СТАНОК ДЛЯ ВЛАЖНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОЧИСТКИ РАСТРОВЫХ ВАЛОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области лазерной обработки материалов и может быть использована в полиграфии для безопасного удаления полимерных и органических загрязнений из ячеек и с поверхности растровых (анилоксовых) валов печатных машин различных размеров
Для флексографии очистка растрового вала является неотъемлемой частью производственного процесса. От чистоты растрового вала напрямую зависит перенос краски, и, следовательно, качество печати. Для повышения срока службы валов лазерная очистка должна быть безопасной, то есть обеспечивать сохранность растровых ячеек при значительном количестве очисток. Безопасная лазерная очистка обеспечивается максимальным снижением теплового воздействия лазерного излучения на материал вала (керамику, металл, хром), при полном удалении загрязнителей (полимерных и органических) из ячеек вала, в том числе и при помощи специальных жидкостей (влажная очистка).
Известен метод и аппарат бесконтактного удаления засохшей краски с печатных цилиндров по патенту US 5592879, МПК B41F 35/00, опубл. 14.01.1997. Устройство состоит из лазерного источника, системы зеркал для облучения в заданной плоскости, диафрагмы, объектива, системы подвижек для диафрагмы и зеркал. С помощью системы зеркал лазерное излучение направляется на диафрагму, где происходит модуляция излучения, далее через объектив фокусируется на поверхность печатного вала. В соответствии с указанным методом производят облучение печатных валов лазером, что влечет за собой быстрое тепловое расширение подложки или загрязняющих элементов, которое приводит к удалению частиц с твердой поверхности. Конструктивно устройство состоит из лазерного источника, источника подсветки, оптической системы и электромеханических систем контроля параметров излучения. К основным недостатком можно отнести большое количество отражающих и преломляющих поверхностей, создающих много рассеянного излучения и ухудшающих качество лазерного пучка. Данный метод очистки осуществляется без применения жидкости, что влечет за собой структурные изменения поверхности вала, которые снижают срок службы вала. Также при сухой лазерной очистке на очищенной поверхности образуются углубления, которые можно объяснить локальной лазерной абляцией подложки.
Известно устройство и метод для очистки анилоксовых валов печатных машин по патенту US №6354213, МПК B41C 1/05, опубл. 12.03.2002. Устройство содержит двигатель, вращающий вал вокруг его оси; направляющую, параллельную оси вала и передающую вращение от двигателя к валу; лазер, расположенный на плите, скользящей вдоль этой направляющей при помощи еще одного двигателя; на этой же плите расположен объектив, который фокусирует лазерный луч на поверхность и повышает температуру полимерных загрязнений до уровня их разрушения, вследствие чего происходит их отрыв от поверхности. Под фокусом понимается расстояние, определяемое как точка в пространстве, где пятно становится минимальным. Также в устройстве используется система, которая меняет расстояния между поверхностью вала и объективом. Также в устройстве используется жидкость, находящаяся под давлением, направляемая на ячейки, для удаления полимерных загрязнений, разрушенных лазерным пучком; причем температура жидкости ниже температуры полимерных загрязнений. Недостатком этого устройства является нагрев ячейки с полимерным загрязнением до высоких температур, что может повредить поверхность вала.
Известен способ влажной лазерной очистки твердых поверхностей по патенту на изобретение RU 2263567 C1, МПК B26K 26/00, опубл. 10.11.2005, согласно которому на поверхность наносят слой жидкости и облучают поверхность пространственно-модулированном пучком лазерного излучения. Устройство для осуществления способа содержит лазер, зеркало, отклоняющее пучок лазерного излучения, телескопическую систему, увеличивающую диаметр пучка в соответствии с требуемым размером, функциональный узел, модулирующий пространственно пучок лазерного излучения на поверхности детали, расположенной на координатном столе с шаговым двигателем.
Известное устройство не содержит конструктивных элементов, обеспечивающих очистку растровых валов. Кроме того, смачивания поверхности водой не в полной мере обеспечивает защиту поверхности от разрушения при воздействии на нее лазерного излучения.
Известно устройство для осуществления способа поверхностной лазерной обработки по патенту RU 2445175 C1, МПК B08B 7/00, опубл. 20.03.12. Устройство содержит взаимосвязанные лазер и оптико-механическую систему. Лазер генерирует пучок излучения с временной структурой в виде периодически повторяющиеся серий световых импульсов. В качестве оптико-механической системы установлены система формирования однородной пространственной структуры лазерного пучка и сканирующая система. На выходе сканирующей системы установлен фокусирующий объектив. Компьютер соединен с блоком управления, который, в свою очередь, связан с лазером и со сканирующей системой. Устройство обеспечивает повышение производительности процесса очистки твердых поверхностей различных изделий, однако конструктивно не обеспечивает очистку растровых валов.
Известно устройство влажной лазерной очистки твердых поверхностей по патенту на полезную модель RU 117854 U, МПК B41F 35/00, опубл. 10.07.2012, которое предназначено для очистки растровых валов, и выбрано в качестве прототипа для обоих вариантов заявляемой полезной модели. Устройство содержит двухкоординатный стол с приводом от шаговых двигателей, которые соединены через согласующий блок с управляющим компьютером, систему вращения анилоксовых валов, включающую центрирующие патроны, электродвигатель постоянного тока, соединенный через управляющий блок с управляющим компьютером, двухканальную оптическую систему, расположенную на координатном столе, увлажняющие блоки, каждый из которых состоит из двух форсунок, расположенных на координатном столе и направленных на поверхность анилоксового вала в зону воздействия лазерного излучения, соединенных трубопроводом с регулятором давления и насосом и блоки сбора удаляемых загрязнений.
Применение воды в качестве жидкости для смачивания поверхности вала не в полной мере обеспечивает защиту поверхности от разрушения при воздействии на нее лазерного излучения. Кроме того применение проточной воды для смачивания поверхности вала усложняет конструкцию устройства. Также известное устройство конструктивно не содержит элементов поддержки валов, что не обеспечивает очистку тяжелых валов.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в обеспечении безопасной лазерной очистки малых и средних растровых валов.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленной полезной модели, заключается в увеличении количества безопасных очисток малых и средних растровых валов и, следовательно, в продлении срока их службы.
Задача, с указанным техническим результатом, решается тем, что станок для влажной лазерной очистки растровых валов по первому варианту, согласно полезной модели, характеризуется тем, что он содержит основание и головную часть, включающую крышку и раму, на нижней поверхности которой расположены узел крепления вала, формирователь луча, узел перемещения луча и узел юстировки положения луча относительно оси вала, систему удаления загрязнений, панель управления, двигатель вращения вала, лазер и блок управления станком, при этом лазер связан оптоволокном с формирователем луча, двигатель вращения вала механически связан с узлом крепления вала, блок управления станком электрически связан с лазером и с двигателями узла перемещения луча, крышка в пределах перемещения луча выполнена непрозрачной для излучения лазера, а в качестве жидкости для нанесения на поверхность вала применяют полиметилсилоксановую жидкость.
Технический результат для станка по первому варианту достигается также тем, что
основание выполнено в виде вытянутого прямоугольного параллелепипеда;
станок установлен на колесах;
головная часть выполнена в виде скошенного в верхних углах прямоугольного параллелепипеда;
панель управления расположена на наклонном участке головной части справа;
панель управления содержит дисплей с сенсорным экраном, кнопку включения, индикатор включения и аварийную кнопку;
крышка выполнена с возможность открывания;
узел крепления вала содержит два патрона, закрепленных на бабках, которые установлены на рельсовых направляющих для бабок и стопорятся в заданном положении с помощью винтов к направляющей для стопорения бабок;
узел перемещения луча содержит каретку, установленную на двухкоординатном столе, который снабжен двигателем перемещения каретки параллельно оси, и двигателем перемещения каретки перпендикулярно оси вала;
формирователь луча содержит коллиматор, связанный оптоволокном с лазером и линзу, установленные на каретке двухкоординатного стола;
узел юстировки положения луча относительно оси вала содержит микрометр, закрепленный на каретке двухкоординатного стола, и два микрометрических столика, расположенные на противоположных сторонах нижней поверхности рамы;
система удаления загрязнений содержит двигатель удаления загрязнений, насадку удаления загрязнений, которая расположена в зоне очистки луча, входной шланг удаления загрязнений, подключенный к насадке, и выходной шланг удаления загрязнений.
Станок для влажной лазерной очистки растровых валов по второму варианту, согласно полезной модели, характеризуется тем, что он содержит основание и головную часть, включающую крышку и раму, на нижней поверхности которой расположены узел крепления вала, формирователь луча, формирователь второго луча, узел перемещения луча, узел перемещения второго луча и узел юстировки положения луча относительно оси вала, систему удаления загрязнений, панель управления, двигатель вращения вала, лазер и блок управления станком, при этом лазер связан оптоволокном с формирователем луча, который оптически связан с формирователем второго луча, двигатель вращения вала механически связан с узлом крепления вала, блок управления станком электрически связан с лазером и с двигателями узлов перемещения лучей, крышка в пределах перемещения луча выполнена непрозрачной для излучения лазера, а в качестве жидкости для нанесения на поверхность вала применяют полиметилсилоксановую жидкость.
Технический результат для станка по второму варианту достигается также тем, что
основание выполнено в виде вытянутого прямоугольного параллелепипеда;
станок установлен на колесах;
головная часть выполнена в виде скошенного в верхних углах прямоугольного параллелепипеда;
панель управления расположена на наклонном участке головной части справа;
панель управления содержит дисплей с сенсорным экраном, кнопку включения, индикатор включения и аварийную кнопку;
крышка выполнена с возможность открывания;
на нижней поверхности рамы установлен механизм подъема вала, содержащий два домкрата;
узел крепления вала содержит два патрона, закрепленных на бабках, которые установлены на рельсовых направляющих для бабок и стопорятся в заданном положении с помощью винтов к направляющей для стопорения бабок;
узел перемещения луча содержит каретку, установленную на двухкоординатном столе, который снабжен двигателем перемещения каретки параллельно оси вала, и двигателем перемещения каретки перпендикулярно оси вала;
узел перемещения второго луча содержит плиту, установленную на координатном столе, который выполнен с возможностью перемещения параллельно оси вала, и одновременно с кареткой двухкоординатного стола - перпендикулярно и параллельно оси вала;
формирователь луча содержит коллиматор, связанный оптоволокном с лазером, линзу луча и светоделительный куб, установленные на каретке двухкоординатного стола;
формирователь второго луча содержит призму и линзу, установленные на плите координатного стола;
узел юстировки положения луча относительно оси вала содержит микрометр, закрепленный на каретке двухкоординатного стола, и два микрометрических столика, расположенные на противоположных сторонах нижней поверхности рамы;
система удаления загрязнений содержит двигатель удаления загрязнений, две насадки удаления загрязнений, которые расположены в зоне очистки первого и второго луча, два входных шланга удаления загрязнений, подключенные к насадкам, и выходной шланг удаления загрязнений.
Технический результат обеспечивается совокупностью конструктивных элементов, которые обеспечивают практическую реализацию однолучевого и двухлучевого вариантов станка для влажной безопасной лазерной очистки малых и средних растровых валов, а также применением в качестве защитной жидкости полиметилсилоксановой жидкости.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлены:
на фиг.1 - станок по первому варианту, вид спереди;
на фиг.2 - станок по первому варианту, вид сверху;
на фиг.3 - формирователь луча для станка по первому варианту, вид спереди;
на фиг.4 - формирователь луча для станка по первому варианту, вид сверху;
на фиг.5 - оптическая схема станка по первому варианту;
на фиг.6 - схема удаления загрязнений станка по первому варианту;
на фиг.7 - станок по второму варианту, вид спереди;
на фиг.8 - станок по второму варианту, вид сверху;
на фиг.9 - формирователь луча для станка по второму варианту, вид спереди;
на фиг.10 - формирователь луча для станка по второму варианту, вид сверху;
на фиг.11 - оптическая схема станка по второму варианту;
на фиг.12 - схема удаления загрязнений станка по второму варианту;
на фиг.13 - вид ячеек до очистки;
на фиг.14 - вид ячеек после очистки с защитой водой;
на фиг.15 - вид ячеек после очистки с защитой полиметилсилоксановой жидкостью.
На фиг.1-12 введены следующие обозначения:
1 - основание;
2 - колесо;
3 - головная часть;
4 - крышка;
5 - панель управления;
6 - рама;
7 - бабка;
8 - рельсовая направляющая для бабок;
9 - направляющая для стопорения бабок;
10 - винт стопорения бабки;
11 - патрон;
12 - домкрат;
13 - двигатель вращения вала;
14 - двухкоординатный стол;
15 - координатный стол;
16 - плита координатного стола;
17 - направляющая перемещения каретки параллельно оси вала;
18 - ременная передача перемещения каретки параллельно оси вала;
19 - направляющая перемещения каретки перпендикулярно оси вала;
20 - шарико-винтовая передача перемещения каретки перпендикулярно оси вала;
21 - двигатель перемещения каретки параллельно оси вала;
22 - двигатель перемещения каретки перпендикулярно оси вала;
23 - концевой выключатель;
24 - котировочный микрометр;
25 - микрометрический столик;
26 - двигатель удаления загрязнений;
27 - насадка удаления загрязнений;
28 - шланг входной удаления загрязнений;
29 - шланг выходной удаления загрязнений;
30 - линза луча;
31 - линза второго луча;
32 - коллиматор;
33 - призма;
34 - оптоволокно;
35 - блок управления станком;
36 - каретка двухкоординатного станка;
37 - дисплей;
38 - кнопка включения;
39 - индикатор включения;
40 - аварийная кнопка;
41 - светоделительный куб;
42 - вал;
43 - лазер;
44 - насадка удаления загрязнений для второго варианта станка;
45 - секция крышки, непрозрачная для излучения лазера;
46 - муфта.
Станок для влажной очистки растровых валов по первому варианту предназначен для очистки малых и средних валов диаметром от 50 до 200 мм, длиной от 90 до 800 мм и массой до 30 кг, а по второму варианту - для очистки средних валов диаметром от 50 до 300 мм, длиной от 90 до 1400 мм и массой до 150 кг.
Станок для влажной очистки растровых валов по первому варианту (см. фиг.1 и фиг.2) и второму варианту (см. фиг.7 и фиг.8) содержит основание 1 в виде вытянутого прямоугольного параллелепипеда, установленного на колесах 2, и головную часть 3 в виде скошенного в верхних углах прямоугольного параллелепипеда, включающую раму 6 головной части и открывающуюся крышку 4.
Крышка 4 предназначена для защиты оператора от вращающихся частей машины и защиты глаз оператора от лазерного излучения. Крышка 4 может быть выполнена, например, в виде секций, скрепленных жесткими уголками, пневмоподъемниками для более простого открывания и снабжена датчиком открывания для выключения лазера (на чертеже не показаны). В качестве материала для крышки может быть применено оргстекло. Секция 45 крышки 4, в пределах перемещения луча, выполнена непрозрачной для излучения лазера на рабочей частоте, например с помощью пленки. На видах станка сверху (фиг.2 и фиг.8) крышка 4 и верхние части рамы 6 условно не показаны.
На нижней поверхности рамы 6 расположен узел крепления вала, включающий два патрона 11, закрепленных на бабках 7, которые установлены на двух рельсовых направляющих 8 для бабок и стопорятся в заданном положении с помощью винтов 10 к направляющей 9 для стопорения бабок.
Справа на наклонном участке головной части 3 расположена панель управления 5, на которой размещены дисплей 37 с сенсорным экраном, кнопка включения 38, индикатор включения 39 и аварийная кнопка 40.
Станок снабжен механизмом подъема вала, который включает два домкрата 12, предназначенных для подъема и поддержки тяжелых обрабатываемых валов.
Сканирование поверхности вала 42 на станке по первому варианту производят с помощью одного луча. Узел перемещения луча содержит каретку 36, установленную на двухкоординатном столе 14, который снабжен двигателем 21 перемещения каретки параллельно оси вала и двигателем 22 перемещения каретки перпендикулярно оси вала. Двигатели 21 и 22 передают вращательное движение через муфты 46. Формирователь луча (см. фиг.5) содержит коллиматор 32, связанный оптоволокном с лазером 43 и линзу 30, установленные на каретке 36 двухкоординатного стола.
Сканирование поверхности вала 42 на станке по второму варианту производят с помощью двух лучей (см. фиг.11). Формирователь первого луча содержит установленный на каретке 36 двухкоординатного стола 14 коллиматор 32, связанный оптоволокном 34 с лазером 43, линзу 30 луча и светоделительный куб 41. Формирователь второго луча содержит призму 33 и линзу 31, установленные на плите 16 координатного стола 15. Узел перемещения первого луча аналогичен узлу перемещения луча станка по первому варианту и содержит двухкоординатный стол 14, снабженный двигателем 21 перемещения каретки параллельно оси вала по направляющим 17 с помощью ременной передачи 18, и двигателем 22 перемещения каретки перпендикулярно оси вала по направляющим 19 с помощью шарико-винтовой передачи 20. Узлом перемещения второго луча (см. фиг.9 и фиг.10) является координатный стол 15, на котором установлена плита 16.
Лазерное излучение от коллиматора 32 попадает на светоделительный куб 41, преломляющий 50% лазерной энергии на поверхность вала 42, и пропускающий 50% лазерной энергии па призму 33, отражающую лазерное излучение на поверхность вала 42. Оба луча фокусируются в пятно нужного размера линзами 30 и 31.
Плита 16, а, следовательно, и второй луч, с помощью координатного стола 15 имеет возможность перемещаться параллельно оси вала для регулировки расстояния между лучами в соответствии с размерами валов, одновременно с кареткой 36 двухкоординатного стола 14 перемещаться перпендикулярно оси вала при изменения расстояния между линзами и поверхностью вала и одновременно с кареткой 36 перемещаться параллельно оси вала при сканировании.
Узел юстировки положения луча относительно оси вала станка по первому варианту и станка по второму варианту включает микрометр 24 и два микрометрических столика 25, расположенных на противоположных сторонах нижней поверхности рамы 6. Микрометр 24 закреплен на каретке 36 двухкоординатного стола 14, который при юстировке движется с помощью двигателя 21 вдоль оси вала. С помощью микрометрических столиков 25 происходит последовательная юстировка правого и левого конца ременной передачи 18 перемещения каретки 36 параллельно оси вала. В результате достигается отклонение каретки 36 относительно оси вала не более 100 мкм, что обеспечивает равномерную очистку вала любой длины. Концевые выключатели 23 ограничивают перемещение кареток в пределах длины вала.
Система удаления загрязнений предотвращает осаждение оторвавшейся краски на поверхности и содержит двигатель 26 удаления загрязнений, который формирует воздушный поток для удаления загрязнений из области очистки, насадку 27 для первого варианта станка (см. фиг.5 и фиг.6) и вторую насадку 44 удаления загрязнений для второго варианта станка (см. фиг 11 и фиг.12), которые расположены в зоне очистки, а также один или два входных шланга 28 удаления загрязнений, подключенных к насадкам 27 и 44, и выходной шланг 29 удаления загрязнений.
Работу станка для влажной лазерной очистки растровых валов рассмотрим на примере двухлучевого станка по второму варианту. Процесс очистки на станках по первому и второму варианту аналогичны. Отличие работы станка по первому варианту заключается в использовании одного луча.
В качестве исходного материала используют растровый вал, загрязненный любыми красками, в том числе ультрафиолетовыми, водными и спиртовыми, а также лаками.
Загрязненный вал 42 закрепляют в центрирующих патронах 11 и юстируют положение передачи 18 относительно оси вала. Тяжелые валы, обрабатываемые на станке, поднимают и поддерживают во время очистки за шейки с помощью домкратов 12.
Наносят на поверхность вала полиметилсилоксановую жидкость ПМС-5, которая выпускается по ГОСТ 13032-77 (см., например, http://gostexpert.ru/gost/gost-13032-77), и характеризуется малой величиной поверхностного натяжения, низкой температурой застывания и повышенной термостойкостью и термостабильностью. Благодаря этим свойствам, жидкость легко наносится на поверхность вала, равномерно заполняет все ячейки, и не испаряется в течение нескольких дней. Удаляется в процессе очистки. При необходимости жидкость легко удаляется с поверхности вала ацетоном.
Управление станком осуществляют с панели управления 5 через блок 35 управления станком, который обеспечивает управление лазером, управление двигателем 13 вращения вала 42 и двигателями 21 и 22 перемещения лазерных лучей. Включают двигатель 13 вращения вала, в качестве которого может быть применен, например электродвигатель постоянного тока FL86BLS. Двигатель 13 передает вращательное движение валу 42 через муфту 46. Для сканирования поверхности вала 42 включают лазер 43, в качестве которого предпочтительно использовать волоконный лазер ИЛИ-1-20 ИРЭ-Полюс. Лазер обеспечивает импульсное излучение со средней мощностью до 20 Вт и длительностью импульса от 80 до 120 не. Частота следования импульсов находится в диапазоне от 20 кГц до 100 кГц.
Лазерное излучение через оптоволокно 34 поступает на коллиматор 32, излучающий параллельный пучок, который падает на светоделительный куб 41. Лазерный луч делится на два равных луча, один из которых преломляется и фокусируется на поверхность вала 42 с помощью линзы 30, а второй луч надает на призму 33, которая установлена на плите 16, и фокусируется линзой 31 на поверхности вала. Первый луч устанавливают в начале вала, а второй луч устанавливают в середине вала. После чего осуществляется настройка фокусного расстояния и сканирование поверхности вала с помощью двухлучевой системы. Одновременно с началом сканирования включается двигатель 26 удаления загрязнений, обеспечивающий удаление продуктов очистки вала, что повышает качество очистки.
Энергия лазерного излучения поглощается в поверхностном слое вала, и слой полиэтилсилоксановой жидкости нагревается за счет теплопроводности, при этом на поверхности вала растут паровые пузырьки. Удаление частиц происходит под действием акустической волны, возникающей при расширении и последующем сжатии и исчезновении пузырьков. Применение двухлучевой системы повышает скорость очистки длинномерных валов, а применение для увлажнения поверхности вала полиметилсилоксановой жидкости повышает количество очисток до начала плавления ячеистой структуры вала.
На фотографиях (см. фиг.13-15) приведены виды ячеек вала, полученные на металлографическом микроскопе с увеличением до 400 крат: фиг.13 - до очистки; фиг.14 - после выполнения 12 очисток лазерным излучением с защитным слоем на поверхности вала в виде воды (жидкость наносится форсунками и собирается ракельной системой в резервуар); на фиг.15 - после выполнения 12 очисток лазерным излучением с защитным слоем в виде нанесенного вручную на поверхность вала тонкого слоя полиметилсилоксановой жидкости ПМС-5.
После 12 очисток с использованием для защиты полиметилсилоксановой жидкости на поверхности перемычек отсутствуют трещины и провалы ячеек, в то время как при защите водой произошло сильное оплавление и провалы ячеек, что подтверждает более высокую безопасность лазерной очистки на заявленном станке. Кроме того, нанесение на поверхность вала тонкого слоя полиметилсилоксановой жидкости ПМС-5 упрощает конструкцию станка по сравнению с прототипом, в котором используется смачивание водой с помощью форсунок.
Заявляемый станок может быть многократно воспроизведен в производственных условиях с использованием широко распространенного металлообрабатывающего оборудования.
Таким образом, за счет увеличения количества безопасных очисток, которое обеспечивается предложенными вариантами станка для влажной лазерной очистки малых и средних растровых валов, увеличивается их срок службы.