DE69716650T2

DE69716650T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geprägten bildern

Info

Publication number: DE69716650T2
Application number: DE69716650T
Authority: DE
Inventors: S. Langner
Original assignee: Oregon State Board of Higher Education; Oregon State
Current assignee: Oregon State Board of Higher Education; Oregon State
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: DE69716650D1; EP0960030A4; EP0960030A1; WO1997043124A1; US5823691A; EP0960030B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prägen von Papier, insbesondere zum Erzeugen von Bildern, die von Personen zu lesen sind, die sehbehindert sind.
Automatisierte Prägesysteme bestehen seit einer Anzahl von Jahren. Hauptsächlich dienen diese Vorrichtungen zum Prägen von Buchstaben oder Punkten in ein Blatt Papier oder Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel zum Prägen von Beschriftung in Kreditkartenrohlingen. Unter diesen Produkten befindet sich eine Anzahl von Blindenschriftdruckern, die Prägeköpfe verwenden, die Muster aus geprägten Vertiefungen oder Punkten erzeugen, die dem Blindenschriftalphabet entsprechen. Frühere Prägemaschinen sind in den US-Patenten Nr. 4,676,676; 5193,921; 5,204,802, 5,222,819 und 5,313,256 beschrieben.
Die DE-U-85 24 965 offenbart einen Typenraddrucker, der auch zum Prägen von traditionellen Blindenschriftzellen unter Verwendung des Punkts des Druckerrades verwendet werden kann. Für diesen Zweck ist eine austauschbare zylinderische Walze des Druckers mit Paaren von sich kreisumfänglich erstreckenden Nuten ausgebildet, wobei die Nuten jedes Paares in dem normalen Abstand zwischen Punkten in den zwei vertikalen Reihen einer Blindenschriftzelle beabstandet sind. Der Abstand zwischen jedem Paar Nuten und dem nächsten ist breiter und gleich dem normalen Abstand zwischen zwei Spalten von Blindenschriftzellen.
Derartige frühere Vorrichtungen sind jedoch nicht zur Erzeugung sowohl hochaufgelöster graphischer Bilder als auch Blindenschriftzellen, die von einer sehbehinderten Person gelesen werden können, geeignet gewesen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert eine Prägevorrichtung und ein Prägeverfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 10, die gestochene, genau definierte Bilder in einem geeigneten Blattmaterial, wie zum Beispiel steifem Papier, erzeugen können. Die Vorrichtung kann geprägte Bilder von graphischen Gegenständen, wie zum Beispiel Karten, Zeichnungen und dergleichen zusätzlich zur Herstellung von traditionellen Sechs- oder Acht-Punkt- Blindenschriftzellen und Dotsplus-Blindenschriftzellen herstellen.
Prägen wird unter Verwendung von Stanzen, Meißel und/oder Rollenstanzen bewerkstelligt, die kollektiv als Werkzeuge bezeichnet werden. Diese Werkzeuge weisen Prägeflächen auf, die gestaltet sind, um mit ausgenommenen Gebieten auf der Oberfläche einer Walze zusammenzupassen. Zum Prägen eines Mediums, wie zum Beispiel Papier, mit den Prägewerkzeugen muß eine gewisse minimale Kraft angewandt werden, um den Widerstand des Mediums zu überwinden. Diese Kraft wird am effizientesten von einer elektromechanischen Vorrichtung, wie zum Beispiel einer Spule, geliefert. Es könnten andere Aktuatoren, wie zum Beispiel Pneumatikzylinder, zum Antreiben der Werkzeuge verwendet werden, aber Spulen sind kostengünstiger, kleiner und zuverlässiger.
Eine typische Prägevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann Punkte und Liniensegmente mit einer Prägehöhe von ungefähr 0,5 Millimetern erzeugen, wobei Punkte vertikale und horizontale Abstände von ungefähr 1,2 Millimeter aufweisen.
Die Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung verständlich werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine schräge Ansicht einer Prägevorrichtung mit einem Stanz- und Unterstempelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 2 eine vergrößerte Vorderansicht eines in der Fig. 1 gezeigten Walzenunterstempels;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Walzenunterstempels von Fig. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht des Walzenunterstempels der Fig. 2;
Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 2;
Fig. 6 eine vergrößerte teilweise schräge Ansicht eines Walzenunterstempels und Druckkopfes von Fig. 1;
Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 7-7 von Fig. 1;
Fig. 8 eine vergrößerte schematische schräge Ansicht des Walzenunterstempels der Fig. 2 und zusammenpassender Stanzen;
Fig. 9 eine schematische schräge Ansicht einer weiteren Prägevorrichtung, die ein Stanz- und Unterstempelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält; und
Fig. 10 ein Prägemuster, das durch eine Prägevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann.

Ausführliche Beschreibung

Zur Herstellung eines hochaufgelösten Bildes, das aus erhabenen Gebieten in einem Blatt besteht, enthält eine Prägevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen einzigartigen Prägekopf- und Walzenmechanismus.
Eine bevorzugte Prägevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf viele Arten ähnlich wie ein traditioneller Punktmatrixdrucker arbeiten kann, kann unter Verwendung von Komponenten, wie zum Beispiel Antriebsmechanismen und elektrischen Steuerungen konstruiert werden, die üblicherweise in Punktmatrixdruckern auffindbar sind. Derartige allgemein bekannte Elemente sind in den Zeichnungen schematisch gezeigt, aber hierin nicht im Detail beschrieben, da sie für Fachleute auf dem Gebiet bekannt sind.
Anders als Punktmatrixdrucker weist die in den Fig. 1-8 der Zeichnungen gezeigte Prägevorrichtung 20 keine Gummischreibwalze auf, die zu bedruckendes Papier hält. Anstelle einer Gummiwalze weist die Prägevorrichtung einen Metallwalzenunterstempel 22 auf, der hierin manchmal als Schreibwalze bezeichnet wird. Anders als die Druckköpfe herkömmlicher Drucker weist die Prägevorrichtung 20 ferner einen Prägekopf 23 auf, der gestaltet ist, um mehrere Typen von Prägewerkzeugen, von denen einige in der Gestaltung einzigartig sind, zu halten.
Die Prägevorrichtung 20 kann zum Prägen von erhabenen Gebieten, wie zum Beispiel gestochener, scharfer Punkte und vertikaler und horizontaler Liniensegmente verwendet werden. Diese erhabenen Gebiete können auf Blindenschriftpapier, kostengünstigen Kunststoffbögen oder irgendeinem anderen Medium geprägt werden, das durch Stanzen verformt werden kann und das danach seine Gestalt beibehält. In der folgenden Diskussion ist ein Blatt Papier das beschriebene Werkstück, aber es versteht sich, daß andere prägbare Materialien anstelle von Papier verwendet werden könnten.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen Rahmen mit einer Basis 24, einer linken Seitenwand 26 und einer rechten Seitenwand 28. Mechanische und elektrische Elemente, wie zum Beispiel Leiterplatten 30, Motoren 34, 36 und zahlreiche Führungsstangen sind an dem Rahmen gesichert. Diese enthalten Führungsstangen 38, die sich durch Öffnungen 39 in der Basis des Prägekopfes 23 zum Halten des Prägekopfes gleitfähig erstrecken. Kabelanschlüsse sind zum elektrischen Verbinden von Motor- und Spulensteuerschaltkreisen auf den Leiterplatten 30 mit einem Anschluß eines digitalen Computers (nicht gezeigt) vorgesehen.
Die Walze 22 erstreckt sich zwischen den Seitenwänden 26, 28 und ist daran drehbar montiert. Die Walze weist eine Oberfläche 40 mit erhöhten und vertieften Gebieten auf. Die vertieften Gebiete sind derart gestaltet, daß sie mit den Flächen von zahlreichen Stanzentypen zusammenpassen. Zum Beispiel weist die dargestellte Schreibwalze 22, die ein Hartmetallzylinder ist, eine Oberfläche 40 mit vertieften Gebieten auf, die hierin als Täler oder Kanäle 42, 44 bezeichnet werden. Die Wände dieser Kanäle sind derart gestaltet, daß sie mit Flächen von Stanzen zusammenpassen, die zum Erzeugen jeweils von erhabenen runden Punkten und erhabenen Liniensegmenten gestaltet sind. Insbesondere sind die Kanäle v- förmige Nuten mit Mittellinien, die in gleichförmigen 1,275 mm-Intervallen beabstandet sind.
Besagte Nuten sind in der Schreibwalze 22 in einer Anordnung mit zwei Gruppen von parallelen Nuten ausgebildet. Die erste Gruppe besteht aus mehreren parallelen Nuten 42, die sich parallel zur Achse A&sub1; der Schreibwalzendrehung erstrecken. Die zweite Gruppe besteht aus mehreren parallelen Nuten 44, die sich um den Kreisumfang der Walze 22 erstrecken und die Nuten 42 der ersten Gruppe unter rechten Winkeln schneiden. Die Oberfläche 40 des Unterstempels ist somit ein Gitter aus axialen Nuten 42 und kreisumfänglichen Nuten 44, wobei die Nuten jeder Gruppe gleichmäßig beabstandet sind. Wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, erscheint die Oberfläche 40 als eine dichtgepackte Anordnung von vierseitigen Pyramiden 46, die in geraden axialen und kreisumfänglichen Reihen angeordnet sind. Die Spitzen der Pyramiden sind die erhöhten Gebiete der Walzenoberfläche 40. Es sind andere Oberflächenanrdonungen möglich, aber es wird davon ausgegangen, daß die dargestellte Anordnung die nützlichste und relativ leicht herzustellen ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2-5 lauten die Abmessungen einer geeigneten Schreibwalze wie folgt:
Länge 1: Die Länge der Schreibwalze kann wie erforderlich gewählt werden; da die Standardblindenschriftpapiergröße (Breite · Länge) 11,5 · 11 Zoll (292,1 · 279,4 mm) ist, beträgt die Länge einer geeigneten Schreibwalze ungefähr 300 mm (1 = 300 mm).
Durchmesser d: Der Durchmesser d der Schreibwalze hängt von der Anzahl von horizontalen Nuten (= zur axialen Richtung parallele Nuten) ab; in einem Prototypmodell ist d = 40,584 mm.
Winkel α1, α2: Der offene Winkel der Nuten könnte variiert werden, um in das verwendete Medium geprägte scharfe Strukturen zu erhalten; beide Winkel sollten gleich sein (α1 = α2); in dem Prototypmodell ist: α 1 = α2 = 90º.
Tiefen z1, z2: Die Tiefen der horizontalen und vertikalen Nuten bestimmen die Höhe der in das Medium geprägten Struktur und sollten gleich sein: z1 = z2; für Standardblindenschrift sollte z ungefähr 0,5 mm betragen; in dem Prototypmodell ist: z1 = z2 = 0,6375 mm.
Winkel β: Der Winkel β wird zum Spezifizieren der radialen Entfernungen der horizontalen Nuten verwendet; gemeinsam mit der Anzahl von horizontalen Nuten um den Kreisumfang und dem Durchmesser der Schreibwalze wird die maximale Auflösung in der vertikalen Richtung auf dem Medium (z. B. Papier) spezifiziert; in dem Prototypmodell ist β = 3,6º; gemeinsam mit der Anzahl von horizontalen Nuten N = 100 und dem Durchmesser der Schreibwalze beträgt die Entfernung zwischen zwei horizontalen Nuten 1,275 mm.
Entfernung x: Die Entfernung x zwischen den vertikalen Nuten bestimmt die maximale Auflösung in der horizontalen Richtung auf dem Medium (z. B. Papier); in dem Prototypmodell ist x = 1,275 mm.
Der dargestellte Prägekopf 23 ist gestaltet, um in Verbindung mit der Walze 22 zu agieren. Der Druckkopf 23 weist Befestigungsöffnungen 47 zur Aufnahme von sechs Stanzmechanismen 48 auf. Die Öffnungen sind gleichförmig voneinander entlang einer vertikalen Achse A beabstandet und in einer gestuften Anordnung angeordnet, wobei eine Hälfte der Öffnungen auf jeder Seite der Achse A&sub2; zentriert ist.
In jeder Öffnung ist ein Stanzmechanismus 48 mit einer Spule 49, einem Einspannfütter 50 und einem in dem Einspannfütter montierten Werkzeug installiert. Vier benachbarte Stanzmechanismen weisen Punktstanzen auf; die anderen zwei weisen jeweils horizontale und vertikale Linienstanzen auf. Mit dieser Anordnung können vier horizontale Linien von Blindenschriftpunkten während eines einzigen Durchgangs des Prägekopfes gemeinsam mit Einzellinien von horizontalen und vertikalen Liniensegmenten geprägt werden. Man wird anerkennen, daß mehr, weniger und/oder unterschiedliche Stanzen an einem einzigen Prägekopf montiert werden könnten oder daß mehrere Prägeköpfe verwendet werden könnten.
Gestochene Linien mit scharfen Oberseiten sind im allgemeinen leichter schnell von Blindenschriftpunkten als Linien mit gerundeten Oberseiten zu unterscheiden. Somit ist eine Prägevorrichtung, die scharfe durchgehende Linien und genau definierte Blindenschriftpunkte drucken kann, erforderlich, um Tastenmaterialien mit Blindenschriftwörtern und kleinen Graphiken lesbar zu machen.
Die dargestellte Prägevorrichtung 20 kann graphische Bilder erzeugen, die besonders leicht von Blindenschriftpunkten zu unterscheiden sind. Dies wird durch Verwendung wenigstens zweier Stanzmechanismen erzielt, die unterschiedliche Werkzeuge mit unterschiedlichen Flächen zum Prägen von erhabenen Gebieten aufweisen, die sich in der Gestalt oder Textur unterscheiden. Insbesondere wird ein Stanzentyp zum Erzeugen eines Punktes verwendet und ein weiterer Stanzentyp mit einer länglichen Kante wird zum Erzeugen von vertikalen und horizontalen Liniensegmenten verwendet. Die zahlreichen Aktuatoren werden an unterschiedlichen Orten entlang des Blattes betrieben, um mehrere erhabene Gebiete zu prägen, die gemeinsam das Bild bilden.
Dies wird am leichtesten mit einer Konfiguration bewerkstelligt, wie sie in der Fig. 8 gezeigt ist, wo die Prägevorrichtung wenigstens eine horizontale meißeiförmige Stanze 51, eine vertikale meißeiförmige Stanze 52 und eine zur Erzeugung von Punkten geeignete Stanze 54 aufweist, m der dargestellten Ausführungsform weist die Stanze 51 einen Kopfbereich mit einer Prägefläche 56, 57 auf, die sich zum Definieren einer länglichen Kante 66 verjüngt. In ähnlicher Weise weist die Stanze 52 einen Kopfbereich mit einer Prägefläche 58, 59 auf, die sich zum Definieren einer länglichen Kante 68 verjüngt. Die Kanten sind 1,275 mm lang, um Liniensegmente zu erzeugen, die eine Länge von 1,275 mm aufweisen. Die Kante 66 erstreckt sich parallel zu den axialen Nuten 42, während die Kante 68 sich parallel zu Ebenen erstreckt, die die kreisumfänglichen Nuten 44 enthalten. Die Stanze 54 weist einen Kopf mit einer Prägefläche 60 auf, die konisch ist und sich zu einer etwas abgerundeten Spitze 70 verjüngt. Die Werkzeuge weisen Schafte 74, 76, 78 auf, die sich von einem Stanzenkopf in einer Richtung entgegengesetzt zur Prägekante beziehungsweise -spitze der Stanze erstrecken.
Durch Verwendung der meißeiförmigen Stanzen 51, 52 kann die Prägevorrichtung sowohl vertikale als auch horizontale Linien erzeugen, die im wesentlichen vollkommen glatt sind. Liniensegmente, die nicht horizontal oder vertikal verlaufen, können als eine Zickzackreihe von vertikalen und horizontalen Punkten und/oder Liniensegmenten gedruckt werden. Diese sind nicht glatt, sondern weisen gute Tastauflösung auf. Von einer Prototypprägevorrichtung erzeugte Zickzackdiagonalliniensegmente weisen eine Tastschärfe auf, die der besten gegenwärtig von anderen Vorrichtungen verfügbaren gleicht oder besser ist.
Die Gestalt der geprägten Punkte und Liniensegmente wird von der Gestalt der Stanzen bestimmt. Eine Stanze, die ein scharfer Kegel ist, erzeugt Punkte mit durchbrochenen Spitzen, die den durch die meisten vorhandenen Blindenschriftprägevorrichtungen erzeugten Punkten ähneln. Meißelförmige Stanzen können auch das Papier an der Spitze durchbrechen, wenn die Stanzen Prägeflächen aufweisen, die sich zu scharfen Kanten verjüngen. Stanzen mit einer runderen Spitze beziehungsweise Kante werden Punkte oder Liniensegmente erzeugen, die etwas breiter sind, aber die ein Papierblatt nicht durchbrechen.
Stanzen für spezielle Zwecke (nicht gezeigt) könnten für gewisse Projekte verwendet werden. Wenn zum Beispiel eine graphische Darstellung erzeugt werden soll, könnten Stanzen für spezielle Zwecke verwendet werden, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von gestrichelten Liniensegmenten und/oder waffelähnlichen texturierten Gebieten zu erzeugen. Zur Herstellung einer gestrichelten Linie kann man eine meißeiförmige Stanze mit einer Fläche mit zwei kurzen, kollinearen Kanten anstelle einer langen Kante 66 verwenden. Gebiete mit entgegengesetzter Textur können zum Unterscheiden der Art von unterschiedlichen Gebieten einer geprägten Graphik in der Weise verwendet werden, daß Farbe zum Unterscheiden von unterschiedlichen politischen Rechtsprechungen auf einer gewöhnlichen Karte verwendet wird. Die Texturen werden so gewählt, daß ein Leser durch Berühren den Unterschied zwischen den erhabenen Gebieten wahrnehmen kann.
Ein alternative Art von Liniensegmentstanze ist in der Fig. 9 gezeigt. Diese Radstanze 110 verwendet ein Prägerad, das Prägeflächen 116, 118 aufweist, die sich zu einer Umfangskante 112 verjüngen, so daß das Rad im Querschnitt in der Nähe der Kante v-förmig ist. Das Rad ist in einer Gabel 114 zum Drehen um eine Radachse A&sub3; montiert. Die Fig. 9 zeigt eine derartige Radstanze 110, die mit einer ebenen Platte verwendet wird, die unten erörtert wird. Eine derartige Stanze kann auch mit der in den Fig. 1-8 gezeigten Prägevorrichtung verwendet werden. Die Prägeflächen 116, 118 sind zur Aufnahme in einem der kreisumfänglichen Kanäle 44 oder axialen Kanäle 42 der Schreibwalze 22 gestaltet.
Eine Radstanze ist wünschenswert, da sie eine längliche Kante 112 aufweist, die durch Bewegen im Verhältnis zur Platte, während Druck ausgeübt wird, ein langes, gerades Liniensegment erzeugen kann. Zum Liefern einer vertikalen Linie auf einem Blatt Papier mit der Prägevorrichtung der Fig. 1-8 ist das Rad so orientiert, daß es in einem der kreisumfänglichen Kanäle 44 rollen kann, und wird der Druckkopf horizontal (axial im Verhältnis zur Walze 22) zu einer Position bewegt, die zum Ausrichten des Rades mit einem gewünschten Kanal ausgewählt ist. Die zugehörige Spule wird zum Schieben der Stanze aktiviert, so daß das Rad in den Kanal mit einem Blatt Papier dazwischen bewegt wird. Als nächstes werden der Schreibwalzen 22- und Papierzuführmechanismus gemeinsam betrieben, so daß das Rad sich entlang des Kanals bewegt und ein Liniensegment in das voranschreitende bzw. zurückziehende Blatt drückt. Wenn eine horizontale Linie gewünscht ist, wird in ähnlicher Weise eine Radstanze zur Aufnahme in einem axialen Kanal 42 der Schreibwalze 22 ausgerichtet, die zugehörige Spule aktiviert, so daß die Radstanze ein Blatt Papier in den Kanal 42 drückt, und wird der Druckkopf danach horizontal (axial im Verhältnis zur Walze 22) über eine gewünschte Entfernung bewegt, so daß das Rad entlang des Kanals 42 rollt und eine horizontales Linienmuster geeigneter Länge in das Blatt drückt.
Zur mechanischen Vereinfachung können zwei meißeiförmige Stanzen oder zwei Radstanzen zum Erzeugen jeweiliger vertikaler und horizontaler Linien verwendet werden. Als eine Alternative kann eine einzige meißeiförmige Stanze oder eine einzige Radstanze zum Erzeugen beider Linientypen verwendet werden. Eine derartige Stanze für zweierlei Zwecke würde an einem drehbaren Einspannfütter (nicht gezeigt) montiert, so daß eine Drehung des Einspannfütters die Stanze sich um die Längsachse ihres Schafts drehen lassen würde. Das Drehmuster würde derart eingestellt, daß die Radstanze zwischen zwei Positionen gedreht werden könnte. In einer ersten Position würde sich die Achse A&sub3; parallel zur Achse A&sub1; erstrecken und würde sich die Stanzkante 112 vertikal in der Vorrichtung der Fig. 1-8 erstrecken. In der zweiten Position würde sich die Achse A&sub3; parallel zur einer Tangente zur Oberfläche der Schreibwalze 22 erstrecken und würde sich die Stanzkante 112 horizontal in der Vorrichtung der Fig. 1-8 erstrecken.
Die dargestellten Stanzen sind Einsätze. Der Schaft jeder Stanze wird in der Fassung eines Einspannfütters 50 aufgenommen, das ein Teil eines der Stanzmechanismen 48 ist. Dieser Stanzentyp kann leicht ausgetauscht werden, so daß ein Benutzer eine Stanzfläche auswählen kann, die entsprechend seiner/ihrer persönlichen Vorliebe gestaltet ist, und/oder einen unterschiedlichen Satz von Stanzen, wie für Kunststoff, Papier und andere spezielle Medien erforderlich, verwenden kann. Dies läßt auch einen leichteren Austausch von abgenutzten Stanzen zu. Es ist am besten, wenn die Walze 22 aus einem Material hergestellt ist, das härter als das zur Herstellung der Stanzen verwendete Material ist, so daß die Walze für Abnutzung weniger anfällig ist.
Es ist auch vorteilhaft für Prägevorrichtungen der vorliegenden Erfindung, einen Standardpunktmatrix- oder Tintenstrahldruckkopf (nicht gezeigt) aufzunehmen, so daß sichtbare Äquivalente der Blindenschriftsymbole daneben gedruckt werden können. Auf diese Weise können die resultierenden Seiten sowohl von sehbehinderten als auch voll sehfähigen Personen gelesen werden.
Die dargestellte Ausführungsform enthält eine Positioniereinrichtung, die eine Einrichtung zum Bewegen des Papiers und des Druckkopfes enthält, so daß die Prägeflächen zum Prägen des Papiers an gewünschten Orten positioniert werden können. Die Positioniereinrichtung ist so konstruiert, daß der Druckkopf 23 zuverlässig relativ zur Walze 22 an Orten positioniert werden kann, wo die Fläche eines gewünschten Werkzeugs gegenüber einem vertieften Gebiet der Walze angeordnet ist. Das Werkzeug wird somit zum Drücken des Blattes in das vertiefte Gebiet positioniert. Das Blatt wird relativ zum Druckkopf und zur Walze positioniert, so daß ein Prägen an einem gewünschten Ort auf dem Blatt erfolgt.
Wie bei Punktmatrixdruckern kann zu prägendes Papier durch Bewegung eines Stiftzuführmechanismus 82 oder Andruckrollen (nicht gezeigt) positioniert werden. Der Papierzuführmechanismus, der einen Schrittmotor 34 enthält, ist zum Bewegen des Papiers in 1,275 mm-Schritten entsprechend der Nutbeabstandung auf dem Unterstempel gestaltet. Der Rollenunterstempel 22 ist durch einen Riemen 86 oder eine andere Verbindung mit dem Stiftzuführmechanismus kombiniert, so daß die Oberfläche 40 des Rollenunterstempels mit derselben Geschwindigkeit wie das Papier, wenn das Papier bewegt wird, den Prägekopf 23 passiert. Die Prägevorrichtung 20 kann Papierantriebs- und Sensormechanismen vom Typ enthalten, wie er bei Punktmatrixdruckern angetroffen wird.
Ein Schrittmotor 36 oder ein äquivalenter Antriebsmechanismus wird in gleicher Weise zum Bewegen des Prägekopfes horizontal in 1,275 mm-Schritten verwendet. Ein Zahnriemen 87 erstreckt sich in einer Schlaufe um ein von dem Motor angetriebenes Zahnrad (nicht gezeigt) und um eine Spannrolle 88 an der gegenüberliegenden Seitenwand 26 des Prägevorrichtungschassis. Eine Seite des in einer Schlaufe angeordneten Riemens 87 ist an dem Prägekopf 23 angebracht, so daß ein Betrieb des Motors 36 den Riemen den Prägekopf horizontal entlang der Stangen 38 bewegen und ziehen läßt. Falls notwendig, kann sowohl die horizontale als auch die vertikale Bewegung in kleineren Schritten zum Kompensieren von Stanzenabständen an den Prägeköpfen stattfinden.
In der dargestellten Prägevorrichtung wird das Papier voranbewegt und bewegt sich der Prägekopf 23 horizontal über das Papier unter der Kontrolle eines Computers, so daß die Stanzen an irgendeiner gewünschten Position auf der Fläche des Papiers aktiviert werden können. Die Auflösung der Prägevorrichtung 20 gleicht dem Nutenabstand der Walze 22.
Die Höhe von geprägten Bildern wird in Abhängigkeit von der von den Spulen 49 angewandten Stanzkraftmenge und in gewissem Maße von der Dicke des zu prägenden Blattes variieren. Die Stanzkraftmenge wird von dem Betrag des an die Spulen angelegten elektrischen Stroms und der Dauer der Stromversorgung bestimmt. Somit wird eine größere Erhebung erzielt, wenn eine größere Menge von elektrischem Strom angelegt wird. Die maximale Prägehöhe wird von der Tiefe der Täler in der Walze bestimmt.
Ein Aktuatorsteuermechanismus, wie zum Beispiel ein Schaltkreis zum Einstellen des Anlegens von elektrischen Strom, oder eine mechanische Einrichtung zum Positionieren des Prägekopfes näher an dem Blatt oder davon weiter weg kann zum Einstellen der Prägehöhe vorgesehen sein. Ein Mechanismus zum Einstellen des elektrischen Stroms unter der Kontrolle des Computers ist am vielseitigsten. Ein derartiger Mechanismus kann die Kraftmenge schnell einstellen, mit der eine Prägefläche in ein Blatt drückt, was die Höhe eines geprägten erhabenen Gebietes bestimmt. Somit ist es durch Variieren der von einem Aktuator als Reaktion auf Anweisungen von dem Computer angewandten Kraftmenge möglich, zusätzliche Informationen, die durch die Höhe der Prägung vermittelt werden, in geprägten Strukturen zu verschlüsseln. Minimal sollte die Prägevorrichtung ausreichend einstellbar sein, daß Punktstanzungen vorgenommen werden können, um Blindenschriftzellen mit Punkten bei der zulässigen Höhe von 0,5 mm und einem zulässigen Abstand von 2,5 mm zu erzeugen.
Nützliche Reliefmuster können durch Betreiben der Aktuatoren an mehreren Positionen entlang des Blattes zum Erzeugen eines geprägten Bildes erhalten werden, das aus mehreren erhabenen Gebieten mit unterschiedlichen Höhen besteht. Die von dem Aktuator angewandte Kraftmenge wird von Ort zu Ort derart eingestellt, daß wenigstens einige der erhabenen Gebiete eine Höhe aufweisen, die sich von der Höhe der von dem selben Stanzmechanismus erzeugten erhabenen Gebiete unterscheidet.
Prägevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können mit Digitalcomputern (nicht gezeigt) in der Weise von bereits vorhandenen Computerprägevorrichtungen verwendet werden. Das Steuerprogramm wird sehr ähnlich denjenigen Programmen sein, die zum Steuern von Punktmatrixdruckern verwendet werden. Somit werden die Prägevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit der vorhandenen Windows- und Macintosh- Anwendungssoftware durch Laden eines geeigneten Druckertreibers in den Computerspeicher arbeiten. Druckertreiberprogramme sind allgemein bekannt und können leicht für irgendeine Druckvorrichtung einschließlich einer Prägevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erstellt werden. Standardtextverarbeitungs- und graphikprogramme können auf der Prägevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung drucken. Die Prägevorrichtung wird ihre Aufgabe wie ein Punktmatrixdrucker verrichten, außer daß, wenn ein vertikales Liniensegment gewünscht ist, eine Einzelstanze anstelle einer vertikalen Reihe von Druckkopfstiften aktiviert wird, und wenn eine horizontale Linie erwünscht ist, eine Einzelstanze anstelle einer horizontalen Linie von Druckkopfstiften aktiviert wird. Software zum Betreiben der Prägevorrichtung sollte eine Unterstützung für das LaTeX-System enthalten, wenn die Prägevorrichtung zum Drucken von Informationen im Bereich der Wissenschaften, Technik und Mathematik zu verwenden ist, da LaTeX gegenwärtig die praktischste Art für eine sehbehinderte Person zum Schreiben der benötigten Figuren ist.
Prägevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können sowohl Blindenschriftzellen als auch klare graphische Bilder in einem einzigen Dokument prägen. Standardgraphiksoftware kann zur Erzeugung der Graphiken verwendet werden. Die Buchstaben von Wörtern, die von derartiger Software auf dem Anzeigebildschirm des Benutzers geschrieben werden, können automatisch als Blindenschriftzellen geprägt werden. Dies wird durch die Verwendung von Blindenschriftnachschlagetabellen vollzogen, die in der Firmware der Prägevorrichtung in einer ähnlichen Weise, wie Tabellen in früheren Blindenschriftdruckvorrichtungen vorgesehen worden sind, vorgesehen sein können.
Nachdem die Prinzipien meiner Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt worden ist, sollte es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung in der Anordnung und im Detail modifiziert werden kann, ohne von den Prinzipien abzuweichen. Zum Beispiel könnte das Stanz- und Rollenunterstempelsystem in den Körper einer Schreibmaschine anstelle eines Computerdruckers eingebaut werden. Die Schreibmaschinenausführungsform würde programmiert werden, um eine sofortige Reaktion auf Tastenhübe zu liefern, so daß, wenn eine Taste niedergedrückt würde, eine entsprechende Stanze beziehungsweise Stanzen zum Prägen eines Buchstabens oder Punkts oder Liniensegments aktiviert würde(n). Eine derartige Schreibmaschine könnte auch die allgemein in elektrischen Schreibmaschinen aufzufindenen Merkmale, wie zum Beispiel einen Dokumentenspeicher, Rechtschreibüberprüfung und dergleichen, enthalten.
Als weitere Alternative in entweder einer Drucker- oder Schreibmaschinenausführungsform könnte der Druckkopf eine Typenradkonfiguration (nicht gezeigt) aufweisen, wo eine einzige Spule zum Anschlagen eines ausgewählten Pedals eines Typenrads verwendet wird. Jedes Pedal könnte einen besonderen Prägeflächentyp tragen, so daß zahlreiche Prägeeffekte unter Verwendung eines einzigen Rades umgesetzt werden könnten.
In einer weiteren Alternative könnte eine Reihe von vielen Stanzen entlang eines Druckkopfes beabstandet werden, der eine feststehende Stange ist, die sich entlang der Länge der Prägerolle erstreckt, so daß der Druckkopf sich nicht im Verhältnis zum Prägevorrichtungschassis bewegen würde. Die Stanzen könnten in einer gestuften Anordnung angeordnet sein, so daß der horizontale Abstand der Stanzen sehr dicht oder sogar überlappend sein würde. In dieser Ausführungsform würde ein Design auf ein ebenes Blatt durch Voranbewegen des Blattes zu einer gewünschten Position im Verhältnis zur Stange und danach Betätigen der zum Erzeugen des Designs erforderlichen Stanzen aufgebracht. Das Blatt würde danach um ein Inkrement nach oben bewegt und der nächste geeignete Satz von Stanzen würde aktiviert.
Man wird auch anerkennen, daß für gewisse Zwecke eine Prägevorrichtung in Form eines Plotters konfiguriert werden könnte. Dieser in der Fig. 9 dargestellte Prägevorrichtungstyp würde eine ebene Platte 122 aufweisen, wobei eine obere Oberfläche 140 ein Gitter aus zumindest zwei Gruppen von parallelen Kanälen 142, 144 ist. Ein Prägekopf (nicht gezeigt), der eine oder mehrere Stanzen 110, 151, 152, 154 trägt, würde in der Art eines Druckkopfes eines x-y-Plotters über die Oberfläche 140 bewegt. Der Druckertreiber des Computers würde programmiert, um den Prägekopf so zu positionieren, das Stanzen an gewünschten Orten über zusammenpassenden Kanälen 142, 144 positioniert werden. Ein Blatt Papier (nicht gezeigt) würde zwischen der Walze 122 und den Stanzen 110, 151, 152, 154 positioniert. Der Druckkopf würde sich zu einer Position bewegen, wo eine Stanze in einer gewünschten Position zum Prägen einer Markierung wäre, und danach würde die Spule der Stanze zum Drücken der Stanze in das Papier an der Position aktiviert. Im Falle einer Radstanze 110 würde der Prägekopf danach in eine zur Radachse A&sub3; normale Richtung und parallel zu einem die Radstanze aufnehmenden Kanal bewegt, um ein verlängertes Liniensegment zu prägen.
Prägevorrichtungen für spezielle Zwecke können gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Zum Beispiel könnte kleindimensionierte Prägevorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung in Etikettprägevorrichtungen und Geldausgabegeräten verwendet werden. Höhenkarten können unter Verwendung von Prägevorrichtungen hergestellt werden, die Aktuatoren mit ausreichend langen Bewegungsbereichen und einem Steuermechanismus zum Einstellen der Prägehöhe aufweisen.
Demzufolge beanspruche ich als meine Erfindung alle Modifikationen, die in dem Schutzumfang der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Prägevorrichtung zur Bildung von erhabenen Gebieten in einem ebenen Blatt, wobei die Prägevorrichtung umfaßt:

eine Prägewalze (22) mit einer Oberfläche (40), die eine Anordnung von parallele Kanäle (42, 44) definierenden erhöhten und vertieften Gebieten enthält;

einen Prägekopf (23), der wenigstens einen Stanzmechanismus (48) trägt, der ein Prägewerkzeug (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154) mit einer Prägefläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) und einen Aktuator zum Bewegen des Werkzeugs (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154) in Richtung der Walze (22), während die Fläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) des Werkzeugs (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154) gegenüber einem vertieften Gebiet der Walze (22) angeordnet ist und ein zu prägendes Blatt zwischen der Walze (22) und dem Kopf (23) angeordnet ist, umfaßt; und

eine Positioniereinrichtung, die einen Motor (34, 36) zum Bewegen des Prägekopfes (23) oder des Blattes zu einem derartigen Ort enthält, daß die Prägefläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) zum Prägen des Blattes an einem gewünschten Ort positioniert ist; dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kanäle eine Gruppe von mehreren gleichmäßig beabstandeten Kanälen (42 bzw. 44) umfassen.

2. Prägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung zum Bewegen sowohl des Prägekopfes (23) als auch des Blattes gestaltet ist.

3. Prägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von erhöhten und vertieften Gebieten eine weitere Gruppe von mehreren gleichmäßig beabstandeten parallelen Kanälen (44 bzw. 42) definiert.

4. Prägevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kanäle (42, 44) der einen Gruppe die parallelen Kanäle (44 bzw. 42) der anderen Gruppe unter rechten Winkeln schneiden.

5. Prägevorrichtung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, mit Werkzeugen (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154), die Punkte (54, 154), vertikale Liniensegmente (52, 110, 152) und horizontale Liniensegmente (51, 151) bilden.

6. Prägevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Werkzeug (51, 52, 110, 151, 152) mit einer Prägefläche (56, 57, 58, 59, 116, 118), die ein erhabenes Liniensegment erzeugt, wenn das Werkzeug (51, 52, 110, 151, 152) in das Blatt getrieben wird.

7. Prägevorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Werkzeug (110), das eine Radstanze umfaßt, die montiert ist, um sich um eine Achse zu drehen, während der Prägekopf (23) im Verhältnis zur Walze (22) bewegt wird und das Werkzeug (110) mit dem Blatt in Kontakt steht.

8. Prägevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (22) zylindrisch ist.

9. Prägevorrichtung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch mit einem Aktuatorsteuermechanismus zum Einstellen der Kraftmenge, mit der die Fläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) in das Blatt drückt, so daß die Höhe eines geprägten erhabenen Gebietes durch Einstellen der von dem Aktuator an dem Gebiet ausgeübten Kraftmenge geändert werden kann.

10. Verfahren zum Prägen von erhabenen Gebieten in ein Materialblatt, wobei das Verfahren umfaßt:

Bereitstellen einer Prägevorrichtung mit (a) einer Prägewalze (22) mit einer Oberfläche (40), die eine Anordnung von parallele Kanäle (42, 44) definierenden erhöhten und vertieften Gebieten umfaßt, (b) einem Prägekopf (23), der wenigstens einen Stanzmechanismus (48) trägt, der ein Prägewerkzeug (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154) mit einer Prägefläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) und einen Aktuator zum Bewegen des Werkzeugs (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154) in Richtung zur Walze (22) umfaßt, und (c) einem Positioniermechanismus, um die Position des Prägekopfes (23) oder eines zu prägenden Materialblattes einzustellen;

Positionieren eines zu prägenden Materialblattes zwischen der Walze (22) und dem Prägekopf (23);

Positionieren des Prägekopfes (23), der Walze (22) und des Blattes relativ zueinander, so daß die Fläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) an einer Position angeordnet ist, die sich gegenüber einem vertieften Gebiet der Walze (22) und dort befindet, wo ein Prägen des Blattes erwünscht ist; und

Betreiben des Aktuators zum Liefern einer ausreichenden Kraft zum Drücken der Fläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) in das Blatt und Drücken eines Bereiches des Blattes in das vertiefte Gebiet, das sich gegenüber der Fläche (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) befindet;

gekennzeichnet durch Bereitstellen einer Prägewalze (22) mit einer Oberfläche (40), die erhöhte und vertiefte Gebiete umfaßt, die eine Gruppe von mehreren gleichmäßig beabstandeten parallelen Kanälen (42, 44) definieren.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend:

Bereitstellen von mehreren Stanzmechanismen (48) an dem Prägekopf (23), wobei jeder von wenigstens zweien der Stanzmechanismen (48) unterschiedliche Werkzeuge (51, 52, 54, 110, 151, 152, 154) mit unterschiedlichen Flächen (56, 57, 58, 59, 60, 116, 118) umfaßt, die erhabene Gebiete prägen, die sich in der Gestalt bzw. Textur unterscheiden; und

Betätigen der Aktuatoren an unterschiedlichen Orten entlang des Blattes, um ein geprägtes grafisches Bild herzustellen, das aus mehreren erhabenen Gebieten besteht, wobei zumindest einige der erhabenen Gebiete sich in der Gestalt oder Textur von anderen erhabenen Gebieten unterscheiden, so daß eine Person durch Berühren einen Unterschied zwischen den erhabenen Gebieten feststellen kann.

12. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Betätigen des Aktuators an mehreren derartigen Positionen entlang des Blattes, um ein geprägtes Bild herzustellen, das aus mehreren erhabenen Gebieten besteht, wobei die von dem Aktuator angewandte Kraftmenge von Ort zu Ort derart eingestellt wird, daß wenigstens einige erhabene Gebiete eine Höhe aufweisen, die sich von der Höhe anderer von demselben Stanzmechanismus (48) erzeugter erhabener Gebiete unterscheidet.