DE69025809T2 - Laserstrahlbearbeitung und Gerät dazu - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Laser-Bearbeitungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Laserstrahl-Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks wie beispielsweise eines Druckmaterials, das ein typischerweise aus Naturgummi oder Elastomeren bestehendes Gummimaterial aufweist, zur Bildung von Siegeln oder Stempeln verwendet, wobei diese eine Druckfläche mit höherer Festigkeit schaffen und die Tintendurchlässigkeit poröser Materialien verbessern können, um Druckungleichförmigkeiten zu vermeiden.
• Eine bekannte derartige Laserstrahl-Maschine ist in den Dokumenten JP-A-55-140236 und JP-A-59-56852 beschrieben und in schematischer Form in Fig. 12 dargestellt. Bei einer derartigen herkömmlichen Laserstrahl-Maschine werden auf einen Arbeitstisch 7 ein Werkstück 51 das ein typischerweise aus Naturgummi oder Elastomer bestehendes Gummimaterial aufweist, und ein abzutastendes Modell 6 (Abtastmodell) mit einem darauf angebrachten Muster beispielsweise in Form von Buchstaben oder dergleichen, das in die Oberfläche des Werkstücks 5 eingraviert werden soll, gelegt. Oberhalb des Abtastmodells 6 ist ein Mustersensor 8 angeordnet, wogegen oberhalb des Werkstücks 5 ein Laserstrahlgenerator mit einer Laserenergiequelle 9 und einem Laseroszillator 10 angeordnet ist. Der Arbeitstisch 7 ist so ausgebildet, daß er von einer (nicht gezeigten) Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen angetrieben werden kann, und wird nacheinander in Horizontalrichtung relativ zum Mustersensor 8 und zum Laseroszillator 10 hin- und herbewegt, wobei der Mustersensor 8 das auf dem Abtastmodell 6 vorhandene Muster erfaßt, während es direkt unter dem Sensor 8 vorbeiläuft.
• Während der Zeit, in der der Sensor 8 das Muster nicht erfaßt "d.h., wenn der Sensor 8 den weißen Hintergrund des Abtastmodells 6 erfaßt, das mit einem schwarzen Muster darauf versehen ist) wird ein den weißen Hintergrund erfassendes Signal an die Laserenergiequelle 9 übermittelt und diese steuert den Laseroszillator 10 zur Abgabe von 100% Ausgangsleistung. Der vom Laseroszillator 10 abgegebene Laserstrahl wird an einen Spiegel 11 zum Auftreffen auf der Oberfläche des Werkstücks 5 reflektiert, wodurch bei der aufeinanderfolgenden Hin- und Herbewegung des Arbeitstisches 7 Punzen graviert werden. Wenn andererseits der Sensor 8 beim Abtasten vom weißen Hintergrund zum schwarzen Bereich übergeht, wird vom Sensor 8 ein den schwarzen Bereich erfassendes Signal an die Laserenergiequelle 9 abgegeben, worauf die Laserbestrahlung der Oberfläche des Werkstücks 5 unterbrochen wird. Durch Wiederholung der Vorschubbewegung des Arbeitstisches 7, jeweils für einen Zyklus von dessen horizontaler Hin- und Herbewegung, wird in einer horizontalen Richtung senkrecht zur Richtung der Hin- und Herbewegung die Oberfläche des Werkstücks 5 graviert, und zwar genau oder im wesentlichen gemäß dem auf dem Abtastmodell 6 vorhandenen Muster.
• Figur 10 zeigt im Querschnitt Vorsprünge 1, die bei einer herkömmlichen Technik wie beispielsweise Handschnitzen oder Plattenherstellung auf der Oberfläche eines aus Gummimaterial wie beispielsweise Naturgummi oder Elastomer bestehenden Werkstücks zur Erzeugung eines Siegels oder eines Stempels gebildet werden. Wie in Figur 10 gezeigt ist, ist die Breite der Vorsprünge 1 am unteren Ende größer als die Breite am oberen Ende, an dem eine Druckfarbe einschließlich Zinnober-Siegeldruckfarbe aufgebracht wird; mit anderen Worten haben die Vorsprünge einen trapezförmigen Querschnitt. Der Grund dafür liegt in der Verbesserung der physikalischen Festigkeit der Vorsprünge 1 zum Verhindern von deren Beschädigung und zur Verlängerung der Lebensdauer des bearbeiteten Werkstücks, da das Gummimaterial im Gegensatz zu harten Werkstücken wie beispielsweise Elfenbein weich ist.
• Andererseits zeigt Figur 11 auch im Querschnitt Vorsprünge 2, die mittels der oben beschriebenen herkömmlichen Laserstrahl- Maschine auf der Oberfläche eines Werkstücks geformt sind, welches ein Gummimaterial zum Erzeugen eines Siegels oder eines Stempels aufweist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, werden bei der herkömmlichen Laser-Bearbeitungsmethode die Vorsprünge 2 senkrecht zur Bearbeitungsfläche eingraviert und bilden tiefe Kerben 3 an den Punzen. Ferner werden in einem bestimmten Tiefenbereich die Kerben eher weiter und die Vorsprünge 2 erhalten einen umgekehrt trapezförmigen Querschnitt mit größerer Breite oben als unten, wodurch die physikalische Festigkeit der Vorsprünge 2 verringert wird sowie in ungünstiger Weise die Lebensdauer des Siegels oder Stempels verringert und dessen Schadenanfälligkeit erhöht wird. Im Falle eines Stempels aus einem porösen Druckmaterial, das mit Druckfarbe imprägniert wird, wird durch das Vorhandensein derartiger Kerben 3 sogar in die Zufuhr von Druckfarbe verhindert, wodurch ein ungenügendes Aufbringen von Druckfarbe verursacht wird.
• Das Phänomen, daß die Vorsprünge 2 senkrecht eingraviert werden, kann bei der herkömmlichen Technik, bei der ein Laserstrahl senkrecht nach unten auf die Oberfläche des Werkstücks strahlt und die Steuerung des Laserstrahls durch Ein- und Ausschaltbetrieb erreicht wird, nicht vermieden werden. Es wurde festgestellt, daß der Grund für die Bildung derartige Kerben 3 darin liegt, daß beim Einschalten kurzzeitig ein Laserstrahl mit hoher Leistung abgegeben wird, wie das anhand der in Fig. 11 gezeigten Ausgangscharakteristik des Laseroszillators zu sehen ist.
• Andererseits ist es bekannt, daß die Laser-Bearbeitungsstelle zur besseren Auflösung um so kleiner sein kann, je flacher die Bearbeitungstiefe ist. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß aufgrund der Tatsache, daß Siegel oder Stempel normalerweise eine eher größere Tiefe haben müssen und damit die durch die Laserstrahl-Bearbeitung erhaltene Auflösung verringert wird, die damit erzeugten Vorsprünge ungünstigerweise eher dünner werden oder kollabieren, wenn auf der für die Siegel oder dergleichen erforderlichen Tiefe bestanden wird.
• Diese Erfindung wird im Hinblick auf die dem herkömmlichen Laser-Bearbeitungsverfahren inhärenten Probleme und zu deren erfolgreicher Lösung vorgeschlagen und richtet sich darauf, ein Laserstrahl-Bearbeitungsverfahren vorzusehen, bei dem die auf der Oberfläche eines Werkstücks aus Gummimaterial wie typischerweise Naturgummi oder Elastomer mittels Laserstrahl- Bearbeitung zu erzeugenden Vorsprünge nicht leicht kollabieren, und bei dem die Verteilung und Zufuhr von Druckfarbe oder dergleichen verbessert werden kann, sowie auf eine Vorrichtung zu diesem Zweck.
• Um die oben genannten Probleme und die gestellte Aufgabe in geeigneter Weise zu lösen, sieht diese Erfindung ein Laser- Bearbeitungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 vor Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird eine Laserstrahl-Maschine mit den Merkmalen des Anspruches 2 geschaffen. Durch die stufenweise Steuerung der Ausgangsleistung des Laserstrahls mittels der Mehrzahl von Sensoren 28, die das Bearbeitungsmuster des Abtastmodells 6 erfassen, zu gestaffelten Zeiten oder Positionen gemäß der Mustererfassung durch diese Sensoren 28, kann in der Figur 1 gezeigten Weise ein Mehrstufen- Vorsprung (Zweistufen-Vorsprung bei der zweiten Ausführungsform) gebildet werden. Demgemäß wird der Vorsprung einem trapezförmigen Querschnitt mit größerer Breite am Fuß als am Kopf angenähert, wie das auch bei beim Handgravieren nach Figur 10 der Fall ist, wodurch die physikalische Festigkeit des Zweistufen-Vorsprunges 40 zur Vermeidung von dessen Beschädigung erhöht werden kann und eine geeignete Verteilung oder Zufuhr von Druckfarbe wegen des Fehlens von tiefen Kerben, die eine gleichmäßige Druckfarbenzufuhr verhindern, erreicht werden kann.
• Wie oben beschrieben, kann ein nach dem erfindungsgemäßen Laserstrahl-Bearbeitungsverfahren gebildete Gummistempel oder dergleichen eine höhere Lebenserwartung aufweisen, da die mechanische Festigkeit des Vorsprungs durch die mittels der stufenweisen Steuerung der Ausgangsleistung des Laserstrahls erreichten mehrstufigen Form erhöht werden kann. Das vorliegende Verfahren bewirkt auch die Erzeugung von Gummistempeln oder dergleichen, die eine ausgezeichnete Verteilung der Druckfarbe erlauben.
• Wenn als Druckmaterial ein poröses Material verwendet wird, dann kann die eingebrachte Druckfarbe nicht an die Druckoberfläche transportiert werden, wenn die bei der herkömmlichen Technik die Vorsprünge nicht mehrstufig sind, wodurch eine Ungleichförmigkeit des Drucks hervorgerufen wird. Eine derartige Druckungleichförmigkeit kann jedoch durch Bilden von mehrstufigen Vorsprüngen gemäß der vorliegenden Erfindung vollständig eliminiert werden, da die Vorsprünge einen größeren Fußbereich erhalten, wodurch die Zufuhr der Druckfarbe zur Druckfläche erleichtert wird.
• Gemäß dem in Anspruch 3 beanspruchten dritten Aspekt dieser Erfindung kann ein Bearbeitungsmuster auf einem Werkstück direkt als Negativmuster reproduziert werden, in dem mittels des Hauptsensors ein Abtastmodell mit einem darauf angebrachten positiven Bearbeitungsmuster abgetastet wird. Ferner kann die Auflösung des bearbeiteten Werkstücks verbessert werden, da der Laserstrahlgenerator und das Werkstück relativ zueinander gedreht werden können, so daß das Werkstück immer in einer festen Richtung relativ zum Laserstrahlgenerator bewegt wird, um das Auftreten eines Fehlers wirksam zu verhindern. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch insofern vorteilhaft, als es eine fortlaufende Bearbeitung des Werkstücks zur Verringerung der Bearbeitungszeit erlaubt.
• Fig. 1 zeigt im Querschnitt die Oberfläche eines gemäß einer ersten Ausführungsform des vorliegenden Laser-Bearbeitungsverfahrens gebildeten Gummistempels.
• Fig. 2 zeigt den Aufbau der Laserstrahl-Maschine gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung.
• Fig. 3 ist ein Zeitschaubild zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal und dem den Sichtfeldern der beiden in Figur 2 gezeigten Sensoren zugeordneten Laserausgang.
• Fig. 4 zeigt den Aufbau der Hauptbereiche einer Abwandlung der Laserstrahl-Maschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 5 zeigt den Aufbau der Hauptbereiche einer anderen Abwandlung der Laserstrahl-Maschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 6 zeigt eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserstrahl-Maschine.
• Fig. 7 zeigt einen Querschnitt der Laserstrahl- Maschine nach Figur 6 von der Seite gesehen.
• Fig. 8 zeigt in Draufsicht den in Figur 6 gezeigten ersten und zweiten Tisch.
• Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Darstellung der wesentlichen Teile der Bearbeitungseinheit der in Figur 6 gezeigten Vorrichtung.
• Fig. 10 zeigt im Querschnitt den Hauptteil eines handgravierten Gummistempels.
• Fig. 11 zeigt im Querschnitt den Hauptteil eines mittel herkömmlicher Laserstrahl-Bearbeitung gebildeten Gummistempels.
• Fig. 12 zeigt schematisch den Aufbau einer herkömmlichen Laserstrahl-Maschine.
• Fig. 13 zeigt den charakteristischen Verlauf der Laserstrahl-Ausgangsleistung.
• Das Laserstrahl-Bearbeitungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung soll im folgenden unter bezug auf eine Vorrichtung, mittels der das vorliegende Verfahren in geeigneter Weise mittels bevorzugte Ausführungsformen ausgeübt werden kann, beschrieben werden. Die der Laserstrahl-Bearbeitung bei diesen Ausführungsformen zu unterwerfenden Werkstücke sind aus Gummimaterial wie typischerweise Naturgummi oder Elsastomer, die alle als Druckmaterial für Siegel, Stempel usw. geeignet sind: (i) Naturgummi; und (ii) hochpolymere Elastomere einschließlich synthetischem Gummi und Elastomerkunststoffen, z.B. Polyäthylene niedriger Dichte, weiche Vinylchlorid-Plastik usw. Werkstükke aus derartigem Gummimaterial beinhalten selbstverständlich auch poröse Materialien, die ein ausgezeichnetes Durchdringen mit Druckfarbe erlauben.
• Figur 2 zeigt den Aufbau einer Laserstrahl-Maschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Da mit dieser Maschine ein zweistufiges Gravieren beabsichtigt ist, hat die Maschine im Gegensatz zur in Figur 2 gezeigten herkömmlichen Laserstrahl-Maschine einen Hilfssensor 20 und einen Laserstrahlgenerator 23 mit Zweistufen-Ausgangssystem.
• Der Laserstrahlgenerator 23 besitzt, ebenso wie die Laserenergiequellen, einen Konverter 24, der eine dem Ausgangssignal des Mustersensors 8 (der im folgenden als "Hauptsensor" bezeichnet wird), entsprechende Leistung erzeugt, und einen weiteren Konverter 25, der eine im Ausgangssignal des Hilfssensors 20 entsprechende Leistung erzeugt. Der Konverter 24 ist so ausgebildet, daß er beim Erfassen des weißen Hintergrunds des Abtastmodells 6 durch den Hauptsensor 8 eine Maximalleistung erzeugt, wogegen bei Erfassen des Bearbeitungsmusters 6a (schwarze Bereiche) die Leistungszufuhr unterbrochen wird. Der andere Konverter 25 ist ebenfalls so ausgebildet, daß er bei Erfassen des weißen Hintergrunds des Abtastmodells durch den Hilfssensor 20 eine Maximalleistung erzeugt wird, wogegen bei Erfassen des Bearbeitungsmusters 6a (schwarze Bereiche), die Leistung unterbrochen wird.
• Der Laseroszillator (Laserresonator) 26 im Laserstrahlgenerator 23 weist Totalreflexionsspiegel 27, 28 und 29, einen halbdurchlässigen Spiegel 30, eine Erdungselektrode 31, eine mit dem Konverter 24 verbundene Elektrode 32 und eine mit dem Konverter 25 verbundene Elektrode 33 auf.
• Das Sichtfeld 8a des Hauptsensors 8 und das Sichtfeld 20a des Hilfssensors 20 sind relativ zueinander so angeordnet, daß ersteres konzentrisch zum letzteren liegt. Damit erfaßt der Hilfssensor 20 das Abtastmuster 6a nicht nur vor dem Erfassend es Abtastmodells 6 durch den Hauptsensor 8, sondern auch nach Beendigung der Erfassung des Musters 6a durch den Hauptsensor 8 für einen vorbestimmten Zeitraum.
• Im folgenden wird die Arbeitsweise der Laserstrahl-Maschine nach der ersten Ausführungsform mit dem oben beschriebenen Aufbau dargelegt. Wenn sowohl der Hauptsensor 8 als auch der Hilfssensor 20 während der horizontalen Hin- und Herbewegung (von links nach rechts) des Arbeitstisches 7 in der in Figur 2 gezeigten Laserstrahl-Maschine den weißen Hintergrund erfassen, liefern die beiden Konverter 24 und 25 jeweils eine Maximalleistung der zwischen der Erdungselektrode 31 und der Elektrode 32 bzw. zwischen der Erdungselektrode 31 und der Elektrode 33 (siehe Figur 3).
• Damit wird der Laserstrahl mit höchster Intensität durch den halbdurchlässigen Spiegel 30 ausgegeben, wodurch auf der Oberfläche des Werkstücks 5 eine Punze gebildet wird.
• Wenn nach einigen Vorschubzyklen des Arbeitstisches 7 das Bearbeitungsmuster 6a in das Sichtfeld 20a des Hilfssensors 20 eintritt, dann wird das Erfassungssignal b des Sensors 20 dem Konverter 25 zugeleitet, worauf die Leistungszufuhr vom Konverter 25 unterbrochen wird; dabei liefert der Konverter 24 noch die Maximalleistung, da das Bearbeitungsmuster 6a nicht im Sichtfeld 8a des Hauptsensors 8 erfaßt wird. Mit anderen Worten wird dann, wenn nur der Hilfssensor 20 das Bearbeitungsmuster 6a erfaßt, der Laseroszillator 26 nur durch die vom Konverter 24 zugeführte Leistung in Schwingung versetzt, so daß die durch den halbdurchlässigen Spiegel 30 gestrahlte Ausgangsleistung des Laserstrahls gegenüber dem Fall, in dem die Maximalleistung zugeführt wird, halbiert ist. Demgemäß beträgt die Tiefe der dabei vom Laserstrahl gravierten Punze die Hälfte derjenigen Tiefe, die zum Zeitpunkt der Maximalleistung graviert wird, und somit wird eine Zwischenstufe 40a gebildet, wie sie in Figur 1 gezeigt ist.
• Wenn das Bearbeitungsmuster 6a in das Sichtfeld 8a des Hauptsensors eintritt, während die Leistungszufuhr vom Konverter 25 unterbrochen ist, wird das Erfassungssignal a des Sensors 8 vom Konverter 24 erhalten und die Leistungszufuhr vom Konverter 24 wird unterbrochen, wodurch die oberste Fläche 40b (auf die eine Druckfarbe einschließlich einer Zinnoberrot-Siegeldruckfarbe aufgebracht wird) in der in Fig. 1 gezeigten Weise gebildet werden kann.
• Wenn nach einigen Vorschubzyklen des Tisches 7 sich das Bearbeitungsmuster 6a aus dem Sichtfeld 8a des Hauptsensors 8 herausbewegt, wird die Leistungsversorgung vom Konverter 24 wieder aufgenommen. Da der Hilfssensor 20 zu diesem Zeitpunkt immer noch das Bearbeitungsmuster 6a erfaßt, ist die Leistungszufuhr vom Konverter 25 unterbrochen. Demgemäß graviert der Laserstrahl mit halber Ausgangsleistung zur Bildung einer weiteren Zwischenstufe 40a (siehe Figur 1). Im folgenden wird bei der Bewegung des Bearbeitungsmusters 6a aus dem Sichtfeld 20a des Hilfssensors 20 heraus die Leistungszufuhr vom Konverter 25 wieder aufgenommen und damit der Laserstrahl wieder mit Maximalleistung ausgegeben. Damit kann mit dem Verlaufsdiagramm gemäß Figur 3 gezeigten Verlauf C der Ausgangsleistung des Laserstrahls der in Figur 1 gezeigte zweistufige Vorsprung 40 auf der Oberfläche des Werkstücks 5 erzeugt werden. Durch Wiederholung der Vorschubbewegung des Arbeitstisches 7, pro Zyklus von dessen horizontaler Hin- und Herbewegung, in Horizontalrichtung senkrecht zur Richtung der Hin- und Herbewegung zum Abtasten der gesamten Oberfläche des Abtastmodells 6 mittels der zwei Sensoren 28, kann ein dem auf dem Abtastmodell 6 vorgesehenen Bearbeitungsmuster 6a entsprechender zweistufiger Vorsprung 40 auf der Oberfläche des Werkstücks 5 als Vorsprung reproduziert werden.
• Während bei der in Figur 2 gezeigten Laserstrahl-Maschine unter Verwendung von zwei Paaren von Entladungselektroden die Ausgangsleistung des Laserstrahls in zwei Stufen eingestellt werden kann, ist es ebenfalls möglich, in der in Figur 4 gezeigten Weise einen Laserresonator 26 mit einem Paar von Entladungselektroden und eine Laserenergiequelle 41, die die über diese Elektroden zuzuführende Leistung zweistufig steuern kann, zu verwenden, wodurch in gleicher Weise eine Laserbearbeitung erreicht wird. Ferner kann in der in Figur 5 gezeigten Weise eine einfache Ausgangsleistung des vom Laserstrahlgenerator 23 abgestrahlten Laserstrahls ebenfalls mehrstufig gesteuert werden, indem der Laserstrahl durch einen Lichtmodulator 42 geschickt wird. Während bei der ersten Ausführungsform diese Steuerung in zwei Stufen durchgeführt wird, kann sie natürlich auch in mehr als zwei Stufen ausgeführt werden.
• Als Ergebnis der Funktion der Laserstrahl-Maschine nach der ersten bevorzugten Ausführungsform wird, bevor eine zweite bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird, das auf dem Abtastmodell 6 vorhandene Bearbeitungsmuster 6a in die Oberfläche des Werkstücks 5 eingraviert. Wenn damit das Negativ eines gewünschten Musters auf dem Werkstück 5 wie beispielsweise bei Siegeln oder Stempeln eingraviert werden soll, dann muß zunächst das Negativmuster auf dem Abtastmodell 6 abgebildet werden. Beispielsweise muß, wenn ein gewünschtes Muster, welches Buchstaben oder Bilder umfaßt, auf ein Siegel oder einen Stempel graviert werden soll, zunächst ein Negativ vom Originalmuster erzeugt werden, was auf das Abtastmodell 6 übertragen wird. Der Begriff "positiv" soll hier so verstanden werden, daß er das normale Bild bezeichnet, während der Begriff "negativ" das Umkehrbild entsprechend dem Spiegelbild bezeichnen soll.
• Unter Bezug auf die Vorrichtung nach der in Figur 6 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform kann nun ein auf dem Abtastmodell 6 vorgesehenes positives Muster bei der Abtastung direkt als Negativ auf dem Werkstück reproduziert werden.
• Im einzelnen weist die in Figur 6 gezeigte Laserstrahl-Maschine 50 eine Steuereinheit 51 mit einem Laserstrahlgenerator 23, welcher aus einem (weiter unten beschriebenen) Laseroszillator 26, einer (nicht gezeigten) Laserenergiequelle usw. besteht, und darin angeordnete Motoren 63 bzw. 57 sowie eine Bearbeitungseinheit 52, die die Bearbeitung eines Werkstücks 5 durchführt, auf. Für die Motoren 63 und 57 kann beispielsweise ein Motor mit einstellbarer Geschwindigkeit, wie z.B. ein Servomotor, verwendet werden.
• Auf der Oberseite einer Grundplatte 53, die ein Bauteil der Bearbeitungseinheit 52 bildet, ist ein Paar von parallelen Führungsschienen 54 mit vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet, auf denen ein Transporttisch 55 verschiebbar befestigt ist. An der Unterseite des Transporttisches 55 sind in der in Figur 7 gezeigten Weise in vorbestimmten Abständen voneinander Gleitelemente 56 befestigt, die auf den Führungsschienen 54 gleiten. Der Motor 57 ist am linken Endbereich (Figur 6) der Grundplatte 53 befestigt, wobei eine an der (nicht gezeigten) Drehwelle des Motors 57 über eine (nicht gezeigte) Kupplung befestigte Gewindestange 58 sich zwischen dem Paar von Führungsschienen 54 und parallel dazu erstreckt. Ein (nicht gezeigte) Mutter, in die die Gewindestange 58 eingeschraubt ist, ist am Transporttisch 55 befestigt, so daß der Tisch 55 mittels des Motors 57 und durch Zusammenwirken der Gewindestange 58 und der Mutter in der Richtung Y entlang der Führungsschienen 54 bewegt werden kann.
• Auf dem Transporttisch 55 ist mit vorbestimmten Abstand in Richtung der Führungsschienen 54, wie in Figur 6 gezeigt, von einander jeweils eine erste Welle 59 und zweite Welle 60 drehbar angeordnet. Die erste Welle 59 und die zweite Welle 60 sind derart positioniert, daß die durch den Mittelpunkt von beiden Wellen gehende Linie 1 parallel zu den Führungsschienen 54 sein kann (siehe Figur 8). Am freien Ende der ersten Welle 59 ist koaxial ein tellerförmiger erster Tisch 61 befestigt, auf dessen Oberseite ein Abtastmodell 6 eingespannt werden kann. Andererseits ist auf dem freien Ende der zweiten Welle 60 ein tellerförmiger zweiter Tisch 62 koaxial befestigt, auf dessen Oberseite ein Werkstück 5 eingespannt werden kann. Die erste Welle 59 und die zweite Welle 60 haben unterschiedliche Höhen, so daß die beiden Tische 61 und 62 einander nicht stören. Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt, ist ein Motor 63 an der Unterseite des Transporttisches 55 befestigt und seine Antriebswelle erstreckt sich durch den Transporttisch 55 und über dessen Oberseite hinaus, und ein Antriebsriemen 65, der um eine an der Antriebswelle befestigte Riemenscheibe 64 herumgeführt ist, ist ebenfalls um eine koaxial mit der zweiten Welle 60 verbundene Riemenscheibe 66 herumgeführt. Auf dem Transporttisch 55 ist benachbart zur ersten Welle 59 eine angetriebene Welle 67 drehbar montiert und der Antriebsriemen 65 ist um eine an der angetriebenen Welle 67 befestigte Riemenscheibe 68 herumgeführt, so daß die angetriebene Welle 67 bei der Drehung der zweiten Welle 60 im gleichen Sinn rotiert. An der angetriebenen Welle 67 ist ein Zahnrad 69 befestigt, das mit einem an der ersten Welle 59 angeordneten Zahnrad in Eingriff ist, so daß die erste Welle 59 bei der Drehung der zweiten Welle 60 in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben wird. Wenn beispielsweise Motor 63 in der in Figur 8 gezeigten Weise im Gegenuhrzeigersinn dreht, dann wird die zweite Welle 60 über den Antriebsriemen 65 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wogegen die erste Welle 59 über die Zahnräder 69 und 70 im Uhrzeigersinn rotiert.
• In der Bearbeitungseinheit 52 erstreckt sich ein Tragelement 71 oberhalb der Grundplatte 53 parallel zu den Führungsschienen 54 und ein Mustersensor (Hauptsensor) 8 sowie ein Laserstrahl- Bearbeitungskopf 22 werden von diesem Tragelement getragen. Im einzelnen ist an dem Tragelement 71 an einer Stelle oberhalb des ersten Tisches 1 ein Befestigungselement 72 angeordnet und ein Hauptsensor 8 ist an dem Befestigungselement 72 derart befestigt, daß er angehoben und abgesenkt werden kann, um das auf dem Abtastmodell 6, welches auf dem ersten Tisch 61 eingespannt ist, vorgesehene Bearbeitungsmuster 6a zu erfassen; das Abtastsignal vom Hauptsensor 8 wird der in der Steuereinheit 61 untergebrachten, nicht gezeigten (Steuereinrichtung) übermittelt.
• Der Hauptsensor 8 besitzt einen Hilfssensor 20 mit einer derartigen gegenseitigen Beziehung, daß in der in Figur 3 gezeigten Weise das Sichtfeld 8a des Hauptsensors 8 konzentrisch zum Sichtfeld 20a des Hilfssensors 20 liegt. Mit anderen Worten ist der Hilfssensor 20 so ausgebildet, daß er bei der Drehung des ersten Tisches 61 das auf dem Abtastmodell 6 abgebildete Bearbeitungsmuster eine vorbestimmte Zeitspanne vor und nach der Erfassung des Musters 6a durch den Hauptsensor 8 erfaßt. Wenn weder der Hilfssensor 20 noch der Hauptsensor 8 das auf dem Abtastmodell 6 abgebildete Bearbeitungsmuster 6a erfassen, dann wird die Ausgangsleistung des vom Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 abgestrahlten Laserstrahls so gesteuert, daß sie ihren Maximalwert besitzt. Andererseits wird, wenn nur der Hilfssensor 20 das Bearbeitungsmuster 6a erfaßt, die Ausgangsleistung des Laserstrahls auf die Hälfte des Maximalwerts gesteuert; wenn schließlich die beiden Sensoren 8 und 20 gemeinsam das Bearbeitungsmuster 6a erfassen, dann wird der vom Laserstrahl- Bearbeitungskopf 22 abgegebene Laserstrahl unterbrochen.
• Wie in Fig. 6 gezeigt, ist ein eine Laserenergiequelle darin aufnehmender Laseroszillator 26 auf der Oberseite der Bearbeitungseinheit 52 angeordnet. Am Ende eines horizontal vom Laseroszillator 26 abstehenden Zylinders 75 ist ein Spiegelaufnahmeteil 76 zum Reflektieren des horizontal durch den Zylinder 75 abgegebenen Laserstrahls rechtwinklig nach unten befestigt. Ein weiterer Zylinder 78 zur Aufnahme des reflektierten Strahls ist am Tragelement 71 über einen Tragarm 77 aufgehängt. Am Ende des Zylinders 78 ist der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 befestigt, der den Laserstrahl bündelt und auf das auf den zweiten Tisch 62 eingespannte Werkstück 5 abstrahlt. Es ist festzustellen, daß die Ausgangsleistung des vom Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 abgestrahlten Laserstrahls gemäß der Mustererfassung durch den Hilfssensor 20 und den Hauptsensor 8 stufenweise eingestellt werden kann. Für eine derartige Einstellung kann eine Vorrichtung mit dem in den Figuren 2, 4 oder 5 gezeigten Aufbau verwendet werden.
• Der Hauptsensor 8 und der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 sind oberhalb der Linie 1, die die Mittelpunkt der ersten Welle 59 und der zweiten Welle 60 schneidet, angeordnet, so daß der Hauptsensor 8 und der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 zu den entsprechenden Mittelpunkten der Tische 61 und 62 verschoben werden können, wenn der Transporttisch entlang der Führungsschienen 54 verschoben wird. Der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 (Hauptsensor) ist so ausgebildet, daß er als Folge der Kombination der Drehbewegung des zweiten Tisches 62 (ersten Tisches 61) und der Linearbewegung des Transporttisches 55 auf einer Horizontalebene einen spiralförmigen Umlauf zeichnet.
• Wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Vorschubgeschwindigkeit des Transporttisches 55 und die Drehgeschwindigkeit der Tische 61 und 62 auf konstante Werte gesetzt sind, dann ändern sich die Tiefe der vom Laserstrahl zur gravierenden Vorsprünge und die Ganghöhe des spiralförmigen Umlaufs mit Annäherung des Laserstrahl-Bearbeitungskopfes 22 an den Mittelpunkt des zweiten Tisches 62. Um derartige Anderungen auszuschließen wird ein Positionserfassungsgerät wie beispielsweise ein Potentiometer zur Erfassung der Position des Transporttisches 55 verwendet und der Motor 57 wird auf der Grundlage des vom Erfassungsgerät erfaßten Wertes so gesteuert, daß die Vorgeschwindigkeit des Transporttisches 55 bei Annäherung des Laserstrahl-Bearbeitungskopfes 22 an den Mittelpunkt des zweiten Tisches 62 erhöht werden kann. Ebenso wird der Motor 63 auf der Grundlage des vom Erfassungsgerät erfaßten Wertes derart gesteuert, daß die Drehgeschwindigkeit des zweiten Tisches 62 mit Annäherung des Laserstrahl-Bearbeitungskopfes 22 an den Mittelpunkt des zweiten Tisches 62 erhöht werden kann (wodurch die Umfangsgeschwindigkeit des Tisches 62 relativ zum Laserstrahl- Bearbeitungskopf 22 konstant gehalten wird) . Damit kann das Phänomen vermieden werden, daß die Graviertiefe des Laserstrahls und die Ganghöhe des Spiralumlaufs sich in Abhängigkeit der in Radialrichtung zu verschiebenden Position des zweiten Tisches 62 ändern.
• Die Arbeitsweise der Laserstrahl-Maschine nach der zweiten Ausführungsform soll im folgenden beschrieben werden.
• Ein Abtastmodell 6 mit einem darauf in Positivform abgebildeten Bearbeitungsmuster 6a wird an einer vorbestimmten Position auf dem ersten Tisch 61 fest eingespannt, während ein Werkstück 5 auf dem zweiten Tisch 62 an einer der Einspannposition des Abtastmodells 6 entsprechenden Position eingespannt wird. Es kann auch eine Mehrzahl von Abtastmodellen 6 und eine Mehrzahl von Werkstücken 5 auf den entsprechenden Tragtischen 61 bzw. 62 eingespannt sein, um ein gleichzeitiges Bearbeiten der Mehrzahl von Werkstücken 5 zu bewirken (siehe Figur 8). Der Transporttisch 55 steht zunächst in Warteposition auf der linken Seite in Figur 6, wogegen der Hauptsensor 8 und der Hilfssensor 20 oberhalb des rechten Randes des ersten Tisches 61 angeordnet sind und der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 oberhalb des rechten Randes des zweiten Tisches 62 angeordnet ist.
• Wenn in dem oben genannten Ausgangszustand der Motor 63 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, dann dreht sich der zweite Tisch 62 mit dem darauf eingespannten Werkstück 5 über den Antriebsriemen 65 im Gegenuhrzeigersinn. Andererseits dreht sich der erste Tisch 61 mit dem darauf eingespannten Abtastmodell 6 über die Zahnräder 69 und 70 im Uhrzeigersinn. Während der Zeitspanne, in der der Hilfssensor 20 und der Hauptsensor 8 beide den weißen Hintergrund des Abtastmodells 6 erfassen, strahlt der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 einen Laserstrahl mit maximaler Ausgangsleistung ab und bildet so eine Punze auf der Oberfläche des Werkstücks 5.
• Wenn bei der Drehung des ersten Tisches 61 der Hilfssensor das auf dem Abtastmodell 6 abgebildete Bearbeitungsmuster 6a (schwarze Bereiche) erfaßt, dann fällt die Ausgangsleistung des vom Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 abgegebenen Laserstrahls auf die Hälfte des Maximalwerts. Demgemäß wird die Tiefe der mittels dieses Laserstrahls zu gravierenden Punze die Hälfte der Tiefe bei maximaler Ausgangsleistung. Wenn danach der Hauptsensor 8 das Bearbeitungsmuster 6a erfaßt (zu diesem Zeitpunkt erfassen sowohl der Sensor 8 als auch der Sensor 20 das Bearbeitungsmuster 6a), dann wird die Abgabe des Laserstrahls vom Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 zur Bildung der obersten Fläche des Vorsprungs unterbrochen. Wenn der Hauptsensor 8 bei der Drehung des ersten Tisches 61 das Bearbeitungsmuster 6a nicht mehr erfaßt (zu diesem Zeitpunkt erfaßt der Hilfssensor 20 noch immer das Bearbeitungsmuster 6a), dann wird der Laserstrahl vom Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 mit halber Ausgangsleistung abgestrahlt, um auf der Oberfläche des Werkstücks 5 eine Punze mit halber Tiefe zu bilden. Wenn schließlich der Hilfssensor 20 das Bearbeitungsmuster 6a nicht mehr erfaßt, dann nimmt die Leistung des vom Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 abgestrahlten Laserstrahls wieder ihren Maximalwert an, um auf der Oberfläche des Werkstücks 5 eine Punze mit maximaler Tiefe zu bilden.
• Bei Drehung des ersten Tisches 61 und des zweiten Tisches 62 wird der Transporttisch 55 durch den Motor 57 in Richtung Y verschoben, um dem Hilfssensor 20 und dem Hauptsensor 8 ein Abtasten der gesamten Oberfläche des Abtastmodells 6 zu ermöglichen. Wenn in der in Figur 9 gezeigten Weise das Werkstück 5 und das Abtastmodell 6 kleiner als die Radien des ersten und zweiten Tisches 61 bzw. 62 sind, dann kann der Transporttisch 55 zu einem dem Radius des ersten Tisches 61 entsprechenden Abstand verschoben werden, um ein Abtasten der gesamten Oberfläche des Abtastmodells 6 durch die Sensoren 20 und 8 zu ermöglichen.
• Da wie oben beschrieben der erste Tisch 61 und der zweite Tisch 62 in einander entgegengesetzte Drehrichtungen gedreht werden, kann das vom Hilfssensor 20 und vom Hauptsensor 8 abgetastete positive Bearbeitungsmuster 6a auf der Oberfläche des Werkstücks 5 in Form eines zweistufigen Vorsprungs als Negativ oder Spiegelbild reproduziert werden.
• Während bei der Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform die beiden Tische 61 und 62 gedreht und in Radialrichtung verschoben werden, können alternativ auch der Laserstrahl-Bearbeitungskopf 22 und die Sensoren 20 und 8 gedreht und in Radialrichtung verschoben werden. Ferner kann, auch wenn der erste Tisch 61 und der zweite Tisch 62 in gleicher Drehrichtung gedreht werden, das auf dem Abtastmodell 6 abgebildete Bearbeitungsmuster 6a auf der Oberfläche des Werkstücks in Form von Vorsprüngen exakt oder angenähert reproduziert werden.

Claims (4)

1. Laserstrahl-Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Hauptsensor (8) relativ zu einem Abtastmodell (6), das ein darauf abgebildetes Bearbeitungsmuster (6a) aufweist, zum Abtasten bewegt wird, und synchronisiert mit diesem Abtasten ein Laserstrahlgenerator (23) relativ zu einem Werkstück (5), welches ein Gummimaterial wie beispielsweise Naturgummi oder Elastomer aufweist, derart bewegt wird, daß eine Lasereinstrahlung auf dem Werkstück (5) in Übereinstimmung mit dem vom Hauptsensor (8) erfaßten Bearbeitungsmuster (6a) bewirkt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptsensor (8) einen Hilfssensor (20) zum Erfassen des Bearbeitungsmusters (6a) vor dessen Erfassung durch den Hauptsensor (8) aufweist und daß die Steuerung der Ausgangsleistung des Laserstrahlgenerators (23) durch stufenweises Verstellen gemäß der Mustererkennung durch diesen Hilfssensor (20) und den Hauptsensor (8) erfolgt, wodurch auf der Oberfläche des Werkstücks (5) mehrstufige Vorsprünge gebildet werden.

2. Laserstrahl-Maschine mit einem Hauptsensor (8) zum Abtasten eines Abtastmodells (6) zum Erfassen des darauf abgebildeten Bearbeitungsmusters (6a), einem Laserstrahlgenerator (23) zum Abstrahlen eines Laserstrahls auf die Oberfläche eines Werkstücks (5) in Übereinstimmung mit dem vom Hauptsensor (8) erfaßten Bearbeitungsmuster (6a); und einem hin- und herbewegenden Antrieb (7), der den Laserstrahlgenerator (23) relativ zum Werkstück (5) synchronisiert mit dem Abtasten des Bearbeitungsmusters (6a) hin- und herbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahl-Maschine ferner einen Hilfssensor (20) zum Abtasten des Abtastmodells (6) zum Erfassen des darauf abgebildeten Bearbeitungsmusters (6a) synchronisiert mit dem Hauptsensor (8) sowie ein Paar von Steuereinrichtungen (24, 25), die ein stufenweises Schalten der Ausgangsleistung des Laserstrahlgenerators (23) in Übereinstimmung mit dem vom Hilfssensor (20) und vom Hauptsensor (8) erfaßten Bearbeitungsmuster (6a) durchführen, aufweist; wobei der Hilfssensor (20) derart ausgebildet ist, daß er das Bearbei tungsmuster (6a) des Abtastmodells (6) immer vor dessen Erfassung durch den Hauptsensor (8) erfassen kann auch dann, wenn die Bewegungsrichtung des Abtastmodells (6) durch den Antrieb (7) umgekehrt wird.

3. Laserstrahl-Maschine nach Anspruch 2, mit einem ersten Tisch (61), der auf einer in der Laserstrahl-Maschine drehbar gelagerten ersten Welle (59) derart befestigt ist, daß auf ihm das Abtastmodell (6) positioniert eingespannt werden kann;

einem zweiten Tisch (62), der auf einer in der Laserstrahl- Maschine drehbar gelagerten zweiten Welle (60) derart befestigt ist, so daß auf ihm das Werkstück (5) positioniert eingespannt werden kann;

einer Antriebsvorrichtung (65) zum Drehen des ersten Tisches (61) und des zweiten Tisches (62) in einander entgegengesetzten Drehrichtungen;

eine Vorschubvorrichtung (57) zum Verschieben des ersten und zweiten Tisches (61, 62) in Radialrichtung relativ zum Hauptsensor (8) und zum Hilfssensor (20) bzw. zum Laserstrahlgenerator (23);

wobei der Hilfssensor (20) oberhalb des ersten Tisches (61) so angeordnet ist, daß er das auf dem Abtastmodell (6) abgebildete Muster (6a) vor dessen Erfassen durch den Hauptsensor (8) erfassen kann.

4. Laserstrahl-Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Hilfssensor (20) so ausgebildet ist, daß er das Bearbeitungsmuster (6a) des Abtastmodells (6) vor und nach dessen Erfassen durch den Hauptsensor (8) erfassen kann.