WO2009010244A1 - Method for operating a laser engraving device - Google Patents

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WO2009010244A1
WO2009010244A1 PCT/EP2008/005698 EP2008005698W WO2009010244A1 WO 2009010244 A1 WO2009010244 A1 WO 2009010244A1 EP 2008005698 W EP2008005698 W EP 2008005698W WO 2009010244 A1 WO2009010244 A1 WO 2009010244A1
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WO
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laser
printing
laser beam
embossing
engraving
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Application number
PCT/EP2008/005698
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Georg Schepers
Stephan Brüning
Original Assignee
Schepers Gmbh + Co. Kg
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    • B41C1/02Engraving; Heads therefor
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/24Ablative recording, e.g. by burning marks; Spark recording

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a laser engraving device for the engraving of printing or embossing forms, wherein a surface of the printing or embossing forms is divided into a plurality of surface points to be engraved, with a laser, with a laser downstream acousto-or electro-optical A modulator for laser beam deflection, wherein from the modulator from a laser beam path leads into an absorber, wherein another laser beam path leads to a surface point on the surface of the engraved printing or embossing mold and wherein the laser beam on the other laser beam path undergoes a deflection or a further deflection, and at least one further laser beam path is thus formed, which also leads to at least one further surface point on the surface of the printing or embossing mold,
  • An engraving of the type indicated above is usually carried out on the basis of stored digital data, wherein the database represents an image resolved in pixels.
  • each pixel is assigned a grayscale or intensity value between 0 and 255 at 8 bits of data depth.
  • the modulator not only switches the laser beam off and on, but also intensity modulation of the laser beam in a number of intensity levels corresponding to the number of gray level or intensity values. In this case, the respectively required laser beam intensity can be adjusted from pixel to pixel to the respectively required value by the modulator.
  • a disadvantage of this method is that the closely adjacent and simultaneously occurring engraving of the dot matrix can affect each other unfavorable, so that the engraving does not always achieve the desired or required quality.
  • An unfavorable influence occurs in particular when material is removed from the surface of the printing or embossing mold; in a mask exposure without material removal, there is no such disadvantage.
  • the laser beam strikes the predetermined focal point on the printing plate surface for a longer time. Due to the incident for a relatively long time laser beam material is evaporated directly from the surface of the printing plate, wherein the surface according to the cited document is a ceramic surface.
  • a disadvantage is to look at this method that it comes to a considerable heat generation and action here due to the relatively long exposure time of the laser beam on the same surface point of the engraved printing or embossing form, leading to undesirable changes in the material of the printing or embossing mold in the environment Cell or cell comes.
  • relatively large amounts of ablation residues are formed in gaseous form and there are stored relatively large and many particles blown off the surface in the surrounding area. the cell or well on the surface of the printing or embossing mold. As a result, only a limited quality of the engraving can be achieved.
  • Another laser engraving device is known from WO-A-97/19783.
  • This document describes a laser engraving system for engraving a workpiece surface, comprising a laser beam source, a modulator arranged in the beam path of the laser beam source, an optics arranged downstream of the modulator, which is arranged at a distance from the workpiece surface, whereby optics and workpiece are moved relative to one another, and a control device, which controls the modulator with a control signal, so that its incident on the workpiece surface output radiation is modulated in accordance with the control signal and the workpiece surface processed accordingly deep.
  • the workpiece may, for example, be a roller with a rubber or plastic coating.
  • a second laser beam source is provided, which is controlled by the control device with a second control signal.
  • the fine structures of the profile to be produced in the workpiece surface are to be formed by the first laser beam guided via the modulator, while the depth regions of the profile are to be formed by the laser beam of the second laser.
  • the modulator on the one hand and the second laser beam source on the other hand driven by interconnected, but separate control signals.
  • the two perpendicularly polarized laser beams from the modulator on the one hand and the second laser beam source on the other hand are transmitted or reflected by a selective mirror and passed together via an optical system to the workpiece surface to be machined.
  • this laser engraving device the technical complexity is relatively high, since two lasers must be used.
  • this laser engraving system is only economically usable when particularly large engraving depths are to be achieved, which are not achieved with the use of a single laser.
  • the task is to provide a method of the type mentioned above, in which the disadvantages set out above are avoided and in particular a very fast as well as high quality, reproducible engraving, even with a significant material removal from the surface to be engraved printing or embossing mold can be achieved.
  • the method for engraving rotary printing or embossing forms is carried out with their rotation, wherein with each revolution of the printing or embossing mold a plurality of laser pulses or laser pulse trains are applied to the surface thereof,
  • each surface point of the printing or embossing mold at least two laser pulses or laser pulse trains with a time interval which is greater than the time interval between two temporally immediately successive laser pulses or laser pulse trains applied, and
  • each surface point is not processed with a single laser pulse, but by multiple laser pulses or laser pulse trains that hit the specific surface point with time. Between the impingement of the individual laser pulses or laser pulse trains there is a certain period of time, which is so great that a mutual disturbance of the laser pulses or laser pulse trains striking the same surface point occurs is excluded. At the same time, the performance of the laser is well utilized by the application of two laser pulses or laser pulse trains, which follow one another directly in time, onto two different, spaced-apart surface points, thus avoiding unproductive dead times.
  • the distribution of the energy for engraving a certain surface point on a plurality of laser pulses or laser pulse trains a thermal overstress and thereby possibly caused damage to the material of the printing or embossing mold is excluded. In this way results in a very fast engraving with very high quality engraving.
  • the engraving of the rotary printing or embossing forms seamlessly along a helix and that the two different, spaced-apart surface points lie in two axially spaced circumferential tracks of the helix and / or are spaced apart in the circumferential direction of the printing or embossing molds.
  • the engraving along a helix further contributes to a high engraving speed, since this type of engraving is much faster than a block engraving, in which a discontinuous feed movement from one circumferential track to the adjacent circumferential track is required.
  • the movement of the laser engraving device can take place at a constant speed relative to the printing or embossing mold, which results in the mentioned faster engraving and also simplifies the execution of the method technically.
  • the position of the two different, spaced-apart surface points which are acted upon by two temporally successive or simultaneous laser pulses or laser pulse trains, there is a large freedom, since the distance can be in the circumferential direction, in the axial direction or in an intermediate direction.
  • the distance of the two spaced-apart surface points is expediently chosen such that the effects produced by the first laser pulse or laser pulse train, such as plasma formation, ablation residues in gaseous form or particles blown off the printing or embossing mold surface, do not cause any interference, in particular no absorption effect on the immediately following time exercise second laser pulse or laser pulse train.
  • the actually selected distance is expediently determined in practice in such a way that the spatial extent of the effects produced by the first laser pulse or laser pulse train is determined by experiments and that then the distance is selected according to the aforementioned specifications.
  • the distance is chosen as large as necessary and as small as possible in order to eliminate the interference while keeping the deflection of the laser beams as small as possible.
  • the zero-order beam is guided into the absorber from the modulator via a first laser beam path and the first-order beam is guided to the surface of the printing or embossing mold via a second laser beam path.
  • the laser beam of the first order that is the beam deflected in the modulator, is used for the engraving.
  • the intensity of the laser beam for the engraving can thus be varied between zero and a maximum value, which depends on the effectiveness of the modulator, by means of a single modulator.
  • the method in this embodiment can therefore be technically implemented relatively easily.
  • An alternative method embodiment proposes that further modulators are arranged in series with the modulator such that the beam of zeroth order is guided through all modulators through a first laser beam path to the surface of the printing or embossing mold and that from each modulator via a second laser beam path the first-order jet is conducted into the absorber as a common absorber or into its own absorber.
  • the intensity of the Abtragsstrahls is determined by the RF power applied to the modulators, and thus can be controlled continuously.
  • a structure for carrying out the method can be constructed as a single-beam or multi-beam system in combination with a downstream deflection unit, such as a polygon mirror.
  • a modulator of, for example, 60%
  • a minimum of 1.0% of the laser beam power is transmitted to the surface of the printing or embossing mold when, for example, five modulators are used.
  • the number of modulators depends in particular on how far the laser beam intensity has to be reduced at most so that the minimum laser intensity does not cause any interference. kung causes more on the surface to be machined.
  • the laser beam properties are not affected by the diffraction of the modulators or by the RF power because the laser beam used for engraving is simply transmitted through the modulator crystal only.
  • a particularly high overall efficiency is achieved here, since as maximum power practically the entire laser power, only reduced by low transmission losses in the modulators, reaches the surface to be processed. Furthermore, by this method, a more accurate intensity control possible.
  • the invention proposes that one or more ultra-short pulse lasers are used.
  • the generated and applied ultrashort laser pulses or laser pulse trains contribute to a gentle engraving of the printing or embossing mold. Since the energy is applied in a very short period of time, there is a so-called "cold" erosion, in which the material hit by the laser pulse or Laserpulszug is completely and very quickly evaporated at the surface point of the printing or embossing mold, without it becoming a In addition, an undesirable liquid state of the material leading to crater edges or splashes of material in the vicinity of the surface point is virtually completely avoided.
  • laser pulses with a length between 0.1 and 100 picoseconds are applied in pulse trains through an external modulator / deflector.
  • a further contribution to achieving a high engraving speed is provided by the fact that preferably the Laserp ⁇ lse be applied with a repetition frequency between 1 MHz and several 100 MHz.
  • This high repetition frequency of the laser pulses allows rapid engraving with a correspondingly high speed of the engraved printing or embossing mold, whereby the engraving time can be kept very short even with large printing or embossing forms.
  • the invention proposes that the pulse train length, the surface point and the amplitude be controlled by the external modulator / deflector.
  • the point of impact of the laser pulses or laser pulse trains is "jump" on the surface of the printing or embossing mold. that a signal fed into the acousto-or electro-optical modulator for laser beam deflection is varied, and thus a deflection angle of the laser beam and the surface point of the printing or embossing form hit by the laser beam are changed.
  • the laser beam on which the laser pulses or laser pulse trains reach the surface of the printing or embossing mold can be deflected without any mechanical aids, which ensures a very fast and precise deflection.
  • Another embodiment of the method provides that instead of the acousto-electro-optical or electro-optical modulator or in addition to the acousto-or electro-optical modulator laser beam deflection is performed by a rotating polygon mirror.
  • the productivity of the process depends essentially on a maximum possible speed of the printing or embossing mold to be processed, the achievable speed is on the order of about 2,0007min.
  • the rotating polygon mirror With the rotating polygon mirror, the maximum possible deflection angle becomes many times greater, so that a very high productivity can be achieved even at reduced speed of the printing or embossing mold.
  • the rotating polygon mirror as seen in the laser beam direction, to be arranged behind the optionally used acoustoelectronic or electro-optical modulator.
  • An angularly large fanning of the laser beam is so advantageous only shortly before the surface of the printing or embossing mold to be processed.
  • the rotation of the polygon mirror, a rotation of the printing or embossing mold and an axial feed of the laser engraving device are synchronized with each other.
  • each rotation and the feed are detected via at least one associated electronic encoder with an accuracy of at least 1 micron.
  • Another way to increase the productivity of the method is that two or more laser beams are supplied to the polygon mirror. If necessary, the polygon mirror can be cooled to avoid thermal overload.
  • a contribution to the widest possible working range on the surface of the printing or embossing mold is that preferably the two or more laser beams are supplied to the polygon mirror at different angles of incidence.
  • At least one measuring beam of a measuring device for an optical surface measurement of the printing or embossing mold is guided over the polygon mirror. In this way, an additional benefit of the polygon mirror is achieved.
  • a further development proposes that with the measuring device a separate surface measurement of the printing or embossing mold after completion of the mate- rialabtrag is made.
  • the material removal can be documented, which is advantageous for a secure quality control.
  • the measuring device can be used to perform an integrated surface measurement of the printing or embossing mold during material removal, and measurement results of the measuring device can then be used for active control of the material removal.
  • the current machining operation can be constantly monitored and corrected for deviations from a target value. This leads to particularly high qualities of processing and avoids rejects due to no or too late noticed processing errors.
  • the polygon mirror is preferred for the method according to the invention.
  • a mechanical mirror galvanomirror
  • a miniature mirror array or an electro-optical modulator to be used instead of the rotating polygon mirror.
  • the invention proposes that the focus of the laser beam is tracked by a lens system with adapted lens design as a function of its current deflection angle. This ensures that the focus of the laser beam is always exactly at the point of impact on the surface of the printing or embossing mold and not in front of or behind it. In this way, the maximum possible resolution and accuracy of the engraving is guaranteed.
  • a lens system with adapted lens design as a function of its current deflection angle.
  • an F-theta lens can be applied, in which by the entrance angle a certain location on the printing or embossing mold, which may be a cylinder in particular, is achieved.
  • the lens design is designed so that focus points on the working range of this lens in a plane, so on the printing form surface lie.
  • Another measure for achieving a particularly accurate and reproducible engraving result is that the engraving is superimposed on a cleaning process, with which each surface point is cleaned after applying a laser pulse or laser pulse train before another laser pulse or laser pulse train is applied to the same surface point.
  • the cleaning process is preferably carried out by brushing, also ultrasound-assisted brushing, or by sand blasting or by means of a plasma cleaning process.
  • a combination of different cleaning processes is of course possible.
  • an acousto or electro-optical modulator / deflector Due to physical conditions, the working range of an acousto or electro-optical modulator / deflector is limited in terms of the maximum possible deflection angle of the laser beam.
  • Commercially available acoustoelectronic or electro-optical modulators / deflectors have, for example, a working range with regard to the fed-in modulation frequency of 30 MHz, in which a constant efficiency is achieved.
  • the bandwidth of the frequency of 30 MHz corresponds to a maximum deflection angle of 1 to 3 °, depending on the material of the acoustoelectronic or electro-optical modulator.
  • such a deflection angle may be too small, since the maximum possible deflection angle also determines the maximum possible distance between two surface points which are acted upon by laser pulses or laser pulse trains which follow one another directly or simultaneously in time.
  • the laser beam after passing through the acousto-or electro-optical modulator by at least one connected in series another acousto or electro-optical modulator is performed.
  • the deflection angle can be doubled. With even more modulators, a further increase in the deflection angle can be achieved, if necessary.
  • the laser beam is guided by two identically constructed modulators, the deflection of the second modulator being inverted for the deflection of the first modulator. This ensures that the laser beam diffracted or deflected by the first modulator can no longer be influenced by the second modulator.
  • two spaced impact points wherein the deflection angles add and a large distance between the surface points hit by the laser pulses or laser pulse trains, is achieved.
  • the laser beam is divided by a first polarization beam splitter into two sub-beams, that each sub-beam is guided by a respective acousto-or electro-optical modulator and that then the sub-beams are superimposed by a second polarization beam splitter back to a laser beam.
  • the modulation bandwidth can be doubled, which also means a doubling of the deflection angle.
  • the distance of the surface points, which are acted upon by two temporally directly successive laser pulses or laser pulse trains can be doubled. Since this type of division behaves like the use of two discrete lasers, two points can advantageously also be controlled simultaneously on the printing or embossing form.
  • the laser beam is directed by angular displacement of the second polarization beam splitter to desired surface points of the printing or embossing mold.
  • This has the advantage that the positioning of the point of impact of the laser beams on the surface of the printing or embossing form is not only possible by varying the modulation frequency and thus the deflection angle of the acousto-electro-optical modulator, but can also be done by the second polarization beam splitter positioning .
  • the laser beam is guided through two birefringent crystals which each serve as polarization beam splitters, the second crystal being arranged inversely to the first crystal.
  • the crystals may be, for example, calcite crystals.
  • the laser engraving device can basically be operated with a single laser. In some applications, the use of multiple lasers may be useful to achieve higher laser pulse energy or higher productivity. In this case, mutually identical or different lasers can be used.
  • the method according to the invention provides that a laser beam is generated by a plurality of lasers, that the laser beams generated by the lasers are each guided by an associated acousto-optical or electro-optical modulator / deflector and that the individual laser beams behind the modulators become a laser beam be merged, which impinges on the printing or embossing mold surface.
  • the beams can also be merged quasi. They differ only in their propagation angle, whereby they are mapped to two different locations in the focusing plane. Due to the difference in angle, these rays diverge; with discrete optics but such a small distance would not be possible. A small distance is desirable in order to keep the f-number high and to achieve the greatest possible depth of focus.
  • the laser beams generated by the plurality of lasers have mutually different wavelengths.
  • a reduction in the dependence of the removal rate on the absorption behavior of the material of the printing or embossing mold can be achieved. It consists, e.g. the ability to use two different resolution lasers, i. different spot size of the focus at the point of impact on the printing or embossing mold, and / or different power use.
  • the laser beam of the first laser can then be used to create a "rough texture" and the second laser to create a "fine texture".
  • the invention proposes that the laser beams are converted by means of their respective dichroic mirrors into one another. be steered.
  • the number of lasers is not limited to two, as in the prior art with a polarization beam overlay, but may advantageously be greater than two.
  • the converged laser beam is directed by angular adjustment of at least one of the dichroic mirror to desired surface points of the printing or embossing mold.
  • This adjustment of the at least one mirror advantageously achieves an additional, static possibility of deflecting the combined laser beam in addition to the dynamic deflection by the acoustoelectronic or electrooptical modulators associated with the lasers.
  • a piezoelectric actuator can be used, which is electrically controllable and with which an adjustment with an accuracy in the nanometer range is possible.
  • the laser beam or the laser beams are transmitted through one or more fiber lasers, e.g. Yterbium fiber laser, by one or more disk lasers, e.g. Yterbium vanadate laser, by one or more rod lasers, e.g. Titanium sapphire laser, and / or by one or more gas lasers, e.g. Eximer laser, is generated / are.
  • fiber lasers e.g. Yterbium fiber laser
  • disk lasers e.g. Yterbium vanadate laser
  • rod lasers e.g. Titanium sapphire laser
  • gas lasers e.g. Eximer laser
  • the method provides that the frequency of the laser radiation be multiplied by a frequency multiplier system within the laser or lasers. According to the frequency multiplication, the wavelength of the laser radiation decreases, whereby a corresponding increase in the resolution of the engraving can be achieved.
  • the invention proposes that before an engraving process by a calibration of the material of the printing or embossing mold dependent Abtragstiefe per laser pulse or laser pulse train is determined and that determined according to the determined Abtragstiefe per laser pulse or Laserpulszug the number of applied to a predetermined depth to be engraved surface point of the printing or embossing mold laser pulses or laser pulse trains becomes.
  • the inventive method can be used for a variety of engraving tasks.
  • a first preferred use of the method provides that with this two-dimensional or three-dimensional mask layers are removed or exposed to printing or embossing forms. Such mask layers are required in particular if an etching process or a galvanic coating process is carried out in a further step of the engraving.
  • Another possible use of the method according to the invention is that with this a three-dimensional material removal of metallic or non-metallic printing or embossing mold surfaces is made.
  • a printing or embossing mold surface can be made entirely with the laser engraving device operated by the method according to the invention; an etching process is not required here.
  • the three-dimensional removal of material takes place in the form of a cell pattern and that a screen or engraved printing roll is thus produced. Due to the achievable with the novel high resolution engraving raster or gravure rolls can be produced with very small pitches and thus a very high resolution reliable and economical.
  • embossing forms for embossing holograms can be produced.
  • Embossing molds for embossing holograms require a high resolution, which can be easily achieved with the method according to the invention.
  • the removal rate of each individual laser pulse or laser pulse train is adjustable, a very small Abtragsrate per laser pulse or laser pulse train necessary for the production of hologram embossing can be easily adjusted to a required degree.
  • a further field of application of the method is that the method produces embossing forms, for example for embossing leather structures for the automotive sector.
  • the invention also proposes that with the control unit the / each laser, the / each modulator, the polygon mirror, / each polarization beam splitter, the / each dichroic mirror, a rotary drive for the rotation of the printing or embossing mold and / or a Linearverfahr founded for a method of the laser engraving device in the axial direction of the printing or embossing mold is controlled.
  • FIG. 1 shows a laser engraving device together with a printing or embossing mold during its engraving
  • FIG. 2 shows the laser engraving device in a first embodiment, with a
  • FIG. 3 shows the laser engraving device in a second embodiment with a
  • FIG. 4 shows the laser engraving device in a third embodiment, with a
  • Figure 5 shows the laser engraving device in a fourth embodiment, with several
  • FIG. 6 shows the laser engraving device in a fifth embodiment, with a
  • Laser and a polygon mirror 7 shows the laser engraving device in a sixth embodiment, with several lasers and a polygon mirror,
  • FIG. 8 shows the laser engraving device in a seventh embodiment, with several lasers, a polygon mirror and a separate surface measurement, FIG.
  • FIG. 10 shows the laser engraving device in a ninth embodiment, with several modulators in series.
  • FIG. 1 shows below in a purely schematic representation of a laser engraving device 1, which is used for engraving a printing or embossing mold 2 shown in the upper part of Figure 1, for example a printing cylinder.
  • the laser engraving device 1 can be moved parallel to the axial direction 24 of the printing or embossing mold 2 by means of a linear positioning device 15.
  • the printing or embossing mold 2 is displaceable about its central axis 21 in rotation by means not shown here bearing means and a rotary drive. During the rotation, the surface 20 of the printing or embossing mold 2 moves in the circumferential direction 23.
  • the laser engraving device 1 generates by means of at least one laser provided therein a laser beam, which causes the desired engraving of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 in the form of laser pulses or laser pulse trains.
  • the surface 20 is subdivided into a multiplicity of surface points spaced apart in the circumferential direction 23 and in the axial direction 24.
  • a desired influencing, in particular exposure or removal, of the material of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 takes place.
  • the engraving of the printing or embossing mold 2 takes place endlessly along a helical line 22 that runs around the outer circumference of the mold 2, that is to say helically, resulting in a multiplicity of adjacent circumferential tracks.
  • the linear motion Device 15 moves at a constant speed parallel to the axial direction 24 of the simultaneously rotating mold 2 in the direction of the arrow on the Linearverfahr worn 15, here from left to right.
  • Each surface point of the printing or embossing mold 2 is applied for its engraving with at least two, in practice with a generally much larger number of laser pulses or laser pulse trains.
  • Each laser pulse or laser pulse train when engraving with material removal, ensures that material is vaporized from the surface 20 of the mold 2.
  • the effects resulting from the impact of a laser pulse or laser pulse train on a first surface point OP1, in particular a plasma formation, ablation residues in gaseous form or particles blown off the surface the application of the other or further laser pulses or laser pulse trains not by their absorption before reaching the surface 20, the laser beam is deflected so that it "jumps" between surface points OP1 and OP2 which are sufficiently far apart from each other.
  • the laser beam or the laser pulses or laser pulse trains forming the laser beam thus reach the surface 20 of the mold 2 on two different laser beam paths L1 and L2
  • the engraving processes at the individual surface points OP1 and OP2 do not interfere with each other, thus causing problems with absorption of laser pulses or laser pulse trains by a previously formed surface plasma or by gaseous ablation residues avoided.
  • the two surface points OP1 and OP2 are spaced apart in the axial direction 24 of the mold 2.
  • the surface points OP1 and OP2 can also be spaced apart in the circumferential direction 23 or in a direction extending between the circumferential direction 23 and the axial direction 24. If necessary, it is also possible to choose the distance between the surface points OP1 and OP2 greater than shown in FIG. 1; In FIG. 1, the distance of the surface points OP 1 and OP 2 corresponds to the distance between two circumferential tracks 22. 1 and 22. 2 in the axial direction 24.
  • a greater distance between the surface points OP 1 and OP 2 is achieved by an increased deflection between the two laser beam paths L 1 and L 2.
  • FIG. 1 shows the helical line 22 and the peripheral tracks 22.1 and 22.2 in a purely schematic, non-scale representation, so that the principle becomes recognizable.
  • the distance between the circumferential tracks 22.1 and 22.2 seen in the axial direction 24 can be down to about 1 micron.
  • a correspondingly small distance between adjacent surface points can also be present in the circumferential direction 23, so that a very high engraving resolution is achieved.
  • the maximum resolution is determined by the wavelength of the laser used in the laser engraving device 1.
  • the laser radiation has a wavelength of about 1 micron.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the laser engraving device 1 in a first embodiment.
  • a pulsed laser beam L is generated.
  • the laser pulses are preferably ultrashort with a time length between 0.1 and 100 picoseconds.
  • the laser pulses are generated at a very high repetition rate of up to several 100 MHz. This allows a very fast engraving.
  • the laser beam L passes through an acousto-or electro-optical modulator 11.1. This results in two laser beam paths, both of which lead into a further, connected in series with the first modulator 11.1 acousto-or electro-optical modulator 11.2. At the output of the second modulator 11.2 then arise three laser beam paths.
  • the laser beam path LO leads into an absorber 12.1.
  • the two further laser beam paths L1 and L2 pass by the absorber 12.1 and are guided to the surface of the printing or embossing mold, not shown here.
  • the distance of the laser beam paths L1 and L2 on the surface of the printing or embossing mold can be determined and influenced.
  • the two modulators 11.1 and 11.2 have the same deflection direction, so that the two laser beam paths L1 and L2 pass by on the same side of the absorber 12.1.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment of the laser engraving device 1 from FIG. 2, in which, unlike FIG. 2, it is now provided that the deflection of the second modulator 11. 2 is inverted for the deflection of the first modulator 11.
  • the deflection angle between the two laser beam paths L1 and L2 leading to the surface of the printing or embossing mold is doubled, while on the bisector at the angle between L1 and L2 the laser beam path LO leads into the absorber 12.1 ,
  • FIG. 4 likewise shows a purely schematic representation of a further embodiment of the laser engraving device 1.
  • a laser beam L is also initially generated by means of a laser 10.1.
  • the laser beam L is guided on a polarization beam splitter 13.1, whereby the laser beam L is split into two sub-beams.
  • the first sub-beam runs in a straight line through the polarization beam splitter 13.1 into a first acousto-optical or electro-optical modulator 11.1.
  • the second partial beam is deflected by the polarization beam splitter 13.1 and then guided via a deflecting mirror 16.1 into a second acousto-optical or electro-optical modulator 11.2.
  • each acousto-or electro-optical modulator 11.1, 11.2 takes place a deflection of the laser beam on two different beam paths, namely in each case a beam path LO, which leads in each case an absorber 12.1, 12.2, and a beam path through which a first partial beam LT1 and second partial beam LT2 runs, the latter being passed past the absorber 12.1 or 12.2.
  • the first partial beam LT1 is deflected by a deflection mirror 16.2 and guided to a second polarization beam splitter 13.2. On this polarization splitter 13.2 and the second partial beam LT2 is performed.
  • each partial beam LT1, LT2 can be deflected in a separate acousto-electro-optical modulator 11.1, 11.2, the combined laser beam L results in a doubled maximum deflection angle, which corresponds to a correspondingly larger distance between two surface points on the print which are processed in temporally successive or simultaneously - or embossing form allowed.
  • Figure 5 of the drawing shows a fourth embodiment of the laser engraving device 1, again in a purely schematic representation.
  • the laser engraving device 1 comprises a plurality of lasers 10.1, 10.2, 10.3 to 10, the number of lasers is not fixed.
  • the lasers 10.1 to 10 may be identical to one another; In the example shown in FIG. 5, the lasers 10.1 to 10 are distinguished by the wavelength of the laser radiation generated by them, with the laser 10.1 having the wavelength 1070 nm, the second laser 10.2 1090 nm, the third laser 10.3 1110 nm, etc can amount.
  • Each laser 10.1 to 10 generates a laser beam L, which is guided in each case its own associated acousto-or electro-optical modulator 11.1 to 11.n.
  • beam deflection takes place on two laser beam paths LO and L1.
  • the laser beam path LO leads in each case into an associated absorber 12.1 to 12. n.
  • the respectively other laser beam path L1 leads past the respective absorber 12.1 to 12.n.
  • the laser beam on the beam path L1 of the first laser 10.1 is here deflected at right angles via a deflection mirror 16.1.
  • the laser beams on the beam paths L1 of the second, third and subsequent lasers 10.2 to 10.n are each directed to a dichroic mirror 14.1 to 14.n, causing a superposition of all previously generated individual laser beams L1 to a laser beam L.
  • This one laser beam L is then guided to the surface of the engraved printing or embossing mold.
  • each laser beam L which is generated by one of the lasers 10.1 to 10.n, has its own modulator 11.1 to 11.n, a correspondingly large deflection angle can be realized.
  • the laser engraving device 1 in its embodiment according to FIG. 5 offers particularly large deflection angles and thus enables, on the one hand, a particularly wide range of variations with regard to the position of the applied surface points relative to the laser engraving device and, on the other hand, particularly large distances between surface points, which are temporally unmitigated. be acted upon in succession or simultaneously by a laser pulse or laser pulse train.
  • FIGS. 6 to 9 show embodiments of the laser engraving device 1, for which it is characteristic that they have a polygon mirror 16 downstream of an acousto-optic or electro-optical modulator or an acousto-optical or electro-optical modulator.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which a single laser beam is guided on a laser beam path L1 to the rotatable polygon mirror 16.
  • the polygon mirror 16 deflects the incident laser beam L1 and leads it to the surface 20 of the below in Figure 6 visible in a small section print or embossing mold 2.
  • a conventional focusing and adjustment optics 17 arranged between the polygon mirror 16 and the printing or embossing mold 2 .
  • the polygon mirror 16 By the use of the polygon mirror 16, a large deflection angle is made possible, which results in a parallel to the axial direction of the printing or embossing mold 2 measured length a for the deflection region. Within the length a, all surface points of the surface 20 of the mold 2 can be processed, whereby a large processing width (corresponding to the length a) is achieved.
  • the Abenk Scheme may also run differently than in the axial direction of the mold 2.
  • This laser engraving device 1 and its large deflection range allow a slower rotation of the printing or embossing mold 2 about its longitudinal central axis, which makes the rotation of the mold 2 technically much easier. At the same time, despite the slower rotation of the printing or embossing mold 2, at least the same or even greater productivity of the method and of the laser engraving device 1 is achieved.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the laser engraving device 1 in which a plurality of laser beams are guided on the laser beam paths L1, L2, Ln to the polygon mirror 16.
  • the different laser beam paths L1, L2, Ln strike the polygon mirror 16 at different angles of incidence, which leads to a large deflection range and to a correspondingly large removal width.
  • the laser beams which also here preferably have the form of laser pulses or laser pulse trains, reach the surface points of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 to be processed.
  • a laser beam is produced Increased removal of material from the surface 20 of the printing or embossing mold 2 in the same time possible, which is another contribution to high productivity of the process and the laser engraving device 1.
  • the laser engraving device 1 is designed as such in FIG. 7 and supplemented by a measuring device.
  • the measuring device allows a separate measurement of the machined surface 20 of the printing or embossing mold 2.
  • the measuring device not otherwise shown sends a measuring beam M from the laser beam paths LO, L1, Ln side facing away from the polygon mirror 16.
  • the Measuring beam M is directed onto the surface 20 of the mold 2 and reflected from there as a reflected measuring beam M 'to the polygon mirror 16.
  • the reflected measuring beam M ' is reflected again and so again guided to the measuring device, in which an evaluation is carried out.
  • the evaluation provides measured values about the shape of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 in the processed state, i. after the removal process by the laser irradiation.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the laser engraving device 1, which in itself also corresponds to the embodiment according to FIG. 7 and which is also equipped with a measuring device.
  • the laser engraving device 1 according to FIG. 9 is designed so that with the associated measuring device an integrated surface measurement of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 already takes place during processing by one or more laser beams.
  • a measurement beam M from the same side, from which the laser beam paths L1 to Ln lead to the polygon mirror 16, this polygon mirror 16 is supplied.
  • the polygon mirror 16 directs the measuring beam M together with the laser beams to the surface 20 of the printing or embossing mold 2 within the area of the surface 20 being processed.
  • the measuring beam is reflected as a reflected measuring beam M 'back to the polygon mirror 16 and from there Reflected here not specifically shown measuring device.
  • an integrated surface measurement of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 during the removal of material from the surface 20 is possible, so that the measurements provided by the measuring device can be used for direct control of the removal, for example by the laser power accordingly the measurement results is changed.
  • the surface processing here the engraving, the form 2 can be achieved.
  • laser engraving device 1 provides that in series with the modulator 11.1 further modulators, here four other modulators 11.2 to 11.5, are arranged that through all the modulators 11.1 to 11.5 through a first laser beam path LO the zeroth-order beam is guided to the surface 20 of the printing or embossing mold 2 and that from each modulator 11.1 to 11.5 in each case via a second laser beam L1 the first-order beam is guided into the absorber 12.1 as a common absorber or into its own absorber.
  • the output laser beam generates here a single laser 10.1; a multi-beam system with two or more lasers is possible instead.
  • the laser beam which is used here for engraving the surface 20 is thus the beam of the zeroth order transmitted by the modulators 11.1 to 11.5. Its further deflection onto the different surface points OP1, OP2 and optionally further is effected by a deflection unit arranged downstream of the modulator row, in this case a polygon mirror 16, as has already been explained with reference to FIGS. 6 to 9. Instead of the polygon mirror 16, other deflection units, as already mentioned above, usable.

Abstract

The invention relates to a method for operating a laser engraving device (1) for engraving printing or embossing molds (2), wherein a surface of the printing or embossing molds (2) is separated into a plurality of surface points to be engraved, having a laser (10.1), having an acoustooptical or electrooptical modulator (11.1) connected downstream from the laser (10.1) for laser beam deflection, wherein a laser beam path leads from the modulator (11.1) into an absorber (12), wherein another laser beam path leads to a surface point (OP1) on the surface (20) of the printing or embossing mold (2) to be engraved, and wherein the laser beam on the other laser beam path experiences a deflection, or a further deflection, thus at least one further laser beam path being formed, which leads to at least one further surface point (OP2) also on the surface (20) of the printing or embossing mold (2). The novel method is characterized in that - the same is carried out for the engraving of rotary printing or embossing molds (2) while rotating the same, wherein a plurality of laser pulses or laser pulse strokes are applied to the surface (20) of the pressure or embossing mold (2) with each rotation thereof, - at least two laser pulses or laser pulse strokes are applied to each surface point (OP1, OP2, and so forth) of the printing or embossing mold (2) at an interval that is greater than the interval between two chronologically directly successive laser pulses or laser pulse strokes, and - two chronologically directly successive or two or more simultaneous laser pulses or laser pulse strokes are applied to two different surface points (OP1, OP2) that are positioned at a distance from each other.

Description

Beschreibung: Description:
Verfahren zum Betreiben einer LasergravureinrichtungMethod for operating a laser engraving device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung für die Gravur von Druck- oder Prägeformen, wobei eine Oberfläche der Druck- oder Prägeformen in eine Vielzahl von zu gravierenden Oberflächenpunkten aufgeteilt ist, mit einem Laser, mit einem dem Laser nachgeordneten akusto- oder elektrooptischen Modulator zur Laserstrahlablenkung, wobei von dem Modulator aus ein Laserstrahlweg in einen Absorber führt, wobei ein anderer Laserstrahlweg zu einem Oberflächenpunkt auf der Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform führt und wobei der Laserstrahl auf dem anderen Laserstrahlweg eine Ablenkung oder eine weitere Ablenkung erfährt und so mindestens ein weiterer Laserstrahlweg gebildet wird, der zu mindestens einem weiteren Oberflächenpunkt ebenfalls auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform führt,The present invention relates to a method for operating a laser engraving device for the engraving of printing or embossing forms, wherein a surface of the printing or embossing forms is divided into a plurality of surface points to be engraved, with a laser, with a laser downstream acousto-or electro-optical A modulator for laser beam deflection, wherein from the modulator from a laser beam path leads into an absorber, wherein another laser beam path leads to a surface point on the surface of the engraved printing or embossing mold and wherein the laser beam on the other laser beam path undergoes a deflection or a further deflection, and at least one further laser beam path is thus formed, which also leads to at least one further surface point on the surface of the printing or embossing mold,
Eine Gravur der vorstehend angegebenen Art erfolgt üblicherweise anhand von gespeicherten digitalen Daten, wobei der Datenbestand ein in Pixel aufgelöstes Bild darstellt. Dabei kann z.B. jedem Pixel ein Graustufen- oder Intensitätswert zwischen 0 und 255 bei 8 Bit Datentiefe zugeordnet werden. Durch den Modulator erfolgt dabei nicht nur ein Aus- und Einschalten des Laserstrahls sondern auch eine Intensitätsmodulation des Laserstrahls in einer Zahl von Intensitätsstufen, die der Zahl von Graustufen- oder Intensitätswerten entspricht. Dabei kann die jeweils benötigte Laserstrahlintensität von Pixel zu Pixel auf den jeweils benötigten Wert durch den Modulator eingestellt werden.An engraving of the type indicated above is usually carried out on the basis of stored digital data, wherein the database represents an image resolved in pixels. In this case, e.g. each pixel is assigned a grayscale or intensity value between 0 and 255 at 8 bits of data depth. The modulator not only switches the laser beam off and on, but also intensity modulation of the laser beam in a number of intensity levels corresponding to the number of gray level or intensity values. In this case, the respectively required laser beam intensity can be adjusted from pixel to pixel to the respectively required value by the modulator.
Aus dem Dokument EP-A-1 245 326 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Zweck dieses bekannten Verfahrens ist die optimale Ausnutzung einer einen Teil der Lasergravureinrichtung bildenden Anpassungsoptik. Hierzu werden mehrere Laserstrahlwege erzeugt, die zu mehreren Fokuspunkten auf der Oberflä- che einer zu gravierenden Druck- oder Prägeform führen. Die Fokuspunkte sind dabei in Form einer zweidimensionalen Punktmatrix angeordnet. Auf diese Weise werden mehrere unmittelbar benachbarte Oberflächenpunkte der Druck- oder Prägeform gleichzeitig graviert, was eine schnelle Gravur erlaubt.From the document EP-A-1 245 326 a method of the type mentioned is known. The purpose of this known method is the optimal utilization of a part of the laser engraving device forming adjustment optics. For this purpose, a plurality of laser beam paths are generated which lead to a plurality of focus points on the surface. surface of a printing or embossing mold to be engraved. The focus points are arranged in the form of a two-dimensional dot matrix. In this way, several immediately adjacent surface points of the printing or embossing mold are engraved simultaneously, which allows rapid engraving.
Als nachteilig ist bei diesem Verfahren festzustellen, dass sich die eng benachbart und gleichzeitig erfolgenden Gravuren der Punktmatrix gegenseitig ungünstig beeinflussen können, sodass die Gravur nicht immer die gewünschte oder geforderte Qualität erreicht. Eine ungünstige Beeinflussung tritt insbesondere dann auf, wenn Material aus der Oberfläche der Druck- oder Prägeform abgetragen wird; bei einer Maskenbelichtung ohne Materialabtrag gibt es diesen Nachteil nicht.A disadvantage of this method is that the closely adjacent and simultaneously occurring engraving of the dot matrix can affect each other unfavorable, so that the engraving does not always achieve the desired or required quality. An unfavorable influence occurs in particular when material is removed from the surface of the printing or embossing mold; in a mask exposure without material removal, there is no such disadvantage.
Das Dokument US-A-5 416 298 offenbart ein weiteres Verfahren der eingangs angegebenen Art. Weiterhin ist für das aus diesem Dokument bekannte Verfahren charakteristisch, dass jedes Auftreffen des Laserstrahls auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform dort eine Vertiefung in Form einer vollständigen Zelle oder eines vollständigen Näpfchens erzeugt. Der Laserstrahl wird hierzu durch den akusto- oder elektrooptischen Modulator gepulst. Um eine ausreichende Laserstrahlenergie in den gewünschten Fokuspunkt zur Erzeugung einer vollständigen Zelle oder eines vollständigen Näpfchens einzutragen, wird der Laserstrahl so in Drehrichtung der rotierenden Druck- oder Prägeform abgelenkt, dass der Fokuspunkt mit der gleichen Geschwindigkeit, wie sie die Druckformoberfläche in Um- fangsrichtung aufweist, mit dieser mitwandert. Dadurch wird erreicht, dass der Laserstrahl für eine längere Zeit den vorgegebenen Fokuspunkt auf der Druckformoberfläche trifft. Durch den für eine relativ lange Zeit auftreffenden Laserstrahl wird unmittelbar Material aus der Oberfläche der Druckform verdampft, wobei es sich bei der Oberfläche gemäß dem zitierten Dokument um eine keramische Oberfläche handelt.Document US-A-5 416 298 discloses another method of the kind set forth. Furthermore, it is characteristic of the method known from this document that every impingement of the laser beam on the surface of the printing or embossing mold there forms a depression in the form of a complete cell or a complete well. For this purpose, the laser beam is pulsed through the acousto-or electro-optical modulator. In order to introduce sufficient laser beam energy into the desired focal point for producing a complete cell or a complete cell, the laser beam is deflected in the direction of rotation of the rotating printing or embossing mold such that the focal point has the same speed as the printing plate surface in the circumferential direction , mitwandert with this. It is thereby achieved that the laser beam strikes the predetermined focal point on the printing plate surface for a longer time. Due to the incident for a relatively long time laser beam material is evaporated directly from the surface of the printing plate, wherein the surface according to the cited document is a ceramic surface.
Als nachteilig ist bei diesem Verfahren anzusehen, dass es infolge der relativ langen Einwirkzeit des Laserstrahls auf denselben Oberflächenpunkt der zu gravierenden Druck- oder Prägeform hier zu einer erheblichen Wärmeerzeugung und -einwirkung kommt, die zu unerwünschten Veränderungen des Materials der Druckoder Prägeform in der Umgebung der Zelle oder des Näpfchens kommt. Außerdem entstehen relativ große Mengen an Ablationsrückständen in Gasform und es lagern sich relativ große und viele von der Oberfläche abgesprengte Partikel in der Umge- bung der Zelle oder des Näpfchens auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform ab. Hierdurch ist nur eine begrenzte Qualität der Gravur erreichbar.A disadvantage is to look at this method that it comes to a considerable heat generation and action here due to the relatively long exposure time of the laser beam on the same surface point of the engraved printing or embossing form, leading to undesirable changes in the material of the printing or embossing mold in the environment Cell or cell comes. In addition, relatively large amounts of ablation residues are formed in gaseous form and there are stored relatively large and many particles blown off the surface in the surrounding area. the cell or well on the surface of the printing or embossing mold. As a result, only a limited quality of the engraving can be achieved.
Eine weitere Lasergravureinrichtung ist aus WO-A-97/19783 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine Lasergravuranlage zum Gravieren einer Werkstückoberfläche, mit einer Laserstrahlquelle, einem im Strahlengang der Laserstrahlquelle liegenden Modulator, einer dem Modulator nachgeordneten Optik, die mit Abstand von der Werkstückoberfläche angeordnet ist, wobei Optik und Werkstück relativ zueinander bewegt werden, und einer Steuereinrichtung, die den Modulator mit einem Steuersignal ansteuert, so dass dessen auf die Werkstückoberfläche auftreffende Ausgangsstrahlung nach Maßgabe des Steuersignals moduliert ist und die Werkstückoberfläche entsprechend tief bearbeitet. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Walze mit einer Gummi- oder Kunststoffbeschichtυng handeln. Weiterhin ist bei dieser bekannten Lasergravuranlage eine zweite Laserstrahlquelle vorgesehen, die von der Steuereinrichtung mit einem zweiten Steuersignal angesteuert wird. Dabei sollen die Feinstrukturen des in der Werkstückoberfläche zu erzeugenden Profils von dem über den Modulator geführten ersten Laserstrahl gebildet werden, während die Tiefenbereiche des Profils von dem Laserstrahl des zweiten Lasers gebildet werden sollen. Dazu werden der Modulator einerseits und die zweite Laserstrahlquelle andererseits von miteinander zusammenhängenden, aber getrennten Steuersignalen angesteuert. Die beiden senkrecht zueinander polarisierten Laserstrahlen von dem Modulator einerseits und der zweiten Laserstrahlquelle andererseits werden von einem selektiven Spiegel transmit- tiert bzw. reflektiert und gemeinsam über eine Optik auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche geleitet.Another laser engraving device is known from WO-A-97/19783. This document describes a laser engraving system for engraving a workpiece surface, comprising a laser beam source, a modulator arranged in the beam path of the laser beam source, an optics arranged downstream of the modulator, which is arranged at a distance from the workpiece surface, whereby optics and workpiece are moved relative to one another, and a control device, which controls the modulator with a control signal, so that its incident on the workpiece surface output radiation is modulated in accordance with the control signal and the workpiece surface processed accordingly deep. The workpiece may, for example, be a roller with a rubber or plastic coating. Furthermore, in this known laser engraving system, a second laser beam source is provided, which is controlled by the control device with a second control signal. In this case, the fine structures of the profile to be produced in the workpiece surface are to be formed by the first laser beam guided via the modulator, while the depth regions of the profile are to be formed by the laser beam of the second laser. For this purpose, the modulator on the one hand and the second laser beam source on the other hand driven by interconnected, but separate control signals. The two perpendicularly polarized laser beams from the modulator on the one hand and the second laser beam source on the other hand are transmitted or reflected by a selective mirror and passed together via an optical system to the workpiece surface to be machined.
Ersichtlich ist bei dieser Lasergravureinrichtung der technische Aufwand relativ hoch, da zwei Laser eingesetzt werden müssen. Zudem ist diese Lasergravuranlage nur wirtschaftlich einsetzbar, wenn besonders große Gravurtiefen erzielt werden sollen, die mit Einsatz eines einzelnen Lasers nicht erreicht werden.Obviously, in this laser engraving device, the technical complexity is relatively high, since two lasers must be used. In addition, this laser engraving system is only economically usable when particularly large engraving depths are to be achieved, which are not achieved with the use of a single laser.
Aus der EP-A-1 068 923 ist ein Verfahren bekannt, mit dem in einer Lasergravureinrichtung die Intensitätsverteilung des Laserstrahls im Fokuspunkt schnell änderbar ist. Hierzu werden wenigstens zwei Teilstrahlen mit unterschiedlicher Intensitätsverteilung verwendet, die zu einem Arbeitsstrahl zusammengeführt werden. Dadurch, dass die Intensität der Teilstrahlen einzeln veränderbar ist, kann die In- - A -From EP-A-1 068 923 a method is known with which the intensity distribution of the laser beam in the focal point can be changed rapidly in a laser engraving device. For this purpose, at least two partial beams with different intensity distribution are used, which are combined to form a working beam. Due to the fact that the intensity of the partial beams can be changed individually, the - A -
tensitätsverteilung innerhalb des Fokuspunktes des zusammengeführten Laserstrahls in gewünschter Weise verändert und so an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden. Hiermit kann zwar bei der Herstellung von Druckzylindern beispielsweise die Form von Tiefdrucknäpfchen in der Druckformoberfläche vorteilhaft beeinflusst werden, jedoch wird hiermit eine Beschleunigung der Gravur nicht erreicht.intensity distribution within the focal point of the merged laser beam changed in the desired manner and adapted to different applications. Although this can be advantageously influenced in the production of printing cylinders, for example, the shape of Tiefdrucknäpfchen in the printing plate surface, but hereby an acceleration of the engraving is not achieved.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die vorstehend dargelegten Nachteile vermieden werden und mit dem insbesondere eine sowohl sehr schnelle als auch qualitativ hochwertige, reproduzierbare Gravur, auch bei einem erheblichen Materialabtrag von der Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform, erreicht werden.For the present invention, the task is to provide a method of the type mentioned above, in which the disadvantages set out above are avoided and in particular a very fast as well as high quality, reproducible engraving, even with a significant material removal from the surface to be engraved printing or embossing mold can be achieved.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangsgenannten Art, dass dadurch gekennzeichnet, ist,The object is achieved according to the invention with a method of the type mentioned above, characterized in that
- dass das Verfahren zum Gravieren von rotativen Druck- oder Prägeformen unter deren Drehung ausgeführt wird, wobei bei jeder Umdrehung der Druck- oder Prägeform mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge auf deren Oberfläche aufgebracht werden,that the method for engraving rotary printing or embossing forms is carried out with their rotation, wherein with each revolution of the printing or embossing mold a plurality of laser pulses or laser pulse trains are applied to the surface thereof,
- dass auf jeden Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform wenigstens zwei Laserpulse oder Laserpulszüge mit einem zeitlichem Abstand, der größer ist als der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen, aufgebracht werden, und- That at each surface point of the printing or embossing mold at least two laser pulses or laser pulse trains with a time interval which is greater than the time interval between two temporally immediately successive laser pulses or laser pulse trains applied, and
- dass jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende oder zwei oder mehr gleichzeitige Laserpulse oder Laserpulszüge auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte aufgebracht werden.- That each time two consecutive or two or more simultaneous laser pulses or laser pulse trains are applied to two different, spaced-apart surface points.
Mit dem erfindungsgemäßem Verfahren wird vorteilhaft erreicht, dass die Gravur einer rotativen Druck- oder Prägeform mit einer hohen Geschwindigkeit und gleichzeitig mit einer hohen Qualität erfolgen kann. Dabei wird jeder Oberflächenpunkt nicht mit einem einzigen Laserpuls bearbeitet, sondern durch mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge, die den bestimmten Oberflächenpunkt mit zeitlichem Abstand treffen. Zwischen dem Auftreffen der einzelnen Laserpulse oder Laserpulszüge liegt jeweils eine gewisse Zeitspanne, die so groß ist, dass ein gegenseitiges Stören der denselben Oberflächenpunkt treffenden Laserpulse oder Laserpulszüge ausgeschlossen wird. Gleichzeitig wird durch das Aufbringen von zwei zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte die Leistung des Lasers gut ausgenutzt und unproduktive Totzeiten werden so vermieden. Durch die Verteilung der Energie zum Gravieren eines bestimmten Oberflächenpunktes auf mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge wird eine thermische Überbeanspruchung und dadurch möglicherweise verursachte Schädigung des Materials der Druck- oder Prägeform ausgeschlossen. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr schnelle Gravur mit sehr hoher Gravurqualität.With the method according to the invention, it is advantageously achieved that the engraving of a rotary printing or embossing mold can take place at a high speed and at the same time with a high quality. Each surface point is not processed with a single laser pulse, but by multiple laser pulses or laser pulse trains that hit the specific surface point with time. Between the impingement of the individual laser pulses or laser pulse trains there is a certain period of time, which is so great that a mutual disturbance of the laser pulses or laser pulse trains striking the same surface point occurs is excluded. At the same time, the performance of the laser is well utilized by the application of two laser pulses or laser pulse trains, which follow one another directly in time, onto two different, spaced-apart surface points, thus avoiding unproductive dead times. The distribution of the energy for engraving a certain surface point on a plurality of laser pulses or laser pulse trains a thermal overstress and thereby possibly caused damage to the material of the printing or embossing mold is excluded. In this way results in a very fast engraving with very high quality engraving.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gravur der rotativen Druckoder Prägeformen nahtlos entlang einer Schraubenlinie erfolgt und dass die zwei verschiedenen, voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte in zwei axial voneinander beabstandeten Umfangsspuren der Schraubenlinie liegen und/oder in Umfangsrichtung der Druck- oder Prägeformen voneinander beabstandet liegen. Durch die Gravur entlang einer Schraubenlinie wird ein weiterer Beitrag zu einer hohen Gravurgeschwindigkeit geleistet, da diese Art der Gravur deutlich schneller ausführbar ist als eine Blockgravur, bei der eine unstetige Vorschubbewegung von einer Umfangsspur zur benachbarten Umfangsspur erforderlich ist. Bei einer Gravur entlang einer Schraubenlinie kann die Bewegung der Lasergravureinrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zur Druck- oder Prägeform erfolgen, was die erwähnte schnellere Gravur ergibt und die Ausführung des Verfahrens zudem technisch vereinfacht. Hinsichtlich der Lage der zwei verschiedenen, voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte, die von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden oder gleichzeitigen Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt werden, besteht eine große Freiheit, da der Abstand in Umfangsrichtung, in Axialrichtung oder auch in einer Zwischenrichtung liegen kann.It is further provided according to the invention that the engraving of the rotary printing or embossing forms seamlessly along a helix and that the two different, spaced-apart surface points lie in two axially spaced circumferential tracks of the helix and / or are spaced apart in the circumferential direction of the printing or embossing molds. The engraving along a helix further contributes to a high engraving speed, since this type of engraving is much faster than a block engraving, in which a discontinuous feed movement from one circumferential track to the adjacent circumferential track is required. When engraving along a helical line, the movement of the laser engraving device can take place at a constant speed relative to the printing or embossing mold, which results in the mentioned faster engraving and also simplifies the execution of the method technically. With regard to the position of the two different, spaced-apart surface points, which are acted upon by two temporally successive or simultaneous laser pulses or laser pulse trains, there is a large freedom, since the distance can be in the circumferential direction, in the axial direction or in an intermediate direction.
Zweckmäßig wird der Abstand der zwei voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte so groß gewählt, dass durch den ersten Laserpuls oder Laserpulszug erzeugte Effekte, wie Plasmabildung, Ablationsrückstände in Gasform oder von der Druck- oder Prägeformoberfläche abgesprengte Partikel, keine Störwirkung, insbesondere keine Absorptionswirkung auf den zeitlich unmittelbar folgenden zweiten Laserpuls oder Laserpulszug ausüben. Der konkret gewählte Abstand wird in der Praxis zweckmäßig so ermittelt, dass durch Versuche die räumliche Ausdehnung der von dem ersten Laserpuls oder Laserpulszug erzeugten Effekte ermittelt wird und dass dann der Abstand entsprechend den vorgenannten Vorgaben gewählt wird. Dabei wird der Abstand so groß wie nötig und so gering wie möglich gewählt, um die Störeinflüsse auszuschließen und gleichzeitig die Ablenkung der Laserstrahlen möglichst klein zu halten.The distance of the two spaced-apart surface points is expediently chosen such that the effects produced by the first laser pulse or laser pulse train, such as plasma formation, ablation residues in gaseous form or particles blown off the printing or embossing mold surface, do not cause any interference, in particular no absorption effect on the immediately following time exercise second laser pulse or laser pulse train. The actually selected distance is expediently determined in practice in such a way that the spatial extent of the effects produced by the first laser pulse or laser pulse train is determined by experiments and that then the distance is selected according to the aforementioned specifications. The distance is chosen as large as necessary and as small as possible in order to eliminate the interference while keeping the deflection of the laser beams as small as possible.
In einer Verfahrensausgestaltung ist vorgesehen, dass vom Modulator aus über einen ersten Laserstrahlweg der Strahl nullter Ordnung in den Absorber geführt wird und über einen zweiten Laserstrahlweg der Strahl erster Ordnung zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform geführt wird. Hier wird also für die Gravur der Laserstrahl erster Ordnung, also der im Modulator abgelenkte Strahl, eingesetzt. Die Intensität des Laserstrahls für die Gravur kann so zwischen Null und einem Maximalwert, der von der Effektivität des Modulators abhängt, mittels eines einzigen Modulators variiert werden. Das Verfahren in dieser Ausgestaltung kann also technisch relativ einfach umgesetzt werden.In a method embodiment, it is provided that the zero-order beam is guided into the absorber from the modulator via a first laser beam path and the first-order beam is guided to the surface of the printing or embossing mold via a second laser beam path. Here, therefore, the laser beam of the first order, that is the beam deflected in the modulator, is used for the engraving. The intensity of the laser beam for the engraving can thus be varied between zero and a maximum value, which depends on the effectiveness of the modulator, by means of a single modulator. The method in this embodiment can therefore be technically implemented relatively easily.
Eine dazu alternative Verfahrensausgestaltung schlägt vor, dass in Reihe mit dem Modulator weitere Modulatoren angeordnet werden, dass durch alle Modulatoren hindurch über einen ersten Laserstrahlweg der Strahl nullter Ordnung zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform geführt wird und dass aus jedem Modulator jeweils über einen zweiten Laserstrahlweg der Strahl erster Ordnung in den Absorber als gemeinsamen Absorber oder in je einen eigenen Absorber geführt wird. Bei Verwendung von sehr hoher Laserleistung und/oder von Modulatoren mit geringer Effizienz ist es vorteilhaft, nicht den im eingeschalteten Zustand des Modulators generierten Strahl erster Ordnung als Arbeits- oder Abtragsstrahl zu verwenden sondern den eigentlichen Strahl der Laserstrahlquelle, welcher bei ausgeschalteten bzw. nicht mit HF Leistung beaufschlagten Modulatoren transmittiert wird. Durch die Anzahl der Modulatoren kann die maximale Extinktion bestimmt werden. Die Intensität des Abtragsstrahls wird durch die HF-Leistung bestimmt, mit der die Modulatoren beaufschlagt werden, und kann somit kontinuierlich geregelt werden. Ein Aufbau zur Ausführung des Verfahrens kann als ein Einstrahl- oder als Mehrstrahlsystem in Kombination mit einer nachgeschalteten Ablenkeinheit, wie Polygonspiegel, aufgebaut werden. Bei einer Einzeleffizienz eines Modulators von beispielsweise 60% werden bei Verwendung von z.B. fünf Modulatoren minimal noch 1 ,024 % der Laserstrahlleistung zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform transmittiert. Die Zahl der Modulatoren richtet sich insbesondere danach, wie weit die Laserstrahlintensität höchstens reduziert werden muss, damit die minimale Laserintensität keine Wir- kung mehr auf der zu bearbeitenden Oberfläche hervorruft. In dieser Verfahrensausführung und bei diesen Aufbau werden die Laserstrahleigenschaften nicht durch die Beugung der Modulatoren oder durch die HF-Leistung beeinflusst, weil der zur Gravur benutzte Laserstrahl einfach nur durch den Modulatorkristall trans- mittiert wird. Damit wird hier eine besonders hohe Gesamteffizienz erreicht, da als maximale Leistung praktisch die gesamte Laserleistung, nur vermindert um geringe Transmissionsverluste in den Modulatoren, zu der zu bearbeitenden Oberfläche gelangt. Ferner wird durch dieses Verfahren eine exaktere Intensitätsansteuerung möglich.An alternative method embodiment proposes that further modulators are arranged in series with the modulator such that the beam of zeroth order is guided through all modulators through a first laser beam path to the surface of the printing or embossing mold and that from each modulator via a second laser beam path the first-order jet is conducted into the absorber as a common absorber or into its own absorber. When using very high laser power and / or modulators with low efficiency, it is advantageous not to use the first-order beam generated in the switched-on state of the modulator as a working or Abtragsstrahl but the actual beam of the laser beam source, which when turned off or not RF power applied modulators is transmitted. By the number of modulators the maximum extinction can be determined. The intensity of the Abtragsstrahls is determined by the RF power applied to the modulators, and thus can be controlled continuously. A structure for carrying out the method can be constructed as a single-beam or multi-beam system in combination with a downstream deflection unit, such as a polygon mirror. With an individual efficiency of a modulator of, for example, 60%, a minimum of 1.0% of the laser beam power is transmitted to the surface of the printing or embossing mold when, for example, five modulators are used. The number of modulators depends in particular on how far the laser beam intensity has to be reduced at most so that the minimum laser intensity does not cause any interference. kung causes more on the surface to be machined. In this process embodiment and structure, the laser beam properties are not affected by the diffraction of the modulators or by the RF power because the laser beam used for engraving is simply transmitted through the modulator crystal only. Thus, a particularly high overall efficiency is achieved here, since as maximum power practically the entire laser power, only reduced by low transmission losses in the modulators, reaches the surface to be processed. Furthermore, by this method, a more accurate intensity control possible.
Weiter schlägt die Erfindung vor, dass ein oder mehrere Ultrakurzpulslaser angewendet werden. Die erzeugten und angewendeten ultrakurzen Laserpulse oder Laserpulszüge tragen zu einer schonenden Gravur der Druck- oder Prägeform bei. Da die Energie in einem sehr kurzem Zeitraum aufgebracht wird, ergibt sich eine sogenannte „kalte" Abtragung, bei der das von dem Laserpuls oder Laserpulszug getroffene Material am Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform vollständig und sehr schnell verdampft wird, ohne dass es dabei zu einer übermäßigen Erhitzung des benachbarten Materials der Druck- oder Prägeformoberfläche kommt. Außerdem wird ein unerwünschter flüssiger Zustand des Materials, der zu Kraterrändern oder Spritzern von Material in der Umgebung des Oberflächenpunktes führt, praktisch vollständig vermieden.Furthermore, the invention proposes that one or more ultra-short pulse lasers are used. The generated and applied ultrashort laser pulses or laser pulse trains contribute to a gentle engraving of the printing or embossing mold. Since the energy is applied in a very short period of time, there is a so-called "cold" erosion, in which the material hit by the laser pulse or Laserpulszug is completely and very quickly evaporated at the surface point of the printing or embossing mold, without it becoming a In addition, an undesirable liquid state of the material leading to crater edges or splashes of material in the vicinity of the surface point is virtually completely avoided.
In weiterer Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass Laserpulse mit einer Länge zwischen 0,1 und 100 Pikosekunden in Pulszügen durch einen externen Modulator/Deflektor angewendet werden.In a further embodiment, it is preferably provided that laser pulses with a length between 0.1 and 100 picoseconds are applied in pulse trains through an external modulator / deflector.
Ein weiterer Beitrag zur Erzielung einer hohen Gravurgeschwindigkeit wird dadurch geliefert, dass bevorzugt die Laserpυlse mit einer Wiederholfrequenz zwischen 1 MHz und einigen 100 MHz angewendet werden. Diese hohe Wiederholfrequenz der Laserpulse erlaubt eine schnelle Gravur mit einer entsprechend hohen Drehzahl der zu gravierenden Druck- oder Prägeform, wodurch die Gravurzeit auch bei großen Druck- oder Prägeformen sehr kurz gehalten werden kann.A further contribution to achieving a high engraving speed is provided by the fact that preferably the Laserpυlse be applied with a repetition frequency between 1 MHz and several 100 MHz. This high repetition frequency of the laser pulses allows rapid engraving with a correspondingly high speed of the engraved printing or embossing mold, whereby the engraving time can be kept very short even with large printing or embossing forms.
Je nach dem Material der zu gravierenden Druck- oder Prägeform sind unterschiedliche Energien der Laserpulse anzuwenden und unterschiedliche Oberflä- chenpunktabstände einzuhalten. Um diesen Erfordernissen Rechnung zu tragen, schlägt die Erfindung vor, dass die Pulszuglänge, der Oberflächenpunkt und die Amplitude durch den externen Modulator/Deflektor gesteuert werden.Depending on the material of the printing or embossing mold to be engraved, different energies of the laser pulses are to be used and different surface point distances must be observed. To meet these requirements, For example, the invention proposes that the pulse train length, the surface point and the amplitude be controlled by the external modulator / deflector.
Wie weiter oben beschrieben, ist es für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich, dass der Auftreffpunkt der Laserpulse oder Laserpulszüge auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform „springt". Um dieses „Springen" des Auftreffpunktes der Laserpulse oder Laserpulszüge zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine in den akusto- oder elektrooptischen Modulator zur Laserstrahlablenkung eingespeistes Signal variiert wird und so ein Ablenkwinkel des Laserstrahls und der vom Laserstrahl getroffene Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform verändert werden. Auf diese Weise kann der Laserstrahl, auf dem die Laserpulse oder Laserpulszüge zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform gelangen, ohne jedes mechanische Hilfsmittel abgelenkt werden, was eine sehr schnelle und präzise Ablenkung gewährleistet.As described above, it is essential for the method according to the invention for the point of impact of the laser pulses or laser pulse trains to "jump" on the surface of the printing or embossing mold. that a signal fed into the acousto-or electro-optical modulator for laser beam deflection is varied, and thus a deflection angle of the laser beam and the surface point of the printing or embossing form hit by the laser beam are changed. In this way, the laser beam on which the laser pulses or laser pulse trains reach the surface of the printing or embossing mold can be deflected without any mechanical aids, which ensures a very fast and precise deflection.
Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass statt durch den akusto- oder elektrooptischen Modulator oder zusätzlich zu dem akusto- oder elektrooptischen Modulator eine Laserstrahlablenkung durch einen rotierenden Polygonspiegel vorgenommen wird. Bei Einsatz nur des akusto- oder elektrooptischen Modulators mit seinem relativ begrenzten maximalen Ablenkwinkel hängt die Produktivität des Verfahrens wesentlich von einer maximal möglichen Drehzahl der zu bearbeitenden Druck- oder Prägeform ab, wobei die erreichbare Drehzahl in der Größenordnung von etwa 2.0007min liegt. Mit dem rotierenden Polygonspiegel wird der maximal mögliche Ablenkwinkel um ein Vielfaches größer, sodass auch bei verminderter Drehzahl der Druck- oder Prägeform eine sehr hohe Produktivität erreicht werden kann. Durch den großen Ablenkwinkel können bei einem helixförmigen Vorschub sehr viele Laserpulse oder Laserpulszüge an einem Oberflächenpunkt appliziert werden. Der hohe technische Aufwand für ein möglichst exaktes schnelles Drehen der Druck- oder Prägeform kann daher reduziert werden, was die Durchführung des Verfahrens und Anlagen dafür einfacher und kostengünstiger macht. Bei gleicher Produktivität kann so z.B. die Drehzahl der Druck- oder Prägeform auf etwa ein Zehntel der ansonsten nötigen Drehzahl vermindert werden. Somit können auch Formen wirtschaftlich bearbeitet werden, die groß und schwer sind und/oder mit Unwuchten behaftet sind, die z.B. durch im Forminneren angeordnete Heiz- und/oder Kühleinrichtungen hervorgerufen werden. Eine niedrige Drehzahl der Druck- oder Prägeform vermindert zudem vorteilhaft die Luftverwirbe- lungen nahe der Formoberfläche, was günstig für ein wirksames Absaugen-von Abtragsrückständen ist.Another embodiment of the method provides that instead of the acousto-electro-optical or electro-optical modulator or in addition to the acousto-or electro-optical modulator laser beam deflection is performed by a rotating polygon mirror. When using only the acousto-or electro-optical modulator with its relatively limited maximum deflection angle, the productivity of the process depends essentially on a maximum possible speed of the printing or embossing mold to be processed, the achievable speed is on the order of about 2,0007min. With the rotating polygon mirror, the maximum possible deflection angle becomes many times greater, so that a very high productivity can be achieved even at reduced speed of the printing or embossing mold. Due to the large deflection angle, a large number of laser pulses or laser pulse trains can be applied to a surface point in the case of a helical feed. The high technical effort for the most accurate possible fast turning of the printing or embossing mold can therefore be reduced, which makes the implementation of the method and equipment for easier and less expensive. With the same productivity, for example, the speed of the pressure or embossing mold can be reduced to about one-tenth of the otherwise necessary speed. Thus, it is also possible to economically process molds which are large and heavy and / or are subject to imbalances which are caused, for example, by heating and / or cooling devices arranged in the mold interior. A low speed of the printing or embossing mold also advantageously reduces the air turbulence Lungs near the mold surface, which is favorable for an effective suction of Abtragsrückständen.
Dabei ist zweckmäßig weiter vorgesehen, dass der rotierende Polygonspiegel in Laserstrahlrichtung gesehen hinter dem ggf. auch eingesetzten akusto- oder elekt- rooptischen Modulator angeordnet wird. Eine winkelmäßig große Auffächerung des Laserstrahls erfolgt so vorteilhaft erst kurz vor der Oberfläche der zu bearbeitenden Druck- oder Prägeform.In this case, it is expedient to further provide for the rotating polygon mirror, as seen in the laser beam direction, to be arranged behind the optionally used acoustoelectronic or electro-optical modulator. An angularly large fanning of the laser beam is so advantageous only shortly before the surface of the printing or embossing mold to be processed.
Damit eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gewährleistet werden können, werden die Rotation des Polygonspiegels, eine Rotation der Druck- oder Prägeform und ein axialer Vorschub der Lasergravureinrichtung miteinander synchronisiert.In order to ensure high accuracy and reproducibility, the rotation of the polygon mirror, a rotation of the printing or embossing mold and an axial feed of the laser engraving device are synchronized with each other.
Dazu wird konkret vorgeschlagen, dass jede Rotation und der Vorschub über jeweils mindestens einen zugeordneten elektronischen Encoder mit einer Genauigkeit von wenigstens 1 μm erfasst werden.For this purpose, it is specifically suggested that each rotation and the feed are detected via at least one associated electronic encoder with an accuracy of at least 1 micron.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Produktivität des Verfahrens besteht darin, dass zwei oder mehr Laserstrahlen dem Polygonspiegel zugeführt werden. Bei Bedarf kann der Polygonspiegel dabei gekühlt werden, um eine thermische Überlastung zu vermeiden.Another way to increase the productivity of the method is that two or more laser beams are supplied to the polygon mirror. If necessary, the polygon mirror can be cooled to avoid thermal overload.
Ein Beitrag zu einem möglichst breiten Arbeitsbereich auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform besteht darin, dass bevorzugt die zwei oder mehr Laserstrahlen dem Polygonspiegel unter verschiedenen Einfallswinkeln zugeführt werden.A contribution to the widest possible working range on the surface of the printing or embossing mold is that preferably the two or more laser beams are supplied to the polygon mirror at different angles of incidence.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass neben dem Laserstrahl oder den Laserstrahlen mindestens ein Messstrahl einer Messeinrichtung für eine optische Oberflächenvermessung der Druck- oder Prägeform über den Polygonspiegel geführt wird. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Nutzen des Polygonspiegels erzielt.Furthermore, it is preferably provided that, in addition to the laser beam or the laser beams, at least one measuring beam of a measuring device for an optical surface measurement of the printing or embossing mold is guided over the polygon mirror. In this way, an additional benefit of the polygon mirror is achieved.
Eine diesbezügliche Weiterbildung schlägt vor, dass mit der Messeinrichtung eine separate Oberflächenvermessung der Druck- oder Prägeform nach erfolgtem Mate- rialabtrag vorgenommen wird. Damit kann der erfolgte Materialabtrag dokumentiert werden, was für eine sichere Qualitätskontrolle vorteilhaft ist.A further development proposes that with the measuring device a separate surface measurement of the printing or embossing mold after completion of the mate- rialabtrag is made. Thus, the material removal can be documented, which is advantageous for a secure quality control.
Alternativ kann mit der Messeinrichtung eine integrierte Oberflächenvermessung der Druck- oder Prägeform während eines Materialabtrags vorgenommen werden und Messergebnisse der Messeinrichtung können dann für eine aktive Steuerung des Materialabtrags verwendet werden. Somit kann der laufende Bearbeitungsvorgang ständig überwacht und bei Abweichungen von einem Sollwert korrigiert werden. Dies führt zu besonders hohen Qualitäten der Bearbeitung und vermeidet Ausschuss durch nicht oder zu spät bemerkte Bearbeitungsfehler.Alternatively, the measuring device can be used to perform an integrated surface measurement of the printing or embossing mold during material removal, and measurement results of the measuring device can then be used for active control of the material removal. Thus, the current machining operation can be constantly monitored and corrected for deviations from a target value. This leads to particularly high qualities of processing and avoids rejects due to no or too late noticed processing errors.
Der zuvor beschriebene Einsatz des Polygonspiegels ist für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt. Es besteht aber alternativ auch die Möglichkeit, dass anstelle des rotierenden Polygonspiegels ein mechanischer Spiegel (Galvanospiegel) oder ein Miniaturspiegelarray oder ein elektrooptischer Modulator verwendet wird.The above-described use of the polygon mirror is preferred for the method according to the invention. Alternatively, however, it is also possible for a mechanical mirror (galvanomirror) or a miniature mirror array or an electro-optical modulator to be used instead of the rotating polygon mirror.
Da aufgrund der Ablenkung des Laserstrahls dieser nicht mehr in jedem Falle senkrecht auf die Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform trifft, sondern auch unter einem gewissen schrägen Winkel auftreffen kann, kommt es zu einer Fehllage des Laserfokus; um dem vorzubeugen, schlägt die Erfindung vor, dass der Fokus des Laserstrahls in Abhängigkeit von dessen aktuellem Ablenkwinkel durch ein Linsensystem mit angepasstem Linsendesign nachgeführt wird. Somit wird gewährleistet, dass der Fokus des Laserstrahls stets genau im Auftreffpunkt auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform liegt und nicht davor oder dahinter. Auf diese Weise wird die maximal mögliche Auflösung und Exaktheit der Gravur gewährleistet. Hier kann z.B. ein F-Theta Objektiv angewendet werden, in dem durch den Eintrittswinkel ein bestimmter Ort auf der Druck- oder Prägeform, die insbesondere ein Zylinder sein kann, erreicht wird. Das Linsendesign ist so ausgeführt, dass Fokuspunkte über den Arbeitsbereich dieser Linse in einer Ebene, also auf der Druckformoberfläche, liegen.Since due to the deflection of the laser beam, this no longer in each case perpendicular to the surface of the engraved printing or embossing mold, but can also strike at a certain oblique angle, there is a misplacement of the laser focus; To prevent this, the invention proposes that the focus of the laser beam is tracked by a lens system with adapted lens design as a function of its current deflection angle. This ensures that the focus of the laser beam is always exactly at the point of impact on the surface of the printing or embossing mold and not in front of or behind it. In this way, the maximum possible resolution and accuracy of the engraving is guaranteed. Here, e.g. an F-theta lens can be applied, in which by the entrance angle a certain location on the printing or embossing mold, which may be a cylinder in particular, is achieved. The lens design is designed so that focus points on the working range of this lens in a plane, so on the printing form surface lie.
Bei Gravuren mit einem Materialabtrag von der Oberfläche der Druck- oder Prägeform ist es oft zweckmäßig oder erforderlich, dass sich die benachbarten Umfangs- spuren überlappen. Da ein Laserstrahl in seinem Profil rund ist und ein gaussförmiges Strahlprofil besitzt, würde sich bei einer derartigen Überlappung der Spuren eine linienförmige, in Richtung der Umfangsspuren verlaufende Struktur im Bereich des Bodens einer Abtragung ergeben. Damit würde eine stetige Gravur zu einer starken Rillenbildung führen. Um diese unerwünschte Rillenbildung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass der Gravur entlang der Schraubenlinie eine stufenlose Variation einer axialen Position des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf der Druckoder Prägeformoberfläche überlagert wird. Durch diese Variation der axialen Position des Auftreffpunktes des Laserstrahls wird die erwähnte Rillenbildung ausgeschlossen, weil nicht nur exakt entlang der Umfangsspuren, sondern auch in Bereichen zwischen diesen ein Materialabtrag erfolgt. Damit lassen sich auch größere dreidimensionale Strukturen ohne störende Rillenbildung, also mit einer sehr geringen Oberflächenrauigkeit, günstig erzeugen.In the case of engraving with a material removal from the surface of the printing or embossing mold, it is often expedient or necessary for the adjacent circumferential traces to overlap. Since a laser beam is round in its profile and has a Gaussian beam profile, such a overlap of the tracks would result in a linear structure running in the direction of the circumferential tracks of the soil of an ablation. Thus, a continuous engraving would lead to a strong groove formation. To avoid this unwanted groove formation, it is proposed that the engraving along the helix is superimposed on a stepless variation of an axial position of the point of impact of the laser beam on the printing or embossing mold surface. By this variation of the axial position of the point of impact of the laser beam, the aforementioned groove formation is excluded, because not only exactly along the circumferential tracks, but also in areas between these material removal takes place. This also allows larger three-dimensional structures without disturbing groove formation, so produce a low surface roughness, low.
Eine weitere Maßnahme zur Erzielung eines besonders exakten und reproduzierbaren Gravurergebnisses besteht darin, dass der Gravur ein Reinigungsprozess überlagert wird, mit dem jeder Oberflächenpunkt nach dem Aufbringen eines Laserpulses oder Laserpulszuges gereinigt wird, bevor auf denselben Oberflächenpunkt ein weiterer Laserpuls oder Laserpulszug aufgebracht wird.Another measure for achieving a particularly accurate and reproducible engraving result is that the engraving is superimposed on a cleaning process, with which each surface point is cleaned after applying a laser pulse or laser pulse train before another laser pulse or laser pulse train is applied to the same surface point.
Bevorzugt wird der Reinigungsprozess mittels Abbürstens, auch ultraschallunterstütztes Bürsten, oder mittels Sandstrahlens oder mittels eines Plasmareinigungsverfahrens durchgeführt. Auch eine Kombination verschiedener Reinigungsprozesse ist selbstverständlich möglich.The cleaning process is preferably carried out by brushing, also ultrasound-assisted brushing, or by sand blasting or by means of a plasma cleaning process. A combination of different cleaning processes is of course possible.
Aufgrund von physikalischen Bedingungen ist der Arbeitsbereich eines akusto- o- der elektrooptischen Modulators/Deflektors hinsichtlich des maximal möglichen Ablenkwinkels des Laserstrahls eingeschränkt. Handelsübliche akusto- oder elekt- rooptische Modulatoren/Deflektoren haben beispielsweise einen Arbeitsbereich hinsichtlich der eingespeisten Modulationsfrequenz von 30 MHz, in dem eine gleichbleibende Effizienz erreicht wird. Die Bandbreite der Frequenz von 30 MHz entspricht einem maximalen Ablenkwinkel von 1 bis 3° je nach Material des akusto- oder elektrooptischen Modulators. Für manche Gravuren kann ein solcher Ablenkwinkel zu klein sein, da durch den maximal möglichen Ablenkwinkel auch der maximal mögliche Abstand zwischen zwei Oberflächenpunkten, die von zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden oder gleichzeitigen Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt werden, festgelegt ist. Um einen größeren Ablenkwinkel zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl nach Durchlaufen des akusto- oder elektrooptischen Modulators durch mindestens einen damit in Reihe geschalteten weiteren akusto oder elektrooptischen Modulator geführt wird. Mit einem zweiten akusto- oder elektrooptischen Modulator kann der Ablenkwinkel verdoppelt werden. Bei noch mehr Modulatoren kann eine weitere Vergrößerung des Ablenkwinkels erzielt werden, wenn dies erforderlich sein sollte.Due to physical conditions, the working range of an acousto or electro-optical modulator / deflector is limited in terms of the maximum possible deflection angle of the laser beam. Commercially available acoustoelectronic or electro-optical modulators / deflectors have, for example, a working range with regard to the fed-in modulation frequency of 30 MHz, in which a constant efficiency is achieved. The bandwidth of the frequency of 30 MHz corresponds to a maximum deflection angle of 1 to 3 °, depending on the material of the acoustoelectronic or electro-optical modulator. For some engravings, such a deflection angle may be too small, since the maximum possible deflection angle also determines the maximum possible distance between two surface points which are acted upon by laser pulses or laser pulse trains which follow one another directly or simultaneously in time. In order to allow a larger deflection angle, it is proposed that the laser beam after passing through the acousto-or electro-optical modulator by at least one connected in series another acousto or electro-optical modulator is performed. With a second acousto-or electro-optical modulator, the deflection angle can be doubled. With even more modulators, a further increase in the deflection angle can be achieved, if necessary.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl durch zwei baugleiche Modulatoren geführt wird, wobei die Ablenkung des zweiten Modulators invertiert zur Ablenkung des ersten Modulators ist. Hiermit wird erreicht, dass der durch den ersten Modulator gebeugte oder abgelenkte Laserstrahl nicht mehr durch den zweiten Modulator beeinflusst werden kann. Somit ergeben sich auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform zwei voneinander beabstandete Auftreffpunkte, wobei die Ablenkwinkel sich addieren und ein großer Abstand zwischen den Oberflächenpunkten, auf die die Laserpulse oder Laserpulszüge treffen, erreicht wird.In a further embodiment, it is proposed that the laser beam is guided by two identically constructed modulators, the deflection of the second modulator being inverted for the deflection of the first modulator. This ensures that the laser beam diffracted or deflected by the first modulator can no longer be influenced by the second modulator. Thus, on the surface of the printing or embossing mold two spaced impact points, wherein the deflection angles add and a large distance between the surface points hit by the laser pulses or laser pulse trains, is achieved.
Eine alternative Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der Laserstrahl durch einen ersten Polarisationsstrahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt wird, dass jeder Teilstrahl durch je einen akusto- oder elektrooptischen Modulator geführt wird und dass danach die Teilstrahlen mittels eines zweiten Polarisationsstrahlteilers wieder zu einem Laserstrahl überlagert werden. Dadurch, dass jeder Teilstrahl durch einen eigenen akusto- oder elektrooptischen Modulator geführt wird, kann die Modulationsbandbreite verdoppelt werden, was auch eine Verdoppelung des Ablenkwinkels bedeutet. Damit kann auch der Abstand der Oberflächenpunkte, die von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt werden, verdoppelt werden. Da sich diese Art der Teilung wie die Anwendung zweier diskreter Laser verhält, können vorteilhaft auch zwei Punkte gleichzeitig auf der Druck- oder Prägeform angesteuert werden.An alternative development of the method provides that the laser beam is divided by a first polarization beam splitter into two sub-beams, that each sub-beam is guided by a respective acousto-or electro-optical modulator and that then the sub-beams are superimposed by a second polarization beam splitter back to a laser beam. The fact that each partial beam is guided by its own acousto-or electro-optical modulator, the modulation bandwidth can be doubled, which also means a doubling of the deflection angle. Thus, the distance of the surface points, which are acted upon by two temporally directly successive laser pulses or laser pulse trains, can be doubled. Since this type of division behaves like the use of two discrete lasers, two points can advantageously also be controlled simultaneously on the printing or embossing form.
In Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl durch winkelmäßiges Verstellen des zweiten Polarisationsstrahlteilers auf gewünschte Oberflächenpunkte der Druck- oder Prägeform gelenkt wird. Hiermit wird der Vorteil erreicht, dass die Positionierung des Auftreffpunktes der Laserstrahlen auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform nicht nur durch Variation der Modulationsfrequenz und damit des Ablenkwinkels des akusto- oder elektrooptischen Modulators möglich ist, sondern eine Positionierung auch durch den zweiten Polarisationsstrahlteiler erfolgen kann. In einer konkreten weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Laserstrahl durch zwei jeweils als Polarisationsstrahlteiler dienende doppelbrechende Kristalle geführt wird, wobei der zweite Kristall invers zum ersten Kristall angeordnet ist. Konkret können die Kristalle beispielsweise Calcit-Kristalle sein.In a further development of the embodiment of the method described above, it is proposed that the laser beam is directed by angular displacement of the second polarization beam splitter to desired surface points of the printing or embossing mold. This has the advantage that the positioning of the point of impact of the laser beams on the surface of the printing or embossing form is not only possible by varying the modulation frequency and thus the deflection angle of the acousto-electro-optical modulator, but can also be done by the second polarization beam splitter positioning , In a concrete further embodiment, it is provided that the laser beam is guided through two birefringent crystals which each serve as polarization beam splitters, the second crystal being arranged inversely to the first crystal. Concretely, the crystals may be, for example, calcite crystals.
Die Lasergravureinrichtung kann grundsätzlich mit einem einzelnen Laser betrieben werden. Bei manchen Anwendungen kann auch der Einsatz von mehreren Lasern zweckmäßig sein, um eine höhere Laserpulsenergie oder eine höhere Produktivität zu erzielen. Dabei können untereinander gleiche oder auch voneinander verschiedene Laser eingesetzt werden. Für diese Fälle sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass von mehreren Lasern je ein Laserstrahl erzeugt wird, dass die von den Lasern erzeugten Laserstrahlen durch je einen zugeordneten akusto- oder elektrooptischen Modulator/Deflektor geführt werden und dass die einzelnen Laserstrahlen hinter den Modulatoren zu einem Laserstrahl zusammengeführt werden, der auf die Druck- oder Prägeformoberfläche auftrifft. Ferner können die Strahlen auch quasi zusammengeführt werden. Sie unterscheiden sich hier nur in ihrem Ausbreitungswinkel, wodurch sie in der Fokussierungsebene auf zwei unterschiedliche Orte abgebildet werden. Aufgrund des Winkelunterschiedes laufen diese Strahlen zwar auseinander; mit diskreten Optiken wäre aber ein derartiger geringer Abstand nicht möglich. Es ist ein geringer Abstand erstrebenswert, um die Blendenzahl hoch zu halten und eine möglichst große Tiefenschärfe zu erzielen.The laser engraving device can basically be operated with a single laser. In some applications, the use of multiple lasers may be useful to achieve higher laser pulse energy or higher productivity. In this case, mutually identical or different lasers can be used. For these cases, the method according to the invention provides that a laser beam is generated by a plurality of lasers, that the laser beams generated by the lasers are each guided by an associated acousto-optical or electro-optical modulator / deflector and that the individual laser beams behind the modulators become a laser beam be merged, which impinges on the printing or embossing mold surface. Furthermore, the beams can also be merged quasi. They differ only in their propagation angle, whereby they are mapped to two different locations in the focusing plane. Due to the difference in angle, these rays diverge; with discrete optics but such a small distance would not be possible. A small distance is desirable in order to keep the f-number high and to achieve the greatest possible depth of focus.
In weiterer Ausgestaltung haben die von den mehreren Lasern erzeugten Laserstrahlen zueinander unterschiedliche Wellenlängen. Damit kann insbesondere eine Verringerung der Abhängigkeit der Abtragsrate vom Absorptionsverhalten des Materials der Druck- oder Prägeform erreicht werden. Es besteht hierbei z.B. die Möglichkeit, zwei Laser mit unterschiedlicher Auflösung, d.h. unterschiedlicher Spotgröße des Fokus im Auftreffpunkt auf der Druck- oder Prägeform, und/oder unterschiedlicher Leistung einzusetzen. Der Laserstrahl des ersten Lasers kann dann für die Erzeugung einer "Grobstruktur" und der zweite Laser für die Erzeugung einer "Feinstruktur" genutzt werden.In a further embodiment, the laser beams generated by the plurality of lasers have mutually different wavelengths. In particular, a reduction in the dependence of the removal rate on the absorption behavior of the material of the printing or embossing mold can be achieved. It consists, e.g. the ability to use two different resolution lasers, i. different spot size of the focus at the point of impact on the printing or embossing mold, and / or different power use. The laser beam of the first laser can then be used to create a "rough texture" and the second laser to create a "fine texture".
Um die zunächst einzeln erzeugten Laserstrahlen der verschiedenen Laser zu einem einzigen Laserstrahl zusammenzuführen, schlägt die Erfindung vor, dass die Laserstrahlen zu ihrem Zusammenführen über je einen dichroitischen Spiegel um- gelenkt werden. Die Zahl der Laser ist hier nicht, wie im Stand der Technik mit einer polarisationstechnischen Strahlüberlagerung, auf zwei begrenzt, sondern kann vorteilhaft größer als zwei sein.In order to combine the individually generated laser beams of the different lasers into a single laser beam, the invention proposes that the laser beams are converted by means of their respective dichroic mirrors into one another. be steered. The number of lasers is not limited to two, as in the prior art with a polarization beam overlay, but may advantageously be greater than two.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der zusammengeführte Laserstrahl durch winkelmäßiges Verstellen wenigstens eines der dichroitischen Spiegel auf gewünschte Oberflächenpunkte der Druck- oder Prägeform gelenkt wird. Durch dieses Verstellen des wenigstens einen Spiegels wird vorteilhaft eine zusätzliche, statische Möglichkeit der Ablenkung des zusammengeführten Laserstrahls zusätzlich zu der dynamischen Ablenkung durch die den Lasern zugeordneten akusto- oder elektroop- tischen Modulatoren erreicht. Für die Spiegelverstellung kann z.B. ein piezoelektrischer Aktuator verwendet werden, der elektrisch ansteuerbar ist und mit dem eine Verstellung mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich möglich ist.It is further proposed that the converged laser beam is directed by angular adjustment of at least one of the dichroic mirror to desired surface points of the printing or embossing mold. This adjustment of the at least one mirror advantageously achieves an additional, static possibility of deflecting the combined laser beam in addition to the dynamic deflection by the acoustoelectronic or electrooptical modulators associated with the lasers. For mirror adjustment, e.g. a piezoelectric actuator can be used, which is electrically controllable and with which an adjustment with an accuracy in the nanometer range is possible.
Zur Erzeugung eines geeigneten Laserstrahls für das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Laserstrahl oder die Laserstrahlen durch einen oder mehrere Faserlaser, z.B. Yterbium-Faserlaser, durch einen oder mehrere Scheibenlaser, z.B. Yterbium-Vanadat-Laser, durch einen oder mehrere Stablaser, z.B. Titan-Saphir-Laser, und/oder durch einen oder mehrere Gaslaser, z.B. Eximer- Laser, erzeugt wird/werden. Mit derartigen Lasern ist eine Laserstrahlung mit Wellenlängen von ca. 700 nm bis 2.100 nm möglich, was eine entsprechend hohe Auflösung bei der Gravur, die bis in den Bereich der Wellenlänge der Laserstrahlung gehen kann, also von etwas unter 1 μm, ermöglicht.In order to produce a suitable laser beam for the method according to the invention, it is preferably provided that the laser beam or the laser beams are transmitted through one or more fiber lasers, e.g. Yterbium fiber laser, by one or more disk lasers, e.g. Yterbium vanadate laser, by one or more rod lasers, e.g. Titanium sapphire laser, and / or by one or more gas lasers, e.g. Eximer laser, is generated / are. With such lasers laser radiation with wavelengths of about 700 nm to 2,100 nm is possible, which allows a correspondingly high resolution in the engraving, which can go into the range of the wavelength of the laser radiation, that is, of just below 1 micron.
Für Fälle, in denen eine noch höhere Auflösung gewünscht wird, sieht das Verfahren vor, dass die Frequenz der Laserstrahlung durch ein Frequenzvervielfachungssystem innerhalb des Lasers oder der Laser vervielfacht wird. Entsprechend der Frequenzvervielfachung verkleinert sich die Wellenlänge der Laserstrahlung, wodurch eine entsprechende Erhöhuung der Auflösung der Gravur erreicht werden kann.For cases where even higher resolution is desired, the method provides that the frequency of the laser radiation be multiplied by a frequency multiplier system within the laser or lasers. According to the frequency multiplication, the wavelength of the laser radiation decreases, whereby a corresponding increase in the resolution of the engraving can be achieved.
Für eine hohe Gravurqualität ist es nicht nur wesentlich, dass die Auftreffpunkte der Laserpulse oder Laserpulszüge auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform hinsichtlich ihrer Lage exakt festgelegt werden, sondern auch hinsichtlich der Tiefe der Gravur ist die Einhaltung von exakten Abtragstiefen wesentlich. Um diesem Punkt Rechnung zu tragen, schlägt die Erfindung vor, dass vor einem Gravurvorgang durch eine Kalibrierung eine vom Material der Druck- oder Prägeform abhängige Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug ermittelt wird und dass nach Maßgabe der ermittelten Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug die Zahl der auf einen auf eine vorgegebene Tiefe zu gravierenden Oberflächenpunkt der Druckoder Prägeform aufzubringenden Laserpulse oder Laserpulszüge bestimmt wird.For a high engraving quality, it is not only essential that the points of impact of the laser pulses or laser pulse trains on the surface of the printing or embossing mold are precisely determined with respect to their location, but also in terms of the depth of the engraving compliance with exact removal depths is essential. To take this point into account, the invention proposes that before an engraving process by a calibration of the material of the printing or embossing mold dependent Abtragstiefe per laser pulse or laser pulse train is determined and that determined according to the determined Abtragstiefe per laser pulse or Laserpulszug the number of applied to a predetermined depth to be engraved surface point of the printing or embossing mold laser pulses or laser pulse trains becomes.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für vielfältige Gravuraufgaben einsetzbar. Eine erste bevorzugte Verwendung des Verfahrens sieht vor, dass mit diesem zweidimensionale oder dreidimensionale Maskenschichten auf Druck- oder Prägeformen abgetragen oder belichtet werden. Solche Maskenschichten werden insbesondere dann benötigt, wenn in einem weiteren Schritt der Gravur ein Ätzvorgang oder ein galvanischer Beschichtungsvorgang durchgeführt wird.The inventive method can be used for a variety of engraving tasks. A first preferred use of the method provides that with this two-dimensional or three-dimensional mask layers are removed or exposed to printing or embossing forms. Such mask layers are required in particular if an etching process or a galvanic coating process is carried out in a further step of the engraving.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mit diesem ein dreidimensionaler Materialabtrag von metallischen oder nichtmetallischen Druck- oder Prägeformoberflächen vorgenommen wird. In dieser Anwendung kann eine Druck- oder Prägeformoberfläche vollständig mit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Lasergravureinrichtung hergestellt werden; ein Ätzvorgang ist hier nicht erforderlich.Another possible use of the method according to the invention is that with this a three-dimensional material removal of metallic or non-metallic printing or embossing mold surfaces is made. In this application, a printing or embossing mold surface can be made entirely with the laser engraving device operated by the method according to the invention; an etching process is not required here.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der dreidimensionale Materialabtrag in Form eines Näpfchenrasters erfolgt und dass damit eine Raster- oder Tiefdruckwalze hergestellt wird. Aufgrund der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren hohen Auflösung der Gravur können Raster- oder Tiefdruckwalzen mit sehr kleinen Rastern und damit einer sehr hohen Auflösung zuverlässig und wirtschaftlich hergestellt werden.In a further embodiment, it is provided that the three-dimensional removal of material takes place in the form of a cell pattern and that a screen or engraved printing roll is thus produced. Due to the achievable with the novel high resolution engraving raster or gravure rolls can be produced with very small pitches and thus a very high resolution reliable and economical.
Ein weiterer günstiger Einsatzbereich des Verfahrens liegt darin, dass mit diesem Prägeformen für ein Prägen von Hologrammen hergestellt werden können. Prägeformen für ein Prägen von Hologrammen benötigen eine hohe Auflösung, die aber mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos erreichbar ist. Da außerdem die Abtragsrate jedes einzelnen Laserpulses oder Laserpulszuges einstellbar ist, kann auch eine für das Herstellen von Hologrammprägeformen nötige, sehr kleine Abtragsrate pro Laserpuls oder Laserpulszug ohne weiteres in einem benötigten Maß eingestellt werden. Ein weiterer Einsatzbereich des Verfahrens besteht darin, dass mit dem Verfahren Prägeformen, z.B. für ein Prägen von Lederstrukturen für den Automotivebereich, hergestellt werden.Another favorable application of the method is that with this embossing forms for embossing holograms can be produced. Embossing molds for embossing holograms require a high resolution, which can be easily achieved with the method according to the invention. In addition, since the removal rate of each individual laser pulse or laser pulse train is adjustable, a very small Abtragsrate per laser pulse or laser pulse train necessary for the production of hologram embossing can be easily adjusted to a required degree. A further field of application of the method is that the method produces embossing forms, for example for embossing leather structures for the automotive sector.
Um das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich und sicher ausführen zu können, ist vorgesehen, dass es unter Kontrolle einer elektronischen Steuereinheit nach Maßgabe von gespeicherten, abrufbaren digitalen Gravurdaten, die Informationen über die Lage und die Gravurtiefe jedes Oberflächenpunktes der Druck- oder Prägeform enthalten, ausgeführt wird.In order to carry out the method according to the invention economically and safely, it is provided that it is executed under the control of an electronic control unit in accordance with stored retrievable digital engraving data containing information about the position and the engraving depth of each surface point of the printing or embossing mold.
Schließlich schlägt die Erfindung noch vor, dass mit der Steuereinheit der/jeder Laser, der/jeder Modulator, der Polygonspiegel, der/ jeder Polarisationsstrahlteiler, der/jeder dichroitische Spiegel, ein Drehantrieb für die Rotation der Druck- oder Prägeform und/oder eine Linearverfahreinrichtung für ein Verfahren der Lasergravureinrichtung in Axialrichtung der Druck- oder Prägeform gesteuert wird.Finally, the invention also proposes that with the control unit the / each laser, the / each modulator, the polygon mirror, / each polarization beam splitter, the / each dichroic mirror, a rotary drive for the rotation of the printing or embossing mold and / or a Linearverfahreinrichtung for a method of the laser engraving device in the axial direction of the printing or embossing mold is controlled.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen jeweils in schematischer Darstellung:In the following, embodiments of the invention will be explained with reference to a drawing. The figures of the drawing each show in a schematic representation:
Figur 1 eine Lasergravureinrichtung zusammen mit einer Druck- oder Prägeform während deren Gravur,FIG. 1 shows a laser engraving device together with a printing or embossing mold during its engraving,
Figur 2 die Lasergravureinrichtung in einer ersten Ausführung, mit einem2 shows the laser engraving device in a first embodiment, with a
Laser und einer ersten Laserstrahlführung,Laser and a first laser beam guide,
Figur 3 die Lasergravureinrichtung in einer zweiten Ausführung mit einem3 shows the laser engraving device in a second embodiment with a
Laser, mit einer geänderten Laserstrahlführung,Laser, with a modified laser beam guide,
Figur 4 die Lasergravureinrichtung in einer dritten Ausführung, mit einem4 shows the laser engraving device in a third embodiment, with a
Laser, dessen Strahl aufgeteilt und wieder vereinigt wird,Laser, whose beam is split and reunited,
Figur 5 die Lasergravureinrichtung in einer vierten Ausführung, mit mehrerenFigure 5 shows the laser engraving device in a fourth embodiment, with several
Lasern, deren Laserstrahlen vereinigt werden,Lasers whose laser beams are combined
Figur 6 die Lasergravureinrichtung in einer fünften Ausführung, mit einem6 shows the laser engraving device in a fifth embodiment, with a
Laser und einem Polygonspiegel, Figur 7 die Lasergravureinrichtung in einer sechsten Ausführung, mit mehreren Lasern und einem Polygonspiegel,Laser and a polygon mirror, 7 shows the laser engraving device in a sixth embodiment, with several lasers and a polygon mirror,
Figur 8 die Lasergravureinrichtung in einer siebten Ausführung, mit mehreren Lasern, einem Polygonspiegel und einer separaten Oberflächenvermessung,8 shows the laser engraving device in a seventh embodiment, with several lasers, a polygon mirror and a separate surface measurement, FIG.
Figur 9 die Lasergravureinrichtung in einer achten Ausführung, mit mehreren9 shows the laser engraving device in an eighth embodiment, with several
Lasern, einem Polygonspiegel und einer integrierten Oberflächenvermessung, undLasers, a polygon mirror and an integrated surface measurement, and
Figur 10 die Lasergravureinrichtung in einer neunten Ausführung, mit mehreren Modulatoren in Reihenschaltung.10 shows the laser engraving device in a ninth embodiment, with several modulators in series.
Die Figur 1 zeigt unten in einer rein schematischen Darstellung eine Lasergravureinrichtung 1 , die zur Gravur einer im oberen Teil der Figur 1 dargestellten Druckoder Prägeform 2, beispielsweise eines Druckzylinders, dient.1 shows below in a purely schematic representation of a laser engraving device 1, which is used for engraving a printing or embossing mold 2 shown in the upper part of Figure 1, for example a printing cylinder.
Die Lasergravureinrichtung 1 ist mittels einer Linearverfahreinrichtung 15 parallel zur Axialrichtung 24 der Druck- oder Prägeform 2 verfahrbar. Die Druck- oder Prägeform 2 ist mittels hier nicht dargestellter Lagermittel und eines Drehantriebes um ihre Mittelachse 21 in Drehung versetzbar. Bei der Drehung bewegt sich die Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 in Umfangsrichtung 23.The laser engraving device 1 can be moved parallel to the axial direction 24 of the printing or embossing mold 2 by means of a linear positioning device 15. The printing or embossing mold 2 is displaceable about its central axis 21 in rotation by means not shown here bearing means and a rotary drive. During the rotation, the surface 20 of the printing or embossing mold 2 moves in the circumferential direction 23.
Die Lasergravureinrichtung 1 erzeugt mittels mindestens eines darin vorgesehenen Lasers einen Laserstrahl, der in Form von Laserpulsen oder Laserpulszügen die gewünschte Gravur der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 bewirkt. Die Oberfläche 20 ist dazu in eine Vielzahl von in Umfangsrichtung 23 und in Axialrichtung 24 voneinander beabstandeten Oberflächenpunkten unterteilt. In jedem dieser Oberflächenpunkte findet eine gewünschte Beeinflussung, insbesondere Belichtung oder Abtragung, des Materials der Oberfläche 20 des Druck- oder Prägeform 2 statt. Die Gravur der Druck- oder Prägeform 2 erfolgt endlos entlang einer um den Außenumfang der Form 2 umlaufenden Schraubenlinie 22, also helixförmig, wodurch sich eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Umfangsspuren ergibt. Um die Gravur entlang dieser Schraubenlinie 22 durchzuführen, wird die Linearverfahr- einrichtung 15 mit einer konstanten Geschwindigkeit parallel zur Axialrichtung 24 der sich gleichzeitig drehenden Form 2 in Richtung des Pfeils an der Linearverfahreinrichtung 15 bewegt, hier von links nach rechts.The laser engraving device 1 generates by means of at least one laser provided therein a laser beam, which causes the desired engraving of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 in the form of laser pulses or laser pulse trains. For this purpose, the surface 20 is subdivided into a multiplicity of surface points spaced apart in the circumferential direction 23 and in the axial direction 24. In each of these surface points, a desired influencing, in particular exposure or removal, of the material of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 takes place. The engraving of the printing or embossing mold 2 takes place endlessly along a helical line 22 that runs around the outer circumference of the mold 2, that is to say helically, resulting in a multiplicity of adjacent circumferential tracks. To perform the engraving along this helical line 22, the linear motion Device 15 moves at a constant speed parallel to the axial direction 24 of the simultaneously rotating mold 2 in the direction of the arrow on the Linearverfahreinrichtung 15, here from left to right.
Jeder Oberflächenpunkt der Druck- oder Prägeform 2 wird für seine Gravur mit mindestens zwei, in der Praxis mit einer in der Regel wesentlich größere Zahl von Laserpulsen oder Laserpulszügen beaufschlagt. Jeder Laserpuls oder Laserpulszug sorgt bei einem Gravieren mit Materialabtrag dafür, dass Material aus der Oberfläche 20 der Form 2 verdampft wird. Damit die bei dem Auftreffen eines Laserpulses oder Laserpulszuges auf einen ersten Oberflächenpunkt OP1 entstehenden Effekte, insbesondere eine Plasmabildung, Ablationsrückstände in Gasform oder von der Oberfläche abgesprengte Partikel, das Aufbringen des weiteren oder der weiteren Laserpulse oder Laserpulszüge nicht durch deren Absorption vor dem Erreichen der Oberfläche 20 stört, wird der Laserstrahl so abgelenkt, dass er zwischen voneinander ausreichend weit beabstandeten Oberflächenpunkten OP1 und OP2 „springt". Der Laserstrahl bzw. die den Laserstrahl bildenden Laserpulse oder Laserpulszüge gelangen also auf zwei verschiedenen Laserstrahlwegen L1 und L2 zur Oberfläche 20 der Form 2. Bei einer passenden Wahl des Abstandes zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 stören sich die Gravurvorgänge an den einzelnen Oberflächenpunkten OP1 und OP2 nicht gegenseitig. Damit werden Probleme mit einer Absorption von Laserpulsen oder Laserpulszügen durch ein zuvor entstandenes Plasma oder durch gasförmige Ablationsrückstände vermieden. Auch besteht die Möglichkeit, zwischen zwei Laserpulsen oder Laserpulszügen auf denselben Oberflächenpunkt OP1 oder OP2 hier einen Reinigungsvorgang durchzuführen, mit dem feste Rückstände, insbesondere von der Oberfläche abgesprengte Partikel, entfernt werden.Each surface point of the printing or embossing mold 2 is applied for its engraving with at least two, in practice with a generally much larger number of laser pulses or laser pulse trains. Each laser pulse or laser pulse train, when engraving with material removal, ensures that material is vaporized from the surface 20 of the mold 2. Thus, the effects resulting from the impact of a laser pulse or laser pulse train on a first surface point OP1, in particular a plasma formation, ablation residues in gaseous form or particles blown off the surface, the application of the other or further laser pulses or laser pulse trains not by their absorption before reaching the surface 20, the laser beam is deflected so that it "jumps" between surface points OP1 and OP2 which are sufficiently far apart from each other. The laser beam or the laser pulses or laser pulse trains forming the laser beam thus reach the surface 20 of the mold 2 on two different laser beam paths L1 and L2 With an appropriate choice of the distance between the surface points OP1 and OP2, the engraving processes at the individual surface points OP1 and OP2 do not interfere with each other, thus causing problems with absorption of laser pulses or laser pulse trains by a previously formed surface plasma or by gaseous ablation residues avoided. It is also possible here to carry out a cleaning operation between two laser pulses or laser pulse trains on the same surface point OP1 or OP2, with which solid residues, in particular particles blown off from the surface, are removed.
In dem in Figur 1 gezeigtem Beispiel sind die beiden Oberflächenpunkte OP1 und OP2 in Axialrichtung 24 der Form 2 voneinander beabstandet. Bei entsprechend anders gerichteter Ablenkung des Laserstrahls können die Oberflächenpunkte OP1 und OP2 auch in Umfangsrichtung 23 oder in einer zwischen Umfangsrichtung 23 und Axialrichtung 24 verlaufenden Richtung voneinander beabstandet sein. Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit, den Abstand zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 größer als in Figur 1 dargestellt zu wählen; in Figur 1 entspricht der Abstand der Oberflächenpunkte OP 1 und OP2 dem Abstand zweier Umfangs- spuren 22.1 und 22.2 in Axialrichtung 24. Wenn es erforderlich ist, kann der Ab- stand zwischen den Oberflächenpunkten OP1 und OP2 auch ein Mehrfaches des Abstandes zweier benachbarter Umfangsspuren 22.1 und 22.2 betragen. Erreicht wird ein größerer Abstand zwischen den Oberflächenpunkten OP 1 und OP2 durch eine vergrößerte Ablenkung zwischen den beiden Laserstrahlwegen L1 und L2.In the example shown in FIG. 1, the two surface points OP1 and OP2 are spaced apart in the axial direction 24 of the mold 2. In accordance with differently directed deflection of the laser beam, the surface points OP1 and OP2 can also be spaced apart in the circumferential direction 23 or in a direction extending between the circumferential direction 23 and the axial direction 24. If necessary, it is also possible to choose the distance between the surface points OP1 and OP2 greater than shown in FIG. 1; In FIG. 1, the distance of the surface points OP 1 and OP 2 corresponds to the distance between two circumferential tracks 22. 1 and 22. 2 in the axial direction 24. stood between the surface points OP1 and OP2 and a multiple of the distance between two adjacent circumferential tracks 22.1 and 22.2 amount. A greater distance between the surface points OP 1 and OP 2 is achieved by an increased deflection between the two laser beam paths L 1 and L 2.
Die Figur 1 zeigt die Schraubenlinie 22 und die Umfangsspuren 22.1 und 22.2 in rein schematischer, unmaßstäblicher Darstellung, damit das Prinzip erkennbar wird. In der Praxis kann der Abstand zwischen den Umfangsspuren 22.1 und 22.2 in Axialrichtung 24 gesehen bis herab zu etwa 1 μm betragen. Auch in der Um- fangsrichtung 23 kann ein entsprechend geringer Abstand zwischen benachbarten Oberflächenpunkten vorliegen, sodass eine sehr hohe Gravurauflösung erreicht wird. Bestimmt wird die maximale Auflösung durch die Wellenlänge des in der Lasergravureinrichtung 1 verwendeten Lasers. Hier werden z.B. Faserlaser verwendet, deren Laserstrahlung eine Wellenlänge von etwa 1 μm hat.FIG. 1 shows the helical line 22 and the peripheral tracks 22.1 and 22.2 in a purely schematic, non-scale representation, so that the principle becomes recognizable. In practice, the distance between the circumferential tracks 22.1 and 22.2 seen in the axial direction 24 can be down to about 1 micron. A correspondingly small distance between adjacent surface points can also be present in the circumferential direction 23, so that a very high engraving resolution is achieved. The maximum resolution is determined by the wavelength of the laser used in the laser engraving device 1. Here, e.g. Fiber laser used, the laser radiation has a wavelength of about 1 micron.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Lasergravureinrichtung 1 in einer ersten Ausführung. Mittels eines Laser 10.1 wird ein gepulster Laserstrahl L erzeugt. Die Laserpulse sind vorzugsweise ultrakurz mit einer zeitlichen Länge zwischen 0,1 und 100 Pikosekunden. Außerdem werden die Laserpulse mit einer sehr hohen Wiederholungsrate von bis zu einigen 100 MHz erzeugt. Hierdurch wird eine sehr schnelle Gravur ermöglicht.FIG. 2 shows a schematic representation of the laser engraving device 1 in a first embodiment. By means of a laser 10.1, a pulsed laser beam L is generated. The laser pulses are preferably ultrashort with a time length between 0.1 and 100 picoseconds. In addition, the laser pulses are generated at a very high repetition rate of up to several 100 MHz. This allows a very fast engraving.
Der Laserstrahl L durchläuft einen akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.1. Hierdurch entstehen zwei Laserstrahlwege, die beide in einen weiteren, mit dem ersten Modulator 11.1 in Reihe geschalteten akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.2 führen. Am Ausgang des zweiten Modulators 11.2 ergeben sich dann drei Laserstrahlwege. Der Laserstrahlweg LO führt in einen Absorber 12.1. Die zwei weiteren Laserstrahlwege L1 und L2 laufen an dem Absorber 12.1 vorbei und werden zur Oberfläche der hier nicht dargestellten Druck- oder Prägeform geführt.The laser beam L passes through an acousto-or electro-optical modulator 11.1. This results in two laser beam paths, both of which lead into a further, connected in series with the first modulator 11.1 acousto-or electro-optical modulator 11.2. At the output of the second modulator 11.2 then arise three laser beam paths. The laser beam path LO leads into an absorber 12.1. The two further laser beam paths L1 and L2 pass by the absorber 12.1 and are guided to the surface of the printing or embossing mold, not shown here.
Durch entsprechende Auswahl von Modulationsfrequenzen und Einspeisung der Modulationsfrequenzen in die akusto- oder elektrooptischen Modulatoren 11.1 und 11.2 kann der Abstand der Laserstrahlwege L1 und L2 auf der Oberfläche der Druck- oder Prägeform bestimmt und beeinflusst werden. Bei der Lasergravureinrichtung 1 in Figur 2 weisen die beiden Modulatoren-11.1 und 11.2 eine gleiche Ablenkrichtung auf, sodass die beiden Laserstrahlwege L1 und L2 an derselben Seite des Absorbers 12.1 vorbeilaufen.By appropriate selection of modulation frequencies and feeding the modulation frequencies into the acousto-electro-optical modulators 11.1 and 11.2, the distance of the laser beam paths L1 and L2 on the surface of the printing or embossing mold can be determined and influenced. In the case of the laser engraving device 1 in FIG. 2, the two modulators 11.1 and 11.2 have the same deflection direction, so that the two laser beam paths L1 and L2 pass by on the same side of the absorber 12.1.
Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung der Lasergravureinrichtung 1 aus Figur 2, bei der abweichend von Figur 2 nun vorgesehen ist, dass die Ablenkung des zweiten Modulators 11.2 invertiert zur Ablenkung des ersten Modulators 11.1 ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Ablenkwinkel zwischen den beiden Laserstrahlwegen L1 und L2, die zur Oberfläche der Druck- oder Prägeform führen, verdoppelt wird, während auf der Winkelhalbierenden in dem Winkel zwischen L1 und L2 der Laserstrahlweg LO verläuft, der in den Absorber 12.1 führt.FIG. 3 shows a modified embodiment of the laser engraving device 1 from FIG. 2, in which, unlike FIG. 2, it is now provided that the deflection of the second modulator 11. 2 is inverted for the deflection of the first modulator 11. Hereby it is achieved that the deflection angle between the two laser beam paths L1 and L2 leading to the surface of the printing or embossing mold is doubled, while on the bisector at the angle between L1 and L2 the laser beam path LO leads into the absorber 12.1 ,
Figur 4 zeigt ebenfalls in rein schematischer Darstellung eine weitere Ausführung der Lasergravureinrichtung 1. Bei dieser Ausführung der Einrichtung 1 wird ebenfalls zunächst mittels eines Lasers 10.1 ein Laserstrahl L erzeugt. Der Laserstrahl L wird auf einen Polarisationsstrahlteiler 13.1 geführt, wodurch der Laserstrahl L in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Der erste Teilstrahl verläuft gradlinig durch den Polarisationsstrahlteiler 13.1 in einen ersten akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.1. Der zweite Teilstrahl wird vom Polarisationsstrahlteiler 13.1 abgelenkt und dann über einen Umlenkspiegel 16.1 in einen zweiten akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.2 geführt. In jedem akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.1 , 11.2 erfolgt eine Ablenkung des Laserstrahls auf zwei verschiedene Strahlwege, nämlich jeweils einen Strahlweg LO, der in je einen Absorber 12.1 , 12.2 führt, und einen Strahlweg, über den ein erster Teilstrahl LT1 und zweiter Teilstrahl LT2 verläuft, wobei letztere am Absorber 12.1 bzw. 12.2 vorbeigeführt werden. Der erste Teilstrahl LT1 wird über einen Umlenkspiegel 16.2 umgelenkt und auf einen zweiten Polarisationsstrahlteiler 13.2 geführt. Auf diesen Polarisationsteiler 13.2 wird auch der zweite Teilstrahl LT2 geführt. Mittels des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13.2 werden die beiden Teilstrahlen LT1 und LT2 wieder zu einem Laserstrahl L zusammengeführt, der dann auf die Oberfläche der zu gravierenden Druck- oder Prägeform geführt wird. Da jeder Teilstrahl LT1 , LT2 in einem eigenen akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.1, 11.2 abgelenkt werden kann, ergibt sich für den zusammengeführten Laserstrahl L ein verdoppelter maximaler Ablenkwinkel, was einen entsprechend größeren Abstand von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend oder gleichzeitig bearbeiteten Oberflächenpunkten auf der Druck- oder Prägeform erlaubt. Figur 5 der Zeichnung zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Lasergravureinrichtung 1 , wieder in einer rein schematischen Darstellung. In dieser Ausführung um- fasst die Lasergravureinrichtung 1 mehrere Laser 10.1 , 10.2, 10.3 bis 1O.n, wobei die Zahl der Laser nicht festgelegt ist. Die Laser 10.1 bis 1O.n können untereinander identisch sein; bei dem gezeigten Beispiel in Figur 5 unterscheiden sich die Laser 10.1 bis 1O.n durch die Wellenlänge der von ihnen erzeugten Laserstrahlung, wobei bei dem Laser 10.1 die Wellenlänge beispielsweise 1070 nm, beim zweiten Laser 10.2 1090 nm, beim dritten Laser 10.3 1110 nm u.s.w. betragen kann.FIG. 4 likewise shows a purely schematic representation of a further embodiment of the laser engraving device 1. In this embodiment of the device 1, a laser beam L is also initially generated by means of a laser 10.1. The laser beam L is guided on a polarization beam splitter 13.1, whereby the laser beam L is split into two sub-beams. The first sub-beam runs in a straight line through the polarization beam splitter 13.1 into a first acousto-optical or electro-optical modulator 11.1. The second partial beam is deflected by the polarization beam splitter 13.1 and then guided via a deflecting mirror 16.1 into a second acousto-optical or electro-optical modulator 11.2. In each acousto-or electro-optical modulator 11.1, 11.2 takes place a deflection of the laser beam on two different beam paths, namely in each case a beam path LO, which leads in each case an absorber 12.1, 12.2, and a beam path through which a first partial beam LT1 and second partial beam LT2 runs, the latter being passed past the absorber 12.1 or 12.2. The first partial beam LT1 is deflected by a deflection mirror 16.2 and guided to a second polarization beam splitter 13.2. On this polarization splitter 13.2 and the second partial beam LT2 is performed. By means of the second polarization beam splitter 13.2, the two partial beams LT1 and LT2 are combined again to form a laser beam L, which is then guided onto the surface of the printing or embossing mold to be engraved. Since each partial beam LT1, LT2 can be deflected in a separate acousto-electro-optical modulator 11.1, 11.2, the combined laser beam L results in a doubled maximum deflection angle, which corresponds to a correspondingly larger distance between two surface points on the print which are processed in temporally successive or simultaneously - or embossing form allowed. Figure 5 of the drawing shows a fourth embodiment of the laser engraving device 1, again in a purely schematic representation. In this embodiment, the laser engraving device 1 comprises a plurality of lasers 10.1, 10.2, 10.3 to 10, the number of lasers is not fixed. The lasers 10.1 to 10 may be identical to one another; In the example shown in FIG. 5, the lasers 10.1 to 10 are distinguished by the wavelength of the laser radiation generated by them, with the laser 10.1 having the wavelength 1070 nm, the second laser 10.2 1090 nm, the third laser 10.3 1110 nm, etc can amount.
Jeder Laser 10.1 bis 1O.n erzeugt einen Laserstrahl L, der in je einen eigenen zugeordneten akusto- oder elektrooptischen Modulator 11.1 bis 11.n geführt wird. In jedem akus-tooptischen Modulator 11.1 bis 11. n erfolgt eine Strahlablenkung auf zwei Laserstrahlwege LO und L1. Der Laserstrahlweg LO führt dabei jeweils in einen zugeordneten Absorber 12.1 bis 12. n. Der jeweils andere Laserstrahlweg L1 führt an dem jeweiligen Absorber 12.1 bis 12.n vorbei.Each laser 10.1 to 10 generates a laser beam L, which is guided in each case its own associated acousto-or electro-optical modulator 11.1 to 11.n. In each acousto-to-optical modulator 11.1 to 11.n, beam deflection takes place on two laser beam paths LO and L1. In this case, the laser beam path LO leads in each case into an associated absorber 12.1 to 12. n. The respectively other laser beam path L1 leads past the respective absorber 12.1 to 12.n.
Der Laserstrahl auf dem Strahlweg L1 des ersten Lasers 10.1 wird hier über einen Umlenkspiegel 16.1 rechtwinklig umgelenkt. Die Laserstrahlen auf den Strahlwegen L1 des zweiten, dritten und folgenden Lasers 10.2 bis 10.n werden jeweils auf einen dichroitischen Spiegel 14.1 bis 14.n gelenkt, wodurch eine Überlagerung aller zuvor erzeugten einzelnen Laserstrahlen L1 zu einem Laserstrahl L bewirkt wird. Dieser eine Laserstrahl L wird dann zur Oberfläche der zu gravierenden Druckoder Prägeform geführt.The laser beam on the beam path L1 of the first laser 10.1 is here deflected at right angles via a deflection mirror 16.1. The laser beams on the beam paths L1 of the second, third and subsequent lasers 10.2 to 10.n are each directed to a dichroic mirror 14.1 to 14.n, causing a superposition of all previously generated individual laser beams L1 to a laser beam L. This one laser beam L is then guided to the surface of the engraved printing or embossing mold.
Da jedem Laserstrahl L, der von einem der Laser 10.1 bis 10.n erzeugt wird, ein eigener Modulator 11.1 bis 11.n zugeordnet ist, kann ein entsprechend großer Ablenkwinkel realisiert werden.Since each laser beam L, which is generated by one of the lasers 10.1 to 10.n, has its own modulator 11.1 to 11.n, a correspondingly large deflection angle can be realized.
Zusätzlich kann eine weitere, statische Ablenkung über eine Verstellung der dichroitischen Spiegel 14.1 bis 14.n erfolgen. Damit bietet die Lasergravureinrichtung 1 in ihrer Ausführung gemäß Figur 5 besonders große Ablenkwinkel und ermöglicht damit zum einen eine besonders große Variationsbreite hinsichtlich der Lage der beaufschlagten Oberflächenpunkte relativ zur Lasergravureinrichtung und zum anderen besonders große Abstände zwischen Oberflächenpunkten, die zeitlich unmit- telbar aufeinanderfolgend oder gleichzeitig von einem Laserpuls oder Laserpulszug beaufschlagt werden.In addition, a further, static deflection can take place via an adjustment of the dichroic mirrors 14.1 to 14.n. In this way, the laser engraving device 1 in its embodiment according to FIG. 5 offers particularly large deflection angles and thus enables, on the one hand, a particularly wide range of variations with regard to the position of the applied surface points relative to the laser engraving device and, on the other hand, particularly large distances between surface points, which are temporally unmitigated. be acted upon in succession or simultaneously by a laser pulse or laser pulse train.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen Ausführungen der Lasergravureinrichtung 1 , für die charakteristisch ist, dass sie anstelle eines akusto- oder elektrooptischen Modulators oder einem akusto- oder elektrooptischen Modulator nachgeschaltet einen Polygonspiegel 16 aufweisen.FIGS. 6 to 9 show embodiments of the laser engraving device 1, for which it is characteristic that they have a polygon mirror 16 downstream of an acousto-optic or electro-optical modulator or an acousto-optical or electro-optical modulator.
In Figur 6 ist eine Ausführung gezeigt, bei der ein einzelner Laserstrahl auf einem Laserstrahlweg L1 zum drehbaren Polygonspiegel 16 geführt wird. Der Polygonspiegel 16 lenkt den auftreffenden Laserstrahl L1 ab und führt ihn zur Oberfläche 20 der unten in Figur 6 in einem kleinen Ausschnitt sichtbaren Druck- oder Prägeform 2. Zwischen dem Polygonspiegel 16 und der Druck- oder Prägeform 2 ist noch eine übliche Fokussier- und Anpassungsoptik 17 angeordnet.FIG. 6 shows an embodiment in which a single laser beam is guided on a laser beam path L1 to the rotatable polygon mirror 16. The polygon mirror 16 deflects the incident laser beam L1 and leads it to the surface 20 of the below in Figure 6 visible in a small section print or embossing mold 2. Between the polygon mirror 16 and the printing or embossing mold 2 is still a conventional focusing and adjustment optics 17 arranged.
Durch den Einsatz des Polygonspiegels 16 wird ein großer Ablenkwinkel ermöglicht, wodurch sich hier eine parallel zur Axialrichtung der Druck- oder Prägeform 2 gemessene Länge a für den Ablenkbereich ergibt. Innerhalb der Länge a können alle Oberflächenpunkte der Oberfläche 20 der Form 2 bearbeitet werden, wodurch eine große Bearbeitungsbreite (entsprechend der Länge a) erreicht wird. Bei einer anderen Ausrichtung des Polygonspiegels 16 kann der Abenkbereich auch anders als in Axialrichtung der Form 2 verlaufen.By the use of the polygon mirror 16, a large deflection angle is made possible, which results in a parallel to the axial direction of the printing or embossing mold 2 measured length a for the deflection region. Within the length a, all surface points of the surface 20 of the mold 2 can be processed, whereby a large processing width (corresponding to the length a) is achieved. In another orientation of the polygon mirror 16, the Abenkbereich may also run differently than in the axial direction of the mold 2.
Diese Lasergravureinrichtung 1 und deren großer Ablenkbereich ermöglichen eine langsamere Drehung der Druck- oder Prägeform 2 um ihre Längsmittelachse, was das Drehen der Form 2 technisch wesentlich vereinfacht. Gleichzeitig wird trotz der verlangsamten Drehung der Druck- oder Prägeform 2 eine mindestens gleich hohe oder sogar größere Produktivität des Verfahrens und der Lasergravureinrichtung 1 erzielt.This laser engraving device 1 and its large deflection range allow a slower rotation of the printing or embossing mold 2 about its longitudinal central axis, which makes the rotation of the mold 2 technically much easier. At the same time, despite the slower rotation of the printing or embossing mold 2, at least the same or even greater productivity of the method and of the laser engraving device 1 is achieved.
Figur 7 zeigt eine Ausführung der Lasergravureinrichtung 1 , bei der mehrere Laserstrahlen auf Laserstrahlwegen L1 , L2, Ln zu dem Polygonspiegel 16 geführt werden. Dabei treffen die verschiedenen Laserstrahlwege L1 , L2, Ln unter verschiedenen Einfallswinkeln auf den Polygonspiegel, 16 was zu einem großen Ablenkbereich und zu einer entsprechend großen Abtragsbreite führt. Nach Reflexion am drehenden Polygonspiegel 16 und Durchlaufen der Fokussier- und Anpassungsop- tik 17 gelangen die Laserstrahlen, die auch hier vorzugsweise die Form von Laserpulsen oder Laserpulszügen haben, auf die zu bearbeitenden Oberflächenpunkte der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2. Durch die Verwendung mehrerer Laserstrahlen, die vorzugsweise auch von mehreren Lasern erzeugt werden, ist eine vergrößerte Abtragung von Material aus der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 in derselben Zeit möglich, was ein weiterer Beitrag zu einer hohen Produktivität des Verfahrens und der Lasergravureinrichtung 1 ist.FIG. 7 shows an embodiment of the laser engraving device 1 in which a plurality of laser beams are guided on the laser beam paths L1, L2, Ln to the polygon mirror 16. The different laser beam paths L1, L2, Ln strike the polygon mirror 16 at different angles of incidence, which leads to a large deflection range and to a correspondingly large removal width. After reflection at the rotating polygon mirror 16 and passing through the focus and adjustment optics The laser beams, which also here preferably have the form of laser pulses or laser pulse trains, reach the surface points of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 to be processed. By using a plurality of laser beams, which are preferably also generated by a plurality of lasers, a laser beam is produced Increased removal of material from the surface 20 of the printing or embossing mold 2 in the same time possible, which is another contribution to high productivity of the process and the laser engraving device 1.
Bei der Ausführung gemäß Figur 8 ist die Lasergravureinrichtung 1 an sich wie in Figur 7 ausgeführt und um eine Messeinrichtung ergänzt. Die Messeinrichtung erlaubt eine separate Vermessung der bearbeiteten Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2. Hierzu sendet die im Übrigen nicht dargestellte Messeinrichtung einen Messstrahl M von der von den Laserstrahlwegen LO, L1 , Ln abgewandten Seite auf den Polygonspiegel 16. Vom Polygonspiegel 16 wird der Messstrahl M auf die Oberfläche 20 der Form 2 gelenkt und von dort als reflektierter Messstrahl M' zum Polygonspiegel 16 reflektiert. Vom Polygonspiegel 16 wird der reflektierte Messstrahl M' nochmals reflektiert und so wieder zur Messeinrichtung geführt, in der eine Auswertung erfolgt. Die Auswertung liefert als Ergebnis Messwerte über die Form der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 im bearbeiteten Zustand, d.h. nach dem Abtrag ungsprozess durch die Laserbestrahlung.In the embodiment according to FIG. 8, the laser engraving device 1 is designed as such in FIG. 7 and supplemented by a measuring device. The measuring device allows a separate measurement of the machined surface 20 of the printing or embossing mold 2. For this purpose, the measuring device not otherwise shown sends a measuring beam M from the laser beam paths LO, L1, Ln side facing away from the polygon mirror 16. From the polygon mirror 16 is the Measuring beam M is directed onto the surface 20 of the mold 2 and reflected from there as a reflected measuring beam M 'to the polygon mirror 16. From the polygon mirror 16, the reflected measuring beam M 'is reflected again and so again guided to the measuring device, in which an evaluation is carried out. As a result, the evaluation provides measured values about the shape of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 in the processed state, i. after the removal process by the laser irradiation.
Figur 9 schließlich zeigt eine Ausführung der Lasergravureinrichtung 1 , die an sich ebenfalls der Ausführung gemäß Figur 7 entspricht und die auch mit einer Messeinrichtung ausgestattet ist. Im Unterschied zu dem Beispiel nach Figur 8 ist die Lasergravureinrichtung 1 gemäß Figur 9 so ausgeführt, dass mit der zugehörigen Messeinrichtung eine integrierte Oberflächenvermessung der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 schon während der Bearbeitung durch einen oder mehrere Laserstrahlen erfolgt. Hierzu wird ein Messstrahl M von derselben Seite her, von der auch die Laserstrahlwege L1 bis Ln zum Polygonspiegel 16 führen, diesem Polygonspiegel 16 zugeführt. Der Polygonspiegel 16 lenkt den Messstrahl M zusammen mit den Laserstrahlen zur Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 innerhalb des gerade bearbeiteten Bereichs der Oberfläche 20. Von der Oberfläche 20 wird der Messstrahl als reflektierter Messstrahl M' wieder zum Polygonspiegel 16 und von diesem zur auch hier nicht eigens dargestellten Messeinrichtung reflektiert. In dieser Ausführung ist also eine integrierte Oberflächenvermessung der Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 während des Abtrags von Material aus der Oberfläche 20 möglich, sodass die von der Messeinrichtung gelieferten Messwerte für eine unmittelbare Steuerung des Abtrags genutzt werden können, beispielsweise indem die Laserleistung entsprechend den Messergebnissen verändert wird. Hiermit kann eine besonders hohe Qualität der Oberflächenbearbeitung, hier der Gravur, der Form 2 erzielt werden.Finally, FIG. 9 shows an embodiment of the laser engraving device 1, which in itself also corresponds to the embodiment according to FIG. 7 and which is also equipped with a measuring device. In contrast to the example according to FIG. 8, the laser engraving device 1 according to FIG. 9 is designed so that with the associated measuring device an integrated surface measurement of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 already takes place during processing by one or more laser beams. For this purpose, a measurement beam M from the same side, from which the laser beam paths L1 to Ln lead to the polygon mirror 16, this polygon mirror 16 is supplied. The polygon mirror 16 directs the measuring beam M together with the laser beams to the surface 20 of the printing or embossing mold 2 within the area of the surface 20 being processed. From the surface 20 the measuring beam is reflected as a reflected measuring beam M 'back to the polygon mirror 16 and from there Reflected here not specifically shown measuring device. In this embodiment, therefore, an integrated surface measurement of the surface 20 of the printing or embossing mold 2 during the removal of material from the surface 20 is possible, so that the measurements provided by the measuring device can be used for direct control of the removal, for example by the laser power accordingly the measurement results is changed. Hereby a particularly high quality of the surface processing, here the engraving, the form 2 can be achieved.
Eine zu den vorstehend beschriebenen Beispielen alternative Lasergravureinrichtung 1 gemäß der Figur 10 sieht vor, dass in Reihe mit dem Modulator 11.1 weitere Modulatoren, hier vier weitere Modulatoren 11.2 bis 11.5, angeordnet werden, dass durch alle Modulatoren 11.1 bis 11.5 hindurch über einen ersten Laserstrahlweg LO der Strahl nullter Ordnung zur Oberfläche 20 der Druck- oder Prägeform 2 geführt wird und dass aus jedem Modulator 11.1 bis 11.5 jeweils über einen zweiten Laserstrahlweg L1 der Strahl erster Ordnung in den Absorber 12.1 als gemeinsamen Absorber oder in je einen eigenen Absorber geführt wird. Den Ausgangs- Laserstrahl erzeugt hier ein einzelner Laser 10.1; auch ein Mehrstrahlsystem mit zwei oder mehr Lasern ist stattdessen möglich.An alternative to the above-described examples laser engraving device 1 according to the figure 10 provides that in series with the modulator 11.1 further modulators, here four other modulators 11.2 to 11.5, are arranged that through all the modulators 11.1 to 11.5 through a first laser beam path LO the zeroth-order beam is guided to the surface 20 of the printing or embossing mold 2 and that from each modulator 11.1 to 11.5 in each case via a second laser beam L1 the first-order beam is guided into the absorber 12.1 as a common absorber or into its own absorber. The output laser beam generates here a single laser 10.1; a multi-beam system with two or more lasers is possible instead.
Der Laserstrahl, der hier zur Gravur der Oberfläche 20 eingesetzt wird, ist also der durch die Modulatoren 11.1 bis 11.5 transmittierte Strahl der nullten Ordnung. Seine weitere Ablenkung auf die verschiedenen Oberflächenpunkte OP1 , OP2 und ggf. weitere erfolgt durch eine der Modulatorenreihe nachgeordnete Ablenkeinheit, hier einen Polygonspiegel 16, wie er anhand der Figuren 6 bis 9 vorstehend schon erläutert wurde. Statt des Polygonspiegels 16 sind auch andere Ablenkeinheiten, wie oben schon erwähnt, verwendbar. The laser beam which is used here for engraving the surface 20 is thus the beam of the zeroth order transmitted by the modulators 11.1 to 11.5. Its further deflection onto the different surface points OP1, OP2 and optionally further is effected by a deflection unit arranged downstream of the modulator row, in this case a polygon mirror 16, as has already been explained with reference to FIGS. 6 to 9. Instead of the polygon mirror 16, other deflection units, as already mentioned above, usable.
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
Zeichen BezeichnungSign label
1 Lasergravureinrichtung1 laser engraving device
10.1 - 1O.n Laser10.1 - 1O.n laser
11.1 -11.n akusto- oder elektrooptische Modulatoren11.1 -11.n acousto-or electro-optical modulators
12.1 -12.n Absorber12.1 -12.n absorber
13.1, 13.2 Polarisationsstrahlteiler13.1, 13.2 polarization beam splitter
14.1 -14.n dichroitische Spiegel14.1 -14.n dichroic mirrors
15 Linearverfahreinrichtung15 linear positioning device
16 Polygonspiegel16 polygon mirrors
17 Fokussier- und Anpassungsoptik17 Focusing and adaptation optics
2 Druck- oder Prägeform2 printing or embossing mold
20 Oberfläche20 surface
21 Drehachse21 axis of rotation
22 Schraubenlinie22 helical line
22.1, 22.2 Umfangsspuren22.1, 22.2 Circumference traces
23 Umfangsrichtung23 circumferential direction
24 Axialrichtung24 axial direction
LO erster LaserstrahlwegLO first laser beam path
L1 zweiter LaserstrahlwegL1 second laser beam path
L2 dritter LaserstrahlwegL2 third laser beam path
Ln weiterer LaserstrahlwegLn further laser beam path
M MessstrahlM measuring beam
M1 reflektierter MessstrahlM 1 reflected measuring beam
0P1, OP2 Oberflächenpunkte 0P1, OP2 surface points

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung (1 ) für die Gravur von Druck- oder Prägeformen (2), wobei eine Oberfläche der Druck- oder Prägeformen (2) in eine Vielzahl von zu gravierenden Oberflächenpunkten aufgeteilt ist, mit einem Laser (10.1), mit einem dem Laser (10.1) nachge- ordneten akusto- oder elektrooptischen Modulator (11.1) zur Laserstrahlablenkung, wobei von dem Modulator (11.1) aus ein Laserstrahlweg in einen Absorber (12) führt, wobei ein anderer Laserstrahlweg zu einem Oberflächenpunkt (OP 1) auf der Oberfläche (20) der zu gravierenden Druck- oder Prägeform (2) führt und wobei der Laserstrahl auf dem anderen Laserstrahlweg eine Ablenkung oder eine weitere Ablenkung erfährt und so mindestens ein weiterer Laserstrahlweg gebildet wird, der zu mindestens einem weiteren Oberflächenpunkt (OP2) ebenfalls auf der Oberfläche (20) der Druck- oder Prägeform (2) führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,1. Method for operating a laser engraving device (1) for engraving printing or embossing forms (2), a surface of the printing or embossing forms (2) being divided into a large number of surface points to be engraved, with a laser (10.1), with an acousto- or electro-optical modulator (11.1) arranged downstream of the laser (10.1) for laser beam deflection, a laser beam path leading from the modulator (11.1) into an absorber (12), with another laser beam path leading to a surface point (OP 1) on the surface (20) of the printing or embossing form (2) to be engraved and the laser beam undergoes a deflection or a further deflection on the other laser beam path and so at least one further laser beam path is formed which leads to at least one further surface point (OP2). also leads to the surface (20) of the printing or embossing mold (2), which means there is no marking,
- dass das Verfahren zum Gravieren von rotativen Druck- oder Prägeformen (2) unter deren Drehung ausgeführt wird, wobei bei jeder Umdrehung der Druck- oder Prägeform (2) mehrere Laserpulse oder Laserpulszüge auf deren Oberfläche (20) aufgebracht werden,- that the method for engraving rotary printing or embossing molds (2) is carried out while rotating them, with several laser pulses or laser pulse trains being applied to its surface (20) with each revolution of the printing or embossing mold (2),
- dass auf jeden Oberflächenpunkt (OP1, OP2, u.s.w.) der Druck- oder Prägeform (2) wenigstens zwei Laserpulse oder Laserpulszüge mit einem zeitlichem Abstand, der größer ist als der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Laserpulsen oder Laserpulszügen, aufgebracht werden und- that at least two laser pulses or laser pulse trains are applied to each surface point (OP1, OP2, etc.) of the printing or embossing mold (2) with a time interval that is greater than the time interval between two laser pulses or laser pulse trains that immediately follow one another and
- dass jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende oder zwei oder mehr gleichzeitige Laserpulse oder Laserpulszüge auf zwei verschiedene, voneinander beabstandete Oberflächenpunkte (OP1 , OP2) aufgebracht werden. - that two immediately consecutive or two or more simultaneous laser pulses or laser pulse trains are applied to two different, spaced-apart surface points (OP1, OP2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gravur der rotativen Druck- oder Prägeformen (2) nahtlos entlang einer Schraubenlinie (22) erfolgt und dass die zwei verschiedenen, voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte (OP1, OP2) in zwei axial voneinander beabstandeten Umfangsspuren (22.1 , 22.2) der Schraubenlinie liegen und/oder in Um- fangsrichtung (23) der Druck- oder Prägeformen (2) voneinander beabstandet liegen.2. The method according to claim 1, characterized in that the engraving of the rotary printing or embossing molds (2) takes place seamlessly along a helical line (22) and that the two different, spaced apart surface points (OP1, OP2) in two axially spaced circumferential tracks (22.1, 22.2) lie on the helical line and/or lie at a distance from one another in the circumferential direction (23) of the printing or embossing molds (2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zwei voneinander beabstandeten Oberflächenpunkte (OP1 , OP2) so groß gewählt wird, dass durch den ersten Laserpuls oder Laserpulszug erzeugte Effekte, wie Plasmabildung, Ablationsrückstände in Gasform oder von der Druck- oder Prägeformoberfläche abgesprengte Partikel, keine Störwirkung, insbesondere keine Absorptionswirkung, auf den zeitlich unmittelbar folgenden zweiten Laserpuls oder Laserpulszug ausüben.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between the two spaced surface points (OP1, OP2) is chosen to be so large that effects generated by the first laser pulse or laser pulse train, such as plasma formation, ablation residues in gaseous form or from the pressure Particles blasted off from the surface of the embossing mold or embossing mold do not have any disruptive effect, in particular no absorption effect, on the second laser pulse or laser pulse train that immediately follows.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vom Modulator (11.1) aus über einen ersten Laserstrahlweg (LO) der Strahl nullter Ordnung in den Absorber (12) geführt wird und über einen zweiten Laserstrahlweg (L1) der Strahl erster Ordnung zur Oberfläche (20) der Druck- oder Prägeform (2) geführt wird.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the zero-order beam is guided into the absorber (12) from the modulator (11.1) via a first laser beam path (LO) and the beam via a second laser beam path (L1). first order is guided to the surface (20) of the printing or embossing mold (2).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Modulator (11.1) weitere Modulatoren (11.2 - 11.n) angeordnet werden, dass durch alle Modulatoren (11.1 - 11.n) hindurch ü- ber einen ersten Laserstrahlweg (LO) der Strahl nullter Ordnung zur Oberfläche (20) der Druck- oder Prägeform (2) geführt wird und dass aus jedem Modulator (11.1 - 11.n) jeweils über einen zweiten Laserstrahlweg (L1) der Strahl erster Ordnung in den Absorber (12) als gemeinsamen Absorber oder in je einen eigenen Absorber geführt wird.5. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that further modulators (11.2 - 11.n) are arranged in series with the modulator (11.1) so that through all modulators (11.1 - 11.n). A first laser beam path (LO) guides the zero-order beam to the surface (20) of the printing or embossing mold (2) and that the first-order beam comes out of each modulator (11.1 - 11.n) via a second laser beam path (L1). the absorber (12) is guided as a common absorber or in its own absorber.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Ultrakurzpulslaser angewendet werden. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that one or more ultra-short pulse lasers are used.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Laserpulse mit einer Länge zwischen 0,1 und 100 Pikosekunden in Pulszügen durch einen externen Modulator/Deflektor angewendet werden.7. The method according to claim 6, characterized in that laser pulses with a length between 0.1 and 100 picoseconds are applied in pulse trains by an external modulator / deflector.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse mit einer Wiederholfrequenz zwischen 1 MHz und einigen 100 MHz angewendet werden.8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser pulses are used with a repetition frequency between 1 MHz and a few 100 MHz.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulszuglänge, der Oberflächenpunkt und die Amplitude durch den externen Modulator/Deflektor gesteuert werden.9. Method according to one of claims 7 and 8, characterized in that the pulse train length, the surface point and the amplitude are controlled by the external modulator / deflector.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den akusto- oder elektrooptischen Modulator (11.1) zur Laserstrahlablenkung eingespeistes Signal variiert wird und so ein Ablenkwinkel des Laserstrahls und der vom Laserstrahl getroffene Oberflächenpunkt (OP 1 , OP2) der Druck- oder Prägeform (2) verändert werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a signal fed into the acousto- or electro-optical modulator (11.1) for deflection of the laser beam is varied and thus a deflection angle of the laser beam and the surface point (OP 1, OP2) hit by the laser beam are the pressure - or embossing mold (2) can be changed.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt durch den akusto- oder elektrooptischen Modulator (11.1) oder zusätzlich zu dem akusto- oder elektrooptischen Modulator (11.1) eine Laserstrahlablenkung durch einen rotierenden Polygonspiegel (16) vorgenommen wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that instead of by the acousto- or electro-optical modulator (11.1) or in addition to the acousto- or electro-optical modulator (11.1), a laser beam deflection is carried out by a rotating polygon mirror (16).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Polygonspiegel (16) in Laserstrahlrichtung gesehen hinter dem akusto- oder elektrooptischen Modulator (11.1) angeordnet wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the rotating polygon mirror (16) is arranged behind the acousto- or electro-optical modulator (11.1) as viewed in the laser beam direction.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Polygonspiegels (16), eine Rotation der Druck- oder Prägeform (2) und ein axialer Vorschub der Lasergravureinrichtung (1) miteinander synchronisiert werden.13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the rotation of the polygon mirror (16), a rotation of the printing or embossing mold (2) and an axial feed of the laser engraving device (1) are synchronized with one another.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rotation und der Vorschub über jeweils mindestens einen zugeordneten elektronischen Encoder mit einer Genauigkeit von wenigstens 1 μm erfasst werden. 14. The method according to claim 13, characterized in that each rotation and the feed are recorded via at least one assigned electronic encoder with an accuracy of at least 1 μm.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Laserstrahlen dem Polygonspiegel (16) zugeführt werden.15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that two or more laser beams are supplied to the polygon mirror (16).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr Laserstrahlen dem Polygonspiegel (16) unter verschiedenen Einfallswinkeln zugeführt werden.16. The method according to claim 15, characterized in that the two or more laser beams are supplied to the polygon mirror (16) at different angles of incidence.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Laserstrahl oder den Laserstrahlen mindestens ein Messstrahl (M, M') einer Messeinrichtung für eine optische Oberflächenvermessung der Druck- oder Prägeform (2) über den Polygonspiegel (16) geführt wird.17. The method according to one of claims 11 to 16, characterized in that in addition to the laser beam or laser beams, at least one measuring beam (M, M ') of a measuring device for an optical surface measurement of the printing or embossing mold (2) via the polygon mirror (16) to be led.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Messeinrichtung eine separate Oberflächenvermessung der Druck- oder Prägeform (2) nach erfolgtem Materialabtrag vorgenommen wird.18. The method according to claim 17, characterized in that a separate surface measurement of the printing or embossing mold (2) is carried out with the measuring device after the material has been removed.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Messeinrichtung eine integrierte Oberflächenvermessung der Druck- oder Prägeform (2) während eines Materialabtrags vorgenommen wird und dass Messergebnisse der Messeinrichtung für eine aktive Steuerung des Materialabtrags verwendet werden.19. The method according to claim 17, characterized in that an integrated surface measurement of the printing or embossing mold (2) is carried out with the measuring device during material removal and that measurement results of the measuring device are used for active control of the material removal.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des rotierenden Polygonspiegels (16) ein mechanischer Spiegel (Galvanospiegel) oder ein Miniaturspiegelarray oder ein elektrooptischer Modulator verwendet wird.20. The method according to any one of claims 11 to 19, characterized in that instead of the rotating polygon mirror (16), a mechanical mirror (galvano mirror) or a miniature mirror array or an electro-optical modulator is used.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus des/jedes Laserstrahls in Abhängigkeit von dessen aktuellem Ablenkwinkel durch ein Linsensystem mit angepasstem Linsendesign nachgeführt wird. 21. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the focus of the/each laser beam is tracked depending on its current deflection angle by a lens system with an adapted lens design.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gravur entlang der Schraubenlinie (22) eine stufenlose Variation einer axialen Position des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf der Druckoder Prägeformoberfläche (20) überlagert wird.22. The method according to any one of claims 2 to 21, characterized in that a stepless variation of an axial position of the point of impact of the laser beam on the printing or embossing mold surface (20) is superimposed on the engraving along the helical line (22).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gravur ein Reinigungsprozess überlagert wird, mit dem jeder Oberflächenpunkt (OP1 , OP2, u.s.w.) nach dem Aufbringen eines Laserpulses oder Laserpulszuges gereinigt wird, bevor auf denselben Oberflächenpunkt (OP1 , OP2, u.s.w.) ein weiterer Laserpuls oder Laserpulszug aufgebracht wird.23. The method according to one of claims 1 to 22, characterized in that the engraving is superimposed on a cleaning process with which each surface point (OP1, OP2, etc.) is cleaned after the application of a laser pulse or laser pulse train before the same surface point (OP1, OP2, etc.) another laser pulse or laser pulse train is applied.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsprozess mittels Abbürstens oder Ultraschallbürstens oder mittels Sandstrahlens oder mittels eines Plasmareinigungsverfahrens durchgeführt wird.24. The method according to claim 23, characterized in that the cleaning process is carried out by means of brushing or ultrasonic brushing or by means of sandblasting or by means of a plasma cleaning process.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) nach Durchlaufen des akusto- oder elekt- rooptischen Modulators (11.1) durch mindestens einen damit in Reihe geschalteten weiteren akusto- oder elektrooptischer Modulator (11.2) geführt wird.25. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (L) after passing through the acousto- or electro-optical modulator (11.1) is guided through at least one further acousto- or electro-optical modulator (11.2) connected in series therewith.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch zwei baugleiche Modulatoren (11.1 , 11.2) geführt wird, wobei die Ablenkung des zweiten Modulators (11.2) invertiert zur Ablenkung des ersten Modulators (11.1) ist.26. The method according to claim 25, characterized in that the laser beam (L) is guided through two identical modulators (11.1, 11.2), the deflection of the second modulator (11.2) being inverted to the deflection of the first modulator (11.1).
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch einen ersten Polarisationsstrahlteiler (13.1) in zwei Teilstrahlen (LT1, LT2) geteilt wird, dass jeder Teilstrahl (LT1 , LT2) durch je einen akusto- oder elektrooptischen Modulator (11.1 ,27. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (L) is divided into two partial beams (LT1, LT2) by a first polarization beam splitter (13.1), that each partial beam (LT1, LT2) is divided by an acoustic or electro-optical modulator (11.1,
11.2) geführt wird und dass danach die Teilstrahlen (LT1 , LT2) mittels eines zweiten Polarisationsstrahlteilers (13.2) wieder zu einem Laserstrahl (L) ü- berlagert werden. 11.2) and that the partial beams (LT1, LT2) are then superimposed again to form a laser beam (L) by means of a second polarization beam splitter (13.2).
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch winkelmäßiges Verstellen des zweiten Polarisationsstrahlteilers (13.2) auf gewünschte Oberflächenpunkte (OP1 , OP2) der Druck- oder Prägeform (2) gelenkt wird.28. The method according to claim 27, characterized in that the laser beam (L) is directed to desired surface points (OP1, OP2) of the printing or embossing mold (2) by angularly adjusting the second polarization beam splitter (13.2).
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) durch zwei jeweils als Polarisationsstrahlteiler (13.1 , 13.2) dienende doppelbrechende Kristalle geführt wird, wobei der zweite Kristall invers zum ersten Kristall angeordnet ist.29. The method according to claim 27 or 28, characterized in that the laser beam (L) is guided through two birefringent crystals each serving as polarization beam splitters (13.1, 13.2), the second crystal being arranged inversely to the first crystal.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren Lasern (10.1 , 10.2, 10.n) je ein Laserstrahl (L) erzeugt wird, dass die von den Lasern (10.1 , 10.2, 10.n) erzeugten Laserstrahlen (L) durch je einen zugeordneten akusto- oder elektrooptischen Modula- tor/Deflektor (11.1 , 11.2, 11.n) geführt werden und dass die einzelnen Laserstrahlen hinter den Modulatoren (11.1 , 11.2, 11. n) zu einem Laserstrahl (L) zusammengeführt werden, der auf die Druck- oder Prägeformoberfläche (20) auftrifft.30. The method according to one of claims 1 to 29, characterized in that one laser beam (L) is generated by several lasers (10.1, 10.2, 10.n), that the laser beam (10.1, 10.2, 10.n) is generated by the lasers (10.1, 10.2, 10.n). generated laser beams (L) are each guided through an assigned acousto- or electro-optical modulator/deflector (11.1, 11.2, 11.n) and that the individual laser beams behind the modulators (11.1, 11.2, 11.n) form a laser beam ( L) are brought together, which hits the printing or embossing mold surface (20).
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die von den mehreren Lasern (10.1, 10.2, 10.n) erzeugten Laserstrahlen (L) zueinander unterschiedliche Wellenlängen haben.31. The method according to claim 30, characterized in that the laser beams (L) generated by the plurality of lasers (10.1, 10.2, 10.n) have wavelengths that are different from one another.
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (L) zu ihrem Zusammenführen über je einen dichroitischen Spiegel (14.1 , 14.2, 14. n) umgelenkt werden.32. The method according to claim 30 or 31, characterized in that the laser beams (L) are deflected via a dichroic mirror (14.1, 14.2, 14. n) to bring them together.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der zusammengeführte Laserstrahl (L) durch winkelmäßiges Verstellen wenigstens eines der dichroitischen Spiegel (14.1 , 14.2, 14. n) auf gewünschte Oberflächenpunkte (OP1 , OP2) der Druck- oder Prägeform (2) gelenkt wird.33. The method according to claim 32, characterized in that the combined laser beam (L) is directed to desired surface points (OP1, OP2) of the printing or embossing mold (2) by angularly adjusting at least one of the dichroic mirrors (14.1, 14.2, 14.n). is directed.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (L) oder die Laserstrahlen (L) durch einen oder mehrere Faserlaser, z.B. Yterbium-Faserlaser, durch einen oder mehrere Scheibenlaser, z.B. Yterbium-Vanadat-Laser, durch einen oder mehre- re Stablaser, z.B. Titan-Saphir-Laser, und/oder durch einen oder mehrere Gaslaser, z.B. Eximer-Laser, erzeugt wird/werden.34. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (L) or the laser beams (L) are transmitted by one or more fiber lasers, for example yterbium fiber lasers, by one or more disk lasers, for example yterbium vanadate lasers or more- re rod laser, for example titanium-sapphire laser, and/or is/are generated by one or more gas lasers, for example eximer laser.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Lasersfrahlung durch ein Frequenzvervielfachungssystem innerhalb des Lasers (10.1) oder der Laser (10.1 - 10.n) vervielfacht wird.35. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency of the laser radiation is multiplied by a frequency multiplication system within the laser (10.1) or the lasers (10.1 - 10.n).
36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Gravurvorgang durch eine Kalibrierung eine vom Material der Druck- oder Prägeform (2) abhängige Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug ermittelt wird und dass nach Maßgabe der ermittelten Abtragstiefe pro Laserpuls oder Laserpulszug die Zahl der auf einen zu gravierenden Oberflächenpunkt (OP1 , OP2) der Druck- oder Prägeform (2) aufzubringenden Laserpulse oder Laserpulszüge bestimmt wird.36. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that before an engraving process, a removal depth per laser pulse or laser pulse train, which is dependent on the material of the printing or embossing mold (2), is determined by calibration and that in accordance with the determined removal depth per laser pulse or laser pulse train Number of laser pulses or laser pulse trains to be applied to a surface point to be engraved (OP1, OP2) of the printing or embossing mold (2) is determined.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren zweidimensionale oder dreidimensionale Maskenschichten auf Druck- oder Prägeformen (2) abgetragen oder belichtet werden.37. Method according to one of claims 1 to 36, characterized in that two-dimensional or three-dimensional mask layers are removed or exposed to printing or embossing molds (2) using the method.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren ein dreidimensionaler Materialabtrag von metallischen oder nichtmetallischen Druck- oder Prägeformoberflächen (20) vorgenommen wird.38. The method according to one of claims 1 to 36, characterized in that the method is used to remove three-dimensional material from metallic or non-metallic printing or embossing mold surfaces (20).
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der dreidimensionale Materialabtrag in Form eines Näpfchenrasters erfolgt und dass damit eine Raster- oder Tiefdruckwalze hergestellt wird.39. The method according to claim 38, characterized in that the three-dimensional material removal takes place in the form of a cell grid and that a screen or gravure printing roller is thereby produced.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Prägeformen für ein Prägen von Hologrammen hergestellt werden. 40. The method according to any one of claims 1 to 36, characterized in that the method is used to produce embossing molds for embossing holograms.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Prägeformen, z.B. für ein Prägen von Lederstrukturen für den Automotivebereich, hergestellt werden.41. The method according to one of claims 1 to 36, characterized in that the method is used to produce embossing molds, for example for embossing leather structures for the automotive sector.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Kontrolle einer elektronischen Steuereinheit nach Maßgabe von gespeicherten, abrufbaren digitalen Gravurdaten, die Informationen über die Lage und die Gravurtiefe jedes Oberflächenpunktes (OP1 , OP2, u.s.w.) der Druck- oder Prägeform (2) enthalten, ausgeführt wird.42. The method according to one of the preceding claims, characterized in that it is under the control of an electronic control unit in accordance with stored, retrievable digital engraving data, the information about the position and the engraving depth of each surface point (OP1, OP2, etc.) of the printing or embossing form (2) included, is executed.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuereinheit der/jeder Laser (10.1 - 10.n), der/jeder Modulator (11.1 - 11. n), der Polygonspiegel (16), der/jeder Polarisationsstrahlteiler (13.1 , 13.2), der/ jeder dichroitische Spiegel (14.1 - 14. n), ein Drehantrieb für die Rotation der Druck- oder Prägeform (2) und/oder eine Linearverfahreinrichtung (15) für ein Verfahren der Lasergravureinrichtung (1) in Axialrichtung (24) der Druckoder Prägeform (2) gesteuert wird. 43. The method according to claim 42, characterized in that with the control unit the / each laser (10.1 - 10.n), the / each modulator (11.1 - 11. n), the polygon mirror (16), the / each polarization beam splitter (13.1 , 13.2), the/each dichroic mirror (14.1 - 14. n), a rotary drive for the rotation of the printing or embossing mold (2) and/or a linear displacement device (15) for moving the laser engraving device (1) in the axial direction (24 ) of the printing or embossing form (2) is controlled.
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