DE2922976A1

DE2922976A1 - Verfahren und vorrichtung zum perforieren von flaechenhaftem material durch laser

Info

Publication number: DE2922976A1
Application number: DE19792922976
Authority: DE
Inventors: Ulysses A Brooks; Warren E Claflin; Jun A Clifton Lilly; Peter Martin; Edward B Stultz
Original assignee: Philip Morris USA Inc
Current assignee: Philip Morris Products Inc
Priority date: 1978-06-07
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1980-03-06
Also published as: GB2022492A; DE2922976C2; JPS54159799A; GB2022492B; JPS5749318B2; CH641995A5; AU4765079A; AU531068B2; CA1130393A

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER Patentanwälte

Mürche-i,

6.

.Ταηχ 1979

Postanschrift / Postal Address Postfach 86Ο1Ο9, 8ΟΟΟ München

PienzenauerstraOe

Telefon 98 32

Telegramme: Chemindus München

Telex: CO) 523992

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PHILIP MORRIS INCORPORATED 100 Park Avenue, New York, N. Y. 10017, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von flächenhaftem Material durch Laser

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Die Erfindung betrifft allgemein das Perforieren von Material durch die Verwendung von Lichtenergie und ist insbesondere darauf gerichtet, räumlich genaue Matrizen von Perforationen im flächenhaften Material zu erhalten.

Beim Perforieren von flächenhaftem Material wird häufig eine zweidimensional Lochmatrize mit streng eingehaltenen Grenzen hinsichtlich der Gleichmässigkeit des Perforationsabstandes zwischen Reihen und Kolonnen der Matrize gewünscht. Ein Beispiel von besonderem Interesse ist das Perforieren von Zigarettenfilter-Mundstückpapier, bei welchem die Lochmatrizengleichmässigkeit die Konsistenz der Zigarettenverdünnungseigenschaften ermöglicht. Bei verschiedenen bekannten mechanischen Durchschlagverfahren und Verfahren zum Perforieren durch elektrische Lichtbögen läßt sich der Reihenabstand dadurch genau machen, daß eine gesonderte Perforiervorrichtung für jede Reihe vorgesehen wird. Die Gleichmässigkeit im Abstand der in jeder Reihe vorgenommenen Perforationen und damit der genaue Kolonnenabstand läßt sich dadurch erreichen, daß die Arbeitsweise jeder Perforiervorrichtung synchronisiert wird. Da die Perforiervorrichtungen, z.B. Stifte oder Elektrodenpaare, körperlich in ihrer Größe begrenzt sind, lassen sich solche Verfahren leicht zum Erzielen sehr enger Abstände benachbarter Reihen der Matrize anwenden.

Es sind ferner Perforierverfahren bekannt, bei denen Laser verwendet werden, welche pulsierende oder kontinuierliche Lichtenergie zur Reihen- und Kolonnenperforation verwendet werden. Bei diesen Verfahren wurde jedoch aus

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wirtschaftlichen und Gründen der Größe die Verwendung eines einzigen Lasers bevorzugt, der sowohl zur Reihenais auch zur Kolonnenperforation dient. Bei den bekannten Verfahren mit Anwendung eines einzigen Lasers zum Erzielen eines gleichmässigen Abstandes mußte der Laserstrahl in mehrere Strahlen, einen für jede Reihe, aufgeteilt werden, und das Fokussieren von Licht auf ein flächenhaftes Material durch die Verwendung einer gesonderten Linse für jede Reihe vorgenommen werden. Die Festlegung der Perforationen durch genaue Grenzen innerhalb jeder Reihe wurde durch die Verwendung eines beweglichen Reflektorelements in jedem der Vielzahl von Strahlenbahnen versucht. Die Einrichtung zum Erzielen von Präzisionsbewegungen sind kompliziert, da Schwingungen und gelenkige Bewegungen solcher Reflektorelemente in ihre und aus ihrer Bezugsebene vermieden werden sollen, um die Löcher in Reihen gleichmassig anzuordnen, so daß der gegenwärtige Stand der Technik den Forderungen nicht voll Rechnung trägt.

Die vorgenannten Verfahren und die sie erläuternden Hinweise sowie weitere Verfahren werden in den folgenden Ausführungen gemäß 37 CFR 1.99 und 1.98 erläutert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Perforieren von flächenhaftem Material durch die Verwendung von Lichtenergie zu entwiekeln.

Desgleichen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine schnelle Perforation von Zigaretten-Filtermundstückpapier durch Laser zu ermöglichen.

Um diese Ziele zu erreichen, ermöglichen die erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung einer Reihen-Kolonnen-

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matrize von Perforationen in flächenhaftem Material, wobei Perforationen in benachbarten Reihen der Matrize dadurch gebildet werden, daß in Abstand voneinander befindliche Lichtstrahlen durch eine gemeinsame Fokussiereinrichtung geleitet werden und wobei die eigentlichen Ziel- und Ausgangsstellen solcher Strahlen sich voneinander in Abstand befinden, um den gewünschten Abstand zwischen solchen benachbarten Reihen zu erhalten. Der Abstand zwischen Perforationen innerhalb jeder Reihe wird zum Teil durch die Folgerate des Lichtstrahls bestimmt, der dazu dient, diese Reihe zu perforieren, und die Gleichmässigkeit des Abstandes wird dadurch erhalten, daß diese Folgerate und die Fördergeschwindigkeit des flächenhaften Materials konstant gehalten wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform verwendet die erfindungsgemäße Vorrichtung Reflektorelemente, die durch einen Laserausgangsstrahl hindurch gedreht werden, wobei die Reflektorelemente in einer solchen Winkelstellung angeordnet und so gestaltet sind, daß zur Reflexion modifizierte Lichtenergiestrahlen erhalten werden, von denen jeder mit bezug auf eine Symmetrieachse desselben divergiert, die zur optischen Achse einer Linse parallel ist, die zum Sammeln von Paaren solcher modifizierter Lichtstrahlen verwendet wird. Die Reflektorelement-Drehgeschwindigkeit, die Fördergeschwindigkeit des flächenhaften Materials und die Ge samt anordnung der Reflektorelemente mit bezug auf das flächenhafte Material werden so gewählt, daß die gewünschten Perforationsmatrizeneigenschaften erhalten werden.

Im Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen anhand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert und zwar zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild, in welchem eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht der Reflektorscheiben nach Fig. 1, welche für die Zwecke der Erläuterung nebeneinander dargestellt sind;

Fig. 3 ein optisches Diagramm zur Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein optisches Diagramm zur Vorrichtung nach Fig. erweitert durch die Anordnung zusätzlicher Reflektorscheiben;

Fig. 5 eine Ansicht einer solchen erweiterten Anordnung;

Fig. 6 die jeweilige Gestaltung der Reflektorscheiben der erweiterten Anordnung;

Fig. 7 eine geometrische Darstellung zur Erläuterung der Perforationsvorgänge bei der erweiterten Anordnung nach Fig. 5.

Wie Fig. 1 zeigt, wird eine Bahn 10 aus flächenhaften Material von einer Aufnahmetrommel 12 gesammelt, die nachfolgend einer waagrechten Förderbahn von einer nicht gezeigten Abgabetrommel her folgt. Die Aufnahmetrommel 12 wird von einer Antriebseinheit 14 mit einer Geschwindigkeit zur Drehung angetrieben, welche durch ein Steuersignal auf einer Leitung 16 bestimmt wird, die mit dem Potentiometer 18a des Gerätreglers 18 verbunden ist.

Der Regler 18 liefert ein weiteres Signal vom Potentiometer 18b an eine Leitung 20 zur Regelung der Antriebseinheit 22 der Lichtreflektoranordnung 24, die eine Welle

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aufweist/ welche durch die Antriebseinheit 22 zur Drehung angetrieben wird, ferner lichtreflektierende Scheiben und 30 und ein Abstandsstück 32, das auf die Welle 26 mit den Scheiben zur Drehung mit diesen aufgekeilt ist.

Ein Laser 34 erzeugt einen kontinuierlichen Ausgangsstrahl 36, der durch eine Linse 38 an einer Stelle benachbart den Scheiben 28 und 30 fokussiert wird. Die durch die Scheiben reflektierten Lichtstrahlen werden durch ein gemeinsames Fokussierungselement, das als Linse 40 dargestellt ist, auf die Bahn 10 geleitet.

Fig. 2 zeigt nebeneinander angeordnet und in schaubildlicher Darstellung die Scheibe 28 und die Scheibe 30, wie die letztere rechts von der Scheibe 28 in Fig. 1 gesehen würde. Die Scheiben sind auf die Welle 26 an einer Stelle aufgekeilt, an welcher sich die Linien 42 und 44 in einer gemeinsamen Ebene mit der Wellenachse 46 befinden.

Bei der dargestellten Ausführungsform, bei welcher zwei Scheiben verwendet werden und abwechselnd dem Strahl 36 (Fig. 1) konfrontiert werden sollen, weisen die Scheiben lichtdurchlässige, in gleichmässigen Abständen vorgesehene Umfangsteile 48 und 50 auf, die zueinander versetzt sind, und zwischen sich reflektierende Facetten 52 und 54 begrenzen. Gewöhnlich werden 45 solcher Facetten verwendet, wobei sich jede Facette über vier Bogengrade (Winkel 56 und 58) erstreckt und sich jeder lichtdurchlässige Teil ebenfalls über vier Bogengrade (Winkel 6O und 62) erstreckt. Wenn sich der durchlässige Teil 48a mit seiner Vorderkante in Ausfluchtung mit der Linie 42 befindet und der durchlässige Teil 50a in Abstand von der Linie 44 um den Facettenwinkel 58, sind die Scheiben zur abwechselnden Reflexion des Laserstrahls richtig ausgerichtet, welcher Strahl durch den durchlässigen Teil 48a hindurchtritt,

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um durch die im Uhrzeigersinn des durchlässigen Teils 50a fallende Facette reflektiert zu werden. Die lichtdurchlässigen Teile sind gewöhnlich öffnungen in den Scheiben von einer für den freien Durchtritt des Laserstrahls ausreichenden Größe. Das Abstandsstück 32 kann mit einer Erstreckung längs der Achse 46 gewählt werden, um die Scheiben 28 und 30 in Abstand voneinander zu halten, um die ursprüngliche Lage von durch die Scheibenfacetten modifizierten Strahlen für die nachstehend erläuterten Zwecke zu modifizieren. Obwohl die Scheibe ohne lichtdurchlässige Teile hergestellt werden kann, da sie vom Laser aus die letzte Scheibe ist, wird durch die beschriebene Anordnung eine unerwünschte Reflexion des Laserausgangsstrahls durch die Scheibe 30 während der Konfrontation der Facetten der Scheibe 28 mit dem Laserstrahl gemildert, d.h. der Laserausgangsstrahl-tibertritt über die Scheibe 28 hinaus tritt lediglich durch die öffnungen 30 der Scheibe hindurch. In dieser Beziehung kann ein solcher Strahlübertritt in Fällen wünschenswert sein, in welchen unterschiedliche Abstandslängen in benachbarten Reihen erforderlich sind und die Strahlausnutzung nicht streng alternativ wie bei der beschriebenen Anordnung ist.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, führt jede Konfrontation einer Facette der Scheibe 28 mit dem Strahl 36 zur Fortpflanzung einer modifizierten Version des Laserausgangsstrahls, welcher modifizierte Strahl bei 64 gezeigt ist und eine Mittelachse 64a hat, d.h. eine Symmetrieachse, die parallel zur optischen Achse 40a der Linse 40 durch die Ausrichtung der Scheibe 28 gemacht ist. Der modifizierte Strahl 64 hat Aussenstrahlen 64b und 64c, welche von der Strahlmittelachse 64a entgegengesetzt divergieren. Das virtuelle Objekt oder der Ausgangspunkt des Strahls 64 ist bei 64d gezeigt. Wenn der Strahl 36 zwischen den Scheiben 23 und 30 konver-

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giert und dann divergiert/ dann ist der Strahl mit bezug auf die Scheibe 28 konvergent und der modifizierte Strahl 64 ist konvergent am Anfang und dann divergent.

Die Linse 40 hat ferner innerhalb ihres Gesichtsfeldes die Facetten der Scheibe 30 und sammelt daher weitere modifizierte Versionen des Laserausgangsstrahls 36 bei jeder Konfrontation einer Facette der Scheibe 30 mit dem Strahl 36. Bei dem weiteren modifizierten Strahl 66 ist die Mittelachse 66a (Strahlsymmetrieachse) ebenfalls parallel zur optischen Achse 40a der Linse gemacht und gibt es divergierende äussere Strahlen 66b und 66c sowie ein virtuelles Objekt bzw. einen Ausgangspunkt 66d.

Während die Strahlen des modifizierten Strahls, die mit den Achsen 64a und 66a zusammenfallen, mit Strahlen zum Brennpunkt kommen, die mit der optischen Achse 40a der Linse oder anderen zu dieser parallelen Achsen am Brennpunkt F. der Linse 40 zusammenfallen, kommt der divergierende Inhalt der modifizierten Strahlen 64 und 66 zum Brennpunkt ausserhalb der Brennpunktebene FP._ an den Stellen 68 und 70. Diese Stellen befinden sich in verschiedenen Abständen ausserhalb der Linse AO und beruhen auf der Differenz (d._Q) in denAbständen der Scheiben 28 und 30 von dem Divergenzursprung 36 des Strahls 36. Die virtuelle Objektlage 64d des Ursprungs 36 für die Scheibe 28 hat den gleichen Abstand (ct₂8^ ^{von der Scneibe 28 wie} der Ursprung 36 . Die virtuelle Objektlage 66d des Ursprungs 36_O für die Scheibe 30 befindet sich ebenfalls in dem gleichen Abstand (d_3Q) von der Scheibe 28 wie der Ursprung 36_Q. Der erwähnte Abstand d_4Q) zwischen den Scheiben 28 und 30 bestimmt den Abstand D- zwischen den Stellen 68 und 70 bei Berücksichtigung der jeweiligen Verhältnisse (a) des Abstandes zwischen der Mitte der Linse 40 und der Scheibe 28 zum Abstand zwischen der Mitte der

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Linse 40 und der Stelle 68 und (b) des Abstandes zwischen der Mitte der Linse 40 und der Scheibe 30 zum Abstand zwischen der Mitte der Linse 40 und der Stelle 70.

In der Praxis befinden sich erfindungsgemäß die Scheiben 28 und 30 in einem solchen Abstand voneinander, daß die durch die Scheibe 30 reflektierte Energie am unteren Ende der Scheibe 28 vorbeigeht oder durch die öffnungen der Scheibe 28 hindurchtritt und diese nicht zur Interferenz mit ihr beaufschlagt. Hinsichtlich der äussersten Grenze des Abstandes der Scheiben 28 und 30 wird diese durch das Erfordernis bestimmt, daß durch beide Scheiben reflektierte Energie auf die Linse 40 einfällt. Ferner wird der Scheibenabstand so gewählt, daß eine ausreichende gegenseitige Nähe der Stellen 68 und 70 entlang der Linsenachse 40a erhalten wird, um den Verlauf der Bahn 10 in enger Anordnung zu jeder Stelle, wie in Fig. 3 gezeigt, zu ermöglichen, in welcher die Bahn zwischen den Stellen 68 und 70 ingroßer Nähe verläuft.

Die Strahlachse 36 und die Welle 26 sind mit einem gemeinsamen spitzen Winkel zur Ebene der Fig. 3 angeordnet, und die optische Achse 40a der Linse ist um einen solchen Winkel aus der Ebene der Fig. 3 heraus bewegt. Die Bahn 10 fällt mit einer Randkante mit der Ebene der Fig. 3 zusammen. Der Betrieb der Vorrichtung ergibt eine erste Reihe von Perforationen, die durch den modifiziertenStrahl 64 an den Stellen 68 erzeugt wird, und eine zweite Perforationsreihe in Abstand von der ersten, die durch den modifizierten Strahl 66 an den Stellen 70 erzeugt wird. Diese Praxis wird durch eine detaillierte Beschreibung eines erweiterten Systems, das in Fig.4 - 7 gezeigt und erläutert ist, besser verständlich.

In Fig. 4 sind vier Reflektorscheiben 28¹, 30', 74 und

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auf der Welle 26 angeordnet, auf der sie durch Abstandsstücke 32, 72 und 76 in Abstand voneinander gehalten werden. Ein zusätzliches Fokussierelement für modifizierte Strahlen ist als Linse 80 dargestellt. Die modifizierten Strahlen 82 und 84 werden durch die Facetten der Scheiben 74 und 78 fortgepflanzt. Der modifizierte Strahl 82 besitzt eine mittige Symmetrieachse 82a, äussfire divergierende Strahlen 82b und 82c und ein virtuelles Objekt bzw. eine Ursprungsstelle 84d. Die Achse 84a ist zur optischen Achse 80a der Linse parallelgemacht. Während die Strahlen des modifizierten Strahls 82 und 84, die mit den Achsen 82a und 84a zusammenfallen, zu einem Brennpunkt mit den Strahlen kommen, welche mit der optischen Achse 80a der Linse oder mit anderen zu diesen parallelen Achsen am Linsenbrennpunkt F_n_ zusammenfallen, kommen die divergenten Inhalte der modifizierten Strahlen 82 und 84 zu einem Brennpunkt ausserhalb der Brennpunktebene FPg₀ an den Stellen 86 und 88. Diese Stellen befinden sich in verschiedenen Abständen ausserhalb der Linse 8O beruhend auf der Differenz (d„_o) in den Abständen (d^» und d₇„) der Scheiben 74 und 78 vom Divergenzursprung 36 des Strahls 36. Die Linse 80 ist tiefer als die Linse 4O angeordnet, um die vorerwähnten Verhältnisse (a) und (b) für die Linse 80 und die Scheiben 74 und 78 auf Werte zu bringen, die der Anordnung der Brennpunkte 86 und 88, gewöhnlich in gemeinsamer Anordnung mit den Stellen 68 und 70, angepaßt sind. Die Bahn 10 befindet sich daher benachbart allen Stellen 68, 70, 86 und 88. Der Abstand D₃ wird durch den Abstand d_Qo und durch die Verhältnisse (a) und (b) für die Linse 80 und die Scheiben 74 und 78 bestimmt. Ein weiterer Abstand D^* dessen Bedeutung nachfolgend erläutert wird, besteht zwischen den Stellen 68 und 88.

In Fig. 5 ist die Ebene der Fig. 4 orthogonal zur Bahn 10 und fällt mit der Bahnkante 10a zusammen und die Laser-

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ausgangsstrahlachse 36a bildet mit ihr einen spitzen Winkel Z. Die Achse der Welle 26 befindet sich in einer gemeinsamen Ebene mit der Strahlachse 36a orthogonal zur Bahn 10. Durch Einstellen der Systemparameter, wie ebenfalls nachfolgend erläutert, kann die dargestellte Vier-Reihen-Kolonnen-Matrize mit Kolonnenabständen D^ und Dg erreicht werden, die auf das jeweilige obere und untere Nachbarreihenpaar anwendbar sind, und die Abstände S- S^, die zwischen den Reihen anwendbar sind.

Fig. 6 zeigt die Ausbildungen der Scheiben 28', 3O¹, 74 und 78. Wenn alle Scheiben an in einer gemeinsamen Ebene liegenden Verkeilungslinien 90, 92, 94 und 96 verkeilt sind und 45 Facetten je Scheibe angenommen werden, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1-3, erstrecken sich die Facetten aller Scheiben über zwei Bogengrade und die Öffnungen derselben erstrecken sich je über sechs Bogengrade. Die Facette 98 der Scheibe 30' fällt mit ihrer im Uhrzeigersinn voreilenden Kante mit der Verkeilungslinie 92 zusammen. Bei den Facetten 100, 102 und 104 der Scheiben 28', 74 und 78 befinden sich ihre im Uhrzeigersinn voreilenden Kanten in Abstand von den Verkeilungslinien 90, 94 und 96 um Winkel 106, 108 und 110 von zwei, 6 und 4°. Bei dieser Ausbildung ergibt sich, wie ersichtlich, daß eine Uhrzeigersinndrehung der Welle 26 eine aufeinanderfolgende Fortpflanzung modifizierter Strahlen 66, 64, 84 und 82 (Fig. 4) zur Folge hat. Diese Zündungsreihenfolge ist zur Vereinfachung der Erläuterung gewählt, da sie zeitlich aufeinanderfolgende Perforationen in den Reihen 112, 114, 116 und 118 in Fig. 5 ergibt. Die Zündfolge kann, wenn gewünscht, gegenüber der vorgenannten Reihenfolge abgeändert werden. Wie für die 2-Scheiben-Ausführungsform vorangehend erwähnt, kann die letztfolgende Scheibe ohne lichtdurchlässige Teile angeordnet

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werden, jedoch sind diese vorzuziehen, um unerwünschte Lichtenergiereflexionen von dieser letzten Scheibe zu mildern. Der Laserstrahl wird auf seinen Divergenzursprung 36_Q (Fig. 4) fokussiert, so daß der Strahlquerschnitt die öffnungen der vorletzten Scheibe (Scheibe 74) nicht trifft, wodurch sichergestellt wird, daß der volle Strahl auf jede Scheibe einfallen kann.

Fig. 7 zeigt vier in zeitlicher Aufeinanderfolge hergestellte Vollinien-Perforationen 12Ο, 122, 124 und 126. Der zeitliche Abstand zwischen jeder aufeinanderfolgend gemachten Perforation läßt sich leicht berechnen, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit modifizierter Strahlen allein durch die Reflektoranordnungparameter bestimmt wird, d.h. es werden bei einer Umdrehung der Welle 26 bei der gegebenen Ausführungsform vier mal 45 oder 18Ο modifizierte Strahlen fortgepflanzt. Der zeitliche Abstand (t) zwischen aufeinanderfolgend hergestellten Perforationen, d.h. zwischen den Perforationen 120 und 122 beträgt daher 1/180 R, wobei R die Zahl der Umdrehungen der Welle 26 je Zeiteinheit ist.

Der Betrag des Abstandes zwischen den Perforationen 120 und 122 wird durch das Maß (Fig. 7) D-- cos Z plus Dg. D-ist der Abstand in der Ebene der Fig. 4 zwischen den Perforationen 120 und 122 bei stationärer Bahn 10. Die Projektionsbildtrennung (cast image separation) D- ist größer in Fig. 7 beruhend auf dem Winkel Z und hat das Maß D- cos Z. Dg stellt die Strecke dar, welche von der Bahn 10 während der Interperforationszeitperiode (t) zurückgelegt wird und ist einfach die Bahngeschwindigkeit (je Zeiteinheit zurückgelegte Strecke) multipliziert mit t, abgeleitet wie oben. Da die Perforationen in der Reihe 112 alle an der gleichen Stelle (70 - Fig. 4) mit bezug auf die Linse

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gemacht werden und keinen Projektionsbildabstand haben, können sie alle sich um einen Betrag (D₄) in Abstand befinden, der als partiell zu dem Abstandsmaß D- cos Z plus Dg gezeigt ist und ein Vielfaches von D_g mal der Zahl der Scheiben.

Bei dem Beispiel von Fig. 7 werden bei der Rechtsbewegung der Bahn 10 die Perforationen 128 und 130 der Reihe 112 abstandsmässig vor und die Perforation 132 der Reihe 112 abstandsmässig zusammenfallend mit der Perforation 122 der Reihe 114 gemacht, jedoch zeitlich später als die Perforation in der Reihe 114. Solche Phänomene sind den kombinierten Wirkungen der Projektiohsbildtrennung wie zwischenzeitlich aufeinanderfolgenden Perforationen und dem Winkel Z zuzuschreiben.

Man kann eine Zahl N definieren, indem die Zahl der Perforationen der Reihe 112 angegeben wird, die abstandsmässig vor (oder zusammenfallend mit) sind und zeitlich später als die Perforation der Reihe 114, die zeitlich nachfolgend einer anfänglichen Reihe 112 Perforation gemacht wird und die folgende Beziehung für eine Vier-Scheiben-AnDndnung aufgestellt wird:

N	^D4	Z	- ^Di	cos	Z +	^D6
N		- ^Di	COS	Z +	^D6
			^D4
oder
D.	, COS	- ^D4	N -	^D6

(2) (3)

oder

D₁ » D₄ N-D₆ (4)

cos Z

Q3OOfO7O61 8

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Bei dem gegebenen Beispiel ist N drei und D^ viermal D^-. In diesem Fall:

11 D₆ (5)

cos Z

Im Ausdruck (4) mit D-,, Z und N Vorwahlkonstanten können D* und Dg als gegenseitig veränderlich festgelegt werden, um das gleiche Muster zu affizieren. Da D^ proportional t ist und da Dg durch die Bahngeschwindigkeit bestimmt wird, läßt sich eine Reihe von jeweiligen Werten für die Antriebseinheit 22 (Geschwindigkeit der Reflektoranordnung, Signal auf der Linie 20 in Fig. 1) und die Antriebseinheit 14 (Bahnfördergeschwindigkeit, Linie 16 in Fig. 1) erstellen, welche die Gestaltung der Fig. 7 für die Reihen 112 und 114 ergeben. Der Reglereingang 18c kann die Wischerstellungen der Potentiometer 18a und 18b gemeinsam einstellen, wie in Fig. 1 gezeigt.

Die Zahl N ist bei dem vorangehenden Beispiel eine ganze Zahl und als die Zahl drei gewählt. Es kann jede ganze Zahl gewählt werden, um eine Kolonnenperforationüberdeckung zu erhalten. Niedrigere Werte von N, d.h. weniger Perforationen in der Reihe 112 zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden (Reihe 112 - Reihe 114) Perforationen haben zur Folge eine geringere Anzahl von Perforationen je Abstandseinheit in der Bahn IO. Umgekehrt ergeben höhere Werte von N eine erhöhte Perforationsdichte in der Bahn.

Wenn N nicht als ganze Zahl gewählt wird, wird die vorerwähnte Kolonnenüberdeckung nicht erhalten. Wenn für N beispielsweise der Wert 3 1/2 gewählt wird, nimmt die Perforationsdichte beispielsweise zwischen den Reihen 112 und 114 von der N gleich 3 Situation ab und die Perforationen in den Reihen 112 und 114 sind gegenseitig gleich-

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massig versetzt, d.h. um 180° phasenversetzt, wie dies bei allen Werten für N der Fall ist, die als Bruchteil 1/2 haben.

In der vorangehend beschriebenen Situation N gleich 3 trifft die Kolonnenüberdeckung in den Reihen 116 und ebenfalls zu und die Kolonnenüberdeckung beispielsweise unter allen Reihen 112 bis 118 lassen sich erzielen, wenn Dg cos Z plus Dg ein ganzes Vielfaches von Dg mal der Zahl der Scheiben gemacht wird und wenn D, gleich D- gemacht wird. Andererseits können ungleichmässige Matrizen durch andere Parameterwahl erzielt werden, jedoch mit Übereinstimmung sowohl der Reihenabstandsgleichmässigkeit als auch der Gleichmässigkeit des Perforationsabstandes zwischen den Reihen. Die Abstandsparameter können in gleicher Weise zum Ausgleich für Optikaberrationen modifiziert werden, um gewünschte Perforationsmatrizen zu erhalten.

Die dargestellte Anordnung, die einen kontinuierlichen Laser und eine Reflektorgruppe mit gemeinsamer Welle verwendet, deren Reflektorelemente in einem kreisförmigen geometrischen Ort durch den Laserstrahl gedreht werden, wird besonders zur Erzeugung von räumlich getrennten modifizierten Strahlen bevorzugt, deren Strahlsymmetrieachsen parallel zur optischen Achse einer benachbarten modifizierten Strahlen gemeinsamen Linse sind. Der Fachmann kann hierzu auch andere Anordnungen wählen, beispielsweise solche, bei denen gepulste Laser verwendet werden oder ein Zerhacken eines kontinuierlichen Strahls erfolgt. Natürlich können auch Strahlen in grösserer Zahl als zwei durch ein gemeinsames Fokussierelement gesammelt werden, was zu einer entsprechenden Zahl von Perforationsreihen führt, die größer als die beiden Reihen ist, die bei der dargestellten Ausführungsform für jede Linse erhalten wird.

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Verschiedene weitere Abänderungen der vorangehend beschriebenen Verfahren und Änderungen der beschriebenen Vorrichtungen können innerhalb des Rahmens der Erfindung ebenfalls vorgenommen werden. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Verfahren und Ausführungsformen beschränkt/ sondern kann innerhalb
ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Ende der Beschreibung.

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Claims

Patentansprüche ;

ι 1Λ Verfahren zur Herstellung einer Reihen-Kolonnenmatrize von Perforationen in flächenhaftem Material, dadurch gekennzeichnet, daß Perforationen in den jeweiligen benachbarten in Abstand voneinander befindlichen Reihen dadurch gemacht werden, daß durch eine gemeinsame Fokussiereinrichtung ein erster und ein zweiter Lichtenergiestrahl in Abstand voneinander geleitet werden, von denen jeder um eine Symmetrieachse divergiert, die zu der optischen Achse der gemeinsamen Fokussiereinrichtung parallel ist, welcher erste und zweite Strahl in zeitlicher Folge von einer . einzigen Lichtenergiequelle abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß vorgewählte Abstände von Perforationen, die innerhalb solcher Reihen gemacht werden, zum Teil dadurch beeinflußt werden, daß die jeweiligen Folgeraten des ersten und des zweiten Strahls vorbestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flächenhafte Material bei seinem Perforieren gefördert wird, wobei die Fördergeschwindigkeit des flächenhaften Materials mit solchen Folgeraten bei der Beeinflussung der vorgewählten Abstände der Perforationen, die innerhalb solcher Reihen gemacht v/erden, vorbestimmt werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß lichtreflektierende Elemente in gegenseitig in Abstand befindlichem Verhältnis längs der Achse eines kontinuierlichen Lichtenergiestrahls vorgesehen werden, und daß der erste und der zweite Strahl durch aufeinanderfolgende Bewegungen der lichtreflektierenden Elemente in eine konfrontierende Beziehung zu dem kontinuierlichen Strahl fortgepflanzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen des ersten und des zweiten Strahls mit bezug aufeinander entsprechend einem vorgewählten Abstand zwischen den erwähnten benachbarten Perforationsreihen in dem flächenhaften Material verlagert werden.

Verfahren zum Perforieren von flächenhaftem Material, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Lichtenergiestrahl projiziert wird;

b) ein Linsengesichtsfeld gebildet wird;

c) aufeinanderfolgend ein solcher projizierter Strahl an jeweils verschiedenen Stellen längs seiner Achse abgefangen und dieser Strahl von jeder solchen Stelle als modifizierter Strahl weitergeleitet wird, der um eine Symmetrieachse herum divergiert, welche zur optischen Achse des Linsengesichtsfeldes parallel ist; und

d) solche modifizierten Strahlen in dem Linsengesichtsfeld gesammelt und das flächenhafte Material an einer Stelle angeordnet wird, die neben den Stellen liegt, auf welche die modifizierten Strahlen fokussiert werden, um dadurch mehrere Perforationsreihen

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in dem flächenhaften Material zu machen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (c) durch die Verwendung eines ersten und eines zweiten lichtreflektierenden Organs durchgeführt wird, das wechselweise in konfrontierende Beziehung zu dem projizierten Strahl an den erwähnten jeweiligen verschiedenen Stellen bewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten lichtreflektierenden Organe durch eine Anzahl lichtreflektierende Elemente gebildet wird, die in gegenseitig in Abstand befindlicher Beziehung in einem kreisförmigen geometrischen Ort angeordnet sind, welche Maßnahme (c) ferner dadurch ausgeführt wird, daß jeder solche kreisförmige geometrische Ort durch den projizierten Strahl um eine Drehachse in sich überschneidener Beziehung mit der erwähnten Strahlachse gedreht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmbe (b) in der Weise durchgeführt wird, daß eine Linse an einer solchen Stelle angeordnet wird, daß ihr Gesichtsfeld die jeweiligen verschiedenen Stellen längs der erwähnten projizierten Strahlachse umschließt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (d) in der Weise durchgeführt wird, daß das flächenhafte Material in ebener Anordnung ausserhalb des Brennpunktes der erwähnten Linse angeordnet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (c) ferner dadurch durchgeführt wird, daß die jeweiligen verschiedenen Stellen voneinander entsprechend dem vorgewählten Abstand zwischen benachbarten Reihen von Perforationen in dem flächenhaften Material in Abstand gebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (a) durch die Verwendung eines kontinuierlichen Laserstrahls durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (c) zum Teil durchgeführt wird, indem eine Rate für solches aufeinanderfolgendes Abfangen des projizierten Strahls entsprechend den vorgev/ählten Abständen der innerhalb der Reihen gemachten Perforationen vorbestimmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das flächenhafte Material bei seinem Perforieren gefördert wird, wobei die Fördergeschwindigkeit des flächenhaften Materials mit einer Projektionsstrahlabfangrate entsprechend den vorgewählten Abständen der innerhalb der Reihen gemachten Perforationen vorbestimmt wird.

15. Vorrichtung zur Herstellung einer Matrize von Perforationen in einem flächenhaften Material, gekennzeichnet durch
a) eine Quelle (34) zur Erzeugung eines kontinuierlichen

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Lichtenergiestrahls (36);

b) Lichtreflektierende Organe (28, 30) zur Konfrontation mit einem solchen Strahl an gegenseitig verschiedenen Stellen längs der Achse des Strahls zur Erzeugung des ersten und des zweiten divergierenden Strahls, die zueinander parallele Symmetrieachsen aufweisen;

c) ein Fokussierorgan (40) , das den beiden verschiedenen Stellen zum Sammeln des ersten und des zweiten divergierenden Strahls gemeinsam ist, v/elches gemeinsame Fokussierorgan eine optische Achse aufweist, die zu den erwähnten Symmetrieachsen parallel ist;

und

d) eine Fördereinrichtung (12) für flächenhaftes Material zum Fördern des flächenhaften Materials (10) in einer Ebene, die neben den Stellen liegt, an welchen das gemeinsame Fokussierorgan den ersten und den zweiten divergierenden Strahl fokussiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (b) eine Welle (26) aufweisen, die zur Drehung um eine Achse gelagert ist, welche die erwähnte Strahlenachse schneidet, welche lichtreflektierenden Organe (28, 30) für jede der gegenseitig verschiedenen Stellen eine Anzahl von lichtreflektierenden Elementen aufweist, die mit winkelig in Abstand befindlichen gemeinsamen radialen Stellungen um die erwähnte Welle herum getragen werden, welche lichtreflektierenden Elemente (52, 54) für solche verschiedenen Stellen jeweils zu der Welle gegenseitig winkelig versetzt sind.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Antrieb (22) zur Drehung der Welle (26) und Abstandsstücke (32, 72, 76) zur gegenseitigen Trennung der reflektierenden Organe längs der Wellenachse derart, daß die reflektierenden Elemente in die erwähnten gegenseitig verschiedenen Stellen längs der Strahlachse bei einer solchen Wellendrehung gebracht wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (c) durch eine Linse (40, 80) mit einem Gesichtsfeld gebildet wird, welches die gegenseitig verschiedenen Stellen einschließt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Quelle ein kontinuierlicher Laser (34) ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Fokussierorgan für den Laserstrahl nachfolgend dem Laser und vor den gegenseitig verschiedenen Stellen angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der lichtreflektierenden Organe durch eine lichtreflektierende Scheibe (28, 30, 74, 78) mit Facetten zum Reflektieren des auf sie einfallenden Lichts und durch lichtdurchlässige Teile, welche die Aufeinanderfolge der Facetten trennt, gebildet wird.

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