DE3728660C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Perforieren von bewegten Materialbahnen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE-PS 29 18 283 zeigt ein Gerät zum Perforieren von Zigarettenmundstückpapier. In der Papierbahn werden mehrere parallele Reihen von Perforationen erzeugt. Wegen der hohen Kosten für Laserstrahl- Lichtquellen verwendet man einen einzigen Laser in Verbindung mit einem Drehspiegel und einer Optik, in der die von dem Drehspiegel jeweils in einem Winkelbereich ausgelenkten Lichtstrahlen für je­ weils einen Arbeitsstrahlengang abschnittsweise parallelisiert und dann von einer Sammellinse auf eine Perforationsstelle der Papierbahn fokussiert werden.

Es ist festgestellt worden, daß trotz konstanter Laserleistung die einzelnen Perforierungen unter­ schiedlich stark ausfielen. Man hat festgestellt, daß die Größe der Perforierungen, d. h. die Porosi­ tät die Papierbahn, teilweise nicht unerheblichen Schwankungen unterworfen ist. Solche Schwankungen sind auf unterschiedliche Papierbahnstärken, unter­ schiedliche Papierfeuchte und weitere Einflüsse zurückzuführen. Gewünscht wird ein hohes Maß an Gleichmäßigkeit der Perforationen.

Ein Gerät der eingangs genannten Art ist aus der US 42 97 559 bekannt. Das Gerät dient zum Bilden einer einzigen Perforationsreihe. In der Nähe der Perforationsstelle, d. h. dem Auftreffpunkt des fokussierten Laserstrahls, befindet sich der Poro­ sitätssensor. Sein Ausgangssignal wird von der Regeleinrichtung zu einem Stellsignal für den Laser selbst verarbeitet. Wollte man dieses Prinzip auf eine Anlage erweitern, bei der mehrere parallele Perforationsreihen in der Materialbahn erzeugt werden, so müßten entweder mehrere getrennte Laserlichtquellen vorgesehen werden, was hohe Kosten verursacht, oder man müßte - bei Strahlauf­ teilung auf mehrere Reihen - eine für sämtliche Reihen gleiche Regelung verwenden. Damit könnten aber Porositätsschwankungen in Querrichtung der bewegten Materialbahn nicht berücksichtigt werden.

Aus der GB 21 57 540 ist eine Vorrichtung zum Per­ forieren von Papierbahnen bekannt, bei der sich im Arbeitsstrahlengang eine als am Umfang mit Zacken ausgebildete Zerhackerscheibe befindet. Die Zacken am Umfang der Scheibe unterbrechen den Laserstrahl, wobei die Dauer der Unterbrechung davon abhängt, wie weit die Scheibe in Richtung des Strahlenganges - senkrecht zu diesem - verschoben wird. Ist die Zerhackerscheibe relativ weit in den Strahlengang hineingeschoben, wird der Laserstrahl aufgrund der dreieckförmigen Ausbildung der Zacken relativ lange unterbrochen, so daß die Impulspausen entsprechend lang und die eigentlichen Impulse relativ kurz sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches dazu dient, beim Erzeugen mehrerer Perforationsreihen die Perforierungen in den Reihen individuell zu vergleichmäßigen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeich­ nungsteil in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.

Durch die einzelnen Blenden, die in den Weg der Arbeitsstrahlen hinein- und herausbewegt werden können, abhängig von den von dem zugehörigen Poro­ sitätssensoren gelieferten Signalen, wird die auf die einzelnen Perforationsstellen gelenkte Licht­ menge variiert. Damit wird erreicht, daß auch in Breitenrichtung der bewegten Materialbahn eine Vergleichmäßigung der Porosität erreicht wird.

Die Porositätssensoren können in an sich bekannter Weise nach dem Lichtschrankenprinzip arbeiten. Man kann statt dessen auch Sensoren vom Reflexionstyp einsetzen, bei denen z. B. eine Fotodiode über eine kleine Optik einen Lichtstrahl auf die Papierbahn­ oberfläche sendet und eine Fotozelle die Intensität des reflektierten Lichts erfaßt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine perspektivische, schematische Ansicht eines Geräts zum Perforieren von Zigarettenmundstückpapier.

Ein von einem Laser (nicht gezeigt) kommender Laser­ strahl durchläuft eine erste Sammellinse 10, deren Brennpunkt bzw. Strichebene auf einer Fläche des im Strahlengang hinter der Sammellinse 10 angeordneten Polygondrehspiegels 12 liegt. Der Polygonspiegel weist sechs Facetten auf. Die Zahl der Facetten kann jedoch beliebig sein. Sie hängt für eine vorgegebene Zer­ hackungsfrequenz auch von der mit dem Polygonspiegel erreichbaren Drehzahl ab.

Bei Drehung des Polygonspiegels wird der von einer Facette reflektierte Strahl einen bestimmten Winkel­ bereich überstreichen. Tritt dann die nächste Facette in Wirkung, springt der Strahl zurück und überstreicht wieder den gleichen Winkelbereich. In diesem Bereich des vom Polygondrehspiegel reflektierten Strahls ist ein erstes Linsensystem 14, bestehend aus drei einzelnen Sammellinsen 14′, 14′′, 14′′′ angeordnet. Die Sammel­ linsen haben alle die gleiche Brennweite und eine solche Lage, daß ihr Brennpunkt bzw. ihre Brennebene mit dem Brennpunkt bzw. der -ebene der Sammellinse 10 auf dem Polygonspiegel zusammenfällt. Das die Linsen 14′ bis 14′′′ verlassende Licht ist daher wieder parallel gerichtet.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sammel­ linsen 10 und 14 zylindrische Linsen. Dies hat den Vor­ teil, daß der Drehspiegel 12 durch die hohe Energie­ dichte des Laserstrahls nicht so stark belastet wird, da zylindrische Linsen bekanntlich in der Brennebene keinen Punkt, sondern eine Linie abbilden. Dieser Vor­ teil muß jedoch mit einer erhöhten Präzision bei der Lagerung des Drehspiegels erkauft werden, da etwaige Taumelfehler des Spiegels bei der Verwendung zylindri­ scher Linsen naturgemäß stärker ins Gewicht fallen als bei Verwendung sphärischer Sammellinsen, die auf dem Spiegel nur einen Brennpunkt abbilden.

Die das erste Linsensystem 14 verlassenden Lichtstrahlen werden durch Umlenkspiegel 16 um 90° abgelenkt. Diese Umlenkung kann in bestimmten Anwendungsfällen auch ent­ fallen.

Den Umlenkspiegeln 16 ist ein Linsensystem 18 nachge­ schaltet, welches aus einzelnen sphärischen Sammel­ linsen besteht, die die auf sie auftreffenden parallelen Lichtstrahlen auf eine unter bzw. im Strahlengang hinter dem Linsensystem 18 laufende Papierbahn 20 fokussiert. Der Abstand des Linsensystems 18 von der Papierbahn 20 entspricht also der Brennweite der einzelnen Sammel­ linsen 18′, 18′′, 18′′′. Die Größe der einzelnen Linsen des Systems 18 sollte vorzugsweise der Größe der ein­ zelnen Linsen des Systems 14 entsprechen, damit jedem Linsenabschnitt der Linsen 14′ bis 14′′′ ein entsprechen­ der Abschnitt der Linsen 18′ bis 18′′′ zugeordnet ist.

Wenn der von dem Drehspiegel 12 abgelenkte Laserstrahl die hintere Kante der Sammellinse 14′′ und demnach den äußeren Rand der Linse 18′′′ erreicht hat, springt er zurück an die Vorderkante der Linse 14′ bzw. der Linse 18′. Eine gegebene Zeitspanne A bei einem einmaligen Durchlaufen des Laserstrahls durch das Linsensystem entfällt also eine Zeitspanne A/3 auf jede Reihe von Perforierungen 22 auf der Papierbahn 20. Die Intensität des Laserstrahls und die jeweilige Zeitspanne für einen abgetasteten Punkt auf der Papierbahn 20 sind so ge­ wählt, daß ein kleines Loch in die Papierbahn gebrannt wird.

Jede Reihe von Perforierungen 22 wird von einem Porosi­ tätssensor 23′, 23′′, 23′′′, die zu einem Sensorsystem 23 gehören, überwacht. Die Sensoren 23′ bis 23′′′ können z. B. jeweils eine Photodiode und eine Photozelle haben, wobei die Photodiode in den Bereich der Perforierungen einen Lichtstrahl abgibt und die Photozelle den re­ flektierten Strahl erfaßt.

Abhängig von der Papierqualität, z. B. abhängig von der Papierdicke und/oder der Papierfeuchtigkeit, wird mit einer gegebenen Laserlicht-Leistung und einer gegebenen Zeitspanne pro Perforierung eine mehr oder weniger starke Porosität des Papiers erreicht. Dies wird von den Sensoren 23′ bis 23′′′ erfaßt. Die Ausgangssignale der Sensoren werden auf eine (nicht dargestellte) Regelein­ richtung gegeben, die einen PID-Regler enthält. Die Regeleinrichtung gibt Stellsignale auf elektromotorisch bewegte Blenden 19′, 19′′ und 19′′′ einer Blendenanord­ nung 19, die zwischen dem Linsensystem 14 und der Umlenkspiegel-Anordnung 16 angeordnet ist.

Stellt beispielsweise der Porositätssensor 23′ in der vorderen Reihe von Perforierungen 22 in der Papierbahn 20 eine relative große Porosität fest, so wird die Blende 19′ nach oben in den Strahlengang des aus der zylindrischen Linse 14′ austretenden Laserstrahls be­ bewegt, damit die Energie dieses Laserstrahls im Auf­ treffpunkt auf der Papierbahn geringer wird und somit die Porosität in der betreffenden Reihe von Perforie­ rungen abnimmt.

Bei zu geringer Porosität wird die Blende - im Extremfall vollständig - aus dem Strahlengang des Laserstrahls herausgezogen.

Für jede Reihe von Perforierungen ist ein eigener Sensor in Verbindung mit einer eigenen Blende vorgesehen. Man kann statt dessen auch nur ein oder mehrere Sensoren für eine oder mehrere Blenden vorsehen.

Claims (5)

1. Gerät zum Perforieren von bewegten Materialbahnen, insbesondere für Zigarettenmund­ stückpapier, mit einer Laserlichtquelle (10, 12) zur Erzeugung mindestens eines Arbeitsstrahls, der durch eine Optik (14, 16, 18) auf die Perforations­ stelle (22) der Materialbahn (20) fokussiert wird, mit mindestens einem Porositätssensor (23′, 23′′, 23′′′), der in der Nähe der Perforationsstelle (22) der Materialbahn angeordnet ist, und mit einer Regeleinrichtung, die die auf jeweils eine Perfora­ tionsstelle gerichtete Lichtmenge in Abhängigkeit der ermittelten Porosität regelt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Erzeugung mehrerer Perforations­ reihen je Perforationsreihe ein Porositätssensor (23′, 23′′, 23′′′) angeordnet ist und je Perforati­ onsreihe ein gleichzeitig oder im Multiplexbetrieb erzeugter Arbeitsstrahl vorgesehen ist, in dessen Strahlengang eine Blende (19′, 19′′, . . .) angeordnet ist, die in Abhängigkeit von der in dieser Reihe ermittelten Porosität einen Teilbereich des Arbeitsstrahlquer­ schnitts ausblendet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blenden (19′, 19′′, . . .) elektro­ motorisch oder pneumatisch verstellbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einen PID- Regler enthält.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Porositätssensoren nach dem Lichtschrankenprinzip arbeiten.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende jeweils eine Gruppe von Arbeitsstrahlen zugeordnet ist.