造所述图形。

此外，本发明制造的蚀刻轧辊能用于不锈钢板、铝或铝合金金属板的制造。此外，该辊也能被用来在如玻璃、塑料及木材这样的硬性表面以及如皮革这样的半硬性表面压制出图形，并且也能在如电缆这样的环形材料及如带和纸张这样的板材上进行印制。

虽然已对本发明的最佳实施例进行了描述，但是应该理解本发明应不受这些最佳实施例的限制，而本领域普通技术人员在其后权利要求对本发明所限定的思想和范围内，能作出多种修改和改进。

Claims (11)

1.一种用于制造蚀刻轧辊的方法，包括以下步骤：

在所述辊的一个表面上形成一树脂层；

通过向所述树脂层上投射一激光束使所述树脂层上形成一预定的图形；及

在所述辊的表面上蚀刻图形。

2.根据权利要求1所述的用于制造蚀刻轧辊的方法，其特征在于形成所述树脂层的步骤包括：

清洗所述辊的表面并对其表面进行干燥；及

在所述辊表面涂覆一具有均匀厚度的光敏抗蚀树脂。

3.根据权利要求1所述的用于制造蚀刻轧辊的方法，其特征在于形成所述图形的步骤还包括：

在匀速转动所述辊并以恒定的辊距沿所述辊的纵向移动所述激光束时，通过向所述辊表面的所述树脂层上投射激光束而使具有所述图形的所述树脂层固化；及

利用显像溶液，通过从所述辊表面除去未固化的树脂层而显现所述图形。

4.根据权利要求3所述的用于制造蚀刻轧辊的方法，其特征在于蚀刻所述图形的所述步骤包括有：

利用腐蚀溶液润湿所述树脂层而将所述辊的表面腐蚀出预定的深度；

利用弱碱溶液去除所述固化树脂层；

清洗所述辊的表面；及

干燥所述辊的所述表面。

5.根据权利要求4所述的用于制造蚀刻轧辊的方法，其特征在于：所述深度为几十微米。

6.一种用于制蚀刻轧辊的装置，包括：

一控制部分，用于产生一工作信号，一终止信号，一输出信号，一根据图形数据而定的截止信号，一驱动信号，一停止信号及一传送信号；

一激光发生部分，用于产生一激光束，该激光束通过接收由所述控制部分束的输出信号而具有一预定的发射功率，所述激光产生部分通过接收所述控制部分发出的工作信号而被驱动；

一光束调制器，用于接收所述控制部分发出的截止信号并间歇截止激光生产部分所产生的激光束；

一激光扩束装置，用于扩大通过所述激光调制器的激光束直径；

一激光束投射部分，当其在所述传送信号的作用下沿所述辊的纵向传送时，将通过了所述激光扩束装置又经聚焦的激光束投射到所述辊的表面以形成一图形，所述激光束投射部分位于距离辊表面一预定距离处；及

一驱动部分，用于根据接收的驱动信号以恒定的速度转动所述辊。

7.根据权利要求6所述的用于制造蚀刻轧辊的装置，其特征在于所述激光束投射部分包括：

一反射镜，用于反射来自所述激光扩束装置传输的激光束；

一投射器，将由所述反射镜反射的所述激光束聚焦在所述辊的表面上；

一第一传感器，用于检测由所述辊表面反射的第一检测光束并产生一调制信号，所述第一传感器位于所述反射镜后方；

一第二传感器，用于检测一来自所述扩束装置并通过所述反射镜的第二检测光束而产生一图形信号，所述第二传感器位于相对所述第一传感器的一垂直位置处；及

一传送部分，用于沿所述辊的纵向传送所述准直器及所述第一和第二传感。

8.根据权利要求6所述的用于制造蚀刻轧辊的装置，其特征在于所述激光光束波长大约为350毫微米。

9.根据权利要求6所述的用于制造蚀刻轧辊的装置，其特征在于所述激光扩束装置将激光束直径扩大2-3倍。

10.根据权利要求7所述的用于制造蚀刻轧辊的装置，其特征在于所述驱动部分包括：

一马达，用于以一恒定速度转动所述辊；及

一角度传感器，用于通过监测所述马达的转动角度而产生一角度信号，所述角度传感器固定在所述马达上。

11.根据权利要求10所述的用于制造蚀刻轧辊的装置，其特征在于所述控制部分通过接收图形信号和角度信号，而显示所述图形的投射过程。

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