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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstechnik,
insbesondere auf die Herstellung von Druckformen durch thermische
Ablation, wobei die Oberfläche
der Druckformen durch Lasergravur mit einer Mehrstrahl-Anordnung selektiv
abgetragen wird. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere eine
Mehrstrahl-Abtastvorrichtung in der die Druckformen, zur Zeit insbesondere Flexo-Druckplatten, mit
einer Mehrstrahl-Anordnung aus mehreren Laserstrahlenbündeln abgetastet
werden, sowie ein Verfahren zur Justierung der Mehrstrahl-Abtastvorrichtung.
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Augenblicklich
verwendete Flexo-Druckplatten zur Laserdirektbelichtung bestehen
gewöhnlich aus
einer unteren Trägerschicht
aus Polyester oder einem anderen biegsamen Kunststoffmaterial, einer mittleren
sogenannten Photopolymerschicht, enthaltend ungesättigte Monomere
und elastomere Bindemittel, die bei einer Belichtung mit UV-Licht
vernetzt werden und dadurch eine spätere Auswaschung beim Entwickeln
verhindern, sowie einer oberen lasersensitiven Schicht, die durch
Lasergravur entsprechend den zu übertragenden
Informationen in vorgegebenen Bereichen partiell entfernt wird,
um über
der Photopolymerschicht eine integral mit der Druckplatte verbundene
Maske zu erzeugen. Diese Maske deckt bei einer anschließenden UV-Belichtung
der Druckplatte diejenigen Bereiche der Photopolymerschicht ab,
an denen die lasersensitive Schicht zuvor nicht entfernt worden
ist und verhindert in diesen Bereichen die Vernetzung bzw. Aushärtung der
Photopolymerschicht, so dass sie bei einer nachfolgenden Entwicklung
der Druckplatte dort vom Entwickler ausgewaschen wird. Die fertig
entwickelte Druckplatte weist erhabene und vertiefte Bereiche auf,
wobei die ersteren dort angeordnet sind, wo die lasersensitive Schicht
zuvor durch die Bestrahlung mit dem Laserlicht entfernt worden ist.
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Grundsätzlich ist
es jedoch auch denkbar, die erhabenen und vertieften Bereiche einer
Flexo-Druckplatte in Zukunft statt durch eine partielle Abtragung
einer Maske und eine anschließende UV-Belichtung
und Auswaschung der Druckplatte dadurch zu erzeugen, dass eine aus
einem lasersensitiven Material hergestellte Druckplatte durch Bestrahlung
mit Laserlicht in einem Schritt selektiv abgetragen wird. In diesem
Fall würde
mit dem zur Ablation verwendeten Laserlicht an Stelle einer negativen
Abbildung der zu übertragenden
Informationen auf der Maske eine positive Abbildung dieser Informationen auf
der Druckplatte selbst erzeugt.
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Bei
entsprechender Laserleistung der Laserstrahlenbündel könnten zudem auch metallische Druckformen,
wie beispielsweise Druckplatten oder Druckzylinder durch Lasergravur
bearbeitet werden, wobei die Ablation der Druckform durch Verdampfen eines
Teils der Druckformoberfläche
erfolgt.
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Bei
den augenblicklich verwendeten Flexo-Druckplatten erfolgt die Lasergravur
in einer als Laserbelichter bezeichneten Mehrstrahl-Abtastvorrichtung,
in der die Druckplatte auf eine rotierende Trommel aufgespannt und
mit einem oder mehreren Laserstrahlenbündeln abgetastet wird, um die
lasersensitive Schicht in den späteren
Druckbereichen der Druckplatte entsprechend einem vorgegebene Raster
punktförmig
abzutragen. Die Laserköpfe
dieser Laserbelichter umfassen eine Reihe von nebeneinander angeordneten
Laser-Faserausgängen,
aus denen eine Mehrzahl von parallelen Laserstrahlenbündeln emittiert
wird, ein im Strahlengang der Laserstrahlenbündel angeordnete AOM-Anordnung
zur Unterbrechung bzw. Intensitätsmodulation
der Laserstrahlenbündel
entsprechend einer auf die Druckplatte zu übertragenden Bildinformation,
sowie ein Optiksystem zur Abbildung der Faserausgänge und
zur Fokussierung der Laserstrahlenbündel auf der Flexo-Druckplatte.
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Ein
derartiger Laserbelichter sowie ein Verfahren zur Korrektur der
Position von Bildpunkten einer Mehrstrahlpunktanordnung ist in der
noch unveröffentlichten
Deutschen Patentanmeldung Nr. 101 05 978.7 der Anmelderin beschrieben.
Die Positionskorrektur erfolgt dort teilweise vor dem Einsetzen
der Faserausgänge
in den La serbelichter sowie teilweise auf elektronischen Wege durch
Veränderung
der Ablenkung der Laserstrahlenbündel
und/oder ihres Auftreffzeitpunkts auf der Flexo-Druckplatte, wobei jedoch die Korrekturwerte
für die
elektronische Korrektur bisher verhältnismäßig aufwendig durch Bebilderungsauswertungen
mittels Mikroskop und CCD-Kamera ermittelt werden müssen. Zudem
gestattet das beschriebene Korrekturverfahren keinen Ausgleich von
Schwankungen der Laserleistung der einzelnen Laserstrahlenbündel, die
auf den Druckplatten zu unerwünschten
Dichteunterschieden führen
können.
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Aus
der
EP 0 903 242 A2 ist
es bei einem Farbdrucker mit einer Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung
eines elektrostatischen Latentbildes auf einem Fotoleiterband bereits
bekannt, in den Drucker einen Positionsdetektor zu integrieren,
mit dem sich Positionsabweichungen eines LED-Arrays in Bezug zum
Fotoleiterband korrigieren lassen.
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Aus
der DE-A- 198 40 926 ist eine Mehrstrahl-Abtastvorrichtung zur selektiven
thermischen Ablation von Informationsträgern, insbesondere von Druckformen,
durch Lasergravur mit einer Mehrstrahl-Anordnung, umfassend eine
Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, Laser-Faserausgängen, Einrichtungen
zur Unterbrechung, Ablenkung und/oder Intensitätsmodulation von aus den Faserausgängen austretenden
Laserstrahlenbündeln,
ein Optiksystem zur Abbildung der Faserausgänge als Mehrstrahlpunkte auf
den Informationsträgern,
sowie Einrichtungen zur Abtastung der Informationsträger mit
der Mehrstrahlpunktanordnung bekannt, bei der insbesondere durch
Vermessung des Arbeitsergebnisses der Vorrichtung die Einstellung
der Vorrichtung überprüft und nötigenfalls
geregelt wird
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mehrstrahl-Abtastvorrichtung
und ein Justierverfahren dahingehend zu verbessern, dass sich sowohl
Leistungsschwankungen der einzelnen Laserstrahlenbündel als
auch Positionsabweichungen ihrer Auftreffpunkte innerhalb der Mehrstrahl-Abtastvorrichtung
selbst schnell und ohne großen
Aufwand ermitteln und korrigieren lassen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
Einrichtungen zur Ermittlung und zum Abgleich der Laserleistung
jedes Laserstrahlenbündels,
sowie einen Positionsdetektor zur Ermittlung von Positionsabweichungen
der einzelnen Punkte der Mehrstrahlpunktanordnung von einer jeweiligen
Soll-Position, wobei sich der Positionsdetektor zur Bestimmung der Positionsabweichungen
im Tiefenschärfebereich
des Optiksystems befindet.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Einrichtungen
zur Ermittlung und zum Abgleich der Laserleistung jedes Laserstrahlenbündels und
den Positionsdetektor zur Ermittlung von Positionsabweichungen der
einzelnen Punkte der Mehrstrahlpunktanordnung außerhalb des Bereiches des jeweiligen
durch Lasergravur zu bearbeitenden Informationsträger in der
Mehrstrahl-Abtastvorrichtung anzuordnen und einen die Laser-Faserausgänge, die
Einrichtungen zur Unterbrechung, Ablenkung und/oder Intensitätsmodulation
der Laserstrahlenbündel
und das Optiksystem tragenden Laserbearbeitungskopf zur Ermittlung
und zur Korrektur von Positionsabweichungen bzw. zur Ermittlung
und zum Abgleich von Leistungsunterschieden aus einem dem Informationsträger gegenüberliegenden Arbeitsbereich
in einen danebenliegenden Justierbereich zu verfahren, in welchem
der Laserbearbeitungskopf dem Positionsdetektor und den Einrichtungen
zur Ermittlung und zum Abgleich der Laserleistung gegenüberliegt.
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Dort,
wo die Einrichtungen zur Abtastung der Informationsträger eine
rotierende Trommel mit einer zylindrischen Informationsträgeroberfläche und
einen in axialer Richtung der Trommel beweglichen Laserbearbeitungskopf
umfassen, ist der Justierbereich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung im Bereich eines Stirnendes der Trommel angeordnet.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Einrichtungen zur Ermittlung der Laserleistung und den Positionsdetektor
zur Ermittlung von Positionsabweichungen innerhalb des Justierbereichs
nebeneinander anzuordnen, da eine Korrektur von Positionsabweichungen
in der Regel nur nach einem Austausch von Komponenten erforderlich
ist, während
die Ermittlung und der Abgleich der Laserleistungen der einzelnen Laser strahlenbündel häufiger durchgeführt werden muss,
je nach Alterung der Laser täglich,
wöchentlich oder
in anderen festgelegten Zeitabständen.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, zur Ermittlung
und zum Abgleich der Laserleistungen einen positionsempfindlicher
Detektor (PSD) zu verwenden, so dass die Ermittlung und zum Abgleich
der Laserleistungen und die Ermittlung und Korrektur von Positionsabweichungen
mit einem einzigen Detektor ausgeführt werden können. Durch
die Zusammenfassung beider Detektoren können nicht unerhebliche Kosten
eingespart und zudem das Justierverfahren beschleunigt werden, da
sich mit einer Messung sowohl die Laserleistung als auch eine evtl.
Positionsabweichung eines Laserstrahlenbündels von seiner Sollposition
ermitteln lässt.
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Geeignete
positionsempfindliche Detektoren sind an sich bekannt und werden
u.a. von den Firmen Silicon-Sensors oder Zentronics hergestellt.
Sie umfassen eine in vier Quadranten unterteilte Halbleiter-Empfängeroberfläche, in
der von den abgeschwächten
Laserstrahlenbündeln
durch laterale Photoeffekte Ströme
erzeugt werden. Die in den jeweiligen Quadranten erzeugten Ströme werden
gemessen und nach einer Verstärkung
durch einen rauscharmen Operationsverstärker sowohl zur Berechnung
der jeweiligen Spotpositionen als auch durch Summenbildung zur Berechnung
der Laserleistung herangezogen.
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Die
Abschwächung
des Laserstrahlenbündels
verhindert eine Zerstörung
des positionsempfindlichen Detektors infolge der hohen Laserleistung und
erfolgt bevorzugt mittels eines vor dem positionsempfindlichen Detektor
angeordneten Optikelements, beispielsweise einem Prisma, einem Beamsplitter
oder einem Glaskörpers
aus zwei Glasplatten, das einen überwiegenden
Teil der einfallenden Laserstrahlung vom positionsempfindlichen
Detektor weg reflektiert, so dass die auf den Detektor auftreffende
Strahlung im Milliwatt-Bereich liegt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung in
schematischer Weise dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1: eine perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemäßen Mehrstrahl-Abtastvorrichtung
zur Ablation von Flexo-Druckpatten auf einer rotierenden Trommel
durch Lasergravur mit Einrichtungen zur Ermittlung von Leistungs-
und Positionsabweichungen;
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2: eine schematische Ansicht
des Strahlengangs von mehreren Laserstrahlenbündeln zwischen ihrem Austritt
aus Fiberlasern eines Laserbearbeitungskopfs der Vorrichtung aus 1 und einer Flexo-Druckplatte;
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3: eine schematische Seitenansicht
der Einrichtungen zur Ermittlung von Leistungs- und Positionsabweichungen
auf 1;
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4: ein vereinfachtes Schaubild
eines Schaltplans der Einrichtung aus 3;
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5: eine schematische perspektivische Ansicht
einer anderen Einrichtung zur Ermittlung der Laserleistung bei der
Mehrstrahl-Abtastvorrichtung aus 1;
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6: eine schematische perspektivische Ansicht
einer anderen Einrichtung zur Ermittlung von Positionsabweichungen
bei der Mehrstrahl-Abtastvorrichtung aus 1;
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7: ein Blockdiagramm von
Regelkreisen der Mehrstrahl-Abtastvorrichtung aus 1 zum Abgleich der Laserleistung bzw.
zur Korrektur von Positionsabweichungen.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung
(1) zur Lasergravur von Flexo-Druckplatten besteht im Wesentlichen
aus einer zwischen zwei seitlichen Halterungen drehbar eingespannten
Trommel (2), auf deren Umfangsfläche die zu bearbeitenden Flexo-Druckplatten (3)
aufgespannt werden, einem Drehantrieb (nicht dargestellt) zum Drehen
der Trommel (2) und einer darauf aufgespannten Druckplatte (3),
einem auf Führungen
(4) in axialer Richtung der Trommel (2) und der
Druckplatte (3) verfahr baren Schlitten (5), einem
auf dem Schlitten (5) montierten Laserbearbeitungskopf
(6), der durch ein Bündel
(7) von acht Faserlichtleitern mit einem Mehrstrahl-YAG-Laser (nicht sichtbar)
in einem stationären
Unterteil (8) der Vorrichtung (1) verbunden ist,
einem ebenfalls auf Führungen
in axialer Richtung entlang der Trommel (2) beweglichen
Steuerpult (9), sowie einer in der Nähe von einem der Stirnenden
der Trommel (2) angeordneten Justiereinrichtung (10).
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Wie
am besten in 2 dargestellt,
besteht die auf die Trommel (2) aufgespannte handelsübliche Flexo-Druckplatte
(3) zur Lasergravur in bekannter Weise im Wesentlichen
aus einer unteren Trägerschicht
(11) aus Metall oder Kunststoff, vorzugsweise einer Polyesterfolie,
einer auf die Oberseite der Trägerschicht
(11) aufgebrachten Photopolymerschicht (12), enthaltend
ungesättigte
Monomere und elastomere Bindemittel, die bei einer Belichtung mit UVA-Licht
zu langkettigen Polymeren vernetzt werden, sowie einer auf die Oberseite
der Photopolymerschicht (12) aufgebrachten, für UV-Strahlung
undurchlässigen
lasersensitiven Schicht (13).
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Während der
Lasergravur wird die Flexo-Druckplatte (3) entsprechend
einem vorgegebenen Punktraster gleichzeitig mit acht auf die lasersensitive
Schicht (13) fokussierten Laserstrahlenbündeln (14)
abgetastet, wie in 2 durch
zwei der Laserstrahlenbündel
(14) schematisch dargestellt. Dabei wird die lasersensitive
Schicht (13) an den Auftreffpunkten (15) der Laserstrahlenbündel (14),
die beim späteren
Druckvorgang Druckfarbe übertragen
sollen, durch Ablation entfernt, während sie in den übrigen Bereichen
erhalten bleibt. Die Ablation ist ein thermischer Prozess, bei dem
die Schicht (13) unter Bildung punktförmiger Öffnungen bis zur Photopolymerschicht
(12) verdampft und dadurch abgetragen wird. Bei einer anschließenden Bestrahlung
mit UV-Licht härtet
die Photopolymerschicht (12) unter den Öffnungen aus und wird im Gegensatz
zu den übrigen
Bereichen bei der nachfolgenden Entwicklung nicht ausgewaschen.
Die Wellenlänge
der von den YAG-Lasern emittierten Laserstrahlung liegt im Infrarotbereich,
während
das Photopolymer im UV-Bereich empfindlich ist, so dass es bei der
Abtastung mit den Laserstrahlenbündeln
(14) nicht vom Laserlicht beeinflusst wird. Die Abtastung
der Flexo-Druckplatte (3) erfolgt in einem vorgegebenen Punktraster,
das von einem Rasterimageprozessors (nicht dargestellt) aus der
auf die Druckplatte (3) zu übertragenden Schrift- oder
Bildinformation in Form von digitalen Pixeldaten erzeugt wird.
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Der
in axialer Richtung der Trommel (2) (Vorschubrichtung P)
entlang der Druckplatte (3) bewegliche 8-Kanal-Laserbearbeitungskopf
(6) besteht im Wesentlichen aus einer Halterung (18)
mit Aufnahmebohrungen (23) für Faserausgänge (19) der acht Faserlichtleiter
(7), einer linearen AOM-Anordnung (20) aus acht
nebeneinander angeordneten akustooptischen Modulatoren (AOMs) zur
Intensitätsmodulation
der einzelnen Laserstrahlenbündel
(14), sowie einem aus drei Linsen (L1, L2 und L3) bestehenden f-θ-Optiksystem
(22), mit dem die Faserausgänge (19) als lineares
Mehrstrahl-Punkteraster telezentrisch auf der Oberfläche der
Druckplatte (3) abgebildet werden.
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Die
im Bereich des Laserstrahlenbündel-Fächers angeordnete
AOM-Anordnung (20) weist jeweils einen AOM für jedes
Laserstrahlenbündel
(14) auf. Die AOMs entsprechen im Aufbau bekannten akustooptischen
Modulatoren und umfassen einen für
das jeweilige Laserstrahlenbündel
(14) durchlässigen
Kristall, sowie einen piezoelektrischen Wandler, der Ultraschallwellen
in den Kristall abgibt, wenn ein Spannungssignal am Wandler angelegt
wird. Bei ihrem Hindurchtritt durch die Kristalle der AOMs werden
die Laserstrahlenbündel
(14) an den von den Wandlern erzeugten Ultraschallwellen
gebeugt, wobei sie in Abhängigkeit
von der jeweiligen Amplitude der angelegten Spannungssignale entweder
als Lichtstrahlen 1. Ordnung zu einer Eintrittspupille (EP) des
Optiksystems (22) und von dort zur Flexo-Druckplatte (3)
gelenkt werden, wie in 2 dargestellt, oder
als Lichtstrahl 0. Ordnung ausgeblendet werden, je nachdem, ob die
lasersensitive Schicht (13) der Druckplatte (3)
an der entsprechenden Stelle abgetragen werden soll oder nicht.
Die Amplitude des Spannungssignals wird auf der Grundlage der Pixeldaten
gesteuert.
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Die
AOM-Anordnung (20) ist an einer Stelle im Strahlengang
der Laserstrahlenbündel
(14) angeordnet, an der die Abstände der einzelnen AOMs den Abständen der
zugehörigen
Laserstrahlenbündel (14)
entsprechen und ist so ausgerichtet, dass die Laserstrahlenbündel (14)
jeweils annähernd
unter dem Bragg-Winkel in eine optische Eintrittsfläche der AOMs
eintreten. Um den Beugungswirkungsgrad der AOMs zu verbessern und
die Laserstrahlenbündel (14)
möglichst
ohne Vignettierung durch die AOMs hindurch zu leiten, sind die Wandler
auf den einzelnen AOMs jeweils parallel zur optischen Achse (24) des
hindurchtretenden Laserstrahlenbündels
(14) ausgerichtet.
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Die
Justiereinrichtung (10) befindet sich außerhalb
eines Arbeitsbereichs (A) des Laserbearbeitungskopfs (6),
in dem dieser während
der Lasergravur einer Druckplatte (3) verfahren wird. Mit
Hilfe der Justiereinrichtung (10) kann die tatsächliche
Laserleistung jedes Laserstrahlenbündels (14) gemessen und
bei Abweichung von einem vorgegebenen Soll-Wert durch eine entsprechende
Veränderung der
Ausgangsleistung der zugehörigen
YAG-Laser korrigiert werden. Weiter gestattet es die Justiereinrichtung
(10), Positionsabweichungen einzelner Punkte der Mehrstrahlpunktanordnung
von ihrer jeweiligen Soll-Position infolge von Pointingfehlern der Faserausgänge (19)
in ihren Aufnahmebohrungen (23) oder Fertigungstoleranzen
ihrer Halterung (18) zu ermitteln und zu korrigieren, wenn
sich der Laserbearbeitungskopf (6) in einem neben dem Arbeitsbereich
(A) liegenden Justierbereich (J) befindet.
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Die
in den 1, 3, 4 und 7 dargestellte
Justiereinrichtung (10) besteht im Wesentlichen aus einem
positionsempfindlichen Halbleiter-Detektor (PSD) (30),
in dessen in vier Quadranten (Y1, X1, Y2, X2) (4) unterteilter Oberfläche (31)
durch laterale Photo-Effekte Ströme
erzeugt werden. Die in jedem der vier Quadranten (Y1, X1, Y2, X2)
erzeugten Ströme
werden über
Elektroden abgeleitet, durch rauscharme Operationsverstärker (32)
verstärkt
und über
einen Analog-Digital-Wandler
(33) einer Zentraleinheit (CPU) (34) der Abtastvorrichtung
(2) zugeführt.
In der CPU (34) werden von einer entsprechenden Software
zum einen über
Gleichungen Δlx/Σlx und Δly/Σly und einen
einmalig ermittelten Eichfaktor die Position des Auftreffpunktes
(15) eines Laserstrahlenbündels (14} auf der
Detektoroberfläche
(31), d.h. die Richtung und das Maß ihrer Abweichung vom Koordinaten-Nullpunkt
(0) zwischen den vier Quadranten (Y1, X1, Y2, X2), und
zum anderen durch Auf summierung der Ströme Σlx,ly aller Quadranten (Y1,
X1, Y2, X2) ein Maß für die Strahlungsintensität am Auftreffpunkt
(15) und damit für
die tatsächliche Leistung
des Laserstrahlenbündels
(14) ermittelt.
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Wie
in 1 dargestellt, kann
der positionsempfindliche Detektor (30) neben dem Arbeitsbereich
(A) des Laserbearbeitungskopfs (6) in die Trommel (2)
integriert werden, wobei seine Oberfläche möglichst in der Fokusebene des
Optiksystems (22) liegen sollte, um eine möglichst
genaue Punktposition zu erhalten, jedoch zumindest im Bereich seiner Tiefenschärfe, da
die 8 Auftreffpunkte (15) der Mehrstrahlpunktanordnung
nicht exakt telezentrisch sind.
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Um
eine Zerstörung
des positionsempfindlichen Detektors (30) infolge der hohen
Laserleistung der verwendeten YAG-Laser zu verhindern, wird vor jeder
Messung ein zur Strahlabschwächung
dienendes Optikelement (36), zum Beispiel ein Prisma, ein Glaskörper aus
zwei Glasplatten oder ein Beamsplitter, zwischen dem Optiksystem
(22) des Laserbearbeitungskopfs (6) und der Oberfläche (31)
des Detektors (30) angeordnet. Das Optikelement (36)
reflektiert einen überwiegenden
Teil der Laserstrahlung jedes aus dem Laserbearbeitungskopf (6)
auf den Detektor (30) gerichteten Laserstrahlenbündels (14) vom
Detektor (30) weg, so dass die auf die Oberfläche (31)
einfallende Strahlungsleistung im Milliwatt-Bereich liegt. Der Aufbau
des Optikelements (36) ist derart, dass das Verhältnis zwischen
reflektierter und durchgelassener Strahlungsleistung sehr stabil
ist.
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An
Stelle eines einzigen Detektors (30) zur Messung der Leistung
von jedem der 8 Laserstrahlenbündel
(14) sowie der Position seines Auftreffpunktes (15)
auf der Detektoroberfläche
(31) bzw. einer Abweichung dieser Position von einer Soll-Position
(Koordinaten-Nullpunkt) können
jeweils auch getrennte Detektoren für die Leistungs- und Positionsermittlung
und einen anschließenden
Abgleich der Leistungen bzw. eine anschließende Korrektur von Positionsabweichungen
verwendet werden.
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Ein
Beispiel eines anderen, zur Leistungsmessung geeigneten Detektors
ist in 5 dargestellt.
Der Detektor (40) in 5 besteht
im Wesentlichen aus einem an den beiden Stirnenden verschlossenen
hohlen Zylinderrohr (41), das eine seitliche Öffnung (42)
aufweist. Die Öffnung
(42) ist so angeordnet, dass ein vom Laserbearbeitungskopf
(6) emittiertes Laserstrahlenbündel (14) durch die Öffnung (42)
ins Innere des Zylinderrohrs (41) eintritt, wo es von einem
hinter der Öffnung
(42) angeordneten Reflektor (43) aus Keramik oder
einem anderen Material mit einer stark streuenden ebenen Oberfläche (44)
diffus ins Innere des Zylinderrohrs (41) reflektiert und
dabei gestreut wird. Am entgegengesetzten Stirnende des Rohrs (41)
befindet sich eine kleine Öffnung
(45), durch die ein Bruchteil des gestreuten Lichts auf
eine auf der Außenseite
des Stirnendes angebrachte Photodiode (46) fällt. Der
von der Photodiode (46) erzeugte Strom wird nach einer Umwandlung
in digitale Signale von einer Software der CPU (34) ausgewertet, ähnlich wie
zuvor für
den Detektor (30) beschrieben. Zwischen der Öffnung (45)
und dem Reflektor (43) befindet sich ein zur Strahlabschottung
dienendes Element (47), das den direkten Strahlengang zwischen
dem Reflektor (43) und der Öffnung (44) blockiert.
Der Reflektor (43) ist hier nicht im Fokus der Laserstrahlenbündel (14)
angeordnet, jedoch so, dass ein von diesen auf dem Reflektor (43)
erzeugter Lichtfleck vollständig
auf der streuenden Oberfläche
(44) liegt. An Stelle des hohlen Zylinderrohrs (41)
kann auch ein anders geformter Hohlkörper oder eine sogenannte Ulbricht-Kugel zur
Leistungsermittlung verwendet werden.
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Ein
Beispiel eines anderen, zur Positionsmessung geeigneten Detektors
ist in 6 dargestellt.
Anders als bei der in 1 dargestellten
Vorrichtung (1) ist der Detektor (50) in 6 Teil einer hohlen Referenztrommel
(51), die neben der Trommel (2) und ggf. in einem
Abstand von dieser auf einer drehbaren Welle (52) montiert
ist, so dass sich ihre zylindrische Umfangsfläche (53) zusammen
mit der Druckplatte (3) auf der Trommel (2) dreht.
In der Umfangsfläche
(53) der Referenztrommel (51) ist eine V-, M-
oder W-Blende (54) angeordnet, die sich im Fokus des Optiksystems
(22) befindet und jeweils mindestens zwei im Winkel zueinander
und zur Vorschubrichtung (P) angeordnete Spalte (55, 56)
umfasst. Hinter der Blende (54) im Inneren der hohlen Trommel
(51) befindet sich eine stationäre Photodiode (57),
deren Emp fängeroberfläche in Verlängerung der
optischen Achse (O) des Optiksystems (22) angeordnet ist,
wenn der Laserbearbeitungskopf (6) zur Ermittlung von Positionsabweichungen
im Justierbereich (J) stationär
gegenüber
von der Referenztrommel (51) positioniert worden ist. Zur
Strahlabschwächung
wird das unter Bezugnahme auf 3 beschriebene
Optikelement (36) in der Justierposition zwischen dem Laserbearbeitungskopf
(6) und der Trommel (51) angeordnet.
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Mit
dem Detektor (50) lassen sich Positionsabweichungen in
axialer Richtung der Trommel (51) ermitteln, indem der
Winkelabstand zwischen zwei Spannungsspitzen gemessen wird, die
von der Photodiode (57) erzeugt werden, wenn bei einer
definierten Drehzahl der Trommeln (2, 51) ein
Laserstrahlenbündel
(14) nacheinander durch die beiden Spalte (55, 56)
der Blende (54) auf die Empfangeroberfläche der Photodiode (55)
fällt.
Positionsabweichungen in Umfangsrichtung der Trommel (51)
lassen sich durch Bestimmung des Winkelabstands zwischen den von der
Photodiode (57) erzeugten Spannungsspitzen und einem Spannungssignal
ermitteln, das jeweils bei einem definierten Drehwinkel der Trommel
(51) von einem Sensor (nicht dargestellt) erzeugt wird.
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Alternativ
könnte
zur Positionsermittlung in Trommel-Umfangsrichtung und Vorschubrichtung
(P) auch ein im Handel erhältlicher
rotierender Beam-Scan-Messkopf verwendet werden, vor dem zur Strahlabschwächung das
unter Bezugnahme auf 3 beschriebene
Optikelement (36) angeordnet wird.
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Zur
Ermittlung und zum Abgleich der Leistungen der einzelnen Laserstrahlenbündel (14)
wird der Laserbearbeitungskopf (6) in den Justierbereich
(J) bewegt, bis er dem verwendeten Leistungsdetektor (30, 40)
der Justiereinrichtung (10) gegenüberliegt. Wenn sich der Laserbearbeitungskopf
(6) in einer Justierposition befindet, wird er automatisch
gesperrt, um eine unbeabsichtigte Verschiebung zu verhindern. Anschließend werden
die 8 Kanäle
bzw. Laserstrahlenbündel
(14) einzeln justiert, wobei der Strom zur Ansteuerung
des jeweiligen YAG-Lasers kontinuierlich erhöht und dabei die Ausgangsleistung,
d.h. die Strahlungsleistung im Auftreffpunkt (15) des Laserstrahlenbündels (14)
mittels des Detektors (30, 40) gemessen wird.
Bei Errei chen einer zuvor festgelegten Ausgangsleistung wird der
Wert des zum Laser zugeführten
Stroms als Sollwert festgehalten. Dieser Sollwert wird bei einer
späteren
Ablation von Flexo-Druckplatten (3) im Arbeitsbereich (A) automatisch
von der CPU (34) eingestellt. Der Abgleich erfolgt je nach
Alterung der 8 Laser vor jeder Belichtung, täglich, wöchentlich oder in anderen zuvor
festgelegten Zeitabständen.
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Der
Leistungsdetektor (30, 40) wird darüber hinaus
auch verwendet, um vor der Inbetriebnahme der Vorrichtung (1)
und nach einem Austausch von Komponenten, zum Beispiel der AOM-Anordnung (20)
oder eines zur Ansteuerung der AOMs dienenden HF-Treibers, den optimalen
Wirkungsgrad der einzelnen AOMs in Abhängigkeit von der Hochfrequenzleistung
des HF-Treibers zu ermitteln bzw. die Leistung so einzustellen,
dass die AOMs mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten. Dazu wird der
Laserbearbeitungskopf (6) ebenfalls vor dem Leistungsdetektor
(30, 40) positioniert und gesperrt. Die einzelnen YAG-Laser
werden nacheinander bei geringer Leistung mit einem konstanten Strom
beaufschlagt und die HF-Leistung des Treibers kontinuierlich erhöht, während mittels
des Detektors (30, 40) der Punkt der maximalen
Ausgangsleistung ermittelt wird. Die an diesem Punkt zugeführte HF-Leistung
wird für
jedes Laserstrahlenbündel
(14) von der CPU (34) als Default-Parameter in
einer Software der Vorrichtung (1) gespeichert.
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Neben
der Ermittlung des optimalen Wirkungsgrades jedes AOMs erfolgt vor
der Inbetriebnahme der Vorrichtung (1) sowie nach einem
Austausch von Faserausgängen
(19) oder deren Ausrichtung beeinflussenden mechanischen
Komponenten des Laserbearbeitungskopfs (6) auch eine Ermittlung
und Korrektur von Positionsabweichungen der einzelnen Auftreffpunkte
(15) des Mehrstrahl-Punkterasters von ihrer jeweiligen
Soll-Position infolge von Pointingfehlern der Faserausgänge (19)
oder Fertigungstoleranzen der Halterung (18) und der Aufnahmen
(23).
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Wenn
die Justiereinrichtung (10) der Vorrichtung (1)
den unter Bezugnahme auf 1 und 3 beschriebenen positionsempfindlichen
Detektor (30) umfasst, werden dabei zuerst die Faserausgänge (19)
so in den Aufnahmen (23) der Halterung (18) ausgerichtet,
dass die Auftreffpunkte (15) sämtlicher Laserstrahlenbündel (14)
in Bezug zu ihrer Soll-Position dieselbe Winkelausrichtung aufweisen,
mit anderen Worten so, dass die Richtungsvektoren vom Koordinaten-Nullpunkt
(0) der in vier Quadranten (Y1, X1, Y2, X2) unterteilten
Empfängeroberfläche (31)
zu den jeweiligen Auftreffpunkten (15) die gleiche Richtung
und das gleiche Vorzeichen aufweisen. Dazu werden die in die Aufnahmen
(23) der Halterung (18) eingesetzten Faserausgänge (19)
so lange um ihre Längsachse
gedreht und dabei die Position des Auftreffpunkts (15)
gemessen, bis der gemessen Auftreffpunkt (15) die gewünschte Ausrichtung
in Bezug zum Koordinaten-Nullpunkt (0) der Empfängeroberfläche (31)
aufweist.
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Wenn
die Vorrichtung (1) eine Justiereinrichtung (10)
mit einem anderen Detektor aufweist, wird die für eine übereinstimmende Winkelausrichtung der
Auftreffpunkte (15) in Bezug zu ihrer Soll-Position erforderliche
Drehausrichtung der Faserausgänge (19)
vor dem Einsetzen in die Aufnahmen (23) der Halterung (18)
mittels eines externen positionsempfindlichen Detektors ermittelt,
die ermittelte Drehausrichtung an den Faserausgänge (19) markiert
und die Faserausgänge
(19) später
in der gekennzeichneten Drehausrichtung in die Aufnahmen (23)
der Halterung (18) des Laserbearbeitungskopfs (6)
eingesetzt, wie in der anfangs bereits genannten Deutschen Patentanmeldung
101 05 978.7 der Anmelderin beschrieben, deren Offenbarung durch
Bezugnahme hier aufgenommen werden soll.
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Anschließend werden
nacheinander für
jeden der 8 Kanäle
die erforderlichen Messungen und Justiervorgänge vorgenommen werden, während sich
der Laserbearbeitungskopf (6) im Justierbereich (J) gegenüber vom
jeweiligen Positionsdetektor (30, 50) der Justiereinrichtung
(10) befindet.
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Dabei
wird zuerst der Laserbearbeitungskopf (6) mittels eines
Schrittmotors (70, 7)
so weit um die optische Achse (O) (2)
des Optiksystems (22) gekippt, bis für die Auftreffpunkte (15)
der 8 Laserstrahlenbündel
(14) Linienanschluss erzielt wird. Dazu werden die YAG-Laser
der beiden äußersten Faserausgänge (19)
mit gleichem Leistungspegel eingeschaltet und der Mittenabstand
der Auftreffpunkte (15) der von ihnen emittierten Laserstrahlenbündel (14)
auf D = (8 – 1) × d0 eingestellt, wobei d0 der
Spotdurchmesser der Auftreffpunkte (15) bei 50% der maximalen
Intensität
der Laserstrahlenbündel
(14) ist. Bei einem Verhältnis von 8 : 1 zwischen den
Mit tenabständen
und den Spotdurchmessern bei 1/e2 zweier
benachbarter Auftreffpunkte (15) ergibt sich ein Winkel
von α =
arctan 8/1 = 87,87° zur
Vorschubrichtung (P). Die zum Erreichen des Linienanschlusses erforderliche
Schrittzahl des Schrittmotors (70) wird als Default-Parameter
in der Software gespeichert.
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Anschließend werden
die Mittenabstände
jeweils benachbarter Auftreffpunkte (15) der übrigen Laserstrahlenbündel (14)
in Vorschubrichtung (P) ermittelt und solange korrigiert, bis die
Mittenabstände aller
Auftreffpunkte (15) d0 betragen.
Unter Zufuhr eines konstanten Stroms entsprechend dem zuvor ermittelten
Soll-Wert zu den YAG-Lasern sämtlicher Faserausgänge (19)
werden die Abstände
der Auftreffpunkte (15) in Vorschubrichtung (P) gemessen und
ggf. durch Veränderung
der HF-Frequenz
der zu den AOMs zugeführten
Spannungssignale in Vorschubrichtung (P) nach links oder rechts
verschoben, bis sich sämtliche
Auftreffpunkte bei 50% der Intensität überlappen. Die für die einzelnen
AOMs ermittelten HF-Frequenzen werden als Default-Parameter in der
Software gespeichert.
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Schließlich werden
mit Hilfe des Positionsdetektors (30, 50) eventuell
vorhandene Positionsabweichungen der Auftreffpunkte (15)
der Laserstrahlenbündel
(14) in Umfangsrichtung der Trommel (51, 2)
ermittelt und durch eine unterschiedliche zeitliche Verzögerung der
zu den AOMs zugeführten
Spannungssignale korrigiert. Die jeweiligen Verzögerungswerte werden ebenfalls
als Default-Parameter in der Software gespeichert.
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Die
beschriebenen Maßnahmen
zur Ermittlung und Korrektur von Positionsabweichungen werden zweckmäßig für die größte Auflösung und
das maximale Raster sowie für
die kleinste Auflösung
und das minimale Raster durchgeführt,
während
die Korrekturwerte für
dazwischen liegende Auflösungen und
Raster durch Interpolation berechnet und als Default-Parameter in
einer Tabelle gespeichert werden.
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Weitere
Einzelheiten der Positionskorrektur sind in der Deutschen Patentanmeldung
101 05 978.7 der Anmelderin beschrieben und sollen daher hier nicht
wiederholt werden.
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Das
in 7 dargestellte Blockdiagramm zeigt
schematisch verschiedene Regelkreise der Vorrichtung (1)
aus 1 und 3, wobei ein erster Regelkreis
(I) aus den einzelnen YAG-Lasern (66) mit integrierten
Laserausgangsleistungsdetektoren (67), von einer Stromversorgung
(68) mit Strom beaufschlagten Längsreglern (69), dem
Detektor (30) und der CPU (34) besteht. Der Regelkreis
(I) stellt die geforderte Ausgangsleistung der einzelnen YAG-Laser (66)
des Laserbearbeitungskopfes (6) ein, die dann konstant
gehalten wird. Ein zweiter Regelkreis (II) zur Einstellung des optimalen
Wirkungsgrades der AOMs umfasst die einzelnen AOMs der AOM-Anordnung (20),
den Detektor (30) sowie die CPU (34) und einen
von der CPU (34) angesteuerten Leistungsverstärker (60)
zur Veränderung
der HF-Leistung der AOMs. Der Leistungsverstärker (60) umfasst
für jeden
AOM einen in der Frequenz verstellbaren Oszillator (61),
ein variables, von der CPU (34) adressierbares Dämpfungsglied
(62) zur Anpassung der Verstärkung, einen Schalter (63)
zum Ein- und Ausschalten der zu den AOMs zugeführten Video- oder Spannungssignalen
(S) sowie einen Verstärker
(64). Ein dritter Regelkreis (III) zur Korrektur von Positionsabweichungen
in Vorschubrichtung (P) umfasst die AOMs der AOM-Anordnung (20),
den Detektor (30) und die CPU (34), von welcher
der verstellbare Oszillator (61) innerhalb des Leistungsverstärkers (60)
angesteuert wird, um die HF-Frequenz der zu den AOMs zugeführten Spannungssignale
(S) entsprechend den vom Detektor (30) gemessenen Positionsabweichungen
zu korrigieren. Ein vierter Regelkreis (IV) zur Korrektur von Positionsabweichungen
in Umfangsrichtung der Trommel (2, 51) umfasst
die AOMs der AOM-Anordnung (20), den Detektor (30)
und die CPU (34), von welcher ein Verzögerungselement (65)
angesteuert wird, das bei der Zufuhr der Spannungssignale (S) zum
Schalter (63) für
eine entsprechende Zeitverzögerung
sorgt. Ein fünfter
Regelkreis (V) zur Erzielung von Linienanschluss durch Veränderung
eines Neigungswinkels des Laserbearbeitungskopfs (6) besteht
aus dem Detektor (30), der CPU (34) und dem von
der CPU (34) angesteuerten Schrittmotor (70) zum
Kippen des Laserbearbeitungskopfes (6) um die Achse (O).