FI124325B

FI124325B - Laserprosessin kohdistuksen mittausmenetelmä

Info

Publication number: FI124325B
Application number: FI20125633A
Authority: FI
Inventors: Tom Marttila
Original assignee: Tecnomar Oy
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2014-06-30
Also published as: PL2671664T3; FI20125633A; EP2671664B1; BR102013012776A2; CN103481662B; JP6013967B2; ES2777004T3; JP2013257309A; RU2013125608A; EP2671664A2; BR102013012776A8; US20130328994A1; EP2671664A3; BR102013012776B1; US9030512B2; RU2552906C2; CN103481662A

Description

Laserprosessin kohdistuksen mittausmenetelmä

Keksintö liittyy rullalta rullalle -massavalmistuksessa käytettävien laserpro-sessien ja muiden prosessien tarkkaan keskinäiseen kohdistamiseen eli rekis-5 terikontrolliin.

Keksinnön taustaa

Monet rullalta rullalle -valmistusprosessit sisältävät painoprosessivaiheita, 10 yhden tai useampia, ja useammalle peräkkäiselle painoprosessivaiheelle on tarjolla valmiita rekisterikontrollijärjestelmiä, jotka perustuvat kussakin painoyksikössä painettujen merkkien tunnistamiseen konenäöllä ja painoyksiköi-den ohjaamiseen konenäön merkeistä tekemien havaintojen perusteella. Hyvä rekisterikontrollijärjestelmä pystyy kohdistamaan eri yksiköissä tehtävät 15 painoprosessivaiheet toisiinsa siten, että valmiiseen tuotteeseen syntyy esimerkiksi korkealaatuinen värikuva, vaikka kukin väri painetaan omassa yksikössään.

Laser on jo löytänyt tiensä moniin teollisiin prosesseihin ja tulee yleistymään 20 myös erilaisissa rullata rullalle -valmistusprosesseissa. Usein laserprosessivai-heessa tehdään rullalta rullalle kulkevaan materiaaliin toimenpiteitä, jotka eivät jätä minkäänlaista merkkiä liikkuvan radan pohja- tai kantomateriaaliin vaan aikaansaavat muutoksia radan jossakin muussa osassa tai kerroksessa "ί - prosessin kannalta on nimenomaan eduksi, jos laserin aallonpituus ja muut ° 25 ominaisuudet voidaan valita siten, että laserilla ei ole vaikutusta radan pohja- 9 tai kantomateriaaliin. Tällöin ongelmaksi muodostuu se, että toisin kuin pai- noprosessivaiheet, laserprosessivaihe ei voi tuottaa radan pohja- tai kanto-£ materiaaliin mitään merkkiä tai jälkeä, jota voitaisiin käyttää hyödyksi rekisteri rikontrollissa. Tällainen laserin valo ei tyypillisesti myöskään näy pohjamate- co 30 riaalin pinnassa.

° Usein juuri laserprosessivaiheen sisältävät rullalta rullalle -valmistusprosessit ovat niitä, joissa on erityisen suuri tarve prosessivaiheiden keskinäiselle koh- 2 distukselle eli rekisterikontrollille, joten laserin kyvyttömyys tuottaa rekisteri-kontrollille sopiva merkki on todellinen ongelma.

Keksinnön tavoitteena on tarjota ratkaisu, jonka avulla painoprosessivaiheitä 5 ja/tai laserprosessivaiheita sisältävän rullalta rullalle -valmistusprosessiin saadaan rekisterikontrolli huolehtimaan prosessivaiheiden keskinäisestä kohdistamisesta. Keksintö tarjoaa ratkaisun myös useita rinnakkaisia laserkuviointi-laitteita sisältävän laserlaitteiston skannereiden keskinäiseksi kohdistamiseksi.

10 Tunnettu tekniikan taso ja ratkaistava ongelma

Laserprosessointia sovelletaan jo rullalta rullalle -valmistusprosesseissa, joissa on myös painoprosessivaiheita. Tyypillisesti tällainen laserprosessivaihe Hipaistaan radan pohja- tai kantomateriaaliin painetuista merkeistä optisen 15 anturin tai konenäön ohjaamana. Koska laser ei yleensä pysty tuottamaan mitään vastaavaa merkkiä radan pohja- tai kantomateriaaliin, kohdistuksen tarkkuutta ei pystytä seuraamaan eikä korjaamaan ja esimerkiksi laserpro-sessilaitteille kuten laserskannereille tyypilliset ryöminnät aikaansaavat sen, että tuotantoajossa ei pystytä pitämään yllä riittävää keskinäistä kohdistus-20 tarkkuutta painoprosessivaiheen ja laserprosessivaiheen välillä.

Hakijan patentissa FI 121592 B on kuvattu menetelmä, jossa käytetään selektiivistä laminointia eli kuvioitua liimausta pohjamateriaalin ja johdefolion ^ välissä ja jossa johdefolio kuvioidaan selektiivisen laminoinnin jälkeen halut- ° 25 tuun muotoon. Selektiivinen laminointi on edullista tehdä painomenetelmällä, o jolloin radan pohja- tai kantomateriaaliin, tyypillisesti sen reunaan tai reunoi- hin johdefolion ulkopuolelle, voidaan painaa kohdistusmerkkejä jatkoproses-| sointia kuten kuviointia varten. Johdefolion kuviointi taas on edullista tehdä g laserilla, joka ei jätä radan pohja- tai kantomateriaaliin juurikaan jälkiä ja

CD

30 jossa kuvioivaa sädettä ohjataan kääntyviin peileihin perustuvalla skannerilla. ^ Edellä mainitulla selektiivisellä kuvioidulla liimauksella laminoidaan johdefolio kiinni pohjamateriaaliin selektiivisesti. Tällöin liimauksen kuviointi jää johde- 3 kalvonjohdefolion alle, ja laserilla kuvioidaan osin liimatun alueen päälle, osin liimatun alueen reunoja pitkin johdekuvio. Liimakuviot ovat siis johdefolion alla piilossa ennen laserkuviointia ja laserkuvioinnin jälkeen ei ole mahdollista nähdä, missä liimakuvion reuna on tai oli suhteessa laserin leikkaamaan joh-5 dekuvion reunaan, joten laserkuvioinnin kohdistusta tai sen seurantaa ei voida tehdä liimakuvioiden rajojen perusteella.

Teollisessa tuotannossa tuotantoajot ovat pitkiä sekä radan ja kuvioiden mitassa että ajassa mitattuina, jolloin laserlaitteille tyypillisillä ryömintäilmiöillä, 10 esimerkiksi lämpenemisen seurauksena, on merkittävä vaikutus kuviointitark-kuuteen, ellei niitä pystytä kompensoimaan tai eliminoimaan. Vaikutus voi olla niin suuri, että ilman kompensointia tai eliminointia lopputuotteelle asetettuja tarkkuusvaatimuksia ei voida ollenkaan saavuttaa, ja joka tapauksessa vaikutus tarkkuuteen ja laatuun on epäedullinen ja merkittävä.

15

Keksinnön tarkoituksena on tarjota ratkaisu, jonka avulla paino- ja laserpro-sessivaiheet saadaan rullalta rullalle -massavalmistuksessa kohdistettua toisiinsa myös pitkän massatuotantoajon ajaksi. Keksintöä voidaan soveltaa laserprosessivaiheen kohdistamista myös muunlaisiin prosessivaiheisiin ja 20 toisiin laserprosessivaiheisiin.

Keksinnön kuvaus ^ Keksinnön tarkoitus saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella ° 25 laserprosessin kohdistuksen mittausmenetelmällä, joka soveltuu laserproses- 0 sivaiheen sisältävään rullalta rullalle -valmistusprosessiin. Keksinnön edullisia suoritusmuotoja esitellään epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

CC

CL

g Keksinnön mukaisen menetelmän pohjana ovat yleisesti käytettävien laser- co £3 30 prosessilaitteiden ja rekisterikontrollijärjestelmien tekniset ratkaisut, mikä tekee keksinnöstä helposti toteutettavan.

4

Keksinnön ydin on se, että kokemusten mukaan sellainenkin laser, joka ei jätä juurikaan tai ollenkaan jälkiä radan pohja- tai kantomateriaaliin, piirtää negatiivisen merkin painovärillä tehtyyn kohdistusmerkkiin. Negatiivisella merkillä tarkoitetaan tässä sitä, että laserilla voidaan poistaa painoväriä tar-5 kasti ja helposti jopa radan pohja- tai kantomateriaalin pintaan asti, jolloin syntyy konenäöllä helposti havaittava merkki: kohdistusmerkki on edullista painaa siten, että merkin ja radan pohja- tai kantomateriaalin välillä on hyvä kontrasti, ja kun laserin tekemä negatiivinen merkki paljastaa osan painetun kohdistusmerkin alla olevasta radan pohja- tai kantomateriaalista, on myös 10 negatiivisella merkillä hyvä kontrasti. Negatiivisen merkin piirtäminen painovärillä tehtyyn merkkiin tai pintaan on yleensä myös selvästi nähtävissä ja havainnoitavissa oleva tapahtuma, vaikka lasersäteen osumista pohjamateriaalin pintaan olisi vaikea tai mahdoton nähdä ja havaita. Lisäksi on havaittu, että painovärin peittämä alue aikaansaa muutoksen lasersäteen valon heijas-15 tumisessa ja/tai läpäisyssä verrattuna sellaiseen alueeseen, jonka päällä ei ole painoväriä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä painoprosessivaiheessa painetaan radan pohja- tai kantomateriaaliin painovärillä merkkejä, laserprosessivaihees-20 sa tehdään laserilla negatiivinen merkki tähän painoprosessivaiheessa painettuun merkkiin, ja laserprosessivaiheen aikana tai jälkeen konenäöllä tai muulla sopivalla anturilaitteistolla seurataan painetun merkin ja siihen tehdyn negatiivisen merkin osumista toisiinsa ja ohjataan tiedon perusteella laserpro-"t sessivaihetta siten, että laserprosessivaihe kohdistuu painoprosessivaihee- w 25 seen. Vaihtoehtoisesti voidaan kohdistumista seurata mittaamalla painovärillä 9 tehdyn merkin aiheuttamaa muutosta lasersäteen heijastumisessa tai lä- päisyssä verrattuna alueisiin, joiden päällä ei ole painoväriä.

CC

CL

g Kun konenäköjärjestelmä tai muu sopiva anturilaitteisto sijoitetaan laserpro- co 30 sessivaiheen jälkeen, voidaan negatiivisen merkin koko ja muoto valita varsin ° vapaasti. Valinnassa kannattaa pyrkiä siihen, että konenäköjärjestelmän tai vastaavan laitteiston on helppo määrittää merkkien keskinäiset etäisyydet eli 5 kohdistuksen tarkkuus tarkasti ja nopeasti. Kun konenäköjärjestelmä tai muu sopiva anturilaitteisto sijoitetaan laserprosessivaiheeseen eli laitteistolla seurataan negatiivisen merkin piirtämistä laserilla, kannattaa negatiivisen merkin koko ja muoto valita sellaiseksi, että rata ehtii liikkua vain lyhyen matkan 5 laserin piirtäessä merkkiä - usein edullinen negatiivinen merkki on tässä tapauksessa piste, jonka laser tekee yhdellä tai muutamalla pulssilla, jolloin merkin piirtyminen saadaan sijoittumaan yhteen konenäköjärjestelmän kameran tai vastaavan anturin ottamaan kuvaan, vaikka käytettäisiin lyhyttäkin valotusaikaa. Tällöin merkkien kohdistumisen määrittäminen voidaan tehdä 10 nopeasti, parhaimmillaan niin nopeasti, että jos laser aloittaa työjaksonsa piirtämällä negatiivisen merkin tai merkit, saman työjakson loppuosan kohdistusta voidaan korjata tämän tiedon perusteella. Mikäli mikään myöhempi prosessivaihe, laadunvarmistus tai muu tarkoitus ei vaadi selkeästi erottuvia negatiivisia merkkejä, ei laserilla tässä tapauksessa tarvitse piirtää merkkiä 15 pohjamateriaaliin asti vaan riittää, että lasersäteen osuminen painovärillä tehtyyn merkkiin tai pintaan on havaittavissa tapahtumishetkellään.

Kun konenäköjärjestelmä tai muu sopiva anturilaitteisto sijoitetaan laserprosessivaiheeseen, voidaan laitteistolla kuvata myös juuri valmistunutta nega-20 tiivistä merkkiä. Tällöin kannattaa negatiivisen merkin kokoja muoto valita sellaiseksi, että se on nopea piirtää laserilla ja lukea laitteistolla. Tällöin merkkien piirtäminen ja kohdistumisen määrittäminen voidaan tehdä nopeasti, parhaimmillaan niin nopeasti, että jos laser aloittaa työjaksonsa piirtämällä ^ negatiivisen merkin tai merkit, saman työjakson loppuosan kohdistusta voi- ° 25 daan ohjata tämän tiedon perusteella.

O

Molemmissa yllä kuvatuissa ratkaisuissa voidaan helposti piirtää negatiivinen | merkki myös kohdistuksen korjauksen jälkeen, jolloin voidaan seurata koh- g distuksen korjauksen onnistumista ja tarkkuutta.

CD

10 30 c\j ^ Kun konenäköjärjestelmä tai muu sopiva anturilaitteisto sijoitetaan laserpro sessivaiheeseen, kohdistuksen seuranta ja mittaaminen voi perustua myös 6 siihen, miten eri tavalla laserin valo joko heijastuu pohjamateriaalin ja painetun merkin pinnoista tai miten eri tavalla laserin valo läpäisee pelkän pohjamateriaalin ja sellaisen kohdan pohjamateriaalista, jonka pinnalla on painettu merkki. Mikäli pohjamateriaali läpäisee laserin valoa hyvin, kohdistuksen mit-5 taaminen voidaan tehdä pohjamateriaalin vastakkaiselta puolelta laseriin nähden, ja tällöin ei haittaa, vaikka pohjamateriaali heijastaisi laserin valoa huonosti. Mikäli pohjamateriaali heijastaa laserin valoa huonosti ja kohdistuksen mittaaminen halutaan tehdä laserin puolelta pohjamateriaalia, pohjamateriaaliin pintaa voidaan käsitellä esimerkiksi painamalla paremmin laserin 10 valoa heijastavaksi ja tehdä eri tavalla heijastavat painetut merkit niin, että tämä käsitelty pohjamateriaalin pinta ympyröi painettuja merkkejä. Tällöin riittää, että painettu merkki aikaansaa muutoksen laserin valon heijastumisessa tai läpäisemisessä verrattuna pelkkään tai käsiteltyyn pohjamateriaaliin, merkin ei tarvitse muuten reagoida laserin valoon. Tämän vaihtoehdon 15 oleellinen ero edellä kuvattuihin verrattuna onkin se, että laser ei jätä rataan mitään rekisterikontrolliinsa liittyvää merkkiä, mikä saattaa olla jatkoproses-soinnin ja/tai laadunvarmistuksen kannalta rajoite.

Yksi edullinen sovellusmuoto on sellainen, jossa lasersäteen halkaisija on ai-20 nakin kohdistuksen määrityshetkellä isompi kuin painettu merkki, jolloin painettu merkki mahtuu lasersäteen valokeilan sisään ja painetun merkin paikka suhteessa laservalokeilaan voidaan määrittää helposti ja nopeasti. Laserlaitteiston optiikkaa säätämällä voidaan usein kasvattaa säteen halkaisijaa, mikä on eduksi sekä painetun merkin sovittamisessa säteen sisälle että laserin in-° 25 tensiteetin laskemisessa niin alas, että painettu merkki ei vaurioidu ainakaan 9 liikaa. Kohdistuksen seuranta ja mittaaminen perustuu siihen, että laserin valolle herkällä konenäköjärjestelmällä tai muulla sopivalla anturilaitteistolla | tunnistetaan laserin säteessä olevan painetun merkin aiheuttama muutos g säteen heijastumisessa tai läpäisyssä verrattuna alueeseen, joka ei ole pai- co £3 30 novärin peitossa. Tätä muotoa sovellettaessa laitteisto on sijoitettava laser- £3 prosessivaiheeseen ja kohdistuksen mittaus voi olla hyvin nopea - se voi esimerkiksi perustua vain yhteen laserin ampumaan pulssiin. Jos kohdistuk- 7 sen mittaus tehdään laserin työvaiheen alussa, parhaimmillaan voidaan saman työvaiheen loppuosan kohdistusta ohjata tämän tiedon perusteella.

Tämän sovellusmuodon etuna on se, että saadaan mitattua myös pysäytetyn 5 säteen paikka myös yhdestä pulssista, ja mittaus voidaan tehdä säteen mit-taushetken läpimittaa huomattavasti tarkemmin. Pelkän painetun merkin paikan mittaus merkkiä suuremman lasersäteen avulla edellyttää sitä, että lasersäde erottuu pohjamateriaalista. Jos näin ei ole, voidaan käyttää lasersädettä suurempaa merkkiä tai aluetta, johon on tehty negatiivinen merkki, 10 esimerkiksi rengaskuvio, jolloin mittaukseen käytetty säteen reuna osuu pai-nokuvioon, ja referenssinä toimii painokuvioon tehty negatiivinen merkki, esimerkiksi rengas tai tyhjä reikä. Negatiivinen merkki voidaan joko painaa tai se on voitu piirtää aiemmassa laserprosessivaiheessa. Luonnollisesti on mahdollista myös esimerkiksi painaa merkin ulkopuolelle laajempi alue, joka 15 tuottaa mittausta varten sopivan kontrastin.

Kohdistuksen seuranta ja mittaaminen voidaan toteuttaa myös ilman varsinaista konenäköjärjestelmää kytkemällä suhteellisen yksikertainen valoanturi laserlaitteistoon. Tällainen järjestely voidaan toteuttaa sekä niin, että piirre-20 tään painettuun merkkiin negatiivinen merkki, että niin, että painettuun merkkiin ei piirretä negatiivista merkkiä - valoanturilla tunnistetaan joko se, että lasersäde piirtää painettuun merkkiin negatiivista merkkiä, tai se, että lasersäde osuu negatiiviseen merkkiin; molemmat asiantilat muuttavat valaiset tusta verrattuna tilanteeseen, että laserin säde kohtaa pelkän pohjamateriaali 25 Iin. Järjestely perustuu siis siihen, että liikkuvalla lasersäteellä ylitetään pöh- o jamateriaalin ja painetun merkin raja niin monesta kohdasta, että merkin paikka saadaan tunnistettua. Laserlaitteisto tietää aina säteen paikan suh- | teessä omaan koordinaatistoonsa, ja valoanturin antaman tiedon perusteella g laserlaitteisto pystyy määrittämään painetun merkin paikan omassa koor- co £3 30 dinaatistossaan ja sen perusteella seuraamaan ja mittaamaan laserprosessin ^ kohdistumista painettuihin merkkeihin. Tämän järjestelyn etuna on valoantu rin yksinkertaisuus ja edullisuus verrattuna konenäköjärjestelmään sekä se, 8 että välttämättä ei tarvita suoraa näköyhteyttä anturilta laserin säteeseen, haittana se, että kohdistuksen mittaaminen perustuu painetun merkin reunojen tunnistamiseen liikkuvan lasersäteen avulla, minkä takia mittaus on tyypillisesti hitaampaa kuin edellä kuvatuilla järjestelyillä.

5

Yksi edullinen sovellusmuoto on sellainen, jossa painettu merkki on esimerkiksi pyöreä tai neliö ja lasersäteellä skannataan sen päälle sitä riittävästi isompi risti, niin iso, että ristin jokainen sakara ylittää pohjamateriaalin ja painetun merkin rajan. Painetun merkin koko valitaan sellaiseksi, että ristin 10 keskipiste osuu aina merkin sisälle. Paikoituksen mittaustarkkuuden kannalta saattaa olla edullista, että laser piirtää ristin kunkin sakaran joko keskeltä ulospäin tai ulkoa keskellepäin, jolloin säde ylittää pohjamateriaalin ja painetun merkin rajan aina samassa suunnassa, siis joko merkin puolelta pohjamateriaalin puolelle tai päinvastoin. Mikäli laserin ei haluta piirtävän negatii-15 vista merkkiä, pitää laserin tehoa laskea huomattavasti, koska säteen halkaisijan kasvattaminen on mittaustarkkuuden kannalta epäedullista. Mikäli laserin annetaan piirtää painettuun merkkiin negatiivinen merkki, ei laserin tehoa tai säteen halkaisijaa tarvitse muuttaa ja syntyvää negatiivista merkkiä voidaan käyttää hyväksi myöhemmissä vaiheissa tai esimerkiksi laadunvar-20 mistuksessa. Suuriläpimittaista, mutta teräväreunaista säteen paikkaa voidaan mitata myös niin, että liikutetaan sädettä suunnilleen säteen läpimitan suuruisen merkin päällä. Esimerkiksi viivan päällä, jolloin reunojen ylittämien lisää läpinäkyvän rainan läpäisseen valon määrää voimakkaasti. Viivaa pitkin ^ voidaan liikuttaa sädettä myös pienessä kulmassa viivan keskilinjaan nähden, ° 25 jolloin säde liikkuu hitaasti viivaan nähden kohtisuoraan. Näin voidaan mitata 0 säteen reunan ylitys viivan molemmilta puolilta, jolloin viivan keskilinja on niiden välissä.

CC

CL

g Yksi laserprosessien rekisterikontrollin erikoistapaus on laserlaitteiston sisäl tö £3 30 nen rekisterikontrolIi. Esimerkiksi kun rata on leveä suhteessa yhden lasers- ^ kannerin työalueeseen, laserprosessivaihe voidaan toteuttaa laserlaitteistolla, jossa on useita skannereita rinnakkain niin, että radan leveys saadaan katet- 9 tua. Tällöin ei useinkaan ole mahdollista tai järkevää tehdä pohjamateriaaliin painettuja merkkejä jokaisen laserskannerin itsenäiseksi kohdistamiseksi, vaan kohdistaa laserskannerit toisiinsa. Tällöin esimerkiksi vain yksi skanneri kohdistetaan radan reunaan painettuihin kohdistusmerkkeihin, ja skannerien 5 keskinäisellä kohdistuksella varmistetaan, että laserprosessin kohdistus on kunnossa radan koko leveydellä.

Kaksi laserskanneria voidaan kohdistaa toisiinsa tekemällä molemmilla negatiivinen merkki ja määrittämällä niiden kohdistuminen toisiinsa konenäköjär-10 jestelmällä tai muulla sopivalla anturilaitteistolla. Kun leveä rata katetaan useammalla laserskannerilla, niiden työalueet tyypillisesti leikkaavat toisiaan, ja silloin on usein edullista tehdä tutkittavat negatiiviset merkit näille leikkausalueille.

15 Kahden laserskannerin kohdistaminen toisiinsa vaatii pinnan, johon lasersäde voi piirtää merkin. Tällainen pinta voi olla painettu, pinnoitettu tai muuten käsitelty alue pohjamateriaalin päällä, alueen koolla, muodolla tai sijaintitark-kuudella ei ole isoja vaatimuksia, kunhan kumpikin skanneri voi piirtää merkkinsä siihen. Kun prosessoitava tuote on selektiivisesti laminoitu laminaatti, 20 voidaan yhteisenä pintana käyttää laminaatin kuvioitavaa kerrosta kuten joh-defoliota. Tällöin merkit voidaan tehdä joko laminaattiin jäävään osaan tai laminaatista poistettavaan osaan kuvioitavaa kerrosta. Kun merkit tehdään laminaattiin jäävään osaan kuvioitavaa kerrosta, myös itse jäävä osa voi olla xt merkki - se voi olla laminaattiin muutenkin jäävä osa, siihen tehty uloke tai ° 25 muu piirre tai kohdistusta varten tehty erillinen kiinni liimattu alue. Selektiivi- o sesti kuvioidun laminaatin yhteydessä voidaan käyttää myös kuvioitavan ker- ^ roksen poistettavan osan alla olevaa painettua, pinnoitettua tai muuten käsi- | teltyä aluetta, koska laser voi tyypillisesti piirtää merkin myös kuvioitavan g kerroksen läpi.

CD

m 30 c\j ^ Yksi edullinen sovellusmuoto selektiivisesti laminoidun laminaatin yhteydessä on sellainen, jossa keskenään kohdistettavat skannerit tekevät merkkinsä 10 laminaatista poistettavaan osaan kuvioitavaa kerrosta alueelle, jossa niiden työalueet leikkaavat. Rajoituksena on, että tällöin konenäköjärjestelmä tai muu sopiva anturilaitteisto on sijoitettava ennen kuvioitavan kerroksen poistettavan osan poistamista. Etuina on, että merkit voidaan sijoittaa päällek-5 käin, että mitään erillistä pintaa ei tarvita merkkien alustaksi ja että valmiiseen tuotteeseen ei tyypillisesti jää mitään jälkiä kohdistuksesta.

Yleisesti voidaan todeta, että kohdistuksen seurannan ja mittauksen kannalta on edullista valita konenäköjärjestelmällä tai muulla sopivalla anturilaitteistol-10 la tutkittaviksi merkeiksi sellaisia, joiden keskipisteen paikka on helppo ja/tai nopea määrittää jopa valmiilla algoritmilla, ja sijoittaa merkit toisiinsa nähden siten, että kohdistuksen ollessa kohdallaan niiden keskipisteet yhtyvät - tällöin merkkien keskipisteiden välimatka on yhtä kuin kohdistuksen virhe eikä välimatkaa näin ollen tarvitse verrata mihinkään, pahimmillaan tapauskohtai-15 sesti vaihtuvaan tavoitearvoon. Näin ollen laserprosessoinnin kohdistamiseksi yksi edullinen sovellusmuoto on painaa rataan pyöreitä tai neliömäisiä merkkejä ja pyrkiä piirtämään laserilla kunkin keskelle ympyrän, pisteen tai ristin muotoinen negatiivinen merkki, ja laserskannereiden keskinäiseksi kohdistamiseksi yksi edullinen sovellusmuoto on piirtää yhdellä skannerilla ympyrän 20 muotoisia merkkejä ja pyrkiä piirtämään toisella skannerilla kunkin keskelle erikokoisen ympyrän, pisteen tai ristin muotoinen merkki. Yksinkertaisimmillaan painoprosessivaiheessa painetaan radan pohja- tai kantomateriaalin toiseen reunaan kohdistusmerkkejä, joihin laser sitten tekee negatiiviset merkit 't laserprosessivaiheessa. Tällöin merkkien keskinäistä kohdistumista seuraa- ° 25 maila ja laserprosessivaihetta sen perusteella ohjaamalla saadaan laserpro- 9 sessivaihe kohdistumaan painoprosessivaiheeseen radan pituus- eli kulku- suunnassa ja tarvittaessa myös radan poikittaissuunnassa pitkänkin tuotan-| toajon ajan.

CO

CD

£3 30 Jos rataan painetaan merkkejä muuallekin kuin vain radan pohja- tai kantoni materiaalin toiseen reunaan ja tehdään laserprosessivaiheessa näihin merk keihin laserilla negatiiviset merkit, voidaan laserprosessivaiheen kohdistumis- 11 ta painoprosessivaiheeseen seurata ja ohjata monipuolisemmin kuin vain toiseen reunaan painettujen merkkien avulla voidaan. Esimerkiksi jos painopro-sessivaiheessa painetaan kohdistusmerkit radan pohja- tai kantomateriaalin molempiin reunoihin ja laserprosessivaiheessa tehdään näihin merkkeihin 5 negatiiviset merkit, voidaan merkkien toisiinsa kohdistumista seuraamalla ohjata laserprosessivaihetta osumaan painoprosessivaiheeseen ottaen huomioon myös painatuksen kulma ja siinä mahdollisesti tapahtuvat muutokset radan kulkusuuntaan verrattuna. Samoin vähintään kaksien tai useampien merkkien avulla voidaan seurata ja ohjata laserprosessoinnin skaalaa eli voi-10 daan huolehtia siitä, että laserprosessoinnin mitat säilyvät oikeina painatuksen mittoihin nähden pitkänkin tuotantoajon ajan. Radan leveyssuuntaisen mitta muutoksen kalibroimiseksi tarvitaan ainakin kaksi merkintää leveys-suunnassa, esimerkiksi molemmissa reunoissa. Yleensä rata jakautuu leveys-suunnassa moneen piirilevyyn, jotka lopulta leikataan irti toisistaan. Usein 15 riittää, että kohdistetaan kunkin irrotettavan piirin yksi koordinaattipiste leveyssuunnassa. Yleensä yksittäinen piiri on niin pieni, että sen alueella skaa-lausvirhe ei kasva liian suureksi.

Laserprosessivaihetta seuraavissa prosessivaiheissa voidaan kohdistusmerk-20 keinä käyttää painetun kohdistusmerkin sijaan laserin tekemää negatiivista merkkiä tai painetun merkin ja laserin tekemän negatiivisen merkin yhdistelmää. Usein on tarve kohdistaa jatkoprosessointi juuri laserprosessointiin yksinomaan tai sitä painottaen, joten negatiiviset merkit tai painetun merkin ja ^ negatiivisen merkin yhdistelmän käyttö tarjoaa tähän edullisen mahdollisuu- ° 25 den.

O

Painettu merkki voi olla myös edellä kuvatussa selektiivisessä laminoinnissa | painettu liimakuvio, erityisesti jos merkiksi painetaan erillinen kuvio tai liima- g kuvio ulottuu johdefolion ulkopuolelle, jolloin merkki jää näkyviin ja siihen

CD

30 voidaan tehdä laserilla negatiivinen merkki. Voidaan myös painaa jollakin muulla painovärillä sopiva alue tai pinta laseria varten, jolloin laserin siihen tekemää negatiivista merkkiä voidaan verrata jossakin muussa vaiheessa 12 tehtyyn, esimerkiksi liimalla painettuun merkkiin. Tällöin voidaan valita muu painoväri niin, että saavutetaan hyvä kontrasti sekä liima- että lasermerkkiin. Painamisen sijasta on mahdollista käyttää myös muita tapoja. Voidaan esimerkiksi tehdä pohjamateriaalin koko reunan alueelle lasermerkintöjä varten 5 raita ja painaa kohdistusmerkit tälle alueelle, mutta tehdä lasermerkit painettujen kohdistusmerkkien ulkopuolelle. Tämä saattaa olla edullista tai välttämätöntä, jos käytetty laser ei piirrä kunnolla painettuihin merkkeihin. Tällöin laserilla voidaan piirtää kuvio, esimerkiksi ympyrä, painetun merkin ulkopuolelle, tai painettuun merkkiin voidaan jättää piirtämistä varten tyhjä alue.

10 Esimerkiksi painettu merkki voi olla viivakuvio, esimerkiksi ympyrä, jonka sisään piirretään laserilla toinen ympyrä, jonka samankeskisyys mitataan konenäöllä.

Keksintöä voidaan soveltaa myös valmistusprosesseihin, joissa laserprosessi-15 vaihe on vaiheista ensimmäinen varsinainen prosessivaihe. Tällöin ennen la-serprosessivaihetta painetaan rataan joko kohdistusmerkit tai muut alueet painovärillä, johon laser kykenee tekemään negatiivisen merkin. Tällöin la-serprosessivaihetta seuraavat vaiheet voidaan kohdistaa laserin tekemiin negatiivisiin merkkeihin.

20

Samaan pintaan on myös mahdollista tehdä laserilla useampia toisistaan erottuvia negatiivisia merkkejä, esimerkiksi sisäkkäisiä ympyröitä tai neliöitä tai näiden ja ristin yhdistelmiä. Tätä voidaan hyödyntää useampien laserpro- ^ sessivaiheiden kohdistamisessa toisiinsa ja mahdollisesti muihin prosessivai- o 25 heisiin. On myös mahdollista tehdä yksi merkki ennen rekisterikontrolIin pe-9 rusteella tehtävää korjausta ja toinen sen jälkeen, jolloin voidaan seurata korjauksen suuruutta ja onnistumista.

X

Q_ co Keksintöä voidaan soveltaa riippumatta siitä, ovatko prosessivaiheet samassa

CD

£3 30 vai eri valmistuslinjoissa, δ

C\J

13

Seuraavassa selostetaan keksinnön yhtä edullista sovellusmuotoa oheisten piirrosten avulla.

Fig. 1 kuvaa keksinnön mukaisen menetelmän yhden edullisen sovellusmuo-5 don, kun merkkejä on vain radan toisessa reunassa.

Fig. 2 kuvaa keksinnön mukaisen menetelmän yhden edullisen sovellusmuo-don, kun merkkejä on radan molemmissa reunoissa.

10 Piirroksessa 1 rata liikkuu vasemmalta oikealle. Kulkiessaan painoprosessivai-heen 1 kautta radan pohja- tai kantomateriaalin 2 yhteen reunaan painetaan kohdistusmerkit 4 ja tyypillisesti myös prosessoitavalle alueelle jotakin kuten tässä kuviot 3. Kun rata kulkee laserprosessivaiheen 5 läpi, laser tekee painettuun kohdistusmerkkiin 4 negatiivisen merkin 7 samalla kun se tavalla tai 15 toisella muuttaa prosessoitavaa aluetta, mikä on näytetty muutoksena kuvioiden 3 ja 6 välillä. Laserprosessivaiheen jälkeen on konenäkö- tai muun an-turijärjestelmä 8, jonka avulla määritetään negatiivisen merkin 7 asema suhteessa painettuun kohdistusmerkkiin 4, ja tällä tiedolla ohjataan laserproses-sivaihetta 5 siten, että negatiiviset merkit 7 pysyvät riittävällä tarkkuudella 20 oikeassa asemassa, esimerkiksi keskellä, suhteessa painettuihin kohdistus-merkkeihin 4 koko tuotantoajon ajan.

Piirroksessa 2 rata liikkuu vasemmalta oikealle. Kulkiessaan painoprosessivai-'t heen 1 kautta radan pohja- tai kantomateriaalin 2 reunoihin painetaan koh- ° 25 distusmerkit 4 ja 9 ja tyypillisesti myös prosessoitavalle alueelle jotakin kuten o tässä kuviot 3. Kun rata kulkee laserprosessivaiheen 5 läpi, laser tekee pai- nettuun kohdistusmerkkeihin 4 ja 9 negatiiviset merkit 7 ja 10 samalla kun se | tavalla tai toisella muuttaa prosessoitavaa aluetta, mikä on näytetty muutok- g sena kuvioiden 3 ja 6 välillä. Laserprosessivaiheen jälkeen on konenäkö- tai

CD

30 muut anturijägestelmät 8 ja 11, joiden avulla määritetään negatiivisten ^ merkkien 7 ja 10 asema suhteessa painettuihin kohdistusmerkkeihin 4 ja 9, ja tällä tiedolla ohjataan laserprosessivaihetta 5 siten, että negatiiviset merkit 14 7 ja 10 pysyvät riittävällä tarkkuudella oikeassa asemassa suhteessa painettuihin kohdistusmerkkeihin 4 ja 9 koko tuotantoajon ajan. Kahta tai useampaa merkkiä käyttämällä on mahdollista pitää laserprosessivaihe tarkasti sekä samassa paikassa radan kulkusuunnassa että samassa kulmassa radan kul-5 kusuuntaan nähden kuin painatus, ja on myös mahdollista skaalata laserpro-sessointia siten, että negatiivisten merkkien välimatka pysyy samana kuin painettujen merkkien välimatka.

Kohdistusmerkit 4 ja 9 ovat tässä ympyröitä ja negatiiviset merkit 7 ja 10 10 renkaanmuotoisia, mutta sinällään niiden muodoilla ei ole väliä. Oleellista on se, että merkit toimivat konenäkö- tai muun anturijärjestelmän kanssa luotettavasti. On myös mahdollista käyttää esimerkiksi perättäisiä samansuuntaisia raitoja, jolloin niiden kohdistuksen mittaamiseen voidaan käyttää myös viiva-koodiskannerin tapaista laitetta, joka mittaa painettujen raitojen päälle lase-15 rilla piirretyn viivan paikkaa kussakin raidassa. Paikan mittaus onnistuu myös pulssisuhteen mittauksen avulla, jolloin mitataan painetun raidan leveys la-serviivan molemmilla puolilla. Viivojen avulla pystytään mittaamaan luonnollisesti vain yksi dimensio kerrallaan.

20 Painoprosessivaiheen 1 ja laserprosessivaiheen 5 välissä voi olla muita prosessivaiheita kuten esimerkiksi metallifolion laminointi, jolloin kuviot 3 ovat laminointiliimaa, johon laminointiprosessivaiheessa kiinnittyy radan keskiosan peittävä metallifolio, joka kuvioidaan laserprosessivaiheessa 5 samalla kun ^ laserilla tehdään negatiiviset merkit 7 ja mahdollisesti myös 10 kohdistus- ° 25 merkkeihin 4 ja mahdollisesti myös 9.

o

X

CC

CL

CO

CD

10 30 c\j δ c\j

Claims

1. Laserprosessivaiheen sisältävään rullalta rullalle -valmistusprosessiin soveltuva laserprosessin kohdistuksen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että 5 ennen ainakin yhtä laserprosessivaihetta radan (2) pohja- tai kantomateriaa-lin pintaan tehdään painovärillä merkkejä, kuvioita tai pintoja (4, 9), joihin käytettävä lasersäde voi piirtää merkin (7, 10) poistamalla tai muuttamalla painoväriä, 10 jolloin laserprosessivaiheessa lasersäteellä piirretään toinen merkki mainittuun painovärillä painettuun merkkiin, ja luetaan optisesti painovärillä piirretyn merkin (4, 9) ja laserilla piirretyn 15 merkin (7,10) paikkaa painovärivaiheen ja laserprosessivaiheen kohdistuksen mittaamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa painovärillä tehtyyn merkkiin tehdään laserilla negatiivinen merkki poistamalla väriä, ja painoväril- 20 lä tehty merkki ja lasermerkki kuvataan, ja verrataan painovärillä tehdyn merkin ja laserilla piirretyn merkin keskinäistä sijaintia laserilla tehdyn merkin piirtämisen jälkeen. ««t

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kuvataan tai mitataan ° 25 heijastunutta ja/tai läpäisevää valoa laserilla piirtämisen aikana. O

^ 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, jossa lisäksi kohdistetaan | painovärillä tehtyyn merkkiin lasersäde, jonka intensiteettiä on laskettu tehoa g laskemalla tai suurentamalla säteen läpimittaa niin, ettei säde piirrä painovä- co 30 riin pysyvää merkkiä, ja säteen paikkaa kuvataan kameralla tai mitataan hei-^ jastuneen valon avulla painetun merkin paikkaa liikuttamalla sädettä ja mit taamalla heijastuneen tai pohjamateriaalin läpäisseen valon määrää.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa painovärillä tehty merkki tehdään myöhemmän kerroksen alle piiloon jäävän kuvioinnin yhteydessä siten, että painovärillä tehtyä merkkiä käytetään piiloon jäävän kerroksen kohdistamiseen, jolloin painoväri merkki jää myöhemmän 5 kerroksen ulkopuolelle siten, jolloin lasertyövaihe kohdistetaan piiloon jääneen kerroksen kuviointiin painettujen merkkien avulla.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, jossa piiloon jäävä kuviointi on liima-ainekuviointi, jolla liitetään piirilevyyn folio tai kerros selektiivisesti. 10

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen laserprosessivaihetta radan pohja- tai kantomateriaaliin painetaan merkkejä, kuvioita tai pintoja, joihin lasersäde piirtää merkkejä, ja että laserprosessivaihetta ohjataan lukemalla sekä lasersäteen tekemiä 15 merkkejä, että joitakin muita rataan tehtyjä merkkejä tai kuvioita.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa laserprosessivaihetta ohjataan laserprosessoinnin kohdistamiseksi yhteen tai useampaan sitä edeltäneeseen prosessivaiheeseen radan pituus- tai poikkisuun- 20 nassa, tai kulmassa näihin nähden.

9. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, jossa laserprosessivaihetta ohjataan laserprosessoinnin skaalaamiseksi sopimaan yhteen tai use- 't ampaan sitä edeltäneeseen prosessivaiheeseen. ° 25 i

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa lisäksi rinnakkaisia laserlaitteita on radan poikkisuunnassa ainakin kaksi, jolloin rin-| nakkaisilla laserlaitteilla piirretään tai valaistaan merkit vierekkäisen laitteen g työstöalueen reunaan tai lähelle reunaa, ja mitataan kahden tai useamman CD 30 laserlaitteen keskinäinen kohdistus viereiseen laitteeseen nähden, δ c\j