DE4442411B4

DE4442411B4 - Verfahren zur formenden Bearbeitung von Papier in einer Druckmaschine

Info

Publication number: DE4442411B4
Application number: DE4442411A
Authority: DE
Inventors: Rainer Buschulte; Clemens Dr. Rensch; Erich Dr. Zahn
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2014-11-30
Also published as: JPH08245049A; DE4442411A1; US5797320A; US6584899B1

Abstract

Verfahren zur formenden Bearbeitung von Papier (6) in einer Druckmaschine durch wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5), wobei digitale Daten, die gewünschte Bearbeitungsgeometrien darstellen, rechnerisch in Signale umgewandelt werden, die das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug (5) so steuern, dass die Bearbeitungsgeometrien erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Daten zur Darstellung der Bearbeitungsgeometrien getrennt von der Druckmaschine erzeugt und dann an einen Druckmaschinenrechner übertragen werden, der die Steuersignale für das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug (5) berechnet und dass die Erzeugung der digitalen Daten im Rahmen der Gestaltung des Druckproduktes in einer elektronischen Druckvorstufe erfolgt, wobei den digitalen Daten Farbinformationen hinzugefügt werden, derart, dass jeweils eine Farbe einer Bearbeitungsart zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formenden Bearbeitung von Papier in einer Druckmaschine durch wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, in eine Druckmaschine formende Bearbeitungswerkzeuge wie Schneid- oder Rillwerkzeuge oder Perforierwerkzeuge zu integrieren, um das Papier im Anschluss an den Druck nicht gesondert zuschneiden oder zum Falzen vorbereiten zu müssen. So ist im Taschenbuch Maschinenbau, VEB Verlag Technik Berlin 1968, Band 3/II, Kap. 1.5.3.5., S. 597-598, eine kombinierte Druck- und Stanzmaschine gezeigt.

Das Laserschneiden von Papier ist ebenfalls an sich bekannt, vgl. z. B. den Beitrag "Papierschneiden mit Laser" von H. Federle und S. Keller in der Zeitschrift Papier und Kunststoff-Verarbeiter 09/92, S. 54-59. Soll mit einer solchen Maschine ein neuer Druckauftrag durchgeführt werden, so müssen im Allgemeinen die Bearbeitungswerkzeuge gewechselt oder zumindest verstellt werden.

Aus der DE 689 21 066 T2 ist eine Rollendruckmaschine bekannt, welche mittels Laserperforationsköpfen eine bedruckte Papierbahn bearbeitet. Mit einer solchen Laserperforationsvorrichtung können jedoch keine beliebigen Geometrien aus der Papierbahn ausgeschnitten werden, dazu fehlt es der Laserperforationseinrichtung an der nötigen Flexibilität und Steuerung.

Die DE 41 18 317 A1 zeigt eine multifunktionale Bearbeitungsvorrichtung, mit der auch Papier geschnitten werden kann. Wie diese Vorrichtung an den Einsatz in einer Druckmaschine anzupassen wäre, geht aus der Schrift nicht hervor.

Auch die DE 29 18 283 A1 befasst sich mit der Bearbeitung von Papier mittels Laserstrahlen. Doch auch diese Schrift zeigt nicht die Integration einer solchen Laserperforationseinrichtung in eine Druckmaschine.

Die Laserschnitttechnik wird auch bei der Bearbeitung von Filmen eingesetzt. So geht aus der EP 0 644 502 A1 eine Plottereinrichtung hervor, mit welcher Filme zur Belichtung von Druckplatten in separate Filme unterteilt werden können.

Die genannten Lösungen zeigen jedoch keinen Weg auf, wie die Übermittlung von Bearbeitungsgeometriedaten z.B. aus der Druckvorstufe an eine Laserschnitteinrichtung in einer Druckmaschine geschehen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur formenden Bearbeitung von Papier in einer Druckmaschine zu schaffen, welches eine problemlose Übermittlung von Geometriedaten zur Ansteuerung der Bearbeitungswerkzeuge in einer Druckmaschine erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst.

Die digitalen Daten zur Geometriefestlegung können mittels der gängigen Soft- und Hardware erzeugt werden, die für die Gestaltung des Druckproduktes in der elektronischen Druckvorstufe verwendet wird. Satz und Geometriefestlegung finden also in einem Arbeitsgang statt, und die Bearbeitungsaufgabe kann in der Folge weitgehend selbsttätig durchgeführt werden.

Für eine größere Gestaltungsfreiheit und Bearbeitungsgeschwindigkeit über die gesamte Papierbreite werden vorzugsweise mehrere, ggf. auch verschiedenartige Bearbeitungswerkzeuge eingesetzt, von denen jedes innerhalb einer zugeordneten Zone längs der Maschinenbreite mittels der Steuersignale verstellbar und aktivierbar bzw. deaktivierbar ist.

Eine besonders große Gestaltungsfreiheit ergibt sich, wenn die Bearbeitung durch gebündeltes Licht erfolgt, wie es z. B. von Lasern erzeugt wird, dass dann ohne Schwierigkeiten z. B. runde Ecken und andere filigrane Konturen erzeugt werden können. Gegenüber einer kombinierten Druck- und Stanzmaschine mit Stanzstempel und Stanzmatrize können die Nutzen auf dem Druckbogen untereinander kleinere Abstände haben und ist die Bedruckstoffausbeute höher, da senkrecht zur Bedruckstoffoberfläche keine bzw. nur sehr geringe Trenn- und Ausstoßkräfte wirken, so dass die stabilisierende Funktion des Abfallgerippes entfällt.

Die Einsatzflexibilität von Laserschneidvorrichtungen ist aber von besonderer Bedeutung, wenn sie in der erfindungsgemäßen Kombination mit Druckmaschinen verwendet werden. Da die digitalen Daten, die die Bearbeitungsgeometrien darstellen, in Verbindung mit dem Drucksatz erstellt werden können und an der Druckmaschine selbst keine Einstellungen mehr vorgenommen werden müssen, erlaubt die Erfindung eine Papierbearbeitung in einer Druckmaschine mit sofort veränderlichen Bearbeitungsgeometrien. Somit werden kleine Auflagen von Druckprodukten, die eine komplizierte formende Bearbeitung erfordern, wesentlich wirtschaftlicher. Dies gilt in noch größerem Maße für digitale Druckmaschinen, die als Seitendrucker verwendet werden können, da mit der Erfindung sogar jede Seite eine individuelle formende Bearbeitung erfahren kann, ohne dass die Druckgeschwindigkeit beeinträchtigt wird.

Bei digitalen Druckmaschinen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren überdies besonders einfach realisieren. Enthält z. B. der Druckmaschinenrechner bereits einen RIP (Raster-Image-Prozessor), der als Postscriptdaten erzeugte digitale Daten, die die Bildelemente und ihre Farben darstellen, in Pixelmuster für die farbigen Teilbilder zerlegt, so werden in der Druckvorstufe die Bearbeitungsgeometrien und Bearbeitungsarten im gleichen Format wie die Bildelemente und -farben dargestellt. Die normalerweise beim Satz verwendete Software bietet geeignete Möglichkeiten dafür, z. B. die Kennzeichnung einer Bearbeitungsgeometrie und Bearbeitungsart durch einen Rahmen, dessen Rahmenfarbe als Sonderfarbe mit dem Namen "Schneiden" definiert wurde. Indem die Bearbeitungsgeometrien- und arten wie Sonderfarben behandelt werden, erzeugt der RIP aus den digitalen Daten für jede Bearbeitungsart ein gesondertes Pixelmuster, welches anschließend vom Druckmaschinenrechner entsprechend interpretiert und in die Steuersignale für die Bearbeitungswerkzeuge umgesetzt wird.

Zur Anwendung der Erfindung bei einer digitalen Druckmaschine ist es also lediglich erforderlich, eine Einheit zur tatsächlichen Ausführung der Bearbeitungsaufgabe vorzusehen. Ansonsten können die vorhandenen Einrichtungen und Steuerverfahren verwendet werden. Aber auch ältere Druckmaschinen lassen sich ohne Schwierigkeiten mit einer solchen Einheit nachrüsten. Die Pixelmuster für die Bearbeitungsgeometrien werden in diesem Fall z. B. im RIP eines Satzrechners erzeugt. Ferner sind nicht nur Laser als Bearbeitungswerkzeuge geeignet. Bei geeigneter Anordnung und Kombination lässt sich auch mit mechanischen Bearbeitungswerkzeugen eine durchaus flexible Bearbeitung durchführen.

Andererseits kommt für den Fall einer berührungsfreien Bearbeitung beispielsweise mittels Laser eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Betracht, die darin besteht, die z. B. zu schneidende Geometrie vor der formenden Bearbeitung mit einer lichtabsorbierenden Farbe vorzudrucken. Die Farbe kann z. B. schwarz oder auch visuell nicht wahrnehmbar sein, sofern ihre Lichtabsorption auf das Spektrum des Schneidlichts abgestimmt ist und wenigstens teilweise damit zusammenfällt. Der Vordruck der Schnittgeometrie hat folgende Vorteile:

– es wird eine definierte Absorption des Laserlichtes erreicht, die den Einfluss des Bedruckstoffs auf die Schnittleistung und somit die notwendigen Einstellungen und Abstimmungen der Lichtparameter auf das Substrat minimiert;
– wegen der höheren Energieausbeute ist die Schnittleistung besser;
– eine Perforation muss nicht durch Modulation des Lichtstrahles erzeugt werden, sondern kann durch eine entsprechend vorgedruckte unterbrochene Linie und konstanten Lichteinfall hergestellt werden, wodurch die erforderliche Rechnerleistung und der Steuerungsaufwand reduziert werden;
– der Lichtstrahl muss nicht genau auf die Papieroberfläche fokussiert werden, so dass die Abstandsempfindlichkeit und somit auch die Toleranz etwa gegenüber einem Flattern des
– Papiers geringer sind; und die Strahlnachführung braucht nicht so exakt zu sein.

Wegen der geringeren Anforderungen an die Fokussierung und wegen der definierten Lichtabsorption müssen zur Bearbeitung von vorgedruckten Bearbeitungsgeometrien außerdem nicht zwingend Laser eingesetzt werden, sondern kommen auch herkömmliche Lichtquellen in Betracht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
1a und 1b zwei Einbaumöglichkeiten für eine Bearbeitungseinheit in einer Druckmaschine;
2 eine Prinzipskizze des Aufbaus der Bearbeitungseinheit;
3 eine Methode zur Strahl-führung eines Laserstrahl-Bearbeitungswerkzeuges;
4 die Verwendung eines Laserdiodenarrays zur Bearbeitung; und
5a bis 5c drei Optiken zur Erzeugung von unterschiedlichen Strahlcharakteristiken bei einem Laserdiodenarray.
Eine in 1a und 1b schematisch dargestellte Bearbeitungseinheit 1 kann in einem vorhandenen Maschinenmodul integriert sein, in 1a dem Ausleger 2, oder sie kann Bestandteil eines gesonderten Bearbeitungswerks 3 sein, das in 1b zwischen dem Ausleger 2 und einem Druckwerk 4 vorgesehen ist. Obwohl in 1a und 1b speziell Bogenoffset-Druckmaschinen dargestellt sind, kann die Bearbeitungseinheit 1 auch in anderen Druckmaschinen verwendet werden.
Wie in 2 gezeigt, enthält die Bearbeitungseinheit 1 eine Anzahl von Bearbeitungswerkzeugen 5, die quer zu einer Papierlaufrichtung R in einer Reihe angeordnet sind. Die Bearbeitungswerkzeuge 5 sind hier Laserlichtquellen oder Ausgangsoptiken von Laserlichtquellen, deren Laserstrahlen durch nicht gezeigte Einrichtungen zur Strahlablenkung oder durch mechanische Laserkopfbewegungen auf verschiedene Stellen des Papiers 6 gerichtet werden können.
Quer zur Papierlaufrichtung R, d. h. längs der Papierbreite B, bestreichen die Bearbeitungswerkzeuge 5 jeweils eine Zone Z, wobei die Zonen Z quer zur Papierlaufrichtung R aneinander angrenzen und sich über die maximal mögliche Papierbreite B oder die Arbeitsbreite der Druckmaschine erstrecken. Die Zonen Z können sich aber auch ganz oder teilweise überlappen, oder es können freie Zonen ohne zugehöriges Bearbeitungswerkzeug bestehen. Die Laserstrahlen der Bearbeitungswerkzeuge 5 sind nicht nur innerhalb der jeweiligen Zone Z, sondern auch innerhalb eines Abschnitts A in der Papierlaufrichtung R nachführbar, um zur Papierlaufrichtung R senkrechte oder dem Papierlauf entgegen gerichtete Schnittbewegungen ausführen zu können.
Die mit Laserlicht arbeitenden Bearbeitungswerkzeuge 5 sind dafür geeignet, das Papier 6 wahlweise zu schneiden, zu perforieren und zu rillen. Diese und weitere Bearbeitungsarten lassen sich nicht nur mit berührungsfrei arbeitenden Lasern, sondern alternativ auch mit mechanischen Bearbeitungswerkzeugen erzielen, welche für eine Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens durch Steuersignale über der Papieroberfläche positionierbar bzw. aktivierbar und deaktivierbar sein müssen.
Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur formenden Bearbeitung von Papier umfasst die folgenden drei Teilschritte, die anschließend erläutert werden:

– Definition der Bearbeitungsgeometrien in der Druckvorstufe;
– Datentransfer zur Maschine und Interpretation der Daten; und
– Ausführung der Bearbeitungsaufgabe.

Bei der Gestaltung eines Druckproduktes in der elektronischen Druckvorstufe werden die Bearbeitungsgeometrien mit den Gestaltungswerkzeugen der entsprechenden Software angelegt. Bei solchen Programmen kann z. B. dem Rahmen eines Quadrates eine frei definierte und benannte Farbe zugeordnet werden.
Bei der Festlegung einer bestimmten Geometrie wird für diese eine beliebige Farbe gewählt und z. B. mit "Perforieren", "Rillen" oder "Schneiden" benannt. Auf dem Bildschirm für den elektronischen Satz erscheint die Geometrie im vom Benutzer definierten Farbton. Die durch den elektronischen Satz erzeugten Postscriptdaten enthalten dann außer den Bildinformationen für den eigentlichen Druck eine oder mehrere Bearbeitungsgeometrien und jeweils einen "Farbnamen" für die dazugehörige Bearbeitungsart.
Die Postscriptdaten werden an eine digitale Druckmaschine übertragen und im RIP (Raster-Image-Prozessor) beim 4-Farb-Druck in die Farbauszüge C, M, Y und K separiert, indem sie in einzelne Pixelmuster (Bitmaps) umgewandelt werden. Eine in der Druckvorstufe definierte Farbe einer Bearbeitungsgeometrie behandelt der RIP wie eine Sonderfarbe und erstellt dementsprechend für alle Bearbeitungsgeometrien, wie z.B. "Quadrat" etc., je Bearbeitungsart, wie "Schneiden", "Perforieren" etc., eine zusätzliche, gesonderte Bitmap. Der Druckmaschinenrechner erzeugt aus den Bitmaps für die Farbauszüge die Steuerungsparameter für die Bebilderungseinheiten und Farbversorgungen. Ferner berechnet er aus den Bitmaps für die Bearbeitungsgeometrien, die mit Hilfe der Kennzeichnung durch Sonderfarben auf einfache Weise als solche erkannt bzw. interpretiert werden, die Steuersignale für die Bearbeitungswerkzeuge. Gegebenenfalls können am Druckmaschinenrechner auch noch ergänzende Daten eingegeben werden, die in der Druckvorstufe noch nicht festgelegt werden konnten, z.B. für die Papierstärke.
Die auf die vorstehende Weise berechneten Steuersignale werden nun der Bearbeitungseinheit 1 bzw. deren Bearbeitungswerkzeugen 5 zugeführt, um die Bearbeitungsaufgabe durchzuführen. Der Rechner, der die Informationen aus den Bitmaps in die Steuersignale umsetzt, ermittelt über Kontrolleitungen auch Einstellwerte wie z. B. die Anzahl und die Grundpositionen der Bearbeitungswerkzeuge 5 und berücksichtigt sie bei der Umsetzung in die Steuersignale.
Sind die Bearbeitungswerkzeuge 5 wie in 2 Laser, so erfolgt die Schnittbewegung der Laser vorzugsweise nach einer von zwei an sich bekannten Methoden.
Die eine Methode besteht darin, dass der Strahl der zu schneidenden Kontur folgt (Vektorscan), wodurch Hinterschneidungen in Papierlaufrichtung R und senkrechte Schnitte zur Papierlaufrichtung R realisierbar werden. Eine Perforation wird durch periodisches Ein- und Ausschalten des Lasers erzeugt.
Die andere Methode, in 3 schematisch gezeigt, besteht darin, dass der gesamte Bearbeitungsbereich einer Zone Z linienförmig abgetastet wird (Rasterscan) und das darunter vorbeilaufende Papier 6 nur an der Schnittkontur gepunktet wird, indem der Laser kurzzeitig eingeschaltet wird. Eine Abtastrichtung C und die Papierlaufrichtung R können dabei in einem beliebigen Winkel zueinander liegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist in der Bearbeitungseinheit 1 ein maschinenbreites Laserdiodenarray 7 befestigt, das in der Praxis aus einzelnen Modulen zusammengesetzt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 4 nur vier Dioden 8 des Laserdiodenarrays 7 eingezeichnet. Die Dioden 8, oder in einer nicht gezeigten Alternative Lichtwellenleiter, die das Licht von weiter entfernt angeordneten Dioden heranführen, haben einen Mittenabstand von ca. 0,1 bis 0,2 mm. Die Spaltbreite eines Schnittes auf dem Papier 6 beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,1 mm.
Das Laserlicht strahlt entweder direkt auf das Papier 6, oder das Licht mehrerer Dioden 8 wird durch eine Optik 9, die in der Ausführungsform von 4 eine Linse ist, auf einen oder mehrere Brennpunkte 10 gebündelt. Drei Varianten für die Gestaltung einer solchen Optik 9 sind in 5a bis 5c gezeigt, wobei vorgesehen werden kann, dass zwischen diesen oder anderen geeigneten Varianten umgeschaltet werden kann.
Die in 5a gezeigte Variante, wie in 4 mittels der Optik 9 das Licht mehrerer Dioden 8 auf einen Brennpunkt 10 zu fokussieren, wird dann eingesetzt, wenn höhere Lichtleistungen für das Durchtrennen dicker Bedruckstoffe erforderlich sind, wobei die Anzahl der zusammengefassten Dioden 8 entsprechend gewählt wird.
Die in 5b gezeigte Variante, mittels einer aus mehreren Linsenelementen bestehenden Optik 9' das Licht jeweils einer Diode 8 zu fokussieren, wird dann angewendet, wenn dünne Bedruckstoffe getrennt oder dicke Bedruckstoffe angeritzt (gerillt) werden sollen.
Die Variante von 5c zeigt eine Optik 9'', mit der das Papier 6 durch parallele Anwendung der Varianten von 5a und 5b in einem Arbeitsgang getrennt und gerillt werden kann.
Um trotz feststehendem Laserdiodenarray 7 eine Querbewegung des Brennpunktes 10 zu ermöglichen, wird eine nicht gezeigte Einrichtung vorgesehen, mit der die Optik 9 quer zur Papierlaufrichtung R (4) und relativ zu den Dioden 8 bewegt werden kann. Es ist dabei vorgesehen, dass zonal mehrere Optiken 9 vor dem Laserdiodenarray 8 angeordnet sind.
Bei allen vorstehend beschriebenen Methoden der Strahlnachführung und Varianten der Strahlbündelung wird die Lichtabsorption und damit die Schnittleistung verbessert, wenn die zu schneidende Geometrie mit einer lichtabsorbierenden Farbe vorgedruckt wird. Dies ist sehr einfach durchführbar, indem z. B. das Pixelmuster der Bearbeitungsgeometrie vom Druckmaschinenrechner außerdem als Pixelmuster eines Bildes mit der passenden Vordruckfarbe interpretiert wird. Eine Reihe von weiteren Vorteilen und Möglichkeiten, die der Vordruck der Bearbeitungsgeometrien bietet, ist weiter oben bereits angegeben worden.
Das beschriebene Verfahren erlaubt somit eine Online-Papierweiterverarbeitung auf mehrere Arten (z.B. Schneiden und Rillen) in einer Druckmaschine über die gesamte Druck- bzw. Papierbreite mit frei gestaltbaren und sofort veränderbaren Bearbeitungsgeometrien.

Claims

Verfahren zur formenden Bearbeitung von Papier (6) in einer Druckmaschine durch wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5), wobei digitale Daten, die gewünschte Bearbeitungsgeometrien darstellen, rechnerisch in Signale umgewandelt werden, die das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug (5) so steuern, dass die Bearbeitungsgeometrien erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Daten zur Darstellung der Bearbeitungsgeometrien getrennt von der Druckmaschine erzeugt und dann an einen Druckmaschinenrechner übertragen werden, der die Steuersignale für das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug (5) berechnet und dass die Erzeugung der digitalen Daten im Rahmen der Gestaltung des Druckproduktes in einer elektronischen Druckvorstufe erfolgt, wobei den digitalen Daten Farbinformationen hinzugefügt werden, derart, dass jeweils eine Farbe einer Bearbeitungsart zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Bearbeitungsarten Schneiden, Perforieren, Rillen und Heften durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Daten in der Druckvorstufe als Postscriptdaten erzeugt werden, welche daraufhin in Pixelmusterumgewandelt werden, die wenigstens ein Pixelmuster für eine zu druckende Farbe und wenigstens ein Pixelmuster umfassen, das eine einer Bearbeitungsart zugeordnete Farbe aufweist und aus dem im Druckmaschinenrechner die Steuersignale für das entsprechende Bearbeitungswerkzeug (5) berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass längs der Breite der Druckmaschine mehrere Zonen (Z) definiert werden, dass jeder Zone wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5) zugeordnet wird und dass die Bearbeitungswerkzeuge (5) im Betrieb der Maschine so positioniert und aktiviert bzw. deaktiviert werden, wie es die Bearbeitungsgeometrien in der entsprechenden Zone (Z) erfordern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung durch wenigstens einen Lichtstrahl erfolgt, der entweder den zu bearbeitenden Konturen nachgeführt wird oder die Papieroberfläche linienförmig abtastet, wobei er nur an den zu bearbeitenden Konturen eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bearbeitende Geometrie vor der Bearbeitung mit einer Farbe bedruckt wird, die das zur Bearbeitung verwendete Licht absorbiert.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Bearbeitung verwendete Licht durch Laser (7) erzeugt wird.