CH644053A5

CH644053A5 - METHOD AND DEVICE FOR FORMING SEVERAL ROWS OF SPARKLED PERFORATIONS.

Info

Publication number: CH644053A5
Application number: CH724279A
Authority: CH
Inventors: A Clifton Jun Lilly; Warren E Claflin; Edward B Stultz; Peter Martin; Ulysses A Brooks
Original assignee: Philip Morris Inc
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1979-08-07
Publication date: 1984-07-13
Also published as: FR2432913B1; FI792368A; DE2932421A1; IT7949899A0; FI68547C; IT1118111B; GB2027628A; FI68547B; DE2932421C2; FR2432913A1; GB2027628B; NL7905905A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung mehrerer in Abstand angeordneter Reihen von im Abstand angeordneten gleichförmigen Perforationen gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9. The invention relates to a method and a device for forming a plurality of spaced rows of spaced uniform perforations according to the preamble of claims 1 and 9.

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-Mundstiickpapier, 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 denau 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 dadürch 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. When perforating sheet-like material, a two-dimensional perforated die with strictly observed limits with regard to the uniformity of the perforation spacing between rows and columns of the die is often desired. An example of particular interest is the perforation of cigarette filter tip paper, in which the punch matrix uniformity enables the consistency of the cigarette thinning properties. In various known mechanical punch-through methods and methods for perforating by electric arcs, the row spacing can be made precise by providing a separate perforating device for each row. The uniformity in the spacing of the perforations made in each row and thus the exact column spacing can be achieved by synchronizing the operation of each perforating device. Since the perforating devices, e.g. Pins or pairs of electrodes, which are physically limited in size, can be easily used to achieve very close spacing between adjacent rows of the matrices.

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 wirtschaftlichen und Gründen der Grösse die Verwendung eines einzigen 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 gleichmässig anzuordnen, so dass der gegenwärtige Stand der Technik den Forderungen nicht voll Rechnung trägt. Perforation methods are also known, in which lasers are used, which use pulsating or continuous light energy for row and column perforation. In these processes, however, the use of a single laser, which was used for both row and column perforation, was preferred for economic and size reasons. serves. In the prior art methods using a single laser to achieve a uniform distance, the laser beam had to be split into several beams, one for each row, and the focusing of light onto a sheet material had to be done by using a separate lens for each row. The establishment of the perforations by precise boundaries within each row has been attempted by using a movable reflector element in each of the plurality of beam paths. The means for achieving precision movements are complicated because vibrations and articulated movements of such reflector elements in and out of their reference plane are to be avoided in order to evenly arrange the holes in rows, so that the current state of the art does not take full account of the requirements.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Perforieren von flächenhaftem Material durch die Verwendung von Lichtenergie zu entwickeln. The invention has for its object in particular to develop improved methods and devices for perforating sheet material by using light energy.

Desgleichen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine schnelle Perforation von Zigaretten-Filtermundstückpapier durch Laser zu ermöglichen-. Likewise, it is an object of the invention to enable rapid perforation of cigarette filter tip paper by laser.

Dies wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 erzielt. This is achieved according to the invention by the characterizing features of claims 1 and 9.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform verwendet die erfindungsgemässe Vorrichtung gewöhnlich drehbare reflektierende Scheiben zur Erzeugung der pulsierenden Lichtstrahlen und benutzt veränderlich einstellbare Lichtleiteinrichtungen, durch welche verschiedene Perfo-rationsmatrizen leicht erhältlich gemacht werden können. In a particularly preferred embodiment, the device according to the invention usually uses rotatable reflecting disks to generate the pulsating light beams and uses variably adjustable light-guiding devices by means of which different perfusion matrices can be made easily available.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielsweiser Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen, näher erläutert und zwar zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals designate the same parts, namely:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, in welchem eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist; Fig. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of the invention;

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht der Reflektorscheiben nach Fig. 1, welche für die Zwecke der Erläuterung nebeneinander dargestellt sind; FIG. 2 shows a perspective view of the reflector disks according to FIG. 1, which are shown next to one another for the purpose of explanation;

Fig. 3 und 4 optische Diagramme zur Vorrichtung nach Fig. 1; 3 and 4 optical diagrams for the device according to FIG. 1;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, welche gegenüber der in Fig. 1 erweitert ist und zusätzliche Reflektorscheiben aufweist; FIG. 5 shows a further embodiment of the device, which is expanded compared to that in FIG. 1 and has additional reflector disks;

Fig. 6 die jeweilige Gestaltung der Reflektorscheiben der erweiterten Anordnung; 6 shows the respective design of the reflector disks of the extended arrangement;

Fig. 7 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung für die veränderlichen Perforationsmatrizen, die mit der erweiterten Anordnung nach Fig. 5 erzielbar sind. Fig. 7 is a schematic drawing for explanation of the variable perforation matrices that can be achieved with the expanded arrangement of FIG. 5.

Wie Fig. 1 zeigt, wird eine Bahn 10 aus flächenhaftem Material von einer Aufnahmetrommel 12 gesammelt, die nachfolgend einer waagerechten Förderbahn von einer nicht gezeigten Abgabetrommel her folgt. Die Aufnahmetrommel 12 wird von einer Antriebseinheit 14 mit einer Ge5 As shown in FIG. 1, a web 10 of sheet material is collected by a take-up drum 12, which subsequently follows a horizontal conveying path from a delivery drum (not shown). The take-up drum 12 is driven by a drive unit 14 with a Ge5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

644 053 644 053

4 4th

schwindigkeit zur Drehung angetrieben, welche durch ein, Steuerungsignal auf einer Leitung 16 bestimmt wird, die von einem Potentiometer 18 gespeist wird. speed driven to rotation, which is determined by a control signal on a line 16, which is fed by a potentiometer 18.

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. A potentiometer 20 supplies a further signal to a line 22 for controlling the drive unit 24 of a light reflector arrangement 26, which has a shaft 28 which is driven by the drive unit 24 for rotation, further light-reflecting disks 30 and 32 and a spacer 34, which on the Shaft 28 is wedged with the disks for rotation therewith.

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. A laser 36 generates a continuous output beam 38 which is directed through a lens 40 to a location on the disks 30 and! 32 is focused. The light rays reflected by the disks are directed through devices 42 and 44, each having an output focusing element 46 and 48, respectively, and carried by a fixed frame 50 for independent rotation about the axes 52a and 54a of the pulsating rays.

Fig. 2 zeigt nebeneinander angeordnet und in schaubild>-licher 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 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 mit dem Strahl 38 (Fig. 1) wechselwirken 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 d'er 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 dea freien Durchtritt des Laserstrahls ausreichenden Grösse. Das Abstandsstück 34 wird mit einer solchen Erstreckung längs dfer 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 dem Auftreffen des Laserstrahls auf die Facetten der Scheibe 30 gemildert, d.h. der Laserausgangsstrahl-Über-tritt über die Scheibe 30 hinaus tritt lediglich durch die Öffnungen 64 der Scheibe hindurch. FIG. 2 shows the disk 30 and the disk 32 arranged next to one another and in a diagrammatic representation, the latter being shown to the right of the disk 30 in FIG. 1. The disks are keyed onto shaft 28 at a location where lines 56 and 58 are in a common plane with shaft axis 60. In the embodiment shown, in which two panes are used and are to interact alternately with the beam 38 (FIG. 1), the panes have transparent, evenly spaced peripheral parts 62 and 64 which are offset from one another and facets 66 reflecting between them and limit 68. Usually 45 such facets are used, each facet extending over four degrees of arc (angles 70 and 76) and each translucent part extending over four degrees of arc (angles 74 and 72). When the transmissive portion 62a is in alignment with the line 56 with its leading edge and the transmissive portion 64a is spaced from the line 58 by the facet angle 76, the discs are properly aligned for alternate reflection of the laser beam, which beam through the transmissive portion 62a passes to be reflected by the clockwise of the transmissive portion 64a. The translucent parts are usually openings in the panes of a size sufficient for the free passage of the laser beam. The spacer 34 is selected with such an extension along the axis 60 that the disks 30 and 32 are located at the desired origin of the modified rays reflected from the disk facets. Although the disk 32 can be made without translucent parts since it is the last disk from the laser, the arrangement described reduces undesired reflection of the laser output beam through the disk 32 during the impingement of the laser beam on the facets of the disk 30, i.e. the laser output beam passes beyond disk 30 only through openings 64 of the disk.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, führt jedes Auftreffen des Strahles 38 auf eine Facette der Scheibe 30 zur Fortpflanzung einer modifizierten Version des Laserausgangsstrahls, welcher modifizierte Strahl bei 52 gezeigt ist und eine Mittelachse 52a hat, d.h. eine Symmetriachse, 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. As is apparent from Fig. 3, each impingement of the beam 38 on a facet of the disk 30 results in the propagation of a modified version of the laser output beam, which modified beam is shown at 52 and has a central axis 52a, i.e. an axis of symmetry made parallel to the optical axis 42a of the device 42 by the orientation of the disk 30. The beam 52 has outer beams 52b and 52c which diverge in opposite directions from the beam center axis 52a. The virtual object or starting point of beam 52 is shown at 52d.

Bei jedem Auftreffen des Strahles 38 auf eine Facette der Scheibe 32 wird ein weiterer modifizierter Strahl 54 Each time the beam 38 strikes a facet of the disk 32, a further modified beam 54 becomes

erzeugt, der eine Mittelachse 54a (Strahlsymmetrieachse) aufweist, die zur optischen Achse 44a der Einrichtung 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 d30 kennzeichnet sowohl den Abstand zwischen der Scheibe 30 und dem Strahlursprung 380 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 ds sowohl den Abstand zwischen der Scheibe 32 und dem Strahlursprung 380 längs der Achse 38a und den Abstand zwischen der Scheibe 32 und der urpsprünglichen Lage 54d längs der Achse 54a. Der Abstand der Scheibe 30 von der Scheibe 32 längs der Achse 38a ist mit d!s bezeichnet. generated, which has a central axis 54a (beam symmetry axis), which is made parallel to the optical axis 44a of the device 44. Ray 54 has diverging outer rays 54b and 54c and a point 54d for the virtual object or origin. The distance d30 characterizes both the distance between the disk 30 and the beam origin 380 along the axis 38a and the distance between the disk 30 and the original layer 52d along the axis 52a. In the same way, the distance ds characterizes both the distance between the disk 32 and the beam origin 380 along the axis 38a and the distance between the disk 32 and the original layer 54d along the axis 54a. The distance of the disk 30 from the disk 32 along the axis 38a is denoted by d! S.

Wie 'sich aus Fig. 4 ergibtt, weist die Einrichtung 42 ebene Reflektorelemente 42b und 42c auf. Das Element 42c befindet sich in Ausfluchtung mit dem Austrittsfokus-sierelement 46, das eine Eintrittsebene 46a aufweist. Die Einrichtung 44 besitzt ebene Reflektorelemente 46b und 44c, welch letzteres sich in Ausflüchtung mit dem Austritts-fokussierelemenit 48 befindet, dessen Eintrittsebene ebenfalls die Ebene 46a ist. As can be seen from FIG. 4, the device 42 has flat reflector elements 42b and 42c. The element 42c is in alignment with the exit focusing element 46, which has an entry plane 46a. The device 44 has flat reflector elements 46b and 44c, the latter being in alignment with the exit focusing element 48, the entry plane of which is also the plane 46a.

Wenn die Fokussierelemente 46 und; 48 in direkte Ausfluchtung 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 Austrittsfokussierele-ment erstrecken. Der Lichtweg vom Laserstrahlursprung 380 für d!en von der Scheibe 30 reflektierten Strahl würde dann d30 + D betragen und für den von der Scheibe 32 reflektierten Strahl d30 + d + D. Unter Berücksichtigung der Reduktionsfaktoren, d.h. des Verhältnisses vom Bild-grösse 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 Ausgangsfokussierelemente 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 jed'en scheibenreflektierten Strahl und einer Gleichheit in der Perforationslochgrösse erleichtert, ohne dass eine stark unterschiedliche Optik in den Austrittsfokussier-elementen oder anderswo erforderlich sind. If the focusing elements 46 and; 48 would be brought into direct alignment with the disks 30 and 32 and the reflector elements 42b, 42c, 44b and 44c would be omitted, there would be a distance D to each of the light paths which extend from the disk to the exit focusing element. The light path from the laser beam origin 380 for the beam reflected by the disk 30 would then be d30 + D and for the beam reflected by the disk 32 d30 + d + D. Taking into account the reduction factors, i.e. of the ratio of image size to object size, the present arrangement gives different reduction factors which are based on such light paths of different lengths. Obtaining the same perforation hole size for each beam is obviously not achievable with such an arrangement in which compensation for the light paths of different lengths is not brought in, for example by different focusing properties of the output focusing elements 46 and '48. Although such an arrangement and compensation within the range According to the invention, the use of a device 42 and 44, which will be explained in more detail below, is to be preferred since it facilitates the achievement of reduction factors of the same size for each disk-reflected beam and an equality in the perforation hole size, without being very different Optics in the exit focusing elements or elsewhere are required.

Zwischen der Scheibe 30 und dem Element 42b ist längs der Achse 52a ein Abstand da gewählt. Ein Abstand db ist gewählt längs einer Achse, die zur Strahlachse 38a zwischen den Elementen 42b und 42c parallel ist. Ein: Abstand d0 ist längs einer Achse gewählt, die zur Achse 52a zwischen dem Element 42c und der Eintrittsebene 46a des Ausgangs-fokussierelements 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 d30, da und db entfernt. Die Linie 42c', die quer über den Strahl 38 gezogen ist, kennzeichnet bei einem solchen zusammengesetzten Abstand die Divergenz, die bei dem Element 42c A distance da is selected between the disk 30 and the element 42b along the axis 52a. A distance db is chosen along an axis that is parallel to the beam axis 38a between the elements 42b and 42c. On: Distance d0 is chosen along an axis that is parallel to the axis 52a between the element 42c and the entry plane 46a of the output focusing element 46. Since the divergence of the beam 52 is constant over the entire passage through the device 42 and is determined by the divergence of the beam 38, it is easy to remove distances along the axis 38a which correspond to the position of the reflector elements 42b and! 42c correspond to determine the divergence of the beam 52 as it passes through the device 42. The element 42c is, for example, removed from the origin 52d by the sum of the distances d30, da and db. The line 42c 'drawn across the beam 38 at such a composite distance indicates the divergence that occurs with the element 42c

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

644 053 644 053

auftritt. Die Divergenz an der Ebene 46a wird dadurch erhalten, dass längs der Achse 38a der zusammengesetzte Abstand d30, da, db und d„ abgetragen wird, welche Divergenz durch die Linie 46a' längs der Achse 38a angegeben ist. Das virtuelle Objekt 52d ist von dem Element 42c dürch die Summe der Abstände dg,,, da und db entfernt. occurs. The divergence on the plane 46a is obtained by plotting along the axis 38a the combined distance d30, da, db and d ", which divergence is indicated by the line 46a 'along the axis 38a. The virtual object 52d is removed from the element 42c by the sum of the distances dg ,,, da and db.

Die Abstände da', db' und dc' der Einrichtung 44 entsprechen in ihrer Art den Abständen da, db und dc. Die Divergenz am Reflektorelement 44b ist durch die Linie 44b' längs der Achse 38a angegeben, d.h. in einem Abstand vom Ursprung 380, der gleich der Summe von d^ und da' The distances da ', db' and dc 'of the device 44 correspond in nature to the distances da, db and dc. The divergence on reflector element 44b is indicated by line 44b 'along axis 38a, i.e. at a distance from the origin 380 which is equal to the sum of d ^ and da '

ist. is.

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 Ursprang 380 zur Förderebene des flächenhaften Materials 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 dsfl, ds, da', db' und dc' gleich der vorangehend angegebenen zusammengesetzten Weglänge für die von der Scheibe 30 reflektierten Strahlen, nämlich die Summe von dso, da, db und dc, gemacht. With the virtual object 54d at an identical distance from the focusing entry plane 46a as a virtual object 52d, the same cross-sectional area is obtained for each beam at the plane 46a. In other words, equal reduction factors apply to light which is directed from the origin 380 to the conveying plane of the sheet material, regardless of whether this light is reflected by the disk 30 or the disk 32. For this purpose, the composite path length for the rays reflected by disc 32, i.e. the sum of dsfl, ds, da ', db' and dc 'is equal to the above-mentioned composite path length for the rays reflected from the disk 30, namely the sum of dso, da, db and dc.

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. As can be seen from the foregoing, the invention provides a common cross-section. the conveying plane of the material to be perforated for rays which are generated alternately at different points along the path of a focused light beam by adjusting their reduction factors.

Als weiteres Beispiel sei angenommen, dass das Ausgangsfokussierelement 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 Ausgangsfokussierelement 48 reflektierten Strahl. Die zusammengesetzte Weglänge für das einen solchen Strahl ergebende Licht ist d30 + ds + 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 Ausgangsfokussierelement 46 überschreitet. Für gleiche Lichtweglängen bringt man einfach die Reflektoren 42b und 42c in einen Abstand ds voneinander, so dass die zusammengesetzte Weglänge für Licht, das von dem von der Scheibe 30 reflektierten Strahl erhalten wird, ebenfalls d30 + ds + D ist. As another example, assume that the output focusing element 48 is in register with the disk 32 (elements 44b and 44c omitted). The direct reflection path length is now D for the beam reflected by the disk 32 to the output focusing element 48. The composite path length for the light resulting from such a beam is d30 + ds + D. In order to adapt the composite path length for the light resulting from the beam reflected by the disk 30 to such a length, the latter length is caused to direct reflection path from the disc 30 to the output focusing element 46 exceeds. For equal light path lengths, the reflectors 42b and 42c are simply placed at a distance ds from one another, so that the combined path length for light which is obtained from the beam reflected by the disk 30 is also d30 + ds + D.

Wenn Lichtstrahlwege von verschiedener Länge vom Fokussierpunkt des Laserstrahls zu den Ausgangsfokussier-elementen (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 herabzusetzten. If there are light beam paths of different lengths from the focal point of the laser beam to the output focussing elements (or conveying plane), compensation is carried out using different focussing optics. However, the path lengths are preferably coupled with corresponding lengths in order to minimize differences in the focusing optics.

In Fig. 5 sind vier Reflektorscheiben 30', 32', 78 und 80 längs der Welle 28 durch Abstandsstücke 34, 82 und 84 voneinander angeordnet. Zusätzliche Lichtleitmittel 85 und 87 haben Ausgangsfokussierelemente 90 und 92. Modifizierte Strahlen 94 und 96 werden durch die Facetten von Scheiben 78 und 80 weitergeleitet. Der Strahl 94 divergiert um eine mittige Symmetrieachse, die mit der optischen Ache 86a der Einrichtung 85 zusammenfällt. Der Strahl 96 divergiert um eine mittige Symmetriachse, die mit der optischen Achse 88a der Einrichtung 87 zusammenfällt. Jedes der Lichtleitmittel 42, 44, 85 und 87 hat die Form eines Rohres. Die Rohre 41, 43 und 88 sind typisch für alle Rohre und umfassen vertikale Leitunigen 41a und 41c, 43a und 43c und 88b und 88c, waagrechte Leitungen 41b, 43b und 88d und Reflektorelemente 41e und 41f, 43e und 43f und 88e und 88f. Die waagerechten Leitungen haben geschraubte Endverbindungen mit Reflektorblöcken 41e-l und 41e-2, 43e-l und 43e-2 und 88e-l 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 Querschnittfsflä-chen der Strahlen bei ihrem Austritt aus den Rohren erhalten werden können. Ebene Reflektorblöcke 42b und 42c, 44b und 44c und 88e-3 und 88e-4 sind an den Reflektorblöcken lösbar befestigt. Die Austrittsfokussiereîemeïite 46, 48 und 92 sind mit ihren Linsenhaltern 46a, 48a und 92a in Gehäusen 46c, 48c und 92b befestigt, welche mit den vertikalen Leitungen 41c, 43c und 88c verschraubt sind, wodurch die Einstellung der Linsenstellungen mit bezug auf die Bahn 10 ermöglicht wird. Die Rohre 41, 43, 86 und 88 werden gemeinsam durch ein Gehäuse 98 getragen, wobei die waagrechten und1 unteren vertikalen Leitungen um die obere vertikale Leitung drehbar sind. Die Rohre sind so gewählt, dass sie einen Innendurchmesser haben, der grösser als der makximale 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 Reflektorelemente so getragen werden, dass aufeinanderfolgende Elemente, beispielsweise 42b und 42c in einem zueinander festen räumlichen Verhältnis gehalten werden, und sich beide gemeinsam um die Mittelachse des Strahls drehen können, der auf d'as erste solche Element einfällt. Als praktische Sicherheitsmassnahme dienen die Rohre ferner zur Beinhaltung der Strahlen und um Betriebsstörungen auf einem Mindestmass zu halten. 5, four reflector disks 30 ', 32', 78 and 80 are arranged along the shaft 28 by spacers 34, 82 and 84 from one another. Additional light guide means 85 and 87 have output focusing elements 90 and 92. Modified beams 94 and 96 are passed through the facets of discs 78 and 80. The beam 94 diverges around a central axis of symmetry, which coincides with the optical axis 86a of the device 85. The beam 96 diverges about a central axis of symmetry, which coincides with the optical axis 88a of the device 87. Each of the light guide means 42, 44, 85 and 87 has the shape of a tube. The tubes 41, 43 and 88 are typical of all tubes and comprise vertical lines 41a and 41c, 43a and 43c and 88b and 88c, horizontal lines 41b, 43b and 88d and reflector elements 41e and 41f, 43e and 43f and 88e and 88f. The horizontal lines have screwed end connections with reflector blocks 41e-l and 41e-2, 43e-l and 43e-2 and 88e-l and 88e-2, whereby a fine adjustment of the total pipe length is obtained and the change in the length of the light path from its particular one Length is made possible, so that equal cross-sectional areas of the beams can be obtained as they emerge from the tubes. Level reflector blocks 42b and 42c, 44b and 44c and 88e-3 and 88e-4 are detachably attached to the reflector blocks. The exit focus 46, 48 and 92 are fixed with their lens holders 46a, 48a and 92a in housings 46c, 48c and 92b which are screwed to the vertical lines 41c, 43c and 88c, thereby allowing the lens positions to be adjusted with respect to the web 10 becomes. The tubes 41, 43, 86 and 88 are carried together by a housing 98, the horizontal and 1 lower vertical lines being rotatable about the upper vertical line. The tubes are selected so that they have an inside diameter that is larger than the maximum cross-section of the rays they convey, i.e. the rays are not caught or reflected by the tube walls. The tubes therefore serve as a housing in which the reflector elements are carried in such a way that successive elements, for example 42b and 42c, are held in a fixed spatial relationship to one another, and both can rotate together about the central axis of the beam directed at the first such element occurs. As a practical safety measure, the tubes also serve to contain the rays and to keep operational disruptions to a minimum.

Fig. 6 zeigt die Gestaltungen der Scheiben 30', 32', 78 und 80. Wenn alle Scheiben nach in einer gemeinsamen Ebene liegenden Verkeilungslinien 100, 102, 104 und 106 verkeilt sind1 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 102 zusammen. Die Facetten 110, 112 und 114 der Scheie be 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 Überdeckung von Facetten und durchlässigen Teilen der Scheiben modifiziert wird. Wie für die vorangehend beschriebene Zwei-scheibenausführungsform angegeben, kann die letztfolgende Scheibe ohne lichtdurchlässige Teile angeordnet werden, jedoch sind dieselben bevorzugt, um Streu- bzw. unerwünschte Lichtenergiereflexionen von dieser letzten Scheibe zu mildern. Der Laserstrahl wird zu seinem Divergenzursprung 380 (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. 6 shows the designs of the disks 30 ', 32', 78 and 80. If all disks are wedged according to wedging lines 100, 102, 104 and 106 lying in a common plane 1 and 45 facets per disk as according to the device according to FIG. 1 -3 it is assumed that the facets of all disks each extend over two degrees of arc and the openings thereof extend over six degrees of arc. The facet 108 of the disk 32 'coincides with the wedge line 102 with its front edge in a clockwise direction. The facets 110, 112 and 114 of the bars 30 ', 78 and 80 are located with their front edges clockwise at a distance from the key lines 100, 104 and 106 by two, six and four angular degrees, 116, 118 and 120. With this The design results in that a clockwise rotation of the shaft 28 results in a successive propagation of modified rays 54, 52, 96 and 94 (FIG. 5). Such an ignition sequence is chosen for explanation only, and any ignition sequence can be used by modifying the coverage of facets and permeable parts of the disks. As indicated for the two-pane embodiment described above, the last pane can be arranged without translucent parts, but they are preferred in order to mitigate stray or unwanted light energy reflections from this last pane. The laser beam is focused to its divergence point 380 (FIG. 4) so that the beam cross-section exposes the openings of the penultimate pane (pane 78), thereby ensuring that the full beam can be incident on each pane.

In Fig. 7 bestimmen die kreisförmigen Bahnen 122, 124, 126 und 128 die möglichen Lagen der Austrittsfokussier-elemente der Einrichtungen 42, 44, 85 und 87. Wie angegeben, stören die Bahnen einander in ihrer Erstreckung 7, the circular tracks 122, 124, 126 and 128 determine the possible positions of the exit focusing elements of the devices 42, 44, 85 and 87. As indicated, the tracks interfere with one another in their extension

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

644053 644053

6 6

nach links, während1 sie einander im übrigen Bereich rechts nicht stören. Bei einer beispielsweisen Perforationsmatrizeneinstellung sind die Einrichtungen eingestellt, wie angegeben, so dass die Einrichtung 42 die Perforationsreihe 130 bildet, die Einrichtung 44 die Reihe 132, die Einrichtung 85 die Reihe 134 und die Einrichtung 87 die Reihe 136. De!r Abstand S1 zwischen den Reihen 130 und 134 wird durch die relative Einstellung der Einrichtungen 42 und 85 zueinander erhalten. Der Abstand S2 zwischen den Reihen 132 und 136 wird durch die Einstellung der Einrichtungen 44 und 87 mit bezug aufeinander erreicht. Die Einstellungen der Einrichtungen 42 und 44 ergeben ferner Abstände S3 und S4 der Reihen 130 und 132 von der Mittellinie 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 Schnitt symmetrisch zum Ganzen, d.h. längs der Mittellinie der Papierbahn 10 ausgeführt. Auf diese Weise werden zwei gesonderte Zigaretten hergestellt, von denen jede konzentrische in Abstand 5 befindliche Reihen von Perforationen mit gleichem Abstand vom Filterende aufweist. to the left, while1 they do not interfere with each other in the remaining area on the right. In an example perforation die setting, the devices are set as indicated such that device 42 forms row of perforations 130, device 44 row 132, device 85 row 134 and device 87 row 136. The distance S1 between the Rows 130 and 134 are obtained by the relative setting of devices 42 and 85 to each other. The distance S2 between the rows 132 and 136 is achieved by adjusting the devices 44 and 87 with respect to each other. The settings of the devices 42 and 44 also result in distances S3 and S4 of the rows 130 and 132 from the center line of the web 10. The perforation arrangement shown can be used for example in the manufacture of cigarettes for perforating the filter tip paper. Usually, opposing tobacco rod sections and an intermediate double filter member are brought end to end and perforated filter tip paper (web 10) is applied to connect the tobacco rod sections and the intermediate double filter member together. In the following, a cut is made symmetrical to the whole, i.e. executed along the center line of the paper web 10. In this way, two separate cigarettes are produced, each of which has concentric rows of perforations at a distance of 5 and the same distance from the filter end.

Eine Perforationsmusteränderung kann in einfacher Weise dadurch geschehen, dass die teilnehmenden Rohre neu eingestellt werden. Die Perforationsdichte in solchen io 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 gteichmässig gemacht, durch welches 15 Weglängen bestimmt werden und/oder bei welchem eine kompensierende Fokussieroptik verwendet wird1. Die Lichtwegbestimmung und Einschliessung kann auch durch Vorrichtungen anderer Art als die dargestellte Rohranordnung vorgenommen werden. Im Vorangehenden ist die Stapelung 20 von mehreren Linsen in den Ausgangsfokussierelementen zur Grössenverminderung der Löcher vorgesehen. A change in the perforation pattern can be done in a simple manner by readjusting the participating tubes. The perforation density in such rows can be regulated by adjusting the speed of rotation of the respective reflector disc arrangement and the 'conveying speed of the web. The hole size among the rows is made completely uniform by the method described above, by means of which 15 path lengths are determined and / or in which compensating focusing optics are used1. The light path determination and containment can also be carried out by devices other than the tube arrangement shown. In the foregoing, the stack 20 of multiple lenses is provided in the output focusing elements to reduce the size of the holes.

v v

7 Blätter Zeichnungen 7 sheets of drawings

Claims

644053

2nd

PATENT CLAIMS

1. A method of forming a plurality of spaced rows of spaced uniform perforations in sheet material using light energy, characterized in that a) a focused light beam is projected by a laser;

b) the flat material is funded at a funding level;

c) the beam is alternately reflected from first and second locations successively spaced along the axis of the focused beam from the focal point thereof, a first and second pulsed beam emanating from the first and second locations;

d) a separate light path is formed for each pulsed light beam to the conveying plane, so that the distance from the focal point to the conveying plane is the same for each pulsed light beam, so that the respective cross-sectional areas of the pulsed beams are the same at their corresponding contact points with the conveying plane;

e) each of the pulsed light beams is guided along its corresponding light path so that each pulsed beam contacts the conveying plane at a location on the surface of the plane which is at a distance from the point at which the other pulsed beam contacts the conveying plane;

f) each pulsed light beam passes through an output focus element which is arranged at a point in its light path in the vicinity of the conveying plane in order to focus the light beam at a point on the conveying plane and g) the sheet material is conveyed further behind the points at which the beams are focused on the conveying plane so that when the sheet material is conveyed past the points, the pulsed beams form a plurality of spaced rows of spaced uniform perforations in the sheet material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the separated light paths are unequal in length and the compensation of the cross-sectional areas of the light beams in the conveying plane is carried out by mutually different, separate focusing of the first and second pulsed beams before they are directed to the conveying plane will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the first and second pulsed beam are subjected to multiple reflections in the separate light paths.

4. The method according to claim 1, characterized in that perforation positions are preselected in the conveying plane and the separate light paths are shifted, while maintaining the established distances thereof, in order to obtain the exit of the first and second beams to the preselected positions.

5. The method according to claim 1, characterized in that the separate light paths are included along their lengths.

6. The method according to claim 1, characterized in that measure a) is carried out by using a continuous laser beam.

7. The method according to claim 1, characterized in that the measure c) is carried out by using a first and a second light-reflecting organ, which are moved alternately to interact with the focused beam at the first and at the second location.

8. The method according to claim 7, characterized in that the first and the second light-reflecting element are each formed by a number of light-reflecting sections which are provided in a circular arrangement at mutual intervals, the measure c) being further carried out in such a way that each such circular arrangement is rotated by the focused beam about an axis of rotation which intersects the axis of the focused beam.

9. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a) a source with a laser (36) for generating a focused light beam (38);

b) light reflecting organs (30, 32) for alternately interrupting the focused beam (38) at a first and a second position along the axis of the beam (38) to produce a first (52) and a second (54) pulsed beam;

c) light guide means (42, 44) associated with each of the pulsed beams (52, 54) and arranged between the interrupter means (30, 32) and the conveying plane around the first (52) and the second (54) pulsed beam of to guide its generation point to separate pillars on the conveying plane, each of the light guide means (42, 44) having a different length of the light path, so that the distance from the focus of the focused beam (38) to the light-reflecting element (30, 32) to the conveying plane is the same for each pulsed beam (52, 54), so that the cross-sectional areas of the pulsed beams (52, 54) are the same at their corresponding contact points with the conveying plane;

d) an output focusing element (46, 48) which is assigned to the end of the conveying plane of each light guide means (42, 44), the output focusing elements having a common input plane (46a) and being positioned around the first (52) and second (54) to focus the pulsed beam at spaced locations on the conveying plane;

e) transport means (12, 14) for transporting the flat material (10) on the conveying plane, so that the planar material (10) is transported behind the points at which the pulsed beams (52, 54) are focused on the conveying plane, and so that the alternating interruption of the focused beam (38) and the delivery of each pulsed beam (52, 54) by the light guide means (42, 44) and the output focusing elements (46, 48) a plurality of spaced rows of spaced uniform perforations form in the flat material (10).

10. The device according to claim 9, characterized in that each of the light guide means (42, 44) comprises first (42b, 44b) and second (42c, 44c) light-reflecting elements which are arranged in each of the light paths and for common rotation around the Axes (52a, 54a) of the corresponding pulsed beams (52, 54) are mounted.

11. The device according to claim 10, characterized in that each of the light guide means (42, 44) carries first (42b, 44b) and second (42c, 44c) light-reflecting elements which are displaceable with respect to one another.

12. The apparatus according to claim 10, characterized in that each of the light guide means (42, 44) has a tube arrangement (41, 43) for enclosing each of the corresponding light paths and for mounting the first (42b, 44b) and second (42c, 44c) light reflecting Has elements.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the output focusing element (46, 48) of

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

3rd

644053

of the mentioned tube arrangement (41, 43) is carried and is displaceable with respect to this.

14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the tube arrangements (41, 43) each have a first extension (41a, 43a) for receiving the pulsating beam (52, 54) from the light-reflecting element (30, 32), a third extension (41c, 43c) for emission of the pulsed light beam onto the sheetlike material (10) and a second extension (41b, 43b) between the first (41a, 43a) and the third (41c, 43c) extension.

15. The device according to claim 13, characterized in that the first (42b, 44b) and the second (42c, 44c) light-reflecting element at connecting points of the first (41a, 43a) and the second (41b, 43b) extension and the second ( 41b, 43b) and the third (41c, 43c) extension of the tube arrangement (41, 43) is worn.

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the second extension (41b, 43b) of the tube arrangement (41, 43) for adjusting the length of the light path through this is adjustable.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the output focusing element (46, 48) of the third extent (41c, 43c) of the tube arrangement (41, 43) is carried and is displaceable with respect thereto.

18. The apparatus according to claim 9, characterized in that the light reflecting elements comprise a shaft (28) which is supported for rotation about an axis which intersects the beam axis, which light reflecting elements (30, 32) for each of the first and the second Place a number of light-reflecting sections (66, 68), which are mounted at a mutual spacing in a circular arrangement around the above-mentioned shaft (28), which light-reflecting sections (66) of the light-reflecting organs (30) are evenly angled at the first point Wave (28) with respect to the light-reflecting portions (68) of the light-reflecting members (32) are offset at the second location.

19. The apparatus according to claim 18, characterized by a drive (24) for rotating said shaft (28) and a spacer (34) for mutually separating the light-reflecting members (30, 32) along said shaft axis in such a way that the light-reflecting Sections (66, 68) are moved into the first and second locations along the beam axis at such a shaft rotation.