[0001] 本发明涉及一种从印刷载体中，例如纸，去除印刷物，例如墨粉油墨，的装置和方法，(去除印刷)。

[0002] 我们先前描述了激光脉冲长度和波长的组合，其优化了从白纸中去除墨粉油墨的性能，前述内容出现在Leal-Ayala D.R.和Allwood J.M.，“Paper re-use：Toner-print removal by laser ablation”，数字印刷技术国际会议(2010)，第6-9页；还出现在Leal-Ayala，DR，Allwood，JM，Schmidt，M.，&Alexeev，I.(2012)，“Toner-print removal from paper by long and ultrashort pulsed lasers”，皇家学会学报A：数学，物理和工程科学，468(2144)，2272-2293。图1，取自Proc.Roy.Soc.paper，说明了波长，脉冲长度和纸张损坏之间的关系，表明最佳波长在绿光周围是可见的，并且最佳脉冲长度在1-40ns的范围内。进一步的背景现有技术可以在US8,693,064；US5,489,158；US2004/0080787；US2012/
0268799中找到；同时WO95/00343；JP2005/292747A也描述了纸张再生装置。

[0003] 我们之前已经在我们待审的英国专利申请1423033.8中描述了如何解决各种实际工程问题，以便制作实用的商业印刷去除装置(“去除印刷机”)。概括地说，“去除印刷机”是一种系统或装置，其包括与定位传感器结合的激光装置，以有效地从承印物(例如纸张)中去除(即，“去除印刷”)墨粉印刷。通过激光消融从纸上去除墨粉粒子。在英国专利申请1423033.8中更详细地描述了“去除印刷机”系统和过程以“去除”墨粉印刷，其全部内容通过引用并入本文。

[0004] 然而，仍然需要对此类印刷去除装置做进一步的改进。

[0120] 如上所述，图1，摘自“皇家学会学报A：数学，物理与工程科学”468(2144)，2272-2293，描述了波长，脉冲长度和纸张损伤之间的关系，表明最佳波长是可见的，在绿光周围，且最佳脉冲长度在1-40ns范围内。

[0121] 图2示出了去除印刷机的去除印刷机模块100的第一实施例的示意性横截面侧视图。

[0122] 去除印刷机模块100具有反射镜102，其被配置为将激光光束(图2中未示出)反射到供给到去除印刷机的纸张112上。

[0123] 在该实施例中，通过使用载体104来驱动反射镜102穿过纸张112来改变反射镜102的位置。载体104安装在细长的滑架轴承106上，其本身安装在滑架轴142上。细长的滑架轴承106将旋转最小化，并且提供在载体104上的稳定的无振动运行。

[0124] 在该实施例中，载体104被配置为将反射镜102定位在与纸张112成45度角的位置，以便将注入侧端口(见下文)的激光光束反射到纸张112上，其中该侧端口与纸张112垂直。

[0125] 为了改变反射镜102的位置，可以通过驱动滑轮上的滑架传动带134来该改变载体104的位置。滑架传动带134连接到变速箱144，在该实施例中，变速箱144由直流电动机和编码器单元146控制。在该实施例中，变速箱144被集成到直流电动机和编码器单元146中。在该实施例中，编码器包括由带槽圆盘和光耦合器的形成的位置和速度反馈编码器。

[0126] 因此，控制直流电动机和编码器单元146使得可以控制反射镜102沿着一方向的速度和相对横向位置，在该实施例中，该方向垂直于去除印刷机模块100中的纸张112的移动方向。因此，激光光束可以被引导到纸张112上的不同区域。

[0127] 在该实施例中，安装了轨道动轮140以引导和控制安装在滑架轴142上的载体104的旋转，由此设置反射镜102的位置。轨道动轮140进一步防止运输过程中的过度旋转，例如当去除印刷模块100在一些运输工具中被倒置时。

[0128] 在该实施例中，反射镜102，载体104，滑架轴142上的细长滑架轴承106，滑架传动带134和轨道动轮140布置在大型整流罩138的内部。将去除印刷机模块100的这些功能布置在整流罩138内的优点在于：去除印刷机周围的灰尘可以通过优选进气口上的过滤器被基本上排除，而且连杆穿过该大型整流罩138不需要用到槽。因此，用于去除印刷机周围环境中的灰尘的清洁程序被大大减少(但是可以理解的是，光学装置可能需要定期清理，因为被去除的印刷物碎屑会沉积在光学装置上，并且进给路径的入口会越来越有限)。

[0129] 由于激光光束不离开整流罩138，所以可以更安全地使用去除印刷机。

[0130] 如图2所示，去除印刷机模块100设置有接触式图像传感器110和与载体104功能相互作用的光耦合器108。这些光学元件被配置为检测已经进给到去除印刷机内的纸张112上印刷物的位置。当编码器和载体驱动电动机146提供相对位置时，光耦合器108与载体104的功能相互作用，以允许确定称为“家”的滑架的绝对位置。

[0131] 在实施例中，拐点/偏置特征114设置在印刷去除区域的一侧或两侧上，这使得纸张路径发生弯曲，该纸张路径用于引导纸张112偏离扫描间隙。如上所述，这可以防止纸张112在被进给到去除印刷机模块100时被边缘卡住。

[0132] 因此，纸张引导件包括拐点114至装置的激光消融“去除印刷”区域的一侧或两侧，以到每一侧为优选。在优选实施例中，纸张引导件限定了载体路径的上方和下方处的引导表面(尽管可以使用载体路径的仅一侧上的引导表面)。

[0133] 引导表面可以由连续板限定，但是在一些优选实施例中，引导表面由诸如挡边的一系列凸起特征限定，例如沿着载体移动的方向纵向延伸。引导表面位于载体下方，或者位于载体的每一侧上，并且通常限制载体以便去除印刷。

[0134] 在优选实施例中，引导表面中的拐点包括载体引导表面的区域，在该区域有一个向下的过渡，直到较低水平(相对于纸张传送的消融侧)，在消融区域之前。在实施例中，可能存在在消融区域之上的类似的向上过渡。这里的“向下”和“向上”是相对于通过消融区域的纸张或其它载体的前进方向来定义的。提供向下和向上拐点，以及处理用于去除印刷的预先使用的纸张，促进了纸张进入装置的双向传送。(注意，在图2中，纸张112简单地采取了该区域上示出的直接直线路径，而在实践中，拐点被布置成当纸张经过激光去除印刷区域时，让纸张撞击引导表面上部，并将其引导到引导表面的底部)。

[0135] 如图所示，在实施例中，基本上纸张的整个宽度可以接触到消融区域的激光。可选地，载体进料系统可以使用可控的辊的驱动速度中的相对差异，其中辊紧跟在去除印刷线前后的，以便为载体提供张力或为辊之间的载体制造一个松弛的区域。

[0136] 偏置轧辊132安装在间隔处，该间隔小于被传送到装置内的载体的长度。与轧辊132协作的载体驱动辊116被布置在去除印刷机模块的进给通道中，以控制纸张112在去除印刷机中的移动。

[0137] 去除去除模块100还包括传感器118，传感器用于读取纸张112上的标记。在去除纸张112上的印刷时，可以用标签，留言和/或代码在上面做标记，以指示纸张112已经去除印刷物。

[0138] 可以安装过滤器检测光耦合器120以确保仅在过滤器插入到去除印刷模块100中时才能操作该装置。

[0139] 应注意到，载体引导板上的整个上部部件可以安装在铰链上或其提供可以进入的纸张路径，以清除堵塞。这可以与开关或光耦合器配合，以便在开始操作前检测组件到位情况。

[0140] 去除印刷模块100还包括歧管124，其中歧管又包括碎屑室128和过滤器126。

[0141] 碎屑室128可以是一个可移除的盒。碎屑室128的优选实施例已在上面概述，并且包括例如蛇形气流路径，以允许碎屑室内的被去除的印刷物碎屑沉降。

[0142] 在本实施例中，盒中的过滤器126沿着气流路径安装在碎屑室上。过滤器126可以是，例如碳过滤器和/或纳米颗粒过滤器。

[0143] 如上所述，优选的是将过滤器126放置在碎屑室128的侧面，该位置背离印刷物从纸张112上去除的区域。这使得大部分去除的印刷物碎屑收集在碎屑室128中，从而延长了过滤器126的使用寿命。

[0144] 在该实施例中，将风扇122放置在歧管124的后面，将空气从去除印刷机模块100的内部抽出。如上所述，在替代实施例中，风扇122被设置在相对侧，以将空去吹入去除印刷机模块100的内部。应当理解，多个风扇122可以设置在去除印刷机模块100的一侧或两侧。

[0145] 根据本发明的第二实施例，图3示出了去除印刷机模块200的示意性横截面侧视图；

[0146] 在这个实施例中，大的整流罩138被一个小整流罩204代替。只有反射镜102，轨道动轮140和载体104的一部分被设置在整流罩204的内部。

[0147] 空气挡板202设置在整流罩204内部，以保护其它(光学)传感器和反射镜102免受碎屑积聚(适用于小型和大型整流罩)的影响。

[0148] 一连杆，设置在载体104中，在载体中连杆穿过小整流罩204，其中小整流罩204位于细长的滑架轴承106和反射镜102之间，以允许反射镜从整流罩的外部被驱动。与使用大整流罩138相比，该实施例的缺点在于，在整流罩204中使用长通道用于连杆沿其滑动。这也可以用作进气口，或者促成为进气口。然而，由于其履行两个功能，因此其设计可能受到妥协，并且其更难以有效地过滤从整流罩外部的灰尘进入的灰尘。因为这个原因，大整流罩138才是优选实施例。

[0149] 图4示出了去除印刷机的去除印刷机模块300的示意性透视图。为了清楚起见，去除印刷机中的一些元件被移除了。

[0150] 可以看出，去除印刷机模块300中提供了带有挡板的激光入口端316，以防止激光光源中碎屑和灰尘的堆积。

[0151] 滑架冷却叶片302，布置在载体104上的去除印刷机模块300中，用于载体104的热管理。

[0152] 在该实施例中，用于模块对准的多个位置特征306设置在侧板304上(为了简化起见，仅示出了一个侧板304)。

[0153] 如上所述，在去除印刷机模块300的边缘区域加速或减速载体104可能更可取。因此，加速和减速区域312设置在模块300的每一侧。提供载体104的行程，其比纸张112宽度需要的行程更长可能更可取。因此，加速和减速区域312可以设置在纸张112通过模块300进给的区域之外的区域。

[0154] 去除印刷机模块300还包括在模块300的每一侧上的纸张控制特征308。应当理解，纸张控制特征308被示出具有雉堞，使得它们可以与相邻模块上的相配和重叠的特征相连接，以便在这两个方向上提供可靠的载体进给。应当理解，当纸张112仅从一侧进给模块300时，纸张控制特征308可以形成为没有雉堞特征，但是从插入的漏斗中的狭窄轨道进给的。

[0155] 另外的纸张控制特征310设置在去除印刷机模块300的中心区域中。应当理解，必须在印刷去除区域中设置一间隙，在该区域印刷物通过激光光束从纸张112中去除。纸张控制特征310被配置为避免在形成间隙端部的边缘处卡住纸张112，其中激光可以透过该间隙。因此，如图4所示，纸张控制特征310向上弯曲。此外，可以在纸张控制特征310的边缘中设置狭窄的槽。狭窄槽的封闭端也可以稍微向上弯曲，以避免纸张112在被引导通过除印刷机模块300过程中被卡住。因此，限定间隙的任何边缘都可以向上弯曲，其中激光光束可以穿过间隙以曝光纸张112，以避免当纸张112进给到印刷去除区域时，钩破/卡住纸张112的情况发生。

[0156] 此外，在它们之间具有间隙的电线(未示出)可以布置成穿过位于控制特征边缘310中的上述狭窄间隙，其中激光可以穿过该间隙以从纸张112上去除印刷物。这些电线用于引导纸张112并且防止纸张112在限定位空气间隙的纸张引导件边缘处被卡住。电线在大致沿着平行于去除印刷机模块300中的纸张112的移动方向跨过间隙。优选地，电线是倾斜的，即他们朝着一个方向跨过间隙，该方向与去除印刷机模块300中的纸张112的移动方向不完全平行。这允许激光光束在反射镜的临近细带上“看见”纸张112的所有区域，当纸张被引导跨过间隙和引导到间隙下方，特别是当激光束以90度角仅投影到纸张112上时。因此，如果在第一细带期间，激光束不能进入纸张112上的区域，那么一旦纸张112进一步进给到去除印刷机模块300，在之后的细带期间该区域可能就能被接触到。

[0157] 图5a示出了去除印刷机模块400的示意性横截面正视图。图5b示出了模块400的相应的示意性透视图。

[0158] 在该实施例中，由激光光源404产生的激光光束被反射镜102反射，使其以90度的角度照射在纸张112上。空气入口402设置在大整流罩138中，允许空气被吸入大整流罩138中以产生气流，用来提取去除的印刷物碎屑。可以在空气入口402的内侧或外侧设置附加的过滤器，以避免去除印刷机的外围中的灰尘被吸入大整流罩138的相对干净的区域。

[0159] 根据本文所述的实施例，图6示出了去除印刷机模块500中的气流路径的示意性横截面侧视图。气流路径，其以黄色(明亮)箭头(和碎屑室128中的黑色箭头)示出，由风扇122产生。

[0160] 空气可以经由空气入口402进入去除印刷机模块500。然后气流收集从纸张中去除的去除印刷碎屑，并通过提取系统将其提供给碎屑室128。大部分去除印刷碎屑可以被收集在碎屑室128中。然而，一些颗粒可能不被捕获在碎屑室128中，从而被传送到过滤器126。一旦空气被碎屑室128和过滤器126过滤，其可以经由风扇122离开去除印刷机模块500。

[0161] 应当注意，在图6中，由于横截面的位置(为了清楚起见)，特别是布置在整流罩138中的特征，例如反射镜102和载体104，各种元件是不可见的。设置导轨504以引导轨道动轮140。在去除印刷机模块500中设置盒槽502以接收过滤器126。

[0162] 图7从相对面示出图6的去除印刷机模块500。在该视图中，载体的后侧是可见的，其中镜子朝外不可见。

[0163] 根据本文所述的实施例，图8示出了激光束的光斑尺寸示意图。

[0164] 应当理解，激光光束可以连续地操作，同时反射镜102的位置改变以将纸张112的不同区域曝光在激光光束下。然而，优选地，激光光束被重复地激发以与反射镜的连续移动同步，并且还可以被选择性地激发以仅曝光已经检测到印刷物的纸张112的区域。脉冲n的激光光斑在图8中表示为具有直径D的实线圆。如上所述，用于加快去除整张纸张上的印刷物的速度，脉冲n和相邻的后续脉冲n+1之间的最佳间隔(即，脉冲n和n+1的圆的中心之间的距离)大约为2-1/2x D。在本文所述的一些实施例中，激光光斑的直径D>0.05,0.1或0.2mm以允许机械系统中的正常位置公差，但是可能要大得多。

[0165] 图9使用具有凸、凹、弯曲或其它复杂形式的反射镜,或者倾斜的平面镜，来示出的激光光束的扭曲，其中平面镜倾斜为使得激光光束以小于90度的角度照射在纸张112上。箭头“A”表示纸张112在去除印刷机中的移动方向。如上所述，优选的是使激光光束扭曲，使得其在纸张移动方向(方向“A”)上比在与其垂直的方向上更长。因此，为了允许临近的细带邻接或重叠，在“A”的方向上的机械对准要求可能较低。当激光光斑照射到纸张112上时，原直径为，例如约D＝1mm的激光光斑可能会沿着纸张移动的方向(方向“A”)扭曲为长4-5mm。

[0166] 激光和光束成形

[0167] 在实施例中，光学系统中使用的激光器提供脉冲输出，其脉冲长度范围为0.1ns至10ns，更优选的为0.5ns至5ns。优选地，激光输出提供至少30KW，更优选地至少50kW或90KW的峰值激光脉冲功率，例如在50-100KW的范围内。优选地，载体上激光通量在1.0至1.6或
2.0J/cm2的范围内，尽管较低的通量，例如低至0.1J/cm2就足够了。优选地，采用绿色的波长，波长例如在490-580nm的范围内。在一个优选实施例中，使用二极管泵浦的固态激光器，更具体地是使用倍频Nd：YAG激光器。

[0168] 光能强度分布影响激光消融期间的热分布。高斯能量强度分布导致材料的集中热点，其温度与其周围环境相比明显更高。所获得的知识是，高斯光束产生的热分布在材料的消融，标记和切割过程中具有优势，但这不是从纸张上激光去除墨粉的最佳选择。更具体地，发明人已经发现，在相对较短的时间内，要实现每单位面积(通量)的阈值能量，此时的墨粉的消融效果最佳，以便将传递到载体基质热量最小化，其中热量会造成损坏。具有明显高于阈值的峰值但又有低于阈值的极限的高斯光束是低效的，因为它在光束光斑的中心部位处浪费了能量，并且高聚热可能对纸张基底具有负面影响。

[0169] 由于这些原因，平顶(“顶帽”)光束优选用于从纸张上激光去除墨粉。这种类型的光束具有光能强度分布，其在大多数被覆盖区域是平坦的，这导致更均匀分布的强度分布，这又导致目标上更均匀的热分布。通过使用诸如衍射光学元件这样的光束整形元件，高斯光束可以被转换成圆形，矩形，正方形，直线或其它形状的平顶(“顶帽”)光束。除了与更均匀的温度分布相关的优势之外，为了管控对基质的热损伤风险的同时实现所需的消融能量阈值，平顶光束也有可能加快去除印刷进程的速度，它的实现是通过创建一个有用得更大光斑区域，使得连续脉冲之间的重叠减少(步长的增大)。

[0170] 可以通过选择激光装置几何形状来限定光束的形状，使得激光光源内在提供期望的形状，但是其也可以在激光光源输出后通过光束整形来限定。这种光束整形优选地在激光光源之后和反射镜之前进行，尤其是为了创建大致成矩形(线)或正方形的形状。

[0171] 去除印刷模块

[0172] 现在参考图10，这示出了用于去除印刷机的去除印刷模块1000的另一实施例，其中与之前描述的元件相似的元件由相同的附图标记表示。

[0173] 因此，图10a示出了模块的透视图，说明进纸输入1002，其包括多个鳍状纸张引导特征1002a。如图所示，进纸来自模块下方，例如来自输纸装置，以利用垂直空间并减少去除印刷机的占用面积。载体驱动电动机1004具有传送带1006，用于驱动载体传送机构，传送机构包括多个辊1008(驱动之前描述的载体驱动辊116)和张紧装置1005。在图10a中，载体从右向左移动并且激光扫描线/消融区域(未示出)位于排气管道(歧管)124的左侧。光学传感器1012检测模块中的载体位置。

[0174] 图10b示出了载体进给路径1014，激光光束1016和激光光束外壳1018的侧视图，其中激光光束外壳1018将光束和扫描器基本围住，并且具有激光输入口1020。图10c示出了沿着载体移动方向的对应视图，示出了高速扫描器，这里包括由电动机1024驱动(在该示例中)的往复偏转反射镜1022。区域1026示出了扫描光束的范围。图10c中还示出了扩散板1028，在实施例中它是一种非反射板，其能够在故障安全模式下(例如，如果纸张不存在或有孔的情况下)吸收激光能量。扩散板可以包括一个带刷的黑色阳极氧化的铝条板。

[0175] 将激光光束的重要反射反射回激光是不可取的。例如，如果载体引导件是由钢铁或其它金属，甚至塑料制成的，那么位于激光扫描的下方位置的载体引导件可能会有点反光。通常，入射的激光光束将处于一个角度，使得除了紧靠在激光器轴上的那块区域，没有返回到激光光源的直接路径。然而，能量水平相对较高，所以需要采取额外的预防措施。因此，具有足够的散热能力的非反射材料优选地安装在去除印刷线下方。在优选实施例中，扩散器1028包括具有纹理表面(例如刷洗，喷砂或腐蚀)的铝带；它可能是黑色阳极氧化的。这是旨在作为光学系统的终端元件，并且如果在其上方没有载体，则用来吸收入射的激光光束能量。如果例如在载体传送中发生故障(更具体地，未检测到的故障)，或者如果载体物品有孔或不在适当位置或不是规定的尺寸，则可能发生这种情况。

[0176] 图10d示出了模块的光束传输部分的纵向横截面图，示出了下部载体引导件1030和上部载体引导件1032和拐点114。可选地，扩散板1028可以是下部引导件的一部分或形成为下部载体引导件上的一块区域。如图所示，载体引导件包括板，但是载体引导件也可由具有间隙并且缺少连续表面的挡边形成。图10e示出了相同区域的一部分的透视图。图10f示出了载体输入区域的细节，示出了从垂直方向到水平方向围绕拐角弯曲的载体路径，并且示出了另外的光学载体传感器1034和载体轧辊/夹送辊1036。

[0177] 在图10的实施例中，载体沿一个方向而不是双向传送(因此存在一个拐点而不是两个拐点114)，但本领域技术人员将认识到其可适用于双向操作。

[0178] 毫无疑问，技术人员会想到许多其它有效的替代方案。应当理解，本发明不限于所描述的实施例，并且包括对本领域技术人员来说显而易见的修改，且修改在所附权利要求的精神和范围内。