專(zhuān)利名稱(chēng)：制造用于金屬壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)拥谋砻娼Y(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用至少一個(gè)激光器來(lái)制造用于金屬壓板、環(huán)形帶或圓柱形壓花 輥?zhàn)拥谋砻娼Y(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
壓板或環(huán)形帶被用來(lái)制造材料片，例如木質(zhì)材料片，這些材料片設(shè)置有相應(yīng)的裝 飾設(shè)計(jì)。在層狀面板或?qū)訝顦敲姘?noor plate)的制造中可發(fā)現(xiàn)替換的應(yīng)用。所采用的材 料片包括由MDF或HDF制成的芯部，其中在至少一個(gè)側(cè)面上應(yīng)用不同的材料層，其中所述材 料層可以包括例如裝飾層和保護(hù)覆蓋層。為了防止所使用的材料片翹起，典型地后側(cè)也設(shè) 置有相應(yīng)的材料層，使得材料片可在壓力機(jī)中使用壓板或環(huán)形帶而壓制在一起。優(yōu)選地，為 了這個(gè)目的使用熱壓機(jī)，由于不同的所應(yīng)用得材料層被硬塑料樹(shù)脂(duro-plastic resin) 例如蜜胺樹(shù)脂浸漬，因而在熱作用下與芯部表面一起熔融。因此，所采用的裝飾層可被結(jié) 構(gòu)化，其中可以壓出例如木質(zhì)或瓷磚裝飾，或者使用具有與相應(yīng)的應(yīng)用相對(duì)應(yīng)的藝術(shù)設(shè)計(jì) 的結(jié)構(gòu)。為了改進(jìn)自然復(fù)制，尤其對(duì)于木質(zhì)裝飾、瓷磚裝飾或天然石質(zhì)表面，以及對(duì)于獲得 特殊的光澤度，壓板和環(huán)形帶被使用，壓板和環(huán)形帶包括所提供的結(jié)構(gòu)的負(fù)像(negative image)?；跀?shù)字印刷技術(shù)和壓板表面的數(shù)字化制造，制有裝飾層和壓花樣式的材料片的 質(zhì)量因此達(dá)到了較高的精度，其中由于精確對(duì)齊，精度非常接近天然木質(zhì)面板或可供比較 的材料。調(diào)整特定的光澤度進(jìn)一步提供了生成倒影或陰影的選擇，所述倒影或陰影給用戶 傳達(dá)了天然木質(zhì)表面的印象或其他材料的印象。為了達(dá)到上述的效果，對(duì)于壓板、環(huán)形帶和圓柱形壓花輥?zhàn)拥闹圃斓馁|(zhì)量要求是 很高的，其特別地幫助了利用所提供的裝飾層的精確制造。在快速循環(huán)壓力機(jī)中，壓板和環(huán) 形帶因此被用作頂部工具和底部工具，循環(huán)壓力機(jī)設(shè)置有壓板或雙帶壓力機(jī)(double band press)，其設(shè)置有環(huán)形帶，其中材料層的壓花和加熱是同時(shí)進(jìn)行的，使得硬塑料樹(shù)脂通過(guò)熔 融和硬化而與芯部連接。另一方面，壓花輥?zhàn)釉诓牧掀谋砻嫔戏綕L動(dòng)，并且也被用于進(jìn)行 結(jié)構(gòu)化。用于制造壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)拥姆椒ㄔ诂F(xiàn)有技術(shù)中是已知的，其中這些方法 包括將具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)的抗蝕刻層應(yīng)用到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的金屬表面上、后續(xù)的蝕刻處理(以通 過(guò)蝕刻處理在表面上生成第一結(jié)構(gòu))、以及隨后移除抗蝕刻層。根據(jù)期望的表面質(zhì)量，該蝕 刻處理可依次重復(fù)幾次，使得能夠形成進(jìn)入壓板或環(huán)形帶的表面的特別高的穿透深度，并 且附加地能夠形成粗糙和細(xì)微的結(jié)構(gòu)，這些粗糙和細(xì)微的結(jié)構(gòu)提供了期望的結(jié)構(gòu)布局。因 此，在完成清潔之后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷(silk screening)方法將掩模應(yīng)用到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的板 上，并且通過(guò)隨后的蝕刻生成期望的表面結(jié)構(gòu)，其中絲網(wǎng)印刷被應(yīng)用到大的格式板(format plate)上，并且板隨后在它們的全部表面上被蝕刻。形成高表面結(jié)構(gòu)的所有部分因此通過(guò) 應(yīng)用的掩模覆蓋，以致于表面蝕刻僅能夠在直接暴露到蝕刻液的部分中執(zhí)行。蝕刻出的部 分接著形成期望結(jié)構(gòu)的輪廓凹陷(profile expression)。在完成蝕刻之后，表面被清潔 且特別地移除掩模，使得表面處理可以繼續(xù)，并且表面可進(jìn)入另一個(gè)整理工序，例如硬鍍鉻(hard chroming)。替換地，也可以使用照相方法，其中開(kāi)始時(shí)，光敏層應(yīng)用到全部表面。光敏層隨后 必須根據(jù)所提供的掩模曝光，以產(chǎn)生表面結(jié)構(gòu)。此后，需要對(duì)光敏層進(jìn)行顯影。期間，必須 進(jìn)行許多沖洗處理，使得可以制備和清潔表面以用于后續(xù)的處理步驟。在光敏層顯影后，這 生成了掩模，該掩模也指定作為蝕刻模板或抗蝕刻層。通過(guò)這種方式制造的掩模的復(fù)制能 力是個(gè)問(wèn)題，這是因?yàn)?，?dāng)多于一次的曝光和蝕刻處理依次執(zhí)行時(shí)，為了將復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu) 應(yīng)用到壓板或環(huán)形帶的表面上，負(fù)片(negative)或正片(positive)相對(duì)于光敏層總是必 須定位在精確相同的位置上，以曝光光敏層。這是有問(wèn)題的，尤其當(dāng)負(fù)片和正片被直接應(yīng)用 到光敏層上以曝光感光層時(shí)以及負(fù)片和正片在光敏層的每個(gè)位置上不具有完全相同的距 離時(shí)。因此，不是總能確保應(yīng)用獲得高圖像精度所需要的掩模的重復(fù)性，尤其對(duì)于照相方 法。當(dāng)通過(guò)依次需要的多次曝光和蝕刻處理來(lái)實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)并因而必須為此依次應(yīng)用多個(gè) 掩模時(shí)將可能產(chǎn)生其他的問(wèn)題，其中在每個(gè)掩模應(yīng)用之間執(zhí)行蝕刻處理。通過(guò)精確定位和 所需數(shù)量的相應(yīng)掩模，制造壓板或環(huán)形帶是非常復(fù)雜和昂貴的。因而，表面結(jié)構(gòu)的分辨率高 度依賴(lài)于所應(yīng)用的掩模并依賴(lài)于所采用的方法，并且此外需要大量的處理步驟，其中尤其 由于壓板或環(huán)形帶的尺寸，需要復(fù)雜的操作。近來(lái)，掩模已經(jīng)直接應(yīng)用到壓板上，例如使用噴墨打印機(jī)，而不是照相方法或絲網(wǎng) 印刷方法，其中使用了數(shù)字化數(shù)據(jù)。這個(gè)手段確保正確和精確的圖像可被多次應(yīng)用到相同 的表面部分上，從而能夠執(zhí)行特別深的結(jié)構(gòu)化，這意味著蝕刻表面。然而，同樣對(duì)于這個(gè)方 法，需要許多蝕刻處理，這對(duì)環(huán)境是有害的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于處理壓板和環(huán)形帶的表面的新方法，其 使用環(huán)境友好的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種方法，所述方法使用用于生成金屬壓板、環(huán)形帶或圓柱形 壓花輥?zhàn)拥谋砻娼Y(jié)構(gòu)的激光器，該方法包括以下步驟-提供并使用所捕獲的表面結(jié)構(gòu)的3-D外形的數(shù)字化數(shù)據(jù)；-使用數(shù)字化數(shù)據(jù)來(lái)在由χ坐標(biāo)和y坐標(biāo)限定的平面內(nèi)對(duì)所述至少一個(gè)激光器進(jìn) 行位置控制；-使用用于聚焦至個(gè)一種激光束的ζ坐標(biāo)；以及-通過(guò)至少一個(gè)激光束局部移除所述表面，以復(fù)制能夠預(yù)定的表面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的其他的有利實(shí)施例可從從屬權(quán)利要求中得出。不同于目前為止所使用的技術(shù)，壓板、環(huán)形帶和壓花輥?zhàn)油ㄟ^(guò)激光器進(jìn)行結(jié)構(gòu)化， 其中激光直接生成通過(guò)局部移除表面所獲得的表面結(jié)構(gòu)。該方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，可 以理解的是該方法幫助省略了蝕刻處理，除非在已經(jīng)通過(guò)激光器制造表面結(jié)構(gòu)之后期望進(jìn) 行后蝕刻以使邊緣成圓形。此外，可通過(guò)數(shù)字化數(shù)據(jù)精確控制激光束，使得能夠反復(fù)執(zhí)行表面結(jié)構(gòu)的基本相 同的復(fù)制。因此，僅需要提供3D外形的數(shù)字化數(shù)據(jù)，其中數(shù)字化數(shù)據(jù)表示所捕獲的表面結(jié) 構(gòu)。然后，所提供的數(shù)據(jù)用于在平面中控制激光器和/或激光器滑動(dòng)件，其中該平面由χ坐 標(biāo)和y坐標(biāo)限定，使得能夠利用數(shù)據(jù)使激光器運(yùn)動(dòng)到特定的位置。此外，為了獲得特定深度的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)(ζ坐標(biāo))可以用于連續(xù)改變激光束的深度聚焦(cbpth focuing)，使得能夠根 據(jù)選定的表面結(jié)構(gòu)形成高部和低部的構(gòu)造。因此，存在一種選擇，其使用激光器局部移除表 面，并且以連續(xù)的高精度并且以在平面的χ和y方向以及在高度上(ζ坐標(biāo))具有很好的分 辨率的方式局部移除表面。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠提供表面的粗糙結(jié)構(gòu)，而且根據(jù)本 發(fā)明的方法也能夠提供表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)，使得能夠省略蝕刻處理，并且僅在例如當(dāng)必須使 所形成的邊緣和脊部額外地成圓形時(shí)才需要執(zhí)行蝕刻處理。所提供得另一個(gè)實(shí)質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠基于數(shù)字化數(shù)據(jù)將表面復(fù)制任意次數(shù)，而 不需要復(fù)雜的控制手段，這將操作者的監(jiān)測(cè)行為限定到最少。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于省略了復(fù)雜且對(duì)環(huán)境有害的蝕刻處理。為了加快表面處理，可以在平面內(nèi)的第一坐標(biāo)方向上使用多個(gè)激光器進(jìn)行處理， 其中這些激光器在平面內(nèi)的第二坐標(biāo)方向上聯(lián)合地向前運(yùn)動(dòng)。對(duì)于較大形式的壓板和環(huán)形 帶，這顯著減少了處理時(shí)間。然而，對(duì)于壓花輥?zhàn)?，沿激光器的縱軸方向選擇性地布置多個(gè) 激光器就足夠了。作為使用的激光器以及其所產(chǎn)生的激光的功率的函數(shù)，激光束的聚焦能夠?qū)崿F(xiàn)相 對(duì)于表面250 μ m的深度。典型地，100 μ m的深度結(jié)構(gòu)對(duì)于壓板、環(huán)形帶和壓花輥?zhàn)邮亲銐?的。因此，激光束相應(yīng)的高脈沖頻率有助于連續(xù)處理，從而不中斷地對(duì)表面層進(jìn)行局部移 除，其中可以通過(guò)激光光學(xué)裝置以高速調(diào)節(jié)的方式引導(dǎo)激光束，這減少了處理時(shí)間。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將至少一個(gè)激光器的聚焦作為表面和激光光學(xué)裝置 之間的所提供的距離變化的函數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整。典型地，待處理的壓板或環(huán)形帶被放置在 處理裝置上，由于大約2. 3米的寬度和6米的長(zhǎng)度的尺寸，該處理裝置可能會(huì)導(dǎo)致全部表面 上的小偏差。因此，通過(guò)同時(shí)測(cè)量激光光學(xué)裝置和表面之間的距離，可以相對(duì)于待提供的聚 焦執(zhí)行連續(xù)補(bǔ)償。對(duì)于待處理的壓板或環(huán)形帶的可能的較小不平整度，這種測(cè)量也能夠確 保以高精度實(shí)現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)。由于這個(gè)原因，已經(jīng)證明特別有利的是，一個(gè)激光束或多個(gè)激 光束在相對(duì)于豎直方向(ζ坐標(biāo))以一定的角度接觸所述表面，使得確保所生成的深度結(jié) 構(gòu)的精確處理。當(dāng)處理壓花輥?zhàn)訒r(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)，其中距離改變由所提供的彎度 (camber)產(chǎn)生，并且能夠考慮到距離改變。因此，利用2-lOnm的直徑執(zhí)行激光束的聚焦，其中典型地使用具有50-500W、優(yōu)選 地10-100W、特別優(yōu)選地20-40W能量的光纖激光器。已經(jīng)證明特別有利的是能量為20-40W、 波長(zhǎng)為532或1064nm并且在IOOns的脈沖寬度和20_80kHz頻率上脈沖能量為ImJ的脈沖 光纖激光器。激光器有助于以精確的方式進(jìn)行連續(xù)的表面移除，并且同時(shí)有助于快速激光 束控制，而不會(huì)在表面上產(chǎn)生超過(guò)容許值的圖像錯(cuò)誤或降低處理速度。用于處理的激光器包括具有光束擴(kuò)散器和聚焦裝置的激光組件。初始地，通過(guò)光 束擴(kuò)散器使離開(kāi)激光器的光束扇形化，隨后通過(guò)聚焦裝置重新聚焦，使得能夠相對(duì)于表面 延伸部(extension)并相對(duì)于深度執(zhí)行受控的處理。已經(jīng)證明了初始擴(kuò)散光束并且隨后 聚焦它的方法是特別有用的，因?yàn)樗兄谑褂霉潭ǖ募す馄魑恢酶采w大的表面區(qū)域和深 度。當(dāng)使用更高能量的激光器時(shí)，可以在這種類(lèi)型的激光組件中額外地提供激光功率 衰減器(reducer)，其中能量衰減器布置在激光器和光束擴(kuò)散器之間，使得在激光束穿過(guò)光 束擴(kuò)散器和聚焦裝置之后并在作用于表面之前根據(jù)需要衰減激光束的能量。這種手段有助于將激光能量減小到已經(jīng)證明對(duì)于處理來(lái)說(shuō)是最優(yōu)的期望數(shù)量。因而，用于激光組件的聚焦裝置布置在離表面IO-IOOcm的距離處，其中當(dāng)所述距 離增大時(shí)，對(duì)于相同的聚焦裝置和激光器的固定布局，激光束能夠覆蓋更大的表面。不管僅 使用一個(gè)激光器還是可能使用多個(gè)激光器，它們可以僅僅分別覆蓋表面的一部分，使得有 必要的是，或者相對(duì)于待處理的工件(在這種情況下為壓板或環(huán)形帶)移動(dòng)激光組件，或者 對(duì)于激光組件的靜止位置可以移動(dòng)工件自身。這提供了依次處理多個(gè)部分的選擇，以有助 于環(huán)形帶或壓板的大表面結(jié)構(gòu)化。因而，如上所述，能夠選擇的表面部分特別地是表面上方 的聚焦裝置的高度的函數(shù)，使得能夠在已經(jīng)設(shè)定特定的距離之后執(zhí)行激光器的最優(yōu)化，其 中這種類(lèi)型的一部分的表面區(qū)域由聚焦裝置限定。因此，需要將尺寸為寬約2. 3m、長(zhǎng)約6m的壓板的全部表面或環(huán)形帶分成多個(gè)部 分，這些部分與表面結(jié)構(gòu)可能的樣式重復(fù)無(wú)關(guān)。因而，可以利用正在使用的一個(gè)激光器或多 個(gè)激光器依次處理這些部分中的每一個(gè)，從而能夠同時(shí)處理所述多個(gè)局部部分。對(duì)于這種 處理，選定激光組件的固定位置，并且使用聚焦裝置掃描相應(yīng)的部分，其中使用了 3-D外形 的數(shù)字化數(shù)據(jù)，并且從數(shù)字化數(shù)據(jù)中過(guò)濾這種類(lèi)型的一部分的χ坐標(biāo)和y坐標(biāo)，并用于控制 聚焦裝置。因此，選定的部分在χ坐標(biāo)和y坐標(biāo)上可被完全覆蓋，其中隨后的部分以相同的 方式進(jìn)行處理。通過(guò)改變深度聚焦而相應(yīng)地形成高度結(jié)構(gòu)，使得能夠根據(jù)所捕獲的表面結(jié) 構(gòu)也能夠?qū)Ζ谱鴺?biāo)進(jìn)行成像。因此，被限定為激光光學(xué)裝置和所采用的激光器的高度的函 數(shù)的局部部分可以具有10到800cm、優(yōu)選50到500cm的邊緣長(zhǎng)度。因此，利用一個(gè)激光器 和與其相關(guān)的激光光學(xué)裝置對(duì)這些預(yù)定部分中的每一個(gè)進(jìn)行處理，其中在特定情況下，單 個(gè)激光器可依次處理所有的預(yù)定部分?？商鎿Q地，可以在一個(gè)坐標(biāo)方向上使用多個(gè)激光器， 并且多個(gè)激光器可以在同一個(gè)坐標(biāo)方向上在多個(gè)組件中額外地便宜。為了避免在各個(gè)部分的邊界部分中的問(wèn)題，其中該問(wèn)題可能例如由于壓板的支承 或激光組件的滑動(dòng)件的支承的不精確而發(fā)生，進(jìn)一步使這些部分相對(duì)于彼此不以直角排 列，而是使它們具有優(yōu)選地經(jīng)過(guò)最優(yōu)化的彎曲邊界部分，使得壓板或環(huán)形帶的表面的該部 分接觸完全不被激光器處理的表面部分或者僅最小限度地處理的表面部分。因此，可以避 免邊界部分中的邊緣問(wèn)題，這使得能夠?qū)Ρ砻娼Y(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)真實(shí)的復(fù)制。當(dāng)處理在壓板或 環(huán)形帶的大部分上延伸并且必須被分成不同的特定部分的大結(jié)構(gòu)時(shí)，這個(gè)方法始終是令人 滿意的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在表面上，這有助于連續(xù)控制激光器和/ 或聚焦裝置的位置，使得有助于通過(guò)控制裝置匹配和校正激光束。設(shè)置在表面上的測(cè)量點(diǎn) 可通過(guò)輔助的激光器或另外的位置測(cè)量方法檢測(cè)，并且可以用于校正激光束的方位。因此， 存在這樣一種選擇，對(duì)于大格式的壓板、環(huán)形帶和壓花輥?zhàn)訄?zhí)行正在進(jìn)行的(ongoing)激 光束校正，并且還在大的表面區(qū)域上保持精確的位置。優(yōu)選地，表面結(jié)構(gòu)的數(shù)字化數(shù)據(jù)用于根據(jù)本發(fā)明的方法，其中數(shù)字化數(shù)據(jù)復(fù)制天 然生長(zhǎng)的材料(例如木質(zhì)表面)或天然礦物質(zhì)(例如天然石質(zhì)表面)或人工生成的結(jié)構(gòu) (例如陶瓷表面)。因而，存在這樣一種選擇，由相應(yīng)的材料鑄造表面結(jié)構(gòu)并將它們轉(zhuǎn)換成 數(shù)字化數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)可以傳送到激光控制器。建議使用3-D掃描儀來(lái)檢測(cè)表面結(jié)構(gòu)，其中3-D掃描儀生成了數(shù)字化數(shù)據(jù)，其中在 第一實(shí)施例中，原物的全部表面可以通過(guò)能夠偏轉(zhuǎn)的反射鏡精確地檢測(cè)，或通過(guò)使用被至少一個(gè)反射鏡偏置的激光束掃描整個(gè)表面并從由此獲得的反射對(duì)表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像而精 確地檢測(cè)?？商鎿Q地，可以使用表面結(jié)構(gòu)的灰度圖，其中灰度圖可以用于計(jì)算用于確定3-D 外形的數(shù)字化數(shù)據(jù)。在這種情況下，以比例確定(scaling)每個(gè)灰度值，這包括指定要提供 的表面高度和最小深度，使得基于灰度圖生成3-D外形，其中3-D外形被轉(zhuǎn)換成數(shù)字化數(shù) 據(jù)，數(shù)字化數(shù)據(jù)又用于控制激光控制器。由此生成的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成另一種數(shù)據(jù)格式，其中 可以通過(guò)內(nèi)插法和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化能夠減少多個(gè)數(shù)據(jù)，使得能夠最優(yōu)化聚焦裝置的控制。至于可 使用地灰度圖；它們可由圖像接收器例如數(shù)碼相機(jī)生成，其中隨后由通過(guò)人工或計(jì)算機(jī)化 的后處理移除圖像噪聲而獲得8位圖的灰度圖。作為本發(fā)明的方法的一種補(bǔ)充，對(duì)壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)舆M(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處 理可以是機(jī)械清潔和使用異丙醇乙醇(isopropanol ethanol)或酒精(alcohol)的清潔。 此外，可使用底漆(primer)例如甲硅烷基化合物進(jìn)行處理，以獲得特別清潔的表面，該清 潔的表面隨后可由激光束處理。此外，存在這樣一種選擇，在使用激光束處理之前，使壓板、 環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)拥谋砻孢M(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，使得避免發(fā)射。在對(duì)壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)舆M(jìn)行結(jié)構(gòu)化之后，可以為它們提供一種或多種涂層， 以用于后處理。例如，可以在壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)拥娜勘砻嫔襄冦t(優(yōu)選硬鍍鉻)或 涂覆金剛石類(lèi)型的碳或硼化鈦，使得能夠獲得具有較長(zhǎng)使用壽命的壓板、環(huán)形帶或壓花輥 子。在特定的處理中，可以利用通過(guò)精整鍍鉻表面進(jìn)行的額外手段獲得期望的表面光澤度， 例如通過(guò)機(jī)械拋光、噴砂或相似的方法或額外的層，特別地可以應(yīng)用提供不同光澤度的鉻。因而，處理壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)涌梢栽诖笾滤降奈恢蒙线M(jìn)行，并且也可以在 豎直位置上進(jìn)行，這依賴(lài)于將使用的激光組件以及被認(rèn)為是有利工藝的處理方法。為了執(zhí)行本發(fā)明的方法，還提出了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括用于待處理的材料的 支承裝置、至少一個(gè)具有光束擴(kuò)散器和聚焦裝置的激光器、用于使激光組件在由χ坐標(biāo)和y 坐標(biāo)限定的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到任何位置的滑動(dòng)支承件、用于運(yùn)動(dòng)到某一位置的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)元件以 及控制單元，控制單元用于使激光光學(xué)裝置運(yùn)動(dòng)到一個(gè)位置并且用于聚焦激光光學(xué)裝置， 使得激光束可被精確引導(dǎo)到壓板或環(huán)形帶的表面上，并且能夠按照預(yù)定的3-D外形生成表 面結(jié)構(gòu)的復(fù)制。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以設(shè)置有多個(gè)激光組件，這些激光組件特別地由至少 一個(gè)具有光束擴(kuò)散器和聚焦裝置的激光器組成，并且被布置在平面內(nèi)的一個(gè)坐標(biāo)方向上。 因而，這些激光組件可以用于在平面內(nèi)的一個(gè)坐標(biāo)方向上處理壓板或環(huán)形帶，并且能夠在 平面內(nèi)的另一個(gè)坐標(biāo)方向上聯(lián)合地運(yùn)動(dòng)，以有助于處理全部表面。為了加速該方法，另外的 激光組件可以布置成彼此偏移，其中這些激光組件并行地操作。因此，每個(gè)激光器的聚焦裝置都被布置在相對(duì)于表面10到100cm的距離處，并且 因而能夠通過(guò)聚焦裝置掃描具有10到800cm、優(yōu)選為50到500cm的邊緣長(zhǎng)度的表面。這提 供了這樣一種選擇，使所有激光組件或可能的僅單個(gè)激光組件運(yùn)動(dòng)到相對(duì)于壓板或環(huán)形帶 的固定位置，并且隨后執(zhí)行所提供的局部部分的處理。在完成這個(gè)處理后，可以使全部激光 組件逐步地運(yùn)動(dòng)，直到處理完壓板或環(huán)形帶的全部表面。用來(lái)處理表面的激光組件越多，執(zhí) 行表面處理方法的效率就越高，其中期望的是，在一個(gè)坐標(biāo)方向上布置一個(gè)或多個(gè)激光組 件，并且使它們逐步地運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)坐標(biāo)方向上。為了避免所應(yīng)用的壓板或環(huán)形帶的不平整度，在支承表面上構(gòu)造多個(gè)局部表面，其中在所述多個(gè)局部表面內(nèi)提設(shè)置有用于真空抽吸裝置的抽吸口。因此，可以通過(guò)抽吸口 抽吸壓板，并且能夠產(chǎn)生最優(yōu)的止動(dòng)和相應(yīng)位置的固定，其中這同時(shí)確保能夠補(bǔ)償壓板或 環(huán)形帶的可能的不平整度，從而僅留下較小的偏差。當(dāng)存在較小的偏差時(shí)，可以通過(guò)相對(duì)于 表面的距離控制和聚焦裝置的相應(yīng)控制器來(lái)檢測(cè)和補(bǔ)償這些偏差。因此，對(duì)于處理，壓板或 環(huán)形帶是在水平或豎直位置上進(jìn)行處理，并且通過(guò)真空抽吸裝置支承在這個(gè)平面位置上。 因此，所采用的工作臺(tái)具有表面磨削平面(surface ground flat)，以從開(kāi)始時(shí)就消除高度 上的可能的不精確性。最后，本發(fā)明涉及一種使用根據(jù)本發(fā)明的方法并使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備制造的壓 板、環(huán)形帶或圓柱形壓花輥?zhàn)觼?lái)壓縮(compress)和/或壓花需要精確結(jié)構(gòu)的具有結(jié)構(gòu)化表 面的材料板。


隨后參照實(shí)施例和執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備更具體地描述本發(fā)明，并且參考 附圖進(jìn)行描述，其中圖1以橫截面俯視圖示出了未經(jīng)處理的壓板，并且在下面給出的視圖中示出了通 過(guò)激光束處理的結(jié)構(gòu)化壓板；以及圖2以側(cè)視圖示出了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式圖1以上部橫截面局部視圖示出了壓板1，其中壓板典型地由金屬制成。在處理之 前，待被處理的表面2包括表面粗糙度3，其中表面粗糙度對(duì)于制造過(guò)程來(lái)說(shuō)是典型的。在 已經(jīng)完成壓板1的預(yù)清潔后，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的激光方法生成了表面結(jié)構(gòu)4，其中該表面結(jié) 構(gòu)的特征在于具有按照下方的局部視圖的高部5和低部6。此外，高部5以及低部6還包括 微細(xì)結(jié)構(gòu)7。因此，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的激光方法生成了壓板1的表面的全部結(jié)構(gòu)，其中激光 束的深度聚焦是通過(guò)聚焦裝置(激光光學(xué)裝置)相應(yīng)的控制來(lái)執(zhí)行的。此外，通過(guò)聚焦裝 置進(jìn)行壓板的特定局部部分的檢測(cè)，以在能夠執(zhí)行激光組件相對(duì)于壓板1的運(yùn)動(dòng)之前執(zhí)行 處理。因此，圖1示出了微細(xì)結(jié)構(gòu)7和粗糙結(jié)構(gòu)，其中微細(xì)結(jié)構(gòu)7和粗糙結(jié)構(gòu)出于清楚的目 的而示意地示出，然而其中必須假定深度輪廓被構(gòu)造成在高達(dá)250MM、優(yōu)選100MM的尺寸范 圍內(nèi)。圖2示出了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備101的俯視圖。該設(shè)備包括支承臺(tái)102， 其具有由多個(gè)特定平坦表面103構(gòu)成的接觸表面104，其中壓板105被支承在支承表面上。 相應(yīng)的抽吸口 106分別構(gòu)造在平坦表面103中，其中抽吸口 106通過(guò)未示出的真空泵將壓 板105拉到平坦表面103上，并且從而確保在整個(gè)操作過(guò)程中壓板105的位置不可移動(dòng)。在示出的實(shí)施例中，設(shè)備101布置在水平位置上；然而，存在這樣一種選擇，即將 該設(shè)備布置在豎直位置或者布置在相對(duì)于豎直位置傾斜的位置上，以執(zhí)行對(duì)壓板105的處 理。支承軌道107、108沿著壓板105最長(zhǎng)延伸部構(gòu)造，其中滑動(dòng)支承件109、110可沿著支 承軌道并從而通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)111、112而運(yùn)動(dòng)，其中滑動(dòng)支承件通過(guò)控制裝置113、優(yōu)選通過(guò) 計(jì)算機(jī)控制裝置控制。激光組件通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)111、112而沿X軸和Y軸的方向運(yùn)動(dòng)。激光 組件114包括激光器、光束擴(kuò)散器(BEAM SPREADER)和聚焦裝置，其中可能取決于激光器的類(lèi)型，可以使用額外的激光功率衰減器。通過(guò)激光組件或者在坐標(biāo)方向上的可能的多個(gè)激 光器，其中所述多個(gè)激光器布置成彼此臨近，可以執(zhí)行壓板105的表面的加工。因而，為了 加速該方法，多個(gè)激光組件可沿直線布置，這意味著在一個(gè)坐標(biāo)方向上，可能在與這個(gè)陣列 相距預(yù)限定的距離的位置處，其中激光組件能夠分別地同時(shí)加工壓板105的相應(yīng)部分，使 得能夠以處理時(shí)間的相應(yīng)縮短而進(jìn)行優(yōu)化。附圖標(biāo)記及名稱(chēng)1壓板2表面3表面粗糙度4表面結(jié)構(gòu)5高部6低部7微細(xì)結(jié)構(gòu)101設(shè)備102支承臺(tái)103平坦表面104支承臺(tái)105壓板107支承軌道108支承軌道109滑動(dòng)支承件110滑動(dòng)支承件111驅(qū)動(dòng)馬達(dá)112驅(qū)動(dòng)馬達(dá)113控制裝置114激光組件
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)至少一個(gè)激光器來(lái)制造用于金屬壓板(1)、環(huán)形帶或圓柱形壓花輥?zhàn)拥谋?面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟-提供和使用被掃描的表面結(jié)構(gòu)的3-D外形的數(shù)字化數(shù)據(jù)；-使用所述數(shù)字化數(shù)據(jù)在由χ坐標(biāo)和y坐標(biāo)限定的平面內(nèi)對(duì)所述至少一個(gè)激光器進(jìn)行 位置控制；-使用ζ坐標(biāo)來(lái)聚焦所述至少一個(gè)激光器的光束；以及-通過(guò)所述至少一個(gè)激光器的光束局部地移除表面，以復(fù)制預(yù)定的表面結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括使用多個(gè)激光器以用于在 所述平面內(nèi)的第一坐標(biāo)方向上進(jìn)行處理，以及聯(lián)合地在第二坐標(biāo)方向上移動(dòng)所述多個(gè)激光ο
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括在相對(duì)于所述表面高 達(dá)250 μ m的深度上聚焦至少一個(gè)激光束。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括將所述至少一個(gè)激 光器的焦點(diǎn)作為所述表面和激光光學(xué)裝置之間的距離變化的函數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)激光 束在相對(duì)于豎直方向(ζ坐標(biāo))成一個(gè)角度地作用于所述表面。
6.如權(quán)利要求1至5所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括將激光束聚焦為具有 2至Ij 10 μ m的直徑。
7.如權(quán)利要求1至6所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括使用具有5到500W、 優(yōu)選為10到100W、特別優(yōu)選為20到40W能量的光纖激光器。
8.如權(quán)利要求1至7所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括使用功率為20到40W、 波長(zhǎng)為532到1064nm并且在IOOns的脈沖寬度和20到80kHz的重復(fù)頻率下具有ImJ的脈 沖能量的脈沖光纖激光器。
9.如權(quán)利要求1至8所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括使用激光組件，所述激 光組件包括激光器、光束擴(kuò)散器和聚焦裝置(激光光學(xué)裝置)。
10.如權(quán)利要求1至9所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括通過(guò)激光功率衰減器 減小激光的能量。
11.如權(quán)利要求1至10所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括在離所述表面10到 IOOcm的距離處布置所述聚焦裝置。
12.如權(quán)利要求1至11所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括不考慮重復(fù)樣式而 將所述表面結(jié)構(gòu)分成多個(gè)部分，其中所述多個(gè)部分分別由一個(gè)激光器依次處理或至少部分 地由多個(gè)激光器并行地處理。
13.如權(quán)利要求1至12所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括自由地選擇所述部 分的邊界，優(yōu)選地將它們限定成使得所述邊界與所述表面的將不被處理的區(qū)域重合。
14.如權(quán)利要求1至13所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述預(yù)定部分具有作 為所采用的激光器的函數(shù)的10到800cm、優(yōu)選為50到500cm的邊緣長(zhǎng)度。
15.如權(quán)利要求1至14所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，利用一個(gè)激光器和相 關(guān)的激光光學(xué)裝置處理所述預(yù)定部分。
16.如權(quán)利要求1至15所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在所述表面上設(shè)置有測(cè)量點(diǎn)，所述測(cè)量點(diǎn)在任何時(shí)刻都幫助控制激光器和/或聚焦裝置的位置，使得能夠進(jìn)行 校正控制。
17.如權(quán)利要求1至16所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，使用表面結(jié)構(gòu)的數(shù)字 化數(shù)據(jù)，所述數(shù)字化數(shù)據(jù)復(fù)制了自然生成的原材料例如木材的表面或天然礦物質(zhì)特別是天 然石材的表面或人工生成的結(jié)構(gòu)的表面例如陶瓷表面。
18.如權(quán)利要求1至17所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括使用3D掃描儀來(lái) 捕獲數(shù)字化數(shù)據(jù)，其中所述3D掃描儀通過(guò)能夠偏轉(zhuǎn)的反射鏡精確地檢測(cè)原物的全部表面 或者通過(guò)使用由至少一個(gè)反射鏡偏置的激光束掃描全部表面結(jié)構(gòu)并通過(guò)檢測(cè)由此獲得的 反射來(lái)檢測(cè)原物的全部表面；或使用用于計(jì)算限定3D外形的數(shù)字化數(shù)據(jù)的表面結(jié)構(gòu)的灰 度圖。
19.如權(quán)利要求1至18所述的制造表面結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括轉(zhuǎn)換檢測(cè)到的數(shù)字 化數(shù)據(jù)，尤其通過(guò)內(nèi)插法和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以用于控制所述激光光學(xué)裝置。
20.一種使用如權(quán)利要求1至19之一所述的方法的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于待處理的 材料的支承裝置、具有光束擴(kuò)散器和聚焦裝置的至少一個(gè)激光器、使激光組件在由χ坐標(biāo) 和y坐標(biāo)限定的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到任意位置的滑動(dòng)支承件、用于運(yùn)動(dòng)到某一位置的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)元 件、以及用于使激光光學(xué)裝置運(yùn)動(dòng)到一個(gè)位置并聚焦激光光學(xué)裝置的控制單元。
21.使用如權(quán)利要求1至20之一所述的方法的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)激光組 件(114)，所述激光組件包括具有光束擴(kuò)散器和聚焦裝置的激光器，其中所述一個(gè)或多個(gè)激 光組件被布置在平面內(nèi)的第一坐標(biāo)方向上，并且能夠聯(lián)合地在所述平面內(nèi)的第二坐標(biāo)方向 上運(yùn)動(dòng)。
22.使用如權(quán)利要求1至21之一所述的方法的設(shè)備，所述設(shè)備包括聚焦裝置，所述聚焦 裝置布置在離所述平面10到IOOcm的距離處，并檢測(cè)具有10到800cm、優(yōu)選為50到500cm 的邊緣長(zhǎng)度的區(qū)域。
23.如權(quán)利要求20、21或22所述的設(shè)備，其中，所述支承裝置包括平坦的平面(103)， 所述平坦的平面被分成多個(gè)局部表面，并且在所述局部表面內(nèi)包括用于真空抽吸裝置的抽 吸口。
24.使用按照權(quán)利要求1至19或20到23之一制造的壓板(1)、環(huán)形帶或圓柱形壓花 輥?zhàn)拥姆椒?，所述方法用于壓制?或壓花材料板，以形成結(jié)構(gòu)化表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)至少一個(gè)激光器制造用于金屬壓板、環(huán)形帶或圓柱形壓花輥?zhàn)拥谋砻娼Y(jié)構(gòu)的方法，并且本發(fā)明還涉及一種使用該方法的設(shè)備。為了以節(jié)省成本的方式同時(shí)使用環(huán)境友好的技術(shù)來(lái)制造表面結(jié)構(gòu)，提出了使用激光器，所述激光器通過(guò)部分地移除待被處理的金屬壓板、環(huán)形帶或壓花輥?zhàn)拥谋砻娑圃斐鋈勘砻娼Y(jié)構(gòu)。因此，激光器由所提供的3D外形控制，其中激光器的控制是通過(guò)所獲得的x、y和z坐標(biāo)進(jìn)行的，以制造深度結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)造高部(5)和底部(6)。
文檔編號(hào)B44C1/22GK102049956SQ20101051115
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者奧利弗·艾斯佩, 羅爾夫·艾斯佩 申請(qǐng)人:許克萊茵有限公司