專利名稱：一種卷煙接裝紙激光打孔設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種激光打孔設備，具體的說是一種卷煙接裝紙激光打孔設備。
背景技術：
卷煙接裝紙作為卷煙過濾嘴專用外包裝用紙，因其外觀類似松木紋而曾得名水松紙。通過在水松紙上打孔、使用高透氣度濾棒成型紙或在濾棒上制成凹槽等方式，從而在抽吸卷煙時使外部空氣進入濾嘴內并對主流煙氣進行稀釋，使吸入人體的焦油量相對減少，該項技術已成為國際上采用最廣泛和最有效的降焦技術。目前開發和利用的水松紙打孔技術主要包括機械打孔、電火花打孔、激光打孔等技術，其中激光打孔由于具有打孔均勻、透氣度穩定性高等優點，成為國際上廣泛采用的方式。已經研制成功且用于生產的水松紙激光打孔設備通常采用機械式斬光盤光束調制原理(例如中國專利“在線式水松紙激光打孔卷煙接嘴機”，專利號ZL02263600. 5)或旋轉式多棱鏡掃描分光原理(例如中國專利“水松紙激光打孔機”，專利號ZL200820147995. 4)兩種基本方案，將連續激光器輸出的連續激光束變換成脈沖激光束，以實現對水松紙表面進行在線透氣微孔加工。同時，由于多棱鏡掃描分光方式對激光能量的利用率較機械式斬光盤高很多，因而水松紙激光打孔技術一般偏向于米用多棱鏡掃描分光的方式對連續激光束進行變換，以實現打孔脈沖式激光輸出。目前，基于多棱鏡掃描分光方式的水松紙激光打孔設備的基本原理是利用單臺連續激光器輸出連續激光束，并將其聚焦于旋轉式多棱鏡的某個工作面上；這個工作面在旋轉過程中將激光束依次掃過N個(例如4、8、16、32個)緊密排列的獨立聚焦系統，每個獨立的聚焦系統在激光掃過時接受到一部分激光；當多棱鏡旋轉時，每一個多棱鏡的工作面都給上述的N個聚焦系統分配一個脈沖，這樣旋轉式多棱鏡便將進入的連續激光束分成N路脈沖激光輸出；N路脈沖激光分別經N個獨立的聚焦系統聚焦于連續運動的水松紙表面，從而在水松紙上打出N排直線型排列分布的小孔。上述方法采用旋轉式多棱鏡掃描方式將一束連續激光束分割成N束(例如4、8、16、32束)脈沖激光，因此每一束脈沖激光的能量只是連續激光束功率的N分之一。隨著卷煙降焦幅度要求的日益提高，卷煙制造商對于激光打孔水松紙的透氣度要求也越來越高。但對上述基于多棱鏡掃描分光原理的常規水松紙激光打孔設備而言，在保證具有較高的打孔加工效率前提之下，透氣度越高則要求設備所采用激光器的輸出功率也越高。但高功率激光器往往價格較高，因而大大降低了設備的性價比，難以被廠家接受；但若設備所采用激光器的輸出功率較低，則必須在降低待加工水松紙走紙機構的運動速度前提之下，以保證其具有足夠的透氣度指標，從而大大降低了水松紙激光打孔的加工效率。目前，水松紙激光打孔機一般只配備一臺激光器，而為了達到較高的走紙速度，所配備的單個激光器功率很高，當然其成本就很高。
發明內容本實用新型的目的是為了解決上述技術問題，提供一種成本低、結構簡單、操作簡便、打孔效率高、孔隙透氣度好的卷煙接裝紙激光打孔設備。技術方案包括由連續激光器至走紙機構上的水松紙表面的激光傳輸光路上依次布置的導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、以及對應多棱鏡工作面呈扇形排列的多個分光聚焦機構，所述連續激光器、導光機構及前端聚焦鏡均有N個，N > 2，N個前端聚焦鏡可將N個連續激光器輸出的N路連續激光束以不同的入射角度同時匯聚于多棱鏡的工作面上。其中，優選N=2。所述走紙機構有K個，所述多個分光聚焦機構被劃分為K組，與K個走紙機構對應，其中，K彡2，優選K=2。 所述前端聚焦鏡為反射式聚焦鏡或透射式聚焦鏡。所述分光聚焦機構包括沿激光傳輸光路上依次布置分光聚焦鏡、分光反射鏡、聚焦頭反射鏡和聚焦頭聚焦鏡。所述K個走紙機構之間可以上下或前后布置。所述多棱鏡可由高速電機帶動實現轉動，并且所述多棱鏡的面數最好為M = S 120。所述連續激光器為功率在50 2000瓦的連續激光器，例如功率為50 2000瓦
玻璃管CO2連續激光器等。所述走紙機構由收卷棍和放卷棍構成,所述多路走紙機構分別由各自的收卷棍和放卷輥協調帶動水松紙移動。走紙機構理論上可設置2或甚至更多個，但考慮打孔效率及透氣度以及實際生產需要，設置2個或3個走紙機構即可，同理，多個聚焦機構也相應被分成2組或3組為好。N個導光機構和N個前端聚焦鏡將N個連續激光器輸出的N路連續激光束一一導向并聚焦后，以不同入射角度同時聚焦匯聚于高速旋轉的多棱鏡的工作面上，從而形成沿所述多棱鏡旋轉方向分布的多路扇形掃描寬光束，并被多個分光聚焦機構聚焦，多個分光聚焦機構根據預先設計的K個走紙機構被分成K組，每組聚焦機構對每個走紙機構上的水松紙進行打孔。有益效果1.由于激光器功率越低，成采購成本會成倍下降，基于此，本實用新型可集成多個較低輸出功率的連續激光器，以替代目前的單臺高功率激光器來獲得同樣或甚至更好的打孔效果，使得設備整體造價低，結構簡單、技術容易實現。2.由于采用K臺連續激光器并聯的方式來對水松紙進行激光打孔，故在實際生產中，廠家可根據需要選擇和配置具有不同輸出功率的多臺連續激光器，大大提高了水松紙激光打孔設備的靈活性。3.本實用新型的分光方式，可對多個走紙機構上的水松紙同時進行高速多排打孔，打孔速度快，故可以實現高透氣度條件下的高效水松紙激光打孔，加工效率比現有技術更高。進一步的，通過分光技術，還可對不同走紙機構上的每排打孔數量進行靈活設定，無需均分。總之，本實用新型利用多臺較低功率激光器以及上下獨立排列的N路獨立走紙機構在兩盤水松紙上同時進行高速多排打孔，打孔速度快，加工效率高，產品質量好，并且整體造價低、靈活性高、使用壽命長、工作穩定。
圖1為本實用新型實施例1的結構及工作原理圖。圖2為本實用新型聚焦機構分光示意圖。圖3為本實用新型實施例2的結構及工作原理圖。圖4為本實用新型實施例3的結構及工作原理圖。其中，101-連續激光器、102-連續激光器、201-導光機構、202-導光機構、203-前端聚焦鏡、204-前端聚焦鏡、3-多棱鏡、4-分光聚焦鏡、5-分光反射鏡、6-聚焦頭反射鏡、7-聚焦頭聚焦鏡、801-水松紙、802-水松紙、901-收卷輥、902-放卷輥、903-收卷輥、904-放卷輥、10-分光聚焦機構。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步解釋說明實施例1 :參照圖1，本實施例中，沿激光傳輸光路依次布置有兩個激光器101、102 (本實施例中所述兩路連續激光器101、102均為功率100瓦的玻璃管CO2連續激光器)、與之對應的導光機構201、202、前端聚焦鏡203、204 (為透射式聚焦鏡)、多棱鏡3 (本實施例中多棱鏡的面數M=30)、以及多個分光聚焦機構10 (本實施例中為8個分光聚焦機構)，所述每個分光聚焦機構10包括沿激光傳輸光路依次布置的分光聚焦鏡4、分光反射鏡5、聚焦頭反射鏡6和聚焦頭聚焦鏡7，多個分光聚焦鏡4對應于所述多棱鏡3的工作面呈扇形排列，連續運動的走紙機構包括第一走紙機構及第二走紙機構，兩個走紙機構上下平行排列，參照圖2，所述8個分光聚焦機構被均分成兩組A、B，每組4個分光聚焦機構10 (根據具體需要也可以不均分，如一組為3個，一組為5個)，分別與兩個走紙機構對應，所述走紙機構中的第一走紙機構包括收卷棍901、放卷棍902及水松紙801,第二走紙機構包括收卷棍903、放卷棍904及水松紙802。所述多棱鏡3可由高速電機輸出軸連接多棱鏡3的轉軸使其轉動，此結構為現有技術，在圖中未示出。工作原理兩路走紙機構的速度均為350m/min，兩臺連續激光器101、102輸出兩束連續激光束，經由導光機構201、202導向，再經兩個前端聚焦鏡203、204以不同的入射角度同時匯聚于高速旋轉的多棱鏡3的某個工作面上，從而形成沿所述多棱鏡3旋轉方向呈均勻分布的扇形反射式掃描寬光束，所述扇形掃描寬光束依次掃過8個獨立的分光聚焦機構10,掃描寬光束在A、B兩組分光聚焦機構中也被分成2組，每組各自有4路光束，經分光后兩組光束沿各自分光光路傳輸并分別聚焦于上下獨立排列的兩路走紙機構上運動的兩盤水松紙801,802表面(通過每個分光聚焦機構10內的光束依次經分光聚焦鏡4、分光反射鏡5和聚焦頭反射鏡6、聚焦頭聚焦鏡7，最后分別垂直于兩盤水松紙801、802表面輸出)，最終在水松紙801、802表面形成4排沿其寬度方向排列分布的小孔。采用上述實施例設備加工的水松紙可滿足單只卷煙透氣度300C. U的要求，且其走紙速度可達到350m/min,該速度與采用單臺輸出功率200瓦的全金屬射頻激勵CO2連續激光器構成的水松紙激光打孔設備的走紙速度完全相同，但是成本相較于等效的水松紙激光打孔設備要低得多；且其加工效率等同于兩臺配備100瓦CO2連續激光器的四頭水松紙激光打孔設備。由此可見，本實用新型設備大大降低了制造成本，大大提高了加工效率。實施例2 如圖3所示，本實用新型的另一種具體實施方式
，區別在于它將實施例1的前端聚焦鏡203、204由透射式聚焦鏡改成反射式聚焦鏡，兼具反射、聚焦的功能，其余同實施例1。具體參見圖3。實施例3 如圖4所示，本實用新型的另一種具體實施方式
，區別在于它將實施例1的上下方向排列的兩路走紙機構改成了前后布置，其余同實施例1。具體參見圖4。根據需要還可以設計3個(或者更多的)走紙機構，相應的，多個分光聚焦機構10也被分成3組(或者更多組)，以對應3個走紙機構，使激光光束相應被分光成3組，實現同時對3套走紙機構上的水松紙進行打孔的目的。根據需要還可以設計I個走紙機構，相應的，多個分光聚焦機構10對應I個走紙機構，使激光光束全部射入同一水松紙上進行高效打孔作業。當然，以上僅是本實用新型設備的一種具體應用范例，對本實用新型設備的保護范圍不構成任何限制。除上述實施例外，本實用新型設備還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型設備所要求保護的范圍之內。
權利要求1.一種卷煙接裝紙激光打孔設備，包括由連續激光器至走紙機構上的水松紙表面的激光傳輸光路上依次布置的導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、以及對應多棱鏡工作面呈扇形排列的多個分光聚焦機構，其特征在于，所述連續激光器、導光機構及前端聚焦鏡均有N個，N ^ 2，N個前端聚焦鏡可將N個連續激光器輸出的N路連續激光束以不同的入射角度同時匯聚于多棱鏡的工作面上。
2.如權利要求1所述的卷煙接裝紙激光打孔設備，其特征在于，所述走紙機構為K個，K ^ 2，所述多個分光聚焦機構被劃分K組，與K個走紙機構對應。
3.如權利要求1或2所述的卷煙接裝紙激光打孔設備，其特征在于，所述前端聚焦鏡為反射式聚焦鏡或透射式聚焦鏡。
4.如權利要求1或2所述的卷煙接裝紙激光打孔設備，其特征在于，所述分光聚焦機構包括沿激光傳輸光路上依次布置分光聚焦鏡、分光反射鏡、聚焦頭反射鏡和聚焦頭聚焦鏡。
5.如權利要求2所述的卷煙接裝紙激光打孔設備，其特征在于，所述K個走紙機構可以上下或前后布置。
專利摘要本實用新型涉及一種卷煙接裝紙激光打孔設備，解決了現有卷煙接裝紙激光打孔設備成本高、透氣度和加工效率低的問題。技術方案包括由連續激光器至走紙機構上的水松紙表面的激光傳輸光路上依次布置的導光機構、前端聚焦鏡、多棱鏡、以及對應多棱鏡工作面呈扇形排列的多個分光聚焦機構，所述連續激光器、導光機構及前端聚焦鏡均有N個，N≥2，N個前端聚焦鏡可將N個連續激光器輸出的N路連續激光束以不同的入射角度同時匯聚于多棱鏡的工作面上。本實用新型成本低、操作簡便、打孔效率高、孔隙透氣度好。
文檔編號B23K26/42GK202877736SQ20122046992
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者陳培鋒, 王焄, 劉著新 申請人:武漢市凱瑞迪激光技術有限公司