FI104707B - Menetelmä ja laite puupinnan muodostamiseksi - Google Patents

Description

1 104707

Menetelmä ja laite puupinnan muodostamiseksi Käsiteltävä keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannossa rajattua menetelmää ja sen soveltamiseen käy-5 tettävää laitetta.

Puuta sahattaessa tai puupintoja käsiteltäessä aivan puun pintaan jää kerros revenneitä ja vahingoittuneita puukuituja sahan tai muiden tällöin käytettyjen leikkuu-työkalujen hienojakoisuudesta huolimatta. Näitä kuidun 10 osia tai muodoltaan muuttuneita putkisoluja esiintyy pinnassa olevana nöyhtänä, joka vaikeuttaa maalin ja liiman tarttumista pintaan, koska ne eivät pysty menemään nöyhdän läpi ja työntymään sen alapuolella olevan lujan ja kiinteän pinnan rakenteeseen. Ulkoilmassa olevat puupinnat, 15 esimerkiksi ikkunanpuitteet ja vastaavat, joudutaan maa laamaan uudestaan suhteellisen usein, koska "nöyhtä" imee kosteutta ja nousee ylös kostealla ilmalla, jolloin maali irtoaa ja kesii, niin että osa nöyhtää irtoaa pinnasta sen mukana. Puupinnat ja nimenomaan katkaistut pinnat, ts.

20 sellaiset pinnat, jotka on katkaistu poikittaissuunnassa puun kuitujen suuntaan tai kerrostumiseen nähden, on vaikea liimata hyvin yhteen pintoja viistoamatta tai liittä-' mättä yhteen.

Jo kauan on yritetty työstää puupinnan ulompaa ker- • '· 25 rosta yksinkertaisella ja varmalla tavalla, niin että täy- sin vahingoittumaton puu tulee näkyviin. Tämä koskee sekä • · : poikittain sahattuja puupintoja että puun kuitujen suun- : • · » täisiä pintoja.

US-patenttijulkaisussa 4 943 700 julkistetaan me-...^ 30 netelmä, jolla puu käsitellään sykkivällä laservalolla, «Il

vaikkakin tässä tapauksessa tarkoitus on, että leikkaami- L

·. nen suoritetaan puuelementin läpi ja katkaistuun pintaan ’:**! saadaan tällöin itsetiivistyvä ja "lämpökiillotettu" ra- kenne kosteuden pitämiseksi materiaalissa, ts. erillään 35 avonaiset huokoset käsittävästä pintarakenteesta.

• I · Ψ f I f -- • « 2 104707

Keksinnön tavoite Käsiteltävän keksinnön eräänä tavoitteena on saada aikaan sellainen puupinta, johon liima ja/tai maali tai muut pinnoitteet tarttuvat tehokkaasti ja/tai estävät al-5 kaneet säröymät.

Keksinnön toisena tavoitteena on saada aikaan sellainen puunkäsittelymenetelmä, joka mahdollistaa kahden puun päätypinnan liimaamisen lujasti yhteen.

Keksinnön tavoitteena on lisäksi kehittää sellainen 10 puunkäsittelymenetelmä, joka mahdollistaa maalin tarttumi sen tehokkaasti puupintaan, ts. katkaistuun pintaan tai kuitujen suuntaiseen pintaan.

Keksinnön tavoitteena on myös saada aikaan sellainen puunkäsittelymenetelmä, jolla pintanöyhtä poistetaan 15 mekaanisesti ja jolloin tarkoituksena on nimenomaan vähentää kuitujen nousemista ylös pinnasta, kun siihen on si-velty liimaa, maalia, muovia, lakkaa ja vastaavaa.

Lisäksi keksinnön tavoitteena on estää alkaneiden säröymien edelleenkehittyminen.

20 Keksinnön kuvaus

Edellä mainittuihin tavoitteisiin päästään patenttivaatimuksen 1 johdannossa rajatulla menetelmällä. Menetelmän ja sen soveltamiseen käytettävän laitteen muita ominaisuuksia esitellään muissa patenttivaatimuksissa.

• ’ 25 Keksinnön mukaan puu säteilytetään suuritehoisella : ’ : sykkivällä valolla säteilytetyn materiaalin kovalenssisi- : dosten särkemiseksi, jolloin säteilytetty materiaali ir- » · · toaa pinnasta.

Säteilytettäessä mekaanisesti käsiteltyä puupintaa 30 sen alla olevan pinnan saamiseksi näkyviin, ts. ensin mai- • · · Γ.. nitun pinnan poistamiseksi, kokeissa on todettu, että ko- • * * ’. valenssisidosten särkeminen voidaan suorittaa lähinnä va- « hingoittuneissa ja tällöin heikentyneissä puukuiduissa ! tässä pinnassa valitsemalla sopivalla tavalla yhdistelmänä • · • f · · · • a l 3 104707 säteen voimakkuus, pulssitaajuus, aallonpituusalue ja yhdistetty säteilytysaika.

Infrapunalasereita tai näkyvän valon lasereita voidaan käyttää edullisesti, koska näitä lasertyyppejä on 5 helppo käsitellä. Tässä tapauksessa on kuitenkin tärkeää, että säde on riittävän voimakas, niin että säteilytetyt hiukkaset saadaan irtoamaan suoraan pinnasta ja että ne voidaan mahdollisesti hajottaa tämän pinnan ulkopuolella. Muuten hiukkaset tarttuvat kiinni toisiinsa, mitä on väl-10 tettävä. On kuitenkin teknisesti edullista säteilyttää pinta ultraviolettilaserilla. KrF-kaasua käyttävä excimer-laser on tyypillinen markkinoitava laser, ja siksi suhteellisen huokea. Sillä saadaan 248 nm:n aallonpituus ja sitä voidaan käyttää hyvin tehokkaasti, vaikka lyhyempiä 15 aallonpituuksia, joiden laserfotonienergiat ovat suurempia, voidaankin saada kaasuilla KrCl, ArF tai F2. On kuitenkin välttämätöntä, että pysytään sillä aallonpituusalueella, joka saa aikaan kovalenssisidosten särkymisen ja jolloin ei siis käytetä sellaisia aallonpituusalueita, 20 jotka ulottuvat röntgensäteen säteilyalueella, koska tällaiset aallonpituusalueet vaikuttavat elektroneihin atomien sisärenkaissa eivätkä yksinomaan niiden ulkorenkais-sa. Ultraviolettilaserit eivät ole kuitenkaan täysin tur- • · vallisia käytössä, mistä johtuen niitä käytetään vähemmän, | 25 mikäli niitä ei voida eristää täysin niiden työnsuoritus- :***: alueella.

• · : Excimer-lasereilla suoritetut testit ovat osoitta- »«· neet selvästi, että ne sopivat hyvin puun käsittelyyn. On todettu, että puun aikaisemmassa mekaanisessa käsittelyssä 30 muuttuneet trakeidit, esimerkiksi katkaistaessa puu sen « · · syihin nähden poikittaissuunnassa, ovat hajonneet tai hä- • · · · · ·. vinneet ultraviolettisäteilyn vuoksi sellaiselle tasolle, jossa puun rakenne on vahingoittumaton.

\ i Vastaava puunkäsittely on saatu myös tangentiaali- 35 sissa ja säteittäisissä puupinnoissa. Se, että ultravio- « 4 104707 lettilaserin aikaansaama hajoaminen tapahtuu murtamalla puumateriaalin kovalenssisidokset, voidaan todistaa sillä, että näin saatu puupinta on täysin puhdas eikä siis palanut ja edelleen sillä, että työprosessin aikana muodostuu 5 kaasumaisia aineita. Näin ollen päätysyypinnassa, joka on käsitelty tämän keksinnön mukaan, on avonaisia ontelolta, joihin esimerkiksi liima ja maali voivat työntyä, ja lisäksi reaktioystävällisiä soluseinämiä, joissa on hyvä sidontapotentiaali.

10 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen ensimmäistä rakennetta, kuviot 2A, 2B esittävät tulosta, joka on saatu ku-15 vion 1 mukaisella laitteella suoritetuissa testeissä, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteen toista rakennetta, kuvio 4 esittää tulosta, joka on saatu kuvion 3 mukaisella laitteella suoritetuissa testeissä, 20 kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen laitteen kolmat ta rakennetta, kuvio 6 esittää tulosta, joka on saatu suorittamal- • la hajotus yhdessä kulmassa, ja kuvio 7 on kaavio sidosenergioista elektronivolt-25 teinä laseraallonpituuteen nähden ultraviolettialueella.

Kuviossa 1 esitetään puupala, jossa on päätysyypin- • · . ta, joka on saatu ensin sahaamalla puu mekaanisesti nor- • « * maaliin tapaan. Kuvioiden 2A ja 2B yläosat ovat suurennet- • · · tuja kuvioita sahatun päätypinnan pintarakenteesta. Puls-... 30 silaser 3, esimerkiksi infrapuna- tai excimer-tyyppinen

• I I

*·., laser, ohjataan ohjauslaitteella 4, niin että se lähet- ♦ · · * tää sellaisen määrän pulsseja, joka on todettu sopivaksi ·:”! asianomaiselle puutyypille, jonka pinta on työstettävä, : jolloin tämä pulssimäärä määrätään alustavilla testeillä.

35 Tällöin oletetaan, että puupinta on työstettävä ja valmis- » · • I I 9 9 • » · • 9 5 104707 tettava sen toiseen pintaan tapahtuvaa liimaamista varten, niin että esimerkiksi useita puupaloja voidaan liimata yhteen. On huomattava, että liimasaumasta tulee hyvin luja liimattaessa yhteen sellaiset puupalat, jotka on käsitelty 5 käsiteltävän keksinnön mukaisella menetelmällä, jolloin pintoja ei tarvitse liittää yhteen vinoliitoksella.

Keksinnön mukaan jokaisen laserpulssin energia on kohdepinnassa niin suuri, että nimenomaan mekaanisessa käsittelyprosessissa vahingoittuneet kuidut höyrystyvät 10 osittain ja irtoavat pinnasta ja lentävät pois siitä. Tämä onkin keksinnön ajatuksen eräs tärkeä piirre. Jokaiseen pulssiin tarvittava säteilyenergia riippuu käytetyn säteilyn aallonpituudesta, vaikka se riippuu myöskin esimerkiksi asianomaisesta puutyypistä ja puun muista ominaisuuk-15 sista, esimerkiksi siitä asteesta, johon puu on kuivattu, ja pinnan rakenteesta ennen valokäsittelyä.

Hyvänä arvosteluperusteena voidaan pitää sitä, että useimmissa tapauksissa pulssienergian tulisi olla 1 J/cm2 tai enemmän valon aallonpituuden ollessa noin 240 nm. Suu-20 rempia aallonpituuksia varten tarvitaan suurempia energioita, esim. näkyvän valon infrapuna-alueella esiintyville aallonpituuksille. Pulssitaajuus on mieluummin melko pieni, esimerkiksi 1 - 300 Hz, mieluimmin 10 - 50 Hz.

Pulssit ovat lyhyitä pulssiväleihin nähden (esimerkiksi * ' > 25 1 - 10 ns).

ί 1 i Käsittelypulssien määrä pinta-alayksikköä kohden : voi myös vaihdella tuntuvasti työstämättömän tai käsitte- ··♦ - .‘Γ; lemättömän pinnan rakenteesta riippuen myös silloin, kun pinta on päätysyypinta tai syiden mukainen pitkittäispin- '...m 30 ta. On huomattava, että excimer-laserin käyttäminen saa • · » 1«. aikaan pienemmän herkkyyden pulssienergian oikeaa säätä- • · · *. mistä varten, koska pintaan valaistun materiaalin sulami- *·”ί nen kuumuudessa on vähemmän todennäköistä esimerkiksi ult- i raviolettiaallonpituuksilla kuin infrapuna-aallonpituuk- . ’ 35 silla. Toisaalta on välttämätöntä, että saadaan riittävän • t r m > 1 • — · • « 6 104707 suuri pulsslenergla pinta-alayksikköä kohden infrapunalaseria käytettäessä, niin että voidaan estää pinnan palaminen ja huokosien tukkeutuminen. Työturvallisuuden kannalta infrapunalaser tai näkyvän valon laser ovat helpompia kä-5 sitellä ja niitä suositellaankin tästä syystä.

Ohjauslaite 4 ohjaa myös optista yksikköä 5, joka suuntaa lasersäteen laserista 3, niin että koko käsiteltävä pinta saa säteilyn.

Optinen yksikkö 5 pystyy toimimaan monella eri ta-10 valla. Kun käytettävissä on riittävän suuri laserenergia, optinen yksikkö pystyy joko kääntämään suorakulmasäteen laserista 3 niin, että säde peittää pinnan, tai se voi saada aikaan sen, että säde pyyhkäisee pinnan inkrementti-toimintona, tai se voi jakaa säteen useiksi vierekkäisik-15 si, yhdensuuntaisiksi sädekimpuiksi, tai se voi myös koordinoida säteilyn, joka tulee useista samanlaisista lasereista 3 (ei esitetty), niin että niiden säteilykimpun säteet kohdistuvat käsiteltävään päätypintaan rinnakkain, jolloin homogeeninen säde kohdistuu koko pintaan 2 jokai-20 sella pulssilla.

Useita lasereita voidaan ohjata myös samanaikaisesti. Alan asiantuntijat tuntevat hyvin järjestelyt, jotka koskevat säteen suunnan muuttamista, pyyhkäisyä, jakamista ja ohjaamista haluttuun suuntaan, joten niitä ei tarvitse • 25 selostaa tässä yksityiskohtaisesti.

: '.· Säteilytettäessä puumateriaalia ja särjettäessä tällöin kovalenssisidokset syntyy sekä pölyä että kaasu-: maisia aineita. Näin ollen kaasun ja pölyn imulaite 6 si joitetaan mieluimmin puun työstettävän pinnan lähelle näi-30 den kaasujen poistamiseksi. Laite 6 esitetään kaaviona ♦ .*:·. kuviossa 1, jossa se on sijoitettu puupinnan 2 toiselle • · · • _ puolelle, vaikka onkin selvää, että kaasunimulaite voidaan * " sijoittaa sen sijaan puupinnan ympärille kaasujen poista- '· miseksi tehokkaasti ja varmasti.

• « · 7 104707

Nimenomaan infrapunatyyppisiä lasereita käytettäessä on tärkeää, että säteilytetystä pinnasta irronneet hiukkaset poistetaan varmasti pinnasta, niin että ne eivät laskeudu pintaan ja sula siihen. Tämän vuoksi kaasun- ja 5 pölynimulaitteen lisäksi tai vaihtoehtona sille voidaan järjestää puhalluslaite 7 (kaaviona kuviossa 1), joka puhaltaa puupinnan puhtaaksi laserkäsittelyprosessin aikana.

Joko puhalluslaite tai imulaite tai nämä molemmat laitteet voivat toimia pulssivaikutuksella, jolloin pystytään vielä 10 tehostamaan kaiken puupinnasta irronneen materiaalin poistamista siitä tehokkaasti.

Kuviot 2A ja 2B esittävät erilaisia suurennuksia samasta puupinnasta, joka on saatu keksinnön mukaisissa testeissä. Partakoneen terä pantiin pinnan päälle sen ra-15 jäämiseksi osittain, nimenomaan kuvioiden 2A ja 2B yläosassa, niin että pystytään ilmaisemaan selvästi pinnan ulkomuoto ennen sen käsittelemistä keksinnön mukaan ja myös käsittelyn jälkeen. Esitetyn pinnan alaosa havainnollistaa selvästi pulssisäteilyllä poistettua pinnan vahin-20 goittumatonta solurakennetta. Näistä kuvioista voidaan nähdä, että liima ja maali pystyvät tarttumaan tehokkaasti . . puuhun, kun ne imetään avonaisiin soluihin. Avonaisella solurakenteella on myös usein jonkin verran karkea sisä-’ ' pinta, joka mahdollistaa liiman ja maalin paremman kiin- • " 25 nittymisen.

• » * : Testissä käytettiin havupuuta. Säteilylähteenä oli excimer-laser, jonka aallonpituus oli 248 nm ja säteily-energia 900 mj/cm2/pulssi sädealueen ollessa 55 mm2. Kuvioissa 2A ja 2B esitetty testikappale oli mäntyä ja sitä 30 säteilytettiin 100 pulssilla.

.·;·. Testejä suoritettaessa huomattiin, että tällainen • · · • säteily vaikuttaa tehokkaammin kevätpuuhun kuin syksypuu- • •»m * * hun. Erilaiset puutyypit reagoivat myös eri tavalla. Näin t ’·"· ollen ohjauslaitteen ulkopuolisen ohjauksen tulisi mm.

:'.<t 35 hankkia tietoja asianomaisesta puutyypistä ja myös muita • * — 8 104707 tietoja käsiteltävästä puusta, esimerkiksi siitä, oliko kyseessä keväällä vai syksyllä kaadettu puu, kuinka kauan puu oli ollut varastoituna ennen sen käsittelemistä, mihin asteeseen puu oli kuivattu jne. Ohjauslaitteeseen 4 voi 5 olla myös tallennettu tietoja fotonienergiasta, joka tarvitaan eri tilanteissa ja tällöin myös esimerkiksi säteen ja sen pulssimäärän sopivasta keskittämisestä, joka tarvitaan asianomaisen puupinnan käsittelemiseksi tehokkaasti.

Kuviossa 3 esitetyssä rakenteessa maalatut lankut 10 tai puutavara käsitellään keksinnön mukaisella menetelmällä. Sahattu lankku 10 syötetään suljettuun tilaan 11, jossa on useita lasereita, jotka on suunnattu niin, että niiden säteilemä valo kohdistuu vinosti lankun normaalipin-taan nähden kulmassa a. Suljettu tila 2 on erotettu ympä-15 ristöstä joustavalla tuloaukolla 13 tai vastaavalla, jonka läpi lankku syötetään edellä mainittuun tilaan. Esimerkiksi excimer-lasereita voidaan tämän vuoksi käyttää edullisesti tässä rakenteessa, vaikka infrapunalasereita pitäisikin ehkä käyttää turvallisuussyistä. Lasereilla 12 voi 20 olla suhteellisen leveä säde lankkuun nähden poikittais-suunnassa ja säteiden lukumäärä määräytyy sen mukaan, . . kuinka hyvin lasersäteet peittävät lankun. Vaihtoehtoises ti riittää yksi laser, jota siirretään lankun ympärillä sen käsittelyprosessin aikana. On myös mahdollista, että • " 25 käytetään useita lasereita, joita liikutetaan edestakaisin t · · ί V lankun kehän suunnassa. Lasereita 12 ohjataan elektronioh- jauslaitteella 121 sekä pulssinlähetys- ja liikekuvioihin :: : nähden että myös laserien koordinoimiseksi lankun mennessä tilan 11 läpi.

30 Jokainen laser on sijoitettu vinosti kulmaan a, « niin että samalla kun vahingoittunut ulkokerros poistetaan • · · • # lankusta, irronnut ja usein pöly- tai jauhemainen mate- ’ * riaali ohjataan pois lasersäteestä, niin ettei se jää sen • : kohdalle, mikä alentaisi säteen työtehoa puupinnassa. Il- 35 mavirta ohjataan myös käsittelyalueille puhalluslaitteesta 9 104707 14 lmulaltteeseen 15, niin että pystytään poistamaan nopeasti kaikki hiukkaset ja kaasut siihen suuntaan, johon käsiteltävä materiaali tulee ulos lasersäteilyn vaikutuksena aikana. Imulaitteessa 5 voi olla suodatinlaite hiuk-5 kasten ja vahingollisten kaasujen poistamiseksi ilmavirrasta ennen sen päästämistä ulos tai kierrättämistä uudelleen käsittelyalueella.

Kuvio 4 on valokuva lankun pintarakenteesta ja kuvion yläosassa 4A nähdään pintarakenne ennen sen laserkä-10 sittelyä, ja alaosassa 4B pintarakenne näkyy laserkäsitte-lyn jälkeen. Kuvioista nähdään tällöin selvästi, että la-serkäsittely muodostaa avohuokoisen pintarakenteen myös puun kuitujen suunnassa, niin että liima, muovi, maali ja vastaava materiaali voivat imeytyä puuhun ja kiinnittyä 15 siihen hyvin tehokkaasti. Kuvion 4 esittämässä testissä käytettiin sykkivää ultraviolettisäteilyä, jossa käytettiin 20 pulssia pulssitaajuuden ollessa 50 Hz.

Esimerkiksi maalauskäsittelyä suoritettaessa päästään parhaaseen tulokseen, jos maali sivellään asianomai-20 seen pintaan, ennen kuin ilma on ehtinyt hapettaa sen.

Tällöin lankku voidaan kuivata ennen sen käsittelemistä, . . jolloin avonaisissa soluissa ei ole nestettä niin paljon, 1 _ ' että se estää maalin imeytymisen pintaan. Kuvion 3 esittä mässä rakenteessa lankku ohjataan maalausasemalle 16, jos- • · .1 ” 25 sa se maalataan esimerkiksi ruiskulla. Lankun annetaan

: V myös mennä jonkinlaisen seulalaitteen 17 läpi, niin että I

• _ lähinnä estetään jossain määrin ilman imeytyminen suljetun : tilan 11 lankun poistopäästä, niin ettei se pääse vaikut tamaan ruiskumaalaukseen. Seulalaite 17 voi käsittää myös 30 lankun harjauslaitteen, joka harjaa lankun puhtaaksi ennen - sen maalaamista. On myös mahdollista, että tällä asemalla « » » - • ^ on imulaite, joka poistaa lankun avonaisissa soluissa mah- ' 1 dollisesti olevan kosteuden, jos lankkua ei ole kuivattu *"· ennen sen maalaamista. On huomattava, että eri yksiköt on • 35 esitetty kuvioissa vain kaavioina haluttaessa lähinnä ha- t I I · — • 1 10 104707 vainnollistaa niiden erilaisia toimintoja eikä niinkään niiden varsinaisia rakenteita.

Keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan käyttää muodoltaan erilaisten pintojen käsittelyyn. Maali 5 ja liima pitäisi saada tarttumaan hyvin myös rakenteen kulmiin ja vastaaviin paikkoihin. Muodoltaan erilaista puutavaraa pitäisi myös pystyä käsittelemään yksilöllisesti. Voidaan myös järjestää liikkuva kuljetin, joka vastaa kuviossa 3 esitettyä ja jossa liikkuvaan työrataan kiinni-10 tetyt työkappaleet voidaan ohjata eri asemien läpi.

Kuvio 5 havainnollistaa kuitenkin toisenlaista rakennetta, jossa on tässä tapauksessa robotti 21, joka on tarkoitettu käsittelemään imupöytään kiinnitetty työkappa-le 21. Pöydän yläpinnassa on useita reikiä. Ilma imetään 15 reikien kautta puhaltimelle (ei esitetty), joka on sijoitettu pöytään. Pöydälle pantu työkappale pysyy paikallaan siinä imulla. Robotissa on varsi 24, joka on nivelletty niin, että sen ulompi pää voi liikkua kolmiulotteisten paikkojen välillä. Varren ulkopäähän on kiinnitetty valon-20 lähde, esimerkiksi laser. Varren ulkopäähän voidaan myös syöttää paineilmaa 24', joka virtaa ulos laserin 25 ympä-. . rille. Varren ulkopäässä voi olla myös lisävalonlähde 26, *’·' joka on sijoitettu vaihtoehtoisesti heti laserin 25 koh dalle.

: 25 Ennen laitteen ottamista käyttöön sen käyttäjä voi « I Ψ : ’.· sytyttää lisävalonlähteen 26 ja siirtää vartta 24 työkap- paleen 22 ympärillä, jolloin työkappaleen jokaiseen koh-taan tulee valoa valonlähteen liikkuessa. Robotissa 21 on ohjausyksikkö 27, joka on tietokone, jossa on muisti 28 30 laitteen käyttäjän liikekuvioiden tallentamiseksi, ja näp-päimistö 29 ohjausyksikön 27 valvomiseksi ja yksilöllisten 4 9 9 tietojen näppäilemiseksi tietokoneeseen työkappaleen puu-·" materiaalista ynnä muusta.

Kun liikekuvio on kirjoitettu muistiin 26, joka voi :·. 35 olla joko tilapäinen tai kiinteä mutta uudelleenohjelmoi- 'll· 11 104707 tava muisti (EEPROM), laitteen käyttäjä voi poistua siltä alueelta, jossa robotti ja työkappale ovat, käynnistää robotin, niin että se suorittaa ohjelmoidun liikemallin pulssilaserin 25 toimiessa imupöydässä 23 tulevan voimak-5 kaan imun kanssa ja puhaltaessa ilmaa työkappaleen päälle varren 24 ulkopäästä. Ohjausyksikkö 27 on ohjelmoitu niin, että se laskee tarvittavan valopulssimäärän pinta-alayksikköä kohden jne. työkappaletta koskevien tietojen perusteella ja tekee vaihtoehtoisesti myös korjaukset ohjelmoi-10 tuun liikemalliin nähden, niin että voidaan varmistaa, että työkappaleen pinta saa mahdollisimman homogeenisen valopulssikäsittelyn.

Kuvio 6 on suurennettu kuva ja havainnollistaa tulosta, johon on päästy poistamalla kulmarakenteen sisäosa.

15 Kuvio esittää avonaista solurakennetta selvästi, yhtäältä poikittain puun kuitujen suuntaan nähden ja toisaalta kuitujen pituussuunnassa.

Tarvittavien käsittelypulssien määrä voi vaihdella puun erilaisista ominaisuuksista johtuen. Näin ollen var- 20 ren 24 päähän voidaan tehdä useita ulokkeita 30, 31, 32 tai vastaavia, joiden avulla laitteen käyttäjä voi osoit- " . . taa, onko työkappaleen valaistu puoli syiden poikittais- ^ tai pituussuuntainen vai onko pinta kallistettu näihin suuntiin, ja tietokone voi sitten laskea sopivan määrän = ‘ ’ 25 valopulsseja pinta-alayksikköä kohden asianomaisia sivuja » » · - : V varten.

« - - :,·.ί Testi suoritettiin mäntykappaleella. Säteilylähtee- ~ :T: nä käytetyn excimer-laserin aallonpituus oli 248 nm, sä- teilyenergia 100 mJ/cm2/pulssi ja säteen pinta-ala 55 mm2, 30 mutta se suippeni 6 mm2:n kohdealueella.

Puun muodoltaan muuttuneissa ja/tai kokoonpuristu- 1 » i · '» ^ neissa kuitupaloissa oli murskattuja vyöhykkeitä, jotka ’ ' voivat jännitettyinä niiden deformaatioiden kanssa, jotka « — 'p '* johtuvat esimerkiksi kosteuden liikkeistä tai ulkopuoli- . . 35 sista kuormituksista, aiheuttaa jännityskonsentraatioita, • « * · 12 104707 joista säröymät voivat alkaa. Kuvio 7 esittää sen pinnan poistamista, jossa säröymävyöhykkeen muodostuminen alkoi, kohdassa S, mutta jossa säröymän jatkuminen edelleen pysähtyy pinnan poistamisen jälkeen. Haluttaessa rajoittaa 5 säröymän muodostumista vielä enemmän keksinnön mukaisella poistomenetelmällä laserkäsittelyä voidaan vaihtoehtoisesti jatkaa kauemmin kuin mitä tarvitaan pelkästään pinnan saamiseksi näkyviin puun poistamiseksi syvemmästä kerroksesta kuin vain siihen kerrokseen asti, johon säröymä tai 10 säröymät eivät olleet vielä ehtineet tai jossa säröymän muodostuminen tässä syvyydessä on merkityksetöntä, ja suhteellisen puhtaan pinnan saamiseksi esiin.

Kuvio 8 esittää kaaviona, kuinka monien molekyylien kemialliset sidokset voidaan särkeä yhden fotonin vuorot-15 televalla vaikutuksella käyttämällä sopivaa excimer-lase-rin aallonpituutta ja laserin fotoenergiaa erilaisilla aallonpituuksilla ja laserissa sellaista kaasua, jolla saadaan erilaiset aallonpituudet. On siis selvää, että excimer-lasereita, ainakin 157 - 351 nm, voidaan käyttää 20 puumateriaalien kovalenssisidoksien särkemiseen. Excimer-laser, joka synnyttää säteilyenergiaa, jonka aallonpituus on 248 nm, jolloin on kyseessä keksintöä testattaessa käy-tetty laser, on eniten markkinoitu excimer-laser tyyppi.

Kuvion 8 kaaviosta voidaan kuitenkin nähdä, että

f I

25 energianäkökulmasta on edullista valita sellainen excimer- Ψ 9 9 I. , laser, jonka aallonpituus on 157 nm ja sitä lyhyempi, kos- • · · * ;* ka laserin fotoenergia kasvaa laserin aallonpituuksien • · i ’···* lyhentyessä. Kuitenkin voidaan käyttää näkyviä infrapuna- · · * lasereita, varsinkin lähi-infrapunatyyppisiä, koska nämä 30 lasertyypit varoittavat luonnollisella tavalla niiden : käyttäjää siitä, että laser on toiminnassa, kun taas exci- mer-laser voi aiheuttaa vahinkoa ilmoittamatta siitä etu-käteen.

On myös huomattava, että laservalosäteily ei ole 35 keksinnön välttämätön piirre, koska keksinnön mukainen | -Ί 104707 13 menetelmä ei ole rajoitettu koherentin ja/tai monokromaattisen säteilyn käyttämiseen. Valonlähteen pitäisi kuitenkin joka pulssilla synnyttää sellainen säteilyenergia, joka on niin suuri, että luonnollinen valinta on laser.

5 On myös huomattava, että keksinnön suojapiirin puitteissa siitä voidaan tehdä erilaisia muunnelmia seu-raavissa patenttivaatimuksissa määritellyllä tavalla.

. I 1 _ • · · • · · • · • · • · · • · · • · · • · ♦ • · · • · « • · « • · · - - -• · · • · · • · » • · · ~ • · » t « f · • · » f · — 1 1 —

Claims (10)

14 104707

1. Menetelmä, jolla muodostetaan mekaanisesti käsitellystä puupinnasta sellainen pinta, johon liima ja/tai 5 pinnoitteet, esimerkiksi maali, kiinnittyvät tehokkaasti ja/tai jolla pysäytetään alkaneet säröymämuodostumat, tunnettu siitä, että puupinta säteilytetään puls-sivalolla, jolla on niin suuri valovoima pulssia kohden puun yksilöllisistä ominaisuuksista ja käytetyn valon aal-10 lonpituudesta riippuen, että säteilytetyn materiaalin ko-valenssisidokset pystytään särkemään puun pinnan säteily-tetyllä alueella, ja jolloin käytetään riittävä määrä pulsseja vahingoittuneen pintasolurakenteen poistamiseksi ainakin sellaiseen syvyyteen asti, että pinnan solurakenne 15 saadaan näkyviin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pintaa säteilytetään tietyssä kulmassa siihen nähden, esimerkiksi vinosti tai poikittain pintaan nähden, pulssivalolla, jonka aallonpituus valitaan 20 infrapunasta ultraviolettiin, kunnes puun pinnassa olevat putkisolut on poistettu.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pintaa säteilytetään pulssit , käsittävällä ultraviolettilaservalolla, esimerkiksi exci- 25 mer-laservalolla. • «i *. . 4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai- « * · • ·’ nen menetelmä, tunnettu siitä, että synnytetään • « « ilmavirta, jonka tarkoitus on poistaa käsitellystä puupin- • · · nasta materiaali, joka on irronnut ja/tai muodostunut jau-30 heeksi, sumuksi valosäteilytyksen vaikutuksesta.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai- ;*·*; nen menetelmä, tunnettu siitä, että puupinnan pulssivalokäsittely ulotetaan puussa sellaiseen syvyyteen, jossa säröytyrnien muodostuminen on vähäistä. ; 35 104707 15

6. Laite, jolla mekaanisesti käsitellystä puupinnasta muodostetaan sellainen pinta, joka muodostaa hyvän kiinnitysalustan liimalle ja/tai pinnoitteille, esimerkiksi maalille ja/tai jolla alkanut säröytymien muodostuminen 5 pysäytetään, tunnettu siitä, että siinä on a) säteilylähde (3), joka synnyttää niin voimakkaan pulssisäteilyn, että se särkee puumateriaalin kovalenssi-sidokset käytetyn valon aallonpituudella ja asianomaisen pinnan puunlaadusta riippuen säteillyn valon ollessa suun- 10 nattu siihen puumateriaaliin, johon edellä mainittu pinta halutaan muodostaa, ja b) ohjauslaite (4), jolla säädetään sädelähteellä säteilytettävä pinta ainakin siihen säteilypulssien määrään nähden, joka tarvitaan puupinnan solurakenteen saarni- 15 seksi näkyviin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite jo mekaanisesti työstetyn puupinnan käsittelemiseksi, tunnet-t u siitä, että siinä on optinen yksikkö (5), jota ohjataan ohjauslaitteella (4, 12, 27) sädelähteen suuntaami- 20 seksi tietyssä kulmassa puun pintaan nähden ja jolla saadaan käsittelyprosessin aikana sellainen käsittelyvoimak-kuus ja pulssimäärä, jotka tarvitaan eri osien poistami- ” seksi puupinnasta.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite, .. 25 tunnettu siitä, että siinä on kaasunimulaite (6, • · · . 15, 23), joka on sijoitettu lähelle sitä paikkaa, jossa • * « * puun käsittely tapahtuu. · ·

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen laite, ··· ____ _ *.* * tunnettu siitä, että siinä on puhalluslaite (7, 30 14, 24'), joka on sijoitettu lähelle sitä paikkaa, jossa : puun käsittely tapahtuu.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen lai- » ' . te, tunnettu siitä, että ohjauslaite (4) ohjaa sädelähdettä niin, että käsitellyn pinnan käsittely ulot- 35 tuu ainakin siihen syvyyteen, jossa säröymien muodostumi-: '·. nen on vähäistä. 16 104707