DE2538660A1 - Laser engraving cylinders for photogravure - using picture scanner and logic circuits for automatic modulation of the laser beam - Google Patents
Laser engraving cylinders for photogravure - using picture scanner and logic circuits for automatic modulation of the laser beamInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Steuern des Gravierens mittels eines Laserstrahls und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Laserstrahls zum Gravieren von Tiefdruckflächen und anderen zu gravierenden Flächen. Insbesondere ist sie weignet für die Herstellung von Tiefdruckflächen mittels Laser, welcherzuvor gefüllte Zellen graviert, wie es in GB-PS 1 229 243 beschrieben ist. Dort ist erläutert, daß das Gravieren eines metallischen Werkstücks mittels Laserstrahlen einen Laser hoher Leistung erfordert und dazu führt, dem Werkstück eine unebene Oberfläche zu geben, weil verdampftes Metall sich rings um die Ränder der so gebildeten Zellen niederschlägt. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird die Oberfläche eines zu gravierenden metallischen Werkstücks zunächst über den gesamten Gravierbereich zur Bildung von Zellen, welche die erforderliche maximale Drucktiefe haben, geätzt, und diese Zellen werden dann mit einem festen Material gefüllt, das durch den Laserstrahl leichter zersetzt oder verdampft wird als das Metall des Werkstücks, in welchem die Zellen geformt sind. Die Oberfläche wird dann mittels eines Laserstrahls graviert, dessen Energie gemäß dem gewünschten Bild moduliert wird, wobei die Intensität und die Abtastgeschwindigkeit des Strahles so gewäkilt wird, daß das Metall im wesentlichen unbee#lußt bleibt, aber das Füllmaterial in einer Zelle bis zu einer Tiefe entfernt wird, die von der Strahlenergie des auf die Zelle fallenden Laserlichtflecks abhängt. Zur Entfernung von Kunststoff-Füllmaterial kann die erforderliche Laserleistung sehr viel kleiner sein als für einen vollständig aus Metall bestehenden Zylinder. Eine Schwierigkeit bei der Herstellung von Tiefdruckflächen auf diese Weise liegt in der Aufrechterhaltung einer genügend genauen Überwachung der Eigenschaften des Füllmaterials und in der Steuerung der Laserleistung derart, daß die Zellensin allen Fällen bis zur gewünschten Tiefe graviert werden; insbesondere ist es erforderlich, die für das Einsetzen des Gravierens erforderliche minimale Leistung zu kennen.Method for controlling the engraving by means of a laser beam and Apparatus for carrying out the method The invention relates to the use a laser beam for engraving gravure areas and others to be engraved Surfaces. In particular, it is suitable for the production of gravure printing surfaces Laser engraving pre-filled cells as described in GB-PS 1,229,243 is. There it is explained that the engraving of a metallic workpiece by means of Laser beams require a high power laser and cause it to hit the workpiece to give an uneven surface because vaporized metal settles around the edges the cells formed in this way precipitate. To overcome these difficulties the surface of a metal workpiece to be engraved is initially over the entire engraving area to form cells that have the required maximum Depth of pressure have been etched, and these cells are then covered with a solid material filled, which is more easily decomposed or evaporated by the laser beam than that Metal of the workpiece in which the cells are formed. The surface will then engraved by means of a laser beam whose energy modulates according to the desired image the intensity and the scanning speed of the beam so chosen is that the metal remains essentially unaffected, but the filler material in a cell is removed to a depth that is dependent on the beam energy of the the cell falling Laser light spot depends. To remove Plastic filling material, the required laser power can be much smaller than for an all-metal cylinder. One difficulty with The production of gravure surfaces in this way lies in the maintenance a sufficiently accurate monitoring of the properties of the filling material and in the Control of the laser power so that the cells in all cases up to the desired Depth to be engraved; in particular, it is necessary for the insertion of the Knowing the minimum power required by engraving.
Bei einem Verfahren zum Gravieren einer Tiefdruckfläche oder einer anderen gravierten Fläche durch einen Laserstrahl, bei dem die Modulation des Gravierens von einem Modulationssteuersignal abhängig ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Laserenergie-PUhler vorgesehen, der die Laserstrahlenergie aufnimmt, die von einem Punkt der Tiefdruckfläche reflektiert wird, auf den der Laserstrahl auftrifft, und ein vom Fühlerausgang abhängiger Kreis stellt zu Beginn des Gravierens der Fläche die Fühlerausgangsanderung fest, die während einer Modulationssteuersignaländerung von einem Wert, der zu einer Strahlintensität auf der Fläche unterhalb der Gravierungsschwere führt, zu einem Wert, der zu einer Strahlintensität auf der Fläche oberhalb der Gravierungsfläche führt, auftritt, wobei der Wert des Steueræignal bei dem das Gravieren während dieser Änderung beginnt, mit einem Bezugswert verglichen wird und die Beziehung zwischen dem Steuersignalwert und der Laserstrahlleistung auf der Fläche so eingestellt ist, daß Jede Abweichung des zu Beginn des Gravierens auftretenden Steuersignalwerts von diesem Bezugswert kompensiert wird.In a method for engraving a gravure surface or a another area engraved by a laser beam in which the modulation of the engraving is dependent on a modulation control signal, according to the present invention a laser energy PUhler is provided, which absorbs the laser beam energy generated by is reflected at a point on the gravure surface on which the laser beam strikes, and a circle depending on the sensor output represents the beginning of the engraving of the area the sensor output change that occurs during a modulation control signal change of a value that corresponds to a beam intensity on the area below the gravity of the engraving leads to a value that leads to a beam intensity on the surface above the Engraving surface leads, occurs, with the value of the control signal at which the engraving during this change begins to be compared with a reference value and the relationship so set between the control signal value and the laser beam power on the surface is that any deviation in the control signal value occurring at the start of engraving is compensated by this reference value.
Es ist üblich, Laser zu verwenden, die im Infrarotbereich arbeiten (z. B. CO2-Laser), um Zylinder zu gravieren.It is common to use lasers that work in the infrared range (e.g. CO2 laser) to engrave cylinders.
Demzufolge können pyroelektrische Fühler benutzt werden, um die reflektierte Laserstrahlung festzustellen. Fühler dieser Art stehen mit sehr großer Ansprechgeschwindigkeit zur Verfügung.As a result, pyroelectric sensors can be used to measure the reflected Determine laser radiation. Sensors of this type are available with a very high response speed to disposal.
Wenn ein Laser benutzt wird, um einen Zylinder aus Kunststoff oder einen Zylinder, der mit Kunststoff gefüllte Zellen aufweist, zu gravieren, wird wegen der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten von Luft und Kunststoff ein bestimmter Prozentsatz der auftreffenden Leistung von der Fläche reflektiert. Es ist nicht erwünscht, die reflektierte Leistung durch das Laser-Linsensystem zurückzuführen, und wenn die Brennweite der letzten Linse es ermöglicht, den Gravierstrahl geringfügig zu versetzen, verläuft der reflektierte Strahl außerhalb der Fokussierungslinse. Ein Fühler in dem Pfad des reflektierten Strahls gibt Informationen bezüglich der Gravierungsschwelle, und zwar aufgrund der Änderung der Dielektrizitätskonstanten am Verdampfungspunkt, und bezüglich der absoluten Größe des Zelloches, nämlich durch den Grad der Abschwächung des Strahls durch den Dampf des Kunststoffes, der während des Aushöhlens entsteht. Daher kann die Gravierungsschwelle festgestellt werden durch Bestimmung der minimalen Strahlleistung, die eine Änderung der Dielektrizitätskonstanten oder eine erhöhte Absorption oder beides erzeugt, wobei diese beiden Änderungen sehr eng miteinander verbunden sind.When a laser is used to make a plastic or cylinder to engrave a cylinder that has cells filled with plastic because of the different dielectric constants of air and plastic certain percentage of the incident power reflected by the surface. It it is not desirable to return the reflected power through the laser lens system, and if the focal length of the last lens allows, the engraving beam slightly to offset, the reflected beam passes outside of the focusing lens. A sensor in the path of the reflected beam gives information on the Engraving threshold, due to the change in the dielectric constant at the evaporation point, and with regard to the absolute size of the cell hole, namely through the degree of attenuation of the jet by the vapor of the plastic, which during of hollowing out. Therefore, the engraving threshold can be determined by determining the minimum beam power that changes the dielectric constant or an increased absorption or both are produced, both of these changes are very closely related.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Weiß-Dunkel-Dichteübergang in einem zu reproduzierenden Bild festgestellt, und die Periode von dem Beginn der Vorderflanke des entsprechenden Dunkelpegelsignals bis zum Beginn des Gravierens wird gemessen, um den Steuersignalwert zu ermitteln, bei dem die Gravierungsschwelle erreicht ist.In an advantageous embodiment of the invention, there is a white-dark density transition found in an image to be reproduced, and the period from the beginning of the Leading edge of the corresponding dark level signal up to the start of the engraving is measured to determine the control signal value at which the engraving threshold is reached.
Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß kein gesonderter Teststreifen des Zylinders graviert werden muß und daß im Verlauf des Gravierens einer einzigen Reproduktion häufige Kontrollen durchgeführt werden können. Wenn häufige Kontrollen während des Gravierens einer einzigen Reproduktion unter Verwendung spezieller Testsignale und Testbereiche außerhalb des Bildbereichs durchgeführt werden sollten, müßten diese Testbereiche in derselben Umfangs spur wie der Bildbereich liegen, was beim Drucken zu Papierabfall führt.The advantage of such an arrangement is that no separate Test strips of the cylinder must be engraved and that in the course of the engraving frequent checks can be carried out on a single reproduction. if using frequent controls while engraving a single replica special test signals and test areas outside the image area should be, these test areas would have to trace to the same extent as the image area which leads to waste paper when printing.
Wenn ein Weiß-Dunkel-tJbergang in dem Bildsignal als Steuersignal verwendet ist, wird vorzugsweise das Steuersignal auf einen bekannten "WeiBer-als-WeißWert in der Periode unmittelbar vor dem Ubergang reduziert, damit sich ein konstanter Ausgangspunkt für das Steuersignal ergibt.When there is a white-dark transition in the image signal as a control signal is used, the control signal is preferably set to a known "whiter-than-white" value Reduced in the period immediately before the transition, thus becoming a constant Starting point for the control signal results.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erl#utert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 in einem Diagramm die Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 1 erlauternde Wellenformen.The invention is described below with reference to a preferred one in the drawings illustrated embodiment explained in more detail. 1 shows a block diagram a circuit for carrying out the method according to the invention and FIG. 2 in 1 is a diagram showing waveforms illustrating the operation of the circuit of FIG.
In Fig. 1 wird ein Eingangssignal durch Abtasten eines zu reproduzierenden Bildes gewonnen, das um einen Eingangszylinder eines üblichen Abtasters 10 herumgelegt ist. Die vom Abtaster 10 erhaltenen Signale werden einem Abtast-Signal-Verarbeitungs kreis 12 zugeführt, in dem die üblichen Korrekturen durchgeihrt werden.In Fig. 1, an input signal is obtained by sampling a to be reproduced Image obtained that wrapped around an input cylinder of a conventional scanner 10 is. The signals obtained from the scanner 10 are subjected to a scan signal processing circuit 12, in which the usual corrections are carried out.
Der Ausgang des Abtastsignal-Verarbeitungskreises 12 wird einem Weiß/Nichtweiß-Detektorkreis 14 zugeführt. Das Vorhandensein eines Weiß-Signals am Ausgang des Verarbeitungskreises wird durch den Detektorkreis 14 festgestellt und führt zum Auftreten eines Signals in einer Ausgangsleitung 16. Nichtweiß-Signale gehen durch den Detektorkreis 14 hindurch und werden der "Grau"-Ausgangsleitung 18 zugeführt.The output of the scanning signal processing circuit 12 becomes a white / non-white detection circuit 14 supplied. The presence of a white signal at the output of the processing circuit is detected by the detector circuit 14 and leads to the appearance of a signal on an output line 16. Non-white signals pass through the detector circuit 14 through and are fed to the "gray" output line 18.
Des weiteren erzeugt der Detektorkreis 14 einen "logischen" Ausgang für Weiß in der Ausgangsleitung 20, d. h. er erzeugt für Weiß ein Signal oder ein 1-Signal. Der Detektorkreis 14 umfaßt auch einen auf einen Grau-Signal eingang ansprechenden Kreis, der auf den Hochfrequenzanteil des Eingangssignals anspricht und einen "logischen" Ausgang (d. h. ein 1-Signal oder ein 0Signal) in Abhängigkeit von einem genügend steilen Weiß-Grau-übergang im Eingangssignal erzeugt.The detector circuit 14 also generates a "logic" output for white on output line 20, i.e. H. it generates a signal or a for white 1 signal. The detector circuit 14 also includes an input responsive to a gray signal Circuit that responds to the high frequency component of the input signal and a "logical" Output (i.e. a 1-signal or a 0-signal) depending on a sufficient creates a steep white-gray transition in the input signal.
Während des Abtastens eines Bereichs, der nicht nur Nichtweiß-Signale enthält, gehen die "Graut'-Signale in der Leitung 18 durch eine "Grau- oder-Weiß"-Signalwahlvorrichtung 24 und einen Modulatorverstärker 25 und steuern einen Modulator 26 in dem Pfad des Strahles eines CO2-Lasers 28, wodurch der auf den zu gravierenden Zylinder 30 auftreffende Laserstrahl moduliert wird. Die Wahlvorrichtung 24 ist ähnlich einem ODER-Glied, aber überträgt beim Fehlen eines Weiß-Signals analoge Grau-Signale zum Verstärker 25.While scanning an area that is not only non-white signals the "gray" signals on line 18 pass through a "gray or white" signal selector 24 and a modulator amplifier 25 and control a modulator 26 in the path of the Beam of a CO2 laser 28, whereby the incident on the cylinder 30 to be engraved Laser beam is modulated. The selection device 24 is similar to an OR gate, but transmits analogue gray signals to the amplifier in the absence of a white signal 25th
Wenn ein Weiß-Signal festgestellt wird, addiert ein Versetzungskreis 32 ein Zusatzsignal, so daß am Ausgang des Versetzungskreises 32 ein resultierendes Signal auftritt, das einen Wert 'tWeißer-als-Weiß" hat. Dieses resultierende Signal wird an die Signalwahlvorrichtung 24 und weiter an den Modulator 26 gelegt.If a white signal is detected, an offset circle adds 32 an additional signal, so that at the output of the offset circuit 32 a resulting Signal occurs which has a value 'tWhite-Than-White'. This resulting signal is applied to the signal selection device 24 and further to the modulator 26.
In Fig. 2A ist ein Eingangssignal dargestellt, das zunächst einen Grau darstellenden Wert hat und später einen Weißpegel-Wert erreicht. Nachdem es -den Weißpegel-Wert für eine kurze Zeit beibehalten hat, ergibt sich ein steiler Anstieg zu einem Schwarzpegel-Wert. Wenn der Weißpegel-Wert festgestellt wird, wird das logische Weiß-Signal auf der Leitung 20 einem Zeitgeber 34 zugeführt, und stellt diesen auf 0 (Fig. 2D).In Fig. 2A, an input signal is shown that initially a Has a value representing gray and later reaches a white level value. After it -has kept the white level value for a short time, the result is a steeper one Rise to a black level value. When the white level value is determined, the logical white signal on line 20 is supplied to a timer 34, and sets this to 0 (Fig. 2D).
Wie Fig. 2B zeigt, die den Ausgang der Signalwahlvorrichtung 24 (also den Eingang zum Modulator) darstellt, wird das Weißpegel-Signal vom Detektorkreis 14 während der Dauer des Weißpegel-Werts zu einem Weißer-als-Weiß-Pegel versetzt.As Fig. 2B shows, the output of the signal selection device 24 (ie represents the input to the modulator), the white level signal from the detector circuit is 14 shifted to a whiter-than-white level for the duration of the white level value.
Der versetzte Weiß- (oder Weißer-als-Weiß-)Wert schaltet den Modulator 26 ab.The offset white (or whiter-than-white) value switches the modulator 26 from.
Sobald der steile Anstieg des Eingangssignales auf seinen Schwariegel-Wert festgestellt wird, wird ein logisches Grau-Signal auf der Leitung 22 dem Zeitgeber 34 zugeführt, um ihn zu starten. Die Steilheit des Anstiegs des Ausgangssignals der Wahlvofichtung 24 wird durch vorbestimmte Zeitkonstanten des Verstärkerkreises 25 modifiziert, so daß der Ausgang des Modulators eine Vorderkante mit begrenzter Anstiegsgeschwlndigkeit hat, wie es in Fig. 2C gezeigt wird, in der jedoch die Neigung übertrieben dargestellt ist. Der Anstieg der Vorderkante bleibt gleich für jede Amplitude eines Grau-Signals, das einem Weiß-Signal folgt.As soon as the steep rise of the input signal to its Schwariegel value is detected, a logical gray signal on line 22 is the timer 34 fed to start it. The steepness of the rise in the output signal the Wahlvofichtung 24 is determined by predetermined time constants of the amplifier circuit 25 modified so that the output of the modulator has a leading edge with limited Rate of rise, as shown in Fig. 2C, but in which the slope is exaggerated. The rise in the leading edge remains the same for each Amplitude of a gray signal that follows a white signal.
Wie Fig. 2C, die den Nodulatorausgang darstellt, zeigt, wird der Modulator wirksam durch die versetzten Weißsignal-Werte an seinem Eingang abgeschaltet. An einem gewissen Punkt, wenn das Moduiatoreingangssignal ansteigt und wenn der Modulator eingeschaltet ist, beginnt das Gravieren des Zylinders 30. Dieses Gravieren wird durch einen Detektor 36 für die Amplitude einer reflektierten Welle fesgestellt, der reflektierte Laserenergie von dem Zylinder 30 empfängt.As shown in Figure 2C, which illustrates the nodulator output, the modulator becomes effectively switched off by the offset white signal values at its input. At some point when the modulator input rises and when the modulator is switched on, the engraving of cylinder 30. This engraving is detected by a detector 36 for the amplitude of a reflected wave, receives reflected laser energy from cylinder 30.
Ein Pegeldetektor 38 wird ausgelöst, wenn sein Eingang einen vorbestimmten Pegel erreicht, der derjenigen Änderung der reflektierten Energie entspricht, welche anzeigt, daß das Gravieren begonnen hat. Der vorbestimmte Pegel sollte so niedrig wie möglich liegen. Nach der Auslösung legt der Pegeldetektor 38 ein Halte signal an den Zeitgeber 34. Der Auslösepegel und das resultierende Haltesignal sind in den Fig. 2C und 2D der Zeichnung dargestellt.A level detector 38 is triggered when its input has a predetermined Reached level that corresponds to that change in reflected energy, which indicates that engraving has started. The predetermined level should be as low lie as possible. After triggering, the level detector 38 sets a hold signal to the timer 34. The trigger level and the resulting hold signal are in Figures 2C and 2D of the drawing.
Die vom Zeitgeber erzielte Zeit oder Zählung wird in einem Rechenabweichungs-Kreis 40 mit einem Bezugswert verglichen, wobei jede Differenz ein Fehlersignal hervorruft, das vom Kreis 40 an den Abtastsignal-Verarbeitungskreis 12 abgegeben wird. Dieses Fehlersignal ändert dann die Beziehung zwischen dem Steuersignalwert und der Laserstrahlleistunger Fläche in einer solchen Richtung, daß das Gravieren danach an einem Punkt der ansteigenden Wellenform beginnt, der dem Wert des Bezugssignals entspricht In Fig. 1 ist außerdem ein Absorptionsamplituden-Rechner 42 veranschaulicht, der das Signal von dem Detektor 36 für die Amplitude der reflektierten Welle empfängt. Der Computer 42 vergleicht den Wert des Signals vom Detektor 36 mit dem Signal vom Abtaster 10 und gibt ein direktes Rückführungssignal, das den Tiefenfehler bei der ausgehöhlten Zelle darstellt, ab, um den Verarbeitungskreis 12 bei anderen Werten des Eingangssignals als dem Schwellenwert zu steuern.The time or count achieved by the timer is shown in a computational discrepancy circle 40 compared to a reference value, each difference causing an error signal, which is output from the circuit 40 to the sampling signal processing circuit 12. This Error signal then changes the relationship between the control signal value and the laser beam power Area in such a direction that the engraving afterwards at a point of increasing Waveform begins which corresponds to the value of the reference signal In Fig. 1 is also an absorption amplitude calculator 42 illustrates the signal from the detector 36 for the amplitude of the reflected wave receives. The computer 42 compares the value of the signal from detector 36 with the signal from scanner 10 and inputs direct feedback signal representing the depth error in the hollowed cell, from to the processing circuit 12 at other values of the input signal than the Control threshold.
Falls gewünscht, können die übertragenen und die reflektierten Strahlen durch einen Monitor überwacht werden.If desired, the transmitted and reflected rays can monitored by a monitor.
Obwohl die veranschaulichte Vorrichtung lediglich ein einziges Signal von dem Eingangsabtaster 10 empfängt, ist es klar, daß die Erfindung auch auf Farbabtaster anwendbar ist, bei denen drei Farbkomponenten darstellende Signale durch den Abtaster erzeugt werden und jedes der Signale benutzt wird, um einander in dem Verarbeitungskreis 12 zu modifizieren.Although the illustrated device only emits a single signal from the input scanner 10, it will be understood that the invention applies to color scanners as well is applicable where signals representing three color components are passed through the scanner are generated and each of the signals is used to track each other in the processing circuit 12 to modify.
Es wurde erwähnt, daß zum Gravieren des Ausgangszylinders ein Kohlendioxid-Laser verwendet werden kann. Es kommen aber auch andere Laserformen in Betracht, beispielsweise Neodym-YAG-Laser.It was mentioned that a carbon dioxide laser was used to engrave the output cylinder can be used. However, other forms of laser can also be used, for example Neodymium YAG laser.
Claims (12)
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