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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen
von Matrizenelementen mit Matrizenfenstern für die Durchführung von
Perforationsbearbeitungsvorgängen
an Dokumenten gemäß den Oberbegriffen
der Patenansprüche
1 und 12.
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In
sogenannten Laserperforationsanlagen zum Perforieren gebündelter
Papiere oder Dokumente aus anderen Materialien, wie beispielsweise
Bücher,
insbesondere Sparkassenbücher,
Pässe und ähnliche
Sicherheitsdokumente werden Laser dazu verwendet, das Dokumentenmaterial
beispielsweise punktweise zu durchlöchern, um hierdurch eine dauerhafte
Beschriftung mit beispielsweise einem Zahlencode zu erhalten.
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Um
derartige Perforationsbearbeitungsvorgänge durchführen zu können, wird oberseitig auf das
Dokument eine Obermatrize und unterseitig eine Untermatrize als
Matrizenelemente angepresst. Diese Matrizenelemente weisen einzelne
Matrizenfenster auf, deren Grundflächen zumeist jeweils einer
zur perforierenden Zahl oder einem perforierenden Buchstaben in
ihrer/seiner Grundfläche
entsprechen. Für
einen Perforationsbearbeitungsvorgang wird hierfür der von oben einwirkende
Laserstrahl innerhalb der Matrizenfenster verschoben und brennt
hierbei vorzugsweise punktweise das zu perforierende Dokumentenmaterial
durch.
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Bei
einem derartigen Durchbrennen – oder Ablationsvorgang – entstehen
Verunreinigungen in Form vom Schmutzpartikeln und Abbrand-Partikeln, die
sich vorzugsweise in den Randbe reichen der einzelnen Matrizenfenster
ablagern und somit eine Verringerung der zur Verfügung stehenden
Grundfläche der
Matrizenfenster zur Folge haben. Zudem werden durch derartige Abbrand-
und Schmutzpartikel die zu perforierenden Dokumente unerwünscht verschmutzt.
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Durch
eine stattfindende Streustrahlung des Lasers, der in der Regel ein
CO2-Laser ist, werden die in den Randbereichen
der Matrizenfenster angelagerten Ablagerungen häufig in einen glasierten Zustand
umgewandelt, wodurch die Ablagerung an sich ein Material mit einer
sehr hohen Härte
aufweist.
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Bisher
werden derartige Matrizenelemente von Zeit zu Zeit zwischen zwei
Perforationsarbeitsvorgängen
von Hand zeitintensiv und aufwendig gereinigt, indem die Ober- und
die Untermatrize aus der Laserperforationsanlage herausgenommen
werden und beispielsweise mittels einer kleinen Drahtbürste aufwendig
gereinigt werden.
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Demzufolge
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Reinigen von Matrizenelementen mit Matrizenfenstern
für die
Durchführung
von Perforationsvorgängen
an Dokumenten zur Verfügung
zu stellen, bei dem/der eine schnelle, selbsttätige und einfache Reinigung
zwischen zwei Perforationsbearbeitungsvorgängen verwirklicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches
1 und vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches
12 gelöst.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren
zum Reinigen von Matrizenelementen mit Matrizenfenstern für die Durchführung von
Perforationsvorgängen
an Dokumenten Verunreinigungen an Randbereichen der Matrizenfenster
durch mindestens einen darauf gerichteten Laserstrahl mit einem
im Bezug auf die Matrizenelementenebene vorbestimmbarem Laserstrahlführungsmuster
zwischen zwei Perforationsbearbeitungsvorgängen abgelöst werden. Vorteilhaft kann
hierbei derselbe Laser, vorzugsweise ein CO2-Laser,
wie während
des Perforationsbearbeitungsvorganges, verwendet werden. Es ist
lediglich die Führung
des Lasers entlang des neuen Laserstrahlführungsmusters, also ein neuer
Laserstrahllinienverlauf, eine Veränderung der Laserausgangsleistung,
der Markiergeschwindigkeit und der Galvowartezeit nötig, wobei
diese für
den Reinigungsbearbeitungsvor gang notwendigen Einstellungen des
Lasers selbsttätig
mittels eines programmierten Arbeitsablaufes einstellbar sind. Auf
diese Weise wird eine schnelle, einfache und kostengünstige Reinigung
der Matrizen erhalten, da ein Entfernen der Matrizen zu Reinigungszwecken
aus der Laserperforationsanlage nicht mehr notwendig ist und die
Laserperforationsanlage mit keinen zusätzlichen Reinigungselementen
ausgestattet werden muss. Vielmehr kann für den Perforationsvorgang und
den Reinigungsvorgang derselbe Laser verwendet werden.
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Der
für den
Reinigungszweck vorzugsweise entlang der Randbereiche der Matrizenfenster
verschobene Laserstrahl brennt die in diesen Randbereichen eingebrannten
Partikel und glasierten Materialrückstände weg, wobei dieser Beseitigungsvorgang
der Verunreinigungen durch das besondere Laserstrahlführungsmuster
und eine bestimmte geometrische Form der Randbereiche, insbesondere
von Stegen, die zwischen den Matrizenfenstern angeordnet sind, unterstützt wird.
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Das
Laserstrahlführungsmuster
kann gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
aus einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Laserstrahlverlaufslinien
auf dem Matrizenelement zusammengesetzt sein, die jeweils über die
Randbereiche der Matrizenfenster hinausverlaufen. Die parallelen Laserstrahlverlaufslinien
sind derart ausgerichtet, dass sie bei rechteckförmigen Matrizenfenstern entlang
den Längsseiten
verschoben werden.
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Ein
Abstand zwischen den parallel verlaufenden Laserstrahlverlaufslinien
liegt in einem Bereich von 0,06–0,1
mm, vorzugsweise bei 0,07 mm.
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Ein
derartiges ein Laserlayout darstellendes Laserstrahlführungsmuster
erstreckt sich über
alle Matrizenfenster des Matrizenelementes. Der Laserstrahl wird
hierbei abwechselnd in entgegengesetzter Richtung zur Bildung von
parallel angeordneten Laserstrahlverlaufslinien verfahren. Dieser
Reinigungsvorgang nimmt nur wenige Sekunden zwischen zwei stattfindenden
Perforationsbearbeitungsvorgängen in
Anspruch und benötigt
kein weiteres mechanisches Einwirken auf die Matrizenoberflächen und
deren Randbereiche. Dies reduziert den Wartungsaufwand der gesamten
Laserperforationsanlage erheblich.
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Ein
derartiger Reinigungsvorgang würde
beispielsweise nach einer stattgefundenen Perforation von ca. 200
Pässen
automatisch durchgeführt
werden.
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Der
Reinigungsvorgang wird ohne in die Matrizen eingelegten Dokumente
durchgeführt,
um erneute unerwünschte
Ablagerungen während
des Reinigungsvorganges zu vermeiden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann bei der Strahlführung als Laserstrahlführungsmuster
ebenso eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Laserstrahlverlaufslinien
auf dem Matrizenelement beschrieben werden, wobei diese parallel
zu den Längsseiten
der rechteckförmig ausgebildeten
Matrizenfenster verlaufen, jedoch nicht über den ober- und unterseitigen
Randbereich, also nicht über
die Breitenseite der Matrizenfenster hinausverlaufen. Hierdurch
wird erreicht, dass vorrangig die längsseitigen Randbereiche der
Matrizenfenster, welche die Ränder
der zwischen den Matrizenfenstern angeordneten Stege darstellen,
gereinigt werden, da diese die meisten Verunreinigungen aufweisen.
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Vorteilhafterweise
sind die Randbereiche, insbesondere die Randbereiche entlang der
Längsseiten
der rechteckförmigen
Matrizenfenster, im Querschnitt betrachtet mit abgeschrägten Flächen ausgestattet,
wobei die abgeschrägten
Flächen
eine Aufweitung eines jeden Matrizenfensters in der zum Laserstrahl
hingewandten Oberseite des Matrizenelementes bewirken. Eine derartige
Trapezform, bezogen auf ein Matrizenfenster bezüglich des Querschnitts, ermöglicht,
dass der zumeist punktförmig ausstrahlende
Laserstrahl bei dem Reinigungsvorgang der außenliegenden Matrizenfenster
keinen toten Winkel im Bereich der Stege erfährt, da die abgeschrägten Flächen dem
ebenso im Bezug auf die Vertikale schräg verlaufenden Laserstrahl
eine optimale Abtastung und somit ein optimales Ablösen von den
Seitenrandflächen
ermöglichen.
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Ein
weiteres Laserstrahlführungsmuster kann
eine zickzackförmige
oder rechteckförmige
Linienführung
in den Randbereichen ringsum um das vorzugsweise rechteckförmig ausgebildete
Matrizenfenster beinhalten, wobei der Laserstrahl immer wieder über den
Rand hinweg in das Laserfenster hinein und wieder zurück auf den
Rand und wieder in das Fenster hineingeführt wird. Auf diese Weise wird
bei einer möglichst
engmaschigen Zickzackform oder Rechteckform die Reinigung der Matrizenelemente auf
die Randbereiche selber konzentriert.
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Die
eventuell nicht abgebrannten, sondern nur abgetragenen Verunreinigungsablagerungen werden
mittels einer gleichzeitig oder anschließend stattfindenden Absaugung
von den Matrizenelementen entfernt.
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Für einen
Reinigungsvorgang wird die Laserleistung beim Übergang vom Perforationsbearbeitungsvorgang
in den Reinigungsvorgang reduziert. Eine derartige Reduzierung der
Laserleistung findet vorzugsweise um 20–70%, bevorzugter um 50% statt.
Beispielsweise kann bei der Verwendung eines CO2-Lasers
mit einer Ausgangsleistung von 300 W für den Perforationsbearbeitungsvorgang
50% der Leistung und für
den Reinigungsvorgang 25% der Leistung verwendet werden.
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Eine
Lasermarkiergeschwindigkeit wird beim Übergang vom Perforationsbearbeitungsvorgang
in den Reinigungsvorgang vorzugsweise um 10–50%, bevorzugter um 20%, erhöht. Die
Markiergeschwindigkeit beträgt
bei dem Perforationsvorgang beispielsweise 800 mm/s und während des
Reinigungsvorganges 1000 mm/s.
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Eine
Galvowartezeit wird beim Reinigen der Matrizenelemente zwischen
0 und 1 ms liegen. Während
des Perforationsbearbeitungsvorganges hingegen beträgt die Galvowartezeit
zum Einstechen des Perforationsloches zwischen 2 und 10 ms.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens weist vorteilhaft eine Lasereinrichtung
zum Perforieren von Dokumenten und zum anschließenden Reinigen der verwendeten
Matrizenelemente auf, wobei diese Vorrichtung Elemente in Verbindung
mit einem Datenverarbeitungsprogramm zur selbsttätigen Veränderung des Laserstrahllinienverlaufs,
der Laserausgangsleistung, der Markiergeschwindigkeit und der Galvowartezeit
eines Lasers aufweist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen
zu entnehmen.
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Hierbei
zeigen:
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1 in
einer perspektivischen schematischen stark vereinfachten Darstellung
einen Ausschnitt einer Laserperforationsvorrichtung während eines
Perforationsbearbeitungsvorganges;
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2a ein
Matrizenelement ohne Verunreinigungen;
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2b ein
Matrizenelement mit Verunreinigungen;
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3 in
einer Draufsicht ein Matrizenelement mit einem darunterliegenden
Perforationsmuster und einem darüber
angedeuteten Laserstrahlführungsmuster
zum Reinigen des Matrizenelementes;
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4 ein
Laserstrahlführungsmuster
zum Reinigen eines Matrizenelementes gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ein
Laserstrahlführungsmuster
zum Reinigen eines Matrizenelementes gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 ein
Laserstrahlführungsmuster
zum Reinigen eines Matrizenelementes gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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7a in
einer schematischen Darstellung den Verlauf von Laserstrahlen bei
Verwendung eines Matrizenelementes ohne abgeschrägte Flächen; und
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7b in
einer schematischen Darstellung den Verlauf von Laserstrahlen bei
Verwendung eines Matrizenelementes mit abgeschrägten Flächen.
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In 1 wird
in einer perspektivischen schematischen Darstellung ein Ausschnitt
einer Laserperforationsanlage zur Durchführung eines Laserperforationsbearbeitungsvorganges
dargestellt. Die das Grundprinzip der Laserperforation darstellende
Wiedergabe zeigt einen von oben nach unten verlaufenden Laserstrahl 1,
der eine Obermatrize 2 und eine Untermatrize 3 im
Bereich von Matrizenfenstern 5, 6 durchläuft.
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Zwischen
der Obermatrize 2 und der Untermatrize 3 ist das
zu perforierende Dokumentenmaterial 4, beispielsweise eine
Papierseite eines Reispasses, angeordnet.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist
deutlich zu entnehmen, dass die Perforation gemäß den Perforationszeichen 7 und 8 mittels
eines punktweisen Durchdringens des Laserstrahls durch das Dokumentenmaterial
stattfindet.
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In 2a wird
ein Matrizenelement 2 ohne Verunreinigungen dargestellt.
Bei einem Vergleich zwischen den 2a und 2b,
in welcher das Matrizenelement mit Verunreinigungen in den Randbereichen 5a–5d der
Matrizenfenster 5 wiedergegeben ist, ist deutlich zu sehen,
dass die Grundflächen der
Matrizenfenster 5 durch Verunreinigungsablagerung 9, 10 und 11 an
den Randbereichen 5a, 5b entlang den Längsseiten
der rechteckförmigen
Matrizenfenster und entlang der Randbereiche 5c, 5d eingeengt
bzw. verkleinert werden. Dies ermöglicht keine weitere saubere
Perforation der zwischen derart verunreinigten Matrizenelementen
gelagerten Dokumente.
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In 3 wird
zu Veranschaulichungszwecken in einem Ausschnitt eine Draufsicht
eines Matrizenelementes mit darunterliegendem perforierten Dokument
und darüber
angeordneten Laserstrahlführungsmuster,
wie es durch ein Verfahren des Laserstrahls während des Reinigungsvorganges
als fiktive Linienführung
vorgegeben wird, dargestellt. Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken,
dass ein Reinigungsvorgang, wie er durch die Linienführung der
Linien 12 dargestellt wird, nicht mit unter dem Matrizenelement 2 angeordneten
perforierten Dokumenten durchgeführt
wird.
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Eine
Perforierung des Dokumentes wird durch die Bezugszeichen 13 wiedergegeben.
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Der
in gemäß 3 wiedergegebenen
Darstellung ist deutlich zu entnehmen, dass das verwendete Laserstrahlführungsmuster
gemäß den Linien 12 über sämtliche
Matrizenfenster 5 und dazwischenliegenden Stegen hinweggeführt wird.
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In 4 wird
ein Laserstrahlführungsmuster gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zum Reinigen des Matrizenelementes 2 dargestellt. Hierbei
handelt es sich um einen parallel über das Matrizenelement hinweg
geführten
Laserstrahl, wobei der – in
Bildebene betrachtet – nach
oben geführte
Laserstrahl durch das Bezugszeichen 12a und der nach unten
geführte
Laserstrahl durch das Bezugszeichen 12b wiedergegeben wird.
Zwischen diesen beiden Laserstrahlverlaufslinien, die nicht als
eingebrannte Linien zu betrachten sind, wird der Laserstrahl in
einem Linienbereich 12c umgelenkt, wobei dieser Linienbereich zugleich
den Abstand der parallel verlaufenden Laserstrahllinien 12a und 12b wiedergibt.
Ein derartiger Abstand kann sich zwischen 0,06 und 0,1 mm, vorzugsweise
bei 0,07 mm belaufen.
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In 5 wird
in einer Draufsicht ein weiteres Laserstrahlführungsmuster gemäß einer
zweiten Ausführungsform
zum Reinigen des Matrizenelementes dargestellt. Dieser Darstellung
ist deutlich zu entnehmen, dass der rechteckförmige hin- und herbewegte Laserstrahl
gemäß der Linienführung 14 ausschließlich auf
den Randbereich der Matrizenfenster 5 konzentriert ist
und auf diese Weise eine gleichmäßige und
zuverlässige
Abtragung der Verunreinigungen von sämtlichen Randbereichen 5a, 5b, 5c und 5d stattfindet.
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In 6 ist
in einer Draufsicht ein weiteres Laserstrahlführungsmuster gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung zum Reinigen von Matrizenelementen dargestellt. Dieser
Darstellung ist zu entnehmen, dass zur Reduzierung der Reinigungszeit
eine Reinigung der Randbereiche auf die Längsseiten 5a und 5b der
Matrizenfenster konzentriert ist. Hierfür wird der Laserstrahl einmal
hin- und einmal hergefahren, wie es durch die Pfeile 15a und 15b wiedergegeben
wird.
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In 7a und 7b wird
in einer schematischen Querschnittsdarstellung ein Laserstrahlverlauf
zusammen mit einem Matrizenelement ohne und mit abgeschrägten Flächen in
den Randbereichen dargestellt. In 7a wird
verdeutlicht, dass von einer punktweise ausstrahlenden Laserquelle 16 Laserstrahlen 1a und 1b schräg auf Randbereiche
der Matrizenfenster auffallen, wodurch sich Ablagerungen 17a und 17b ergeben.
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Demgegenüber wird
bei einer optimierten Form der Randbereiche der Matrizenfenster 5 gemäß 7b eine
abgeschrägte
Fläche 18a und 18b im
Bereich der zwischen den Matrizenfenster angeordneten Stege verwendet.
Dies ermöglicht
den Zugang der Laserstrahlen 1a und 1b zu den
Matrizenfenstergrundflächen
ohne eine mögliche
Ablagerung in nicht ausleuchtbaren Bereichen.
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Durch
eine derartige abgeschrägte
Fläche 18a und 18b wird
zum einen die beschriftbare Matrizenfenstergrundfläche vergrößert und
zum anderen eine materialschonende Reinigung des Matrizenelementes
erreicht, da sämtliche
Stegrandflächen
ohne Abschattungsbereiche vorliegen.
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Idealerweise
weisen die abgeschrägten
Flächen 18a und 18b gegenüber einer
Vertikalen einen Winkel 19 auf, der einem Winkel 20 des
momentan darauf gerichteten Laserstrahls 1b entspricht.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1,
1a, 1b
- Laserstrahl
- 2
- Obermatrize
- 3
- Untermatrize
- 4
- Dokumentenmaterial
- 5,
6
- Matrizenfenster
- 5a,
5b, 5c, 5d
- Randbereiche
der Matrizenfenster
- 7,
8
- Perforationszahlen
- 9,
10, 11
- Verunreinigungsablagerungen
- 12,
12a, 12b, 12c, 14, 15a, 15b
- Linienführung des
Laserstrahls
- 13
- Perforationslöcher
- 16
- Laserquelle
- 17a,
17b
- Ablagerungsstellen
- 18a,
18b
- abgeschrägte Flächen
- 19,
20
- Winkel