专利名称：在连续运动的扁平材料上切割,打孔或雕刻周期性花样的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，它借助于至少一个来自至少一个射束偏转系统的可控制的激光束，在连续运动的扁平材料尤其是复合材料上，通过此扁平材料的局部汽化切割、打孔或雕刻周期性的花样，其中，每个激光束从一固定点出发相对于扁平材料沿两个互相垂直的方向x和y运动，以及，本发明还涉及一种相应的设备。
由EP 0 357 841 A1已知一种借助于激光束造成规定断裂线/穿孔的方法。在那里，一个可控制的激光束用于局部汽化一部分单层或多层的包装材料，为的是在连续运动的包装材料上制成重复的图像/花样。采用这种已知的方法不能实施迅速的速度变换。制作花样的起动信号通过检测在包装材料上周期性印刷的图像发生。以此方式使制成的线条/孔洞与在料幅上存在的印刷图案一致。
由于在已知的方法中需要有用于控制激光扫描系统的印刷图案，所以不可能加工未印刷的材料。此外，当料幅上的印刷有缺陷时，由于取决于印刷图案而导致要借助于激光束制作的线或孔的有缺陷的加工。
在已知的设备中，表面速度用一种增量式旋转传感器测定。在制作切口或打孔的过程中调整激光束的焦距，使焦点始终相同。与此同时借助于对依据图案的控制信号的反馈，检查在包装材料上的周期性图像，以便能制造含有相对于周期性图样标记的切口。
此外，还已知激光束偏转系统，其中为了偏转激光束采用镜式检流计系统，后者同样是已知的。在这方面例如可参阅FR 25 76 836 A1，其中介绍了一种激光系统，它沿x方向和y方向是固定的，只有沿z方向是可变的，以便调整激光束的焦距。
本发明的目的是设计和进一步改进用于在连续运动的扁平材料上周期性花样的切割或打孔，使得即使在未印刷材料上也能在任意速度下制作含有相对于弯边或翻边的标志的花样。
尤其是料幅速度应能达到300m/min。
在方法方面通过下列步骤达到上述目的-检测扁平材料的运动速度；-在运动的扁平材料上加上弯边或翻边并检测其位置；-根据通过检测弯边或翻边产生的同步脉冲和检测到的扁平材料的运动速度，控制用于实施切割、打孔或雕刻过程的射束偏转系统；以及-根据所测定的扁平材料的运动速度和所测定的弯边和翻边，监控每个激光束的射束位置/射束强度。
加弯边或翻边以及检测其位置也可以是一个单一的过程，如在附图所表示的实施形式中的情况那样。
在本发明的一种有利的设计中，监控和调整制成的花样相对于被加上的弯边或翻边的位置。
为达到本发明在设备方面的目的采取的措施是设有一个测定扁平材料速度的元件；至少设有一冲压工具用于在运动的扁平材料中加上弯边或翻边；以及，冲压工具设有增量传感器，借用于它可检测冲压工具边缘相对于扁平材料的位置，由此发出一个同步脉冲用于控制一个或多个射束偏转系统，后者实施切割、打孔或雕刻过程。
采用按本发明的设备，在弯边或翻边与切割或激光打孔或激光雕刻之间与速度无关地造成一种含有标记的关系。因此与在前面曾介绍的先有技术中的不同，也可以在未印刷的料幅上制造切口、打孔或雕刻。
此外，按本发明设有一些装置，借助于它们监控和调整制成的花样相对于加上的弯边或翻边的位置。适用于此的尤其是一种图像处理系统。
增量传感器连接在用于制造弯边或翻边的轧辊形冲压工具上，可以与检查加上的弯边或翻边的位置相结合准确测定表面速度。为此沿轧辊圆周设增量传感器测定冲压工具的位置以及确定工具或工具边缘的零位。
在按本发明的设备中，冲压工具沿扁平材料的运行方向或布置在激光器前面或也布置在激光器后面。冲压工具和射束偏转系统之间在地点上的错开可达若干米。在此区域内出现的伸长现象可通过确定拉力/压力差借助于控制计算机补偿，所以可达到相对于穿孔图形精确轮廓的准确度≤0.5mm。通过改变用于表面速度的增量传感器的计数脉冲与冲压工具处的增量传感器的计数脉冲之差，可以沿料幅运行方向或逆料幅运行方向将要制作的花样按0.01mm的步距移动或定位。
按本发明的方法是特别有利的，因为实际上空白的或未印刷的材料可以制有相应的孔型或雕刻，在它们相对于各个不断重复的包装料坯的弯边或翻边的位置方面始终有保持不变的规定的方位或布局。
在按本发明的设备中特别有利的是采用一种封闭的CO2激光器，亦即无需外部供气体的激光器。由于激光束从一个固定点出发偏转，必然需要不同的焦距，所以本发明的另一项教导规定，可以改变激光束的强度。这在本发明的范围内可以这样实现，即，为了改变射束强度使用光学镜片组，用于调整激光束z轴的焦距。但也可以选择另一种方案，即，为了改变激光器的射束强度影响激光器的功率。
为了测定扁平材料的料幅速度，可以或使用增量传感器，或使用激光多普勒风速计。
为了避免或为了减少激光束被尘埃吸收，在本发明的另一项设计中，沿材料运行方向在激光扫描系统后面设一吸尘罩，用于除去在局部汽化时形成的尘埃。这样做从环境保护的观点看也是有利的，在应由此扁平材料制成用于盛放食品的包装时则更为有利。
下面借助于表示两种最佳实施例的附图详细说明本发明。附图中表示
图1按本发明设备的线路示意图；图2按本发明的设备的激光扫描系统按第一种实施例的布置；图3按本发明的设备的激光扫描系统按第二种实施例的布置；以及图4按本发明的设备的激光扫描系统的单独透视图。
图1示意表示使用尚未裁剪的扁平材料1加工成不断重复的包装料坯。在此图中扁平材料1的料幅绕两个图中没有详细表示的辊沿箭头P的方向运行，并输入由轧辊对2组成的冲压工具中。料幅的速度借助于增量传感器3确定。没有在图中表示的是，料幅的速度也可以采用激光多普勒风速计检测。
扁平材料1的加工可借助于由激光器4产生的激光束5进行，激光束的强度借助于动态的透镜调整单元6通过调整z轴修正成，使激光束的焦点仍沿偏转后的方向落在扁平材料1的平面上。激光器4和动态的透镜调整单元6都是射束偏转系统7的一部分，激光束5的偏转在x-y扫描器8内进行。射束分析或监控系统9用于监控激光束5的射束位置、射束功率和射束强度的分配。
此外，在扁平材料1的加工区上方表示了一个吸尘罩10，通过它借助于鼓风机11吸除由于局部汽化形成的尘埃并导入过滤器12。
按本发明，冲压工具设有另一个增量传感器13，借助它可以确定冲压工具边缘14相对于扁平材料1的位置。中央计算机15用于在按期望打孔时与扁平材料1的料幅速度无关地相对于弯边或翻边在扁平材料1内调整。图象处理系统16用于监控借助于射束偏转系统7制成的花样的正确形状和位置，它同样属于中央计算机15的调整回路。
在所表示的并在这方面为最佳的实施例中，由轧辊对2组成的冲压工具设在射束偏转系统7的后面。在冲压工具与真正的激光加工之间地点上的错开可达若干米。当扁平材料1的伸长也一起考虑时，为射束偏转系统7提供控制脉冲的冲压工具甚至可以设在真正的加工区后面十米。这种伸长现象可通过测定拉力/压力差同样经由中央计算机补偿，所以可以达到相对于孔线花样精确轮廓的准确度≤0.5mm。
图2和3表示了按本发明的射束偏转系统7的结构的两种不同实施形式。在两种情况下都设有多个射束偏转系统7。图2中表示这些射束偏转系统7设置在多个垂直于扁平材料1并横向于它延伸的平行平面内。此外各个射束偏转系统7侧向可移动地排列在一负重桥17上。在这种情况下，侧向定位通过步进马达驱动装置和螺杆实现，图中没有表示这些构件。在图3中表示了按本发明设备的另一种结构。其中仍在一负重桥17上排列了多个射束偏转系统7，在此实施例中它们设置在一个垂直于扁平材料1并与之成对角倾斜延伸的平面内。
为了更好地表示，在图4中再次详细表示一个射束偏转系统7。在激光器4中产生的激光束5首先通过动态的透镜调整单元6，在其中进行z轴调整，接着通过射束分析和监控系统9，最后通过x-y扫描器8，在那里通过可沿x方向和y方向偏转的反射镜完成真正的花样生成。然后激光束5通过孔18射出x-y扫描器8用于真正加工扁平材料1。
下面应简短地再次详细说明按本发明的设备的工作首先借助于增量传感器3通过在那里所设的没有详细表示的辊的圆周速度测定扁平材料1的速度，或借助于一种不接触式测量方法例如用激光多普勒风速计(图中没有表示)来测量。射束偏转系统7的控制根据从在由轧辊对2构成的冲压工具中制成的弯边或翻边出发的起动信号进行。每个激光束5的射束位置和射束强度通过中央计算机15根据所测定的扁平材料1的速度和所测定的弯边或翻边的位置监控。
通过沿正向或负向将用于激光器起动信号所必要的增量传感器计数脉冲相对于增量传感器零位脉冲移动，可以在扁平材料1上沿料幅运行正方向或反方向移动激光束制成的图象、花样等。通过使速度脉冲与冲压工具零位脉冲同步，可以在直至300m/min范围内持续改变的速度下在相同的坯料位置上制成重复的花样。
权利要求
1.在连续运动的扁平材料尤其是复合材料上借助于至少一个来自至少一个射束偏转系统的可控制的激光束通过此扁平材料的局部汽化切割、打孔或雕刻周期性花样的方法，其中每一个激光束从一固定点出发相对于扁平材料沿两个互相垂直的方向x和y运动，其特征在于下列步骤-检测扁平材料(1)的运动速度；-在运动的扁平材料(1)上加上弯边或翻边并检测其位置；-根据通过检测弯边或翻边产生的同步脉冲和检测到的扁平材料(1)的运动速度，控制用于实施切割、打孔或雕刻过程的射束偏转系统(7)；以及-根据所测定的扁平材料(1)的运动速度和所测定的弯边或翻边，监控每个激光束(5)的射束位置/射束强度。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为监控和调整制成的花样相对于被加上的弯边或翻边的位置。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为可以改变激光束(5)的强度。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征为为了改变射束强度，使用用于调整激光束(5)z轴焦距的光学镜片组。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征为为了改变射束强度改变激光器功率。
6.在连续运动的扁平材料尤其是复合材料上借助于至少一个来自至少一个射束偏转系统的可控制的激光束通过此扁平材料的局部汽化切割、打孔或雕刻周期性花样的设备，其中每一个激光束从一固定点出发相对于扁平材料沿两个互相垂直的方向x和y运动，其特征为设有一个测定扁平材料(1)速度的元件；至少设有一冲压工具用于在运动的扁平材料(1)中加上弯边或翻边；以及，冲压工具设有增量传感器(13)，借助于它可检测冲压工具边缘相对于扁平材料(1)的位置，由此发出一个同步脉冲用于控制一个或多个射束偏转系统(7)，后者实施切割、打孔或雕刻过程。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征为有一个射束分析和监控系统(9)。
8.按照权利要求6或7所述的设备，其特征为设有一些装置，借助于它们监控和调整制成的花样相对于所加上的弯边和翻边的位置。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征为设有图象处理系统(16)作为用于监控和调整所制成花样的位置的装置。
10.按照权利要求6至9之一所述的设备，其特征为设有另一个增量传感器(3)作为测定扁平材料(1)的速度的元件。
11.按照权利要求6所述的设备，其特征为设有激光多普勒风速计作为用于测定扁平材料(1)速度的元件。
12.按照权利要求6至11之一所述的设备，其特征为冲压工具沿扁平材料(1)的运行方向设在射束偏转系统(7)的前面。
13.按照权利要求6至11之一所述的设备，其特征为冲压工具沿扁平材料(1)的运行方向设在射束偏转系统(7)的后面。
14.按照权利要求6至13之一所述的设备，其特征为设有多个射束偏转系统(7)，它们布置在多个垂直于扁平材料(1)并横向于其运动方向延伸的平行平面内。
15.按照权利要求6至13之一所述的设备，其特征为设有多个射束偏转系统(7)，它们布置在一个垂直于扁平材料(1)并相对于其运动方向成对角倾斜延伸的平面内。
16.按照权利要求6至15之一所述的设备，其特征为每一个射束偏转系统(7)可侧向定位。
17.按照权利要求16所述的设备，其特征为为了侧向定位设有步进电机驱动装置和一螺杆。
18.按照权利要求6至17之一所述的设备，其特征为增量传感器(13)是高分辨力的。
19.按照权利要求6至18之一所述的设备，其特征为设有CO2激光器作为激光器(4)。
20.按照权利要求6至19之一所述的设备，其特征为沿扁平材料(1)的运动方向在射束偏转系统(7)后面设吸尘罩(10)，用于除去在局部汽化时形成的尘埃。
全文摘要
本发明涉及一种方法,它借助于至少一个来自至少一个射束偏转系统(7)的可控制的激光束(5)在连续运动的扁平材料(1)上通过此扁平材料(1)的局部汽化切割、打孔或雕刻周期性的花样,其中,每一个激光束(5)从一固定点出发相对于扁平材料(1)沿两个互相垂直的方向x和y运动,以及本发明涉及一种用于实施此方法的设备。为了即使在未印刷的材料上也能制造含有相对于弯边或翻边的标记的花样,在任何速度下实施下列步骤:检测扁平材料(1)的运动速度;在运动的扁平材料(1)上加上弯边或翻边并检测其位置;根据通过检测弯边或翻边产生的同步脉冲和检测到的扁平材料(1)的运动速度,控制用于实施切割、打孔或雕刻过程的射束偏转系统(7);以及,根据所测定的扁平材料(1)的运动速度和所测定的弯边或翻边,监控每个激光束(5)的射束位置/射束强度。
文档编号B23K26/08GK1199357SQ96197481
公开日1998年11月18日 申请日期1996年9月27日 优先权日1995年10月7日
发明者安克·里希特, 霍尔格·施密特, 埃伯哈德·施密特, 弗兰克·施密特, 汉斯·魏特德, 乌韦·库奇凯, 迈克尔·莫希西, 迈克尔·尼特纳 申请人:Sig孔比布劳克有限公司