EP2039529B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Mehrnutzen-Stichtiefdruckplatten - Google Patents
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- EP2039529B1 EP2039529B1 EP08015939.5A EP08015939A EP2039529B1 EP 2039529 B1 EP2039529 B1 EP 2039529B1 EP 08015939 A EP08015939 A EP 08015939A EP 2039529 B1 EP2039529 B1 EP 2039529B1
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- cylindrical body
- machining
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B44—DECORATIVE ARTS
- B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
- B44B3/00—Artist's machines or apparatus equipped with tools or work holders moving or able to be controlled substantially two- dimensionally for carving, engraving, or guilloching shallow ornamenting or markings
- B44B3/04—Artist's machines or apparatus equipped with tools or work holders moving or able to be controlled substantially two- dimensionally for carving, engraving, or guilloching shallow ornamenting or markings wherein non-plane surfaces are worked
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41C—PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OR REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES
- B41C1/00—Forme preparation
- B41C1/02—Engraving; Heads therefor
- B41C1/04—Engraving; Heads therefor using heads controlled by an electric information signal
- B41C1/045—Mechanical engraving heads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41C—PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OR REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES
- B41C1/00—Forme preparation
- B41C1/02—Engraving; Heads therefor
- B41C1/04—Engraving; Heads therefor using heads controlled by an electric information signal
- B41C1/05—Heat-generating engraving heads, e.g. laser beam, electron beam
Definitions
- the invention relates to an apparatus and a method for the production of workpieces for the production of intaglio printing plates or for the production of a gravure printing plate.
- the invention further relates to a device for producing multi-use intaglio printing plates.
- the intaglio printing method is characterized in that in a gravure printing plate line or punctiform depressions are introduced, which are partially or completely filled with color.
- a substrate such as paper
- a substrate is pressed at high pressure into the wells of the intaglio printing plate, so that the ink is transferred to the substrate and the substrate is deformed.
- intaglio printing plates As are commonly used in the printing of high-quality printed products, such as securities, banknotes or the like, were originally in a first step, original plates in the form of single originals, so-called single-use, in a complex process, the so-called Hand stitch, made by an artist.
- original plates can be produced by machine. That's how it is EP 1 578 604 A2 a milling or engraving machine for the production of original plates in the form of single-use known.
- a device with at least three free axes is used for processing the original plate, which operate independently and preferably each driven by linear motors and moved on hydrostatic bearings.
- Several components of the device are thermally stabilized.
- a plurality of correction values can be determined and taken into account in the control of the immersion depth of the milling or engraving tool.
- the final multi-use intaglio printing plate is produced by several impression and recombination steps. Finally, the flat intaglio printing plate is bent in such a way that it can be clamped in a cylinder-shaped printing cylinder.
- a particular advantage of this sequence of multiple impressions is that a virtually unlimited number of intaglio printing plates can be molded from a single original plate, since the original plate is only very slightly worn or worn due to the majority of non-contact impression taking. For example, more than four intaglio printing plates can be molded from a single original plate.
- a laser engraving machine for engraving cylindrical Intaglio horrification is known in which a cylindrical pressure body is rotated by means of a rotating device. On a cross slide, which moves on a parallel to the orbit of the pressure hull extending slide, a laser engraving head is arranged, which removes material from the surface of the cylindrical pressure body by means of laser radiation.
- the invention has for its object to provide an apparatus and a method for the production of intaglio printing plates, which avoids the disadvantages of the prior art.
- the invention further comprises a workpiece for the production of intaglio printing plates or for the production of an intaglio printing plate, which has been produced with the device according to the invention, as well as the intaglio printing plate itself.
- the device comprises at least one cylindrical body, such as a roller, with a circular base surface on which at least one workpiece to be machined can be fastened.
- workpiece here and hereinafter includes the original plate, the working original and all other resulting during the molding Intermediate forms, which are also called “matrices”, as well as the intaglio printing plate.
- At least one drive module rotates the cylindrical body about its axis of rotation back and forth, wherein at least one machining module removes at least portions of the workpiece.
- the device comprises at least one second processing module which, like the first processing module, can remove or process at least partial areas of the workpiece.
- the first and second processing modules have at least one of the following processing tools: a mechanical milling module for mechanical engraving, a laser module for laser engraving or a scoring module, such as a diamond cutting edge, for scoring or turning.
- both processing modules can each have the same processing tools or different processing tools.
- the first processing module can carry a laser module and the second processing module can carry a mechanical milling head.
- the first processing module can carry a laser module and a mechanical milling head and the second processing module can carry a mechanical milling head and a diamond cutting edge.
- the cylindrical body is rotated with the workpiece and the processing module is moved toward the workpiece, so that the processing module dips into the workpiece at the desired depth. If the intended length of the structure to be scratched is reached, the processing module is moved away from the workpiece again and emerges from the workpiece again.
- cylindrical lens structures can be produced in the workpiece in the circumferential direction of the cylindrical body become.
- the cylindrical body is rotated with the workpiece, with the processing module being moved toward the workpiece and moved longitudinally, i.e. in the direction of the workpiece. is moved in the x direction.
- the diamond cutting edge is rotated in the direction of the resulting travel vector.
- optical structures such as cylindrical or lenticular lenses, or micro-optical structures, such as blazed grating structures, diffractive grating structures, holograms, microlens structures, fresnel lens-like structures or so-called moiré magnification arrangements, or the corresponding negative forms, are produced in the workpiece.
- micro-optical structures such as blazed grating structures, diffractive grating structures, holograms, microlens structures, fresnel lens-like structures or so-called moiré magnification arrangements, or the corresponding negative forms
- Moiré magnification refers to a phenomenon that occurs when viewing a raster of identically repeated image objects through a lenticular of approximately the same pitch.
- the periodicity length of the image objects and of the lenticular grid is, for example, between 3 ⁇ m and 50 ⁇ m.
- the resulting moiré pattern represents an enlargement and rotation of the image objects of the image grid.
- the cylindrical lenses can be used to make an optically variable element by passing a laser through the cylindrical lenses into the underlying substrate eg in the form of a blackening.
- the laser introduces different information in different angular ranges, so that different information can be retrieved or read from the finished product from different angular ranges.
- the multi-use work original is produced directly, from which subsequently the die and then the pressure plate is galvanically molded. After galvanic impression of the die and the intaglio printing plate, the intaglio printing plate must be bent and adapted to the impression cylinder.
- a cylindrical body preferably receives a plurality of workpieces, such as two semi-circularly curved metal plates that almost completely cover the circumference of the cylindrical body.
- This structure allows compared to a gantry type or a stator design of the prior art, a very compact implementation, since the curved workpieces have a more compact design than flat workpieces.
- the displacement of the machining modules along the vertical axis of the workpiece, i.e., the vertical axis of the workpiece is eliminated.
- the y-axis since this shift is now taken over by the forward and backward rotation of the cylindrical body.
- the processing of the workpieces can be done either simultaneously or sequentially, ie first one of the workpieces and then one of the other workpieces is processed.
- the longitudinal direction along the cylindrical body is referred to as the x direction, the vertical direction in the circumferential direction of the cylindrical body as the y direction, and the horizontal direction as the z direction.
- the cylindrical body does not rotate at a constant speed, but is rotated forward and backward depending on the contour to be machined.
- a corresponding interpolation is preferably carried out in the x and / or y direction, i. a coupling of the movement of both directions.
- a serrated line is to be introduced into the workpiece, which is aligned parallel to the x-axis, but whose individual sections are aligned neither parallel to the x-axis nor to the y-axis
- the processing module is moved along the workpiece and at the same time cylindrical body turned back and forth.
- the processing module is sinusoidally moved back and forth on the workpiece and at the same time the cylindrical body sinusoidally back and forth rotated. The superimposition of both movements gives the circle.
- the processing module is in this case preferably arranged on two carriages, of which one carriage moves the processing module radially onto or away from the cylindrical body, i. in the z direction.
- the further carriage moves the processing module along the axis of rotation of the cylindrical body, i. in X direction.
- the at least one processing module is particularly preferably arranged on the carriage for the z-direction and this in turn on the carriage for the x-direction.
- the slides are driven by linear motors, spindles, belts or cables.
- At least one processing module is preferred on the first carriage and at least one further processing module on the second carriage arranged.
- a laser module is mounted on the first carriage and a milling module is mounted on the second carriage.
- the milling module further includes a minimum quantity lubrication / cooling system that applies an aerosol to the tool tip at high pressure, an observation camera, an exhaust, and various sensors.
- the laser beam is directed onto the workpiece either via fixed optics or via a galvo scanner with two rotatable mirrors.
- the tracking of the focus position depending on the measured workpiece ripple via an adjustment or focus adjustment in the z-direction.
- a movement of the laser module is thus only required along the axis of rotation of the cylindrical body, since a "movement" takes place radially on the cylindrical body to or away by the focus adjustment in the z-direction. Therefore, only the second carriage is required for the movement of the laser module, the first carriage can be omitted or equipped with one of the other processing tools. If, on the other hand, a laser with a fixed focus position is used, the possible adjustment path of the focus position of a laser with a trackable focus position is insufficient or should a mechanical tracking of the focus position also be effected in the z direction, the laser module can also be arranged on two slides. An attachment of the laser module or galvo scanner on two slides is also useful if a higher machining accuracy is to be achieved.
- this laser can also be used for cleaning or polishing the workpiece and for deburring milled structures. Furthermore, the laser can rework machined flanks and create matt effects by smoothing milled structures, gloss effects or structures roughened by roughening. In this case, the laser can also introduce color catching structures into smooth cuts by introducing particularly deep roughening.
- the combination of laser and milling technology in one device can combine the advantages of both machining methods.
- the milling technique allows the creation of defined geometries, which are defined by the shape of the tool. This results in smoother engraving flanks and precisely defined engraving depths that can not be achieved with the laser process due to material fluctuations.
- deep engraving e.g., 100 microns and more
- the milling technique can process the entire depth in one step, whereas laser techniques require many pulses per point or many-layer processing, resulting in a higher engraving time.
- Engraving in the context of this invention are in this case recesses in the workpiece, which are introduced with any machining process in the workpiece.
- the laser technology has its advantages, among other things, in the production of fine dot rasters, wherein essentially one raster point with each laser pulse can be generated. Especially when working with an X / Y galvo scanner, these points can be processed very quickly. In milling mode, higher times are to be estimated here since the entire mass of the drive axes must be moved along for each point. Also for the production of a defined roughness on smooth milling structures, the laser can be used rationally.
- Lasered and milled structures can particularly advantageously be laid on top of one another with a precise fit, so that further structures can be introduced, for example, into milled engraving flanks with the laser. Precision means that lasered and milled structures only a few microns offset from each other.
- a scribe module in particular with a diamond blade or a carbide cutting edge, pulled over the smooth surface of the workpiece and scrapes this material from the workpiece.
- the scoring or turning with the diamond cutting edge enables the production of optical and micro-optical structures.
- micro-optical structures are, for example, cylindrical or lenticular lenses, blazed grating structures, diffractive grating structures, holograms, microlens structures, Fresnel lens-like structures and so-called moiré magnification arrangements, as required for moire structures.
- These structures particularly preferably have a very smooth surface without milling marks, the roughness is in the range of a few nanometers.
- the tip of the scoring module has a spherical shape. If diffraction structures are to be produced in the workpiece, the tip of the scoring module has a conical shape.
- the cutting edge of the scoring module must be aligned perpendicular to the direction of movement of the workpiece. With fixed tool, therefore, trenches or structures can be generated in the y-direction. If the scribe module is rotated about its longitudinal axis about the center of the cutting edge, trenches or structures can be generated in any direction, so that any free line curves can be generated.
- At least one tool change system can be attached to at least one side of the cylindrical body.
- the tool change system preferably consists of about 60 mounted radially on a ring Slots that contain the various editing tools and other add-on modules.
- the tool change system is rotated to the appropriate position, the machining module moves to the tool change system and removes the required machining tool from the slot.
- the tool change system rotates together with the cylindrical body.
- the at least one tool change system is particularly preferably decoupled from the cylindrical body, so that it does not rotate together with the cylindrical body and thus leads to a lower mechanical stress for the tool change system and the individual processing tools.
- a particular advantage of the tool change system is that the respective machining module can be equipped with any machining tools, so that depending on the structure to be engraved in each case the optimal machining tool can be selected. Furthermore, the processing tools can be replaced automatically and within a very short time.
- a control unit controls the movements of the processing modules and the drive module of the cylindrical body.
- the control unit here is preferably a computer or a CNC control (CNC: Computerized Numerical Control) with numerically transmitted control information based on the standard DIN 66025 / ISO 6983.
- a particular advantage of the invention is that a fully digital workflow is realized and a long-term stable Mehrnutzenbearbeitung within a short processing time, for example, within about a week, is possible.
- Another advantage is that the machine structure is not too massive, provides a very high dynamics and allows a combination of all existing procedures for microstructuring of intaglio originals.
- one or more additional modules can be attached to the device according to the invention.
- a measuring microscope For example, sitting on one of the two carriages in a separate guide in the z-direction, a measuring microscope, are measured with the engraving on the machine.
- the main application is the measurement of the test cut, with which the concentricity tolerance of the tools is absorbed and compensated.
- a 3D distance sensor can be arranged on one of the two carriages either in its own guide in the z-direction or the guidance of the measuring microscope, with which the height profile of the engravings can be measured. It is e.g. a confocal chromatic sensor with a very fine measuring point (about 1 ⁇ m to 2 ⁇ m in diameter) was used. However, any other measuring principles for topology measurement can also be used.
- this 3D distance sensor is the sampling of the engraving directly on the machine.
- a 3D relief can be recorded and evaluated within a rectangle.
- a confocal laser scanning microscope is used as the measuring microscope, with which not only two-dimensional, but preferably three-dimensional structures can be measured, no additional 3D distance sensor is required.
- the device according to the invention has one or more of the following special functions:
- a mechanical milling module preferably consists of a milling spindle into which a milling or engraving tool, abbreviated hereafter as a milling tool, is clamped.
- the milling tool whose tip is about 10 microns in diameter, preferably rotates about its own axis at 100,000 to 300,000 revolutions per minute or more and is useful for engraving or milling 1 to 2 uses.
- the milling tool is worn and must be changed.
- the machining module moves to the respective tool change system and exchanges the worn milling tool with a new one. Before the next engraving process, however, the exact position of the tip of the new milling tool must first be determined.
- a camera with subsequent digital image processing observes the milling tool, which is moved up to the workpiece until it just scores the surface of the workpiece, i. the surface of the workpiece is touched.
- the camera or the subsequent digital image processing detects this time and determines from the associated position of the processing module, the position and the length of the tip of the mint milling tool with an accuracy of about 0.1 microns.
- the position of the tool tip can also be measured with an optical system with an accuracy in the range of 10 ⁇ m. These measurements are used to preliminarily set the position of the tool tip and perform a trial engraving. The depth of the trial engraving is then measured, for example with a confocal microscope, and the position of the tool tip corrected with the difference between the target and actual depth of the trial engraving.
- the axis of rotation deviates basically slightly from its predetermined axis of symmetry.
- the tip of the milling tool is conically shaped, it means that the tip is making a circular motion with a diameter of usually 1 micron to 6 microns.
- a test engraving or a test cut is performed in a region of the workpiece in which no engraving of a benefit occurs. The width of this test engraving or the test cut is determined with a 3D sensor or a measuring microscope.
- a conically shaped tip of the milling tool can be corrected by slight adjustment of the engraving depth by an offset value of the concentricity errors, so that the desired engraving widths arise.
- the printed image obtained in the x-direction, ie transversely to the printing direction is distorted or shaped in a trapezoidal manner.
- a correction value is stored as a function of the y-direction, ie the transverse direction to the printing direction, in the data processing system which controls the processing module and the machining tool.
- This correction value is designed in such a way that no correction takes place in the middle of the printing plate and the correction value increases or decreases continuously from the middle in the x-direction.
- the introduced into the workpiece or the molded therefrom printing plate is distorted inversely to the expected distortion of the printed image, so that the resulting printed image is substantially undistorted.
- a fluctuation or change in the diameter of the cylindrical body means in the circumferential direction a ripple of the workpiece in the y-direction, which can not be completely excluded in principle.
- To compensate for this waviness of the workpiece in the z direction of the cylindrical body is rotated and determines the circumference of the workpiece.
- the larger the determined circumference of the workpiece the larger the diameter of the cylindrical body and can be corrected simultaneously for the x-axes of both processing modules.
- the average diameter of the cylindrical body is used for both processing modules in this case.
- the guidance of the machining module has a ripple in the x-direction, which occurs in particular due to tolerances in the assembly of the hydrostatic bearings.
- This ripple is achieved by correcting the height of the processing modules, ie by shifting the processing modules in the y-direction. The correction is done statically by washers or dynamically by piezo elements between the carriage for the z-direction and the processing module.
- a particular advantage of the piezo-elements is that the processing module is raised to different heights and the ripple is dynamically compensated for any position in the x-direction.
- Fig. 1 shows a cylindrical body 1, which is equipped with vacuum channels for sucking two workpieces (not shown).
- the vacuum supply is tubed inside, so that not the entire cylindrical body 1 is under vacuum and so no longitudinal deflection can occur.
- the cylindrical body 1 is made of stainless steel, in particular Invar, to generate the lowest possible thermal expansion error, to generate as little mass as possible and to achieve sufficient strength with low wall thickness.
- the cylindrical body 1 can also be made of plastic, such as CFRP material, or of granite.
- CFRP material such as CFRP material, or of granite.
- the longitudinal direction along the cylindrical body 1 is referred to as the x-direction, the vertical direction in the circumferential direction of the cylindrical body as the y-direction, and the horizontal direction as the z-direction.
- the temperature in the cylindrical body 1 is monitored contactless with a radio module.
- hydrostatic bearings 2 are designed so that they can remove any heat input from the engines with the temperature-controlled bearing oil.
- Two drive modules 3 in the form of electric motors preferably slow-speed or torque motors, drive the cylindrical body 1 from both sides. Both electric motors are water cooled. The magnet ring of each electric motor is also water-cooled via an intermediate plate, so that as little as possible heat input is transported into the hydrostatic bearing 2 or the cylindrical body. As an additional thermal barrier is a ceramic disc on the axis between the electric motors and the hydrostatic bearings. 2
- the drive modules may also be arranged between the cylindrical body 1 and the hydrostatic bearings 2.
- the ceramic disc is located in this case between the electric motor and the cylindrical body. 1
- the entire device is mounted on a foundation in the form of a base granite 4, which in turn is supported on active air springs.
- the base granite 4 in this case represents the vibration and deformation poor basic platform of the device, so that in particular vibrations from the environment can not penetrate into the device.
- a guide 4.1 is integrated for a movement of the carriage 5 of the machining module 7 in the x direction.
- the feed of the carrier 5 in the guide 4.1 by means of linear motors.
- Fig. 1 are shown two processing modules, but the device can also be easily equipped with a larger number of processing modules whose linear motors use the same magnetic path of the x-direction.
- a hydrostatically mounted guide 5.1 is integrated for movement of at least one carriage 6 of the machining module 7 in the z-direction.
- This oil is pumped from pressure pockets at high pressure against the tread, so that a thin film of oil with a few micrometers thickness is formed, on which the axis slides without contact.
- further carriages are integrated with less expensive storage, for example for the delivery of measuring systems.
- tool change systems 8 are mounted at both ends of the cylindrical body 1 .
- the tool magazine of a tool change system 8 consists of about 60 radially mounted on a ring slots. It turns together with the cylindrical body 1, so that according to the angle of rotation a particular tool can be substituted. It is also possible to decouple the tool change system 8 from the cylindrical body 1 so that it does not run during the processing.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken für die Erzeugung von Stichtiefdruckplatten oder zur Herstellung einer Stichtiefdruckplatte. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung von Mehrnutzen-Stichtiefdruckplatten.
- Das Stichtiefdruckverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in eine Stichtiefdruckplatte linien- oder punktförmige Vertiefungen eingebracht sind, die teilweise oder vollständig mit Farbe gefüllt werden. Ein Substrat, wie beispielsweise Papier, wird mit hohem Druck in die Vertiefungen der Stichtiefdruckplatte gepresst, so dass die Farbe auf das Substrat übertragen und das Substrat verformt wird. Alternativ ist es auch möglich, die Vertiefungen in der Druckplatte nicht mit Farbe zu füllen, so dass das Substrat ohne Farbauftrag lediglich verformt bzw. geprägt wird. In beiden Fällen entstehen auf dem Substrat erhabene und fühlbare Strukturen.
- Zur Herstellung von Stichtiefdruckplatten, wie sie üblicherweise beim Druck von hochwertigen Druck-Erzeugnissen, wie Wertpapieren, Banknoten oder ähnlichem, benutzt werden, wurden früher in einem ersten Schritt Originalplatten in Form von Einzeloriginalen, sogenannten Einzel-Nutzen, in einem aufwendigen Verfahren, dem sog. Handstich, von einem Künstler hergestellt. Der Künstler gravierte dabei mit Hilfe eines Stichels in zeitaufwendiger Handarbeit ein ihm vorliegendes zweidimensionales Bildmotiv in eine Metallplatte aus Stahl oder Kupfer, wobei Gravurtonabstufungen durch eine unterschiedliche Gravurtiefe und Liniendichte dargestellt wurden. Korrekturmöglichkeiten für den Künstler waren bei diesem Verfahren jedoch äußerst gering. Bei Beschädigung oder Verlust dieser Originalplatte konnte keine identische Originalplatte hergestellt werden, da jede Originalplatte eine individuelle Anfertigung war. Ausgehend von dieser Originalplatte wurden durch mehrfaches Abformen die Stichtiefdruckplatten hergestellt.
- Mit den heutigen technischen Möglichkeiten können Originalplatten maschinell hergestellt werden. So ist aus
EP 1 578 604 A2 eine Fräs- oder Graviermaschine zur Herstellung von Originalplatten in Form von Einzelnutzen bekannt. Hierbei wird zur Bearbeitung der Originalplatte eine Vorrichtung mit mindestens drei freien Achsen verwendet, die unabhängig voneinander arbeiten und vorzugsweise jeweils von Linearmotoren angetrieben und auf hydrostatischen Lagern bewegt werden. Mehrere Komponenten der Vorrichtung werden thermisch stabilisiert. Insbesondere zur Bestimmung der tatsächlichen Position der Fräs- oder Gravierwerkzeuges relativ zur Oberfläche der Originalplatte können mehrere Korrekturwerte ermittelt und bei der Steuerung der Eintauchtiefe des Fräs- oder Gravierwerkzeugs berücksichtigt werden. - Im Anschluss an die Herstellung einer Originalplatte in Form eines Einzel-Nutzens, wird durch mehrere Abform- und Rekombinationsschritte die endgültige Mehrnutzen-Stichtiefdruckplatte hergestellt. Abschließend wird die ebene Stichtiefdruckplatte derartig gebogen, dass sie in einen walzenförmigen Druckzylinder eingespannt werden kann. Besonderer Vorteil dieser Abfolge von mehreren Abformungen ist es, dass von einer einzigen Originalplatte eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Stichtiefdruckplatten abgeformt werden kann, da die Originalplatte aufgrund der mehrheitlich berührungslosen Abformung nur sehr wenig abgenutzt bzw. verschlissen wird. So können beispielsweise von einer einzigen Originalplatte mehr als vier Stichtiefdruckplatten abgeformt werden.
- Nachteil dieses Standes der Technik ist jedoch der sehr hohe zeitliche und materielle Aufwand, da von einer Originalplatte zunächst eine entsprechende Anzahl von Kopien für die Zusammensetzung der späteren Stichtiefdruckplatte hergestellt werden muss. Des Weiteren ist durch das Zusammenfügen von Einzel-Nutzen zu einer Kunststoffplatte mit üblicherweise 40 bis 60 Einzel-Nutzen nicht möglich, sog. randabfallende Designs zu realisieren. Randabfallend bedeutet hierbei, dass der Stichtiefdruck eines einzelnen Druckerzeugnisses wie beispielsweise einer Banknote bis zum Rand der Banknote ausgeführt werden kann. Bei den bekannten Verfahren bleibt ein Rand von 4 mm frei.
- Aus
US 6 025 921 A ,US 5 892 589 A undUS 6 741369 B1 ist jeweils eine Graviermaschine zur Herstellung von Druckplattenzylindern für den Stichtiefdruck bekannt. Hierbei wird ein Druckplattenzylinder zunächst mittels einer Antriebseinheit in Rotation versetzt. Anschließend wird über ein Bearbeitungsmodul, das sich entlang der Längsachse des Druckplattenzylinders bewegt, ein Stichtiefdruckmuster in die Oberfläche des Druckplattenzylinders graviert. - Aus
DE 30 05 429 A1 ist eine Lasergraviermaschine zum Gravieren zylindrischer Intagliodruckkörper bekannt, bei der ein zylindrischer Druckkörper mittels einer Drehvorrichtung in Rotation versetzt wird. Auf einem Querschlitten, der sich auf einer parallel zur Umlaufbahn des Druckkörpers erstreckenden Gleitbahn bewegt, ist ein Lasergravierkopf angeordnet, der mittels Laserstrahlung Material aus der Oberfläche des zylindrischen Druckkörpers abträgt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Stichtiefdruckplatten vorzuschlagen, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung umfasst weiterhin ein Werkstück für die Erzeugung von Stichtiefdruckplatten oder zur Herstellung einer Stichtiefdruckplatte, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt worden ist, sowie die Stichtiefdruckplatte selbst.
- Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zumindest einen zylindrischen Körper, wie beispielsweise eine Walze, mit kreisförmiger Grundfläche, auf dem zumindest ein zu bearbeitendes Werkstück befestigt sein kann. Der Begriff "Werkstück" umfasst hierbei und im Folgenden die Originalplatte, das Arbeitsoriginal und alle weiteren während des Abformens anfallende Zwischenformen, die auch als "Matrizen" bezeichnet werden, sowie die Stichtiefdruckplatte. Zumindest ein Antriebsmodul dreht den zylindrischen Körper um seine Rotationsachse vor und zurück, wobei mindestens ein Bearbeitungsmodul zumindest Teilbereiche des Werkstückes abträgt.
- Zur Herstellung von Mehrnutzen-Stichtiefdruckplatten umfasst die Vorrichtung mindestens ein zweites Bearbeitungsmodul, das ebenso wie das erste Bearbeitungsmodul zumindest Teilbereiche des Werkstückes abtragen bzw. bearbeiten kann. Das erste und zweite Bearbeitungsmodul weisen hierbei mindestens eines der nachfolgend genannten Bearbeitungswerkzeuge auf: ein mechanisches Fräsmodul zur mechanischen Gravur, ein Lasermodul zur Lasergravur oder ein Ritzmodul, wie beispielsweise eine Diamantschneide, zum Ritzen bzw. Drehen. Hierbei können beide Bearbeitungsmodule jeweils gleiche Bearbeitungswerkzeuge oder unterschiedliche Bearbeitungswerkzeuge aufweisen. So kann beispielsweise das erste Bearbeitungsmodul ein Lasermodul tragen und das zweite Bearbeitungsmodul einen mechanischen Fräskopf. Des Weiteren kann beispielsweise das erste Bearbeitungsmodul ein Lasermodul und einen mechanischen Fräskopf und das zweite Bearbeitungsmodul einen mechanischen Fräskopf und eine Diamantschneide tragen.
- Sollen mit der Diamantschneide Strukturen in das Werkstück geritzt werden, wird der zylindrische Körper mit dem Werkstück in Drehung versetzt und das Bearbeitungsmodul auf das Werkstück zubewegt, so dass das Bearbeitungsmodul in das Werkstück in der gewünschten Tiefe eintaucht. Ist die vorgesehene Länge der zu ritzenden Struktur erreicht, wird das Bearbeitungsmodul von dem Werkstück wieder wegbewegt und taucht aus dem Werkstück wieder aus. Hierdurch können im Werkstück in Umfangrichtung des zylindrischen Körpers beispielsweise zylindrische Linsenstrukturen erzeugt werden. Durch zyklisches sinusförmiges Bewegen des Werkzeuges in horizontaler Richtung, d.h. in z-Richtung, während der Drehung des zylindrischen Körpers ist es auch möglich, rasterartig oder arrayartig angeordnete Linsenstrukturen zu erzeugen.
- Sollen hingegen mit der Diamantschneide diagonale Strukturen in das Werkstück gedreht werden, wird der zylindrische Körper mit dem Werkstück gedreht, wobei das Bearbeitungsmodul auf das Werkstück zubewegt und in Längsrichtung, d.h. in x-Richtung verfahren wird. Die Diamantschneide wird dafür in Richtung des resultierenden Verfahrvektors gedreht.
- Besonders bevorzugt werden in dem Werkstück optische Strukturen, wie beispielsweise Zylinder- oder Lentikularlinsen, oder mikrooptische Strukturen, wie beispielsweise geblazte Gitterstrukturen, diffraktive Gitterstrukturen, Hologramme, Mikrolinsenstrukturen, fresnellinsenartige Strukturen oder sogenannte Moiré-Vergrößerungsanordnungen, bzw. die entsprechenden Negativformen erzeugt. Mit diesen optischen oder mikrooptischen Strukturen können verschiedene optische Effekte erzeugt werden.
- Beispielsweise bezeichnet "Moiré-Vergrößerung" ein Phänomen, das bei der Betrachtung eines Rasters aus identisch wiederholten Bildobjekten durch ein Linsenraster mit annähernd demselben Rastermaß auftritt. Hierbei liegt die Periodizitätslänge der Bildobjekte und des Linsenrasters beispielsweise zwischen 3 µm und 50 µm. Das entstehende Moirémuster stellt eine Vergrößerung und Drehung der Bildobjekte des Bildrasters dar.
- Des Weiteren können beispielsweise die Zylinderlinsen zur Herstellung eines optisch variablen Elements benutzt werden, indem durch die Zylinderlinsen hindurch ein Laser in das darunterliegende Substrat eine Information z.B. in Form einer Schwärzung einbringt. Der Laser bringt in unterschiedlichen Winkelbereichen unterschiedliche Informationen ein, so dass am fertigen Produkt aus unterschiedlichen Winkelbereichen unterschiedliche Informationen abrufbar bzw. auslesbar sind.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird direkt das Mehrnutzen-Arbeitsoriginal hergestellt, von dem anschließend die Matrize und daraufhin die Druckplatte galvanisch abgeformt wird. Nach galvanischer Abformung der Matrize und der Stichtiefdruckplatte muss die Stichtiefdruckplatte gebogen und an den Druckzylinder angepasst werden.
- Ein zylindrischer Körper nimmt bevorzugt mehrere Werkstücke auf, wie beispielsweise zwei halbkreisförmig gebogene Metallplatten, die den Umfang des zylindrischen Körpers nahezu vollständig bedecken. Dieser Aufbau ermöglicht im Vergleich zu einer Portalbauweise oder einer Ständerbauweise aus dem Stand der Technik eine sehr kompakte Umsetzung, da die gebogenen Werkstücke eine kompaktere Bauform als ebene Werkstücke aufweisen. Des Weiteren entfällt das Verschieben der Bearbeitungsmodule entlang der Hochachse des Werkstückes, d.h. der y-Achse, da diese Verschiebung nun durch das Vor- und Zurückdrehen des zylindrischen Körpers übernommen wird. So ist prinzipiell die gleiche Bearbeitungsstrategie wie bei einer planen Aufspannung des Werkstücks möglich, jedoch ohne den enormen Platzbedarf für die einzelnen Achsen, die dieser Aufbau normalerweise mit sich bringt.
- Die Bearbeitung der Werkstücke kann entweder gleichzeitig oder nacheinander erfolgen, d.h. zuerst wird eines der Werkstücke und dann eines der anderen Werkstücke bearbeitet.
- Die Längsrichtung entlang des zylindrischen Körpers wird als x-Richtung, die vertikale Richtung in Umfangrichtung des zylindrischen Körpers als y-Richtung und die horizontale Richtung als z-Richtung bezeichnet.
- Der zylindrische Körper dreht sich nicht mit konstanter Geschwindigkeit, sondern wird abhängig von der zu bearbeitenden Kontur vor- und rückwärts gedreht. Bevorzugt erfolgt hierbei eine entsprechende Interpolation in x- und/oder y-Richtung, d.h. eine Kopplung der Bewegung beider Richtungen. Soll beispielsweise eine gezackt verlaufende Linie in das Werkstück eingebracht werden, die parallel zur x-Achse ausgerichtet ist, deren einzelne Abschnitte aber weder parallel zur x-Achse noch zur y-Achse ausgerichtet sind, wird das Bearbeitungsmodul an dem Werkstück entlang bewegt und gleichzeitig der zylindrische Körper vor- und zurückgedreht. Soll alternativ ein Kreis in das Werkstück eingebracht werden, wird das Bearbeitungsmodul sinusartig an dem Werkstück vor- und zurückbewegt und gleichzeitig der zylindrische Körper sinusartig vor- und zurückgedreht. Die Überlagerung beider Bewegungen ergibt den Kreis.
- Das Bearbeitungsmodul ist hierbei bevorzugt auf zwei Schlitten angeordnet, von denen der eine Schlitten das Bearbeitungsmodul radial auf den zylindrischen Körper zu- oder wegbewegt, d.h. in z-Richtung. Der weitere Schlitten bewegt das Bearbeitungsmodul entlang der Rotationsachse des zylindrischen Körpers, d.h. in x-Richtung. Das mindestens eine Bearbeitungsmodul ist besonders bevorzugt auf dem Schlitten für die z-Richtung und dieser wiederum auf dem Schlitten für die x-Richtung angeordnet. Der Antrieb der Schlitten erfolgt mittels Linearmotoren, Spindeln, Riemen oder Seilzüge.
- Bevorzugt ist auf dem ersten Schlitten mindestens ein Bearbeitungsmodul und auf dem zweiten Schlitten mindestens ein weiteres Bearbeitungsmodul angeordnet. Hierbei ist beispielsweise auf dem ersten Schlitten ein Lasermodul und auf dem zweiten Schlitten ein Fräsmodul angebracht.
- Erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes mit einem Fräsmodul, umfasst dieses eine Hochfrequenz-Spindel mit 100.000 bis 300.000 Umdrehungen pro Minute. Grundsätzlich sind für feine Werkzeuge besonders große Umdrehungszahlen notwendig, so dass auch 500.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr sinnvoll sind. Das Fräsmodul umfasst weiterhin ein Minimalmengen-Schmier-/Kühlsystem, bei dem mit hohem Druck ein Aerosol auf die Werkzeugspitze aufgebracht wird, eine Beobachtungskamera, eine Absaugung und verschiedene Sensoren.
- Erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes mit einem Lasermodul, wird der Laserstrahl entweder über eine Festoptik oder über einen Galvo-Scanner mit zwei drehbaren Spiegeln auf das Werkstück gelenkt. Die Nachführung der Fokuslage, abhängig von der gemessenen Werkstückwelligkeit erfolgt über eine Verstellung bzw. Fokusverstellung in z-Richtung.
- Eine Bewegung des Lasermoduls ist somit lediglich entlang der Rotationsachse des zylindrischen Körpers erforderlich, da eine "Bewegung" radial auf den zylindrischen Körper zu oder weg durch die Fokusverstellung in z-Richtung erfolgt. Deshalb ist für die Bewegung des Lasermoduls lediglich der zweite Schlitten erforderlich, der erste Schlitten kann entfallen oder mit einem der anderen Bearbeitungswerkzeuge bestückt werden. Wird hingegen ein Laser mit fester Fokuslage verwendet, reicht der mögliche Verstellweg der Fokuslage eines Lasers mit nachführbarer Fokuslage nicht aus oder soll zusätzlich eine mechanische Nachführung der Fokuslage auch in z-Richtung erfolgen, kann das Lasermodul auch auf zwei Schlitten angeordnet werden. Eine Anbringung des Lasermoduls oder des Galvo-Scanners auf zwei Schlitten ist auch dann sinnvoll, wenn eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden soll.
- Erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes durch ein Fräsmodul sowie zusätzlich durch ein Lasermodul, dessen Laser die Vertiefungen im Arbeitsoriginal erzeugt, kann dieser Laser auch zur Reinigung oder zum Polieren des Werkstückes und zum Entgraten gefräster Strukturen verwendet werden. Des Weiteren kann der Laser gefräste Flanken nachbearbeiten und durch Glätten gefräster Strukturen Glanzeffekte oder durch Aufrauen gefräster Strukturen Matteffekte erzeugen. Hierbei kann der Laser auch durch Einbringen besonders tiefer Aufrauungen zusätzlich Farbfangstrukturen in glatte Fräsungen einbringen.
- Des Weiteren lassen sich durch die Kombination von Laser- und Frästechnik in einer Vorrichtung die Vorteile von beiden Bearbeitungsmethoden kombinieren. So ermöglicht die Frästechnik die Erzeugung von definierten Geometrien, die durch die Form des Werkzeugs definiert sind. Es ergeben sich glattere Gravurflanken und genau definierte Gravurtiefen, die mit dem Laserprozess aufgrund von Materialschwankungen nicht zu erreichen sind. Bei tiefen Gravuren (z.B. 100 Mikrometer und mehr) kann mit der Frästechnik die gesamte Tiefe in einem Bearbeitungsschritt bearbeitet werden, wohingegen mit der Lasertechnik viele Pulse pro Punkt oder die Bearbeitung in vielen Schichten notwendig sind, was sich in einer höheren Gravurzeit niederschlägt. Gravuren im Sinne dieser Erfindung sind hierbei Vertiefungen im Werkstück, die mit beliebigen Bearbeitungsverfahren in das Werkstück eingebracht sind.
- Die Lasertechnik hat ihre Vorteile unter anderem bei der Erzeugung von feinen Punktrastern, wobei im Wesentlichen mit jedem Laserpuls ein Rasterpunkt erzeugt werden kann. Gerade beim Arbeiten mit einem X/Y-Galvo-Scanner können diese Punkte sehr schnell bearbeitet werden. Im Fräsbetrieb sind hier höhere Zeiten zu veranschlagen, da für jeden Punkt die gesamte Masse der Antriebsachsen mitbewegt werden muss. Auch für die Erzeugung einer definierten Rauigkeit auf glatten Frässtrukturen, kann der Laser rationell eingesetzt werden.
- Besonders vorteilhaft können gelaserte und gefräste Strukturen passgenau übereinander gelegt werden, so dass beispielsweise in gefräste Gravurflanken mit dem Laser weitere Strukturen eingebracht werden können. Passgenau bedeutet hierbei dass gelaserte und gefräste Strukturen nur wenige Mikrometer Versatz zueinander aufweisen.
- Zur genauen Bestimmung der Position des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstückes wird entweder eine Probegravur mittels Kamera und nachgeschalteter elektronischer Bildverarbeitung oder alternativ mittels eines Vier-Quadranten-Positionsmoduls vermessen.
- Zusätzlich oder alternativ zu einer Bearbeitung des Werkstückes durch ein mechanisches Fräsmodul oder einen Laser kann mit dem Bearbeitungsmodul die Oberfläche des Werkstückes auch geritzt werden. Hierbei wird ein Ritzmodul, insbesondere mit einer Diamantschneide oder eine Hartmetallschneide, über die glatte Oberfläche des Werkstückes gezogen und schabt dieses Material aus dem Werkstück. Dies ermöglicht besonders vorteilhaft die Herstellung von rillenförmigen Strukturen, die über ihre gesamte Länge eine konstante Tiefe, eine gleich bleibende Breite sowie eine konstante Neigung der Flanken aufweisen oder deren Tiefe kontinuierlich ab- oder zunimmt. Des Weiteren ermöglicht das Ritzen bzw. Drehen mit der Diamantschneide die Produktion von optischen und mikrooptischen Strukturen.
- Derartige mikrooptische Strukturen sind beispielsweise Zylinder- oder Lentikularlinsen, geblazte Gitterstrukturen, diffraktive Gitterstrukturen, Hologramme, Mikrolinsenstrukturen, fresnellinsenartige Strukturen sowie sogenannte Moiré-Vergrößerungsanordnungen, wie sie für Moiré-Strukturen benötigt werden. Diese Strukturen weisen besonders bevorzugt eine sehr glatte Oberfläche ohne Frässpuren auf, die Rautiefe liegt in Bereich weniger Nanometer.
- Sollen zylinderförmige Linsenstrukturen im Werkstück erzeugt werden, hat die Spitze des Ritzmoduls eine sphärische Form. Sollen Beugungsstrukturen im Werkstück erzeugt werden, hat die Spitze des Ritzmoduls eine konische Form.
- Grundsätzlich muss die Schneide des Ritzmoduls senkrecht zur Bewegungsrichtung des Werkstückes ausgerichtet sein. Mit fest stehendem Werkzeug können deshalb Gräben oder Strukturen in y-Richtung erzeugt werden. Wird das Ritzmodul um seine Längsachse um den Mittelpunkt der Schneide gedreht, können auch Gräben oder Strukturen in beliebigen Richtungen erzeugt werden, so dass beliebige, freie Linienverläufe erzeugt werden können.
- Bearbeitet wird bevorzugt mit mindestens zwei Bearbeitungsmodulen gleichzeitig, womit die Bearbeitungszeit für eine ganze Platte halbiert werden kann.
- Zusätzlich kann an mindestens einer Seite des zylindrischen Körpers mindestens ein Werkzeugwechselsystem angebracht sein. Das Werkzeugwechselsystem besteht bevorzugt aus etwa 60 radial an einem Ring angebrachten Steckplätzen, die die verschiedenen Bearbeitungswerkzeuge sowie weitere Zusatzmodule enthalten.
- Für einen Wechsel des Bearbeitungswerkzeuges wird das Werkzeugwechselsystem in die entsprechende Position gedreht, fährt das Bearbeitungsmodul das Werkzeugwechselsystem an und entnimmt das benötigte Bearbeitungswerkzeug aus dem Steckplatz.
- Bevorzugt dreht sich das Werkzeugwechselsystem zusammen mit dem zylindrischen Körper. Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Werkzeugwechselsystem jedoch von dem zylindrischen Körper abkoppelbar, so dass es sich nicht zusammen mit dem zylindrischen Körper dreht und damit zu einer geringeren mechanischen Beanspruchung für das Werkzeugwechselsystem und die einzelnen Bearbeitungswerkzeuge führt.
- Besonderer Vorteil des Werkzeugwechselsystems ist, dass das jeweilige Bearbeitungsmodul mit beliebigen Bearbeitungswerkzeugen bestückt werden kann, so dass abhängig von der zu gravierenden Struktur jeweils das optimale Bearbeitungswerkzeug gewählt werden kann. Des Weiteren können die Bearbeitungswerkzeuge automatisch und innerhalb kürzester Zeit ausgetauscht werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform steuert eine Steuereinheit die Bewegungen der Bearbeitungsmodule sowie das Antriebsmodul des zylindrischen Körpers. Die Steuereinheit ist hierbei bevorzugt ein Computer oder eine CNC-Steuerung (CNC: Computerized Numerical Control) mit numerisch zu übermittelnden Steuerungs-Informationen in Anlehnung an die Norm DIN 66025/ISO 6983.
- Besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass ein volldigitaler Arbeitsablauf realisiert wird und eine langzeitstabile Mehrnutzenbearbeitung innerhalb einer kurzen Bearbeitungszeit, beispielsweise innerhalb von etwa einer Woche, möglich ist.
- Weiterer Vorteil ist, dass der Maschinenaufbau nicht zu massig ist, eine sehr hohe Dynamik erbringt und eine Kombination aller bestehenden Verfahren zur Mikrostrukturierung von Stichtiefdruck-Originalen zulässt.
- An der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zusätzlich eines oder mehrere Zusatzmodule angebracht werden. Beispielsweise sitzt auf einem der beiden Schlitten in einer eigenen Führung in z-Richtung ein Messmikroskop, mit dem Gravuren auf der Maschine vermessen werden. Hauptanwendung ist dabei die Vermessung des Probeschnitts, mit dem die Rundlauftoleranz der Werkzeuge aufgenommen und kompensiert wird.
- Als weiteres Zusatzmodul kann auf einem der beiden Schlitten entweder in einer eigenen Führung in z-Richtung oder der Führung des Messmikroskops ein 3D-Abstandssensor angeordnet werden, mit dem das Höhenprofil der Gravuren vermessen werden kann. Es wird z.B. ein konfokaler chromatischer Sensor mit sehr feinem Messpunkt (ca. 1 µm bis 2µm Durchmesser) verwendet. Es können jedoch auch beliebige andere Messprinzipien zur Topologievermessung angewendet werden.
- Hauptanwendungsgebiet dieses 3D-Abstandssensors ist die Stichprobenprüfung der Gravuren direkt auf der Maschine. Durch Aufnahme einer Vielzahl von Messlinien, die jeweils um den Messabstand versetzt sind, kann innerhalb eines Rechtecks ein 3D-Relief aufgenommen und ausgewertet werden. Es ist aber auch möglich, nur einzelne Höhenlinien, d.h. die z-Koordinaten entlang einer Linie zu messen. Dies könnte auch als Alternative zur Vermessung des Probeschnitts und Ermittlung des Rundlauffehlers eingesetzt werden.
- Wird als Messmikroskop ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop verwendet, mit dem nicht nur zweidimensionale, sondern bevorzugt dreidimensionale Strukturen vermessen werden können, ist kein zusätzlicher 3D-Abstandssensor erforderlich.
- Eine Protokollierung von Temperaturen und anderer Maschinenparameter erfolgt entsprechend der Druckschrift
EP 1578604 A2 , deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich aufgenommen wird. - Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine oder mehrere der folgenden Sonderfunktionen auf:
- Ein mechanisches Fräsmodul besteht bevorzugt aus einer Frässpindel, in die ein Fräs- bzw. Gravierwerkzeug, im Folgenden abkürzend als Fräswerkzeug bezeichnet, eingespannt ist. Das Fräswerkzeug, dessen Spitze einen Durchmesser von etwa 10 Mikrometer aufweist, dreht sich um die eigene Achse vorzugsweise mit 100.000 bis 300.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr und ist für das Gravieren oder Fräsen von 1 bis 2 Nutzen verwendbar. Anschließend ist das Fräswerkzeug verschlissen und muss gewechselt werden. Hierbei fährt das Bearbeitungsmodul zu dem jeweiligen Werkzeugwechselsystem und tauscht dort das verschlissene Fräswerkzeug durch ein neuwertiges aus. Vor dem folgenden Graviervorgang muss jedoch zunächst die genaue Position der Spitze des neuwertigen Fräswerkzeugs ermittelt werden.
- Hierfür beobachtet eine Kamera mit nachfolgender digitaler Bildverarbeitung das Fräswerkzeug, das solange an das Werkstück herangefahren wird bis es die Oberfläche des Werkstückes gerade einritzt, d.h. die die Oberfläche des Werkstückes wird angetastet. Die Kamera bzw. die nachfolgende digitale Bildverarbeitung detektiert diesen Zeitpunkt und ermittelt aus der zugehörigen Position des Bearbeitungsmoduls die Position und die Länge der Spitze des neuwertigen Fräswerkzeugs mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 Mikrometer.
- Alternativ zu dieser Vorgehensweise kann auch die Position der Werkzeugspitze mit einem optischen System mit einer Genauigkeit im Bereich von 10 µm vermessen werden. Mit diesen Messwerten wird die Position der Werkzeugspitze vorläufig festgelegt und eine Probegravur durchgeführt. Die Tiefe der Probegravur wird anschließend vermessen, beispielsweise mit einem konfokalen Mikroskop, und die Position der Werkzeugspitze mit der Differenz zwischen Soll- und Ist-Tiefe der Probegravur korrigiert.
- Des Weiteren weicht bei dem sich um die eigene Achse drehenden Fräswerkzeug die Drehachse grundsätzlich geringfügig von seiner vorgegebenen Symmetrieachse ab. Ist die Spitze des Fräswerkzeugs konisch geformt, bedeutet dies, dass die Spitze eine kreisförmige Bewegung mit einem Durchmesser von üblicherweise 1 Mikrometer bis 6 Mikrometer durchführt. Zur Korrektur dieser Abweichung des Rundlaufes des Fräswerkzeugs wird in einem Bereich des Werkstückes, in dem keine Gravur eines Nutzens erfolgt, eine Testgravur bzw. ein Probeschnitt durchgeführt. Mit einem 3D-Sensor oder einem Messmikroskop wird die Breite dieser Testgravur bzw. des Probeschnittes ermittelt. Bei einer konisch geformten Spitze des Fräswerkzeugs kann durch geringfügige Anpassung der Gravurtiefe durch einen Offsetwert der Rundlauffehler korrigiert werden, so dass die gewünschten Gravurbreiten entstehen.
- Eine Vermessung des Werkstückes und eine Kompensation der Werkstückwelligkeit in z-Richtung erfolgt entsprechend der Druckschrift
EP-1578604-A2 , deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich aufgenommen wird. - Durch das Anpressen des zu bedruckenden und/oder zu prägenden Papiers an die Druckplatte ist das erzielte Druckbild in x-Richtung, d.h. quer zur Druckrichtung, trapezförmig verzerrt bzw. ausgewalkt. Zur Kompensation dieser trapezförmigen Verzerrung ist in der Datenverarbeitungsanlage, die das Bearbeitungsmodul und das Bearbeitungswerkzeug steuert, ein Korrekturwert als Funktion der y-Richtung, d.h. der Querrichtung zur Druckrichtung, abgespeichert. Dieser Korrekturwert ist so ausgelegt, dass in der Mitte der Druckplatte keine Korrektur erfolgt und der Korrekturwert von der Mitte ausgehend in x-Richtung stetig zunimmt oder abnimmt. Damit wird die in das Werkstück bzw. die davon abgeformte Druckplatte eingebrachte Struktur umgekehrt zu der zu erwartenden Verzerrung des Druckbildes verzerrt, so dass das resultierende Druckbild im Wesentlichen unverzerrt ist.
- Eine Schwankung oder Änderung des Durchmessers des zylindrischen Körpers bedeutet in Umfangrichtung eine Welligkeit des Werkstückes in y-Richtung, die sich grundsätzlich nicht vollständig ausschließen lässt. Zur Kompensation dieser Welligkeit des Werkstückes in z-Richtung wird der zylindrische Körper gedreht und der Umfang des Werkstückes ermittelt. Je größer der ermittelte Umfang des Werkstückes ist, desto größer ist auch der Durchmesser des zylindrischen Körpers und kann gleichzeitig für die x-Achsen beider Bearbeitungsmodule korrigiert werden. Für beide Bearbeitungsmodule wird hierbei der mittlere Durchmesser des zylindrischen Körpers zugrunde gelegt.
- Des Weiteren weist die Führung des Bearbeitungsmoduls eine Welligkeit in x-Richtung auf, die insbesondere durch Toleranzen bei der Montage der hydrostatischen Lager auftritt. Diese Welligkeit wird durch eine Korrektur der Höhe der Bearbeitungsmodule, d.h. durch eine Verschiebung der Bearbeitungsmodule in y-Richtung erreicht. Die Korrektur erfolgt hierbei statisch durch Unterlegscheiben oder dynamisch durch Piezo-Elemente zwischen dem Schlitten für die z-Richtung und dem Bearbeitungsmodul. Besonderer Vorteil der Piezo-Elemente ist, dass das Bearbeitungsmodul unterschiedlich weit angehoben wird und dabei die Welligkeit für jede beliebige Position in x-Richtung dynamisch kompensiert wird.
- Anhand der nachfolgenden Beispiele und der ergänzenden Figur werden die Vorteile der Erfindung und verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Im Einzelnen zeigt schematisch:
- Fig. 1
- den Grundaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Arbeitsoriginalen oder Stichtiefdruckplatten.
- Der besseren Verständlichkeit wegen sind die in den folgenden Beispielen beschriebenen Ausführungsformen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert sowie die Darstellungen in der Figur stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wider. Vor allem entsprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Bei der praktischen Umsetzung können wesentlich komplexere Muster oder Bilder auf der Oberfläche der Mehrnutzen zur Anwendung kommen. Die in den folgenden Beispielen dargestellten Informationen können ebenfalls durch beliebig aufwendige Bild- oder Textinformationen ersetzt werden.
- Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Insbesondere sind die verschiedenen Ausführungsbeispiele auch nicht auf die Verwendung in der beschriebenen Form beschränkt, sondern können zur Erhöhung der Effekte auch untereinander kombiniert werden.
-
Fig. 1 zeigt einen zylindrischen Körper 1, der mit Vakuumkanälen zum Ansaugen von zwei Werkstücken ausgestattet ist (nicht gezeigt). Die Vakuumzuführung ist innen verschlaucht, damit nicht der gesamte zylindrische Körper 1 unter Vakuum steht und so keine Durchbiegung in Längsrichtung entstehen kann. Der zylindrische Körper 1 besteht aus Edelstahl, insbesondere Invar, um möglichst geringe Wärmeausdehnungsfehler zu erzeugen, möglichst wenig Masse zu erzeugen und genügend Festigkeit bei geringer Wandstärke zu erreichen. Alternativ kann der zylindrische Körper 1 auch aus Kunststoff, wie CFK-Material, oder aus Granit gefertigt werden. Bei CFK ist zwar die Masse geringer als bei Edelstahl, jedoch sind Wärmeausdehnung, Langzeitstabilität und Festigkeit schwieriger zu kontrollieren. - Die Längsrichtung entlang des zylindrischen Körpers 1 wird als x-Richtung, die vertikale Richtung in Umfangrichtung des zylindrischen Körpers als y-Richtung und die horizontale Richtung als z-Richtung bezeichnet.
- Die Temperatur im zylindrischen Körper 1 wird mit einem Funkmodul kontaktlos überwacht. Hierbei sind hydrostatische Lager 2 so ausgelegt, dass sie einen etwaigen Wärmeeintrag aus den Motoren mit dem temperierten Lageröl abtransportieren können.
- Zwei Antriebsmodule 3 in Form von Elektromotoren, bevorzugt Langsamläufer oder Torque-Motoren, treiben den zylindrischen Körper 1 von beiden Seiten her an. Beide Elektromotoren werden wassergekühlt. Auch der Magnetring jedes Elektromotors wird über eine Zwischenplatte wassergekühlt, damit möglichst wenig Wärmeeintrag in die hydrostatischen Lager 2 bzw. den zylindrischen Körper transportiert wird. Als zusätzliche Wärmebarriere befindet sich eine Keramikscheibe auf der Achse zwischen den Elektromotoren und den hydrostatischen Lagern 2.
- Alternativ können die Antriebsmodule auch zwischen dem zylindrischen Körper 1 und den hydrostatischen Lagern 2 angeordnet sein. In diesem Fall ist jedoch besonders auf die effektive Abführung von Wärme zu achten, beispielsweise durch ein mehrstufiges Kühlsystem. Die Keramikscheibe befindet sich in diesem Fall zwischen dem Elektromotor und dem zylindrischen Körper 1.
- Die gesamte Vorrichtung ist auf einem Fundament in Form eines Basisgranits 4 befestigt, das wiederum auf aktiven Luftfedern gelagert ist. Der Basisgranit 4 stellt hierbei die vibrations- und verformungsarme Grundplattform der Vorrichtung dar, so dass insbesondere Schwingungen aus der Umgebung nicht in die Vorrichtung eindringen können.
- Im Basisgranit ist eine Führung 4.1 für eine Bewegung des Schlittens 5 des Bearbeitungsmoduls 7 in x-Richtung integriert. Der Vorschub des Trägers 5 in der Führung 4.1 erfolgt mittels Linearmotoren.
- In
Fig. 1 sind zwei Bearbeitungsmodule dargestellt, die Vorrichtung kann aber auch ohne großen Aufwand mit einer größeren Anzahl von Bearbeitungsmodulen ausgestattet werden, deren Linearmotoren der x-Richtung dieselbe Magnetbahn benutzen. - Auf jedem Schlitten 5 ist eine hydrostatisch gelagerte Führung 5.1 für eine Bewegung mindesten eines Schlittens 6 des Bearbeitungsmoduls 7 in z-Richtung integriert. Hierbei wird Öl aus Drucktaschen mit hohem Druck gegen die Lauffläche gepumpt, so dass ein dünner Ölfilm mit wenigen Mikrometern Dicke entsteht, auf dem die Achse berührungslos gleitet. Bevorzugt werden weitere Schlitten mit weniger aufwendiger Lagerung beispielsweise für die Zustellung von Messsystemen integriert.
- An beiden Enden des zylindrischen Körpers 1 sind Werkzeugwechselsysteme 8 angebracht. Das Werkzeugmagazin eines Werkzeugwechselsystems 8 besteht aus etwa 60 radial an einem Ring angebrachten Steckplätzen. Es dreht sich zusammen mit dem zylindrischen Körper 1, sodass entsprechend dem Drehwinkel ein bestimmtes Werkzeug eingewechselt werden kann. Es ist auch möglich, das Werkzeugwechselsystem 8 von dem zylindrischen Körper 1 abzukoppeln, damit es während der Bearbeitung nicht mitläuft.
Claims (27)
- Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken für die Erzeugung von Stichtiefdruckplatten oder zur Herstellung einer Stichtiefdruckplatte, wobei die Vorrichtung zumindest folgende Komponenten aufweist- einen zylindrischen Körper, auf dem zumindest ein zu bearbeitendes Werkstück befestigt werden kann,- mindestens ein Bearbeitungsmodul, das zumindest Teilbereiche des Werkstückes abtragen kann,- wobei das mindestens eine Bearbeitungsmodul mindestens eines der Bearbeitungswerkzeuge aus der Gruppe mechanisches Fräsmodul zur mechanischen Gravur oder Lasermodul zur Lasergravur oder Ritzmodul zum Ritzen bzw. Drehen aufweist,
gekennzeichnet durch- zumindest ein Antriebsmodul, das den zylindrischen Körper um seine Rotationsachse vor- und zurückdreht. - Vorrichtung zur Herstellung von Mehrnutzen-Stichtiefdruckplatten, wobei die Vorrichtung zumindest folgende Komponenten aufweist- einen zylindrischen Körper, auf dem zumindest ein Arbeitsoriginal befestigt sein kann,- ein erstes Bearbeitungsmodul, das zumindest Teilbereiche des Werkstückes abtragen kann,- mindestens ein zweites Bearbeitungsmodul, das zumindest Teilbereiche des Werkstückes abtragen kann,- wobei sowohl das erste als auch das zweite Bearbeitungsmodul mindestens eines der Bearbeitungswerkzeuge aus der Gruppe mechanisches Fräsmodul zur mechanischen Gravur oder Lasermodul zur Lasergravur oder Ritzmodul zum Ritzen bzw. Drehen aufweist, gekennzeichnet durch- zumindest ein Antriebsmodul, das den zylindrischen Körper um seine Rotationsachse vor- und zurückdreht.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bearbeitungsmodul auf einem Schlitten angeordnet ist, der das Bearbeitungsmodul entlang der Rotationsachse des zylindrischen Körpers bewegt.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bearbeitungsmodul auf einem ersten und einem zweiten Schlitten angeordnet ist und- der erste Schlitten das Bearbeitungsmodul radial auf den zylindrischen Körper zu oder weg bewegt,- der zweite Schlitten das Bearbeitungsmodul entlang der Rotationsachse des zylindrischen Körpers bewegt.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Schlitten mindestens ein Bearbeitungsmodul und auf dem zweiten Schlitten mindestens ein weiteres Bearbeitungsmodul angeordnet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bearbeitungsmodul auf dem ersten Schlitten und der erste Schlitten wiederum auf dem zweiten Schlitten angeordnet ist.
- Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitten durch Linearmotoren, Spindeln, Riemen oder Seilzüge bewegt werden können.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul den zylindrischen Körper abhängig von der zu bearbeitenden Kontur um seine Rotationsachse vorund zurückdreht und Zwischenwerte entsprechend interpoliert.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper eine Walze mit kreisförmiger Grundfläche ist.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke gebogen sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei halbkreisförmig gebogene Werkstücke auf der Oberfläche des zylindrischen Körpers angebracht sind, so dass die beiden Werkstücke den Umfang des zylindrischen Körpers nahezu vollständig bedecken.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke durch eine Unterdruckvorrichtung auf der Oberfläche des zylindrischen Körpers gehalten werden.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück eine Originalplatte oder ein Arbeitsoriginal oder eine Zwischenform oder eine Stichtiefdruckplatte ist.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Werkstück optische Strukturen wie beispielsweise Zylinder- oder Lentikularlinsen oder mikrooptische Strukturen wie beispielsweise geblazte Gitterstrukturen, diffraktive Gitterstrukturen, Hologramme, Mikrolinsenstrukturen, fresnellinsenartige Strukturen oder sogenannte Moire-Vergrößerungsanordnungen bzw. die entsprechenden Negativformen erzeugt werden.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bearbeitungswerkzeug ein Fräsmodul mit einer Hochfrequenz-Spindel umfasst.
- Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsmodul zusätzlich ein Minimalmengen Schmier-/ Kühlsystem, eine Beobachtungskamera, eine Absaugung und verschiedene Sensoren umfasst.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug ein Lasermodul mit einer Festoptik oder ein Galvo-Scanner umfasst, der den Laserstrahl auf das Werkstück lenkt.
- Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführung einer Fokuslage des Laserstrahls abhängig von der gemessenen Werkstückwelligkeit über eine Verstellung bzw. Fokusverstellung in radialer Richtung auf den zylindrischen Körper zu oder weg erfolgt.
- Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug ein Ritzmodul wie beispielsweise eine Diamantschneide oder Hartmetallschneide zum Ritzen bzw. Drehen umfasst.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzmodul um seine Längsachse um den Mittelpunkt der Diamantschneide oder Hartmetallschneide drehbar gelagert ist.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Seite des zylindrischen Körpers mindestens ein Werkzeugwechselsystem angebracht ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Werkzeugwechselsystem zusammen mit dem zylindrischen Körper dreht.
- Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeugwechselsystem von dem zylindrischen Körper abkoppelbar ist, so dass es sich nicht immer zusammen mit dem zylindrischen Körper dreht.
- Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeugwechselsystem jeweils aus etwa 60 radial an einem Ring angebrachten Steckplätzen besteht.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computer oder eine CNC-Steuerung die Bewegungen der Bearbeitungsmodule sowie das Antriebsmodul des zylindrischen Körpers steuert.
- Verfahren zur Herstellung von Werkstücken für die Erzeugung von Stichtiefdruckplatten oder zur Herstellung einer Stichtiefdruckplatte, dadurch gekennzeichnet dassa.) auf einem zylindrischen Körper zumindest ein zu bearbeitendes Werkstück befestigt wird,b.) der zylindrische Körper um seine Rotationsachse vor- und zurückgedreht wird,c.) zumindest Teilbereiche des Werkstückes durch mindestens ein Bearbeitungsmodul abtragen werden.
- Verfahren nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der Bearbeitungsmodule sowie des zylindrischen Körpers durch eine Steuereinheit gesteuert werden.
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