(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の３次元構造の表面の生成方法であって、該対象表面を、工作機械を用いて、周囲の境界で区切られた有限の３次元構造の原型表面である標本の複製として生成する方法であり、最初に、該原型表面のトポロジーを走査法によって決定し、そのように決定された、該原型表面の各面積要素に属する高さから構成されるトポロジーデータを、前記３次元構造の対象表面加工用の工作機械の電子制御用として用いる生成方法において、
ａ）最初に、境界で区切られた原型表面のトポロジーを有する第１のデータのセットを保存し、該第１データセットは、該原型表面の各関連面積要素の測定された高さ情報の項目から構成され、
ｂ）その後、境界で区切られない複製表面のランダムに発生させたトポロジーに相当する第２のデータセットを保存し、該第２のデータセットは該複製表面の各関連面積要素に対してランダムに発生させた高さ情報の項目から構成され、
ｃ）その後、前記複製表面の第１のランダムな高さ情報の項目の周りで、複数個の隣接するランダムな高さ情報の項目をまとめて第１の部分集合とし、それを第３のデータセットに保存し、該隣接する高さ情報の項目の位置および配置も、前記複製表面の各関連面積要素の座標によって同様に保存し、
ｄ）その後、前記第３のデータセットを、それぞれ新しい比較によって新しいデータで占められた第４のデータセットと繰り返し比較し、
ｉ）該第４データセットには、前記原型表面の隣接する測定された高さ情報の項目の第２の部分集合が保存され、さらに、前記各関連面積要素の座標によって与えられる、前記原型表面の隣接する高さ情報の項目の位置および配置も保存され、
ｉｉ）前記第１および第２の部分集合の隣接する高さ情報の項目の相対的な位置および配置は類似しているか、若しくは等しく、
ｅ）前記第１の部分集合の高さ情報の項目と前記第２の部分集合の高さ情報の項目との間の定められた類似性に到達すると、前記複製表面の第１のランダムな高さ情報の項目を、前記原型表面の第２の高さ情報の項目に置き換え、該原型表面の第２の高さ情報の項目は、前記第２の部分集合に関するその位置および配置において、前記第１の部分集合に関する第１の高さ情報の項目の位置および配置に合致し、
ｆ）続いて、前記複製表面のすべての高さ情報の項目が順次に前記原型表面からの高さ情報の項目に置き換えられてしまうまで、方法のステップｃ）〜ｅ）を、異なる第１および第２の部分集合によって、かつ、連続的に前記複製表面のすべての高さ情報の項目に対して、高頻度で実行して繰り返し、さらに、方法のステップｄ）において部分集合を比較するために、１つ以上の先行する方法のステップｅ）によって前記複製表面において既に置き換えられた高さ情報の項目が、方法のステップｃ）を実行するための前記第１の部分集合の中に含められ、
ｇ）方法のステップｆ）において前記複製表面のすべての高さ情報の項目が前記原型表面の高さ情報の項目に置き換えられた後、方法のステップａ）〜ｆ）を、別にさらに１回以上実行し、その場合、前記高さ情報の項目にそれぞれ関連する面積要素を、それぞれの別の実行に際して縮小し、さらに、方法のステップｅ）において、別の同時の基準として、新しい第１部分集合と、方法のステップａ）〜ｆ）の先行の実行過程において既に保存された前記隣接する高さ情報の項目との間の定められた類似性に達しているかどうかを検証し、
ｈ）前記複製表面と前記原型表面との間の定められた類似性に到達した後、前記複製表面の高さ情報の項目を、前記対象表面の加工用として工作機械を制御するために利用し得るようにする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップｇ）において、前記高さ情報の項目にそれぞれ関連する面積要素を、元の大きさの半分にまで縮小する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記原型表面のトポロジーをデジタル走査法によって決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記境界で区切られない複製表面を、ドーナツ型の面として形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記境界で区切られない複製表面を、円形断面の環状トーラスの表面として形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記各関連面積要素の座標によって定められる前記複製表面および原型表面の隣接する高さ情報の項目の位置および配置を、該隣接する高さ情報の項目のＬ字形状の配置として構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記原型表面のトポロジーの走査を、３次元の表面構造の走査を干渉計で行う光学的な方法によって実施することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記高さの測定を２〜１００ｎｍの垂直方向解像度で行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記原型表面のトポロジーの走査を、１〜１００μｍの横方向解像度で行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記原型表面のトポロジーの走査を、５〜４０μｍの横方向解像度で行うことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記３次元構造の対象表面を、前記原型表面に対して逆に構成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記各関連面積要素に割り当てられる前記高さ情報の項目を、個々の面積要素に対する色彩情報の項目、特に個々の面積要素に対するグレー値の形に変換して保存し、かつ、方法のステップａ）〜ｆ）の実行後に、前記複製表面の色彩情報の項目もしくはグレー値を対応する高さ情報の項目に変換して、複製を加工するための工作機械の制御用として使用し得るようにすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記工作機械の制御用として用いられる前記複製表面の高さ情報の項目の座標と、前記各関連面積要素の位置および配置とを、前記面積領域において圧縮または拡大し、該面積領域においては、後の加工操作または変換操作に際して、前記対象表面の拡大または圧縮が行われることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、突き合わせ端のない装飾表面を、フィルム上、特に熱可塑性および／またはエラストマーのポリマーフィルムまたはポリマー被覆されたシート状形成物の上に生成するための方法において、複製表面が、閉じた、特にドーナツ型のロール表面として形成され、さらに、
ａ）３次元構造の対象表面を、最初に、工作機械としてのレーザによって、ポリマー材料の外層を有する補助ロールに生成加工し、その結果該補助ロールには原型表面のオス型が生成され、
ｂ）その後、前記補助ロールにシリコーンゴムの層を塗布して加硫し、
ｃ）続いて、前記（シリコーン）チューブの内側を外側に折り返すことによって、前記の方法で生成された前記シリコーンゴムのチューブを前記補助ロールから引き抜き、
ｄ）このように折り返され、前記原型表面のメス型をその外面に備えた前記シリコーンチューブを、型押しチューブとして、押圧ロール又は型押しロールの上に装着し、その後、
ｅ）このように製作された押圧ロール又は型押しロールによって、前記フィルムの表面を型押し加工する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、熱可塑性フィルム用の型押しロールを製作するための方法において、
ロール表面としての複製表面を形成し、その場合、３次元構造の対象表面を、原型表面に対して逆に構成し、工作機械としてのレーザを用いて円筒体の外層に直接生成加工し、その結果、該円筒体の外側に前記原型表面のメス型が生成され、その後、該円筒体の外表面によって前記フィルムの表面を型押し加工することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記逆の表面を型押しロールの外層に直接生成加工することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記円筒体を、対応する押圧ロール又は型押しロール上に装着される中空円筒として構成することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法を実行する装置であって、工作機械としてのＣＯ２ガスレーザと、ロール表面加工用として構成される、レーザ光線強度を制御するための制御装置とを備えた装置において、
該制御装置が、該レーザ光線の強度を調節しかつ一定に保持するための第１制御ユニットと、調節された該レーザ光線の強度を、前記複製表面の高さ情報の項目に応じて変調するための下流側に接続される第２制御ユニットとを有することを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記第１制御ユニットが、前記レーザ光線の一部を外部に反射して外に出し、その外部反射されたレーザ光線の一部の強度に応じて、前記レーザの入力の出力を制御するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
下流側に接続されるレーザ強度調節用の前記第２制御ユニットが、調節された前記レーザ光線の一部を外部に反射して外に出し、さらに、調節された前記レーザ光線の強度を変調するための前記第２制御ユニットは、振動に応じてその透過率を変化させる格子として構成されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の３次元構造の表面の生成方法であって、実質的に境界で区切られない対象表面を、工作機械を用いて、周囲の境界で区切られた有限の３次元構造の原型表面（標本）の複製として生成する方法に関する。この方法においては、最初に、原型表面のトポロジーを走査法によって決定し、そのように決定されたトポロジーデータであって、実質的に原型表面の各面積要素に属する高さから構成されるトポロジーデータを、３次元構造の対象表面加工用の工作機械、好ましくはレーザの電子制御用として利用する。
【背景技術】
【０００２】
自然標本または合成標本の表面をレーザで彫刻加工する方法は既に知られているが、それらはすべて、複製される表面構造の品質に欠陥がある。
【０００３】
特許文献１は、熱可塑性のフィルムの表面を連続的に型押し加工するための型押しロールの３次元構造の表面の生成方法を開示している。この場合、型押しロールの表面が型押し加工される表面のメス型となる。この技術は、その構造が高度に複雑な天然の表面、例えば、高度の銀面構造を備えた牛革、水牛革等の代用品としての熱可塑性フィルムを製造する場合に用いられる。この場合、まず初めに、レーザ彫刻加工によってオス型の表面を加工するが、その際、電気的／電子的に保存されたデータによってレーザ（光線）を制御する。このデータは、原型表面を予め光学的または機械的に走査することによって得られたものである。このような材料除去方式のレーザ彫刻加工法は、一方では、型押しロールを、別の中間段階を必要とすることなく直接製作するために用いることができる。他方では、この方法は、間接製作をも許容する。このためには、レーザ光線がロール／補助ロールの円周表面上に向けられ、その表面上に原型表面のオス型の構造／組織が刻み込まれる。その場合、レーザ光線は、工具としてロールの表面上に対して相対的に動かされる。その後、このロール表面から、シリコーンゴムによってチューブの形状を有するインプレッション型が取られ、この型はいわゆる型押し娘型の形に加硫される。続いて、この（シリコーン）チューブの内側を外側に折り返すことによって、この娘型を補助ロールから引き抜く。この時点で娘型の外表面は、外側に折り返された前の内側の表面であり、再度原型表面のメス型を有するものとなっている。次に、このように表裏裏返された型押し娘型を押圧ロール／型押しロールに装着する。この後、この型押しロールは、支持側の対向ロールと共に１つの圧延スタンドに組み立てられる。このような圧延スタンドによって、熱可塑性フィルムを、連続的にかつ「継ぎ目なしのウェブ」に型押し加工できる。この継ぎ目なしウェブの表面は原型表面と同じオス型を有する。
【０００４】
この場合、当然のことながら、標本（原型表面）の表面の光学的または機械的走査によって、境界で区切られた面積のみ、例えば大小いずれかのサイズの１片の水牛革が走査される。このようにして得られた表面情報は、型押しロールを製作するための材料除去方式のレーザ加工において何回も繰り返して繋ぎ合わされるが、その結果、連続的に型押し加工する場合に、接続部または境界領域が見えることになり、それが欠点となる。厳密な３次元の表面複製に関してレーザ光線を調整するための正確な指示についても、走査に関しても、また型押しロールの加工に関連しても、同様に記述されていない。
【０００５】
特許文献２は、加工部品の表面にパターンを彫刻加工する方法を開示している。この方法においては、同様に、標本の表面を光学的または機械的に走査することによって、表面の情報を電気的な制御信号の形で生成かつ保存し、続いてその信号を、彫刻加工レーザの制御に用いる。この方法において、接続部または突き合わせ部の領域においては、標本のその部分から得られた表面情報を、同じパターンとして、何回も相前後して加工部品に彫刻加工する。また、同じ表面情報を、何回も、および／または、逆にした情報の列として交互に、−従って前方および後方に、−彫刻加工すること、換言すれば、またある種のランダム性によって彫刻加工することも開示されている。このような方法によって、接続部は確かに若干ムラがなくなるが、それでもなお、目立つ状態はそのまま残る。
【０００６】
熱可塑性フィルムの表面を連続的に型押し加工する型押しロールのこの制作方法、あるいは加工部品の表面にパターンを彫刻加工するこの方法は、原型表面に等しいオス型の構造もしくは組織を有するいわゆる中間原型の製作にも用いることが可能であることは言うまでもない。続いて、この中間原型からメス型のインプレッション型を再度創成し、これを、最終製品の表面にオス型の組織／構造を最終的に型押し加工するために使用できる。
【０００７】
しかし、例えば特許文献３が記述しているように、型押しロールを、さらに別の中間段階の必要なく直接製作するために、このような材料除去方式のレーザ彫刻加工法を用いることが同様に可能である。この場合は、レーザ光線を、シリコーンゴムからなる型押しロールの外周面に向けてその外周面に対して相対的に動かし、標本の表面構造を、メス型として直接型押しロールの外面に焼成していく。この方法の場合も、原型表面を一緒に突き合わせ接合することによって生じる接続部が、光学的に視認でき、品質を低下させる。
【０００８】
特許文献４は、熱可塑性フィルムを連続的に型押し加工するための装置および方法を記述しており、特にまた関連する型押しロールの製作についても述べている。この方法においては、インプレッション型を取る方法によって原型表面のトポロジーを捕捉する。この場合、最初に、シリコーンゴムによって原型表面のインプレッション型を取る。いわゆる型押し用の母型であるこのインプレッション型を加硫し、原型表面から引き離す。原型の最終的な寸法に基づいて、この最初のインプレッション型、つまり型押し用の母型もその寸法が制限され、通常は長くされるかまたは帯状の形状である。
【０００９】
この時点で、その表面が原型表面のメス型となっているこの型押し用の母型によって、その寸法がほぼ同等の熱可塑性フィルムの表面に型押し加工して、圧力および熱を用いてそれを固定する。ここで、熱可塑性フィルムの表面は再び原型表面のオス型を備える。
【００１０】
次に、複数枚のこの熱可塑性フィルム、つまり複数枚の「複製品」を互いに繋ぎ合わせる。ここで突き合わせ端の領域が生じるが、この継ぎ目領域の接続部を通常面の構造および外観に合わせるために、続けて、圧力および熱をかけて型押し用母型によって上から型押し加工しなければならない。このようにして、比較的多数の個々のフィルム片から、１枚の長い長方形の熱可塑性フィルムが得られる。引き続いて、このフィルムの長手方向の側端部を互いに突き合わせ結合して１つのチューブ／円筒に成形する。形成される継ぎ目を極力見えないようにするため、長手方向の側端部に沿って生じるこの突き合わせ継ぎ目を、続いて同様に、圧力および熱をかけて型押し用母型によって上から型押し加工する。
【００１１】
もう１つの方法は、帯状形状の熱可塑性フィルムを、例えば補助ロールの上にらせん状に巻き付けてチューブにし、側端部の領域を、突き合わせの継ぎ目を形成させて互いに突き合わせ接合する方式である。続いて、このらせん状の継ぎ目／継ぎ目領域を、圧力および熱をかけて型押し用母型によって上から型押し加工して、接続部を適合させる。
【００１２】
従って、両方の場合に、浮き彫り形式の情報内容を有する原型表面のオス型をその外側表面に備えた、熱可塑性フィルムのチューブまたは円筒が得られる。続いて、このチューブを補助ロールの上に装着する。
【００１３】
ここで、熱可塑性フィルムのチューブが装着されたこの補助ロールの上に、もう一度シリコーンゴムを塗布して、再度、外側表面のインプレッション型を取る。このインプレッション型はチューブの形を有する。これが、改めていわゆる型押し娘型となり、この娘型を、同様に加硫して、熱可塑性フィルムを装着した補助ロールから前記のように折り返すことによって引き抜く。
【００１４】
この時点で型押し娘型の外表面は、外側に折り返された前の内側の表面であり、再度原型表面のメス型を有するものとなっており、これを、前記のように、フィルムのウェブを型押し加工する押圧ロール／型押しロールに装着する。
【００１５】
このようなインプレッション型取り法の場合、転写された「情報内容」は凹凸が高く、すなわち、通常のレーザ彫刻加工法の場合よりも区別し得るほど高く、原型表面にきわめて類似した高品質の複製表面を生成する。しかし、ロールの表面および型押し加工されたフィルムウェブの表面には、あらゆる配慮にも拘らず、各部分を繋ぎ合わせて型押しロールの表面を形成することから生じる視認可能な接続部領域は無くならない。この接続部領域は、これまでに知られる修復手段、例えば補足的な上からの型押し加工によって完全に取り除くことはできない。
【００１６】
特許文献４からの分割出願である特許文献５は、銀面、特に天然と同様の皮革銀面を有するプラスチックフィルムの製造法であって、原理的に同様の製造法を記載している。この銀面加工法においては、最終的に作り出されるプラスチックフィルムおよび型押し娘型、すなわち、前記の方法の最終ステップとその前のステップとが、流し込みまたは塗布と、それに続く加硫と、引き抜きとによって行われる。
【００１７】
また、同じ保護権集合体に属する特許文献６も、基本的に上記の２つの文献に既に述べられている方法を開示しているが、この場合は、型押しロールの製造に限定している。
【００１８】
以上３つの公刊文献に説明されている方法の場合には、視認可能な接続部領域と並んで、原型表面すなわち標本の銀面のあらゆる微細な窪みおよび細孔を再現しようとすると、何回も交替するオス型およびメス型への流し込み／変形のために、多大の労力および入念な、従って時間の掛かる作業と、分離剤の高頻度の交換とが必要になるという欠点が生じる。
【００１９】
分離剤の使用に関わる欠点を除去することが特許文献７の方法の目的である。ここでは、その型押し表面が、原型／標本の表面に対してメス型の表面組織／構造を有する、シリコーンゴム製の型押しロールの制作方法が対象になっている。この場合、最初に、レーザ加工法によって補助ロールの表面を加工する。この表面はニトリルブタジエン製とする。材料除去用のレーザ光線は補助ロールの外周表面に向けられる。レーザ光線は、補助ロールの外周表面に対して相対的に動き、データとして存在する原型表面／標本の表面情報の項目によって、標本に合致するオス型構造／オス型組織を補助ロールの表面に形成するように制御される。この後、このロール表面のチューブ形状のインプレッション型をシリコーンゴムで取って、これをいわゆる型押し娘型に加硫する。双方の材料であるニトリルブタジエンゴムおよびシリコーンゴムは、比較的容易に、かつ分離剤を用いることなく分離することができる。その後さらに前記の手順を続ける。すなわち、メス型構造／メス型組織を備えた（シリコーンの）チューブの内側を外側に折り返すことによってこの娘型を補助ロールから引き抜き、最終的に押圧ロール／型押しロールの上に装着する。
【００２０】
すべての公知の方法には、原型表面の３次元の複製の品質がその忠実度において不十分であるという欠点がある。
【００２１】
これは、特に、一方では、型押しロールの表面を生成するために限られた部分領域を繋ぎ合わせることによって生じる突き合わせ端もしくは接続部の領域を、十分な品質でもって見えないようにすることができないからであり、他方では、このような部分領域を繋ぎ合わせることによって生成される表面において、光の反射もしくは光の屈折が異なる結果として碁盤目状のパターンが生じるからである。これは、例えば、高品質の被覆製品の顧客、すなわち、模造皮革製の対象品、計器パネル、ハンドバック、旅行鞄、または家具の製造者からは受け容れられない。
【００２２】
代替方式として利用し得る従来方式のレーザ彫刻加工法は、しかし、複雑な標本の表面の十分に高い情報内容を、原型と同一の複製表面が出現するように複製表面に転写するには、これまでのところなお適しているとは言えないものであった。
【００２３】
さらに、この場合も、計算による型の逆転、周縁領域の手動研磨等のあらゆる配慮にも拘わらず、視認可能な接続部領域が発生する。
【００２４】
【特許文献１】独国特許出願公開第４３  ２４  ９７０  Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４３  ２６  ８７４  Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４４  ４１  ２１６  Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第３４  ０５  ９８５  Ａ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第３４  ３９  ８２２  Ａ１号明細書
【特許文献６】欧州特許第０  １５４  １４１  Ｂ１号明細書
【特許文献７】欧州特許第１  ２３８  ７８９  Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従って、本発明の目的は、３次元構造の表面の生成方法であって、標本表面の最高度に忠実な複製を可能にし、かつ、あらゆる自然のパターンまたは合成のパターン、あるいはあらゆる原型表面に対して、微小なパターンについても、接続部および周縁部がなく、場合によっては拡大し得る複製もしくはコピーを、繰り返し模様またはムレット縞を生じることなく可能にする生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この目的は主請求項の特徴によって達成される。別の有利な形態が従属請求項に含められている。本発明による方法の特に適切な使用、並びに本発明による方法を実行するための特に適切な装置も同様に開示される。
【００２７】
本発明による方法においては、最初に、境界で区切られた原型表面のトポロジーを有する第１のデータのセットを保存する。この場合、このデータセットは、原型表面の各関連面積要素の測定された高さ情報の項目から構成される。
【００２８】
「高さ情報」という用語は、垂直方向における尺度を含んでおり、従って実質的に面に対して垂直または「法線方向」であって、ここでは、−当該点に応じて、−高さ座標、深さ情報または深さ座標と同義であると理解されるべきである。
【００２９】
この後続いて、別の「第２の」データセットを発生させて保存する。この第２のデータセットは第１のデータセットと同様に、高さ情報および関連面積要素の項目からなるが、このデータセットは測定された寸法に基づくものではなく、ランダムに発生させたデータを含んでいる。従って、これは、ランダムに決定されたデータから発生させた高さ情報および面積情報の項目である。これは、いわば「合成」面に等しいランダム発生のトポロジーを作り出す。すなわち、「第２の」データセットは、各関連「面積要素」に対してランダムに発生させた高さ情報の項目から構成される。
【００３０】
ここで、ランダムに発生させたデータによって特徴付けられるこの「合成」面を「境界で区切られない複製表面」と呼称する。「境界で区切られない」という用語は、創成される複製面を、当然なんらかの形に境界で区切られている実際の原型の標本または面積、すなわち有限であるかまたは周縁を備えた実際の原型の標本または面積から区別する。ここでは、例えば、ソファーの表面をカバーする材料を作ることができる、タオルの大きさの１枚の水牛革の形の原型標本が考えられる。
【００３１】
この場合、「複製表面」という用語は、当初は、原型と同一の被加工対象物の仕上げられた表面を指すのではなく、すなわち、工作機械によって最終的に形成される対象表面を指すのではなく、さらに加工、変形して、完成した最終製品に仕上げなければならない「中間製品」を指している。
【００３２】
従って、ここでは、複製表面は、当初は、まだいくつかの加工処理段階を経て完成した複製面を形成しなければならない面の１種の中間的な原型である。これは、以下に記載する方法による加工処理段階を経た後に初めて、「完成した」複製表面が生み出されるからである。この完成複製表面が、最後の加工処理段階後に原型と同一の対象表面を表し、工作機械を対応して制御するのに必要なデータを提供するものとなる。
【００３３】
この目的を達成するため、ここで、次の方法のステップ（ｃ）が設けられる。この方法のステップ（ｃ）は、第１の−上記のようにランダムに発生させた−複製表面の高さ情報の項目の周りで、すなわち、複製表面の任意に選定された第１の「点」の周りで、複数個の隣接するランダムな高さ情報の項目をまとめて第１の部分集合とし、それを第３のデータセットに保存するというステップである。その場合、隣接する高さ情報の項目の位置および配置をも、複製表面の各関連面積要素の座標によって、同様に保存する。従って、第３のデータセットは複製表面のデータを含んでいる。
【００３４】
その後、この第３のデータセットを、それぞれ新しい比較によって新しいデータで占められた第４のデータセットと比較し、これを繰り返す。この場合、この第４のデータセットには、原型表面の隣接する測定された高さ情報の項目の第２の部分集合が保存され、さらに、各関連面積要素の座標によって与えられる、原型表面の隣接する高さ情報の項目の位置および配置も保存される。従って、第４のデータセットは原型表面のデータを含んでいる。
【００３５】
次に、周囲の比較、つまり近傍自体の比較を、「合成」面および原型表面の上で行う。その場合、近傍の構造は可能な限り類似しているかあるいは等しいものとする。「近傍」は、観察点の周りのそれぞれ隣接する複数の高さ情報の項目−同様に１つの高さ情報の項目−から構成され、第１および第２の部分集合にデータセットとして保存されるが、この点に留意するべきである。
【００３６】
第１の部分集合の高さ情報の項目と第２の部分集合の高さ情報の項目との間の定められた類似性に到達すると、次に、複製表面の第１のランダムな高さ情報の項目、すなわち、複製表面の第１の観察「点」に対する高さの値を、原型表面の第２の高さ情報の項目に置き換える。この原型表面の第２の高さ情報の項目は、第２の部分集合に関するその位置および配置において、第１の部分集合に関する第１の高さ情報の項目の位置および配置に合致している。
【００３７】
従って、この結果、この方法のステップ（ｅ）において、複製表面の第１の「点」に対する高さの値が、原型表面上の別の第２の「点」の高さの値に置き換えられる。この場合、「置き換え値」の選択に対する基準は、複製面および原型面からの「適合する」近傍、すなわち、その高さ情報の項目に関する、並びに、複製表面および原型表面における第１点および第２点に対するその位置に関する適合である。従って、複製面からの「周囲部分集合」（データセット３）が、原型表面からの「周囲部分集合」（データセット４）と比較される。先行の加工処理段階からの高さ情報の項目が既に存在する限り、以下に記載するように、これも、「置き換え値」の選択に対する基準の中に含められる。
【００３８】
この後、複製表面のすべての点、すなわち複製表面のすべての高さ情報の項目が順次に処理されて、原型表面からの高さ情報の項目に置き換えられてしまうまで、方法のステップｃ）〜ｅ）を、異なる第１および第２の部分集合によって高頻度で実行し、繰り返す（方法のステップ「ｆ」）。続いて、各繰り返しによって、複製面が原型表面に類似するようになるが、これは、特に、方法のステップｄ）において部分集合を比較するために、１つ以上の先行する方法のステップによって複製表面において既に置き換えられた高さ情報の項目が、方法のステップｃ）を実行するために第１の部分集合の中に含められる場合にそうである。
【００３９】
この場合、複製面が、通常は原型表面よりも遥かに大きく、その結果、その数において「少ない」原型表面の点または高さ情報の項目が、本発明の方法によって、何回も、すなわち例えば自然に増大するように複製表面の上に分配される点に常に留意することが肝要である。
【００４０】
複製面のすべての点を置き換えるべきであるが、定義によれば当該面は「境界で区切られない」面であることを考慮すると、別の逆説が差し当たって生じるが、例えば、面の右の周縁（終点）における最後の点を、面の左の周縁（始点）における第１の点の近傍と見做せば、この逆説は当てはまらない。すなわち、当該面は、自ら閉じた、従って同様に境界で区切られない面である。
【００４１】
方法のステップｆ）において複製表面のすべての高さ情報の項目が原型表面の高さ情報の項目に置き換えられた後、方法のステップａ）〜ｆ）を、別にさらに１回以上実行する。その場合、高さ情報の項目にそれぞれ関連する面積要素を、それぞれの別の実行に際して縮小し、特に半分にし、さらに、方法のステップｅ）において、別の同時の基準として、新しい第１部分集合と、方法のステップａ）〜ｆ）の先行の実行過程において既に保存された隣接する高さ情報の項目との間の定められた類似性に達しているかどうかを検証する。
【００４２】
先行の各実行過程において「見出され」かつ保存された隣接する高さ情報の項目とのこの付加的な比較は、当然のことながら、先行する実行過程が存在していた場合にのみ実行できる。
【００４３】
この結果、観察が一層精細になり、２つの面がさらに類似することになる。これは、全複製表面が原型表面に対する定められた類似性を有するに至るまで繰り返して実行される。それ自体「分析のピラミッド」として知られるこの方法のステップ（面積要素の縮小／拡大、予め達成された結果との比較）は、使用し得る時間もしくは使用可能なデータ処理装置の容量によってのみ制限される。
【００４４】
ここでは、「定められた」類似性という用語を、確定値または限界値／閾値自体を意味するものと理解するべきではなく、ここでは詳説しない周知の統計的方法および分配法則に基づいて実行される選択基準および決定基準と理解するべきである。
【００４５】
この後で漸く、複製表面の高さ情報の項目を、対象表面の加工用として工作機械を制御するために利用することができる。今や「完成した」と見做される複製表面は、通例、適切な材料が使用されている場合には、原型表面から区別することはできない。
【００４６】
これは、本発明による方法によって、複製面／対象面として、例えば写真によって生成されるような原型面の同型のコピーではなく、その特性において、その外観において、および、その「自然に」かつランダムに成長した構造において随意に拡大可能な表面、しかもムレット縞および繰り返し模様を全く伴うことなく、原型表面の「延長」と見做される表面が生み出される。公平な観察者は、原型表面を目前にしていると思って、原型表面と対象表面との間を区別できないであろう。その点で、「原型と同一の表面」という概念は、これ以後も、またこの文脈においても、同型のコピーとしてではなく、上記のように原型表面の「延長」と理解するべきである。
【００４７】
この方法を実行する場合、原型表面のトポロジー測量用として、デジタルの自動走査法が有意義に／有利に用いられる。その測定値は、コンピュータ支援装置／コンピュータにおいて容易に加工できる。この方法は、全体として、当然、妥当な時間消費で結果に到達するために高速の電子式データ処理装置に依拠している。しかし、実際には、例えば高さ情報を測定するための粗さ測定器具（面粗度計）と、手動で光学的に測定されたデータセットと、適切に形態化可能なまたは保存可能な複製表面モデルの表面構造とを用いて実行することも可能である。
【００４８】
本方法の別の有利な実施態様は、境界で区切られない複製表面を、ドーナツ型の面として、すなわち完全に規定された連結機能を備えたトーラスまたは円筒として、特にほぼ円形断面の環状トーラスの表面として形成する方式である。これによって、円筒状のロールの形態、従って対象表面が、単に切断線を確定して環状トーラスを「拡開すること」によって簡単に得られる。この対象表面は、理想的な形で、工作機械の表面として、すなわち例えばフィルムウェブの型押し加工用の型押しロールの表面として適している。
【００４９】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、各関連面積要素の座標によって定められる複製表面および原型表面の隣接する高さ情報の項目の位置および配置を、隣接する高さ情報の項目のＬ字形の配置として構成する方式である。この結果、近傍の比較が、２つの方向からの情報を一緒に処理に組み入れることによって、簡単にかつ最少のデータによって改善されることになる。近傍の領域の他のあらゆる任意の配置が選択可能であることは言うまでもない。例えば、判明した複製表面の微細な欠陥構造に手を加えるために特に適していると思われる、隣接する高さ情報の項目の円形配置がその例である。
【００５０】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、原型表面のトポロジーの走査を、光学的なデータが電気量に変換される光学的な方法によって行う方式である。光学的な方法によれば、使用する光の波長に応じて、任意の所要の精度の測定を行うことができる。
【００５１】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、走査を、測光法によって、好ましくは干渉計を用いた３次元走査法によって行う方式である。このような走査法は、例えば、微細な毛穴を有する真皮を十分正確に測定し得るような横方向および垂直方向の精度を有している。このためには、高さの測定を２〜１００ｎｍの垂直方向解像度で行い、横方向の走査を１〜１００μｍの解像度、特に５〜４０μｍの横方向解像度で行うことが有利である。
【００５２】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、３次元構造の対象表面を、原型表面に対して逆に構成する方式である。本発明による方法から決定される高さ情報の項目／データをこのように逆転して用いることによって、原型と同一の表面のメス型の形態を有し、従ってフィルム材料の型押し加工に直接使用し得る工具、例えばロールを製作できる。
【００５３】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、各関連面積要素に割り当てられる高さ情報の項目を、個々の面積要素に対する色彩情報の項目、特に個々の面積要素に対するグレー値の形に変換して保存する方式である。この方式においては、方法のステップａ）〜ｆ）の実行後に、複製表面の色彩情報の項目もしくはグレー値を対応する高さ情報の項目に変換して、複製を加工するための工作機械の制御用として使用し得るようにする。これによって、高さ情報の項目の保存における簡素化、その場合例えば単に２次元で実施し得るような簡素化が実現される。
【００５４】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、工作機械の制御用として用いられる複製表面の高さ情報の項目の座標と、各関連面積要素の位置および配置とを、面積領域において圧縮または拡大する方式である。この面積領域においては、後の加工操作または変換操作に際して、対象表面または加工表面／フィルム表面の拡大または圧縮が行われる。工作機械制御用のデータが、デジタル形式であり、それにも拘らず原型表面と同一であることによって、データに、「オフセット」、すなわち一定かつ同一の付加値を比較的簡単に付け加えることができる。この付加値は、後に行われる変形を補正するものであり、変形された領域においても、原型と同一の表面を有する。
【００５５】
本発明による方法の特に適した使用法は、突き合わせ端のない装飾表面を、フィルム上に生成すること、特に熱可塑性および／またはエラストマーのポリマーフィルムまたはポリマー被覆されたシート状形成物の上に生成することにある。このフィルムの上には、装飾表面が対象表面によって型押し加工される。
【００５６】
この場合、複製表面は、閉じた、特にドーナツ型のロール表面として形成される。最初に、３次元構造の対象表面を、工作機械としてのレーザによって、ポリマー材料の外層を有する補助ロールに生成加工し、その結果この補助ロールは原型表面のオス型を得る。
【００５７】
その後、この補助ロールにシリコーンゴムの層を塗布して加硫し、それによって、シリコーンゴムのチューブを生成する。続いて、（シリコーン）チューブの内側を外側に折り返すことによって、このシリコーンゴムのチューブを補助ロールから引き抜く。
【００５８】
引き続いて、そのように折り返され、原型表面のメス型をその外面に備えたシリコーンチューブを、型押しチューブとして、押圧ロール／型押しロールの上に装着する。その後、このようにして製作された押圧ロール／型押しロールによって、フィルムの表面を型押し加工する。
【００５９】
このようにして、１つの連続型押し加工プロセスにおいて、原型と同一の表面を有する大量のフィルムのウェブを生成し得る型押しロール／型押し工具が得られる。
【００６０】
本発明による方法の特に適した別の使用法は、熱可塑性フィルム用の型押しロールの製作である。この場合、ロール表面としての複製表面が形成されるが、その際、３次元構造の対象表面を、原型表面に対して逆に構成し、工作機械としてのレーザを用いて円筒体の外層に直接生成加工する。これによって、この円筒体はその外側に原型表面のメス型をもつことになる。その後、この円筒体の外表面によってフィルムの表面を型押し加工する。これによって、後続の別のインプレッション型をとるプロセスまたは造版プロセスが省略される。
【００６１】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、逆の表面を、円筒体としての型押しロールの外層に直接生成加工する方式である。この方式によって、型押しロールの型押し表面の製作が、ただ１つの加工ステップで可能になる。
【００６２】
本方法のさらに別の有利な実施態様は、円筒体を、対応する押圧ロール／型押しロール上に装着される中空円筒として構成する方式である。これによって、容易に、搬送し、保存し、実際のロール本体へ装着し得る軽量の中空ロール（スリーブ）が製作できる。
【００６３】
本方法を実施するための特に適した装置が同様に開示される。この装置は、工作機械としてのＣＯ２ガスレーザと、ロール表面加工用として構成される、レーザ光線強度を制御するための制御装置とを備えており、次のような特徴を有する。すなわち、制御装置が、レーザ光線の強度／エネルギーを調節しかつ一定に保持するための第１制御ユニットと、調節されたレーザ光線の強度を、複製表面の高さ情報の項目に応じて変調するための下流側に接続される第２制御ユニットとを有するという特徴である。このような二重の制御ユニットを構成して初めて、レーザを、本方法によって準備される対象表面加工用の高さ情報の項目によって制御することが可能になる。これは、高さ情報の項目の精度が、レーザの強度の異常に正確な制御を必要とするからである。これは、意外なことに、第一にレーザ光線の出力が完全に一定に保持される場合に、すなわち、運転時間、温度、共振器の変化等によるすべての影響がたとえどんなに小さいものであっても、それが第１制御ユニットによって補正される場合に初めて、またその場合にのみ達成されるのである。その時に初めて、第２制御ユニットによって、レーザの強度を、有用な結果を得ながら高さ情報の項目に従って制御することができる。ここで用いるＣＯ２ガスレーザは、その波長が約１０μｍであり、ポリマー材料の加工に特に適している。
【００６４】
本発明の方法による表面加工用として、他の種類のレーザ、例えばネオジム：ヤグ（Ｎｄ：Ｙａｇ）レーザのような固体レーザも当然使用できる。この固体レーザは、熱安定性に関してガスレーザの場合ほど限界的ではない。従って、高さ情報の項目に基づくレーザ強度の調節は、このような固体レーザの場合基本的に簡単であり、また、制御装置のみによって実施されるであろう。しかし、このような固体レーザの波長（ネオジム：ヤグレーザの場合約１μｍ）は、被加工材料、ここではポリマー材料の特性に必ずしも常に適合しているとは限らないので、この波長に対する吸収能力を高めるために、例えば材料にカーボンブラックを添加して材料を適合させなければならない。原則として、レーザの選択においては、一方ではレーザ光線の品質によって、他方では被加工材料の焼損挙動によって決定される実現可能な彫刻加工品質が決定因子となる。
【００６５】
本装置の別の有利な実施態様は、第１制御ユニットを、レーザ光線の一部を外部に反射して外に出し、その外部反射されたレーザ光線の一部の強度／エネルギーに応じて、レーザの入力の出力を制御するように構成する形態である。これによって、レーザ光線を一定に保持するために直接作用するフィードバックが実現される。
【００６６】
本装置のさらに別の有利な実施態様は、下流側に接続されるレーザ強度調節用の第２制御ユニットが、調節されたレーザ光線の一部を外部に反射して外に出す形態である。この場合、調節されたレーザ光線の強度を変調するための第２制御ユニットは、振動に応じてその透過率を変化させる格子として構成される。それ自体公知のこのような音響光学的変調器は、その強度が正確に一定に保持されるレーザ光線と結び付いて敏感な制御挙動および伝達挙動を呈するが、この特性のために、この場合、この音響光学的変調器が、本発明の方法によって準備される対象表面加工用の高さ情報の項目をレーザ強度の変化という形で変調するのに理想的に適している。
【００６７】
外部への反射は、いわゆるレーザダンプの中、すなわちエネルギー消滅器または全く簡単に「ゴミ容器」の中に行われる。その結果、第１制御ユニットによって予備調節された「原光線」の強度は、簡単なエネルギー変化によって高さ情報の項目に従って調節される。
【００６８】
これによって、例えば、型押しロールまたは補助ロール上のシリコーン表面を、ＣＯ２ガスレーザの共振器によって生成されるレーザ光線できわめて良好に加工することができる。このために、制御装置は、通常、レーザ共振器の温度を測定する１つ以上のセンサをも備えている。第１制御装置においてレーザ共振器の下流側で外部反射されるレーザ光線の一部は、この場合、レーザ光線の全エネルギーの約１〜２％である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
図１および図２に基づいて、本発明による方法および装置を再度明確に説明する。
【００７０】
図１は、複製表面１の高さ情報を決定するための近傍比較の本質を改めて示す。境界で区切られた原型表面２のトポロジーを有する第１のデータセットを保存するが、このデータセットは、原型表面の各関連面積要素の測定された高さ情報の項目から構成される。
【００７１】
続いて、別の「第２の」データセットを発生させて保存する。この第２のデータセットは、境界で区切られない複製表面１の各関連面積要素に対してランダムに発生させた高さ情報の項目から構成される。この場合、原型表面は、−前記のように、−複製表面よりもかなり小さく、かつ境界で区切られてもいる。しかし、理解を容易にするために、図１の表現には、この大きさの違いは含まれていない。その結果、図１に示す表面１および２は、実際上から、また簡単化のために、それぞれの全表面の一部のみを表現している。
【００７２】
次の方法のステップ（ｃ）は、複製表面の第１の高さ情報の項目の周りで、すなわち、高さ情報の項目が占める任意に選定された複製表面１の第１の面積要素３の周りで、隣接する複数個のランダムな高さ情報の項目であって、Ｌ字形に配置される面積要素４の群に属する高さ情報の項目を１つの第１部分集合にまとめて、第３のデータセットに保存するステップである。この場合、面積要素３は９（３×３）個の個別の面部分（ピクセル）から構成され、Ｌ字形に配置される面積要素４の群は合計で３６個の個別の面部分（ピクセル）から構成される。
【００７３】
面積要素４の隣接する高さ情報の項目の位置および配置も同様に保存される。これは、複製表面１の各関連面積要素４の座標によって行われる。従って第３のデータセットは複製表面のデータを含む。
【００７４】
この後、この第３のデータセットを第４のデータセットと比較する。第４のデータセットには、隣接する測定された高さ情報の項目であって、Ｌ字形に配置される面積要素４’の群に属する原型表面２の高さ情報の項目が、第２の部分集合として保存されている。
【００７５】
同様に、原型表面２の隣接する高さ情報の項目の位置および配置も、各関連面積要素４’の座標によって保存される。従って第４のデータセットは原型表面のデータを含む。
【００７６】
これに続けて、周囲の比較、つまり近傍自体の比較、すなわち、面積要素４および４’の群のそれぞれ隣接する高さ情報の項目の比較を行う。同時に、方法のステップａ）〜ｆ）の先行の実行過程において既に保存された隣接する高さ情報の項目１’および２’との比較を行う。この比較は、保存された高さ情報の項目が既に存在する限り、かつ、「分析のピラミッド」の手順が既に開始されている限り、すなわち、より粗いスクリーンによる先行の実行過程が既に行われている限り行うものとする。
【００７７】
第１および第２の部分集合の高さ情報の項目の間、従って面積要素４および４’の群の高さ情報の項目の間の類似性が定められた類似性に達すると、引き続いて、複製表面の面積要素３の第１のランダムな高さ情報の項目、すなわち、複製表面の第１の観察「点」に対する高さの値を、原型表面の面積要素３’の第２の高さ情報の項目に置き換える。
【００７８】
従って、この結果、この方法のステップ（ｅ）において、複製表面の第１の「点」に対する高さの値が、原型表面上の別の第２の「点」の高さの値に置き換えられる。この場合、「置き換え値」の選択に対する基準は、複製面および原型面からの「適合する」近傍、すなわち、その高さ情報の項目に関する、並びに、複製表面および原型表面における第１点および第２点に対するその位置に関する適合である。
【００７９】
図２は、本発明による方法を実行するための装置の構成を第一基本線図の形で示す。
【００８０】
装置５は、付属の共振器６を備えたＣＯ２ガスレーザを有しており、この共振器６からレーザ光線７が射出する。レーザ光線７の強度を調節して一定に保持するための第１制御ユニット８は、レーザ光線７の一部９を外部に反射して外に出し、その外部反射されたレーザ光線の一部９の強度／エネルギーに応じて、レーザの入力の出力を制御するように構成される。これによって、レーザ光線の入力の出力１１を一定に保持するために直接作用するフィードバック１０が実現される。
【００８１】
下流側に接続される第２制御ユニット１２は、調節されたレーザ光線１３の強度を、加工ユニット１４によって決定される複製表面の高さ情報の項目に応じて変調する役割を果たす。下流側に接続される第２制御ユニット１２は、調節されたレーザ光線の一部１５を外部に反射して外に出し、表面の加工に「必要」なエネルギーのみを送り出す。調節されたレーザ光線の強度を変調するためのこの第２制御ユニットは、振動に応じてその透過率を変化させる格子として構成される。
【００８２】
外部反射されるレーザ光線の一部１５は「ビームダンプ」に捕捉され、そこで、他のエネルギー態（熱）に変換されて放散される。変調されたレーザ光線１７は、型押しロール１８の被加工ポリマー表面、この場合はシリコーンの表面に向けられる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】複製表面の高さ情報を決定するための近傍比較の本質を示す図である。
【図２】本発明による方法を実行するための装置の構成を示す基本線図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、１’  複製表面
２、２’  原型表面
３、３’  面積要素
４、４’  面積要素
５        レーザ加工装置
６        レーザ共振器
７        レーザ光線
８        第１制御ユニット
９        外部反射されたレーザ光線７の一部
１０      フィードバック
１１      入力の出力
１２      第２制御ユニット
１３      調節されたレーザ光線
１４      加工ユニット
１５      外部反射されたレーザ光線１３の一部
１６      ビームダンプ
１７      変調されたレーザ光線
１８      型押しロール
【図１】
0005506192.tif 000002
【図２】
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