ES2924438B2 - Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a un procedimiento para eliminar los restos de tinta en las celdas de un rodillo anilox por barrido láser basado en la superposición de los puntos láser.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El barrido láser es una técnica que se basa en el principio de ablación, proceso en el que un haz láser arranca o vaporiza material de la superficie de un objeto sólido al incidir sobre él.
La materia sale de la superficie en forma de un chorro de gas, a menudo incandescente, llamado pluma de ablación por su forma ovalada.
Los sistemas de limpieza por láser eliminan la tinta de las celdillas de un rodillo anilox mediante una onda pulsada de luz a una velocidad de repetición determinada, ya que se ha demostrado empíricamente que un rayo láser pulsado es más eficiente y proporciona una velocidad de eliminación más alta que un rayo continuo y al mismo tiempo garantiza que el material subyacente no se caliente en exceso.
En un sistema de barrido láser se ha de tener presente que:
- A lo largo del haz láser, la potencia siempre es la misma ya que existe el mismo número de fotones en cualquier punto o sección del haz.
- El haz láser tiene una forma tal que comienza convergiendo al salir de la lente del resonador hasta llegar al punto focal, que es la zona más estrecha del haz y diverge una vez pasado este punto focal.
Dado que existe el mismo número de fotones en cualquier punto o sección del haz y su radio varía a lo largo de este, también lo hace la relación de la potencia respecto al área irradiada, o lo que es lo mismo, la densidad de potencia.
Este concepto es importante ya que, a medida que se reduce el diámetro del punto láser, la densidad de potencia aumenta de forma cuadrática.
Así, al desenfocar el rango Rayleigh, que es la distancia desde el punto focal hasta el punto donde se duplica el área, es necesaria cuatro veces más energía para mantener la misma densidad de energía.
En consecuencia, para un resonador de una determinada potencia, la densidad de energía con la que se irradia la superficie del anilox estará en función del diámetro del punto láser que incide sobre su superficie, siendo máxima cuando el punto de incisión coincide con el punto focal.
El funcionamiento del sistema de barrido láser es el siguiente:
Un resonador emite pulsos de luz con una potencia y a una frecuencia concreta hacia un sistema de espejo Galvo que oscila también a una frecuencia.
El sistema galvo desvía los pulsos del luz hacia las celdillas del anilox distribuyéndolos linealmente en lo que constituye la zona activa de limpieza del barrido.
Esta zona activa de limpieza se percibe por el ojo humano como una línea luminosa que abarca una alineación de celdillas anilox por efecto de la persistencia de la visión, aunque, en realidad, consiste en un ingente número de pulsos que inciden sobre las celdillas del anilox de forma espaciada.
En la técnica actual, el punto de incidencia del pulso láser con la superficie del anilox coincide con el punto focal del haz.
Así la densidad de energía aplicada es máxima, lo que implica maximizar la capacidad de ablación del barrido. Sin embargo, con esta técnica, el área de irradiación por pulso es mínima y la dispersión de impactos en la zona activa de limpieza del barrido es grande, observándose puntos donde incide el haz láser vaporizando la tinta y espacios entre esos puntos donde la tinta permanece. Por eso, es necesario efectuar varios barridos láser sobre la misma zona para garantizar la vaporización de la tinta en todas las celdas del anilox.
El barrido realizado describe una trayectoria helicoidal entorno a la superficie del anilox, resultado de la suma del movimiento de giro del anilox y de avance del resonador, de manera que, para realizar varias pasadas sobre la misma zona, el paso de la hélice de barrido ha de ser inferior a la longitud de la zona activa de limpieza del barrido. La diferencia entre el paso de la espiral y la longitud de la zona activa de
limpieza se ajusta en función del porcentaje de espacios libres entre puntos de impacto de los pulsos láser para que, estadísticamente, el resultado del barrido láser garantice que la práctica totalidad de celdillas del anilox ha sido saneada.
El problema de esta técnica es que, al efectuar varias pasadas del haz láser sobre la misma zona del anilox, una parte de los pulsos láser inciden en celdillas limpias donde previamente ya incidió otro pulso, lo que conlleva un paulatino deterioro de estas celdillas.
Sería beneficioso el desarrollo de un procedimiento de limpieza de anilox por barrido láser que evite la incidencia de pulsos láser en celdillas donde la tinta ya ha sido vaporizada para evitar el deterioro de la superficie anilox.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El novedoso procedimiento de limpieza de anilox consiste en simular un pulso continuo láser evitando espacios no irradiados mediante el incremento del diámetro del punto láser y organizando estos en la zona activa de limpieza del barrido de manera que se superponen linealmente en la dirección de avance del haz y circunferencialmente en la dirección de giro del anilox.
El procedimiento se fundamenta en dos características intrínsecas del haz láser pulsado.
Por un lado, la variación de la densidad energética en función del diámetro del punto láser explicada anteriormente y, por otro lado, la estructura gaussiana del haz láser.
La luz láser es una radiación electromagnética monocromática cuyos perfiles de amplitud del campo magnético y eléctrico transversal están dados por una función Gaussiana, lo que implica un perfil de intensidad Gaussiana (irradiancia).
Una lente puede modificar la geometría del haz láser sin alterar su potencia y frecuencia, así, cuando el haz láser es enfocado por una lente, la dependencia de la fase transversal es alterada y esto ocasiona un haz Gaussiano diferente pero con la misma potencia y frecuencia.
Esto constituye un mecanismo útil para modificar a voluntad la irradiancia en el punto del haz que incide en el anilox.
El diámetro del haz puede definirse de varias maneras y para los haces gaussianos suele describirse mediante la anchura 1/e 2. La anchura 1/e 2 es la distancia entre los dos puntos de la distribución marginal cuyas intensidades son 1/e 2 = 0,135 veces el valor de la intensidad máxima.
De la aplicación de lo anterior se desprende que, en una distribución gaussiana típica, los puntos de la distribución marginal tienen solo un 13 % de la intensidad energética del centro, sin embargo, desenfocando el haz con una lente, se consigue homogeneizar el perfil gaussiano, de manera que la diferencia de intensidad energética entre la distribución marginal y el centro del punto láser disminuye.
Teniendo en cuenta todo lo expuesto, se ha desarrollado el procedimiento de la invención que consiste en esencia en aumentar el tamaño y superponer parcialmente los puntos del haz láser para simular un pulso continuo tanto en la dirección de avance del haz láser como en la dirección de rotación del anilox.
Al superponerse parcialmente los puntos del láser en la zona activa de limpieza se eliminan los espacios no irradiados y los pulsos inciden en todas las celdas del anilox de forma continuada y con la densidad de energía apropiada para evaporar la tinta sin necesidad de pasadas adicionales, desapareciendo el riesgo de que un pulso incida en un área del anilox previamente irradiada.
En concreto, de acuerdo con el nuevo procedimiento, el haz láser generado por el resonador es desenfocado mediante una lente, incrementando el diámetro de punto de los pulsos que inciden en las celdillas hasta una medida deseada.
A la vez que se incrementa el diámetro de punto, se modifica también el perfil gaussiano asociado, disminuyendo la intensidad energética en el centro e incrementándola en los puntos de la distribución marginal, de manera que se obtiene un perfil gaussiano más homogéneo que el asociado al punto focal.
Determinado el diámetro de punto láser y perfil gaussiano adecuado, el procedimiento prosigue con la superposición lineal de los puntos láser.
Para ello, los pulsos del haz láser son desviados por el espejo galvo que oscila en una frecuencia calculada en función de la frecuencia del haz y del diámetro de punto, para que los puntos láser que inciden en la superficie del anilox se superpongan parcialmente.
La superposición de los puntos láser que conforman el área activa de barrido se efectúa a dos niveles; a nivel lineal en el sentido de avance del resonador y circunferencial, en el sentido de giro del rodillo.
De acuerdo con la invención, el porcentaje de superposición de los puntos láser en sentido lineal se establece en función de la frecuencia de oscilación del sistema galvo en el eje X ( f gaU}oX), el diámetro del punto (0punto), longitud del haz (lhaz) y la frecuencia del haz (fiáser) según la expresión
De igual forma, el porcentaje de superposición circunferencial viene dado por la velocidad lineal del anilox (^ rotran¿¡ox) y la frecuencia de oscilación del sistema galvo en el eje Y (fgaiboY) que determina la velocidad de generación de haces del sistema galvo y se define con la siguiente expresión
El porcentaje de superposición lineal y circunferencial del punto según la invención oscila entre el 30 % y el 75 % en función del perfil gaussiano asociado.
La superposición parcial de puntos incrementa la intensidad energética en la zona de solapamiento, ya que se suma la intensidad energética correspondiente a cada punto.
Dado que a causa del perfil gaussiano del haz, los puntos de la distribución marginal presentan una intensidad de energía inferior al centro, la superposición parcial de puntos tiene como efecto asociado la homogeneización de la radiación recibida por la superficie del anilox. Cuanto más plano es el perfil gaussiano del punto láser, más uniforme será la radiación recibida por la superficie del anilox.
De acuerdo con lo expuesto, el haz láser según el procedimiento de la invención efectúa un barrido helicoidal de la superficie del anilox en el que el 100% de la superficie barrida es irradiada con la densidad de energía apropiada para evaporar la tinta en una única pasada, por tal motivo el paso de la hélice descrita por el barrido helicoidal es equivalente o múltiplo de la longitud de la zona activa de limpieza, lo que permite abarcar más superficie por rotación respecto a la técnica anterior, incrementando la velocidad de limpieza.
Según otro aspecto de la invención, el paso de la hélice de barrido es ligeramente inferior a la longitud de la zona activa de limpieza al objeto de solapar también los extremos del área barrida en una medida igual al porcentaje de solapamiento de los puntos láser, lo que garantiza la máxima uniformidad de radiación de la superficie del anilox.
El procedimiento descrito, aplicado a un dispositivo de limpieza de anilox por barrido láser convencional incrementa su eficiencia al realizar la limpieza en una fracción de tiempo de lo requerido con la técnica actual de múltiples barridos, sin degradar en absoluto las celdas del anilox a no incidir nunca el haz láser sobre un punto previamente irradiado.
Al mismo tiempo, la variación de los parámetros "diámetro de punto” y “% de superposición” permite desarrollar diferentes programas de limpieza seleccionables según el tipo o el nivel de suciedad del rodillo anilox.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Esquema del procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser según la invención.
Figura 2.- Representación de un conjunto de puntos láser con un 30% de superposición.
Figura 3.- Representación de un conjunto de puntos láser con un 33% de superposición.
Figura 4.- Representación de un conjunto de puntos láser con un 50% de superposición.
Figura 5.- Representación de un conjunto de puntos láser con un 75% de superposición.
Figura 6.- Diagrama del cambio de perfil gaussiano en función del diámetro del punto.
Figura 7.- Diagrama de distribución energética correspondiente a dos puntos láser superpuestos un 50 %
Figura 8.- Representación esquemática de la trayectoria helicoidal que describe la zona activa de limpieza del barrido láser sobre la superficie del rodillo.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
El novedoso procedimiento de limpieza de anilox consiste en organizar la sucesión de puntos láser (4) en la la zona activa de limpieza (19) del barrido (17) según una alineación en la que los puntos se superponen parcialmente en la dirección de avance del haz (11) y en la dirección de giro del anilox (13) simulando un pulso continuo.
De acuerdo con el nuevo procedimiento, el haz láser (1) generado por el resonador (2) es desenfocado mediante una lente (3) que incrementa el diámetro de punto láser (4) que incide en las celdillas desde un diámetro mínimo correspondiente al punto focal w0 a un diámetro de trabajo wN.
El incremento de diámetro del punto láser (w0 < w1 < w2) modifica también el perfil gaussiano asociado (5), disminuyendo la intensidad energética en el centro (6) e incrementándola en la distribución marginal (7), de manera que en los puntos w1 y w2 se obtiene un perfil gaussiano más homogéneo que en el punto focal w0.
Establecido el diámetro de trabajo de punto láser wN, se prosigue con la superposición parcial (10) de los puntos láser (4).
Para que los puntos láser que inciden en la superficie del anilox (9) se superpongan parcialmente (10), los pulsos del haz láser (1) son desviados por el espejo galvo (8) que oscila en una frecuencia seleccionada en función de la frecuencia de los pulsos del haz láser (1) y del diámetro de trabajo wN del punto láser (4).
La superposición de los puntos láser se efectúa de forma lineal (11) en el sentido de avance del resonador (2) y circunferencial (13) en el sentido de giro del rodillo (9).
De acuerdo con la invención, el porcentaje de superposición de los puntos láser en sentido lineal (11) se establece en función de (fgaibox) la frecuencia de oscilación del sistema galvo en el eje X (12), (0punto)el diámetro del punto láser (4), (lhaz) longitud del haz y (fiáser) la frecuencia de los pulsos del haz láser (1) según la expresión
Por consiguiente, basta con ajustar los parámetros de forma adecuada para conseguir el nivel de superposición deseado.
De igual forma, el porcentaje de superposición circunferencial (13) viene dado por (u rotranUox) la velocidad lineal del anilox (9), (0punto)el diámetro del punto láser (4) y ( fgaiboY ) la frecuencia de oscilación del sistema galvo en el eje Y (14), según la siguiente expresión
La superposición parcial de puntos incrementa la intensidad energética en la zona de solapamiento (15) Fig. 7, ya que se suma la intensidad energética correspondiente a cada punto (16).
De acuerdo con lo expuesto, mediante la combinación del movimiento de avance del resonador (2) y el movimiento de giro del anilox (9), la zona activa de limpieza (19) realiza un barrido helicoidal (17) sobre el anilox (9) en el que el 100% de la superficie barrida es irradiada con la densidad de energía apropiada para evaporar la tinta en una única pasada.
Por tal motivo, el paso (18) del barrido helicoidal (17) es equivalente o múltiplo de la longitud de la zona activa de limpieza (19).
Según otro aspecto de la invención, el paso (18) del barrido helicoidal (17) es ligeramente inferior a la longitud de la zona activa de limpieza (19) al objeto de solapar los puntos laser de los extremos del área barrida (20). Este solapamiento se realiza preferentemente en una proporción igual al de superposición en sentido lineal (11) de los puntos láser (4), lo que garantiza la máxima uniformidad de irradiación de la superficie del anilox en la totalidad del área barrida.
Claims (6)
1. - Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser donde un resonador genera un haz láser pulsado que incide en la superficie del anilox como un punto láser para constituir la zona activa de limpieza, caracterizado porque consiste en incrementar el diámetro de los puntos láser (4) por encima del diámetro mínimo correspondiente al punto focal w0 a un diámetro de trabajo wN, desenfocando los pulsos del haz láser (1) mediante una lente (3) y al mismo tiempo, con la ayuda de un espejo galvo (8), redirigir los pulsos láser organizadamente a la zona activa de limpieza (19) de forma que los puntos láser (4) que inciden en la superficie del anilox (9) se superponen parcialmente en el sentido lineal (11) correspondiente al avance del haz y en el sentido circunferencial (13) correspondiente a la dirección de giro del anilox, simulando un pulso continuo.
2. - Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser según reivindicación 1 caracterizado porque el porcentaje de superposición de los puntos láser (4) en sentido lineal (11) se establece en función de (fgaibox) la frecuencia de oscilación del sistema galvo en el eje X (12), (0punto)el diámetro del punto (4), (Ihaz) longitud del haz y (fiáser) la frecuencia del haz según la expresión
3.- Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser según reivindicación 1 caracterizado porque el porcentaje de superposición de los puntos láser (4) en sentido circunferencial (13) se establece en función de (^ rotran¿¡ox) la velocidad lineal del anilox y (fgaiboY) la frecuencia de oscilación del sistema galvo en el eje Y (14), según la siguiente expresión
4. - Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser según reivindicaciones 1 a 3 caracterizado la zona activa de limpieza (19) efectúa un barrido helicoidal (17) sobre la superficie del anilox (9) cuyo paso (18) es equivalente o múltiplo de la longitud de la zona activa de limpieza (19).
5. - Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser según
reivindicaciones 1 a 3 caracterizado la zona activa de limpieza (19) efectúa un barrido helicoidal (17) sobre la superficie del anilox (9) cuyo paso (18) es ligeramente inferior a la longitud de la zona activa de limpieza (19) al objeto de solapar parcialmente los puntos laser de los extremos del área barrida (20) en una proporción igual al de superposición en sentido lineal (11).
6.- Procedimiento de limpieza de anilox por superposición de puntos láser según reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el porcentaje de superposición lineal (11) y circunferencial (13) de los puntos láser es de un 30% a un 75%.
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