WO2006122606A2 - Verfahren zur herstellung von dreidimensional strukturierten oberflächen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von dreidimensional strukturierten oberflächen Download PDF

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WO2006122606A2
WO2006122606A2 PCT/EP2006/002826 EP2006002826W WO2006122606A2 WO 2006122606 A2 WO2006122606 A2 WO 2006122606A2 EP 2006002826 W EP2006002826 W EP 2006002826W WO 2006122606 A2 WO2006122606 A2 WO 2006122606A2
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Günter Vogt
Roland Wolff
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Benecke Kaliko AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/32—Wheels, pinions, pulleys, castors or rollers, Rims
    • B29L2031/324—Rollers or cylinders having an axial length of several times the diameter, e.g. embossing, pressing or printing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing three-dimensionally structured surfaces of objects, wherein substantially unlimited object surface is produced with the aid of a machining tool as reproduction of a three-dimensionally structured finite and marginally bounded original surface (master pattern) and in which firstly the topology of the original surface with the aid of a scanning method is determined and the thus determined and substantially from the belonging to each surface element of the original surface heights existing topological data for the electronic control of a machining tool, preferably a laser, are used for processing the three-dimensionally structured object surface.
  • DE 43 24 970 A1 discloses a method for producing three-dimensionally structured surfaces of an embossing roller for continuously embossing the surface of a thermoplastic film, wherein the surface of the embossing roller is the negative mold of the surface to be embossed.
  • This technique is used for the production of thermoplastic films as a substitute for natural and in their structure highly complex surfaces, such as fine-pored and provided with a pronounced grain structure cowhide, buffalo leather, etc.
  • the surface of a positive mold is first processed by means of a laser engraving, wherein the laser beam is thereby controlled by electrically / electronically stored data previously obtained by means of optical or mechanical scanning of the original surface.
  • such an abrasive laser engraving process can be used to produce an embossing roller directly and without the need for further intermediate steps.
  • such a method also allows for "indirect production.
  • the laser beam is directed onto the circumferential surface of a roll / auxiliary roll, on the surface of which a positive structure / texture of the original surface is incorporated.
  • the laser beam is moved as a tool relative to the roll surface.
  • an impression of silicone rubber which has the form of a tube, is taken from the roll surface and vulcanized to the so-called embossing daughter.
  • This embossing daughter is then withdrawn from the auxiliary roll by the inside of the (silicone) tube is carded outward.
  • the inner and now outwardly carded outer surface of the embossing daughter now again has a negative form of the original surface.
  • the embossed daughter thus turned over is now mounted on a pressure roll / embossing roll.
  • the embossing roll is then assembled with a supporting mating roll to form a roll stand.
  • a thermoplastic film can then be embossed continuously and in "endless webs" whose surface has the same positive shape as the original surface.
  • DE 43 26 874 A1 discloses a method for engraving a pattern in the surface of a workpiece, in which surface information in the form of electrical control signals is also generated and stored by means of an optical or mechanical scanning of a surface of a master sample, which is then used to control the Engraving laser is used.
  • the surface information obtained there from the sample is engraved on the workpiece several times in succession as the same pattern. It is also disclosed to engrave the same surface information several times and / or alternately in the reverse information sequence - that is, forward and backward - and thus to apply it with a certain degree of randomness. Such processes make the transitions somewhat softer but still remain visible.
  • z. B. DE 4441 216 A1 describes to use such an erosive laser engraving process to produce an embossing roll directly and without the need for further intermediate steps.
  • a laser beam is directed onto the existing of silicone rubber peripheral surface of an embossing roll and moved relative to the peripheral surface so that a
  • DE 34 05 985 A1 describes a device and a method for the continuous embossing of a thermoplastic film, in particular also the production of an associated embossing roller, in which the topology of the original surface is detected by means of an impression method.
  • an impression of silicone rubber is first taken from the original surface.
  • the impression which is the so-called recuper, is vulcanized and subtracted from the original surface. Due to the finite dimensions of the original document, this first impression, the embossing nut, is also limited in its dimensions and typically elongated or strip-shaped.
  • Original surface represents, is now the surface of a substantially comparable in size thermoplastic film embossed, and fixed using pressure and heat.
  • the surface of this thermoplastic film now again has the positive shape of the original surface.
  • thermoplastic film ie several "impressions" are now joined together and the resulting abutting edge areas must then be overprinted with the embossing nut under pressure and heat in order to adapt the transition in the seam area to the structure and to the appearance of the remaining area
  • This film is then formed with its longitudinal sides abutting one another to form a tube / cylinder
  • the seam formed by the longitudinal sides is then also impressed under pressure and heat with the embossing nut to make the resulting butt seam as unsafe as possible.
  • Another method is to strip-shaped thermoplastic film z. B. on an auxiliary roll helically wound into a tube so that the side regions abut to form butt welds.
  • the helical seams / seam areas are then overprinted under pressure and heat with the embossing nut to accommodate the transitions.
  • thermoplastic film auxiliary roll silicone rubber is now applied once again and thus taken from the outer surface again an impression that has the shape of a hose.
  • embossing daughter which is also vulcanized and then withdrawn from the provided with thermoplastic film auxiliary roll by Umkrempeln, as already described above.
  • the inner and now outwardly carded surface of the embossing daughter now again has a negative mold of the original surface and is mounted in the manner already described on a pressure roller / embossing roll, with which then the film webs are embossed.
  • the transferred "information content" is high in such impression method, ie noticeably higher than in conventional laser engraving process and produces a high quality and the original surface exceptionally similar reproduction surface,
  • the roller surfaces and the surfaces of the embossed film webs are not free despite all efforts from visible transition areas, which the juxtaposition of sections to form an embossing roll surface can by the previously known aid measures, such. B. the subsequent overmolding, not completely eliminated.
  • DE 34 39 822 A1 a divisional application from DE 3405985 A1 describes a method also designed in principle for the production of a plastic film with a grain, in particular a natural leather grain, in which the resulting plastic film and the embossing daughter, i. the last and penultimate step of the already described method, by pouring or brushing, followed by vulcanization and peeling takes place.
  • the EP 0 154 141 B1 which belongs to this intellectual property complex, basically discloses the process already described by the two abovementioned publications and is limited to the production of the embossing roll.
  • EP 1 238 789 B1 discloses.
  • This is a process for producing an embossing roll of silicone rubber, the embossing surface of which has a surface texture / texture that is negative compared to the surface of the original / master.
  • the surface of an auxiliary roll is first processed by means of a laser processing method.
  • the surface consists of nitryl butadiene rubber.
  • An abrasive laser steel is directed onto the peripheral surface of the auxiliary roll. The laser beam moves relative to the latter and is called the data controlled surface information of an original surface / master pattern so that a pattern corresponding to the positive structure / positive texture is formed in the surface of the auxiliary roll.
  • auxiliary roll which has the form of a tube, and vulcanized to the so-called embossing daughter.
  • the two materials nitryl butadiene rubber and silicone rubber can be separated relatively easily and without the use of release agents.
  • embossing daughter is peeled off by the negative structure / negative texture inside of the (silicone) tube is carded outwards and finally mounted on a pressure roller / embossing roll.
  • the object of the invention was to provide a method for the production of three-dimensionally structured surfaces, which leads to a highly realistic reproduction of a sample surface, and which to any natural or designed pattern or any original surface, even of small patterns, a transition - And border-free and any enlarged reproduction or duplication without rapport formation and Moulettenst Shape allowed.
  • first a first data set with the topology of a limited original surface is stored, wherein the data set consists of the measured height information of the respectively associated surface elements of the original surface.
  • height information includes a measure in the vertical direction, ie substantially perpendicular or “normal” to the surface and here - depending on the reference point - meaning to be understood with height coordinate, depth information, or depth coordinate.
  • non-limited reproduction surface This "synthetic" surface characterized by randomly generated data is referred to herein as the "non-limited reproduction surface”.
  • the definition “not limited” distinguishes the resulting reproduction surface from the actual original artwork or surface, which is limited in some form, ie finite or with margins, for example, an original artwork in the form of a towel-sized buffalo feather quilt from which the unlimited and without edge - existing cover fabric of a sofa surface should arise.
  • production surface does not initially designate the finished and originally identical surface of the object to be processed, that is not yet the object surface ultimately designed with the aid of the processing tools, but rather an “intermediate product” which still has to be processed and converted into a finished end product ,
  • the reproduction surface is thus first of all a kind of synthetic intermediate original of a surface which only has to be further processed into the finished reproduction surface in several processing steps.
  • the "finished" reproduction surface which after the last processing step represents the originally identical object surface, or which provides the data required for the corresponding control of a processing tool, is produced only after the processing steps described below.
  • the next step (c) is that a first - as above randomly generated - height information of the reproduction surface, ie an arbitrarily selected first "point" of the reproduction surface, several adjacent random height information to a first
  • the position and arrangement of the adjacent height information are likewise stored by the coordinates of the respectively associated surface elements of the reproduction surface, the third data record thus containing data of the reproduction surface.
  • this third data set is compared multiple times with a new data set for each new comparison with a fourth data set, wherein in the fourth data set a second subset of adjacent measured height information of the original surface and by the coordinates of the respectively associated surface elements and the location and arrangement of the adjacent height information of Original surface are stored.
  • the fourth record thus contains data of the original surface.
  • the first random height information of the reproduction surface ie the height value for the first considered "point" of the reproduction surface
  • a second height information of the original surface in its position and Arrangement with respect to the second subset of the position and arrangement of the first height information with respect to the first subset corresponds.
  • a height value for a first "point” of the reproduction surface is replaced by a height value of another, a second "point” on the original surface.
  • the criterion for the selection of the "substitute value” are "matching" neighborhoods from the reproduction surface and the original surface, namely in terms of their height information and in relation to their position to the first and second point in the reproduction and original surface.
  • the "environment subset” (record 3) from the reproduction surface is thus compared with the "environment subset” from the original surface (record 4).
  • these are also, as described below, included in the criterion for the selection of the "substitute value”.
  • the reproduction surface of the original surface becomes more similar, especially when, for comparing the subsets in method step d), the height information already replaced by one or more preceding method steps in the reproduction surface is included in the first subset Implementation of process step c) are recorded.
  • the reproduction surface is usually much larger than the original surface, so that the number of "few" points or height information of the original surface in number the method according to the invention is distributed on the reproduction surface several times, ie approximately as naturally growing.
  • Method step e) is checked as a simultaneous further criterion the achievement of a fixed similarity between the renewed first subset and the adjacent height information already stored in the previous run of the method steps a) to f).
  • Process step (reduction / duplication of the surface elements, comparison with the previously obtained results) only by the time available, or the capacity of existing data processing.
  • the process according to the invention produces as reproduction surface /
  • the term "original identical surface” in the following and in the present context is not to be understood as an identical copy, but as described as a "continuation" of the original surface.
  • a further advantageous embodiment of the method is that the non-limited reproduction surface is formed as a torodial surface, i. as a torus or cylinder with terminal functions defined everywhere, in particular as the surface of an annular torus with a substantially circular cross-section.
  • the shape of a cylindrical roller is obtained, and thus an object surface which is ideally suited as the surface of a machining tool, namely, for example, as the surface of an embossing roller Embossing of film webs.
  • Height information is formed. This improves the neighborhood comparison in a simple manner and with a minimum of data by including information from two directions in the processing.
  • any other arrangement of neighborhood fields may be chosen, for example a circular one
  • a further advantageous embodiment of the method is that the scanning of the topology of the original surface by means of optical methods takes place, in which optical data are converted into electrical quantities. With optical methods, arbitrarily accurate measurements can be carried out depending on the wavelengths of the light used.
  • a further advantageous embodiment of the method consists in that the scanning takes place with the aid of a light measuring method, preferably with a three-dimensional scanning with the aid of an interferometer.
  • a scanning method has an accuracy in the lateral and vertical directions which is sufficient, e.g. To measure a dermis with its fine hair pores sufficiently accurately.
  • the height measurement with a vertical resolution of 2 to 100 nm and the lateral scan with resolution of 1 to 100 .mu.m, preferably with a lateral resolution of 5 to 40 microns.
  • a further advantageous embodiment of the method is that the three-dimensionally structured object surface is formed inversely to the original surface.
  • a further advantageous embodiment of the method consists in reshaping and storing the height information associated with the respectively associated surface elements in the form of color information for the individual surface elements, in particular in the form of gray values for the individual surface elements, and in the case of performing method steps a) to f) the color information or the gray values of the reproduction surface are converted into corresponding height information and made available for the control of the processing tool for processing the reproduction.
  • a particularly suitable use of the method according to the invention is the production of impact-edge-free decorative surfaces on films, in particular on thermoplastic and / or elastomeric polymer films or polymer-coated fabrics in which the decorative surface is embossed with the aid of the article surface.
  • the reproduction surface is formed as a closed, in particular torodial roller surface, wherein the three-dimensionally structured object surface is first introduced by means of a laser as a machining tool in an auxiliary roll provided with an outer layer of polymer material, which thus receives the positive shape of the original surface.
  • the silicone tube thus turned over and provided with the negative mold of the original surface on the outer side is drawn onto a pressure roll / embossing roll as embossing tube, whereupon the surface of the foil is embossed with the resulting pressure roll / embossing roll.
  • Another particularly suitable use of the method according to the invention consists in the production of embossing rolls for thermoplastic
  • the reproduction surface is formed as a roller surface, wherein the three-dimensionally structured object surface is formed inversely to the original surface and is introduced by means of a laser as a machining tool directly into an outer layer of a cylindrical body, which thus on its outside the negative mold of the
  • Original surface receives, after which the outer surface of the cylindrical body, the surface of the film is embossed. This eliminates further subsequent deduction or impression methods for the production of embossing dies.
  • a further advantageous embodiment of the method is that the inverse surface is introduced directly into an outer layer of an embossing roller as a cylindrical body.
  • the cylindrical body is designed as a hollow cylinder which is mounted on a corresponding pressure roller / embossing roll. This light lightweight sleeves (sleeves) can be produced, which can be easily transported and stored and are mounted on the actual roll body.
  • the apparatus comprises a CO 2 gas laser as a processing tool and a control device for controlling the intensity of a roller surface for processing a roller surface
  • the control device comprises a first control unit for controlling and keeping constant the intensity / energy of the laser beam
  • the control means comprises a downstream second control unit for modulating the intensity of the controlled laser beam in dependence on the height information of the reproduction surface.
  • Solid state lasers like the Nd: Yag laser These solid-state lasers are far from being as critical as the gas lasers in terms of thermal stability. The regulation of the laser intensity according to the height information would thus be simpler in such solid-state lasers and can be achieved with only one control device.
  • the wavelengths of such solid state lasers (about 1 micron for Nd: Yag Lasem) but not always match the properties of the material to be processed, here a polymer material, so the latter z.
  • B. by carbon black additions must be adjusted to increase the Absorptionstippjkeit for these wavelengths. Basically, it depends on the achievable quality of engraving in the selection of the laser, which is determined on the one hand by the Laserstrahlquaitician on the other by the burning behavior of the material to be processed.
  • a further advantageous embodiment of the device consists in that the first control unit is constructed such that a part of the laser beam is reflected and, depending on the intensity / energy of the mirrored part of the laser beam, the input power of the laser is controlled. This achieves a direct-acting feedback for keeping the laser beam constant.
  • a further advantageous embodiment of the device is that the downstream second control unit for controlling the laser intensity reflects a part of the controlled laser beam, wherein the second control unit is designed to modulate the intensity of the controlled laser beam as a grid, which changes its permeability depending on vibrations.
  • the second control unit is designed to modulate the intensity of the controlled laser beam as a grid, which changes its permeability depending on vibrations.
  • Such a per se known acousto-optic modulator is ideally suited in this case due to its sensitive control and transmission behavior in conjunction with the laser beam kept exactly constant in its intensity, the processed by the inventive method height information for the processing of the object surface in the form of an influence to modulate the laser intensity.
  • the Austageung takes place in a so-called laser dump, ie in a power shredder or simply "garbage", so that the intensity of the pre-regulated by the first control unit "raw beam" is controlled by simple energy change according to the height information.
  • a silicone surface on an embossing roll or an auxiliary roll can be processed in an excellent manner with a laser beam which is generated by the resonator of a CO 2 gas laser.
  • the control device usually has for this purpose also one or more sensors for determining the temperature of the laser resonator.
  • the part of the laser beam reflected in the first control device behind the laser resonator in this case amounts to approximately 1 to 2% of the total energy of the laser beam.
  • FIG. 1 again shows the nature of the neighborhood comparison for determining the height information of the reproduction surface 1.
  • a first data set with the topology of a limited original surface 2 is stored, wherein the data set consists of the measured height information of the respectively associated surface elements of the original surface.
  • the next method step (c) is that of a first height information of the reproduction surface, ie, an arbitrarily selected first area element 3 of the reproduction surface 1 occupied by a height information, a plurality of adjacent height information belonging to an adjacent surface element 4 arranged in a group of L-shaped elements a first subset and stored in a third record.
  • the surface element 3 consists of 9 (3 ⁇ 3) individual surface parts (pixels), the group of surface elements 4 arranged in an L-shaped manner, from a total of 36 individual surface parts (pixels).
  • the position and arrangement of the adjacent height information of the surface elements 4 are also stored, namely by the coordinates of the respectively associated surface elements 4 of the reproduction surface 1.
  • the third data record thus contains data of the reproduction surface.
  • this third record is compared to a fourth record.
  • a group of adjacent measured height information belonging to the surface 2 belonging to a group of L-shaped surface elements 4 ' is stored as a second subset.
  • the fourth data record thus contains data of the original surface.
  • step (e) a height value for a first "point” of the reproduction surface is replaced by a height value of another, a second "point” on the original surface.
  • the criterion for the selection of the "substitute value” are "matching" neighborhoods from the reproduction surface and the original surface, namely in terms of their height information and in relation to their position to the first and second point in the reproduction and original surface.
  • FIG. 2 shows in the form of a schematic diagram the structure of a device for carrying out the method according to the invention.
  • the device 5 has a CO 2 gas laser with an associated resonator 6, from which the laser beam 7 emerges.
  • a first control unit 8 for controlling and keeping constant the intensity of the laser beam 7 is constructed such that a part 9 of the laser beam 7 is reflected out and depending on the intensity / energy of the mirrored part 9 of the laser beam, the input power of the laser is controlled. This achieves a direct-acting feedback 10 for keeping constant the input power 11 of the laser beam.
  • a downstream second control unit 12 serves to modulate the intensity of the regulated laser beam 13 as a function of the height information of the reproduction surface ascertained via the processing unit 14.
  • the downstream second control unit 12 reflects a part 15 of the controlled laser beam and passes only the energy that is "used" for processing the surface.
  • This second control unit for modulating the intensity of the regulated laser beam is designed as a grid which depends on its vibrations Permeability changes.
  • the mirrored-out part 15 of the laser beam is caught in the "beam dump” where it is converted into other forms of energy (heat) and dissipated.
  • the modulated laser beam 17 is directed onto the polymer surface of an embossing roll 18 to be processed, in this case onto a silicone surface.
  • Beam dump Modulated laser beam

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von Gegenständen, als Reproduktion einer Originaloberfläche, wobei die Topologie der Originaloberfläche ermittelt wird und die Daten zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeug genutzt werden, wobei die ermittelte und eine zufällige Topologie einer Reproduktionsoberfläche über eine Folge von Nachbarschaftsvergleichen einander angenähert werden, bis alle Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche sukzessive durch Höheninformationen aus der Originaloberfläche ersetzt sind, und dass nach Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen den Topologien der Reproduktionsoberfläche und der Originaloberfläche die Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche für die Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung der Gegenstandsoberfläche zur Verfügung gestellt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von Gegenständen, wobei im Wesentlichen unbegrenzte Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeuges als Reproduktion einer dreidimensional strukturierten endlichen und durch Ränder begrenzten Originaloberfläche (Mustervorlage) erzeugt wird, und bei dem zunächst die Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe eines Abtastverfahrens ermittelt wird und die so ermittelten und im Wesentlichen aus den zu jedem Flächenelement der Originaloberfläche gehörigen Höhen bestehenden topologischen Daten zur elektronischen Steuerung eines Bearbeitungswerkzeug, vorzugsweise eines Lasers, zur Bearbeitung der dreidimensional strukturierten Gegenstandsoberfläche genutzt werden.
Verfahren zur Lasergravur von Oberflächen natürlicher oder synthetischer Mustervorlagen sind bereits bekannt. Sie weisen jedoch alle Mängel in der Qualität der reproduzierten Oberflächenstruktur auf.
Die DE 43 24 970 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen einer Prägewalze zum kontinuierlichen Prägen der Oberfläche einer thermoplastischen Folie, wobei die Oberfläche der Prägewalze die Negativform der zu prägenden Oberfläche darstellt. Benutzt wird diese Technik für die Herstellung von thermoplastischen Folien als Ersatz für natürliche und in ihrer Struktur hoch komplexe Oberflächen, wie z.B. feinporiges und mit einer ausgeprägten Narbstruktur versehenes Rindsleder, Büffelleder, etc. Hierbei wird zunächst mit Hilfe einer Lasergravur die Oberfläche einer Positivform bearbeitet, wobei der Laser(-strahl) dabei durch elektrisch / elektronisch gespeicherte Daten gesteuert wird, die vorher mit Hilfe einer optischen oder mechanischen Abtastung der Originaloberfläche erhalten wurden. Ein solches abtragendes Lasergravurverfahren kann man einerseits dazu nutzen, um eine Prägewalze direkt und ohne das Erfordernis weiterer Zwischenschritte herzustellen. Andererseits läßt ein solches Verfahren auch eine „indirekte Herstellung zu. Dazu wird der Laserstahl auf die Umfangsfläche einer Walze / Hilfswalze gerichtet, auf deren Oberfläche eine Positivstruktur / Positivtextur der Originaloberfläche eingearbeitet wird. Der Laserstrahl wird dabei als Werkzeug relativ zur Walzenoberfläche bewegt. Danach wird von der Walzenoberfläche ein Abdruck aus Silikonkautschuk genommen, der die Form eines Schlauches besitzt, und zu der sogenannten Prägetochter vulkanisiert. Diese Prägetochter wird dann von der Hilfswalze abgezogen, indem das Innere des (Silikon-) Schlauches nach außen gekrempelt wird. Die innere und nun nach außen gekrempelte äußere Oberfläche der Prägetochter weist nun wieder eine Negativform der Originaloberfläche auf. Die so umgekrempelte Prägetochter wird nun auf eine Druckwalze / Prägewalze aufgezogen. Die Prägewalze wird danach mit einer abstützenden Gegenwalze zu einem Walzengerüst zusammengestellt. Mit einem solchen Walzengerüst / Walzstuhl kann dann eine thermoplastische Folie kontinuierlich und in "Endlosbahnen" geprägt werden, deren Oberfläche die gleiche Positivform wie die Originaloberfläche besitzt.
Hierbei wird mit einer optischen oder mechanischen Abtastung der Oberfläche der Mustervorlage (Originaloberfläche) natürlich nur eine begrenzte Fläche abgetastet, beispielsweise ein mehr oder minder großes Stück Büffelleder. Bei der abtragenden Laser-Bearbeitung zur Herstellung der Prägewalze wird die so erhaltene Oberflächeninformation vielfach wiederholend aneinandergefügt, wodurch beim kontinuierlichen Prägen nachteiligerweise Übergänge oder Grenzbereiche sichtbar werden. Eine genaue Lehre zur Modulation des Laserstahles im Hinblick auf die exakte dreidimensionale Oberflächenreproduktion ist ebenfalls nicht beschrieben, weder im Hinblick auf die Abtastung, noch in Bezug auf die Bearbeitung der Prägewalzen.
Die DE 43 26 874 A1 offenbart ein Verfahren zur Gravur eines Musters in die Oberfläche eines Werkstücks, bei der ebenfalls mit Hilfe einer optischen oder mechanischen Abtastung einer Oberfläche einer Mustervorlage eine Oberflächeninformation in Form von elektrischen Steuersignalen erzeugt und gespeichert wird, die dann zur Steuerung des Gravurlasers genutzt wird. Hierbei wird im Bereich der Übergänge oder Stöße die dort von der Mustervorlage gewonnene Oberflächeninformation als gleiches Muster mehrfach hintereinander auf das Werkstück graviert. Auch ist offenbart, die gleiche Oberflächeninformation mehrfach und/oder abwechselnd in umgekehrte Informationsfolge - also vorwärts und rückwärts - zu gravieren, also auch mit einer gewissen Zufälligkeit aufzubringen. Durch solche Verfahren werden die Übergänge zwar etwas weicher, bleiben aber nach wie vor sichtbar.
Die genannten Verfahren zur Herstellung von Prägewalzen zum kontinuierlichen Prägen der Oberfläche einer thermoplastischen Folie oder zur Gravur eines Musters in die Oberfläche eines Werkstücks können selbstverständlich zur Herstellung von sogenannten Zwischenoriginalen mit einer positiven und der Originaloberfläche entsprechenden Struktur bzw. Textur genutzt werden, von denen dann wieder Negativabgüsse erstellt werden, welche schließlich zur Einprägung einer positiven Textur / Struktur auf der Oberflächen des Endproduktes genutzt werden können.
Es ist jedoch ebenso möglich, wie dies z. B. die DE 4441 216 A1 beschreibt, ein solches abtragendes Lasergravurverfahren zu nutzen, um eine Prägewalze direkt und ohne das Erfordernis weiterer Zwischenschritte herzustellen. Dabei wird ein Laserstrahl auf die aus Silikongummi bestehende Umfangsfläche einer Prägewalze gerichtet und relativ zur Umfangsfläche so bewegt, daß eine
Oberflächenstruktur einer Mustervorlage als Negativform direkt in die Außenfläche der Prägewalze gebrannt wird. Auch bei diesem Verfahren sind die Übergänge, wie sie aus dem aneinander setzen der Originaloberfläche entstehen, optisch erkennbar und qualitätsmindernd.
Die DE 34 05 985 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Prägen einer thermoplastischen Folie, insbesondere auch die Herstellung einer zugehörigen Prägewalze, bei dem die Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe eines Abdruckverfahrens erfasst wird. Hierbei wird zunächst von der Originaloberfläche ein Abdruck aus Silikonkautschuk genommen. Der Abdruck, dies ist die sogenannte Prägemutter, wird vulkanisiert und von der Originaloberfläche abgezogen. Aufgrund der endlichen Abmessungen der Originalvorlage ist auch dieser erste Abdruck, die Prägemutter, in ihren Abmessungen begrenzt und typischerweise länglich bzw. streifenförmig.
Mit dieser Prägemutter, deren Oberfläche nun eine Negativform der
Originaloberfläche darstellt, wird nun die Oberfläche einer im Wesentlichen in ihren Abmessungen vergleichbaren thermoplastische Folie geprägt, und unter Anwendung von Druck und Hitze fixiert. Die Oberfläche dieser thermoplastischen Folie besitzt nun wieder die Positivform der Originaloberfläche.
Mehrere Stücke dieser thermoplastischen Folie, also mehrere „Abdrucke" werden nun aneinandergefügt. Die entstehenden Stoßkantenbereiche müssen danach unter Druck und Hitze mit der Prägemutter überprägt werden, um den Übergang im Nahtbereich an die Struktur und an das Aussehen der übrigen Fläche anzupassen. So erstellt man aus einer größeren Anzahl von Einzelstücken eine länglich-rechteckige thermoplastische Folie. Diese Folie wird dann mit ihren Längsseiten aneinander anstoßend zu einem Schlauch / zu einem Zylinder geformt. Die durch die Längsseiten gebildete Naht wird dann ebenfalls unter Druck und Hitze mit der Prägemutter überprägt, um die entstehende Stoßnaht möglichst unsichbar zu machen. Eine andere Methode besteht darin, streifenförmige thermoplastische Folie z. B. auf einer Hilfswalze schraubenförmig so zu einem Schlauch aufgewickelt, dass die Seitenbereiche unter Bildung von Stumpfnähten aneinanderstoßen. Die schraubenförmigen Nähte / Nahtbereiche werden dann unter Druck und Hitze mit der Prägemutter überprägt, um den Übergänge anzupassen.
Es entstehen also in beiden Fällen ein Schlauch oder ein Zylinder aus thermoplastischer Folie mit einer Außenoberfläche, die die Positivform der Originaloberfläche mit einem hervorragenden Informationsgehalt besitzt. Dieser Schlauch wird dann auf eine Hilfswalze aufgebracht.
Auf diese mit dem Schlauch aus thermoplastischer Folie versehene Hilfswalze wird nun noch einmal Silikonkautschuk aufgetragen und somit von der Außenoberfläche erneut ein Abdruck genommen, der die Form eines Schlauches besitzt. Dies ist wieder die sogenannte Prägetochter, die ebenfalls vulkanisiert und dann von der mit thermoplastischer Folie versehenen Hilfswalze durch Umkrempeln abgezogen wird, wie oben bereits beschrieben.
Die innere und nun nach außen gekrempelte Oberfläche der Prägetochter weist nun wieder eine Negativform der Originaloberfläche und wird in der bereits geschilderten Weise auf eine Druckwalze / Prägewalze aufgezogen, mit der dann die Folienbahnen geprägt werden.
Der übertragene „Informationsgehalt" ist bei solchen Abdruckverfahren hoch, d.h. erkennbar höher als bei üblichen Lasergravurverfahren und erzeugt eine hochwertige und der Originaloberfläche außerordentlich ähnliche Reproduktionsoberfläche. Allerdings sind die Walzenoberflächen und die Oberflächen der geprägten Folienbahnen trotz aller Bemühungen nicht frei von sichtbaren Übergangsbereichen, welche durch das Aneinandersetzen von Teilstücken zu einer Prägewalzenoberfläche entstehen. Diese Übergangsbereiche können durch die bisher bekannten Hilfsmaßnahmen, wie z. B. dem nachträglichen Überprägen, nicht vollständig beseitigt werden.
Die DE 34 39 822 A1 , eine Teilanmeldung aus der DE 3405 985 A1 , beschreibt ein im Prinzip ebenso ausgebildetes Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffolie mit einer Narbung, insbesondere einer natürlich wirkenden Ledernarbung, bei der die letztlich entstandene Kunststoffolie und die Prägetochter, d.h. der letzte und der vorletzte Schritt des bereits geschilderten Verfahrens, durch Aufgießen oder Aufstreichen, anschließendes Vulkanisieren und Abziehen erfolgt.
Auch die zu diesem Schutzrechtskomplex gehörige EP 0 154 141 B1 offenbart im Grunde das bereits durch die beiden oben genannten Schriften dargestellte Verfahren und beschränkt sich lediglich auf die Herstellung der Prägewalze.
Bei den in den drei vorgenannten Veröffentlichungen dargestellten Verfahren besteht neben den sichtbaren Übergangsbereichen der Nachteil, dass durch das vielfache wechselnde Abgießen / Umformen in Positiv- und Negativformen ein hoher Aufwand und sorgfältigstes und damit zeitintensives Arbeiten und das häufige Verwenden von Trennmittel erforderlich ist, wenn man alle feinen Vertiefungen und Poren der Originaloberfläche, d.h. der Narbungsvorlage, reproduzieren will.
Die Behebung der Nachteile in Bezug auf die Verwendung von Trennmitteln ist das Ziel in einem Verfahren, welches die EP 1 238 789 B1 offenbart. Hier handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung einer Prägewalze aus Silikonkautschuk, deren Prägeoberfläche eine im Vergleich zur Oberfläche des Originales / der Mustervorlage negative Oberflächentextur / Struktur aufweist. Hierbei wird zunächst mit Hilfe eines Laserbearbeitungsverfahrens die Oberfläche einer Hilfswalze bearbeitet. Die Oberfläche besteht dabei aus Nitrylbutadienkautschuk. Ein abtragender Laserstahl wird auf die Umfangsfläche der Hilfswalze gerichtet. Der Laserstrahl bewegt sich relativ zu letzterer und wird von den als Daten vorliegenden Oberflächeninformationen einer Originaloberfläche / Mustervorlage so gesteuert, dass eine der Mustervorlage entsprechende Positivstruktur / Positivtextur in der Oberfläche der Hilfswalze entsteht. Danach wird von der Hilfswalze ein Abdruck aus Silikonkautschuk genommen, der die Form eines Schlauches besitzt, und zu der sogenannten Prägetochter vulkanisiert. Die beiden Werkstoffe Nitrylbutadienkautschuk und Silikonkautschuk können relativ leicht und ohne Verwendung von Trennmitteln getrennt werden. Im weiteren wird so verfahren, wie oben bereits geschildert. Die Prägetochter wird abgezogen, indem das mit Negativstruktur / Negativtextur versehene Innere des (Silikon-) Schlauches nach außen gekrempelt wird und schließlich auf eine Druckwalze / Prägewalze aufgezogen.
Allen bisher bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass die Qualität der dreidimensionalen Reproduktion der Originaloberfläche in ihrer naturgetreuen Wiedergabe unzureichend ist.
Dies vor allen Dingen deshalb, weil zum einen die Stoßkanten bzw. Übergangsbereiche, wie sie durch Aneinandersetzung von begrenzten Teilbereichen zur Generierung einer Prägewalzenoberfläche entstehen, nicht mit ausreichender Qualität unsichtbar gemacht werden können, und weil zum Anderen durch das Aneinandersetzen solcher Teilbereiche in diesen durch unterschiedliche Lichtreflexion bzw. Lichtbrechung eine schachbrettartige Bilderung in der erzeugten Oberfläche entsteht. Dies wird z.B. von den Abnehmern hochwertig beschichteter Waren, d.h. den Herstellern von Gegenständen aus Lederimitat, Armaturenbrettern, von Handtaschen, Koffern oder Möbeln, nicht akzeptiert.
Die als Alternative sich präsentierenden Lasergravurverfahren herkömmlicher Art sind bisher aber noch nicht geeignet, einen ausreichend hohen Informationsgehalt einer Oberfläche einer komplexen Vorlage so auf eine reproduzierte Oberfläche zu übertragen, dass eine original-identische Reproduktionsoberfläche erscheint. Darüberhinaus entstehen auch hier trotz aller Bemühungen, wie etwa rechnerische Musterumkehr, manuelle Glättung der Randbereiche etc., sichtbare Übergangsbereiche.
Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen bereitzustellen, welches zu einer in höchstem Maße naturgetreuen Reproduktion einer Musteroberfläche führt, und welches zur jedwedem natürlichen oder gestalteten Muster bzw. jedweder Originaloberfläche, auch von kleinen Mustern, eine Übergangs- und randfreie sowie beliebige vergrößerte Reproduktion bzw. Vervielfältigung ohne Rapportbildung und Moulettenstreifen erlaubt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen erfasst. Ebenfalls offenbart ist eine besonders geeignete Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein erster Datensatz mit der Topologie einer begrenzten Originaloberfläche abgespeichert, wobei der Datensatz aus den gemessenen Höheninformationen der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Originaloberfläche besteht.
Der Begriff „Höheninformation" beinhaltet ein Maß in vertikaler Richtung, also im Wesentlichen senkrecht oder „normal" zur Fläche und ist hier - je nach Bezugspunkt - bedeutungsgleich zu verstehen mit Höhenkoordinate, Tiefeninformation, oder Tiefenkoordinate.
Danach wird ein anderer, ein „zweiter" Datensatz erzeugt und abgespeichert, der ähnlich wie der erste Datensatz aus Höheninformationen und zugehörigen
Flächenelementen besteht. Dieser Datensatz beruht jedoch nicht auf gemessenen Größen, sondern beinhaltet zufällig erzeugte Daten. Es sind dies also Höhen- und Flächeninformationen, die aus zufällig ermittelten Daten erzeugt werden. Damit entsteht eine zufällig erzeugte Topologie, die, wenn man so will, einer „synthetischen" Fläche entspricht. Der „zweite" Datensatz besteht also aus zufällig erzeugten Höheninformationen für jeweils zugehörige „Flächenelemente".
Diese mit Hilfe zufällig erzeugter Daten charakterisierte „synthetische" Fläche ist hier als „nicht begrenzte Reproduktionsoberfläche" bezeichnet. Die Bestimmung „nicht begrenzt" unterscheidet die entstehende Reproduktionsfläche von der tatsächlichen Originalvorlage oder -fläche, welche ja in irgendeiner Form begrenzt, d.h. endlich oder mit Rändern versehen ist. Man denke hier etwa an eine Originalvorlage in Form eines handtuchgroßen Büffellederflickens, aus dem der - unbegrenzt und ohne Rand - vorhandene Bezugsstoff einer Sofaoberfläche entstehen soll.
Der Begriff „Reproduktionsoberfläche" bezeichnet dabei zunächst noch nicht die fertige und original-identische Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstandes, also noch nicht die letztlich mit Hilfe der Bearbeitungswerkzeuge gestaltete Gegenstandsoberfläche, sondern ein „Zwischenprodukt" welches noch bearbeitet und in ein fertiges Endprodukt überführt werden muß.
Die Reproduktionsoberfläche ist hier also zunächst eine Art synthetisches Zwischenoriginal einer Fläche, das erst in mehreren Verarbeitungsschritten zur fertigen Reproduktionsfläche weiterverarbeitet werden muß. Erst nach den nachfolgend beschriebenen verfahrensgemäßen Verarbeitungsschritten entsteht nämlich die „fertige" Reproduktionsoberfläche, die nach dem letzten Verarbeitungsschritt die original-identische Gegenstandsoberfläche repräsentiert, bzw. die die zur entsprechenden Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges erforderlichen Daten bereitstellt. Um dieses Ziel zu erreichen, besteht der nächste Verfahrensschritt (c) nun darin, dass um eine erste - wie oben dargestellt zufällig erzeugte - Höheninformation der Reproduktionsoberfläche, d.h. um einen beliebig ausgewählten ersten „Punkt" der Reproduktionsoberfläche, mehrere benachbarte zufällige Höheninformationen zu einer ersten Teilmenge zusammengefasst und in einem dritten Datensatz gespeichert werden, wobei Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Reproduktionsoberfläche ebenfalls gespeichert werden. Der dritte Datensatz beinhaltet somit Daten der Reproduktionsoberfläche.
Danach wird dieser dritte Datensatz mehrfach mit einem bei jedem neuen Vergleich mit neuen Daten belegten vierten Datensatz verglichen, wobei in dem vierten Datensatz eine zweite Teilmenge benachbarter gemessener Höheninformationen der Originaloberfläche sowie durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente auch die Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der Originaloberfläche gespeichert ist sind. Der vierte Datensatz beinhaltet somit Daten der Originaloberfläche.
Es findet sodann ein Vergleich der Umgebungen, der Nachbarschaften als solche auf der „synthetischen" Fläche und der Originaloberfläche statt, wobei die Struktur der Nachbarschaften möglichst ähnlich oder gleich ist. Die „Nachbarschaften", dies ist festzuhalten, bestehen aus jeweils benachbarten Höheninformationen um einen Betrachtungspunkt - ebenfalls eine Höheninformation - gespeichert als Datensatz in der ersten und zweiten Teilmenge.
Beim Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der Höheninformation der ersten und den Höheninformationen der zweiten Teilmengen wird sodann die erste zufällige Höheninformation der Reproduktionsoberfläche, d.h. der Höhenwert für den ersten betrachteten „Punkt" der Reproduktionsoberfläche, ersetzt durch eine zweite Höheninformation der Originaloberfläche, die in ihrer Lage und Anordnung in Bezug auf die zweite Teilmenge der Lage und Anordnung der ersten Höheninformation in Bezug auf die erste Teilmenge entspricht.
Hierdurch wird also in diesem Verfahrensschritt (e) ein Höhenwert für einen ersten „Punkt" der Reproduktionsoberfläche ersetzt durch einen Höhenwert eines anderen, eine zweiten „Punktes" auf der Originaloberfläche. Das Kriterium für die Auswahl des „Ersatzwertes" sind dabei „passende" Nachbarschaften aus der Reproduktionsfläche und der Originalfläche, passend nämlich im Hinblick auf ihre Höheninformationen und in Bezug zu ihrer Lage zum ersten und zweiten Punkt in der Reproduktions- und Originaloberfläche. Die „Umgebungs-Teilmenge" (Datensatz 3) aus der Reproduktionsfläche wird also verglichen mit der „Umgebungs-Teilmenge" aus der Originaloberfläche (Datensatz 4). Soweit schon Höheninformationen aus einem vorlaufenden Verarbeitungschritt vorliegen, werden auch diese, wie unten geschildert, in das Kriterium für die Auswahl des „Ersatzwertes" mit einbezogen.
Die Verfahrensschritte c) bis e) werden danach so oft mit unterschiedlichen ersten und zweiten Teilmengen durchgeführt und wiederholt, bis alle Punkte, d.h. alle Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche sukzessive abgearbeitet und durch Höheninformationen aus der Originaloberfläche ersetzt sind
(Verfahrensschritt „f"). Mit jeder Wiederholung wird dann die Reproduktionsfläche der Originaloberfläche ähnlicher, insbesondere dann, wenn zum Vergleich der Teilmengen im Verfahrensschritt d) die bereits mit Hilfe eines oder mehrerer vorlaufenden Verfahrensschritte in der Reproduktionsoberfläche ersetzten Höheninformationen mit in die erste Teilmenge zur Durchführung des Verfahrensschrittes c) aufgenommen werden.
Hierbei ist es wichtig, sich vor Augen zu halten, dass die Reproduktionsfläche in der Regel wesentlich größer ist als die Originaloberfläche, sodass die in ihrer Anzahl „wenigen" Punkte oder Höheninformationen der Originaloberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach, d.h. etwa wie natürlich wachsend, auf der Reproduktionsoberfläche verteilt werden.
Der weitere Widerspruch, der sich zunächst ergibt, wenn man überlegt, dass sukzessive alle Punkte eine Reproduktionsfläche ersetzt werden sollen, bei der es sich per definitionem doch um ein „unbegrenzte" Fläche handelt, verschwindet, wenn man beispielsweise den letzten Punkt am rechten Rand (Ende) der Fläche als Nachbarschaft des ersten Punktes am linken Rand (Anfang) der Fläche betrachtet. Es handelt sich dann um eine in sich geschlossene und somit ebenso unbegrenzte Fläche.
Nach einem Ersatz aller Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche durch Höheninformationen der Originaloberfläche im Verfahrensschritt f) werden die Verfahrensschritte a) bis f) ein oder mehrere weitere Male durchlaufen, wobei die den Höheninformationen jeweils zugehörigen Flächenelemente bei jedem weiteren Durchlauf verkleinert, insbesondere halbiert werden, und wobei im Verfahrensschritt e) als gleichzeitiges weiteres Kriterium das Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der neuerlichen ersten Teilmenge und den bereits im vorgehenden Durchlauf der Verfahrensschritte a) bis f) gespeicherten benachbarten Höheninformationen geprüft wird.
Dieser zusätzliche Vergleich mit den im jeweils vorgehenden Durchlauf „gefundenen" und gespeicherten benachbarten Höheninformationen kann natürlich erst durchgeführt werden, wenn bereits ein vorlaufender Durchlauf vorhanden war.
Dadurch wird die Betrachtung immer feiner und die beiden Flächen immer ähnlicher. Dies wird solange durchgeführt wird wiederholt, bis die gesamte Reproduktionsoberfläche eine festgelegte Ähnlichkeit zur Originaloberfläche aufweist. Begrenzt ist dieser als „Auflösungspyramide" an sich bekannte
Verfahrensschritt (Verkleinerung / Verdoppelung der Fächenelemente, Vergleich mit den vorher erzielten Ergebnissen) lediglich durch die zur Verfügung stehende Zeit, bzw. die Kapazität der vorhandenen Datenverarbeitung.
Unter „festgelegter" Ähnlichkeit ist hier kein Festwert oder Grenzwert/ Schwellwert als solcher zu verstehen, sondern ein Auswahl- und Bestimmungskriterium, welches mit Hilfe von bekannten und hier nicht näher zu erläuternden statistischen Verfahren und Verteilungsgesetzmäßigkeiten durchgeführt wird.
Erst danach werden die Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche für die Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung der
Gegenstandsoberfläche zur Verfügung gestellt. Die sich nun als „fertig" darstellende Reproduktionsoberfläche kann in aller Regel und bei geeigneten Materialien nicht mehr von der Originaloberfläche unterschieden werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren entsteht als Reproduktionsfläche /
Gegenstandsfläche nämlich keine identische Kopie der Originalfläche, wie sie z.B. sich durch ein Foto ergeben würde, sondern eine in Ihren Eigenschaften, in ihrem Erscheinungsbild, und in ihren „natürlich" und zufällig gewachsenen Strukturen beliebig vergrößerbare Oberfläche, die völlig ohne Moulettenstreifen und Rapport als „Weiterführung" der Originaloberfläche erscheint. Der unvorbelastete
Betrachter meint, die Originaloberfläche vor sich zu haben und wird zwischen Original- und Gegenstandsoberfläche keine Unterscheidung treffen können. Insofern ist der Begriff „original-identische Oberfläche" im Weiteren und im vorliegenden Zusammenhang nicht als identische Kopie, sondern wie beschrieben als „Weiterführung" der Originaloberfläche zu verstehen.
Sinnvollerweise / vorteilhafterweise nutzt man bei der Durchführung des Verfahrens automatische digitale Abtastverfahren, um die Topologie der Originaloberfläche zu ermitteln. Deren Meßwerte lassen sich leicht in comptergestützten Einrichtungen / Elektronenrechnern verarbeiten. Insgesamt ist das Verfahren natürlich auf eine schnelle elektronische Datenverarbeitung angewiesen, um mit vertretbarem Zeitaufwand zu Ergebnissen zu kommen. Praktisch ist es aber auch durchführbar mit Hilfe z.B. eines Rauhigkeitsmeßgerätes (Perthometer) zur Ermittlung der Höheninformation, mit Hilfe manuell und optisch ermittelter Datensätze, und mit Hilfe einer geeigneten form- oder speicherbaren Oberflächenstruktur eines Reproduktionsoberflächenmodells.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die nicht begrenzte Reproduktionsoberfläche als torodiale Fläche ausgebildet ist, d.h. als Torus oder Zylinder mit überall definierten Anschlußfunktionen, insbesondere als Oberfläche eines ringförmigen Torus mit im wesentlichen Kreisquerschnitt. Hierdurch erhält auf einfache Weise und lediglich durch Festlegen einer Schnittlinie und durch „Aufklappen" des ringförmigen Torus die Form einer zylindrischen Walze und damit eine Gegenstandsoberfläche, die in idealer Weise als Oberfläche eines Berbeitungswerkzeuges geeignet ist, nämlich z. B. als Oberfläche einer Prägewalze zum Prägen von Folienbahnen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente bestimmte Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche und der Originaloberfläche als L-förmige Anordnung der benachbarten
Höheninformationen ausgebildet ist. Hierdurch wird der Nachbarschaftsvergleich auf einfache Weise und mit einem Minimum an Daten dadurch verbessert, dass Informationen aus zwei Richtungen mit in die Verarbeitung einbezogen werden. Selbstverständlich kann jede beliebige andere Anordnung von Nachbarschaftsfeldern gewählt werden, beispielsweise eine kreisförmige
Anordnung der benachbarten Höheninformationen, die besonders geeignet wäre, um etwa nachträglich einzelne kleine Fehlstrukturen einer Reproduktionsfläche zu überarbeiten.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass das Abtasten der Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe optischer Verfahren erfolgt, bei denen optische Daten in elektrische Größen umgeformt werden. Mit optischen Verfahren lassen sich beliebig genaue Messungen abhängig von den Wellenlängen des genutzten Lichtes durchführen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass das Abtasten mit Hilfe eines Lichtmessverfahrens erfolgt, vorzugsweise mit einem dreidimensionalen Abtasten mit Hilfe eines Interferometers. Ein solches Abtastverfahren weist eine Genauigkeit in lateraler und vertikaler Richtung auf, die ausreichend ist, z.B. eine Lederhaut mit ihren feinen Haarporen ausreichend genau zu vermessen. Vorteilhafterweise erfolgt hierzu die Höhenmessung mit einer vertikalen Auflösung von 2 bis 100 nm und die laterale Abtastung mit Auflösung von 1 bis 100 μm, vorzugsweise mit einer lateralen Auflösung von 5 bis 40 μm.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die dreidimensional strukturierte Gegenstandsoberfläche invers zur Originaloberfläche ausgebildet ist. Durch eine solche Umkehrung der aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Höheninformationen / Daten läßt sich eine Werkzeug herstellen, beispielsweise eine Walze, die die Negativform einer Original- identischen Oberfläche aufweist und die damit direkt zum Prägen von Folienmaterialien verwendet werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die den jeweils zugehörigen Flächenelementen zugeordneten Höheninformationen in Form von Farbinformationen für die einzelnen Flächenelemente umgeformt und gespeichert werden, insbesondere in Form von Grauwerten für die einzelnen Flächenelemente, und bei dem nach Durchführung der Verfahrensschritte a) bis f) die Farbinformationen bzw. die Grauwerte der Reproduktionsoberfläche in korrespondierende Höheninformationen umgeformt und für die Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung der Reproduktion zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch ergeben sich Vereinfachungen in der Speicherung der Höheninformationen, die dann beispielsweise lediglich zweidimensional erfolgen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die Koordinaten der für die Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges genutzten
Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche bzw. die Lage und Anordnung der jeweils zugehörigen Flächenelemente in den Flächenbereichen verdichtet oder gedehnt werden, in denen bei einem späteren Bearbeitungs- oder Umformungsvorgang eine Dehnung oder Stauchung der Gegenstands- oder Bearbeitungsoberfläche / Folienoberfläche erfolgt. Dadurch, dass die Daten zur Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges in digitaler Form vorliegen und trotzdem zur Originaloberfläche identisch sind, lassen sich die Daten relativ einfach mit einem „offset", also einem regelmäßigen und gleichartigen Zuschlagswert versehen, der nachträgliche Verformungen kompensiert und auch im verformten Bereich eine original-identische Oberfläche aufweist.
Eine besonders geeignete Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung von stoßkantenfreien Dekor-Oberflächen auf Folien, insbesondere auf thermoplastischen und/oder elastomeren Polymerfolien oder polymerbeschichteten Flächengebilden bei denen die Dekoroberfläche mit Hilfe der Gegenstandsoberfläche geprägt wird.
Hierbei ist die Reproduktionsoberfläche als geschlossene, insbesondere torodiale Walzenoberfläche ausgebildet ist, wobei zunächst die dreidimensional strukturierte Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Lasers als Bearbeitungswerkzeug in eine mit einer Außenschicht aus Polymermaterial versehene Hilfswalze eingebracht wird, die damit die Positivform der Originaloberfläche erhält.
Danach wird auf diese Hilfswalze eine Schicht aus Silikonkautschuk aufgetragen und vulkanisiert, wodurch ein Schlauch aus Silikonkautschuk entsteht. Dieser Schlauch aus Silikonkautschuk wird dann von der Hilfswalze abgezogen, indem das Innere des (Silikon-) Schlauches nach außen gekrempelt wird.
Anschließend wird der so umgekrempelte und mit der Negativform der Originaloberfläche auf der Außenseite versehene Silikonschlauch als Prägeschlauch auf eine Druckwalze / Prägewalze aufgezogen, wonach mit der so entstandenen Druckwalze / Prägewalze die Oberfläche der Folie geprägt wird.
So erhält man eine Prägewalze / ein Prägewerkzeug, mit dem sich in einem kontinuierlichen Prägeverfahren ein große Menge an Folienbahn herstellen läßt, welche mit einer original-identischen Oberfläche versehen ist.
Eine weitere besonders geeignete Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung von Prägewalzen für thermoplastische
Folien. Hierbei ist die Reproduktionsoberfläche als Walzenoberfläche ausgebildet, wobei die dreidimensional strukturierte Gegenstandsoberfläche invers zur Originaloberfläche ausgebildet ist und mit Hilfe eines Lasers als Bearbeitungswerkzeug direkt in eine Außenschicht eines zylindrischen Körpers eingebracht wird, der damit auf seiner Außenseite die Negativform der
Originaloberfläche erhält, wonach mit der Außenoberfläche des zylindrischen Körpers die Oberfläche der Folie geprägt wird. Hierdurch entfallen weitere nachfolgende Abzugs- oder Abdruckverfahren für das Herstellen von Prägetöchtern.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die inverse Oberfläche direkt in eine Außenschicht einer Prägewalze als zylindrischem Körper eingebracht wird. Damit ist die Herstellung eine Prägeoberfläche einer Prägewalze in nur einem Arbeitsschritt möglich. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass der zylindrische Körper als Hohlzylinder ausgebildet ist, der auf eine entsprechende Druckwalze / Prägewalze aufgezogen wird. Damit können leichte Hohlwalzen (Sleeves) hergestellt werden, die leicht transportiert und gelagert werden können und auf die eigentlichen Walzenkörper aufgezogen werden.
Ebenfalls ist eine besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens offenbart, wobei die Vorrichtung einen CO2-Gas-Laser als Bearbeitungswerkzeug sowie eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Intensität eines zur Bearbeitung einer Walzenoberfläche ausgerichteten
Laserstrahls aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung eine erste Steuereinheit aufweist zur Regelung und Konstanthaltung der Intensität/Energie des Laserstrahles, und dass die Steuerungseinrichtung eine nachgeschaltete zweite Steuereinheit aufweist zur Modulation der Intensität des geregelten Laserstrahles in Abhängigkeit von den Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche. Erst durch die Ausbildung einer solchen doppelten Steuereinheit ist es möglich, einen Laser mit den verfahrensgemäß aufbereiteten Höheninformationen für die Bearbeitung der Gegenstandsoberfläche zu steuern. Die Genauigkeit der Höheninformationen verlangt nämlich eine außerordentlich genaue Steuerung der Laserintensität. Dies ist überraschenderweise erst und nur dann zu erreichen, wenn der Laserstrahl zunächst völlig konstant in seiner Leistung gehalten wird, wenn nämlich sämtliche auch noch so kleine Einflüße durch die Einschaltdauer, Temperatur, durch Resonatorveränderungen etc. durch eine erste Steuereinheit kompensiert sind. Erst dann kann mit brauchbarem Ergebnis durch eine zweite Steuereinheit die Intensität des Lasers entsprechend den Höheninformationen angesteuert werden. Der hier eingesetzte Cθ2-Gas- Laser ist mit seiner Wellenlänge von etwa 10 μm besonders geeignet für die Bearbeitung von Polymermaterialien.
Natürlich lassen sich auch andere Arten von Lasern für die Bearbeitung der Oberfläche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzen, z. B. Festkörperlaser wie der Nd:Yag Laser. Diese Festkörperlaser sind in Bezug auf die Wärmestabilität längst nicht so kritisch wie die Gaslaser. Die Regelung der Laserintensität nach den Höheninformationen wäre bei solchen Festkörperlasern somit im Grunde einfacher und auch mit nur einer Steuerungseinrichtung zu erreichen. Die Wellenlängen solcher Festkörperlaser (ca. 1 μm bei Nd:Yag- Lasem) passen aber nicht immer zu den Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials, hier eines Polymermaterials, sodass letzteres z. B. durch Rußzugaben angepasst werden muß, um die Absorptionsfähigjkeit für diese Wellenlängen zu erhöhen. Grundsätzlich kommt es bei der Auswahl des Lasers auf die erreichbare Gravurqualität an, die zum einen von der Laserstrahlquaiität zum anderen von dem Abbrandverhalten des zu bearbeitenden Materials bestimmt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die erste Steuereinheit so aufgebaut ist, dass ein Teil des Laserstrahles ausgespiegelt und abhängig von der Intensität/Energie des ausgespiegelten Teiles des Laserstrahles die Eingangsleistung des Lasers gesteuert wird. Hierdurch erreicht man eine direkt wirkende Rückkopplung zur Konstanthaltung des Laserstrahles.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die nachgeschaltete zweite Steuereinheit zur Regelung der Laserintensität einen Teil des geregelten Laserstrahles ausspiegelt, wobei die zweite Steuereinheit zur Modulation der Intensität des geregelten Laserstrahles als Gitter ausgebildet ist, welches abhängig von Schwingungen seine Durchlässigkeit ändert. Ein solcher an sich bekannter akusto-optischer Modulator ist in diesem Fall aufgrund seines empfindlichen Steuerungs- und Übertragungsverhaltens in Verbindung mit dem exakt in seiner Intensität konstant gehaltenen Laserstrahl bestens geeignet, die durch das erfindungsgemäße Verfahren aufbereiteten Höheninformationen für die Bearbeitung der Gegenstandsoberfläche in Form einer Beeinflussung der Laserintensität aufzumodulieren. Die Ausspiegelung erfolgt in einen sogenannten Laser-Dump, d.h. in einen Energievernichter oder schlichtweg „Mülleimer", sodass die Intensität des durch die erste Steuereinheit vorgeregelten „Rohstrahles" durch einfache Energieveränderung den Höheninformationen entsprechend geregelt wird.
Hierdurch läßt sich beispielsweise in hervorragender Weise eine Silikonoberfläche auf einer Prägewalze oder einer Hilfswalze mit einem Laserstrahl bearbeiten, der durch den Resonator eines Cθ2-Gaslasers erzeugt wird. Die Steuerungseinrichtung weist üblicherweise hierzu auch einen oder mehrere Sensoren zur Ermittlung der Temperatur des Laserresonators auf. Der in der ersten Steuereinrichtung hinter dem Laserresonator ausgespiegelte Teil des Laserstrahles beträgt hierbei etwa 1 bis 2 % der Gesamtenergie des Laserstrahles.
Anhand der Figuren 1 und 2 sollen das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung noch einmal verdeutlicht werden.
Die Figur 1 zeigt hierbei noch einmal das Wesen des Nachbarschaftsvergleiches zur Ermittlung der Höheninformation der Reproduktionsoberfläche 1 . Ein erster Datensatz mit der Topologie einer begrenzten Originaloberfläche 2 wird abgespeichert, wobei der Datensatz aus den gemessenen Höheninformationen der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Originaloberfläche besteht.
Danach wird ein anderer, ein „zweiter" Datensatz erzeugt und abgespeichert, der aus zufällig erzeugten Höheninformationen für jeweils zugehörige
Flächenelemente einer nicht begrenzte Reproduktionsoberfläche 1 besteht. Die Originaloberfläche ist dabei - wie bereits beschrieben - wesentlich kleiner als die Reproduktionsoberfläche und zudem begrenzt. Zum leichteren Verständnis sind diese Größenunterschiede in der Darstellung nach Fig. 1 jedoch nicht enthalten, sodass die in der Fig. 1 gezeigten Oberflächen 1 und 2 tatsächlich und der Einfachheit halber nur Teile der jeweiligen gesamten Oberflächen darstellen. Der nächste Verfahrensschritt (c) besteht darin, dass um eine erste Höheninformation der Reproduktionsoberfläche, d.h. um ein mit einer Höheninformation belegtes beliebig ausgewähltes erstes Flächenelement 3 der Reproduktionsoberfläche 1 , mehrere benachbarte und zu einer Gruppe von L- förmig angeordneten Flächenelementen 4 gehörige zufällige Höheninformationen zu einer ersten Teilmenge zusammengefasst und in einem dritten Datensatz gespeichert werden. Das Flächenelement 3 besteht hierbei aus 9 (3x3) einzelnen Flächenteilen (Pixeln), die Gruppe von von L-förmig angeordneten Flächenelementen 4 aus insgesamt 36 einzelnen Flächenteilen (Pixeln).
Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der Flächenelemente 4 werden ebenfalls gespeichert, nämlich durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente 4 der Reproduktionsoberfläche 1. Der dritte Datensatz beinhaltet somit Daten der Reproduktionsoberfläche.
Dannach wird dieser dritte Datensatz mit einem vierten Datensatz verglichen. In dem vierten Datensatz sind eine Gruppe benachbarter gemessener und zu einer Gruppe von L-förmig angeordneten Flächenelementen 4' gehörige Höheninformationen der Originaloberfläche 2 als zweite Teilmenge gespeichert.
Ebenfalls gespeichert durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente 4' sind auch die Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der Originaloberfläche 2. Der vierte Datensatz beinhaltet somit Daten der Originaloberfläche.
Es findet sodann ein Vergleich der Umgebungen, der Nachbarschaften als solche statt, d.h. der jeweils benachbarten Höheninformationen der Gruppen von Flächenelementen 4 und 4'. Gleichzeitig erfolgt ein Vergleich mit den bereits im vorgehenden Durchlauf der Verfahrensschritte a) bis f) gespeicherten benachbarten Höheninformationen 1' und 2', soweit diese bereits vorhanden sind und soweit die Verfahren der „Auflösungspyramide" bereits gestartet sind, d.h. soweit ein vorgehenden Durchlauf mit gröberem Raster bereits erfolgte.
Bei einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen den Höheninformationen der ersten und zweiten Teilmenge, also der Höheninformationen der Gruppen von
Flächenelementen 4 und 4', wird sodann die erste zufällige Höheninformation des Flächenelementes 3 der Reproduktionsoberfläche, d.h. der Höhenwert für den ersten betrachteten „Punkt" der Reproduktionsoberfläche, ersetzt durch eine zweite Höheninformation des Flächenelementes 3' der Originaloberfläche.
Hierdurch wird also in diesem Verfahrensschritt (e) ein Höhenwert für einen ersten „Punkt" der Reproduktionsoberfläche ersetzt durch einen Höhenwert eines anderen, eine zweiten „Punktes" auf der Originaloberfläche. Das Kriterium für die Auswahl des „Ersatzwertes" sind dabei „passende" Nachbarschaften aus der Reproduktionsfläche und der Originalfläche, passend nämlich im Hinblick auf ihre Höheninformationen und in Bezug zu ihrer Lage zum ersten und zweiten Punkt in der Reproduktions- und Originaloberfläche.
Die Figur 2 zeigt in Form einer einer Prinzipskizze den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Vorrichtung 5 weist einen CO2-Gaslaser mit einem zugehörigen Resonator 6 auf, aus dem der Laserstrahl 7 austritt. Eine erste Steuereinheit 8 zur Regelung und Konstanthaltung der Intensität des Laserstrahles 7 ist so aufgebaut ist, dass ein Teil 9 des Laserstrahles 7 ausgespiegelt und abhängig von der Intensität/Energie des ausgespiegelten Teiles 9 des Laserstrahles die Eingangsleistung des Lasers gesteuert wird. Hierdurch erreicht man eine direkt wirkende Rückkopplung 10 zur Konstanthaltung der Eingangsleistung 11 des Laserstrahles. Eine nachgeschaltete zweite Steuereinheit 12 dient zur Modulation der Intensität des geregelten Laserstrahles 13 in Abhängigkeit von den durch die über die Verarbeitungseinheit 14 ermittelten Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche. Die nachgeschaltete zweite Steuereinheit 12 spiegelt einen Teil 15 des geregelten Laserstrahles aus und läßt nur die Energie durch, die „gebraucht" wird zur Bearbeitung der Oberfläche. Diese zweite Steuereinheit zur Modulation der Intensität des geregelten Laserstrahles ist als Gitter ausgebildet, welches abhängig von Schwingungen seine Durchlässigkeit ändert.
Der ausgespiegelte Teil 15 des Laserstrahles wird im „Beam Dump" aufgefangen, wo er in andere Energieformen (Wärme) umgeformt und abgeleitet wird. Der modulierte Laserstrahl 17 ist auf die zu bearbeitende Polymeroberfläche einer Prägewalze 18 gerichtet, in diesem Fall auf eine Silikonoberfläche.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 , 1' Reproduktionsoberfläche 2, 2' Originaloberfläche
3, 3' Flächenelement
4, 4' Flächenelement
5. Laser-Bearbeitungsvorrichtung
6. Laser-Resonator 7. Laserstrahl
8. erste Steuereinheit
9. ausgespiegelter Teil des Laserstrahles 7
10. Rückkopplung
11. Eingangsleistung 12. zweite Steuereinheit
13. geregelter Laserstrahl
14. Verarbeitungseinheit
15. ausgespiegelter Teil des Laserstrahles 13
16. Beam Dump 17. modulierter Laserstrahl
18. Prägewalze

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von
Gegenständen, wobei die Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeuges als Reproduktion einer dreidimensional strukturierten endlichen und durch Ränder begrenzten Originaloberfläche (Mustervorlage) erzeugt wird, wobei zunächst die Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe eines Abtastverfahrens ermittelt wird und die so ermittelten und im Wesentlichen aus den zu jedem Flächenelement der Originaloberfläche gehörigen Höhen bestehenden topologischen Daten zur elektronischen
Steuerung eines Bearbeitungswerkzeug genutzt werden, vorzugsweise eines Lasers zur Bearbeitung der dreidimensional strukturierten Gegenstandsoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass a) zunächst ein erster Datensatz mit der Topologie einer begrenzten
Originaloberfläche abgespeichert wird, wobei der Datensatz aus den gemessenen Höheninformationen der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Originaloberfläche besteht, b) dass danach ein zweiter Datensatz abgespeichert wird, der einer zufällig erzeugten Topologie einer nicht begrenzten Reproduktionsoberfläche entspricht, wobei der zweite Datensatz aus zufällig erzeugten Höheninformationen für jeweils zugehörige Flächenelemente der Reproduktionsoberfläche besteht, c) dass danach um eine erste zufällige Höheninformation der Reproduktionsoberfläche mehrere benachbarte zufällige
Höheninformationen zu einer ersten Teilmenge zusammengefasst und in einem dritten Datensatz gespeichert werden, wobei Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Reproduktionsoberfläche ebenfalls gespeichert werden, d) dass danach der dritte Datensatz mehrfach mit einem bei jedem neuen Vergleich mit neuen Daten belegten vierten Datensatz verglichen wird, wobei i) in dem vierten Datensatz eine zweite Teilmenge benachbarter gemessener Höheninformationen der Originaloberfläche sowie durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente auch die Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der Originaloberfläche gespeichert sind, ii) wobei die relative Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der ersten und zweiten Teilmenge ähnlich, vorzugsweise identisch sind, e) dass beim Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der Höheninformation der ersten und den Höheninformationen der zweiten Teilmengen die erste zufällige Höheninformation der Reproduktionsoberfläche ersetzt wird durch eine zweite Höheninformation der Originaloberfläche, die in ihrer Lage und Anordnung in Bezug auf die zweite Teilmenge der Lage und Anordnung der ersten Höheninformation in Bezug auf die erste Teilmenge entspricht, f) dass die Verfahrensschritte c) bis e) so oft mit unterschiedlichen ersten und zweiten Teilmengen und sukzessive für alle Höheninformationen der
Reproduktionsoberfläche durchgeführt wird wiederholt werden, bis alle Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche sukzessive durch Höheninformationen aus der Originaloberfläche ersetzt sind, wobei zum Vergleich der Teilmengen im Verfahrensschritt d) die bereits mit Hilfe eines oder mehrerer vorlaufenden Verfahrensschritte e) in der
Reproduktionsoberfläche ersetzten Höheninformationen mit in die erste Teilmenge zur Durchführung des Verfahrensschrittes c) aufgenommen werden g) dass nach einem Ersatz aller Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche durch Höheninformationen der Originaloberfläche im Verfahrensschritt f) die Verfahrensschritte a) bis f) ein oder mehrere weitere Male durchlaufen werden, wobei die den Höheninformationen jeweils zugehörigen Flächenelemente bei jedem weiteren Durchlauf verkleinert, insbesondere halbiert werden, und wobei im Verfahrensschritt e) als gleichzeitiges weiteres Kriterium das Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der neuerlichen ersten Teilmenge und den bereits im vorgehenden Durchlauf der Verfahrensschritte a) bis f) gespeicherten benachbarten Höheninformationen geprüft wird, h) dass nach Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der Reproduktionsoberfläche und der Originaloberfläche die Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche für die Steuerung des
Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung der Gegenstandsoberfläche zur Verfügung gestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe eines digitalen Abtastverfahrens ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht begrenzte Reproduktionsoberfläche als torodiale Fläche ausgebildet ist, insbesondere als Oberfläche eines ringförmigen Toms mit im wesentlichen Kreisquerschnitt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die • Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente bestimmte Lage und Anordnung der benachbarten Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche und der Originaloberfläche als L-förmige Anordnung der benachbarten Höheninformationen ausgebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtasten der Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe optischer Verfahren erfolgt, vorzugsweise mit Hilfe eines Lichtmessverfahrens, bei dem das Abtasten der dreidimensionalen Oberflächenstruktur mit Hilfe eines Interferometers erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenmessung mit einer vertikalen Auflösung von 2 bis 100 nm erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtasten der Topologie der Originaloberfläche mit einer lateralen Auflösung von 1 bis 100 μm, vorzugsweise mit einer lateralen Auflösung von 5 bis 40 μm erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensional strukturierte Gegenstandsoberfläche invers zur
Originaloberfläche ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweils zugehörigen Flächenelementen zugeordneten Höheninformationen in Form von Farbinformationen für die einzelnen Flächenelemente umgeformt und gespeichert werden, insbesondere in Form von Grauwerten für die einzelnen Flächenelemente, und bei dem nach Durchführung der Verfahrensschritte a) bis f) die Farbinformationen bzw. die Grauwerte der Reproduktionsoberfläche in korrespondierende Höheninformationen umgeformt und für die Steuerung des
Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung der Reproduktion zur Verfügung gestellt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten der für die Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges genutzten
Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche bzw. die Lage und Anordnung der jeweils zugehörigen Flächenelemente in den Flächenbereichen verdichtet oder gedehnt werden, in denen bei einem späteren Bearbeitungs- oder Umformungsvogang eine Dehnung oder Stauchung der Gegenstandsoberfläche erfolgt.
11.Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10 zur Herstellung von stoßkantenfreien Dekor-Oberflächen auf Folien, insbesondere auf thermoplastischen und/oder elastomeren Polymerfolien oder polymerbeschichteten Flächengebilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Reproduktionsoberfläche als geschlossene, insbesondere torodiale
Walzenoberfläche ausgebildet ist, wobei a) zunächst die dreidimensional strukturierte Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Lasers als Bearbeitungswerkzeug in eine mit einer Außenschicht aus Polymermaterial versehene Hilfswalze eingebracht wird, die damit die Positivform der Originaloberfläche erhält, b) danach auf diese Hilfswalze ein Silikonkautschuk aufgetragen und vulkanisiert wird, c) der so entstandene Schlauch aus Silikonkautschuk dann von der Hilfswalze abgezogen wird, indem das Innere des (Silikon-) Schlauches nach außen gekrempelt wird, d) der so umgekrempelte und mit der Negativform der Originaloberfläche auf der Außenseite versehene Silikonschlauch als Prägeschlauch auf eine Druckwalze / Prägewalze aufgezogen wird, wonach e) mit der so entstandenen Druckwalze / Prägewalze die Oberfläche der Folie geprägt wird.
12. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10 zum Herstellen von Prägewalzen für thermoplastische Folien, dadurch gekennzeichnet, dass die Reproduktionsoberfläche als Walzenoberfläche ausgebildet ist, wobei die dreidimensional strukturierte Gegenstandsoberfläche invers zur
Originaloberfläche ausgebildet ist und mit Hilfe eines Lasers als Bearbeitungswerkzeug direkt in eine Außenschicht eines zylindrischen Körpers eingebracht wird, der damit auf seiner Außenseite die Negativform der Originaloberfläche erhält, wonach mit der Außenoberfläche des zylindrischen Körpers die Oberfläche der Folie geprägt wird.
13. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die inverse Oberfläche direkt in die Außenschicht einer Prägewalze eingebracht wird.
14. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper als Hohlzylinder ausgebildet ist, der auf eine entsprechende Druckwalze / Prägewalze aufgezogen wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, wobei die Vorrichtung einen Cθ2-Gas-Laser als Bearbeitungswerkzeug sowie eine
Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Intensität eines zur Bearbeitung einer Walzenoberfläche ausgerichteten Laserstrahls aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung eine erste Steuereinheit aufweist zur Regelung und Konstanthaltung der Intensität/Energie des Laserstrahles, und dass die Steuerungseinrichtung eine nachgeschaltete zweite Steuereinheit aufweist zur Modulation der Intensität des geregelten Laserstrahles in Abhängigkeit von den Höheninformationen der Reproduktionsoberfläche.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Steuereinheit so aufgebaut ist, dass ein Teil des Laserstrahles ausgespiegelt und abhängig von der Intensität/Energie des ausgespiegelten Teiles des Laserstrahles die Eingangsleistung des Lasers gesteuert wird
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgeschaltete zweite Steuereinheit zur Regelung der Laserintensität einen Teil des geregelten Laserstrahles ausspiegelt, wobei die zweite Steuereinheit zur Modulation der Intensität des geregelten Laserstrahles als Gitter ausgebildet ist, welches abhängig von Schwingungen seine Durchlässigkeit ändert.
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