专利名称：二氧化碳激光穿孔机的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种二氧化碳激光穿孔机，主要用于卷烟过滤嘴水松纸的穿孔。
卷烟过滤嘴水松纸经激光穿孔后，吸烟时由于冷空气透过小孔进入过滤嘴与烟气接触，使焦油冷凝；同时CO能充分转化成CO2，因而显著降低了吸烟时焦油及CO的吸入量，减少对吸烟者的危害。已有技术中所使用的激光穿孔机大致可分为两类。
第一类穿孔机采用脉冲CO2激光器，脉冲频率直接决定穿孔速率，采用较高功率激光器时可分束成多束光同时打多排孔。此类激光器价格昂贵，当分束较多时分束系统复杂，造成整机成本上升。此外，分束系统易引起分束不均导致后续穿孔的孔形不一致。
第二类穿孔机采用连续CO2激光器，利用机械元件进行调制，使连续激光转换成脉冲激光。这一结构的激光穿孔机如图1所示，调制盘1的圆柱面上有一排等间距排列的小孔，起调制光栏作用。中间滚轮2起传送纸带3的作用。激光器4输出的激光束经聚焦镜9聚焦后通过调制盘1的小孔打在运动着的纸带3上，在纸带3上形成所需小孔。该穿孔机结构简单，成本低，激光器相对寿命长，但存在着两个缺点。第一，激光利用小孔调制，未透过小孔的光未起作用，被损耗掉，使得激光利用率低。第二，由于光束调制的原因使所穿的孔形呈长圆形。
本实用新型的目的是为了克服上述已有技术的缺点，提供一种新型的CO2激光穿孔机，利用一根连续CO2激光管可同时打出多排圆形小孔，既做到结构简单，成本低廉，又是可靠性好，激光利用率高的穿孔机。
本实用新型主要由含有激光器4、沿激光器4输出的激光束Gr前进方向上首先置有调制分束组件5，沿调制分束组件5输出的平行激光束Gb前进的方向上置有穿孔组件6，穿孔组件6置于纸带3的穿孔区8上。被穿孔的纸带3由纸带传送机构7传送，在纸带传送机构7的中间滚轮2中间是纸带3的穿孔区8。如图2、图4所示。
激光器4采用连续CO2激光管配连续激光电源构成。调制分束组件5包含沿激光束Gr前进方向上依次置有前置聚焦镜501、高速转镜502及后置聚焦镜503，前置聚焦镜501和后置聚焦镜503组成一个共有实焦点O的系统，该焦点O位置处于高速转镜502的反射平面上。穿孔组件6含有置在可调节的托板601上的两组同样规格、同样结构的反射聚焦部件602。如图2所示。
所说的调制分束组件5的功能是将单束平行激光束Gr转换成平行的宽带扫描激光束Gb。前置聚焦镜501和后置聚焦镜503是指能将激光束会聚在高速转镜502的反射平面上的共同焦点O上的装置。前置聚焦镜501和后置聚焦镜503可以是聚焦透镜，或者是聚焦反射镜，或者是组合聚焦镜，它们的尺寸及焦距大小可根据实际需求进行选择。高速转镜502是一个正多面柱体，每一面均镀上对激光全反射的膜层，独自构成一个反射镜面。转镜502的反射平面数m可根据需要确定，m取值范围一般可取m≥6。
上面所说的反射聚焦部件602含一块全反射镜6021和由n≥2块无间隙排列的长方形聚焦镜组成的聚焦镜列阵6022，如图3所示。反射聚焦部件602垂直于平行扫描激光束Gb方向置放，沿着扫描激光束Gb方向按穿孔要求相隔一定距离，其距离是可调的。两组或几组反射聚焦部件602均置于一块可调节的托板601上，该托板601可顺着平行扫描光束方向移动。两组或多组反射聚焦部件602无间隙排列的n块聚焦镜的总宽度与平行扫描激光束的宽度相同。纸带3的穿孔区8位于反射聚焦部件602的焦平面处，纸带3的运动方向与反射聚焦部件602成一定角度。
由激光器4发出的单束平行激光束Gr经调制分束组件5处理后成为一条平行的宽带扫描激光束Gb，进入反射聚焦部件602。垂直入射的带扫描激光束Gb在聚焦镜面上移动时，其焦点是重叠的，亦即移动的激光束经过聚焦镜后在焦平面上将得到一个点激光。因而平行扫描激光束依次扫过反射聚焦部件602共n块聚焦镜时将产生n个焦点光斑，而在纸带3上打出n个孔。光束的重复扫描与纸带3的移动相结合就在纸带3上形成了(每组n/2排)共n排小孔。托板601和反射聚焦部件602的间距可调可保证在不同宽度的纸带3上打出不同组间距的小孔。小孔的排间距由反射聚焦部件602与纸带3的夹角决定。在同一排上的小孔孔间距由脉冲频率和纸带3的线速度决定。
假定高速转镜502的反射面数为m，转速为ω，纸带3线速度为v，则获得的脉冲激光频率为(m×ω)，孔间距为(v/(m×ω))。
将本实用新型输出的n束脉冲激光拦住任意束，即可根据需求打出一到n排小孔。此外，变换n值也可打出任意排小孔，n取n≥2的偶数。
纸带传送机构7是保证纸带3等速运动与穿孔后纸盘质量的关键。纸带传送机构7主要含有收纸轮701、放纸轮702及5个中间滚轮2，如图4所示。由于在卷纸时收纸轮701和放纸轮702上的纸盘的直径不断发生变化，因而为保证纸带3的线速度恒定，收纸轮701、放纸轮702的转速是不断变化的。收纸轮701由直流调速电机703驱动，在一个中间滚轮2上装有测速装置704，与直流调速电机703构成闭环控制，以保证中间滚轮的转速恒定，从而保证了纸带3的线速度恒定。放纸轮702装有可调节的阻尼装置705，以保证纸带3的张力恒定。
本实用新型的优点结构简单，成本低廉，激光利用率高，实现了用一根连续激光管打出n排小孔的目的。穿孔组件6的可调程度高，可满足各种规格纸带3及不同规格的孔形、孔间距、孔排间距、组间距的要求。可根据需要打出一到n排孔。所穿孔形圆整，边缘光洁，一致性好。纸带传送机构7保证了纸带的等速运动与恒定的张力，确保穿孔后纸盘的质量。
图1是已有技术2带调制盘的激光穿孔机示意图。图2是本实用新型二氧化碳激光穿孔机示意图。图3是穿孔组件6的示意图，其中图3-1为向视图，图3-2为侧视图。图4是纸带传送机构7的示意图。
实施例如图2、3、4的结构，其中激光器4采用50W CO2激光管配连续激光电源构成，输出光斑直径6mm。前置聚焦镜501是一块圆形的凸凹聚焦透镜；后置聚焦镜503是一块长方形的凸凹聚焦透镜。前置聚焦镜501和后置聚焦镜503的焦距相同。高速转镜502是一个反射平面数m=18的正十八面柱体，聚焦镜列阵6022中的聚焦镜数目n=4，共有两组反射聚焦部件602无间隙排列。在高速转镜502转速为3000rpm，纸带3线速度为60m/min时，获得八束脉冲激光的频率为900Hz，脉冲宽度为138微秒，所穿小孔间距为1.1mm，小孔直径小于0.12mm。
权利要求1．一种二氧化碳激光穿孔机，含有激光器(4)，被穿孔的纸带(3)和带中间滚轮(2)的纸带传送机构，其特征在于具体结构是(1)沿激光器(4)输出的激光束Gr前进方向上首先置有调制分束组件(5)；(2)沿调制分束组件(5)输出的平行激光束Gb前进的方向上置有穿孔组件(6)；(3)被穿孔的纸带(3)由纸带传送机构(7)传送，在纸带传送机构(7)的中间滚轮(2)中间是纸带(3)的穿孔区(8)；(4)上述的穿孔组件(6)置于纸带(3)的穿孔区(8)上。
2．根据权利要求1的激光穿孔机，其特征在于调制分束组件(5)包含沿激光器(4)输出激光束Gr前进的方向上，依次置有前置聚焦镜(501)、高速转镜(502)和后置聚焦镜(503)，其中前置聚焦镜(501)的焦点O焦在高速转镜(502)的反射平面上，后置聚焦镜(503)的焦点也焦在高速转镜(502)的反射平面上，并与前置聚焦镜(501)焦在共同的焦点O上。
3．根据权利要求1的激光穿孔机，其特征在于穿孔组件(6)含有置于托盘(601)上，在调制分束组件(5)输出平行激光束Gb前进的方向上由全反射镜(6021)和聚焦镜列阵(6022)构成的反射聚焦部件(602)。
4．根据权利要求1的激光穿孔机，其特征在于纸带传送机构(7)包含按纸带(3)传送前进方向上依次是带有阻尼装置(705)的放纸轮(702)、带有测速装置(704)的五个中间滚轮(2)和带有直流调速电机(703)的收纸轮(701)，在五个中间滚轮(2)中间是纸带(3)的穿孔区(8)。
5．根据权利要求1或2的激光穿孔机，其特征在于前置聚焦镜(501)是聚焦透镜，或者是聚焦反射镜，或者是组合聚焦镜。
6．根据权利要求1或2的激光穿孔机，其特征在于后置聚焦镜(503)是聚焦透镜，或者是聚焦反射镜，或者是组合聚焦镜。
7．根据权利要求1或2的激光穿孔机，其特征在于高速转镜(502)是含有m(m≥6)个反射平面的正多面柱体。
8．根据权利要求1或3的激光穿孔机，其特征在于构成反射聚焦部件(602)的聚焦镜列阵(6022)是由n(n≥1)个聚焦镜无间隙排列构成的。
专利摘要一种二氧化碳激光穿孔机,主要用于卷烟过滤嘴纸带的穿孔。包含有激光器,由前置聚焦镜和后置聚焦镜在高速转镜的反射面上有共同焦点O构成的调制分束组件,由置于托盘上在调制分束组件输出平行光束方向上的反射聚焦部件构成的穿孔组件。被穿孔的纸带由纸带传送机构传送,传送机构的中间滚轮中间是置有穿孔组件的穿孔区。本新型实现了用一台连续激光器打出n排小孔的目的,具有结构简单、成本低廉、激光利用率高的优点。
文档编号B26F1/26GK2333204SQ9822381
公开日1999年8月18日 申请日期1998年4月24日 优先权日1998年4月24日
发明者钱红斌, 胡文富, 何世新, 唐国根, 陈兰英, 吴怀英 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所