DE2709554A1 - Verfahren und anlage zum gravieren von druckformen mit laserstrahlen - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die konventionellen Herstellungsverfahren von Druckformen beruhen auf dem Prinzip des selektiven Aetzens. Die zu gravierende Form wird mit einer lichtempfindlichen Schicht überzogen, die auf photochemischem Wege, dem zu druckenden Bild entsprechend, so verändert wird, dass die nachfolgende Aetzung eine dem zu druckenden Bild entsprechende Struktur in die Form aetzt. Im allgemeinen werden für das, als Tiefdruck bekanntes Verfahren_/ in einem Raster einzelne Näpfchen graviert, welche eine, dem zu druckenden Bild entsprechende Tiefe besitzen. In diese Näpfchen wird die zum Drucken nötige Druckfarbe eingebracht. Die einzelnen Näpfchen sind untereinander nicht verbunden und haben typisch

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»ckig und ihr

ca. 150 μη Abstand. Ihre Oberfläche ist rund oder viereckig Durchmesser wenig kleiner als ihr Abstand. Die Näpfchentiefe beträgt weniger als 100 μτα und das Volumen, entsprechend der gewünschten, lokalen Färbintensität, ist kleiner oder ungefähr gleich 0,5.10 mm Dieses Aetzverfahren besteht somit aus sehr vielen Schritten, und die Anlagen zu dessen Durchführung bestehen aus vielen verschiedenen Naschinen, welche jeweils einen oder mehrere dieser Schritte ausführen.

In neuerer Zeit wurde daraufhin vorgeschlagen, die einzelnen Näpfchen mit Hilfe eines Diamantstichels unter Abheben eines Spanes zu bilden. Derart arbeitende Anlagen wurden gebaut und w.erden heute vielfach verwendet. Die dem zu druckenden Bild entsprechende Vorlage wird auf einer Walze angebracht, die mit einer Vorrichtung versehen ist, um, dem gewünschten Raster entsprechend, punktweise diese Vorlage abzutasten und die Farbdichte zu messen. Diese Abtast- und Messvorrichtung befindet sich in einem Lesekopf, welcher parallel zur Zylinderachse verschiebbar angeordnet ist. Der Zylinder mit der Vorlage wird dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht. Dadurch wird es möglich, die ganze, oder, falls gewünscht, nur einen Teil der Zylinderoberfläche abzutasten und zwar auf einem zylinderschraubenförmigen Weg. Synchron zur Vorlagezylinderrotation, das heisst mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und gleicher Phasenlage, wird der zu gravierende Druckzylinder gedreht. Der Gravierkopf wird gleichfalls parallel zur Zylinderachse verschoben, so dass der im Gravierkopf angebrachte Diamantstichel simultan zum Abtasten und Messen die einzelnen Näpfchen mit der der gemessenen Farbdichte entsprechenden Tiefe bilden kann. Die höchstmöglichen Geschwindigkeiten, die mit einer solchen Anlage erreichbar sind, sind gegeben durch die Frequenz mit der der Stichel bewegt werden kann sowie durch

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die Feinheit des Rasters. Als obere Grenze wird heute eine Stichelfrequenz von 4 kHz betrachtet. Dies ergibt bei einem 70er Raster, d.h. bei 70 Näpfchen pro cm in Achsrichtung und in Umfangsrichtung_/ ungefähr 0,3 π)2 Druckformoberfläche, die pro Stunde graviert werden kann. Anlagen, die solcherart Druckformen gravieren, werden beispielsweise von der Firma Dr. Hell in Kiel (BRD) hergestellt und vertrieben.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, das Materialabtragen durch Strahlung vorzunehmen. Insbesondere ist es bekannt sowohl mit Elektronenstrahlen als auch mit Lichtstrahlen (meistens in Form von kohärentem Licht, wie es von einem Laser erzeugt wird) punktweise Material abzutragen und so die Näpfchen zu formen. Die Anlagen sind ähnlich aufgebaut wie diejenigen, welche spanabhebend mit einem Diamantstichel die Druckzylinder bearbeiten, nämlich so, dass die Bildvorlage auf einem Lesezylinder aufgebracht ist, welcher mit konstanter Geschwindigkeit rotiert und synchron dazu wird der zu gravierende Druckzylinder gedreht, wobei der Lesekopf und der Bearbeitungskopf gleichzeitig parallel zur jeweiligen Zylinderachse verschoben werden. Anstelle des Diamantstichels und dessen Antrieb wird nun der den Strahl erzeugende Sender angebracht und der Strahl wird auf die Druckzylinderoberfläche fokussiert. Bei Verwendung von Elektronenstrahlen ist es zudem nötig, den Druckzylinder mit samt dem Bearbeitungskopf in ein Vakuum zu bringen.

Bei Verwendung von Lichtstrahlen wurde vorgeschlagen (US Patent 3 347 311) einen Festkörperlaser zu verwenden, der mit einer Blitzlampe gepumpt wird. Um eine genügend grosse Graviergeschwindigkeit zu erreichen, soll diese Blitzlampe mit einer Frequenz von 30 kHz gezündet werden. Dies

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soll dann der Frequenz, mit der die einzelnen Näpfchen gebildet werden, entsprechen. Weiter wurde erwähnt, dass die Wirkungsdauer jedes Laserimpulses kurz sein muss gegen die Periode, welche zwei sich folgende Laserimpulse trennt. Da sich der Druckzylinder mit konstanter Geschwindigkeit dreht und da der Lichtstrahl nicht abgelenkt wird, soll zur Vermeidung von in Umfangs-, d.h. Drehrichtung verschmierten oder verzogenen Näpfchen die Wirkungsdauer von der Grössenordnung von 10 % der Periode sein. Dies führt auf eine Wirkungsdauer von höchstens 3 Microsekunden. Die Variation der Näpfchentiefe geschieht dabei entweder durch eine Modulation der Impulslänge, wobei die 3 Microsekunden dem längsten Impuls entsprechen, oder durch Modulation der Impulshöhe, das heisst der Lichtintensität. Die Impulslangenmodulation soll erreicht werden durch eine Modulation der Länge des elektrischen Impulses, welcher der Blitzlampe zugeführt wird. Die Lichtintensitätsmodulation andererseits geschieht mittels einem, den mit konstanter Intensität erzeugten Lichtimpuls mehr oder weniger stark absorbierenden oder durchlassenden Element wie z.B. einer Kerr-Zelle.

Es wurde aber auch vorgeschlagen, jedes einzelne Näpfchen so zu bilden, dass der Energiestrahl, der auf einen viel kleineren Durchmesser als den des Näpfchens fokussiert wird, dieses spiralförmig vom Zentrum ausgehend abträgt, wobei durch Variation der Abtragsdauer, oder der Ablenkungsgeschwindigkeit, oder der Steigung der Spirale dessen Grosse beeinflusst wird (siehe DOS 2 241 850). Auch hier wird der Lesezylinder und der zu gravierende Druckzylinder synchron und mit konstanter Geschwindigkeit gedreht.

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Ein weiteres Verfahren zum Gravieren mit Laserstrahlen ist durch die DOS 2 241 849 bekannt. Hier wird vorgeschlagen, einen Laserstrahl zu verwenden, dessen Durchmesser auf der Druckform gemessen viel grosser ist als der eines Näpfchens. Auf die Druckform aufgebracht oder dieser vorgelagert ist eine Maske, welche das auftreffende, zeitlich unmodulierte Laserlicht dem zu gravierenden Bild entsprechend reflektiert. Der auf der Druckform auftreffende, d.h. der nicht reflektierte Anteil des Lichts soll dann die Näpfchen mit ihrer entsprechenden Tiefe bilden.

Alle diese Ausführungsformen und Verfahren sind mit wichtigen Nachteilen behaftet. Das konventionelle Aetzverfahren besteht aus sehr vielen zeitintensiven Arbeitsabläufen, welche grosse Ansprüche an das Personal und an die verwendeten Anlagen und Stoffe stellt. Zudem bilden die verwendeten Stoffe eine latente Gefahr für die Umwelt. Die Zeit, die nötig ist, um von einer Bildvorlage eine gravierte Druckform zu erzeugen, beträgt üblicherweise mehrere Stunden. Diese Zeit konnte durch das beschriebene spanabhebende Verfahren stark verkürzt werden, aber auch hier ist noch pro Diamantstichel eine Stunde nötig um 0,3 m zu gravieren.

Zudem benötigt eine solche Anlage ein aufwendiges Einrichten, besonders der Diamantstichel, um die gewünschte Näpfchentiefe erzeugen zu können. Auch ein Einsetzen, das heisst gravieren eines Teils eines sonst schon gravierten Druckzylinders, bereitet Schwierigkeiten, um eine über den ganzen Zylinder gleiche Arbeitsweise des Diamantstichels zu erhalten. Dieselben Probleme stellen sich, wenn mehrere Lese- und Gravierköpfe gleichzeitig einen Zylinder bearbeiten, auch wenn dadurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit vervielfacht wird.

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Die Benutzung von Elektronenstrahlen hat sich aus wirtschaftlichen Gründen, wegen der sehr hohen Anlagekosten einerseits zur Erzeugung des Strahls, andererseits zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums, nicht durchgesetzt.

Die im US Patent 3 374 311 beschriebene Anlage ist so nicht realisierbar. Auch heute noch sind keine Blitzlampen erhältlich, die in einer wesentlich kürzeren Zeit als ca. 30 Microsekunden gezündet und gelöscht werden können. Auch eine Wiederholung der Zündungen mit einer Frequenz von der Grossenordnung 30 kHz ist heute nicht möglich. Weiter ist es kaum möglich, die zur Gravur nötigen Laserleistungen zu erreichen, wenn eine Anlage, wie sie im angegebenen US-Patent beschrieben ist, verwendet wird. Eine ausführliche Diskussion der Druckzylindergravur mittels Laserstrahlen findet sich in der Firmenpublikation Klischograph 2/69 der Firma Dr. R. Hell aus dem Jahre 1969 im Artikel "Können Laserstrahlen die Druckformenherstellung beschleunigen ?" Seiten 8-12.

Die in der DOS 2 241 850 vorgeschlagene Anlage bringt auch keine Vorteile bezüglich Geschwindigkeit. Falls man als untere Grenze für die Drehgeschwindigkeit des Druckzylinders die mit dem spanabhebenden Verfahren mögliche einsetzt, erhält man eine Gravierfrequenz von 4 kHz. Dies ergibt eine Periode von 250 usek. zwischen zwei Näpfchen. Wie im US Patent angegeben, kann aber nur etwa 10 % dieser Zeit verwendet werden, da sonst das Näpfchen durch die Drehung verzogen wird. Soll nun eine Spirale mit bis zu 10 Umgängen gebildet werden, heisst das, dass ein Ablenksystem mit einer Ablenkfrequenz von 400 kHz verwendet werden muss, wobei diese Schwingungen bezüglich Phasenlage und Amplitude

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genau kontrollierbar sein müssten und die Amplitude innerhalb einigen psek. von Null bis auf den Näpfchendurchmesser ansteigen muss. Dazu kommt, dass der Laserstrahl sehr fein fokussiert sein muss, eine hohe Intensität hat und diese möglichst nicht abgeschwächt werden darf durch das Ablenksystem. Auch muss dieses im Stande sein, so hohe Intensitäten, ohne Schaden zu nehmen, abzulenken. Solche Ablenksysteme sind bis heute nicht erhältlich.

Auch das Verfahren gemäss DOS 2 241 849 bringt keine Lösung. Es kann nicht ins Auge gefasst werden bei Druckformen mit reflektierender, z.B. metallischer Oberfläche. Dann bedingt es einen Laserstrahl, dessen Intensität zeitlich und örtlich über den ganzen Querschnitt konstant ist. Dies ist nicht realisierbar. Wohl gibt es Laserstrahlen,die zeitlich gemittelt ein ungefähr konstantes Intensitätsprofil über den Querschnitt besitzen, aber dieses Profil ist gekennzeichnet durch Intensitätsmaxima und -minima, die sehr stark verschieden sind. Weiter muss auch hier die von Laser in Licht umgesetzte Leistung derjenigen entsprechen, die nötig wäre, um an jedem Rasterpunkt ein grösstmögIiehes Näpfchen zu erzeugen. Die nicht verwendete Leistung, die hier reflektiert wird, ist somit als Verlustleistung zu bezeichnen. Dies gilt für alle beschriebenen Verfahren.

Eine Ueberschlagsrechnung ergibt folgende Werte: Das abzutragende Näpfchenvolumen ist kleiner oder gleich 0,5.10 mm . Falls die Druckform eine Kupferoberfläche besitzt, ist die zum Verdampfen dieses Volumens theoretisch nötige Energie gleich 27 mJ. Nach den neusten Erkenntnissen (siehe Patentanmeldung Nr. 12 766/75) ist es heute möglich, mit Laserlichtimpulsen Kupfer abzutragen mit einer Impulsenenergie, die ungefähr

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diesem theoretischen Wert entspricht. Wenn wir uns eine Graviergeschwindigkeit von ungefähr 1 irr Druckformoberfläche pro Stunde vor-

2 schreiben, bei einem Raster von 40 bis 50 Millionen Näpfchen pro m , so ergibt das eine Leistung von ungefähr 400 W. Nun können aber, wie oben angedeutet, n.ur ungefähr 10 % der zur Verfugung stehenden Zeit zur Bearbeitung ausgenützt werden. Dies bedingt entweder einen Laser, der Einzelimpulse erzeugt mit einer Frequenz von 14 kHz und einer Impulsleistung von 4 kW, oder aber einen Dauerstrichlaser mit einer Ausgangsleistung von 4 kW. In beiden Fällen stellt sich weiter das Problem der Modulation. Es darf nicht aus den Augen verloren werden, dass nicht an jedem Rasterplatz ein maximal tiefes Näpfchen erzeugt werden muss, sondern oft nur etwa 10 % davon. Beim Impulslaser sind dann 90 % der erzeugten Energie zu vernichten und beim Dauerstrichlaser sind es sogar 99 % dieser Energie.

Die Entwicklung auf dem Gebiet des Lasers hat es erst in jüngster Zeit ermöglicht, mit Laserstrahlen Material abzutragen ohne störende Nebenwirkungen wie schlecht kontrollierte Lochkanten und Lochoberflächen. Die Erzeugung einer grossen Anzahl Näpfchen, mit einer Präzision in der Grössenordnung von 1 % bezüglich Näpfchenvolumen und mit kontrollierbaren Volumenabstufungen, in polierte Metalloberflächen war bis vor kurzem nicht möglich. Systematische Untersuchungen der physikalischen Vorgänge, besonders während dem Aufheizen, Verflüssigen und Verdampfen von Metallen unter Einwirkung von Laserstrahlen, führten zu Lasern und Verfahren, welche die erwähnten Nebenwirkungen stark verminderten. Wichtigstes Element hierzu ist eine stabile Laserstrahlung im transversalen Grundmode mit kontrollierbarem, zeitlichem Verhalten. Die Strahlung kann

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somit dem BearbeitungsVorgang und dem zu bearbeitenden Material angepasst werden. Beispiele solcher Lasersysteme und Bearbeitungsverfahren finden sich z.B. in den CH-Patenten Nos 547 690, 547 159, 570 846, 545 544 und 564 262.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Anlage zu finden, die Druckformen, speziell Tiefdruckzylinder, zu gravieren erlaubt unter Verwendung von Laserlicht, wobei die als Laserlicht zur Verfügung stehende Energie viel besser ausgenützt wird und dadurch die pro Zeiteinheit gravierte Druckformoberfläche um ein Vielfaches höher wird als mit den heute bekannten Verfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst, mit einer Anlage, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einer Lichtquelle, einem Strahlablenksystem, einem Fokussierkopf und einer Kontrolleinheit besteht, wobei der Fokussierkopf einer ersten Richtung der Druckform entlang verschiebbar angebracht ist und sich in zweiter Richtung der Druckform erstreckt, wobei die Kontrolleinheit Speicherelemente, welche das zu gra-

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vierende Muster in aufbereiteter Form zu speichern vermögen, sowie Steuerelemente, die den gespeicherten Daten entsprechend Steuerbefehle an die Laserlichtquelle, an das Strahlablenksystem und an den Fokussierkopf übermittelt, beinhaltet, wobei der Fokussierkopf den Steuerbefehlen entsprechend in der ersten Richtung verschoben wird, wobei das Strahlablenksystem den vor der Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahl auf, den Steuerbefehlen entsprechenden ausgewählten Stellen des Fokussierkopfes ablenkt und der Fokussierkopf den Laserstrahl auf_; seiner momentanen Position und seinen genannten ausgewählten Stellen entsprechende Orte auf der Druckform fokussiert.

Die Erfindung besteht auch aus einem Gravierverfahren von Druckformen mit Laserstrahlen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Laserstrahl aus Impulsen mit konstanter Frequenz erzeugt wird und einem Strahlablenksystem zugeführt wird, und dass vermittels des Strahlablenksystems der Laserstrahl über die Druckformoberfläche geführt wird und solange auf jeden Rasterpunkt auf der Druckformoberfläche gelenkt wird, bis eine, dem zu gravierenden Muster, resp. dem zu bildenden Näpfchenvolumens entsprechende Anzahl Impulse auf diesen Rasterpunkt eingewirkt hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindungsgegenstände werden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1. schematisch eine Ausführungsform der Anlage, Fig. 2. eine Aus füll rungs form eines Teils der Anlage gemäss Fig. 1, Fig. 3. eine andere Ausführungsform des Teils der Fig. 2,

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Fig. 4. eine andere Ausführungsform der Anlage,

Fig. 5. eine weitere Ausführungsform des Teils der Fig. 2,

Fig. 6. den Bearbeitungsvorgang zur Erzeugung eine Näpfchens,

Fig. 7. eine Variante der Anlage gemäss Fig. 4.

Fig. 1 zeigt schematisch die Elemente und den Aufbau einer Anlage, die die erwähnte Aufgabe erfüllt. Die zu bearbeitende Druckform, in diesem Falle ein Druckzylinder 1, ist unbeweglich eingespannt. Um ihn herum befindet sich ein Fokussierkopf 2, der in Zylinderachsenrichtung gleitend gelagert ist, z.B. auf Gleitschienen 3. Die achsiale Position sowie das Fortschreiten von einer zur andern Position wird durch die Kontrolleinheit 4 über eine Signalleitung 5 gesteuert, welche die Kontrolleinheit 4 mit dem Fokussierkopf 2, insbesondere mit dessen Antrieb und dessen Positionskontrolleinrichtung, verbindet. Die Laserlichtquelle 6 erzeugt einen gepulsten Laserstrahl, dessen Weg mit den Referenznummern 7 bis 10 bezeichnet ist. Dieser Strahl durchläuft zuerst ein Verschlusselement 11 und wird dann durch ein Spiegelsystem 12 auf das Ablenkelement 13 gerichtet. Hier wird die Strahlrichtung in Abhängigkeit des von der Kontrolleinheit 4 über die Signalleitung 14 dem Ablenkelement übermittelten Befehls abgelenkt. Die möglichen Strahlrichtungen befinden sich in erster Näherung auf dem Kegel, dessen Spitze ungefähr im Ablenkelement 13 liegt. Sein Oeffnungswinkel ist sehr klein.

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Auf dem selben Kegel befindet sich der Fokussierkopf 2, das heisst, dass das Ablenkelement in der Druckzylinderachse angebracht ist. Durch diesen Fokussierkopf wird der Strahl auf die Zylinderoberfläche umgelenkt und konzentriert, wobei die Ablenkung durch das Ablenkelement 13 auf einen Kegel, einer Spur auf dem Umfang des Zylinders entspricht. Bei Aenderung des Oeffnungswinkels des Kegels, d.h. des Ablenkwinkels zur Zylinderachse, wird eine andere Spur auf der Zylinderoberfläche angesteuert. Um den Abstand zwischen Fokussierkopf 2 und Ablenkelement 13 nicht unverhältnismässig gross machen zu müssen, wie es wegen des kleinen Oeffnungswinkels eigentlich nötig wäre, wird in den Strahlengang ein Strahlerweiterungselement 15 eingebaut.

Das Arbeiten der Anlage geht folgendermassen vor sich. Die Laserlichtquelle erzeugt eine Impulsfolge, wobei die Intensität und Dauer jedes Impulses sowie die Folgefrequenz konstant sind. Typische Werte sind:

Energie eines Einzelimpulses: ImJ Dauer eines Einzelimpulses: ca. 0,6 psec. Frequenz der Impulsfolge: 300 kHz

d.h. Periode 3 1/3 lisec.

Dies ergibt eine mittlere Ausgangsleistung von 300 W. Zur Bildung eines maximaltiefen Näpfchens werden ungefähr 30 Einzelimpulse benötigt. Die Anzahl der, auf denselben Rasterpunkt der Druckformoberfläche wirkenden Einzelimpulse ergibt eine proportionale Näpfchentiefe oder ein proportionales abgetragenes Näpfchenvolumen. Der wesentliche Vorteil der neuen Anlage besteht nun darin, dass der Strahl, sobald die,dem gewünschten

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Abtragvolumeη entsprechende Anzahl Einzelimpulse auf einen Punkt eingewirkt hat, auf den nächsten Rasterpunkt abgelenkt wird.

Die Bearbeitung eines Napfchens mit z.B. 10 Einzelpulsen ist in Fig. dargestellt. Die auf die Oberfläche 71 einfallende Laserstrahlung besitzt eine radiale Intensitätsverteilung I (r) entsprechend einer Gaussförmigen Verteilung 73 und besteht aus einem regulären Pulszug Der Durchmesser 0 des Näpfchens ist durch den Strahldurchmesser auf der Oberfläche 71 und durch das zu bearbeitende Material gegeben.

Der erste Impuls, welcher eine Energie E besetze, verdampft ein Volumenelement 75 der Dicke A entsprechend der Beziehung

E = "10²TIALv ,

wobei L diejenige Energie bedeutet, welche benötigt wird, um 1 mm des Materials zu verdampfen. Für Kupfer beträgt L_y = 54 Ws/mm . Jeder folgende Impuls verdampft ein weiteres Volumenelement des Materials, so dass der zeitlich aufgelöste Bohrvorgang 76 entsteht. Die Intensität der Impulse muss einerseits hoch genug sein, um im Material einen Absorptionszustand zu erzeugen, d.h. um z.B. die starke Reflexion von Kupfer zu überwinden. Die Intensität darf aber nicht zu hoch sein, um störende Nebenwirkungen wie z.B. Gasdurchbruch in der Dampfwolke zu ver-

8 2 meiden. Typischer Wert für Metalle ist z.B. 10 W/cm . Die Dauer J" jedes Impulses wird kleiner gewählt als die Zeitkonstante der Wärmeleitung t des Materials

^r < S^L^s °·⁰⁵ · τ ·

wobei K die Temperaturleitfähigkeit bedeutet; für Kupfer ist K = 1.05 cm ²/S. Der von einem Impuls erzeugte Absorptionszustand (erwärmte Material-

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schicht) besteht während einer Dauer ta, welche hauptsächlich durch die Wärmeleitung des Materials bestimmt wird:

ta % 10 t_Vh .

Der nächste Impuls muss somit innerhalb der Zeit ta auftreffen, um absorbiert zu werden ohne von neuem einen Absorptions zustand erzeugen zu müssen.

Der Abstand zweier Impulse ts muss andererseits grosser sein als die, für das verdampfte Material benötigte Zeit, tjj zum Entweichen aus dem sich bildenden Loch:

t_D < ts < ta .

tfy ist typischerweise 0.3/us. Die Korrelation zwischen der Tiefe des sich bildenden Loches Z und der Zeit t in 76 erlaubt somit die Bestimmung der Lochtiefe durch die Anzahl einwirkender Impulse.

Die Aenderung der Ablenkrichtung durch das Ablenkelement wird innerhalb der zwischen zwei oder einigen wenigen Einzelimpulsen zur Verfugung ste-

henden Zeit vorgenommen. Dadurch sind fast alle erzeugten Impulse zur Bearbeitung verwendbar. Im allgemeinen ist durchschnittlich nur ca. 10 % des Volumens abzutragen, das dem Produkt aus maximalgrossem Näpfchenvolumen χ Anzahl Rasterpunkte pro Fläche entspricht. Deshalb ist es möglich, mit der neuen Anlage im Mittel 30 Näpfchen pro Se-

2 künde zu formen. Bei 40 bis 50 Millionen Näpfchen pro m , ergibt das folglich eine Gravierzeit von 0,1 bis 0,14 Stunden pro m oder eine

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Graviergeschwindigkeit von 7,2 bis 9 m Druckformoberfläche pro Stunde, mit einer Laserausgangsleistung von 300 W.

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In einer bestimmten Position des Fokussierkopfs 2 kann also durch praktisch masse loses Ablenken des Strahls 9 mit dem Ablenkelement 13 der Strahl 10 in eine beliebige Winkellage (Azimut), bezogen auf eine zur Druckzylinderachse senkrecht stehende Ebene, gebracht werden. Dann wird er durch den Fokussierkopf in eine radiale Richtung abgelenkt und auf die Druckformoberfläche fokussiert. Somit ist es möglich, mit der oben angeführten Frequenz auf sämtlichen zu bearbeitenden Rasterpunkten auf einer kreisförmigen Rasterlinie die entsprechenden Näpfchen zu erzeugen. Die Näpfchen, die auf einer anderen (vorzugsweise der nächsten) kreisförmigen Raster linie zu bilden sind, werden e.rzeugt, nachdem der Fokussierkopf parallel zur Zylinderachse um eine, dem Abstand zweier oder mehrerer Rasterlinien entsprechenden Distanz verschoben wurde. Diese Verschiebebef?hle, ebenso wie die Ablenkbefehle an das Ablenkelement 13 werden durch die Kontrolleinheit 4 abgegeben. Sie entsprechen dem zu druckenden

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Bild und sind in aufbereiteter Form in der Kontrolleinheit vermittels an sich bekannter Elemente gespeichert. Es sind Vorrichtungen bekannt, die es gestatten, Druckbildvorlagen auf elektronische Weise abzutasten und die gelesene Information in Form elektrischer Signale zur Verfugung zu stellen. Durch den Aufbau dieser Vorrichtungen, welche den eingangs erwähnten Anlagen entsprechen, d.h. bei denen die Druckvorlage auf einem Zylinder aufgebracht ist, der mit konstanter Drehzahl rotiert, wobei auf einem schraubenförmigen Weg abgetastet wird, liegt die Information Ober die Grosse eines Näpfchens in Form eines entsprechenden, elektrischen Signals vor und die Information über den Ort desselben Näpfchens im Zeitpunkt, an dem das genannte Signal erzeugt,resp. übermittelt oder gespeichert wird. Das Aufbereiten dieser Information zur Verwendung mit der beschriebenen Anlage besteht nun darin, dass zur Information Ober die Grosse, die Information über den Ort des Näpfchens dieser beigeordnet wird und zwar in Form einer doppelten Adresse. Die erste Adresse entspricht einer Koordinatenangabe längs des Druckzylinders und die zweite Adresse der Winkellage (Azimut) zur Ansteuerung des Ablenkelementes. Rasterpunkte, bei denen kein Näpfchen gebildet werden soll, werden somit unterdrückt. Die Arbeitsbefehle an die Anlage erfolgen so, dass zuerst die beiden Adressen an den Fokussierkopf und das Ablenkelement gegeben werden. Bis diese sich in den entsprechenden Stellungen befinden, werden die vom Laser ausgehenden Lichtimpulse vernichtet, z. B. durch ein Auslenken durch das Verschlusselement 11 in ein Licht absorbierendes Element. Dann werden die der Näpfchengrösse entsprechende Anzahl Lichtimpulse auf den eingestellten Rasterpunkt durchgelassen und so das Näpfchen geformt. Darauf erfolgt derselbe Zyklus für den nächsten zu bearbeitenden Rasterpunkt.

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Die Verschiebung des Fokussierkopfes erfolgt also schrittweise in Abhängigkeit der ersten Adressangabe. Dazu kann ein handelsüblicher elektrischer oder hydraulischer Schrittmotor verwendet werden. Unter Annahme einer konstanten Beschleunigung und Verzögerung, einem Schritt von 1/7 mm und einer Verschiebungsdauer von 3 psec., erhält man Werte für die Beschleunigung und Verzögerung von der 6-fachen Erdbeschleunigung. Dies liegt durchaus im Rahmen üblicher Werte.

Die Anlage kann aber auch so betrieben werden, dass mehrere Rasterlinien in Umfangsrichtung mit ein und derselben Position des Fokussierkopfes bearbeitet werden. Der Sprung von einer zur andern Linie erfolgt dann durch Aendern des Oeffnungswinkels des Ablenkkegels, d.h. durch eine Ablenkung um einen grösseren Winkel mittels des Ablenkungselementes 13. Eine solche Winkeländerung ist allerdings nur in einem relativ schmalen Bereich, typisch 100 Linien, möglich, der begrenzt wird durch die optischen Eigenschaften des Fokussierkopfes. Deshalb wird der Fokussierkopf, sobald dieser Bereich durchfahren ist, wiederum schrittweise dem Druckzylinder entlang verschoben, diesmal aber um einen Weg, der einer ganzen Anzahl Rasterlinien-Abstände entspricht. Eine solche Arbeitsweise bedingt eine zusätzliche Steuerfunktion der Kontrolleinheit 4. Die einem bestimmten Näpfchen (d.h. der Information über seine Grosse) zugeordnete erste Adresse, welche seiner Koordinate längs des Druckzylinders entspricht, muss nun zuerst mit der Position des Fokussierkopfes verglichen werden. Fällt sie in den mit dem Ablenkelement erreichbaren Bereich, so wird der Fokussierkopf nicht verstellt. Andernfalls wird dieser zuerst um den oben erwähnten Betrag weitergeschoben. Dann wird von der Näpfchen-Koordinate die Koordinate des Fokussierkopfes substrahiert und die so erhaltene relative Koordinate in einen

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Oeffnungswinkel umgerechnet und dem Ablenkelement als Steuerbefehl zugeführt.

Es ist auch möglich, den Fokussierkopf mit kontinuierlich variabler Geschwindigkeit zu verschieben. Die gespeicherten Befehlsdaten müssen dann vorerst so aufgearbeitet werden, dass zuerst bestimmt wird, wie lange der Fokussierkopf 2 im Bereiche einer jeden Rasterlinie verbleiben muss. Dazu ist es nötig,'die Anzahl der Impulse zur Bildung aller sich auf dieser Linie befindlichen Näpfchen zu ermitteln. Das ergibt die Bearbeitungszeit. Dazu gezählt wird nun die Schaltzeit, die nötig ist um das Ablenkelement 13 über alle diese Näpfchenpositionen zu schalten. Diese Gesamtzeit für eine Rasterlinie erlaubt es nun, die maximale Geschwindigkeit des Fokussierkopfes im Bereich dieser Linie zu berechnen. Die Berechnung für alle aufeinanderfolgenden Rasterlinien gestattet schliesslich, das Fahrprogramm für den Fokussierkopf 2 zu erstellen. Dadurch wird es möglich, ohne die prinzipiellen Vorteile der neuen Druckzylinderbearbeitung aufzugeben, kleinere und schwächere Antriebsmotoren für den Fokussierkopf zu verwenden und kleinere Kräfte ' auf diesen einwirken zu lassen.

Es ist natürlich auch möglich, die neue Anlage mit dem herkömmlichen Verfahren zu betreiben. Dann kann auf Datenspeicher verzichtet werden. Das Ablenkelement lenkt dann den Strahl kreisförmig in Synchronismus mit der Rotation des Vorlage- und Ablesezylinders ab und der Fokussierkopf wird mit konstanter Geschwindigkeit verschoben. Ablesen und Gravieren erfolgen somit völlig synchron. Eine weitere Variante besteht

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darin, dass der Abtastvorgang schneller und gegenüber der Gravur im voraus arbeitet, so dass nicht zu bearbeitende Flächen von der Gravieranlage übersprungen werden können. In diesem Fall wird ein kleinerer Datenspeicher notwendig. Diese Verfahren nützen nicht alle Vorteile der neuen Anlage und werden wohl nur dann eingesetzt, wenn die Bearbeitungsdauer nicht von entscheidender Bedeutung ist, und wenn die Investition in Datenspeicher nicht möglich ist.

Die neue Anlage bietet noch weitere Vorteile. Anhand des aufbereiteten Programms kann die Bearbeitungszeit, die zur-Gravur einer Druckform nötig ist, zum voraus angegeben werden. Weiter ist sofort die Angabe des total abzutragenden Näpfchenvolumens erhältlich, welche ein direktes Mass ist für die zum Drucken nötige Druckfarbmenge. Durch die zeitliche und örtliche Trennung vom Ablesen der Druckvorlage und Gravur der Druckform ist es möglich, entweder im Satellitenbetrieb gleichzeitig an verschiedenen Orten gleiche Druckformen zu gravieren oder aber das Befehls-

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programm an verschiedene Orte zu übermitteln, dort zu speichern und auf Abruf zur Gravur zu verwenden.

Der Aufbau der die Anlage bildenden Teile ist zumeist bekannt. Als Kontrolleinheit 4 kann ein handelsüblicher Prozessrechner mit angepasster Speicherkapazität verwendet werden. Als Laserlichtquelle kann z.B. eine Anlage, wie sie im CH-Patent 532 993 beschrieben ist, eingesetzt werden. Dort wird gezeigt, wie mit einem Laser eine Impulsfolge mit einer Periode von 3,5 jisec. erzeugt werden kann. Ausgangsleistungen von einigen Hundert Watt sind heute mit verschiedenen Lasertypen erreichbar. Wenn auch das Ablenkelement 13 möglichst innerhalb einer Laserimpulsperiode geschaltet werden sollte, um in einer Stellung des Fokussierkopfes alle Impulse ausnützen zu können, so ergibt es doch keine fundamentale Aenderung oder Verzögerung, wenn die Schaltzeit grosser als z.B. 2 jisec. ist. Ablenkelemente mit Zugriffsund Schaltzeiten (random access times) von weniger als 1 usec. wurden schon beschrieben (IEEE J. Quantum Electron. Qe-5 (1969) 351), welche 10 Positionen anzusteuern vermögen.

Das Strahlerweiterungselement 15 wurde auf Fig. 1 nur als Element angegeben und bedarf noch einiger Erläuterungen. Seine Aufgabe ist nicht nur die Verkürzung der Baulänge der Anlage, sondern vorteilhafterweise wird der Strahl auch so umgelenkt, dass er auf einer Zylinderfläche koaxial UB den Druckzylinder zu liegen kommt. Der Auftreffpunkt auf den Fokussierkopf liegt dann auf einer Kreislinie, die nicht mehr von der Position des Fokussierkopfes abhängt, d.h. von dessen Abstand von der Kegelspitze.

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Beim beschriebenen Betriebsverfahren, wo mehrere Rasterumfangs linien in einer Position des Fokussierkopfes geschrieben werden, d.h. bei dem der Oeffnungswinkel des Kegels durch das Ablenkelement 13 verändert wird, kommt dann der Strahl, nach Durchlaufen des Strahlerweiterungselementes 15 auf eine Kegelfläche mit einem, vom ursprünglichen Kegelöffnungswinkel abhängenden, positiven oder negativen Oeffnungswinke1.

Eine mögliche Ausführungsform des Strahlerweiterungselementes 15 zeigt Fig. 2. Dieses rotationssymmetrische, optische Element besitzt eine Symmetrieachse 21, welche auf der Druckzylinderachse liegt. Der Strahl

25 ist der aus dem Ablenkelement 13 austretende Strahl, welcher in Fig. 1 mit der Referenznummer 9 bezeichnet ist. Der austretende Strahl

26 entspricht dem Strahl lO. Das Element besteht hauptsächlich aus einer Scheibe 22 aus optisch transparentem Material. Beide Scheibenflächen sind mit einem reflektierenden Ueberzug versehen, d.h. beschichtet (23 und 24). Auf der Strahleintrittsfläche fehlt dieser Ueberzug in der nächsten Umgebung des Scheibenzentrums, so dass der Strahl ins Element eintreten kann. Auf der Strahlaustrittsfläche ist gleichermassen eine schmale Ringfläche 27 am Rande nicht reflektierend. Der eingefallene Strahl wird somit solange zwischen den beiden planparallelen Scheibenflächen hin- und herreflektiert, bis er auf die RingflSche 27 auftrifft, wo er aus dem Element austreten kann. Um nun die oben erwähnte zusätzliche Umlenkung auf eine der Zylinderachse parallele Richtung zu erhalten, wird diese Ringfläche 27 kegelförmig geschliffen. Per kompakten Bauart dieser Ausführungsform steht der Nachteil entgegen,

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dass der Strahl sehr viele Reflexionen erleidet, welche nie ohne alle Verluste ausgeführt werden können. Dies kann zu erheblichen Strahlleistungsverlusten und zu thermischen Problemen führen. Dem Element vorgeschaltet ist noch eine Linse 28.

Ihre Funktion ist eine Beeinflussung nicht nur der Richtung des Strahls, sondern dessen Divergenz, d.h. Oeffnungswinkel, zur Erreichung des gewünschten Näpfchendurchmessers auf der Druckzylinderoberfläche. Die Linse 28 erzeugt eine Strahltaille, die sich nach dem Fokussierkopf befindet. Unter gewissen Umständen kann es nötig werden, an Stelle einer einfachen Linse ein optisches System zu benutzen, welches die Divergenz des Strahls verändern kann und eine variable Brennweite aufweist. Die Brennweite muss dann in Abhängigkeit von der Weglänge des Strahls, d.h. von der Position des Fokussierkopfes 2, gesteuert werden. Diese Steuerung wird natürlich auch von der Kontrolleinheit 4 besorgt. Die Berechnung der Linse 28 oder des erwähnten optischen Systems kann anhand der Theorie über die Ausbreitung Gauss'scher Strahlen vorgenommen werden. Eine Abhandlung über das zu lösende Problem und eine Herleitung der benötigten Formeln findet sich zum Beispiel in "The Bell System Technical Journal, March 1965, 44. Nr. 2" im Artikel "Imaging of Optical Modes - Resonators with Internal Lenses" von H. Kogelnik.

Die Ausführungsform der Fig. 3 des Strahlerweiterungselementes vermindert die Verluste. Es besteht hauptsächlich aus zwei asphärischen Ringspiegeln 33 und 34, welche wiederum bezüglich der Kegel-, resp. Druckzylinderachse 31 rotationssymmetrisch sind. Der eintretende Strahl

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35 wird durch den inneren Spiegel 33 auf eine angenähert radiale Richtung umgelenkt, trifft dann auf den äusseren Spiegel 34 und wird durch diesen auf die zur Rotationsachse parallele Richtung 36 umgelenkt. Auch hier ist eine Linse 32 vorgeschaltet, die dieselbe Funktion hat wie 28 von Fig. 2.

Eine weitere Ausführungsform des Strahlerweiterungselementes zeigt Fig. 5. Es erzeugt kleinere Verluste als das Element der Fig. 2 und ist einfacher herzustellen als dasjenige der Fig. 3. Es besteht aus einer sphärischen Konkav-konvex-Linse 62 aus optisch transparentem Material. Beide sphärischen Flächen 63 und 64 sind mit maximal reflektierenden Schichten versehen. Die Strahleintrittsfläche, in der Umgebung der Rotationsachse 61 und die Strahlaustrittsfläche 67 sind mit einer Antireflexschicht belegt. Wie in Fig. 2 wird die Strahlaustrittsflache 67 kegelförmig angeschliffen, um einen zur Zylinderachse parallelen Austrittsstrahl 66 zu erhalten. Der einfallende Strahl 65 wird durch die Anordnung nur einige wenige Male hin- und herreflektiert, sodass der Verlust klein bleibt. Vorgeschaltet ist auf Fig. 5 eine Linse 68 mit derselben Funktion wie 28 auf Fig. 2. Derselbe Effekt kann aber auch erreicht werden durch eine Abstandsänderung der sphärischen Spiegelflächen 63 und 64, wobei dann das Strahlerweiterungselement aus zwei einzelnen Spiegeln bestehen muss.

Der Fokussierkopf führt im wesentlichen eine Ab lenk- und Fokussierfunktion aus. Eine mögliche Ausführungsform besteht aus einem asphärischen Ringspiegel analog dem Spiegel 34 der Fig. 3. Es ist auch möglich, einen kegelförmigen Spiegel mit einer nachgeschalteten, torusförmigen, doppelkonvexen Linse zu verwenden.

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Die beschriebene Anlage erlaubt mit dem Strahlablenksystem die Bearbeitung von Rasterlinien einer beliebigen Richtung bezüglich des Zylinderumfanges, womit im 4-Farbendruck Fehler wie Moire und "Colour-Shift" vermieden werden können. Mit dem beschriebenen System können ohne Bewegung des Fokussierkopfes mittels des Strahlablenksystems 13 Z.B. 100 Rasterlinien entsprechend ca. 40'0OO Näpfchen oder ca. 10 nr Fläche graviert werden.

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In einer andern Ausführung können bis zu 10 Näpfchen, oder ca. 0,25 m ohne Bewegung des Fokussierkopfes mittels des Strahlablenkelementes graviert werden. Diese transversale Variante ist in Fig. 4 dargestellt. Die

Optik ist hier nicht mehr rotationssymmetrisch bezüglich der Achse des Druckzylinders, sondern erstreckt sich nur noch über einen Teil des Zylinderumfangs. Dadurch ist es natürlich nicht mehr möglich, ohne Aenderung der relativen Winkellage zwischen Zylinder und Fokussierkopf den Zylinder auf seinem ganzen Umfang zu bearbeiten. Die Anlage besteht aus einem drehbar und in verschiedenen Drehstellungen arretierbaren, zu bearbeitenden Druckzylinder 41, der in der Bearbeitungsmaschine gelagert ist. Dem Zylinder entlang verschiebbar ist ein Fokussierkopf 42 angebracht. Seine Führung und Positionierung geschieht mittels einer oder mehreren Gleitschienen 43. Die Antriebselemente sind in der schematischen Zeichnung nicht aufgeführt. Der Fokussierkopf enthalt das optische System, welches nötig ist, um den Strahl auf der Zylinderoberfläche auf den gewünschten Durchmesser zu konzentrieren sowie das Ablenkelement 53. Zudem ist eine Strahlquelle, d.h. ein Laser 46 vorgesehen sowie die zu dessen Steuerung und Modulierung nötigen Zubehörteile. Der vom Laser erzeugte Lichtstrahl 47 wird zuerst durch ein Verschlusselement 51 geführt, fällt dann als Strahl 48 auf eine

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Umlenkoptik (oder Spiegelsystem) 52, um weiter als Strahl 49 in einer parallel zur Druckzylinderachse verlaufenden Richtung zu liegen. Der Strahl 49 trifft dann auf den Fokussierkopf und wird um 90° in radiale Richtung umgelenkt.

Eine weitere Ablenkung erfolgt durch das Ablenkelement 53 entsprechend dem von der Kontrolleinheit 44 gegebenen und über Leitung 45 übermittelten Befehl. Der aus dem Ablenkelement 53 austretende Strahl 50 liegt nicht mehr auf einer radialen Richtung. Die Optik 55 besorgt nun eine weitere Ablenkung auf eine wiederum ungefähr radiale Richtung. Der Auftreffort des Strahls auf den Druckzylinder wird somit.einerseits durch die momentane Position, sowohl in achsialer als auch in Umfangsrichtung, des Fokussierkopfes bezüglich des Druckzylinders, andererseits durch die Ablenkung des Strahls durch das Ablenkelement bestimmt.

Der Winke!bereich des Ablenkelementes 53 und seine Auflösung begrenzen die Fläche, die aus einer Position, relativ zum Druckzylinder, beschrieben, d.h. graviert werden kann. Eine weitere Beschränkung erfolgt durch die Dimension der Optik 55, die nicht beliebig gross gemacht werden kann, ohne einen unverhältnismassig grossen Aufwand in der Herstellung, besonders wenn darauf geachtet wird, Abbildungsfehler klein zu halten. Um nun die ganze Oberfläche eines Druckzylinders zu gravieren, wird schrittweise der Druckzylinder gedreht und zwar um je einen Betrag, der dem gravierten Umfangsbereich entspricht. In achsialer Richtung wird der Fokussierkopf 42 verschoben und zwar vorzugsweise in Schritten, welche der achsialen Ausdehnung des jeweils gravierten Bereichs entsprechen. Je nach Art des zu gravierenden Musters wird zu entscheiden sein, ob zuerst über den ganzen Umfang in einer achsialen Position

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graviert werden soll, bevor der Fokussierkopf zur nächsten achsialen Position verschoben wird, d.h. ob der Druckzylinder eine vollständige Umdrehung absolviert hat, zwischen zwei Schritten des Fokussierkopfes, oder aber, ob der Fokussierkopf in einer Stellung des Druckzylinders zuerst über dessen ganzen Länge verschoben wird, bevor der Druckzylinder gedreht wird.

Vorzugsweise wird der in einer relativen Position erreichbare Bereich so gross gewählt, wie ein Elementarbereich der Druckform, d.h. wie z.B. die Ausdehnung einer zu druckenden Seite. Dadurch wird es möglich, die Druckform seitenweise, respektive elementweise zu gravieren, was wesentliche Vereinfachungen in die Datenaufbereitung bringt und zudem bei einem unterbrochenen Gravurvorgang die Komposition der auf der ganzen Druckform zu gravierenden Elementarbereiche vereinfacht. Auch ein späteres "Einfügen" einer bestimmten Seite auf eine sonst schon gravierte Druckform wird dadurch erleichtert.

Die meisten Bauteile der Anlage gemäss Fig. 4 sind ähnlich aufgebaut wie die entsprechenden Teile der Fig. 1.

Bei der Anlage nach Fig. 4 ist der Durchmesser des fokussierten Strahls auf der Druckzylinderoberfläche von der Strahll^nge, d.h. von der Position des Fokussierkopfes, abhängig. Eine ähnliche Lösung dieses Problems, wie schon im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 und 5 beschrieben, ist auch hier anwendbar. Eine weitere Lösung besteht in der Verwendung einer Optik, ähnlich einem Teleskop. Die mit Nummer 56 bezeichnete Linse kann beispielsweise aus einer Optik bestehen, welche die Laserlichtquelle in

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einer sehr grossen Ferne sieht, so dass die Variation der Strahllänge dazu relativ klein wird. Dazu wird der Strahl 49 Laser-seitig, d.h. ortsfest aufgeweitet. Die Optik 56 verkleinert dann diesen Durchmesser wieder auf eine Grosse, welche dem Strahlablenkelement 53 angepasst ist.

Die Optik 55, welche auf Fig. 4 als Transmissionsoptik schematisch dargestellt ist, ist eine Linse, welche auf herkömmliche Weise berechnet werden kann. Ihre Aufgabe besteht darin, mit möglichst kleinen Fehlern eine angenähert punktlichtförmige Quelle (den Ausgang aus dem Ablenkelement 53) auf eine kreiszylindrische 'Oberfläche abzubilden. Es ist möglich, an Stelle einer Transmissionsoptik, eine Reflexionsoptik zu verwenden, d.h. eine gekrümmte Spiegelfläche. Diese Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Der in das Strahlablenkelement 94 eintretende Strahl 90 läuft dann ungefähr tangential an der Zylinderoberfläche vorbei und wird durch den gekrümmten Spiegel 98 darauf zurückgeworfen. Durch die Verwendung einer Reflexionsoptik wird die Korrektur von Abbildungsfehlern wesentlich vereinfacht.

Auch bei der transversalen AusfOhrungsform der Anlage wird die Laserlichtquelle so ausgelegt und gesteuert, dass sie zunächst eine Impulsfolge mit konstanter Frequenz und unter sich gleichen Impulsen aussendet. Die Zahlenwerte sind ähnlich oder gleich denen, die zu Fig. 1 genannt wurden. Wie dort, ermöglicht es die Anlage nach Fig. 4 eine möglichst grosse Zahl aller produzierten Einzelimpulse zu verwenden. Die pro Näpfchen verwendete Anzahl Impulse ist durch die gewünschte Grösse des Näpfchens gegeben. Sie variiert zwischen 1 und z.B. ca. 30 Impulsen

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(wo kein Näpfchen graviert werden muss, wird der Strahl nicht hingelenkt, deshalb tritt der Fall von null Impulsen nicht auf). Während der Zeit, die benötigt wird um das Strahlablenkelement auf die nächste zu bearbeitende Näpfchenstelle zu lenken, wirci die Impulsfolge unterbrochen. Dies geschieht im Beispiel durch ein Verschlusselement 51, welches den Strahlweg versperrt. Vorzugsweise wird dazu ein Ablenkelement verwendet, das den Strahl in eine Leistungssenke ablenkt, wo die Leistung der in der Zwischenzeit produzierten Impulse vernichtet wird. Ein analoger Vorgang spielt sich ab während der Zeit, die benötigt wird, um den Fokussierkopf zu verschieben, resp. den Druckzylinder zu drehen.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anlage gegenüber den Anlagen, welche auf einem schraubenförmigen Weg auf dem Druckzylinder, der seinerseits mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, die Näpfchen bilden, sei es auf mechanischem Weg oder mittels Laserstrahlen, besteht darin, dass Näpfchenraster gebildet werden können, welche nicht parallel zur Zylinderachse, resp. zur Umfangsrichtung liegen. Beim Drucken von Farbbildern kann es vorkommen, dass bei Verwendung von ursprünglich identischen Rastern für alle Farben, minimalste Veränderungen stark störende Effekte hervorrufen. Solche Veränderungen können z.B. durch kleinste Temperaturschwankungen, welche sich auf die Dimensionen auswirken, entstehen. Die störenden Effekte sind unter dem Namen Moire-Effekte bekannt. Diese können unterdrückt werden durch Verwendung von rechtwinkligen Rastern, welche je nach zu druckender Farbe zur Zylinder-

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achse verkippt sind. Meist wird Gelb in einem zur Umfangrichtung parallelen Raster gedruckt, Magenta in einem dazu um -15° gedrehten, Zyan um + 15° und Schwarz um + 45° gedrehten Raster graviert und gedruckt. Die Napfchenabstände bleiben bei dieser Verkippung gleich gross. Dies ist auch nötig, um die Feinheit (Körnung) des gedruckten Bildes nicht zu verändern. Falls aber auf einem schraubenförmigen Weg graviert wird, liegen die Näpfchen in einer Linie, welche zur Achse einen Winkel bildet, der vom Abstand zwischen zwei Linien bestimmt ist.

Mit einem Strahlablenkelement von genügender Auflösung ist es möglich, Rasterfelder mit beliebiger Orientierung abzutasten, resp. anzusteuern. Selbst unregelmässige oder stochastische Näpfchenverteilungen sind problemlos zu erzeugen.

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PATENTANWV» I TE SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜDEL-HOPF EB3INGHAÜS MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O. 0-8000 MÖNCHEN Θ8 LASAG AG DA-17 785 KARL LUOWIQ SCHIFF DIPL. CHEM. DR ALEXANDER v. FÜNER DIPL. INQ. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. INQ. DIETER EBBINSHAUS TELEFON (Οββ) 482ΟΒ4 TELEX S-23B6S AURO D TELEQRAMME auromarcpat München k. März 1977 Verfahren und Anlage zum Gravieren von Druckformen mit Laserstrahlen PATENTANSPRÜCHE

1. Anlage zur Gravur von Druckformen (1, 41) mittels Laserstrahlen, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einer Laserlichtquelle (6, 46), einem Strahlablenksystem (13, 53), einem Pokussierkopf (2, 42) und einer Kontrolleinheit (4, 44) besteht, wobei der Pokussierkopf (2, 42) einer ersten Richtung der Druckform entlang verschiebbar angebracht ist und sich in einer zweiten Richtung der Druckform erstreckt, wobei die Kontrolleinheit (4» 44) Steuerelemente, die dem zu gravierenden Muster entsprechend Steuerbefehle an das Strahlablenksystem (13, 53) und an den Pokussierkopf (2, 42) übermitteln, beinhaltet, wobei der Pokussierkopf (2, 42) den Steuerbefehlen entsprechend in der ersten Richtung verschoben wird, wobei das Strahlablenksystem (13, 53) den von der Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahl auf, den Steuerbefehlen entsprechenden ausgewählten Stellen des

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Fokussierkopfes (2, 42) ablenkt und der Fokusaierkopf den Laserstrahl auf, seiner momentanen Position und seinen genannten ausgewählten Stellen entsprechende Orte auf der Druckform (1, 41) fokussiert.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckform ein Druckzylinder ist, der Fokussierkopf (2) ringförmig ausgebildet ist und sich rund um die Druckform erstreckt.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pokussierkopf (2) sich in einer zweiten Richtung über einen Teil der Druckform erstreckt, und daß die Druckform relativ zum Pokussierkopf (2) in dieser zweiten Richtung verschiebbar ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pokussierkopf (2, 42) sich über eine begrenzte Teilfläche der Druckform (1, 41) in der ersten und zweiten Richtung erstreckt.

5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Strahlablenksystem (13) den Laserstrahl (9) auf ausgewählte Stellen innerhalb eines ringförmigen Bereichs des Fokussierkopfes (2) ablenkt.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlablenksystem (53) den

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Laserstrahl (49) auf ausgewählte Stellen innerhalb eines angenähert rechteckförmigen Bereiches des Fokussierkopfes (42) ablenkt.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (6, 46) Lichtimpulse mit konstanter Frequenz erzeugt.

β. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontrolleinheit (6, 46) den Laserstrahl vermittels eines Verschlußelementes (11, 51) unterbricht, bzw. wirkungslos ablenkt, solange das Strahlablenksystem (13, 53) und der Fokussierkopf (2, 42) nicht die den Steuerbefehlen entsprechenden Stellungen innehaben.

9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet , daß die Druckform (1) unbeweglich gelagert ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckform (41) drehbar gelagert und in bestimmten Positionen starr fixierbar ist.

11. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Fokussierkopf (2, 42) vermittelst eines oder mehrerer Schrittmotoren schrittweise in der ersten Richtung verschoben werden kann.

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12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e lehnet , daß zwischen das Strahlablenksystem (13) und den Pokussierkopf (2) ein Strahlerweiterungselement (15) im Strahlengang vorgesehen ist, welches vermittelst reflektierender Flächen den Laserstrahl auf Bahnen umlenkt, die einen großen Abstand von der Symmetrieachse besitzen.

13. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle (6, 46) und der Druckform (1, 41) eine Optik vorgesehen ist, die die Laserlichtquelle in sehr großer Ferne abbildet.

14. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (4, 44) Speicherelemente beinhaltet, welche das zu gravierende Muster in aufbereiteter Form zu speichern vermögen.

15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Strahlerweiterungselement (15) aus einer planparallelen Scheibe besteht, deren Begrenzungsebenen größtenteils mit einer reflektrierenden Schicht versehen sind.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerweiterungselement (15) aus zwei asphärischen Ringspiegeln besteht.

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17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Strahlerweiterungselement (15) aus einer sphärischen konkaven Spiegelfläche (63) und einer sphärischen konvexen Spiegelfläche (64) besteht.

18. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das S.trahlerweiterungselement (15) aus einer Linse (62) besteht, deren Oberfläche teilweise mit einer reflektierenden Schicht versehen ist zur Bildung der beiden sphärischen Spiegelflächen (63 und 64).

19. Gravierverfahren von Druckformen mit Laserstrahlen, insbesondere mit der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß ein Laserstrahl aus Impulsen mit konstanter Frequenz erzeugt wird und einem Strahlablenksystem (13, 53) zugeführt wird, und daß vermittels des Strahlablenksystems (13, 53) der Laserstrahl über die Druckformoberfläche geführt wird und solange auf jeden Rasterpunkt auf der Druckformoberfläche gelenkt wird bis eine, dem ^u gravierenden Muster, bzw. dem zu bildenden Näpfchenvolumen entsprechende Anzahl Impulse auf diesen Rasterpunkt eingewirkt hat.

20. Gravierverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl nur auf zu gravierende Rasterpunkte gelenkt wird.

21. Gravierverfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch

gekennzeichnet, daß das Strahlablenksystem

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(13, 53) zwischen zwei oder mehreren Laserimpulsen umgeschaltet wird.

22. Gravierverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Laserstrahl nicht dem Strahlablenksystem (13, 53) zugeführt wird, solange das Strahlablenksystem (13, 53) nicht die dem Steuerbefehl entsprechende Stellung eingenommen hat.

23. Gravierverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß der Laserstrahl vermittels des Strahlablenksystems (13, 53) auf bestimmte Stellen eines Pokussierkopfes (2, 55) abgelenkt wird.

24. Gravierverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl nicht dem Strahlablenksystem (13» 53) zugeführt wird, solange der Pokussierkopf (2,

42) nicht die dem Steuerbefehl entsprechende Stellung eingenommen hat.

25. Gravierverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß das zu gravierende Muster rasterpunktweise und für jede Farbe einzeln abgetastet wird, daß die Information über das zu bildende Näpfchenvolumen und die Koordination des zugehörigen Rasterpunktes gespeichert wird, daß die gespeicherte Information in Steuerbefehle verarbeitet wird, daß diese Steuerbefehle gespeichert werden, und daß

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diese Steuerbefehle an eine Laserimpulsquelle, ein Strahlablenksystem und einen Pokussierkopf übermittelt werden.

26. Gravierverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckform während des Gravieres eines jeden Näpfchens nicht bewegt wird.

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