專利名稱：二氧化碳激光穿孔機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種二氧化碳激光穿孔機(jī)，主要用于卷煙過濾嘴水松紙的穿孔。
卷煙過濾嘴水松紙經(jīng)激光穿孔后，吸煙時(shí)由于冷空氣透過小孔進(jìn)入過濾嘴與煙氣接觸，使焦油冷凝；同時(shí)CO能充分轉(zhuǎn)化成CO2，因而顯著降低了吸煙時(shí)焦油及CO的吸入量，減少對(duì)吸煙者的危害。已有技術(shù)中所使用的激光穿孔機(jī)大致可分為兩類。
第一類穿孔機(jī)采用脈沖CO2激光器，脈沖頻率直接決定穿孔速率，采用較高功率激光器時(shí)可分束成多束光同時(shí)打多排孔。此類激光器價(jià)格昂貴，當(dāng)分束較多時(shí)分束系統(tǒng)復(fù)雜，造成整機(jī)成本上升。此外，分束系統(tǒng)易引起分束不均導(dǎo)致后續(xù)穿孔的孔形不一致。
第二類穿孔機(jī)采用連續(xù)CO2激光器，利用機(jī)械元件進(jìn)行調(diào)制，使連續(xù)激光轉(zhuǎn)換成脈沖激光。這一結(jié)構(gòu)的激光穿孔機(jī)如圖1所示，調(diào)制盤1的圓柱面上有一排等間距排列的小孔，起調(diào)制光欄作用。中間滾輪2起傳送紙帶3的作用。激光器4輸出的激光束經(jīng)聚焦鏡9聚焦后通過調(diào)制盤1的小孔打在運(yùn)動(dòng)著的紙帶3上，在紙帶3上形成所需小孔。該穿孔機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，激光器相對(duì)壽命長(zhǎng)，但存在著兩個(gè)缺點(diǎn)。第一，激光利用小孔調(diào)制，未透過小孔的光未起作用，被損耗掉，使得激光利用率低。第二，由于光束調(diào)制的原因使所穿的孔形呈長(zhǎng)圓形。
本實(shí)用新型的目的是為了克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新型的CO2激光穿孔機(jī)，利用一根連續(xù)CO2激光管可同時(shí)打出多排圓形小孔，既做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，又是可靠性好，激光利用率高的穿孔機(jī)。
本實(shí)用新型主要由含有激光器4、沿激光器4輸出的激光束Gr前進(jìn)方向上首先置有調(diào)制分束組件5，沿調(diào)制分束組件5輸出的平行激光束Gb前進(jìn)的方向上置有穿孔組件6，穿孔組件6置于紙帶3的穿孔區(qū)8上。被穿孔的紙帶3由紙帶傳送機(jī)構(gòu)7傳送，在紙帶傳送機(jī)構(gòu)7的中間滾輪2中間是紙帶3的穿孔區(qū)8。如圖2、圖4所示。
激光器4采用連續(xù)CO2激光管配連續(xù)激光電源構(gòu)成。調(diào)制分束組件5包含沿激光束Gr前進(jìn)方向上依次置有前置聚焦鏡501、高速轉(zhuǎn)鏡502及后置聚焦鏡503，前置聚焦鏡501和后置聚焦鏡503組成一個(gè)共有實(shí)焦點(diǎn)O的系統(tǒng)，該焦點(diǎn)O位置處于高速轉(zhuǎn)鏡502的反射平面上。穿孔組件6含有置在可調(diào)節(jié)的托板601上的兩組同樣規(guī)格、同樣結(jié)構(gòu)的反射聚焦部件602。如圖2所示。
所說的調(diào)制分束組件5的功能是將單束平行激光束Gr轉(zhuǎn)換成平行的寬帶掃描激光束Gb。前置聚焦鏡501和后置聚焦鏡503是指能將激光束會(huì)聚在高速轉(zhuǎn)鏡502的反射平面上的共同焦點(diǎn)O上的裝置。前置聚焦鏡501和后置聚焦鏡503可以是聚焦透鏡，或者是聚焦反射鏡，或者是組合聚焦鏡，它們的尺寸及焦距大小可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。高速轉(zhuǎn)鏡502是一個(gè)正多面柱體，每一面均鍍上對(duì)激光全反射的膜層，獨(dú)自構(gòu)成一個(gè)反射鏡面。轉(zhuǎn)鏡502的反射平面數(shù)m可根據(jù)需要確定，m取值范圍一般可取m≥6。
上面所說的反射聚焦部件602含一塊全反射鏡6021和由n≥2塊無間隙排列的長(zhǎng)方形聚焦鏡組成的聚焦鏡列陣6022，如圖3所示。反射聚焦部件602垂直于平行掃描激光束Gb方向置放，沿著掃描激光束Gb方向按穿孔要求相隔一定距離，其距離是可調(diào)的。兩組或幾組反射聚焦部件602均置于一塊可調(diào)節(jié)的托板601上，該托板601可順著平行掃描光束方向移動(dòng)。兩組或多組反射聚焦部件602無間隙排列的n塊聚焦鏡的總寬度與平行掃描激光束的寬度相同。紙帶3的穿孔區(qū)8位于反射聚焦部件602的焦平面處，紙帶3的運(yùn)動(dòng)方向與反射聚焦部件602成一定角度。
由激光器4發(fā)出的單束平行激光束Gr經(jīng)調(diào)制分束組件5處理后成為一條平行的寬帶掃描激光束Gb，進(jìn)入反射聚焦部件602。垂直入射的帶掃描激光束Gb在聚焦鏡面上移動(dòng)時(shí)，其焦點(diǎn)是重疊的，亦即移動(dòng)的激光束經(jīng)過聚焦鏡后在焦平面上將得到一個(gè)點(diǎn)激光。因而平行掃描激光束依次掃過反射聚焦部件602共n塊聚焦鏡時(shí)將產(chǎn)生n個(gè)焦點(diǎn)光斑，而在紙帶3上打出n個(gè)孔。光束的重復(fù)掃描與紙帶3的移動(dòng)相結(jié)合就在紙帶3上形成了(每組n/2排)共n排小孔。托板601和反射聚焦部件602的間距可調(diào)可保證在不同寬度的紙帶3上打出不同組間距的小孔。小孔的排間距由反射聚焦部件602與紙帶3的夾角決定。在同一排上的小孔孔間距由脈沖頻率和紙帶3的線速度決定。
假定高速轉(zhuǎn)鏡502的反射面數(shù)為m，轉(zhuǎn)速為ω，紙帶3線速度為v，則獲得的脈沖激光頻率為(m×ω)，孔間距為(v/(m×ω))。
將本實(shí)用新型輸出的n束脈沖激光攔住任意束，即可根據(jù)需求打出一到n排小孔。此外，變換n值也可打出任意排小孔，n取n≥2的偶數(shù)。
紙帶傳送機(jī)構(gòu)7是保證紙帶3等速運(yùn)動(dòng)與穿孔后紙盤質(zhì)量的關(guān)鍵。紙帶傳送機(jī)構(gòu)7主要含有收紙輪701、放紙輪702及5個(gè)中間滾輪2，如圖4所示。由于在卷紙時(shí)收紙輪701和放紙輪702上的紙盤的直徑不斷發(fā)生變化，因而為保證紙帶3的線速度恒定，收紙輪701、放紙輪702的轉(zhuǎn)速是不斷變化的。收紙輪701由直流調(diào)速電機(jī)703驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)中間滾輪2上裝有測(cè)速裝置704，與直流調(diào)速電機(jī)703構(gòu)成閉環(huán)控制，以保證中間滾輪的轉(zhuǎn)速恒定，從而保證了紙帶3的線速度恒定。放紙輪702裝有可調(diào)節(jié)的阻尼裝置705，以保證紙帶3的張力恒定。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，激光利用率高，實(shí)現(xiàn)了用一根連續(xù)激光管打出n排小孔的目的。穿孔組件6的可調(diào)程度高，可滿足各種規(guī)格紙帶3及不同規(guī)格的孔形、孔間距、孔排間距、組間距的要求?？筛鶕?jù)需要打出一到n排孔。所穿孔形圓整，邊緣光潔，一致性好。紙帶傳送機(jī)構(gòu)7保證了紙帶的等速運(yùn)動(dòng)與恒定的張力，確保穿孔后紙盤的質(zhì)量。


圖1是已有技術(shù)2帶調(diào)制盤的激光穿孔機(jī)示意圖。圖2是本實(shí)用新型二氧化碳激光穿孔機(jī)示意圖。圖3是穿孔組件6的示意圖，其中圖3-1為向視圖，圖3-2為側(cè)視圖。圖4是紙帶傳送機(jī)構(gòu)7的示意圖。
實(shí)施例如圖2、3、4的結(jié)構(gòu)，其中激光器4采用50W CO2激光管配連續(xù)激光電源構(gòu)成，輸出光斑直徑6mm。前置聚焦鏡501是一塊圓形的凸凹聚焦透鏡；后置聚焦鏡503是一塊長(zhǎng)方形的凸凹聚焦透鏡。前置聚焦鏡501和后置聚焦鏡503的焦距相同。高速轉(zhuǎn)鏡502是一個(gè)反射平面數(shù)m=18的正十八面柱體，聚焦鏡列陣6022中的聚焦鏡數(shù)目n=4，共有兩組反射聚焦部件602無間隙排列。在高速轉(zhuǎn)鏡502轉(zhuǎn)速為3000rpm，紙帶3線速度為60m/min時(shí)，獲得八束脈沖激光的頻率為900Hz，脈沖寬度為138微秒，所穿小孔間距為1.1mm，小孔直徑小于0.12mm。
權(quán)利要求1．一種二氧化碳激光穿孔機(jī)，含有激光器(4)，被穿孔的紙帶(3)和帶中間滾輪(2)的紙帶傳送機(jī)構(gòu)，其特征在于具體結(jié)構(gòu)是(1)沿激光器(4)輸出的激光束Gr前進(jìn)方向上首先置有調(diào)制分束組件(5)；(2)沿調(diào)制分束組件(5)輸出的平行激光束Gb前進(jìn)的方向上置有穿孔組件(6)；(3)被穿孔的紙帶(3)由紙帶傳送機(jī)構(gòu)(7)傳送，在紙帶傳送機(jī)構(gòu)(7)的中間滾輪(2)中間是紙帶(3)的穿孔區(qū)(8)；(4)上述的穿孔組件(6)置于紙帶(3)的穿孔區(qū)(8)上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的激光穿孔機(jī)，其特征在于調(diào)制分束組件(5)包含沿激光器(4)輸出激光束Gr前進(jìn)的方向上，依次置有前置聚焦鏡(501)、高速轉(zhuǎn)鏡(502)和后置聚焦鏡(503)，其中前置聚焦鏡(501)的焦點(diǎn)O焦在高速轉(zhuǎn)鏡(502)的反射平面上，后置聚焦鏡(503)的焦點(diǎn)也焦在高速轉(zhuǎn)鏡(502)的反射平面上，并與前置聚焦鏡(501)焦在共同的焦點(diǎn)O上。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的激光穿孔機(jī)，其特征在于穿孔組件(6)含有置于托盤(601)上，在調(diào)制分束組件(5)輸出平行激光束Gb前進(jìn)的方向上由全反射鏡(6021)和聚焦鏡列陣(6022)構(gòu)成的反射聚焦部件(602)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的激光穿孔機(jī)，其特征在于紙帶傳送機(jī)構(gòu)(7)包含按紙帶(3)傳送前進(jìn)方向上依次是帶有阻尼裝置(705)的放紙輪(702)、帶有測(cè)速裝置(704)的五個(gè)中間滾輪(2)和帶有直流調(diào)速電機(jī)(703)的收紙輪(701)，在五個(gè)中間滾輪(2)中間是紙帶(3)的穿孔區(qū)(8)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1或2的激光穿孔機(jī)，其特征在于前置聚焦鏡(501)是聚焦透鏡，或者是聚焦反射鏡，或者是組合聚焦鏡。
6．根據(jù)權(quán)利要求1或2的激光穿孔機(jī)，其特征在于后置聚焦鏡(503)是聚焦透鏡，或者是聚焦反射鏡，或者是組合聚焦鏡。
7．根據(jù)權(quán)利要求1或2的激光穿孔機(jī)，其特征在于高速轉(zhuǎn)鏡(502)是含有m(m≥6)個(gè)反射平面的正多面柱體。
8．根據(jù)權(quán)利要求1或3的激光穿孔機(jī)，其特征在于構(gòu)成反射聚焦部件(602)的聚焦鏡列陣(6022)是由n(n≥1)個(gè)聚焦鏡無間隙排列構(gòu)成的。
專利摘要一種二氧化碳激光穿孔機(jī),主要用于卷煙過濾嘴紙帶的穿孔。包含有激光器,由前置聚焦鏡和后置聚焦鏡在高速轉(zhuǎn)鏡的反射面上有共同焦點(diǎn)O構(gòu)成的調(diào)制分束組件,由置于托盤上在調(diào)制分束組件輸出平行光束方向上的反射聚焦部件構(gòu)成的穿孔組件。被穿孔的紙帶由紙帶傳送機(jī)構(gòu)傳送,傳送機(jī)構(gòu)的中間滾輪中間是置有穿孔組件的穿孔區(qū)。本新型實(shí)現(xiàn)了用一臺(tái)連續(xù)激光器打出n排小孔的目的,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、激光利用率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B26F1/26GK2333204SQ9822381
公開日1999年8月18日 申請(qǐng)日期1998年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月24日
發(fā)明者錢紅斌, 胡文富, 何世新, 唐國(guó)根, 陳蘭英, 吳懷英 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所