DE2932421A1

DE2932421A1 - Verfahren und vorrichtung zum perforieren von flaechenhaftem material durch laser

Info

Publication number: DE2932421A1
Application number: DE19792932421
Authority: DE
Inventors: Ulysses A Brooks; Warren E Claflin; Jun A Clifton Lilly; Peter Martin; Edward B Stultz
Original assignee: Philip Morris USA Inc
Current assignee: Philip Morris Products Inc
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1979-08-09
Publication date: 1980-02-14
Also published as: FR2432913B1; FI792368A; NL7905905A; DE2932421C2; FR2432913A1; IT7949899A0; FI68547B; CH644053A5; GB2027628A; GB2027628B; IT1118111B; FI68547C

Description

DR.-ING. WALTER ΑΒΓΓΖ DR. DIETER F. MORF * * DIFL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER Patentanwälte

München,

August 1979

Postanschrift / Postal Address Postfach 8SO1O9, 8OOO München 8β Plenzenauerstrafle 28 9 9 3 2 Ä 2 1

Telefon 08 38 22

Telegramme: Chemlndus München

Telex:(O)623B82

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PHILIP MORRIS INCORPORATED

100 Park Avenue, New York, N.Y., V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von flächenhaftem Material durch Laser

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Die Erfindung betrifft allgemein das Perforieren von Material durch die Verwendung von Lichtenergie und ist insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen gerichtet, die räumlich genaue Matrizen von Perforationen in flS-chenhaftem Material ergeben.

Beim Perforieren von flächenhaftem Material wird häufig eine zweidimensionale Lochmatrize mit streng eingehaltenen Grenzen hinsichtlich der Gleichmässigkeit des Perforationsabstandes zwischen Reihen und Kolonnen der Matrize gewünscht. Ein Beispiel von besonderem Interesse ist das Perforieren von Zigarettenfilter-Mundstückpapier/ bei welchem die Lochmatrizengleichmässigkeit die Konsistenz der Zigarettenverdünnungseigenschaften ermöglicht. Bei verschiedenen bekannten mechanischen Durchschlagverfahren und Verfahren zum Perforieren durch elektrische Lichtbögen läßt sich der Reihenabstand dadurch genau machen, daß eine gesonderte Perforiervorrichtung für jede Reihe vorgesehen wird. Die Gleichmässigkeit im Abstand der in jeder Reihe vorgenommenen Perforationen und damit der genaue Kolonnenabstand läßt sich dadurch erreichen, daß die Arbeitsweise jeder Perforiervorrichtung synchronisiert wird. Da die Perforiervorrichtungen, z.B. Stifte oder Elektrodenpaare, körperlich in ihrer Größe begrenzt sind, lassen sich solche Verfahren leicht zum Erzielen sehr enger Abstände benachbarter Reihen der Matrizen anwenden.

Es sind ferner Perforierverfahren bekannt, bei denen Laser verwendet werden, welche pulsierende oder kontinuierliche Lichtenergie zur Reihen- und Kolonnenperforation verwenden. Bei diesen Verfahren wurde jedoch aus wirtschaft* liehen und Gründen der Größe die Verwendung eines einzigen

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Lasers bevorzugt, der sowohl zur Reihen- als auch zur Kolonnenperforation dient. Bei den bekannten Verfahren mit Anwendung eines einzigen Lasers zum Erzielen eines gleichmässigen Abstandes mußte der Laserstrahl in mehrere Strahlen, einen für jede Reihe, aufgeteilt werden, und das Fokussieren von Licht auf ein flächenhaftes Material durch die Verwendung einer gesonderten Linse für jede Reihe vorgenommen werden. Die Festlegung der Perforationen durch genaue Grenzen innerhalb jeder Reihe wurde durch die Verwendung eines beweglichen Reflektorelements in jedem der Vielzahl von Strahlenbahnen versucht. Die Einrichtung zum Erzielen von Präzisionsbewegungen sind kompliziert, da Schwingungen und gelenkige Bewegungen solcher Reflektorelemente in ihre und aus ihrer Bezugsebene vermieden werden sollen, um die Löcher in Reihen gleichmässlg anzuordnen, so daß der gegenwärtige Stand der Technik den Forderungen nicht voll Rechnung trägt.

Die vorgenannten Verfahren und die sie erläuternden Hinweise sowie weitere Verfahren werden in den folgenden Ausführungen gemäß 37 CFR 1.99 und 1.98 erläutert.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Perforieren von flächenhaftem Material durch die Verwendung von Lichtenergie zu entwickeln.

Desgleichen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine schnelle Perforation von Zigaretten-Filtermundstückpapier durch Laser zu ermöglichen.

Um diese und weitere Ziele zu erreichen, ist bei den erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß ein kontinuierlicher Strahl Lichtenergie fokussiert wird und die Reflexion des fokussierten Strahls an Stellen geschieht,

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die sich voneinander längs der Strahlachse in Abstand befinden, um pulsierende Lichtstrahlen zu erzeugen. Die Strahlen werden zu dem zu perforierenden Material mit gleicher Querschnittsfläche geleitet» wodurch die Lochgröße gleichmässig gemacht wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform verwendet die erfindungsgemäBe Vorrichtung gewöhnlich drehbare reflektierende Scheiben zur Erzeugung der pulsierenden Lichtstrahlen und benutzt veränderlich einstellbare Lichtleiteinrichtungen, durch welche verschiedene Perforationsmatrizen leicht erhältlich gemacht werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielsweiser Ausfuhrungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen, näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, in welchem eine bevorzugte AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht der Reflektor scheiben nach Fig. 1, welche für die Zwecke der Erläuterung nebeneinander dargestellt sind?

Fig. 3 und 4 optische Diagramme zur Vorrichtung nach Fig. Ij

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung»

welche gegenüber der in Fig. 1 erweitert ist und zusätzliche Reflektorscheiben aufweist?

Fig. 6 die jeweilige Gestaltung der Reflektorscheiben der erweiterten Anordnung?

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Fig. 7 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung für die veränderlichen Perforationsmatrizen, die mit der erweiterten Anordnung nach Fig. 5 erzielbar sind.

Wie Fig. 1 zeigt, wird eine Bahn 10 aus flächenhaftem Material von einer Auf nähme trommel 12 gesammelt, die nachfolgend einer waagrechten Förderbahn von einernicht gezeigten Abgabetrommel her folgt. Die Aufnahmetrommel 12 wird von einer Antriebseinheit 14 mit einer Geschwindigkeit zur Drehung angetrieben, welche durch ein Steuersignal auf einer Leitung 16 bestimmt wird, die von einem Potentiometer 18 gespeist wird.

Ein Potentiometer 20 liefert ein weiteres Signal an eine Leitung 22 zur Steuerung der Antriebseinheit 24 einer Lichtreflektoranordnung 26, die eine Welle 28 aufweist, welche durch die Antriebseinheit 24 zur Drehung angetrieben wird, ferner lichtreflektierende Scheiben 30 und 32 und ein Abstandsstück 34, das auf die Welle 28 mit den Scheiben zur Drehung mit diesen aufgekeilt ist.

Ein Laser 36 erzeugt einen kontinuierlichen Ausgangsstrahl 38, der durch eine Linse 40 zu einer Stelle an den Scheiben 30 und 32 fokussiert wird. Die durch die Scheiben reflektierten Lichtstrahlen werden durch Einrichtungen 42 und 44 geleitet, die je ein Ausgangsfokussierelement 46 bzw. 48 aufweisen und durch einen festen Rahmen 50 zur unabhängigen Drehung um die Achsen 52a und 54a der pulsierenden Strahlen getragen werden.

Fig. 2 zeigt nebeneinander angeordnet und in schaubildlicher Darstellung die Scheibe 30 und die Scheibe 32, wobei die letztere rechts von der Scheibe 30 in Fig. 1 gesehen dargestellt ist. Die Scheiben sind auf die Welle 28 an einer

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Stelle aufgekeilt, an welcher sich die Linien 56 und 58 in einer gemeinsamen Ebene mit der Wellenachse 60 befinden. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei welcher zwei Scheiben verwendet werden und abwechselnd dem Strahl 38 (Fig. 1) konfrontiert werden sollen, weisen die Scheiben lichtdurchlässige, in gleichmässigen Abständen vorgesehene Umfangsteile 62 und 64 auf, die zueinander versetzt sind und zwischen sich reflektierende Facetten 66 und 68 begrenzen. Gewöhnlich werden 45 solcher Facetten verwendet, wobei sich jede Facette über vier Bogengrade (Winkel 70 und 76) erstreckt und sich jeder lichtdurchlässige Teil über vier Bogengrade (Winkel 74 und 72) erstreckt. Wenn sich der durchlässige Teil 62a mit seiner Vorderkante in Ausfluchtung mit der Linie 56 befindet, und der durchlässige Teil 64a in Abstand von der Linie 58 um den Facettenwinkel 76, sind die Scheiben zur abwechselnden Reflexion des Laserstrahls richtig ausgerichtet, welcher Strahl durch den durchlässigen Teil 62a hindurchtritt, um durch die im Uhrzeigersinn des durchlässigen Teils 64a reflektiert zu werden. Die lichtdurchlässigen Teile sind gewöhnlich öffnungen in den Scheiben von einer für den freien Durchtritt des Laserstrahls ausreichenden Größe. Das Abstandsstück 34 wird mit einer solchen Erstreckung längs der Achse 60 gewählt, daß sich die Scheiben 30 und 32 an den gewünschten Ursprungsstellen der von den Scheibenfacetten reflektierten modifizierten Strahlen befinden. Obwohl die Scheibe 32 ohne lichtdurchlässige Teile hergestellt werden kann, da sie vom Laser aus die letzte Scheibe ist, wird durch die beschriebene Anordnung eine unerwünschte Reflexion des Laserausgangsstrahls durch die Scheibe 32 während der Konfrontation der Facetten der Scheibe 30 mit dem Laserstrahl gemildert, d.h. der Laserausgangsstrahl-Übertritt über die Scheibe 28 hinaus tritt lediglich durch die öffnungen 32 der Scheibe hindurch.

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Wie sich aus Fig. 3 ergibt, führt jede Konfrontation einer Facette der Scheibe 30 mit dem Strahl 38 zur Fortpflanzung einer modifizierten Version des Laserausgangsstrahls, welcher modifizierte Strahl bei 52 gezeigt ist und eine Hittelachse 52a hat, d.h. eine Symmetrieachse, die parallel zur optischen Achse 42a der Einrichtung 42 durch die Ausrichtung der Scheibe 30 gemacht ist. Der Strahl 52 hat Aussenstrahlen 52b und 52c, welche von der Strahlmittelachse 52a entgegengesetzt divergieren. Das virtuelle Objekt oder der Ausgangspunkt des Strahls 52 ist bei 52d gezeigt.

Bei jeder Konfrontation einer Facette der Scheibe 32 mit dem Strahl 38 wird ein weiterer modifizierter Strahl 54 erzeugt, der eine Hittelachse 54a (Strahlsymmetrieachse) aufweist, die zur optischen Achse 44a des Rohres 44 parallel gemacht ist. Der Strahl 54 hat divergierende Aussenstrahlen 54b und 54c und einen Punkt 54d für das virtuelle Objekt oder den Ursprung. Der Abstand d,_o kennzeichnet sowohl den Abstand zwischen der Scheibe 30 und dem Strahlursprung 38 längs der Achse 38a und den Abstand zwischen der Scheibe 30 und der ursprünglichen Lage 52d längs der Achse 52a. In gleicher Weise kennzeichnet der Abstand d₃₂ sowohl den Abstand zwischen der Scheibe 32 und dem Strahlursprung 38_Q längs der Achse 38a und den Abstand zwischen der Scheibe 32 und der ursprünglichen Lage 54d längs der Achse 54a. Der Abstand der Scheibe 30 von der Scheibe 32 längs der Achse 38a ist mit d_ bezeichnet.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, weist die Einrichtung 42 ebene Reflektorelemente 42b und 42c auf. Das Element 42c befindet sich in Ausfluchtung mit dem Austrittsfokussierelement 46, das eine Eintrittsebene 46a aufweist. Die Einrichtung 44 besitzt ebene Reflektorelemente 44b und

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44c, welch letzteres sich in Ausfluchtung mit dem Austrittsfokussiereleroent 48 befindet, dessen Eintrittsebene ebenfalls die Ebene 46a ist.

Wenn die Fokussierelemente 46 und 48 in direkte Auefluchtung mit den Scheiben 30 und 32 gebracht und die Reflektorelemente 42b, 42c, 44b und 44c weggelassen werden würden, ergäbe sich ein Abstand D zu jedem der Lichtwege, die sich von der Scheibe zum Austrittsfokusslerelement erstrecken. Der Lichtweg vom Laserstrahlursprung 38_Q für den von der Scheibe 3O reflektierten Strahl würde dann d_3o + D betragen und für den von der Scheibe 32 reflektierten Strahl d,_ + D + D. unter Berücksichtigung der Re-

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duktionsfaktoren, d.h. des Verhältnisses von Bildgröße zu Objektgröße, ergibt die vorliegende Anordnung verschiedene Reduktionsfaktoren, die auf solchen Lichtwegen von verschiedener Länge beruhen. Das Erreichen gleicher Perforationslochgröße für jeden Strahl ist offensichtlich bei einer solchen Anordnung nicht erreichbar, bei welcher eine Kompensation für die Lichtwege von verschiedener Länge nicht hereingebracht wird, beispielsweise durch verschiedene Fokussierungseigenschaften der Austrittsfokusslerelemente 46 und 48. Obwohl eine solche Anordnung und Kompensation innerhalb des Bereiches der Erfindung liegen, ist die Verwendung einer Einrichtung 42 und 44, die nachfolgend näher erläutert wird, zu bevorzugen, da sie das Erzielen von Reduktionsfaktoren von gleicher Größe für jeden scheibenreflektierten Strahl und einer Gleichheit in der Perforationslochgröße erleichtert, ohne daß eine stark unterschiedliche Optik in den Austrittsfokussierelementen oder anderswo erforderlich sind.

Zwischen der Scheibe 3O und dem Element 42b ist längs der Achse 52a ein Abstand d gewählt. Ein Abstand d. ist gewählt längs einer Achse, die zur Strahlachse 38a zwischen

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den Elementen 42b und 42c parallel ist. Ein Abstand d_c ist längs einer Achse gewählt, die zur Achse 52a zwischen dem Element 42c und der Eintrittsebene 46a des Austrittsfokussierelements 46 parallel ist. Da die Divergenz des Strahls 52 über den ganzen Durchlauf durch die Einrichtung 42 konstant und durch die Divergenz des Strahls 38 bestimmt wird, kann man einfach Strecken längs der Achse 38a abtragen, die der Lage der Reflektorelemente 42b und 42c entsprechen, um die Divergenz des Strahls 52 im Laufe seines Durchtritts durch die Einrichtung 42 zu bestimmen. Das Element 42c ist beispielsweise von der Ursprungsstelle 52d durch die Summe der Abstände d,_o, d_ und d. entfernt. Die Linie 42c',

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die quer über den Strahl 38 gezogen ist, kennzeichnet bei einem solchen zusammengesetzten Abstand die Divergenz, die bei dem Element 42c auftritt. Die Divergenz an der Ebene 46a wird dadurch erhalten, daß längs der Achse 38a der zusammengesetzte Abstand d_3Q, d_a, d_fa und d abgetragen wird, welche Divergenz durch die Linie 46a¹ längs der Achse 38a angegeben ist. Das virtuelle Objekt 52d ist von dem Element 42c durch die Summe der Abstände ^₃₀, d_a und d. entfernt.

Die Abstände d ·# d. ' und d ' der Einrichtung 44 entsprechen in ihrer Art den Abständen d , d. und d . Die Divergenz am Reflektorelement 44b ist durch die Linie 44b* längs der Achse 38a angegeben, d.h. in einem Abstand vom Ursprung 38. der gleich der Summe von d₃₂ und d . ist.

Bei dem virtuellen Objekt 54d mit identischem Abstand von der Fokussiereintrittsebene 46a als virtuelles Objekt 52d wird eine gleiche Querschnittsfläche für jeden Strahl an der Ebene 46a erhalten. Mit anderen Worten, es werden gleiche Reduktionsfaktoren auf Licht wirksam, das vom Ursprung 38_Q zur Förderebene des flächenhaften Materials

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geleitet wird, unabhängig davon, ob dieses Licht durch die Scheibe 30 oder die Scheibe 32 reflektiert wird. Für diesen Zweck wird die zusammengesetzte Weglänge für die durch die Scheibe 32 reflektierten Strahlen, d.h. die Summe von d_3Q, d_s, d_a', d^¹ und d_c* gleich der vorangehend angegebenen zusammengesetzten Weglänge für die von der Scheibe 30 reflektierten Strahlen, nämlich die Summe von Cl₃₀, d , djj und d , gemacht.

Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, wird durch die Erfindung ein gemeinsamer Querschnitt an der Förderebene des zu perforierenden Materials für Strahlen erhalten, die wechselweise an verschiedenen Stellen längs des Weges eines fokussierten Lichtstrahls durch Angleichung ihrer Reduktionsfaktoren erzeugt werden.

Als weiteres Beispiel sei angenommen, daß das Austrittsfokussierelement 48 sich in überdeckung mit der Scheibe 32 befindet (Elemente 44b und 44c weggelassen). Die direkte Rückstrahlungsweglänge ist nun D für den durch die Scheibe 32 zum Austrittsfokussierelement 48 reflektierten Strahl. Die zusammengesetzte Weglänge für das einen solchen Strahl ergebende Licht ist d_3Q + d + D. Um nun einer solchen Länge die zusammengesetzte Weglänge für das Licht anzupassen, das sich aus dem von der Scheibe 30 reflektierten Strahl ergibt, bewirkt man, daß die letztere Länge den direkten Rückstrahlungsweg von der Scheibe 30 zum Austrittsfokussierelement 46 überschreitet. Für gleiche Lichtweglängen bringt man einfach die Reflektoren 42b und 42c in einen Abstand d voneinander, so daß die zusammen-

gesetzte Weglänge für Licht, das von dem von der Scheibe 30 reflektierten Strahl erhalten wird, ebenfalls d_3Q + d +D

Wenn Lichtstrahlwege von verschiedener Länge vom Fokussier-

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punkt des !Laserstrahls zu den Austrittsfokussierelementen (oder Förderebene) bestehen, wird eine Kompensation durch eine verschiedene Fokussieroptik vorgenommen. Die Weglängen sind jedoch vorzugsweise mit entsprechenden Längen gekoppelt, um Verschiedenheiten in der Fokussieroptik auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

In Fig. 5 sind vier Reflektorscheiben 30', 32', 78 und 80 längs der Welle 28 durch Abstandsstücke 34, 82 und 84 voneinander angeordnet. Zusätzliche Lichtleiteinrichtungen 86 und 88 haben Austrittsfokussierelemente 90 und 92. Modifizierte Strahlen 94 und 96 werden durch die Facetten von Scheiben 78 und 80 weitergeleitet. Der Strahl 82 divergiert um eine mittige Symmetrieachse, die mit der optischen Achse 86a der Einrichtung 86 zusammenfällt. Der Strahl 88 divergiert um eine mittige Symmetrieachse, die mit der optischen Achse 88a der Einrichtung 88 zusammenfällt. Jede der Lichtleiteinrichtungen 42, 44, 86 und 88 hat die Form eines Rohres. Das Rohr 88 ist typisch für alle Rohre und umfaßt vertikale Leitungen 88b und 88c, eine waagrechte Leitung 88d und Reflektor elemente 88e und 88f. Die waagrechte Leitung hat geschraubte Endverbindungen mit Reflektorblöcken 88e-1 und 88e-2, wodurch eine Feineinstellung der Gesamtrohrlänge erhalten wird und die Veränderung der Länge des Lichtweges von seiner bestimmten Länge ermöglicht wird, so daß gleiche Querschnittsflächen der Strahlen bei ihrem Austritt aus den Rohren erhalten werden können. Ebene Reflektorblöcke 88e-3 und 88e-4 sind an den Reflektorblöcken lösbar befestigt. Das Austrittsfokussierelement 92 ist mit seinem Linsenhalter 92a in einem Gehäuse 92b befestigt, welches mit der vertikalen Leitung 88c verschraubt ist, wodurch die Einstellung der Linsenstellung mit bezug auf die Bahn 10 ermöglicht wird. Die Rohre 40, 42, 86 und 88 werden gemeinsam durch ein Gehäuse 98 getragen, wobei die waagrechten und unteren vertikalen Lei-

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tungen um die obere vertikale Leitung drehbar sind. Die Bohre sind so gewählt, daß sie einen Innendurchmesser haben, der größer als der maximale Querschnitt der durch sie geförderten Strahlen ist, d.h., durch die Rohrwände werden die Strahlen nicht aufgefangen oder reflektiert. Die Rohre dienen daher als Gehäuse, in welchem die Reflektor elemente so getragen werden/ daß aufeinanderfolgende Elemente, beispielsweise 42b und 42c (Fig. 4) in einem zueinander festen räumlichen Verhältnis gehalten werden, und sich beide gemeinsam um die Mittelachse des Strahle drehen können, der auf das erste solche Element einfällt· Als praktische Sicherheitsmaßnahme dienen die Rohre ferner zur Beinhaltung der Strahlen und um Betriebsstörungen auf einem Mindestmaß zu halten.

Fig. 6 zeigt die Gestaltungen der Scheiben 3O¹, 32', 78 und 80. Wenn alle Scheiben nach in einer gemeinsamen Ebene liegenden Verkeilungslinien 100, 102, 104 mad 106 verkeilt sind und 45 Facetten je Scheibe wie nach der Vorrichtung gemäß Fig. 1-3 angenommen ist, erstrecken sich die Facetten aller Scheiben je über zwei Bogengrade und die öffnungen derselben erstrecken sich über sechs Bogengrade. Die Facette 108 der Scheibe 32* fällt mit ihrer Vorderkante im Uhrzeigersinn mit der Verkeilungslinie 1O2 zusammen. Die Facetten 110, 112 und 114 der Scheibe 30', 78 und 80 befinden sich mit ihren Vorderkanten im Uhrzeigersinn in Abstand von den Verkeilungslinien 100, 104 bzw. 106 um zwei, sechs und vier Winkelgrade 116, 118 und 120. Bei dieser Gestaltung ergibt sich, daß eine Uhrzeigersinndrehung der Welle 28 eine aufeinanderfolgende Fortpflanzung modifizierter Strahlen 54, 52, 96 und 94 (Fig. 5) zur Folge hat. Eine solche Zündfolge ist lediglich zur Erläuterung gewählt und es kann jede Zündfolge dadurch verwendet werden, daß die Oberdeckung von Facetten und durchlässigen Teilen der Scheiben modifiziert wird. Wie für die vorangehend

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beschriebene Zweischeibenausführungsform angegeben, kann die letztfolgende Scheibe ohne lichtdurchlässige Teile angeordnet werden, jedoch sind dieselben bevorzugt, um Streu- bzw. unerwünschte Lichtenergiereflexionen yon dieser letzten Scheibe zu mildern. Der Laserstrahl wird zu seinem Divergenzursprung 36_Q (Fig. 4) fokussiert, so daß der Strahlquerschnitt die öffnungen der vorletzten Scheibe (Scheibe 78) freigibt, wodurch sichergestellt wird, daß der volle Strahl auf jede Scheibe einfallen kann.

In Fig. 7 bestimmen die kreisförmigen Bahnen 122, 124, und 128 die möglichen Lagen der Austrittsfokussierelemente der Rohre 42, 44, 86 und 88. Wie angegeben, stören die Bahnen einander in ihrer Erstreckung nach links, während sie einander im übrigen Bereich rechts nicht stören. Bei einer beispielsweisen Perforationsmatrizeneinstellung sind die Rohre eingestellt, wie angegeben, so daß das Rohr 42 die Perforationsreihe 130 bildet, das Rohr 44 die Reihe 132, das Rohr 86 die Reihe 134 und das Rohr 88 die Reihe 136. Der Abstand S- zwischen den Reihen 130 und 134 wird durch die relative Einstellung der Rohre 42 und 86 zueinander erhalten. Der Abstand S₂ zwischen den Reihen 132 und 136 wird durch die Einstellung der Rohre 44 und 88 mit bezug aufeinander erreicht. Die Einstellungen der Rohre 42 und 44 ergeben ferner Abstände S-, und S₄ der Reihen und 132 von der Hittellinie der Bahn 10. Die dargestellte Perforationsanordnung ist beispielsweise bei der Zigarettenherstellung zum Perforieren des Filtermundstückpapiers anwendbar. Gewöhnlich werden entgegengesetzte Tabakstrangabschnitte und ein dazwischen befindliches Doppelfilterglied endweise aneinander gebracht und perforiertes Filtermundstückpapier (Bahn 10) wird aufgebracht um die Tabakstrangabschnitte und das dazwischen befindliche Doppelfilterglied miteinander zu verbinden. Nachfolgend wird ein

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Schnitt symmetrisch zum Ganzen» d.h. längs der Mittellinie der Papierbahn IO ausgeführt. Auf diese Welse werden zwei gesonderte Zigaretten hergestellt, von denen jede konzentrische In Abstand befindliche Reihen von Perforationen mit gleichem Abstand vom Filterende aufweist.

Eine Perforationsmusteränderung kann in einfacher Heise dadurch geschehen, daß die teilnehmenden Rohre neu eingestellt werden. Die Perforationsdichte in solchen Reihen ist durch die Einstellungen der Drehgeschwindigkeit der jeweiligen Reflektorscheibenanordnung und die Fördergeschwindigkeit der Bahn regelbar. Die Lochgröße wird unter den Reihen durch das vorangehend beschriebene Verfahren völlig gleichmässig gemacht, durch welches Weglängen bestimmt werden und/oder bei welchem eine kompensierende Fokussieroptik verwendet wird. Die Lichtwegbestimmung und Einschließung kann auch durch Vorrichtungen anderer Art als die dargestellte Rohranordnung vorgenommen werden. Im Vorangehenden ist erfindungsgemäß die Stapelung von mehreren Linsen in den Ausgangsfokussierelementen zur Größenverminderung der Löcher vorgesehen. Diese und andere Veränderungen können innerhalb des Rahmens der Erfindung vorgenommen werden.

Ende der Beschreibung.

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Claims

Ansprüche ;

Verfahren zum Perforieren von flächenhaftem Material durch Lichtenergie, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein fokussierter Strahl an Lichtenergie projiziert wird;

(b) eine Förderebene für das flächenhafte Material gebildet wird;

(c) der fokussierte Strahl von einer ersten und einer zweiten Stelle in Abstand aufeinanderfolgend längs der Achse des fokussierten Strahls vom Fokussierpunkt desselben reflektiert wird, wodurch ein erster und ein zweiter pulsierender Strahl von der ersten und der zweiten Stelle zum Austreten gebracht werden und

(d) der erste und der zweite pulsierende Strahl gesondert zur Förderebene in einer Weise geleitet werden, durch die die jeweiligen Querschnittsflächen derselben in der Förderebene angeglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (d) in der Weise durchgeführt wird, daß ein erster Lichtweg vorgewählt wird, der sich von der

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erwähnten ersten Stelle zur Förderebene erstreckt, und eine Länge hat, welche die Länge des direkten Rückstrahlungsweges zwischen der ersten Stelle und der Förderebene überschreitet.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (d) ferner in der Weise durchgeführt wird, daß ein zweiter Lichtweg vorgewählt wird, der sich von der erwähnten zweiten Stelle zur Förderebene erstreckt und eine Länge hat, die geringer als die für den ersten Lichtweg vorgewählte Länge ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Längenunterschied zwischen den vorgewählten Lichtwegen gleich dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Stelle längs der Achse des fokussierten Strahls gemacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (d) durchgeführt wird, indem Lichtweglängen vorgewählt werden, die sich erstrecken (i) von dem ersten Fokussierpunkt des fokussierten

Strahls zur erwähnten ersten Stelle und von dieser

zur Förderebene und (ii) von dem Fokussierpunkt des fokussierten Strahle zu der erwähnten zweiten Stelle und von dieser zur

Förderebene.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählten Lichtweglängen gleich sind und die

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Maßnahme (d) ferner durch gleiches gesondertes Fokussieren der ersten und des zweiten pulsierenden Strahls durchgeführt wird, bevor er zur Förderebene geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählten Lichtweglängen ungleich sind und die erwähnte Maßnahme (d) ferner durchgeführt wird, indem ein verschiedenes gesondertes Fokussieren des ersten und des zweiten pulsierenden Strahls durchgeführt wird, bevor diese zur Förderebene geleitet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite pulsierende Strahl im ersten und im zweiten Lichtweg mehreren Reflexionen unterworfen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Perforationsstellungen in der Förderebene vorgewählt werden und der erste sowie der zweite Lichtweg verlagert wird, während die vorgewählten Längen derselben beibehalten werden, um das Austreten des ersten und des zweiten pulsierenden Strahls auf die vorgewählten Stellungen zu erhalten.

1O. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Lichtweg entlang ihrer Längen eingeschlossen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Maßnahme (a) durch die Verwendung eines kontinuierlichen Laserstrahls durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme (b) durch die Verwendung eines ersten und eines zweiten lichtreflektierenden Elements durchgeführt wird, die wechselweise in Konfrontation zu dem fokussierten Strahl an der ersten und an der zweiten Stelle bewegt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite lichtreflektierende Element je durch eine Anzahl lichtreflektierender Abschnitte gebildet werden, die in gegenseitigen Abständen in kreisförmiger Anordnung vorgesehen sind, wobei die Maßnahme (b) ferner in der Weise durchgeführt wird, daß jede solche kreisförmige Anordnung durch den fokussierten Strahl um eine Drehachse gedreht wird, welche die Achse des fokussierten Strahls überschneidet.

14. Vorrichtung zur Herstellung einer Matrize von Perforationen in flächenhaftem Material bei dessen Förderung durch eine Förderebene, gekennzeichnet durch:

(a) eine Quelle zur Erzeugung eines fokussierten Strahls von Lichtenergie;

(b) lichtreflektierende Organe zur Konfrontation mit dem fokussierten Strahl an der ersten und an der zweiten Stelle längs der Achse des Strahls zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten pulsierenden Strahls;

(c) lichtleitende Einrichtungen zum Fördern des ersten

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und des zweiten pulsierenden Strahls gesondert durch den ersten und den zweiten Lichtweg von der ersten und der zweiten Stelle aus zur Förderebene zur Angleichung der jeweiligen Querschnittsflächen in der Förderebene; und

(d) eine Einrichtung, die zwischen der lichtleitenden Einrichtung und der Förderebene angeordnet ist, um gesondert den ersten und den zweiten pulsierenden Strahl auf das flächenhafte Material zu fokussieren.

15. Vorrichtung nach Ansprach 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteinrichtung erste und zweite Licht reflektierende Elemente aufweist, die im ersten Lichtweg angeordnet und zur gemeinsamen Drehung um die Achse des ersten pulsierenden Strahls gelagert sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteinrichtung ferner umfaßt ein erstes und ein zweites Licht reflektierendes Element, die im zweiten Lichtweg angeordnet und zur gemeinsamen Drehung um die Achse des zweiten pulsierenden Strahls gelagert sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteinrichtung ferner ein erstes und ein zweites Licht reflektierendes Element zur Verlagerungsbewegung mit bezug aufeinander trägt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Lichtleiteinrichtung eine Rohrleitung zum Umschließen des ersten Lichtweges und zur Lagerung des ersten und des zweiten Licht reflektierenden Elements aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (d) von der erwähnten Rohrleitung zur Verlagerungsbewegung mit bezug auf diese getragen wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung eine erste Erstreckung zur Aufnahme des ersten pulsierenden Strahls von dem Organ (b) hat, eine dritte Erstreckung im Lichtstrahlaustrittsverhältnis zu dem flächenhaften Material und eine zweite Erstreckung zwischen der ersten und der dritten Erstreckung.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Licht reflektierende Organ an Verbindungsstellen der ersten und der zweiten Erstreckung sowie der zweiten und der dritten Erstreckung der Rohranordnung getragen werden.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Erstreckung der ersten Rohranordnung zur Einstellung der Länge des Lichtweges durch diese verstellbar ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Einrichtung (d) von der dritten Erstreckung der Rohranordnung zur Verlagerungsbewegung mit bezug auf diese getragen wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (b) eine Welle umfassen, die zur Drehung um eine Achse gelagert sind, welche die Strahlachse schneidet, welche lichtreflektierenden Organe für jede der ersten und der zweiten Stelle eine Anzahl Licht reflektierende Elemente aufweist, die mit winkelig in Abstand befindlichen gemeinsamen radialen Stellungen um die erwähnte Welle gelagert sind, welche Licht reflektierenden Elemente für solche Stellen zueinander winkelig zur Welle versetzt sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen Antrieb zur Drehung der erwähnten Welle und ein Abstandsglied zum gegenseitigen Trennen der Licht reflektierenden Organe längs der erwähnten Wellenachse in der Weise, daß die Licht reflektierenden Elemente in die gegenseitig verschiedenen Stellen längs der Strahlachse bei einer solchen Wellendrehung bewegt werden.

26. Vorrichtung zur Herstellung von Perforationen in flächenhaftem Material während ihrer Förderung durch eine Förderebene, gekennzeichnet durch

(a) eine Quelle zum Erzeugen eines fokussierten Strahls von Lichtenergie;

(b) Licht reflektierende Organe zur Konfrontation mit

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dem fokussierten Strahl an einer ersten und an einer zweiten Stelle längs der Achse des fokussierten Strahls zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten pulsierenden Strahls; (c) eine erste und eine zweite Lichtleitungseinrichtung zur Aufnahme des ersten und des zweiten pulsierenden Strahls, von denen jedes ein erstes und ein zweites lichtreflektierendes Element aufweist, welches zur gemeinsamen Drehung um die Achse des Strahls gelagert ist/ der durch sie empfangen wird, zum Austritt desselben in Uberdeckung mit einer einer veränderlich wählbaren Anzahl von Stellungen in der Förderebene.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteinrichtung ferner das erwähnte erste und zweite Licht reflektierende Element zur Verlagerungsbewegung mit bezug aufeinander trägt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteinrichtung umfaßt eine Rohranordnung zum Umschließen von Lichtwegen durch diese und zur Lagerung des ersten und des zweiten Licht reflektierenden Elements.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung eine erste Erstreckung zur Aufnahme des ersten pulsierenden Strahls von dem Organ (b) aufweist, ferner eine dritte Erstreckung im Lichtstrahlaustrittsverhältnis zu dem flächenhaften Material und eine zweite Erstreckung zwischen der ersten und

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der dritten Erstreckung.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Licht reflektierende Element an den Verbindungsstellen der ersten und der zweiten Erstreckung sowie der zweiten und der dritten Erstreckung der Rohranordnung getragen werden.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30,dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Erstreckung der Rohranordnung zur Einstellung der Länge des Lichtweges durch diese verstellbar ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (b) eine Welle aufweist, die zur Drehung um eine Achse gelagert ist, welche die Stahlachse schneidet, das Licht reflektierende Organ für jede der ersten und der zweiten Stellung eine Anzahl Licht reflektierende Elemente aufweist, die mit in winkeligen Abständen befindlichen gemeinsamen radialen Stellungen um die erwähnte Welle herum getragen werden, wobei die Licht reflektierenden Elemente für die erwähnten Stellen winkelig zur Welle gegenseitig versetzt sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch einen Antrieb zum Drehen der Welle und ein Abstandsglied zum gegenseitigen Trennen der reflektierenden Organe längs der erwähnten Wellenachse derart, daß die reflektierenden Elemente in die gegenseitig verschiedenen Stellen längs der Strahlachse bei einer

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solchen Wellendrehung bewegt werden.

34. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch MIttel, die zwischen der Lichtleiteinrichtung und der Förderebene angeordnet sind und zum gesonderten Fokussieren des ersten und des zweiten pulsierenden Strahls auf das flächenhafte Material dienen.