專利名稱：多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備。
背景技術(shù)：
吸煙有害健康是公認(rèn)的事實，降低焦油含量對改善吸煙群體的身體健康具有重要 意義。各國的卷煙制造商相繼投入了大量的人力、物力和巨額資金，對降低卷煙焦油含量的 理論方法、技術(shù)以及實踐應(yīng)用等方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并發(fā)展了多種降焦技術(shù)。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。濾嘴通風(fēng)稀釋技術(shù)的原理是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(jìn)入濾嘴內(nèi)并對主流煙氣進(jìn)行稀釋，使 吸入人體的焦油量相對減少。該項技術(shù)已成為國際上采用最廣泛和最有效的降焦技術(shù)。目 前美國卷煙市場上有90%左右的卷煙和西歐市場上80%左右的卷煙都采用了通風(fēng)濾嘴， 另外在亞洲的日本等國，通風(fēng)濾嘴卷煙也占有相當(dāng)大的比例。采用通風(fēng)濾嘴這一簡單、成熟 且非?？煽康慕到辜夹g(shù)，其降焦效果也十分明顯，如美國Carlton牌卷煙采用通風(fēng)濾嘴后 可降低卷煙焦油量70%以上，降低CO高達(dá)80%以上，且通過強化加香、加料措施，也使該卷 煙的吸味品質(zhì)保持了較高水平。目前，我國過濾嘴香煙的比例已達(dá)95%。隨著人類對于吸煙者健康保護(hù)要求的日 益提高，能有效降低焦油含量、且減少尼古丁對人們健康傷害的水松紙打孔工藝得到迅速普及。目前開發(fā)和利用的水松紙打孔技術(shù)主要包括機(jī)械打孔、電火花打孔、激光打孔等 技術(shù)，其中激光打孔由于具有打孔均勻、透氣度穩(wěn)定性高等優(yōu)點，成為國際上廣泛采用的方 式。目前，已經(jīng)研制成功且用于生產(chǎn)的水松紙激光打孔設(shè)備通常采用機(jī)械式斬 光盤光束調(diào)制原理(例如中國專利“在線式水松紙激光打孔卷煙接嘴機(jī)”，專利號 ZL02263600. 5)和旋轉(zhuǎn)式多棱鏡掃描分光原理(例如中國專利“水松紙激光打孔機(jī)”，專利 號ZL200820147995. 4)兩種基本方案，將連續(xù)激光器輸出的連續(xù)激光束變換成脈沖激光 束，以實現(xiàn)對水松紙表面進(jìn)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(jī)械式斬光盤高很多，因而水松紙激光打孔技術(shù)一般偏向于采用多棱鏡掃描 分光的方式對連續(xù)激光束進(jìn)行變換，以實現(xiàn)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(shè)備的基本原理是利用單臺 連續(xù)激光器輸出連續(xù)激光束，并將其聚焦于旋轉(zhuǎn)式多棱鏡的某個工作面上；這個工作面在 旋轉(zhuǎn)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(tǒng)，每個 獨立的聚焦系統(tǒng)在激光掃過時接受到一部分激光；當(dāng)多棱鏡旋轉(zhuǎn)時，每一個多棱鏡的工作 面都給上述的N個聚焦系統(tǒng)分配一個脈沖，這樣旋轉(zhuǎn)式多棱鏡便將進(jìn)入的連續(xù)激光束分成 N路脈沖激光輸出；N路脈沖激光分別經(jīng)N個獨立的聚焦系統(tǒng)聚焦于連續(xù)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(zhuǎn)式多棱鏡掃描方式將一束連續(xù)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(xù)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(guī)水松紙激光打孔設(shè)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(shè)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(shè)備的性價比，難以被廠家接受；但 若設(shè)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的運動速度前提之下， 以保證其具有足夠的透氣度指標(biāo)，從而大大降低了水松紙激光打孔的加工效率。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是為了克服現(xiàn)有水松紙激光打孔設(shè)備的不足而提供一種多激光 器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，該設(shè)備利用并聯(lián)式的多臺連續(xù)激光器在運動水松紙上 進(jìn)行高速多排透氣微孔加工，不僅加工效率高、工作穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低，能夠降低生 產(chǎn)成本。本實用新型的技術(shù)方案是一種多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特 征在于它由K臺連續(xù)激光器、多棱鏡分光機(jī)構(gòu)和驅(qū)動水松紙連續(xù)運動的走紙機(jī)構(gòu)組成；其 中所述多棱鏡分光機(jī)構(gòu)由多棱鏡、驅(qū)動多棱鏡旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)、與所述K臺連續(xù)激光器輸 出光束分別對應(yīng)的K個前端聚焦鏡，以及安裝在走紙機(jī)構(gòu)上方且沿水松紙寬度方向排列的 N/K個具有聚焦功能的聚焦機(jī)構(gòu)組成；所述K個前端聚焦鏡的傾斜角度相同，且沿所述多棱 鏡工作面的寬度方向呈均勻間隔布置，可將K臺連續(xù)激光器輸出的K路連續(xù)激光束以相同 的入射角度、不同的入射點同時聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡的某個工作面上，并確保K個入 射點沿所述工作面寬度方向呈間距相同的直線型排列，其中K > 2，N = 2η，η > 2。本實用新型的所述多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備中，所述每個聚焦機(jī) 構(gòu)均由第一聚焦鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和第二聚焦鏡組成，所述Ν/Κ個第一聚焦鏡對 應(yīng)于所述多棱鏡的某個工作面呈扇形排列，而所述Ν/Κ個第二聚焦鏡則沿水松紙長度方向 呈斜線或其它形式密集排列于水松紙上方；并且所述每個聚焦機(jī)構(gòu)的光軸均與水松紙表面 垂直。本實用新型的所述多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備中，所述K個前端聚 焦鏡可以為反射式聚焦鏡，也可以為透射式聚焦鏡。本實用新型的所述多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備中，所述走紙機(jī)構(gòu)同 常規(guī)技術(shù)一樣，由收卷輥和放卷輥構(gòu)成，所述水松紙由收卷輥帶動旋轉(zhuǎn)。本實用新型的所述多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備中，所述多棱鏡的一 側(cè)與高速電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連，并且所述多棱鏡的面數(shù)M = 6 120。本實用新型的所述多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備中，所述連續(xù)激光器 為功率在50 4000瓦的連續(xù)激光器，例如功率為50 4000瓦的CO2連續(xù)激光器。本實用新型的工作原理如下由走紙機(jī)構(gòu)的收卷輥和放卷輥裝夾水松紙，啟動走紙機(jī)構(gòu)，使走紙機(jī)構(gòu)中的收卷 輥按設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，帶動水松紙連續(xù)運動。K臺連續(xù)激光器輸出相同功率的K路連續(xù)激 光束，分別經(jīng)K個前端聚焦鏡聚焦后，以相同的入射角度、不同的入射點同時聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡的某個工作面上，且K個入射點沿所述工作面寬度方向呈間距相同的直線型排 列；所述K路連續(xù)激光束經(jīng)多棱鏡掃描后，形成沿所述多棱鏡旋轉(zhuǎn)方向呈平行分布的K路扇 形反射式掃描光束；所述K路扇形掃描光束同時依次掃過N/K個獨立的聚焦機(jī)構(gòu)時，K路光 束被同時分光、傳輸并聚焦于連續(xù)運動的水松紙表面(所述每一路扇形掃描光束依次經(jīng)聚 焦機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)的第一聚焦鏡變換、第一反射鏡和第二反射鏡兩次導(dǎo)向、第二聚焦鏡聚焦后，最 終垂直于水松紙表面輸出)，每個聚焦機(jī)構(gòu)對應(yīng)輸出沿水松紙寬度方向呈直線形密集排列 的K路打孔脈沖激光，因而N/K個聚焦機(jī)構(gòu)總共對應(yīng)輸出N/KXK = N路脈沖激光，對水松 紙同時進(jìn)行打孔，配合水松紙的連續(xù)運動，最終在水松紙表面形成N排沿其寬度方向排列 分布的小孔。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型提供的這種多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，相比現(xiàn)有技 術(shù)，其優(yōu)點如下1.由于采用多臺連續(xù)激光器替代目前的單臺相對較高功率激光器來獲得同樣的 打孔效果，使得設(shè)備整體造價低，結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)容易實現(xiàn)。2.由于采用多激光器并聯(lián)的方式來對水松紙進(jìn)行高速多排打孔，打孔速度快，故 可以實現(xiàn)高透氣度條件下的高效水松紙激光打孔，加工效率可較現(xiàn)有技術(shù)更高。3.由于采用多激光器并聯(lián)的方式來對水松紙進(jìn)行激光打孔，故在實際生產(chǎn)中，廠 家可根據(jù)需要選擇和配置具有不同輸出功率的連續(xù)激光器，大大提高了水松紙激光打孔設(shè) 備的靈活性?？傊緦嵱眯滦屠貌⒙?lián)式的多臺連續(xù)激光器在水松紙上進(jìn)行高速多排打孔， 打孔速度快，加工效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，并且整體造價低、結(jié)構(gòu)簡單、靈活性高、使用壽命長、 工作穩(wěn)定。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述


圖1為本實用新型設(shè)備的一種具體實施例的結(jié)構(gòu)及工作原理圖。
具體實施方式
實施例如
圖1所示為本實用新型所述多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備 的一種具體實施方式
，它具體由K = 2臺連續(xù)激光器101、102、多棱鏡分光機(jī)構(gòu)和驅(qū)動水松 紙8連續(xù)運動的走紙機(jī)構(gòu)共同組成；其中所述K = 2臺連續(xù)激光器101、102均為功率100 瓦的玻璃管CO2連續(xù)激光器；所述多棱鏡分光機(jī)構(gòu)由多棱鏡204、驅(qū)動多棱鏡204旋轉(zhuǎn)的高 速電機(jī)、與所述K = 2臺連續(xù)激光器101、102輸出光束分別對應(yīng)的K = 2個前端反射式聚 焦鏡201、202，以及安裝在走紙機(jī)構(gòu)上方且沿水松紙8長度方向呈斜線形密集排列的N/K = 2個具有聚焦功能的聚焦機(jī)構(gòu)(圖中只畫出了一個聚焦機(jī)構(gòu))組成。所述多棱鏡204的一側(cè)連接高速電機(jī)轉(zhuǎn)軸(高速電機(jī)圖中未畫出)，且其面數(shù)M = 6。所述每個聚焦機(jī)構(gòu)均由第一聚焦鏡4、第一反射鏡5、第二反射鏡6和第二聚焦鏡7組成， 所述N/K = 2個第一聚焦鏡4對應(yīng)于所述多棱鏡204的某個工作面呈扇形排列，而所述N/ K = 2個第二聚焦鏡7則沿水松紙8長度方向呈斜線形密集排列于水松紙8上方；并且所述每個聚焦機(jī)構(gòu)的光軸均與水松紙8表面垂直。所述走紙機(jī)構(gòu)同常規(guī)技術(shù)一樣，由收卷輥 901和放卷輥902構(gòu)成，所述水松紙8由收卷輥901帶動旋轉(zhuǎn)。所述K = 2個前端反射式聚 焦鏡201、202的傾斜角度相同，且在同一水平面上呈均勻間隔布置，可將K = 2臺連續(xù)激光 器101、102輸出的K = 2路連續(xù)激光束以相同的入射角度、不同的入射點同時聚焦于高速 旋轉(zhuǎn)的多棱鏡204的某個工作面上，并確保K = 2個入射點沿所述工作面寬度方向呈間距 相同的直線型排列。下面依舊結(jié)合
圖1所示，對采用上述設(shè)備進(jìn)行水松紙8表面激光打孔的原理說明 如下由走紙機(jī)構(gòu)的收卷輥901和放卷輥902裝夾水松紙8，啟動走紙機(jī)構(gòu)，使走紙機(jī)構(gòu)中 的收卷輥901按設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，帶動水松紙8連續(xù)運動。K = 2臺連續(xù)激光器101、102輸 出相同功率的K = 2路連續(xù)激光束，分別經(jīng)K = 2個前端反射式聚焦鏡201、202導(dǎo)向并聚焦 后，以相同的入射角度、不同的入射點同時聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡204的某個工作面上， 且K = 2個入射點沿所述工作面寬度方向呈間距相同的直線型排列，所述K = 2路連續(xù)激 光束經(jīng)多棱鏡204掃描后，形成沿所述多棱鏡204旋轉(zhuǎn)方向呈平行分布的K = 2路扇形反 射式掃描光束301、302 ；所述K = 2路扇形掃描光束同時依次掃過N/K = 2個獨立的聚焦 機(jī)構(gòu)時，K = 2路光束被同時分光、傳輸并聚焦于連續(xù)運動的水松紙8表面(所述每一路扇 形掃描光束依次經(jīng)聚焦機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)的第一聚焦鏡4變換、第一反射鏡5和第二反射鏡6兩次 導(dǎo)向、第二聚焦鏡7聚焦后，最終垂直于水松紙8表面輸出)，每個聚焦機(jī)構(gòu)對應(yīng)輸出沿水松 紙寬度方向呈直線形密集排列的K = 2路打孔脈沖激光，因而N/K = 2個聚焦機(jī)構(gòu)總共對 應(yīng)輸出N/KXK = 2X2 = 4路脈沖激光，對水松紙同時進(jìn)行打孔，配合水松紙的連續(xù)運動， 最終在水松紙表面形成4排沿其寬度方向排列分布的小孔。采用上述實施例設(shè)備加工的水松紙可滿足單只卷煙透氣度200C. U的要求，且其 走紙速度可達(dá)到600m/min，該速度與采用單臺輸出功率200瓦的全金屬射頻激勵CO2激光 器構(gòu)成的水松紙激光打孔設(shè)備的走紙速度完全相同；但是單臺輸出功率200瓦的全金屬射 頻激勵CO2激光器的價格大約是本實施例中兩臺100瓦的玻璃管CO2連續(xù)激光器總價格的 近30倍。由此可見，本實用新型設(shè)備大大降低了制造成本。當(dāng)然以上僅是本實用新型設(shè)備的一種具體應(yīng)用范例，對本實用新型設(shè)備的保護(hù)范 圍不構(gòu)成任何限制。除上述實施例外，本實用新型設(shè)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(shù)方案，均落在本實用新型設(shè)備所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特征在于它由K臺連續(xù)激光器(101、102)、多棱鏡分光機(jī)構(gòu)和驅(qū)動水松紙(8)連續(xù)運動的走紙機(jī)構(gòu)組成；其中所述多棱鏡分光機(jī)構(gòu)由多棱鏡(204)、驅(qū)動多棱鏡(204)旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)、與所述K臺連續(xù)激光器(101、102)輸出光束分別對應(yīng)的K個前端聚焦鏡，以及安裝在走紙機(jī)構(gòu)上方且沿水松紙(8)長度方向呈斜線或其它形式密集排列的N/K個具有聚焦功能的聚焦機(jī)構(gòu)組成；所述K個前端聚焦鏡的傾斜角度相同，且沿所述多棱鏡(204)工作面的寬度方向呈均勻間隔布置，可將K臺連續(xù)激光器(101、102)輸出的K路連續(xù)激光束以相同的入射角度、不同的入射點同時聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡(204)的某個工作面上，并確保K個入射點沿所述工作面寬度方向呈間距相同的直線型排列，其中K≥2，N＝2n，n≥2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特征在于所述 每個聚焦機(jī)構(gòu)均由第一聚焦鏡(4)、第一反射鏡(5)、第二反射鏡(6)和第二聚焦鏡(7)組 成，所述Ν/Κ個第一聚焦鏡(4)對應(yīng)于所述多棱鏡(204)的某個工作面呈扇形排列，而所述 Ν/Κ個第二聚焦鏡(7)則沿水松紙(8)長度方向呈斜線或其它形式密集排列于水松紙(8) 上方；并且所述每個聚焦機(jī)構(gòu)的光軸均與水松紙(8)表面垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特征在于所述 K個前端聚焦鏡為反射式聚焦鏡或者透射式聚焦鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特征在于所述 走紙機(jī)構(gòu)由收卷輥(901)和放卷輥(902)構(gòu)成，所述水松紙(8)由收卷輥(901)帶動旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特征在于多棱 鏡(204)的一側(cè)與高速電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連，并且所述多棱鏡(204)的面數(shù)M = 6 120。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，其特征在于所述 連續(xù)激光器為功率在50 4000瓦的連續(xù)激光器。
專利摘要本實用新型公開了一種多激光器并聯(lián)式卷煙接裝紙激光打孔設(shè)備，它由K臺連續(xù)激光器、多棱鏡分光機(jī)構(gòu)和驅(qū)動水松紙連續(xù)運動的走紙機(jī)構(gòu)組成；其中多棱鏡分光機(jī)構(gòu)由多棱鏡、驅(qū)動多棱鏡旋轉(zhuǎn)的高速電機(jī)、K個前端聚焦鏡以及安裝在走紙機(jī)構(gòu)上方且沿水松紙長度方向排列的N/K個具有聚焦功能的聚焦機(jī)構(gòu)組成；所述K個前端聚焦鏡的傾斜角度相同，且沿多棱鏡工作面的寬度方向呈均勻間隔布置，可將K臺連續(xù)激光器輸出的K路連續(xù)激光束以相同的入射角度、不同的入射點同時聚焦于高速旋轉(zhuǎn)的多棱鏡的某個工作面上，并確保K個入射點沿工作面寬度方向呈間距相同的直線型排列，其中K≥2，N＝2n，n≥2。本實用新型不僅加工效率高、工作穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低。
文檔編號B23K26/00GK201632763SQ20102015205
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者周樂, 孫長東, 王焄, 羅曦, 陳培鋒 申請人:蘇州市博海激光科技有限公司