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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Lasermarkierungssysteme.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung,
die Laserenergie für
Erkennungszeichen auf einer lichtempfindlichen Bahn bei erheblicher Verringerung
von Schleierbildung auf der lichtempfindlichen Bahn nutzt.
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Die
herkömmliche
Kantenmarkierung in der Herstellung fotografischer Filme umfasst
das Drucken bestimmter Formen von Erkennungszeichen entlang der
Kante der Filmrollen während
der Endverarbeitung. Kantenmarkierter Film ermöglicht die unmittelbare Verifizierung
der Identität
der Rollen, der Bahnen und der Abfälle während sämtlicher Stufen des Fertigungsprozesses.
Vor allem ermöglicht kantenmarkierter
Film eine genaue Identifizierung der Filmabschnitte, wodurch Bediener
in der Lage sind, Filmfehler schnell zu erkennen, nachzuvollziehen
und zu beseitigen, wodurch sich die Abfallmenge minimieren lässt. Im
Allgemeinen erhöht
kantenmarkierter Film das Prozessverständnis, indem es Prozessinteraktionen
in engere Beziehung zu den entsprechenden Auswirkungen auf das Produkt
setzt. Traditionelle Prägemarkierungstechniken
werden zunehmend durch Laserkantenmarkierung ersetzt. Aktuelle mechanische
Prägetechniken
(Prägeräder) sind
nicht programmierbar, erzeugen Markierungen von schlechter Qualität und bedürfen einer übermäßigen Wartung.
Laserkantenmarkierung ist dagegen sehr vorteilhaft für die Industrie,
da sie eine dauerhafte Aufzeichnung vorsieht und vor sowie nach
der Filmverarbeitung lesbar ist.
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Fortschritte
in der Lasertechnologie ermöglichen
die Verwendung eines Punktmatrix-CO2-Lasermarkierungssystems
als Ersatz der bestehenden Prägetechnik.
Die gängigen
Lasermarkierungssysteme markieren zwar den Film mit dem erforderlichen Durchsatz,
allerdings treten zu viele, inakzeptable Schleierpunkte auf.
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Ein
konkreter Nachteil dieser hochmodernen Hochleistungs-Lasersysteme
für die
Kantenmarkierung lichtempfindlicher Filme besteht daher darin, dass
sie einen Nebeneffekt erzeugen, der sich auf der Filmoberfläche zeigt.
Nebeneffekte der Laserenergie in Form einer Wolke aus aufgeladenen
Teilchen auf der Filmoberfläche
gelten als Verursacher einer lokalen Schleierbildung auf dem Film.
Versuche haben gezeigt, dass sich die lokale Schleierbildung auch
dann nicht ohne Weiteres vermeiden lässt, wenn der Film in eine
Atmosphäre
aus 99,8% Stickstoff getaucht wird.
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Jüngste Entwicklungen
in der Lasertechnologie ermöglichen
die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Markierungssystemen anhand
von Kurzimpulslasern. Die Kurzimpulslaserbelichtung auf lichtempfindlichem
Film ist zudem auch mit Blick auf eine Verringerung von Schleierpunkten
vielversprechend. Die Erfahrung zeigt zudem, dass ein Luftstrahl,
der auf den Laserauftreffpunkt auf der Filmoberfläche gerichtet
ist, die Schleierbildung zusätzlich
verringern kann. Bei der Lasermarkierung von lichtempfindlichem
Film kommen statistische Verfahren zur Reduzierung der Schleierbildung
zum Einsatz. In Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass die Laserimpulsbreite
keine wesentliche Wirkung auf die Schleierbildung hat. Die Erfahrung
zeigt jedoch, dass die Laserspitzenleistung eine gravierende Wirkung auf
die Reduzierung der Anzahl von Schleierpunkten hat, und zwar mit
einem Faktor von 30. Außerdem sind
nach Überzeugung
der Erfinder durch Einsatz einen Luftstrahls erhebliche statistische
Vorteile erzielbar, um das Auftreten von Schleierpunkten um den
Faktor 10 weiter zu reduzieren.
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Wenn
eine Lasermarkierung ohne Kontrolle der Spitzenleistung erfolgt,
unterliegen somit 14% bis 50% der lasererzeugten Punkte von Punktmatrixzeichen
einer Schleierbildung im Umgebungsbereich der Punkte. Den Erfindern
sind keine aktuellen Versuche bekannt, um die Spitzenleistung von
Laserkantenmarkierungsvorrichtungen zu steuern, weil Prägetechniken
weiterhin in der Industrie vorherrschen und vor allem, weil die
Schleierpunkte zudem ein wesentliches Qualitätsproblem in der Endbearbeitung
darstellen.
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Es
besteht daher ein Bedarf nach der dauerhaften Markierung variabler
Informationen an der Kante jedes Bogens einer lichtempfindlichen
Bahn, wie beispielsweise fotografischem Film, ohne dass Schleierpunkte
auf der Filmoberfläche
in nennenswertem Umfang auftreten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Lasermarkierung von Erkennungszeichen auf einer beweglichen
lichtempfindlichen Bahn zu erzeu gen, während das Auftreten nachteiliger
Schleierpunkte auf der lichtempfindlichen Bahn wesentlich reduziert
wird.
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Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Belichtung
einer beweglichen lichtempfindlichen Bahn mit Laserenergie bereitzustellen
und die Spitzenleistung der Laserenergie zu steuern.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum
Laserdrucken von Erkennungszeichen auf einer lichtempfindlichen
Bahn bereitzustellen, indem ein Luftstrahl auf die laserbeaufschlagte
Oberfläche
einer lichtempfindlichen Bahn gelenkt wird.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung zur Lasermarkierung von Erkennungszeichen auf einer beweglichen,
lichtempfindlichen Bahn ein Düsenelement
zur Reduzierung der Anzahl von Schleierpunkten auf der laserbeaufschlagten
lichtempfindlichen Bahn auf.
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Um
diese und weitere Aufgaben zu lösen und
Merkmale sowie Vorteile der Erfindung vorzusehen, wird nach einem
Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Erkennungszeichen
auf einer beweglichen, lichtempfindlichen Bahn bereitgestellt, mit:
einer
Laserenergiequelle;
Laserdruckermitteln, die in Wirkbeziehung
mit der Laserenergiequelle stehen, wobei die Laserdruckermittel
folgendes umfassen:
einen Laserkopf mit einer Vielzahl von
darin angeordneten Lasern zur Erzeugung einer Vielzahl von Laserstrahlen;
einer
mit dem Laserkopf verbundene Laserstrahlröhre, wobei
die Laserstrahlröhre ein
aktives Ende aufweist, und
eine im Allgemeinen zylinderförmige Kammer,
die ein Düsenelement
bildet und im Wesentlichen die Laserstrahlröhre umschließt, wobei
sich das Düsenelement
im Kreis umfang um die Laserstrahlröhre erstreckt und einen Laserenergieeingang
und einen diesem gegenüber
liegenden Laserenergieausgang aufweist, wobei der Laserenergieausgang
derart konfiguriert ist, Strahlenbündel auf die bewegliche Bahn
zu konzentrieren; ein in der allgemein zylinderförmigen Kammer angeordnetes
Luftdüsenelement zur
Ausrichtung eines Luftstoßes
auf die vom Laserstrahl beaufschlagte Oberfläche; mindestens eine in der
Laserstrahlröhre
angeordnete Linse zur Fokussierung jedes Laserstrahls aus der Vielzahl
von Laserstrahlen, die durch die Röhre treten, entlang eines vorbestimmten
Strahlengangs auf die bewegliche, lichtempfindliche Bahn; ein in
der allgemein zylinderförmigen
Kammer angeordnetes Linsenreinigungselement, das benachbart zu der
mindestens einen Linse angeordnet ist; eine sich von der allgemein
zylinderförmigen
Kammer erstreckende Absaugöffnung, wobei
die Absaugöffnung
Mittel bereitstellt, um Rauch und Verunreinigungen aus der allgemein
zylinderförmigen
Kammer abzusaugen, die während der
Lasermarkierung entstehen; sowie Mittel zur Steuerung der Spitzenleistung
jedes Lasers aus der Vielzahl von Lasern, wobei die Mittel ein Laserstrahl-Dämpfungselement
umfassen, das in dem vorbestimmten Strahlengang angeordnet ist und
zur Dämpfung
der Vielzahl von Laserstrahlen aus dem Düsenelement entnehmbar ist.
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Eine
vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung besteht daher darin,
dass die Laserkantenmarkierungen auf der lichtempfindlichen Bahn
mit einer Vorrichtung erzielbar sind, die bedienerfreundlich und
einfach ist und zudem kostengünstig
herstellbar ist und die das Auftreten von Schleierpunkten auf der lichtempfindlichen
Bahn erheblich reduziert.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserkanten-Markierungs-systems;
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2a eine
Frontalansicht des Laserkopfes zur Darstellung eines darin befindlichen
Dämpfungselements;
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2b eine
Draufsicht des Maschensiebs;
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2b1 eine vergrößerte Darstellung
des Maschensiebs aus 2b;
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2c eine
isometrische Ansicht des Strahlenteilers;
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3 eine
Kurve der Beziehung zwischen dem Fokuspositionseffekt (umgekehrt
proportional zur Spitzenleistung) auf die auf dem lichtempfindlichen
Film erzeugten Schleierpunkte;
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4 und 5 die
Wirkung eines erfindungsgemäßen Dämpfungsschirms
auf das Auftreten von Schleierpunkten; und
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6 eine
isometrische Ansicht des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten
Düsenelements.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum
Drucken von Erkennungszeichen auf einer beweglichen, laserbeaufschlagbaren
Oberfläche, beispielsweise
einer beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1. Wie in 1 gezeigt,
weist die Vorrichtung 10 eine Laserenergiequelle 12 zur
Erzeugung einer variablen Laserleistung auf. Ein Laserdruckermittel 14 ist
in Wirkbeziehung mit der Laserenergiequelle 12 verbunden.
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Die
Laserdruckermittel 14, vorzugsweise ein Domino DDC2 Digital
Laser Coder der Firma Domino Lasers, Inc. aus Gurnee, Illinois,
sind mit einem Laserkopf 16 sowie einer Laserstrahlröhre 18,
die strukturell dem Laserkopf 16 zugeordnet ist, versehen.
Die Laserstrahlröhre 18 ist
mit einem aktiven Ende ausgestattet, das in Nähe der beweglichen, lichtempfindlichen
Bahn 1 angeordnet ist, sowie einer Vielzahl von Lasern 22,
die in der Laserstrahlröhre 18 zur
Erzeugung einer Vielzahl von Laserstrahlen angeordnet sind. Ein
nachfolgend detaillierter beschriebenes Düsenelement 40 ist
strukturell dem aktiven Ende der Laserstrahlröhre 18 zugeordnet,
wie in 1 und 2a gezeigt.
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Wie
in 2a gezeigt, werden in der bevorzugten Vorrichtung 10 sieben
Laser 22 verwendet, bei denen es sich jeweils um einen
CO2-Laser mittlerer Leistung handelt, der
mit einer Maximalleistung von 30 W arbeitet. Jeder Laser 22 entspricht
einer Reihe von Punkten in einem Matrixzeichen. Diese Art von Laser 22 verfügt über ausreichend
Leistung, um kleine Zeichen oder Erkennungszeichen auf lichtempfindlichem
Material zu markieren, beispielsweise auf emulsionsbeschichtetem
Film. Mindestens eine Linse 49 ist in der Laserstrahlröhre 18 angeordnet, um
jede der Vielzahl von Laserstrahlen entlang einer vorbestimmten
optischen Bahn 23 zu fokussieren und in Aufschlagkontakt
mit dem laserbeaufschlagbaren Material zu bringen, beispielsweise
einer beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1, wodurch darauf
Erkennungszeichen erzeugt werden.
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2a–2c zeigen
Mittel zur Steuerung der Spitzenleistung, und zwar vorzugsweise
ein Laserstrahl-Dämpfungselement 26 (2a),
das in der optischen Bahn 23 zur Dämpfung der durch die Laserstrahlröhre 18 tretenden
Laserstrahlen angeordnet ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Laserstrahl-Dämpfungselement 26 ein
in der Laserstrahlröhre 18 angeordnetes
metallisches Maschensieb 30 (2b und 2b1). Vorzugsweise besteht das metallische Maschensieb 30 aus
Materialien, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Messing-,
Stahl-, Kupfer- und Metalllegierungen besteht. Kupfer ist die am
meisten bevorzugte Legierung, weil sie besonders geeignete Wärmeleit-
und Reflexionseigenschaften in Bezug auf die von der Erfindung vorgesehenen
Wellenlängen
besitzt. Zudem weist das Maschensieb 30 eine Vielzahl von Öffnungen 32 auf.
Die Öffnungen 32 haben
einen Drahtquerschnitt im Bereich von 6,35 μm (0,00025 Zoll) bis 635 μm (0,025
Zoll) und eine lichte Öffnung
im Bereich von 25,4 μm
(0,001 Zoll) bis 2,54 mm (0,100 Zoll). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat das Maschensieb 30 eine lichte Öffnung von 1,27 mm (0,055 Zoll)
und einen Drahtquerschnitt von 0,406 mm (0,016 Zoll).
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Wie
in 2c alternativ gezeigt, kann das Laserstrahl-Dämpfungselement 26 mindestens
einen Strahlenteiler 27 beinhalten, der entlang der optischen
Bahn in der Laserstrahlröhre 18 angeordnet ist.
Das Laserstrahl-Dämpfungselement 26 kann
zudem ein (nicht gezeigtes) Neutraldichtefilter umfassen.
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2a und 6 zeigen
das Düsenelement 40 mit
einer vorzugsweise im Allgemeinen zylindrisch ausgebildeten Kammer 42 mit
einer Laserenergie-Einlassseite 44 und einer Laserenergie-Auslassseite 46.
Die Laserenergie-Einlassseite 44 ist an jede Laserenergie-Ausgabevorrichtung
adaptierbar, beispielsweise ein Lasermarkierungssystem für die Markierung
von Erkennungszeichen auf einer lichtempfindlichen Bahn. Die Laserenergie-Auslassseite 46 ist
derart konfiguriert, dass sie Strahlen auf eine bewegliche, lichtempfindliche
Bahn 1 fokussiert und in Nähe zur beweglichen, lichtempfindlichen
Bahn 1 beabstandet ist. Vorzugsweise hat die Laserenergie-Auslassseite 46 eine
im Allgemeinen konische Form zur Konzentration des Vakuums in Nähe der beweglichen,
lichtempfindlichen Bahn 1 und eine im Allgemeinen konische
Lippe 47 zur Konzentration der Luft, die die Linse 49 umgibt.
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2a und 6 zeigt
ein in der zylinderförmigen
Kammer 42 in Nähe
der Laserenergie-Auslassseite 46 angeordnetes Luftdüsenelement 48.
Die Versorgung des Luftdüsenelements 48 kann über eine
(nicht gezeigte) universelle Quelle erfolgen. Das Luftdüsenelement 48 ist
derart konfiguriert, dass ein Luftstoß auf eine vom Laserstrahl
beaufschlagbare Oberfläche
gerichtet wird, beispielsweise eine bewegliche, lichtempfindliche
Bahn 1, die in Nähe
des Luftdüsenelements 48 angeordnet
ist.
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2a zeigt
eine zylinderförmige
Kammer 42 mit mindestens einer darin angeordneten Linse 48 zur
Fokussierung einer Vielzahl von Laserstrahlen, die durch die Kammer 42 treten.
Die Linse 49 ist vorzugsweise eine Zinkselenidlinse mit
kurzer Brennweite. Die Linse 49 kann auf unterschiedliche
Weise in der Kammer 42 angeordnet sein, beispielsweise mithilfe
einer (nicht gezeigten) typischen Linsenhalterung.
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2a und 6 zeigen
ein in der Kammer 42 in Nähe der Linse 49 angeordnetes
Linsenreinigungselement 50. Das Düsenelement 40 wurde
entwickelt, um die Linse 49 sauber zu halten, Schwaden zu
vermeiden und durch die auftreffende Laserenergie entstehende Dämpfe abzuführen. In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Linsenreinigungselement 50 ein positives Luftströmungsmuster, das
die Linse 49 umgibt und die Linse 49 gegen Teilchen
abschirmt. Alternativ hierzu kann das Linsenreinigungselement 50 ein
auf die (nicht gezeigte) Linse 49 gerichteter Luftstoß sein.
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Wie
in 2a und 6 gezeigt, weist die zylinderförmige Kammer 42 eine
Vakuumeinlassöffnung 52 und
eine Vakuumauslassöffnung 54 in
Strömungsbeziehung
mit der Kammer 42 auf. Die Vakuumauslassöffnung 54 stellt
Mittel zur Evakuierung der Kammer 42 des bei der Lasermarkierung
anfallenden Rauchs und Schmutzes bereit. Um Vakuum an einer vorbestimmten
Stelle zu konzentrieren, hat die Vakuumauslassöffnung 54 vorzugsweise
eine im Allgemeinen konische Form. Die durch den Markierungsprozess
ohne Vakuum erzeugte Abluft wies keine Spuren von Cyanid, Schwefeldioxid,
Chlorwasserstoff oder Kohlenmono xid auf. Kohlendioxid konnte festgestellt
werden, aber die Menge lag unter den Expositionsdosen. Quecksilber,
Silber und Aldehyddämpfe
wurde von der Fumex F A2 Rauchabzugsvorrichtung entfernt.
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Die
mit einer (nicht gezeigten) Vakuumquelle verbundene Vakuumeinlassöffnung 52 stellt
ein Mittel zur Aufnahme von Teilchen bereit, die durch die Vakuumauslassöffnung 54 ausgeworfen
werden.
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2a zeigt
das an eine Laserstrahlröhre 18 adaptierte
Düsenelement 40 mit
einer Vielzahl darin angeordneter Laser 22. Die Laserstrahlröhre 18 ist vorzugsweise
das Ausgabeende eines (nur teilweise dargestellten) Lasermarkierungssystems.
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Vorzugsweise
besteht das Düsenelement 40 aus
einem beliebigen, strukturell steifen Material, wie beispielsweise
einem metallischen Material. Zu bevorzugen ist die Verwendung von
Aluminium, da dieses leicht ist und sich einfach formen lässt.
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Wie 3 zeigt,
erwies sich die Spitzenleistung jedes Lasers 22 als ausschlaggebender
Faktor zur Kontrolle des Auftretens von Schleierpunkten auf der
beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1 nach Beaufschlagung
mit Laserenergie. Gemäß 3 war zu
beobachten, dass das Auftreten von Schleierpunkten abnahm, je weiter
sich die Linse 49 aus dem Brennpunkt bewegte. Dies entspricht
einer wirksamen Reduzierung der Spitzenleistung, was es erfindungsgemäß ermöglichte,
die Spitzenleistung zur Minimierung des Auftretens von Schleierpunkten
zu steuern.
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4 und 5 zeigen
die Leistung der Maschensiebe 30, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
als Laserstrahl-Dämpfungselement 26 dienten.
In 4 und 5 traten deutlich weniger Schleierpunkte
auf als im Allgemeinen üblich.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung der Spitzenleistung
einer Lasermarkierungsvorrichtung 10 (1)
zur Herstellung von vorbestimmten Erkennungszeichen 2 auf
einer beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1 das Bereitstellen
einer Laserenergiequelle 12. Ein (zuvor beschriebenes)
Laserdruckermittel 14 ist mit der Laserenergiequelle 12 strukturell verbunden,
die einen Laserkopf 16 und eine mit dem Laserkopf 16 verbundene
Laserstrahlröhre 18 umfasst.
Wie bereits gezeigt, weist die Laser strahlröhre 18 ein aktives
Ende 20 und ein Düsenelement 40 auf, das
auf dem aktiven Ende 20 in Nähe der beweglichen, lichtempfindlichen
Bahn 1 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Lasern 22 ist
in dem Laserkopf 16 zur Erzeugung einer Vielzahl von Laserstrahlen
angeordnet. Eine Linse 49 ist in der Laserstrahlröhre 18 angeordnet,
und zwar vorzugsweise in Nähe
des aktiven Endes 20, um jede der Vielzahl von Laserstrahlen
entlang einer vorbestimmten optischen Bahn 23 (2a)
zu fokussieren und in Aufschlagkontakt mit der laserbeaufschlagbaren,
beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1 zu bringen, beispielsweise
einer beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1, wodurch darauf
Erkennungszeichen erzeugt werden.
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Die
Laserenergiequelle 12 wird derart aktiviert, dass jeder
der Vielzahl von Lasern 22 erregt wird, so dass Laserstrahlen
zur Herstellung von vorbestimmten Erkennungszeichen 2 auf
der beweglichen, lichtempfindlichen Bahn 1 auftreffen.
Die Spitzenleistung jedes der Vielzahl von Lasern 22 wird
wie zuvor beschrieben gesteuert, um Schleierpunkte auf der beweglichen,
lichtempfindlichen Bahn 1 zu minimieren.