DE102007032903A1

DE102007032903A1 - Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung

Info

Publication number: DE102007032903A1
Application number: DE102007032903A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Schepers; Stephan Brüning
Original assignee: Schepers GmbH and Co KG
Current assignee: Schepers GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-14
Filing date: 2007-07-14
Publication date: 2009-01-15
Also published as: WO2009010244A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung (1) mit einem Laser (10.1) und einem akustooptischen Modulator (11.1), wobei von dem Modulator (11.1) ein Laserstrahlweg (L0) in einen Absorber (12) und ein Laserstrahlweg (L1) zu einem Oberflächenpunkt (OP1) auf der Druck- oder Prägeform (2) führt und wobei der Laserstrahl auf dem Laserstrahlweg (L1) eine sich winkelmäßig von der ersten unterscheidende weitere Ablenkung erfährt. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Gravieren von rotativen Druck- oder Prägeformen (2) unter deren Drehung ausgeführt wird, wobei bei jeder Umdrehung der Form (2) mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge auf deren Oberfläche (20) aufgebracht werden, dass auf jeden Oberflächenpunkt (OP1, OP2 usw.) der Form (2) wenigstens zwei Laserpulse oder Laserpulszüge mit einem zeitlichen Abstand, der größer ist als der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen, aufgebracht werden und dass jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende oder zwei oder mehr gleichzeitige Laserpulse oder Laserpulszüge auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte (OP1, OP2) aufgebracht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung für die Gravur von Druck- oder Prägeformen, wobei eine Oberfläche der Druck- oder Prägeformen in eine Vielzahl von zu gravierenden Oberflächenpunkten aufgeteilt ist, mit einem Laser, mit einem dem Laser nachgeordneten akustooptischen Modulator zur frequenzabhängigen Laserstrahlablenkung, wobei von dem Modulator aus ein erster Laserstrahlweg in einen Absorber führt, wobei ein zweiter Laserstrahlweg zu einem Oberflächenpunkt auf der Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform führt und wobei der Laserstrahl auf dem zweiten Laserstrahlweg neben einer ersten Ablenkung mindestens eine sich winkelmäßig von der ersten unterscheidende weitere Ablenkung erfährt und so mindestens ein weiterer Laserstrahlweg gebildet wird, der zu mindestens einem weiteren Oberflächenpunkt ebenfalls auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform führt.
Aus dem Dokument EP-A-1 245 326 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Zweck dieses bekannten Verfahrens ist die optimale Ausnutzung einer einen Teil der Lasergravureinrichtung bildenden Anpassungsoptik. Hierzu werden mehrere Laserstrahlwege erzeugt, die zu mehreren Fokuspunkten auf der Oberfläche einer zu gravierenden Druck- oder Prägeform führen. Die Fokuspunkte sind dabei in Form einer zweidimensionalen Punktmatrix angeordnet. Auf diese Weise werden mehrere unmittelbar benachbarte Oberflächenpunkte der Druck- oder Prägeform gleichzeitig graviert, was eine schnelle Gravur erlaubt.
Als nachteilig ist bei diesem Verfahren festzustellen, dass sich die eng benachbart und gleichzeitig erfolgenden Gravuren der Punktmatrix gegenseitig ungünstig beeinflussen können, sodass die Gravur nicht immer die gewünschte oder geforderte Qualität erreicht. Eine ungünstige Beeinflussung tritt insbesondere dann auf, wenn Material aus der Oberfläche der Druck- oder Prägeform abgetragen wird; bei einer Maskenbelichtung ohne Materialabtrag gibt es diesen Nachteil nicht.
Das Dokument US-A-5 416 298 offenbart ein weiteres Verfahren der eingangs angegebenen Art. Weiterhin ist für das aus diesem Dokument bekannte Verfahren charakteristisch, dass jedes Auftreffen des Laserstrahls auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform dort eine Vertiefung in Form einer vollständigen Zelle oder eines vollständigen Näpfchens erzeugt. Der Laserstrahl wird hierzu durch den akusto-optischen Modulator gepulst. Um eine ausreichende Laserstrahlenergie in den gewünschten Fokuspunkt zur Erzeugung einer vollständigen Zelle oder eines vollständigen Näpfchens einzutragen, wird der Laserstrahl so in Drehrichtung der rotierenden Druck- oder Prägeform abgelenkt, dass der Fokuspunkt mit der gleichen Geschwindigkeit, wie sie die Druckformoberfläche in Umfangsrichtung aufweist, mit dieser mitwandert. Dadurch wird erreicht, dass der Laserstrahl für eine längere Zeit den vorgegebenen Fokuspunkt auf der Druckformoberfläche trifft. Durch den für eine relativ lange Zeit auftreffenden Laserstrahl wird unmittelbar Material aus der Oberfläche der Druckform verdampft, wobei es sich bei der O berfläche gemäß dem zitierten Dokument um eine keramische Oberfläche handelt.
Als nachteilig ist bei diesem Verfahren anzusehen, dass es infolge der relativ langen Einwirkzeit des Laserstrahls auf denselben Oberflächenpunkt der zu gravierenden Druck- oder Prägeform hier zu einer erheblichen Wärmeerzeugung und -einwirkung kommt, die zu unerwünschten Veränderungen des Materials der Druck- oder Prägeform in der Umgebung der Zelle oder des Näpfchens kommt. Außerdem entstehen relativ große Mengen an Ablationsrückständen in Gasform und es lagern sich relativ große und viele von der Oberfläche abgesprengte Partikel in der Umgebung der Zelle oder des Näpfchens auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform ab. Hierdurch ist nur eine begrenzte Qualität der Gravur erreichbar.
Eine weitere Lasergravureinrichtung ist aus WO-A-97/19783 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine Lasergravuranlage zum Gravieren einer Werkstückoberfläche, mit einer Laserstrahlquelle, einem im Strahlengang der Laserstrahlquelle liegenden Modulator, einer dem Modulator nachgeordneten Optik, die mit Abstand von der Werkstückoberfläche angeordnet ist, wobei Optik und Werkstück relativ zueinander bewegt werden, und einer Steuereinrichtung, die den Modulator mit einem Steuersignal ansteuert, so dass dessen auf die Werkstückoberfläche auftreffende Ausgangsstrahlung nach Maßgabe des Steuersignals moduliert ist und die Werkstückoberfläche entsprechend tief bearbeitet. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Walze mit einer Gummi- oder Kunststoffbeschichtung handeln. Weiterhin ist bei dieser bekannten Lasergravuranlage eine zweite Laserstrahlquelle vorgesehen, die von der Steuereinrichtung mit einem zweiten Steuersignal angesteuert wird. Dabei sollen die Feinstrukturen des in der Werkstückoberfläche zu erzeugenden Profils von dem über den Modulator geführten ersten Laserstrahl gebildet werden, während die Tiefenbereiche des Profils von dem Laserstrahl des zweiten Lasers gebildet werden sollen. Dazu werden der Modulator einerseits und die zweite Laserstrahlquelle andererseits von miteinander zusammenhängenden, aber getrennten Steuersignalen angesteuert. Die beiden senkrecht zueinander polarisierten Laserstrahlen von dem Modulator einerseits und der zweiten Laserstrahlquelle andererseits werden von einem selektiven Spiegel transmittiert bzw. reflektiert und gemeinsam über eine Optik auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche geleitet.
Ersichtlich ist bei dieser Lasergravureinrichtung der technische Aufwand relativ hoch, da zwei Laser eingesetzt werden müssen. Zudem ist diese Lasergravuranlage nur wirtschaftlich einsetzbar, wenn besonders große Gravurtiefen erzielt werden sollen, die mit Einsatz eines einzelnen Lasers nicht erreicht werden.
Aus der EP-A-1 068 923 ist ein Verfahren bekannt, mit dem in einer Lasergravureinrichtung die Intensitätsverteilung des Laserstrahls im Fokuspunkt schnell änderbar ist. Hierzu werden wenigstens zwei Teilstrahlen mit unterschiedlicher Intensitätsverteilung verwendet, die zu einem Arbeitsstrahl zusammengeführt werden. Dadurch, dass die Intensität der Teilstrahlen einzeln veränderbar ist, kann die Intensitätsverteilung innerhalb des Fokuspunktes des zusammengeführten Laserstrahls in gewünschter Weise verändert und so an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden. Hiermit kann zwar bei der Herstellung von Druckzylindern beispielsweise die Form von Tiefdrucknäpfchen in der Druckformoberfläche vorteilhaft beeinflusst werden, jedoch wird hiermit eine Beschleunigung der Gravur nicht erreicht.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die vorstehend dargelegten Nachteile vermieden werden und mit dem insbesondere eine sowohl sehr schnelle als auch qualitativ hochwertige, reproduzierbare Gravur, auch bei einem erheblichen Materialabtrag von der Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform, erreicht werden.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangsgenannten Art, dass dadurch gekennzeichnet, ist,

– dass das Verfahren zum Gravieren von rotativen Druck- oder Prägeformen unter deren Drehung ausgeführt wird, wobei bei jeder Umdrehung der Druck- oder Prägeform mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge auf deren Oberfläche aufgebracht werden,
– dass auf jeden Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform wenigstens zwei Laserpulse oder Laserpulszüge mit einem zeitlichem Abstand, der größer ist als der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen, aufgebracht werden und
– dass jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende oder zwei oder mehr gleichzeitige Laserpulse oder Laserpulszüge auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte aufgebracht werden.

Mit dem erfindungsgemäßem Verfahren wird vorteilhaft erreicht, dass die Gravur einer rotativen Druck- oder Prägeform mit einer hohen Geschwindigkeit und gleichzeitig mit einer hohen Qualität erfolgen kann. Dabei wird jeder Oberflächenpunkt nicht mit einem einzigen Laserpuls bearbeitet, sondern durch mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge, die den bestimmten Oberflächenpunkt mit zeitlichem Abstand treffen. Zwischen dem Auftreffen der einzelnen Laserpulse oder Laserpulszüge liegt jeweils eine gewisse Zeitspanne, die so groß ist, dass ein gegenseitiges Stören der denselben Oberflächenpunkt treffenden Laserpulse oder Laserpulszüge ausgeschlossen wird. Gleichzeitig wird durch das Aufbringen von zwei zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte die Leistung des Lasers gut ausgenutzt und unproduktive Totzeiten werden so vermieden. Durch die Verteilung der Energie zum Gravieren eines bestimmten Oberflächenpunktes auf mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge wird eine thermische Überbeanspruchung und dadurch möglicherweise verursachte Schädigung des Materials der Druck- oder Prägeform ausgeschlossen. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr schnelle Gravur mit sehr hoher Gravurqualität.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gravur der rotativen Druck- oder Prägeformen nahtlos entlang einer Schraubenlinie erfolgt und dass die zwei verschiedenen, voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte in zwei axial voneinander beabstandeten Umfangsspuren der Schraubenlinie liegen und/oder in Umfangsrichtung der Druck- oder Prägeformen voneinander beabstandet liegen. Durch die Gravur entlang einer Schraubenlinie wird ein weiterer Beitrag zu einer hohen Gravurgeschwindigkeit geleistet, da diese Art der Gravur deutlich schneller ausführbar ist als eine Blockgravur, bei der eine unstetige Vorschubbewegung von einer Umfangsspur zur benachbarten Umfangsspur erforderlich ist. Bei einer Gravur entlang einer Schraubenlinie kann die Bewegung der Lasergravureinrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zur Druck- oder Prägeform erfolgen, was die erwähnte schnellere Gravur ergibt und die Ausführung des Verfahrens zudem technisch vereinfacht. Hinsichtlich der Lage der zwei verschiedenen, voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte, die von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden oder gleichzeitigen Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt werden, besteht eine große Freiheit, da der Abstand in Umfangsrichtung, in Axialrichtung oder auch in einer Zwischenrichtung liegen kann.
Zweckmäßig wird der Abstand der zwei voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte so groß gewählt, dass durch den ersten Laserpuls oder Laserpulszug erzeugte Effekte, wie Plasmabildung, Ablationsrückstände in Gasform oder von der Druck- oder Prägeformoberfläche abgesprengte Partikel, keine Störwirkung, insbesondere keine Absorptionswirkung auf den zeitlich unmittelbar folgenden zweiten Laserpuls oder Laserpulszug ausüben. Der konkret gewählte Abstand wird in der Praxis zweckmäßig so ermittelt, dass durch Versuche die räumliche Ausdehnung der von dem ersten Laserpuls oder Laserpulszug erzeugten Effekte ermittelt wird und dass dann der Abstand entsprechend den vorgenannten Vorgaben gewählt wird. Dabei wird der Abstand so groß wie nötig und so gering wie möglich gewählt, um die Störeinflüsse auszuschließen und gleichzeitig die Ablenkung der Laserstrahlen möglichst klein zu halten.
Weiter schlägt die Erfindung vor, dass ein oder mehrere Ultrakurzpulslaser angewendet werden. Die erzeugten und angewendeten ultrakurzen Laserpulse oder Laserpulszüge tragen zu einer schonenden Gravur der Druck- oder Prägeform bei. Da die Energie in einem sehr kurzem Zeitraum aufgebracht wird, ergibt sich eine sogenannte „kalte" Abtragung, bei der das von dem Laserpuls oder Laserpulszug getroffene Material am Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform vollständig und sehr schnell verdampft wird, ohne dass es dabei zu einer übermäßigen Erhitzung des benachbarten Materials der Druck- oder Prägeformoberfläche kommt. Außerdem wird ein unerwünschter flüssiger Zustand des Materials, der zu Kraterrändern oder Spritzern von Material in der Umgebung des Oberflächenpunktes führt, praktisch vollständig vermieden.
In weiterer Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass Laserpulse mit einer Länge zwischen 0,1 und 100 Pikosekunden in Pulszügen durch einen externen Modulator/Deflektor angewendet werden.
Ein weiterer Beitrag zur Erzielung einer hohen Gravurgeschwindigkeit wird dadurch geliefert, dass bevorzugt die Laserpulse mit einer Wiederholfrequenz zwischen 1 MHz und einigen 100 MHz angewendet werden. Diese hohe Wiederholfrequenz der Laserpulse erlaubt eine schnelle Gravur mit einer entsprechend hohen Drehzahl der zu gravierenden Druck- oder Prägeform, wodurch die Gravurzeit auch bei großen Druck- oder Prägeformen sehr kurz gehalten werden kann.
Je nach dem Material der zu gravierenden Druck- oder Prägeform sind unterschiedliche Energien der Laserpulse anzuwenden und unterschiedliche Oberflächenpunktabstände einzuhalten. Um diesen Erfordernissen Rechnung zu tragen, schlägt die Erfindung vor, dass die Pulszuglänge, der Oberflächenpunkt und die Amplitude durch den externen Modulator/Deflektor gesteuert werden.
Wie weiter oben beschrieben, ist es für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich, dass der Auftreffpunkt der Laserpulse oder Laserpulszüge auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform „springt". Um dieses „Springen" des Auftreffpunktes der Laserpulse oder Laserpulszüge zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine in den akustooptischen Modulator zur frequenzabhängigen Laserstrahlablenkung eingespeiste Frequenz variiert wird und so ein Ablenkwinkel des Laserstrahls und der vom Laserstrahl getroffene Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform verändert werden. Auf diese Weise kann der Laserstrahl, auf dem die Laserpulse oder Laserpulszüge zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform gelangen, ohne jedes mechanische Hilfsmittel abgelenkt werden, was eine sehr schnelle und präzise Ablenkung gewährleistet.
Da aufgrund der Ablenkung des Laserstrahls dieser nicht mehr in jedem Falle senkrecht auf die Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform trifft, sondern auch unter einem gewissen schrägen Winkel auftreffen kann, kommt es zu einer Fehllage des Laserfokus; um dem vorzubeugen, schlägt die Erfindung vor, dass der Fokus des Laserstrahls in Abhängigkeit von dessen aktuellem Ablenkwinkel durch ein Linsensystem mit angepasstem Linsendesign nachgeführt wird. Somit wird gewährleistet, dass der Fokus des Laserstrahls stets genau im Auftreffpunkt auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform liegt und nicht davor oder dahinter. Auf diese Weise wird die maximal mögliche Auflösung und Exaktheit der Gravur gewährleistet. Hier kann z. B. ein F-Theta Objektiv angewendet werden, in dem durch den Eintrittswinkel ein bestimmter Ort auf der Druck- oder Prägeform, die insbesondere ein Zylinder sein kann, erreicht wird. Das Linsendesign ist so ausgeführt, dass Fokuspunkte über den Arbeitsbereich dieser Linse in einer Ebene, also auf der Druckform, liegen.
Bei Gravuren mit einem Materialabtrag von der Oberfläche der Druck- oder Prägeform ist es oft zweckmäßig oder er forderlich, dass sich die benachbarten Umfangsspuren überlappen. Da ein Laserstrahl in seinem Profil rund ist und ein gaussförmiges Strahlprofil besitzt, würde sich bei einer derartigen Überlappung der Spuren eine linienförmige, in Richtung der Umfangsspuren verlaufende Struktur im Bereich des Bodens einer Abtragung ergeben. Damit würde eine stetige Gravur zu einer starken Rillenbildung führen. Um diese unerwünschte Rillenbildung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass der Gravur entlang der Schraubenlinie eine stufenlose Variation einer axialen Position des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf der Druck- oder Prägeformoberfläche überlagert wird. Durch diese Variation der axialen Position des Auftreffpunktes des Laserstrahls wird die erwähnte Rillenbildung ausgeschlossen, weil nicht nur exakt entlang der Umfangsspuren, sondern auch in Bereichen zwischen diesen ein Materialabtrag erfolgt. Damit lassen sich auch größere dreidimensionale Strukturen ohne störende Rillenbildung, also mit einer sehr geringen Oberflächenrauigkeit, günstig erzeugen.
Eine weitere Maßnahme zur Erzielung eines besonders exakten und reproduzierbaren Gravurergebnisses besteht darin, dass der Gravur ein Reinigungsprozess überlagert wird, mit dem jeder Oberflächenpunkt nach dem Aufbringen eines Laserpulses oder Laserpulszuges gereinigt wird, bevor auf denselben Oberflächenpunkt ein weiterer Laserpuls oder Laserpulszug aufgebracht wird.
Bevorzugt wird der Reinigungsprozess mittels Abbürstens, auch ultraschallunterstütztes Bürsten, oder mittels Sandstrahlens oder mittels eines Plasmareinigungsverfahrens durchgeführt. Auch eine Kombination verschiedener Reinigungsprozesse ist selbstverständlich möglich.
Aufgrund von physikalischen Bedingungen ist der Arbeitsbereich eines akustooptischen Modulators/Deflektors hinsichtlich des maximal möglichen Ablenkwinkels des Laserstrahls eingeschränkt. Handelsübliche akustooptische Modulatoren/Deflektoren haben beispielsweise einen Arbeitsbereich hinsichtlich der eingespeisten Modulationsfrequenz von 30 MHz, in dem eine gleichbleibende Effizienz erreicht wird. Die Bandbreite der Frequenz von 30 MHz entspricht einem maximalen Ablenkwinkel von 1 bis 3° je nach Material des akustooptischen Modulators. Für manche Gravuren kann ein solcher Ablenkwinkel zu klein sein, da durch den maximal möglichen Ablenkwinkel auch der maximal mögliche Abstand zwischen zwei Oberflächenpunkten, die von zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden oder gleichzeitigen Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt werden, festgelegt ist. Um einen größeren Ablenkwinkel zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl nach Durchlaufen des akustooptischen Modulators durch mindestens einen damit in Reihe geschalteten weiteren akustooptischen Modulator geführt wird. Mit einem zweiten akustooptischen Modulator kann der Ablenkwinkel verdoppelt werden. Bei noch mehr Modulatoren kann eine weitere Vergrößerung des Ablenkwinkels erzielt werden, wenn dies erforderlich sein sollte.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl durch zwei baugleiche Modulatoren geführt wird, wobei die Ablenkung des zweiten Modulators invertiert zur Ablenkung des ersten Modulators ist. Hiermit wird erreicht, dass der durch den ersten Modulator gebeugte oder abgelenkte Laserstrahl nicht mehr durch den zweiten Modulator beeinflusst werden kann. Somit ergeben sich auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform zwei voneinander beabstandete Auftreffpunkte, wobei die Ablenkwinkel sich addieren und ein großer Abstand zwischen den Oberflächenpunkten, auf die die Laserpulse oder Laserpulszüge treffen, erreicht wird.
Eine alternative Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der Laserstrahl durch einen ersten Polarisationsstrahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt wird, dass jeder Teilstrahl durch je einen akustooptischen Modulator geführt wird und dass danach die Teilstrahlen mittels eines zweiten Polarisationsstrahlteilers wieder zu einem Laserstrahl überlagert werden. Dadurch, dass jeder Teilstrahl durch einen eigenen akustooptischen Modulator geführt wird, kann die Modulationsbandbreite verdoppelt werden, was auch eine Verdoppelung des Ablenkwinkels bedeutet. Damit kann auch der Abstand der Oberflächenpunkte, die von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt werden, verdoppelt werden. Da sich diese Art der Teilung wie die Anwendung zweier diskreter Laser verhält, können vorteilhaft auch zwei Punkte gleichzeitig auf der Druck- oder Prägeform angesteuert werden.
In Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl durch winkelmäßiges Verstellen des zweiten Polarisationsstrahlteilers auf gewünschte Oberflächenpunkte der Druck- oder Prägeform gelenkt wird. Hiermit wird der Vorteil erreicht, dass die Positionierung des Auftreffpunktes der Laserstrahlen auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform nicht nur durch Variation der Modulationsfrequenz und damit des Ablenkwinkels des akustooptischen Modulators möglich ist, sondern eine Positionierung auch durch den zweiten Polarisationsstrahlteiler erfolgen kann.
In einer konkreten weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Laserstrahl durch zwei jeweils als Polarisati onsstrahlteiler dienende doppelbrechende Kristalle geführt wird, wobei der zweite Kristall invers zum ersten Kristall angeordnet ist. Konkret können die Kristalle beispielsweise Calcit-Kristalle sein.
Die Lasergravureinrichtung kann grundsätzlich mit einem einzelnen Laser betrieben werden. Bei manchen Anwendungen kann auch der Einsatz von mehreren Lasern zweckmäßig sein, um eine höhere Laserpulsenergie oder eine höhere Produktivität zu erzielen. Dabei können untereinander gleiche oder auch voneinander verschiedene Laser eingesetzt werden. Für diese Fälle sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass von mehreren Lasern je ein Laserstrahl erzeugt wird, dass die von den Lasern erzeugten Laserstrahlen durch je einen zugeordneten akustooptischen Modulator/Deflektor geführt werden und dass die einzelnen Laserstrahlen hinter den Modulatoren zu einem Laserstrahl zusammengeführt werden, der auf die Druck- oder Prägeformoberfläche auftrifft. Ferner können die Strahlen auch quasi zusammengeführt werden. Sie unterscheiden sich hier nur in ihrem Ausbreitungswinkel, wodurch sie in der Fokussierungsebene auf zwei unterschiedliche Orte abgebildet werden. Aufgrund des Winkelunterschiedes laufen diese Strahlen zwar auseinander; mit diskreten Optiken wäre aber ein derartiger geringer Abstand nicht möglich. Es ist ein geringer Abstand erstrebenswert, um die Blendenzahl hoch zu halten und eine möglichst große Tiefenschärfe zu erzielen.
In weiterer Ausgestaltung haben die von den mehreren Lasern erzeugten Laserstrahlen zueinander unterschiedliche Wellenlängen. Damit kann insbesondere eine Verringerung der Abhängigkeit der Abtragsrate vom Absorptionsverhalten des Materials der Druck- oder Prägeform erreicht werden. Es besteht hierbei z. B. die Möglichkeit, zwei Laser mit unterschiedlicher Auflösung, d. h. unterschiedlicher Spotgröße des Fokus im Auftreffpunkt auf der Druck- oder Prägeform, und/oder unterschiedlicher Leistung einzusetzen. Der Laserstrahl des ersten Lasers kann dann für die Erzeugung einer "Grobstruktur" und der zweite Laser für die Erzeugung einer "Feinstruktur" genutzt werden.
Um die zunächst einzeln erzeugten Laserstrahlen der verschiedenen Laser zu einem einzigen Laserstrahl zusammenzuführen, schlägt die Erfindung vor, dass die Laserstrahlen zu ihrem Zusammenführen über je einen dichroitischen Spiegel umgelenkt werden. Die Zahl der Laser ist hier nicht, wie im Stand der Technik mit einer polarisationstechnischen Strahlüberlagerung, auf zwei begrenzt, sondern kann vorteilhaft größer als zwei sein.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der zusammengeführte Laserstrahl durch winkelmäßiges Verstellen wenigstens eines der dichroitischen Spiegel auf gewünschte Oberflächenpunkte der Druck- oder Prägeform gelenkt wird. Durch dieses Verstellen des wenigstens einen Spiegels wird vorteilhaft eine zusätzliche, statische Möglichkeit der Ablenkung des zusammengeführten Laserstrahls zusätzlich zu der dynamischen Ablenkung durch die den Lasern zugeordneten akustooptischen Modulatoren erreicht. Für die Spiegelverstellung kann z. B. ein piezoelektrischer Aktuator verwendet werden, der elektrisch ansteuerbar ist und mit dem eine Verstellung mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich möglich ist.
Zur Erzeugung eines geeigneten Laserstrahls für das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Laserstrahl oder die Laserstrahlen durch einen oder mehrere Faserlaser, z. B. Yterbium-Faserlaser, durch einen oder mehrere Scheibenlaser, z. B. Yterbium-Vanadat-Laser, durch einen oder mehrere Stablaser, z. B. Titan-Saphir-Laser, und/oder durch einen oder mehrere Gaslaser, z. B. Eximer-Laser, erzeugt wird/werden. Mit derartigen Lasern ist eine Laserstrahlung mit Wellenlängen von ca. 700 nm bis 2100 nm möglich, was eine entsprechend hohe Auflösung bei der Gravur, die bis in den Bereich der Wellenlänge der Laserstrahlung gehen kann, also von etwas unter 1 μm, ermöglicht.
Für Fälle, in denen eine noch höhere Auflösung gewünscht wird, sieht das Verfahren vor, dass die Frequenz der Laserstrahlung durch ein Frequenzvervielfachungssystem innerhalb des Lasers oder der Laser vervielfacht wird. Entsprechend der Frequenzvervielfachung verkleinert sich die Wellenlänge der Laserstrahlung, wodurch eine entsprechende Verbesserung der Auflösung der Gravur erreicht werden kann.
Für eine hohe Gravurqualität ist es nicht nur wesentlich, dass die Auftreffpunkte der Laserpulse oder Laserpulszüge auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform hinsichtlich ihrer Lage exakt festgelegt werden, sondern auch hinsichtlich der Tiefe der Gravur ist die Einhaltung von exakten Abtragstiefen wesentlich. Um diesem Punkt Rechnung zu tragen, schlägt die Erfindung vor, dass vor einem Gravurvorgang durch eine Kalibrierung eine vom Material der Druck- oder Prägeform abhängige Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug ermittelt wird und dass nach Maßgabe der ermittelten Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug die Zahl der auf einen auf eine vorgegebene Tiefe zu gravierenden Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform aufzubringenden Laserpulse oder Laserpulszüge bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für vielfältige Gravuraufgaben einsetzbar. Eine erste bevorzugte Verwendung des Verfahrens sieht vor, dass mit diesem zweidimensionale oder dreidimensionale Maskenschichten auf Druck- oder Prägeformen abgetragen oder belichtet werden. Solche Maskenschichten werden insbesondere dann benötigt, wenn in einem weiteren Schritt der Gravur ein Ätzvorgang oder ein galvanischer Beschichtungsvorgang durchgeführt wird.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mit diesem ein dreidimensionaler Materialabtrag von metallischen oder nichtmetallischen Druck- oder Prägeformoberflächen vorgenommen wird. In dieser Anwendung kann eine Druck- oder Prägeformoberfläche vollständig mit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Lasergravureinrichtung hergestellt werden; ein Ätzvorgang ist hier nicht erforderlich.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der dreidimensionale Materialabtrag in Form eines Näpfchenrasters erfolgt und dass damit eine Raster- oder Tiefdruckwalze hergestellt wird. Aufgrund der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren hohen Auflösung der Gravur können Raster- oder Tiefdruckwalzen mit sehr kleinen Rastern und damit einer sehr hohen Auflösung zuverlässig und wirtschaftlich hergestellt werden.
Ein weiterer günstiger Einsatzbereich des Verfahrens liegt darin, dass mit diesem Prägeformen für ein Prägen von Hologrammen hergestellt werden können. Prägeformen für ein Prägen von Hologrammen benötigen eine hohe Auflösung, die aber mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos erreichbar ist. Da außerdem die Abtragsrate jedes einzelnen Laserpulses oder Laserpulszuges einstellbar ist, kann auch eine für das Herstellen von Hologrammprägeformen nötige, sehr kleine Abtragsrate pro Laserpuls oder Laserpulszug ohne weiteres in einem benötigten Maß eingestellt werden.
Ein weiterer Einsatzbereich des Verfahrens besteht darin, dass mit dem Verfahren Prägeformen, z. B. für ein Prägen von Lederstrukturen für den Automotivebereich, hergestellt werden.
Um das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich und sicher ausführen zu können, ist vorgesehen, dass es unter Kontrolle einer elektronischen Steuereinheit nach Maßgabe von gespeicherten, abrufbaren digitalen Gravurdaten, die Informationen über die Lage und die Gravurtiefe jedes Oberflächenpunktes der Druck- oder Prägeform enthalten, ausgeführt wird.
Schließlich schlägt die Erfindung noch vor, dass mit der Steuereinheit der/jeder Laser, der/jeder Modulator, der/jeder Polarisationsstrahlteiler, der/jeder dichroitische Spiegel, ein Drehantrieb für die Rotation der Druck- oder Prägeform und/oder eine Linearverfahreinrichtung für ein Verfahren der Lasergravureinrichtung in Axialrichtung der Druck- oder Prägeform gesteuert wird.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 eine Lasergravureinrichtung zusammen mit einer Druck- oder Prägeform während deren Gravur, in einer schematischen Ansicht,
2 die Lasergravureinrichtung in einer ersten Ausführung, in einer schematischen Darstellung,
3 die Lasergravureinrichtung in einer zweiten Ausführung,
4 die Lasergravureinrichtung in einer dritten Ausführung und
5 die Lasergravureinrichtung in einer vierten Ausführung.
Die 1 zeigt unten in einer rein schematischen Darstellung eine Lasergravureinrichtung 1, die zur Gravur einer im oberen Teil der 1 dargestellten Druck- oder Prägeform 2, beispielsweise eines Druckzylinders, dient.
Die Lasergravureinrichtung 1 ist mittels einer Linearverfahreinrichtung 15 parallel zur Axialrichtung 24 der Druck- oder Prägeform 2 verfahrbar. Die Druck- oder Prägeform 2 ist mittels hier nicht dargestellter Lagermittel und eines Drehantriebes um ihre Mittelachse 21 in Drehung versetzbar. Bei der Drehung bewegt sich die Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 in Umfangsrichtung 23.
Die Lasergravureinrichtung 1 erzeugt mittels mindestens eines darin vorgesehenen Lasers einen Laserstrahl, der in Form von Laserpulsen oder Laserpulszügen die gewünschte Gravur der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 bewirkt. Die Oberfläche 20 ist dazu in eine Vielzahl von in Umfangsrichtung 23 und in Axialrichtung 24 voneinander beabstandeten Oberflächenpunkten unterteilt. In jedem dieser Oberflächenpunkte findet eine gewünschte Beeinflussung, insbesondere Belichtung oder Abtragung, des Ma terials der Oberfläche 20 des Druck- oder Prägeform 2 statt. Die Gravur der Druck- oder Prägeform 2 erfolgt endlos entlang einer um den Außenumfang der Form 2 umlaufenden Schraubenlinie 22, wodurch sich eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Umfangsspuren ergibt. Um die Gravur entlang dieser Schraubenlinie 22 durchzuführen, wird die Linearverfahreinrichtung 15 mit einer konstanten Geschwindigkeit parallel zur Axialrichtung 24 der sich gleichzeitig drehenden Form 2 in Richtung des Pfeils an der Linearverfahreinrichtung 15 bewegt, hier von links nach rechts.
Jeder Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform 2 wird für seine Gravur mit mindestens zwei, in der Praxis mit einer in der Regel wesentlich größere Zahl von Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt. Jeder Laserpuls oder Laserpulszug sorgt bei einem Gravieren mit Materialabtrag dafür, dass Material aus der Oberfläche 20 der Form 2 verdampft wird. Damit die bei dem Auftreffen eines Laserpulses oder Laserpulszuges auf einen ersten Oberflächenpunkt OP1 entstehenden Effekte, insbesondere eine Plasmabildung, Ablationsrückstände in Gasform oder von der Oberfläche abgesprengte Partikel, das Aufbringen des weiteren oder der weiteren Laserpulse oder Laserpulszüge nicht durch deren Absorption vor dem Erreichen der Oberfläche 20 stört, wird der Laserstrahl so abgelenkt, dass er zwischen voneinander ausweichend weit beabstandeten Oberflächenpunkten OP1 und OP2 „springt". Der Laserstrahl bzw. die den Laserstrahl bildenden Laserpulse oder Laserpulszüge gelangen also auf zwei verschiedenen Laserstrahlwegen L1 und L2 zur Oberfläche 20 der Form 2. Bei einer passenden Wahl des Abstandes zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 stören sich die Gravurvorgänge an den einzelnen Oberflächenpunkten OP1 und OP2 nicht. Damit werden Probleme mit einer Absorption von Laserpulsen oder Laserpulszügen durch ein zuvor entstandenes Plasma oder durch gasförmige Ablationsrückstände vermieden. Auch besteht die Möglichkeit, zwischen zwei Laserpulsen oder Laserpulszügen auf denselben Oberflächenpunkt OP1 oder OP2 hier einen Reinigungsvorgang durchzuführen, mit dem feste Rückstände, insbesondere von der Oberfläche abgesprengte Partikel, entfernt werden.
In dem in 1 gezeigtem Beispiel sind die beiden Oberflächenpunkte OP1 und OP2 in Axialrichtung 24 der Form 2 voneinander beabstandet. Bei entsprechend anders gerichteter Ablenkung des Laserstrahls können die Oberflächenpunkte OP1 und OP2 auch in Umfangsrichtung 23 oder in einer zwischen Umfangsrichtung 23 und Axialrichtung 24 verlaufenden Richtung voneinander beabstandet sein. Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit, den Abstand zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 größer als in 1 dargestellt zu wählen; in 1 entspricht der Abstand der Oberflächenpunkte OP1 und OP2 dem Abstand zweier Umfangsspuren 22.1 und 22.2 in Axialrichtung 24. Wenn es erforderlich ist, kann der Abstand zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 auch ein Mehrfaches des Abstandes zweier benachbarter Umfangsspuren 22.1 und 22.2 betragen. Erreicht wird ein größerer Abstand zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 durch eine vergrößerte Ablenkung zwischen den beiden Laserstrahlwegen L1 und L2.
Die 1 zeigt die Schraubenlinie 22 und die Umfangsspuren 22.1 und 22.2 in rein schematischer, unmaßstäblicher Darstellung, damit das Prinzip erkennbar wird. In der Praxis kann der Abstand zwischen den Umfangsspuren 22.1 und 22.2 in Axialrichtung 24 gesehen bis herab zu etwa 1 μm betragen. Auch in der Umfangsrichtung 23 kann ein entsprechend geringer Abstand zwischen benachbarten Oberflächenpunkten vorliegen, sodass eine sehr hohe Gra vurauflösung erreicht wird. Bestimmt wird die maximale Auflösung durch die Wellenlänge des in der Lasergravureinrichtung 1 verwendeten Lasers. Hier werden vorzugweise Faserlaser verwendet, deren Laserstrahlung eine Wellenlänge von etwa 1 μm hat.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Lasergravureinrichtung 1 in einer ersten Ausführung. Mittels eines Laser 10.1 wird ein gepulster Laserstrahl L erzeugt. Die Laserpulse sind vorzugsweise ultrakurz mit einer zeitlichen Länge zwischen 0,1 und 100 Pikosekunden. Außerdem werden die Laserpulse mit einer sehr hohen Wiederholungsrate von bis zu einigen 100 MHz erzeugt. Hierdurch wird eine sehr schnelle Gravur ermöglicht.
Der Laserstrahl L durchläuft einen akustooptischen Modulator 11.1. Hierdurch entstehen zwei Laserstrahlwege, die beide in einen weiteren, mit dem ersten Modulator 11.1 in Reihe geschalteten akustooptischen Modulator 11.2 führen. Am Ausgang des zweiten Modulators 11.2 ergeben sich dann drei Laserstrahlwege. Der Laserstrahlweg L0 führt in einen Absorber 12.1. Die zwei weiteren Laserstrahlwege L1 und L2 laufen an dem Absorber 12.1 vorbei und werden zur Oberfläche der hier nicht dargestellten Druck- oder Prägeform geführt.
Durch entsprechende Auswahl von Modulationsfrequenzen und Einspeisung der Modulationsfrequenzen in die akustooptischen Modulatoren 11.1 und 11.2 kann der Abstand der Laserstrahlwege L1 und L2 auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform bestimmt und beeinflusst werden.
Bei der Lasergravureinrichtung 1 in 2 weisen die beiden Modulatoren 11.1 und 11.2 eine gleiche Ablenkrich tung auf, sodass die beiden Laserstrahlwege L1 und L2 an derselben Seite des Absorbers 12.1 vorbeilaufen.
3 zeigt eine abgewandelte Ausführung der Lasergravureinrichtung 1 aus 2, bei der abweichend von 2 nun vorgesehen ist, dass die Ablenkung des zweiten Modulators 11.2 invertiert zur Ablenkung des ersten Modulators 11.1 ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Ablenkwinkel zwischen den beiden Laserstrahlwegen L1 und L2, die zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform führen, verdoppelt wird, während auf der Winkelhalbierenden in dem Winkel zwischen L1 und L2 der Laserstrahlweg L0 verläuft, der in den Absorber 12.1 führt.
4 zeigt ebenfalls in rein schematischer Darstellung eine weitere Ausführung der Lasergravureinrichtung 1. Bei dieser Ausführung der Einrichtung 1 wird ebenfalls zunächst mittels eines Lasers 10.1 ein Laserstrahl L erzeugt. Der Laserstrahl L wird auf einen Polarisationsstrahlteiler 13.1 geführt, wodurch der Laserstrahl L in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Der erste Teilstrahl verläuft gradlinig durch den Polarisationsstrahlteiler 13.1 in einen ersten akustooptischen Modulator 11.1. Der zweite Teilstrahl wird vom Polarisationsstrahlteiler 13.1 abgelenkt und dann über einen Umlenkspiegel 16.1 in einen zweiten akustooptischen Modulator 11.2 geführt. In jedem akustooptischen Modulator 11.1, 11.2 erfolgt eine Ablenkung des Laserstrahls auf zwei verschiedene Strahlwege, nämlich jeweils einen Strahlweg L0, der in je einen Absorber 12.1, 12.2 führt, und einen Strahlweg, über den ein erster Teilstrahl LT1 und zweiter Teilstrahl LT2 verläuft, wobei letztere am Absorber 12.1 bzw. 12.2 vorbeigeführt werden. Der erste Teilstrahl LT1 wird über einen Umlenkspiegel 16.2 umgelenkt und auf einen zweiten Polarisationsstrahlteiler 13.2 geführt. Auf diesen Polarisa tionsteiler 13.2 wird auch der zweite Teilstrahl LT2 geführt. Mittels des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13.2 werden die beiden Teilstrahlen LT1 und LT2 wieder zu einem Laserstrahl L zusammengeführt, der dann auf die Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform geführt wird. Da jeder Teilstrahl LT1, LT2 in einem eigenen akustooptischen Modulator 11.1, 11.2 abgelenkt werden kann, ergibt sich für den zusammengeführten Laserstrahl L ein verdoppelter maximaler Ablenkwinkel, was einen entsprechend größeren Abstand von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend oder gleichzeitig bearbeiteten Oberflächenpunkten auf der Druck- oder Prägeform erlaubt.
5 der Zeichnung schließlich zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel der Lasergravureinrichtung 1, wieder in einer rein schematischen Darstellung.
In dieser Ausführung umfasst die Lasergravureinrichtung 1 mehrere Laser 10.1, 10.2, 10.3 bis 10.n, wobei die Zahl der Laser nicht festgelegt ist. Die Laser 10.1 bis 10.n können untereinander identisch sein; bei dem gezeigten Beispiel in 5 unterscheiden sich die Laser 10.1 bis 10.n durch die Wellenlänge der von ihnen erzeugten Laserstrahlung, wobei bei dem Laser 10.1 die Wellenlänge beispielsweise 1070 nm, beim zweiten Laser 10.2 1090 nm, beim dritten Laser 10.3 1110 nm u. s. w. kann.
Jeder Laser 10.1 bis 10.n erzeugt einen Laserstrahl L, der in je einen eigenen zugeordneten akustooptischen Modulator 11.1 bis 11.n geführt wird. In jedem akustooptischen Modulator 11.1 bis 11.n erfolgt eine Strahlablenkung auf zwei Laserstrahlwege L0 und L1. Der Laserstrahlweg L0 führt dabei jeweils in einen zugeordneten Absorber 12.1 bis 12.n. Der jeweils andere Laserstrahlweg L1 führt an dem jeweiligen Absorber 12.1 bis 12.n vorbei.
Der Laserstrahl auf dem Strahlweg L1 des ersten Lasers 10.1 wird hier über einen Umlenkspiegel 16.1 rechtwinklig umgelenkt. Die Laserstrahlen auf den Strahlwegen L1 des zweiten, dritten und folgenden Lasers 10.2 bis 10.n werden jeweils auf einen dichroitischen Spiegel 14.1 bis 14.n gelenkt, wodurch eine Überlagerung aller zuvor erzeugten einzelnen Laserstrahlen L1 zu einem Laserstrahl L bewirkt wird. Dieser eine Laserstrahl L wird dann zur Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform geführt.
Da jedem Laserstrahl L, der von einem der Laser 10.1 bis 10.n erzeugt wird, ein eigener Modulator 11.1 bis 11.n zugeordnet ist, kann ein entsprechend großer Ablenkwinkel realisiert werden.
Zusätzlich kann eine weitere, statische Ablenkung über eine Verstellung der dichroitischen Spiegel 14.1 bis 14.n erfolgen. Damit bietet die Lasergravureinrichtung 1 in ihrer Ausführung gemäß 5 besonders große Ablenkwinkel und ermöglicht damit zum einen eine besonders große Variationsbreite hinsichtlich der Lage der beaufschlagten Oberflächenpunkte relativ zur Lasergravureinrichtung und zum anderen besonders große Abstände zwischen Oberflächenpunkten, die zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend oder gleichzeitig von einem Laserpuls oder Laserpulszug beaufschlagt werden.

1: Lasergravureinrichtung
10.1–10.n: Laser
11.1–11.n: akustooptische Modulatoren
12.1–12.n: Absorber
13.1, 13.2: Polarisationsstrahlteiler
14.1–14.n: dichroitische Spiegel
15: Linearverfahreinrichtung
2: Druck- oder Prägeform
20: Oberfläche
21: Drehachse
22: Schraubenlinie
22.1, 22.2: Umfangsspuren
23: Umfangsrichtung
24: Axialrichtung
L0: erster Laserstrahlweg
L1: zweiter Laserstrahlweg
L2: weiterer Laserstrahlweg
OP1, OP2: Oberflächenpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1245326 A [0002]
- US 5416298 A [0004]
- WO 97/19783 A [0006]
- EP 1068923 A [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung (1) für die Gravur von Druck- oder Prägeformen (2), wobei eine Oberfläche der Druck- oder Prägeformen (2) in eine Vielzahl von zu gravierenden Oberflächenpunkten aufgeteilt ist, mit einem Laser (10.1), mit einem dem Laser (10.1) nachgeordneten akustooptischen Modulator (11.1) zur frequenzabhängigen Laserstrahlablenkung, wobei von dem Modulator (11.1) aus ein erster Laserstrahlweg (L0) in einen Absorber (12) führt, wobei ein zweiter Laserstrahlweg (L1) zu einem Oberflächenpunkt (OP1) auf der Oberfläche (20) der zu gravierenden Druck- oder Prägeform (2) führt und wobei der Laserstrahl auf dem zweiten Laserstrahlweg (L1) neben einer ersten Ablenkung mindestens eine sich winkelmäßig von der ersten unterscheidende weitere Ablenkung erfährt und so mindestens ein weiterer Laserstrahlweg (L2) gebildet wird, der zu mindestens einem weiteren Oberflächenpunkt (OP2) ebenfalls auf der Oberfläche (20) der Druck- oder Prägeform (2) führt, dadurch gekennzeichnet, – dass das Verfahren zum Gravieren von rotativen Druck- oder Prägeformen (2) unter deren Drehung ausgeführt wird, wobei bei jeder Umdrehung der Druck- oder Prägeform (2) mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge auf deren Oberfläche (20) aufgebracht werden, – dass auf jeden Oberflächenpunkt (OP1, OP2, u. s. w.) der Druck- oder Prägeform (2) wenigstens zwei Laserpulse oder Laserpulszüge mit einem zeitlichem Abstand, der größer ist als der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen, aufgebracht werden und – dass jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende oder zwei oder mehr gleichzeitige Laserpulse oder Laserpulszüge auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte (OP1, OP2) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravur der rotativen Druck- oder Prägeformen (2) nahtlos entlang einer Schraubenlinie (22) erfolgt und dass die zwei verschiedenen, voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte (OP1, OP2) in zwei axial voneinander beabstandeten Umfangsspuren (22.1, 22.2) der Schraubenlinie liegen und/oder in Umfangsrichtung (23) der Druck- oder Prägeformen (2) voneinander beabstandet liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zwei voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte (OP1, OP2) so groß gewählt wird, dass durch den ersten Laserpuls oder Laserpulszug erzeugte Effekte, wie Plasmabildung, Ablationsrückstände in Gasform oder von der Druck- oder Prägeformoberfläche abgesprengte Partikel, keine Störwirkung, insbesondere keine Absorptionswirkung, auf den zeitlich unmittelbar folgenden zweiten Laserpuls oder Laserpulszug ausüben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Ultrakurzpulslaser angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Laserpulse mit einer Länge zwischen 0,1 und 100 Pikosekunden in Pulszügen durch einen externen Modulator/Deflektor angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse mit einer Wiederholfrequenz zwischen 1 MHz und einigen 100 MHz angewendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulszuglänge, der Oberflächenpunkt und die Amplitude durch den externen Modulator/Deflektor gesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den akustooptischen Modulator (11.1) zur frequenzabhängigen Laserstrahlablenkung eingespeiste Frequenz variiert wird und so ein Ablenkwinkel des Laserstrahls und der vom Laserstrahl getroffene Oberflächenpunkt (OP1, OP2) der Druck- oder Prägeform (2) verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus des/jedes Laserstrahls in Abhängigkeit von dessen aktuellem Ablenkwinkel durch ein Linsensystem mit angepasstem Linsendesign nachgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gravur entlang der Schrau benlinie (22) eine stufenlose Variation einer axialen Position des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf der Druck- oder Prägeformoberfläche (20) überlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gravur ein Reinigungsprozess überlagert wird, mit dem jeder Oberflächenpunkt (OP1, OP2, u. s. w.) nach dem Aufbringen eines Laserpulses oder Laserpulszuges gereinigt wird, bevor auf denselben Oberflächenpunkt (OP1, OP2, u. s. w.) ein weiterer Laserpuls oder Laserpulszug aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsprozess mittels Abbürstens oder Ultraschallbürstens oder mittels Sandstrahlens oder mittels eines Plasmareinigungsverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) nach Durchlaufen des akustooptischen Modulators (11.1) durch mindestens einen damit in Reihe geschalteten weiteren akustooptischer Modulator (11.2) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch zwei baugleiche Modulatoren (11.1, 11.2) geführt wird, wobei die Ablenkung des zweiten Modulators (11.2) invertiert zur Ablenkung des ersten Modulators (11.1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch einen ersten Polarisationsstrahlteiler (13.1) in zwei Teilstrahlen (LT1, LT2) geteilt wird, dass jeder Teilstrahl (LT1, LT2) durch je einen akustooptischen Modulator (11.1, 11.2) geführt wird und dass danach die Teilstrahlen (LT1, LT2) mittels eines zweiten Polarisationsstrahlteilers (13.2) wieder zu einem Laserstrahl (L) überlagert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch winkelmäßiges Verstellen des zweiten Polarisationsstrahlteilers (13.2) auf gewünschte Oberflächenpunkte (OP1, OP2) der Druck- oder Prägeform (2) gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch zwei jeweils als Polarisationsstrahlteiler (13.1, 13.2) dienende doppelbrechende Kristalle geführt wird, wobei der zweite Kristall invers zum ersten Kristall angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren Lasern (10.1, 10.2, 10.n) je ein Laserstrahl (L) erzeugt wird, dass die von den Lasern (10.1, 10.2, 10.n) erzeugten Laserstrahlen (L) durch je einen zugeordneten akustooptischen Modulator/Deflektor (11.1, 11.2, 11.n) geführt werden und dass die einzelnen Laserstrahlen hinter den Modulatoren (11.1, 11.2, 11.n) zu einem Laserstrahl (L) zusammengeführt werden, der auf die Druck- oder Prägeformoberfläche (20) auftrifft.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die von den mehreren Lasern (10.1, 10.2, 10.n) erzeugten Laserstrahlen (L) zueinander unterschiedliche Wellenlängen haben.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (L) zu ihrem Zusammenführen über je einen dichroitischen Spiegel (14.1, 14.2, 14.n) umgelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zusammengeführte Laserstrahl (L) durch winkelmäßiges Verstellen wenigstens eines der dichroitischen Spiegel (14.1, 14.2, 14.n) auf gewünschte Oberflächenpunkte (OP1, OP2) der Druck- oder Prägeform (2) gelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) oder die Laserstrahlen (L) durch einen oder mehrere Faserlaser, z. B. Yterbium-Faserlaser, durch einen oder mehrere Scheibenlaser, z. B. Yterbium-Vanadat-Laser, durch einen oder mehrere Stablaser, z. B. Titan-Saphir-Laser, und/oder durch einen oder mehrere Gaslaser, z. B. Eximer-Laser, erzeugt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Laserstrahlung durch ein Frequenzvervielfachungssystem innerhalb des Lasers (10.1) oder der Laser (10.1–10.n) vervielfacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Gravurvorgang durch eine Kalibrierung eine vom Material der Druck- oder Prägeform (2) abhängige Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug ermittelt wird und dass nach Maßgabe der ermittelten Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug die Zahl der auf einen zu gravierenden Oberflächenpunkt (OP1, OP2) der Druck- oder Prägeform (2) aufzubringenden Laserpulse oder Laserpulszüge bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren zweidimensionale oder dreidimensionale Maskenschichten auf Druck- oder Prägeformen (2) abgetragen oder belichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren ein dreidimensionaler Materialabtrag von metallischen oder nichtmetallischen Druck- oder Prägeformoberflächen (20) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der dreidimensionale Materialabtrag in Form eines Näpfchenrasters erfolgt und dass damit eine Raster- oder Tiefdruckwalze hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Prägeformen für ein Prägen von Hologrammen hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Prägeformen, z. B. für ein Prägen von Lederstrukturen für den Automotivebereich, hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Kontrolle einer elektronischen Steuereinheit nach Maßgabe von gespeicherten, abrufbaren digitalen Gravurdaten, die Informationen über die Lage und die Gravurtiefe jedes Oberflächenpunktes (OP1, OP2, u. s. w.) der Druck- oder Prägeform (2) enthalten, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuereinheit der/jeder Laser (10.1–10.n), der/jeder Modulator (11.1–11.n), der/jeder Polarisationsstrahlteiler (13.1, 13.2), der/jeder dichroitische Spiegel (14.1–14.n), ein Drehantrieb für die Rotation der Druck- oder Prägeform (2) und/oder eine Linearverfahreinrichtung (15) für ein Verfahren der Lasergravureinrichtung (1) in Axialrichtung (24) der Druck- oder Prägeform (2) gesteuert wird.