DE2354323C2

DE2354323C2 - Verfahren zum Herstellen einer gravierten Druckfläche

Info

Publication number: DE2354323C2
Application number: DE19732354323
Authority: DE
Inventors: Rowland Arthur George Chorley Wood Hertfordshire Dunkley of Dykehead; Peter Charles Pinner Middlesex Pugsley
Original assignee: CROSFIELD ELECTRONICS Ltd LONDON GB
Current assignee: CROSFIELD ELECTRONICS Ltd LONDON GB
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1986-03-20
Also published as: GB1410518A; DE2366618C2; DE2354323A1

Description

? Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 zielt wird.

2. vertanren nacn ΛΠ5μ ' . Vergleich Die genannte Aufgabe ist durch die im kennzeichnen-

TSatan JSt^hTSÄlun* ge- LlH drf diese ««. genau auf die gleiche S,* «Art-

SÄπΓγSSaAlert werden. al mit einer bestimmten Geschwindigkeit verdampft, um

5 Verfahr":ί ηΐΐ Sem S, Ansprüche 1 bis 4, 35 die Gradbildung am Rande des Näpfchens zu verme,-

StrSt 'wenn ein jeder Impuls ein Näpfchen mit einer Tiefe

₄₀ wohl die gravierte Tiefe nicht für jeden Impuls die gleiehe zu sein braucht, wie weiter untere erklärt wird. Typischerweise liegt die Impulsdauer in der Größen-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen Ordnung von 0,1 Mikrosekunden. Die effektive Eineiner gravSen Druckfläche mit den im Oberbegriff dringtiefe des Strahls, d. h. die: Dicke der Oberflachendes Pafeniansoruch 1^angeführten Merkmalen. 45 schicht, in der der Hauptte.l der thermischen Energie

W?n?der Strahl zur Au bildung eines Näpfchens in freigesetzt wird, liegt vorzugsweise im Bertach von der Danach"Teingeschal et wird bildet sich oberhalb 0,5 μπι bis 1 μια. Im Falle einer Elektronenstrahlinaschi-SSJTdÄSSTeffie^tliche Wolke an Dampf ne wird diese Entfernung durch d,e Emstellung der Be- bzw Zersetzungsorodukten. Ein Teil dieses Dampfes schleunigungsentspannung gesteuert; die effektive Bn- bzw Gases kondensiert auf dem Randbereich des aus- *> dringtiefe hängt natürlich auch von den physikalischen SldeLTSfchens Weiterhin wird eine erhebliche Eigenschaften des für d.e Druckfläche verwendeten SchÄn^umdS NlpSin herum gebildet und da- Materials ab. Im Falle eines Laserstrahls hängt die Emdurch die Druckfläche im Bereich des Näpfchens defor- dringtiefe von der ausgewählten Laserwellen änge und Zn Bei Verwendung eines Kunststoff Füllmaterials dem Material der Druckfläche ab. Geeignete Laser sind ZcI eine^ teilweise zersetzte Zone um das Näpfchen 55 ein Dauerstrich-COrLaser und ein Dauerstnch-Neodyherum gebildet Daher weist in jedem Falle das Napf- mium-YAG-Laser.

chen dnen Ss orten Randbereich aus, der das einwand- Die Impulsdauer sollte klein im Vergleich zur Zeit-

freie Ärbeften der Rakel beim Drucken verhindert. konstanten der Wärmeleitfähigke.t >n der Schicht sein. Auch kann die Randbildung zu einem vollständigen Zu- in der der Hauptteil der Wärmeenergie freigesetzt wird; Mmmäbmc de Napfchenwandungen führen, wenn 60 dadurch wird sichergestellt, daß während des Impulses ünZV\liner Abstand benutzt wird wie er bei dem die zugeführte Wärmeenergie im weseijt hchen auf d,ese nhlirhen Ätzen verwendet wird Schicht beschränkt wird, und nur ein kleiner Teil durch

Federn bekann,:;ίVerfahren(DE-AS 11 23561), von Wärmeableitung in das umgebende Material verloren-

einzelne ObeXchenstelle der Druckfläche treffen, wo- förmige Produkte bewirkt, so daß nur ei

schmolzene oder teilweise zersetzte Zone verbleibt Der Dampf oder die Gase, welche unter hohem Druck stehen, expandieren explosionsartig und weixlen aus der Nachbarschaft des Näpfchens fortgetragen. Die explosionsartige Bewegung des Dampfes oder der Gase bewirkt weiterhin, daß ggfs. geschmolzenes Material aus dem Randbereich des Näpfchens herausgetrieben wird und daß im Falle eines kuPStstoffgefüUten Näpfchens die nicht gasförmigen Zersetzungsprodukte entfernt werden.

Nach dem Impuls verbleibt ein sauberes Loch von 0,5 um bis 1 μπι Tiefe.

Das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen ist lang genug, um den gasförmigen Produkten ein Entfernen aus dem Näpfchenbereich zu ermöglichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand der Darstellungen zweier Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens genauer beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die Gravur einer homogenen Fläche mittels eines Lasers.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung is\ eine zu reproduzierende Vorlage 10 auf die zylindrische Fläche eines Vorlagenzylinders 12 gelegt Sie wird von einem Analysierkopf 14 abgetastet Zu dem Analysierkopf 14 gehört eine fotoelektrische Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Signalen, die die Dichten von nacheinander abgetasteten Elementen der Vorlage 10 darstellen. Ein zu gravierender Zylinder 16 wird sjmchron mit dem Abtasten der Vorlage durch den Analysierkopf von einem Bearbeitungskopf 18 abgetastet Der Bearbeitungskopf 18 weist einen Laser und einen Modulator auf, wobei der Modulator von dem Ausganijssignal des Analysierkopfes 14 gesteuert wird.

Die Zylinder 12 und 16 sind auf einer von einem Molor 22 angetriebenen gemeinsamen Welle 20 montiert, so daß die Zylindermantelflächen sich an dem Analysierkopf bzw. dem Bearbeitungskopf vorbeidlrehen. Diese Drehbewegung der beiden Zylinder wird von einer langsamen Längsbewegung des Analysierkopfes und des Bearbeitungskopfes in einer Richtung parallel zur Drehachse der Zylinder begleitet, so daß die Abtastspur auf beiden Zylindern eine Schraubenlinie ist Die langsame Längsbewegung wird dadurch erreicht, daß der Bearbeitungskopf (mit dem der Analysierkopf 14 durch eine Stange 24 verbunden ist) auf einer Spindel 26 befestigt ist, die von einem Verschiebeantrieb 28 gedreht wird. Der Verschiebeantrieb wird über einen Tracking-Kreis 30 durch diejenigen Signale gesteuert, die von einem Ende der Welle angeordneten Wandlsr 32 erzeugt werden. Damit wird eine vorgegebene Beziehung zwischen der langsamen Längsbewegung der beiden Köpfe und der Drehbewegung der Zylinder aufgebaut.

Das Ausgangssignal des Analysierkopfes 14 wird auf einen Vergleicher 34 gegeben. Das Gravieren eines Näpfchens wird durch einen »Startnäpfchen«-Impuls des von dem Wandler 32 gesteuerten Tracking-Kreises 30 eingeleitet und dieser Startimpuls wird über eine Leitung 36 und ein UND-Glied 38 auf einen bistabilen Kreis 40 gegeben. Der Kreis 40 wird durch den Startimpuls gesetzt und legt ein Steuersignal an einen Impulsgenerator 42 an, um am Ausgang des Impulsgenerators einen Impulszug einzuleiten. Dieser Impulszug wird über ein ODER-Glied 44 und ein UN D-Glied 46 auf den Modulator des Bearbeitungskopfes 18 gegeben

Der Impulszug wird auch auf einen Integrator 48 gegeben, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Vergleichers 34 verbunden ist Der Impulszug wird solange aufrecht erhalten, bis das am Ausgang des Integrators anstehende Integralsignal gleich dem Bildsignal ist Wenn das der Fall ist, wird vom Vergleicher 34 ein Impuls über eine Leitung 50 auf den Rückstelleingang des bistabilen Kreises 40 gegeben und somit der am Ausgang des Impulsgenerators 42 anstehende Impulszug abgebrochen. Der Impuiszug kann in der Mitte eines Impulses gestoppt werden, wenn in diesem Augenblick das Ausgangssignal des Vergleichers erzeugt wird. Das UND-Glied 46 läßt die Impulssignale durch, wenn der bistabile Kreis 40 gesetzt ist, wird aber gesperrt, wenn der bistabile Kreis 40 zurückgestellt wird; damit wird sichergestellt, daß der Laserstrahl zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet wird.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 34 wird auch über eine Leitung 52 auf den Integrator 48 gegeben, um diesen zurückzustellen.

Weiterhin wird das Ausgangssignal des Vergleichers 34 über ein Negationsglied 54 auf das UND-Glied 38 gegeben. Normalerweise wird das BiViiignal über dem Rücksieilpegel des Integrators liegen and der Vergleicher das UND-Glied 38 für den Durchlaß des »Startnäpfchenw-Impulses durchsteuern. Wenn aber das BiIdsignal unter dem Rückstellpegel des Integrators liegt, verhindert das Signal das das UND-Glied 38 vom Vergleicher 34 her erreicht, den Graviervorgang vollständig.

Damit der Boden des Näpfchens, welches ausgebildet wird, zwischen den einzelnen Impulsen nicht vollständig abkühlen kann, kann es von Vorteil sein, während des ersten Impulses zur Erzeugung eines vergleichbaren Effektes mehr Energie aufzubringen als bei den nachfolgenden Impulsen. Um dies zu erreichen, wird ein monostabiler Kreis 56 durch den Ausgangsimpuls des bistabilen Kreises 40 getriggert, wenn der bistabile Kreis 40 gesetzt ist, und erzeugt einen Impuls, dessen Impulsdauer größer ist als die der Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 42. Dieser Impuls wird auf das ODER-Gli;d 44 gegeben und ersetzt den schmaleren ersten Impuls vom Impulsgenerator42 her wirksam am Eingang des Modulator*.

Bei Gravur eines Näpfchens dreht sich der zu gravierende Zylinder weiter. Es ist daher wünschenswert, den Laserstrahl während der Gravur eines Näpfchens fortlaufend abzulenken, damit er dem sich bewegenden Näpfchen folgen kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Ausgangsimpulse des Wandlers 32 während der Gravur eines Näpfchens in dem Tracking-Kreis 30 so gezählt werden und ein dem Zählstand entsprechendes Signal an eine elektsooptische Ablenkeinrichtung in dem Bearbeitungskopf 18 gelegt wird.

Die Möglichkeit, Näpfchen mit 80 verschiedenen diskre'en TidFen zu gravieren, ermöglicht im allgemeinen eine hinreichende feine Variation des Drucktones bei Druckerzeugnissen hoher Qualität, ohne daß »Rauheit* oder »Konturbildung« auftreten, wie das bei Verwendung einer geringeren Anzahl von Tiefenschritten der Fall ist. Wenn die Anzahl der Tiefenschritte nicht ausreicht, so kann eine schwache »Konturenbildung« in bekannter Weise dadurch vermieden werden, daß die Bildinformation bearbeitet wird, ehe sie der Graviermaschine zugeführt wird. Insbesondere ist die Zugalbe von Zufallsrauschen (oder Pseudo-Zufallsrauschen) in kleiner Menge zu dem Bildsignal vor Durchführung des Quantisierungsprozesses sehr wirksam bei der Abdekkung von Konturen; unter Quantisierungsprozeß wird hier der Prozeß verstanden, in dem die Anzahl der Im-

pulse bestimmt wird, die für die Gravur eines jeden Näpfchens erforderlich sind.

Wenn die Tiefe des Abtrags zu groß ist, und die Anzahl der einzelnen Tiefenschritte für ein Druckerzeugnis hoher Qualität zu gering ist, ist eine andere Möglichkeit s darin zu sehen, die Intensität oder die Dauer eines der Impulse (vorzugsweise des letzten) zu verringern, um dadurch einen Zwischentiefenschritt zu erreichen. Es ist natürlich notwendig, innerhalb der oben gegebenen Grenze der Impulsdauer und der Intensität zu verbleiben. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Zwischenschritte der Näpfchentiefen durch eine kleine Änderung der Intensität oder der Impulsdauer aller Impulse im Impulszug erreicht, wobei man natürlich wiederum in den oben erwähnten Grenzen verbleiben muß. is

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

20

25

30

35

55

60

65

Claims

bei die Zahl der Impulse pro Oberflächenstelle ihre

Patentansprüche- Dauer und/oder die Schärfe der Fokussierung entspre-

Patentansprucne. ^^ ^ _Hdl._{Dunkdwert der Vorla}g_e gesteuert

einer gravierten wird. Dabei soll die Energie der Impulse so gewählt

SS^St^SiiiSS^MÄii SpulstenLaseJaMgebildet.wobeidasAu^ehen ?eWWetw!r£vonSeI jedes einzelne Näpfchen io der Randzonen dadurch vermieden wird, daß die zu gebildet weroen, von aenen j J gravierende Druckfläche aus bestimmten Kunststoffen

iecheTde ÄKÄ^ ÄS* d * " ^t und die Strahlintensitä* zur Änderung der Näpfdur ch ge k e nTz e i c h η e t, daß die Energie des chengröße gesteuert wird. Wird ein gepulster Laser-Laserstrik so besessen ist, daß das Material mit strahl verwendet, so wird die Näpfchentiefe durch die emer Geihw^ndSTverdampft wird, die zum Ent- ,5 Dauer, Geschwindigkeit und Intensität der Strahlimpulfernen di vTrdSten Materials aus der Nachbar- se und abhängig von der Relat.vbewegung zwischen chaft de^mXn TuSt, daß der Laserstrahl dem Laserstrahl und der Druckfläche gesteuert D,es während der Gravu jedes Näpfchens auf der sich führt stets zu einem weniger oder stärkeren Überlappen relativ zum Laserstrahl bewegenden Druckfläche der Auftreffpunkte der emzelnen Strahhmpulse auf der j_pm MäofetMn nachgeführt wird, daß nach Errei- 20 Druckfläche.

Si dadurch di vorgegebene Signa! bestimmten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das eui-

T"d?IT terbrochen und daß gangs geschilderte Verfahren so auszubilden daß be.m