一种包装纸密码防伪激光打孔装置及其打孔方法与流程

本发明涉及打孔加工设备的技术领域，尤其涉及一种包装纸密码防伪激光打孔装置，同时还涉及一种包装纸密码防伪激光打孔装置的打孔方法。

背景技术：

包装纸作为减少白色污染的替代品，近年来其包装价值逐渐被印刷厂家深入开发利用。随着生活水平的提高，许多消费品不仅仅满足实现既定的商品对健康和环境的影响，对产品的防伪甄别也越来越被重视。

以高档包装纸为例，在满足高端美观的要求下，各个品牌既要提高产品市场竞争力，阻遏假冒商家批量仿制行为，也要提高产品的层次，加强品牌的形象。所以需要提高产品防伪性，以赢得消费者信任，让消费者放心购买。为此，最简单易行、直接有效的办法就是在包装纸上打孔，通过不同孔的密码式排布，以达到各类标准的要求。因此，分析研究包装纸打孔工艺特点和规律，有利于优化包装纸生产流程，减少原辅料投入，增加产品效益并提高顾客和消费者的满意度。

目前包装纸主要采取的打孔方式有两种：静电打孔和激光打孔。因静电打孔形状不规则、孔周围较粗糙，打孔速度相对较慢，近年来已较少使用在包装纸打孔生产上，取而代之的是激光打孔。激光打孔按所需孔大小和激光功率大小不同，可分单排打孔和多排打孔。打孔激光光源可分为固体激光和co2激光，应用在包装纸生产上的多为co2激光。

目前，国内市场中的包装纸激光打孔设备研制的公司主要有：华工激光、江苏瑞驰机电科技有限公司和颐中星日等。其中，江苏瑞驰机电科技有限公司研发的jk250ps在线包装纸激光打孔/开槽两用机，在各项性能和指标上都已经接近于国际先进水平。但由于目前激光打孔机的聚焦透镜头固定于激光打孔机上，因此在包装纸上打出的孔线，无论是单排还是多排，都是恒定间距排列，所以市场上的打孔机产品都是千篇一律的，没有良好的防伪性。

技术实现要素：

基于上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是在于提供一种包装纸密码防伪激光打孔装置，结构简单，可以实现包装纸的密码式激光打孔。

相应的，本发明还提供了一种包装纸密码防伪激光打孔方法，方法易行，操作简便，打孔速度不低于传统打孔的同时，会让包装纸上的孔具有防伪功能，提高消费者对产品的信任，体现品牌对消费者负责任的态度，更有效地维护消费者的权益，间接提高厂家的效益。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种包装纸密码防伪激光打孔装置，包括送料机构，具有用于输送包装纸的放纸辊和收纸辊、用于调整包装纸的张紧度的辅助轮、用于反馈收纸辊外缘送料速度的恒速轮；光路系统，其包括用于脉冲激光器输出脉冲激光后改变其光束尺寸的聚焦透镜、用于准直光束的扩束镜，经聚焦扩束后的激光束经导光管和波纹管传导至振镜腔，该振镜腔内安装有朝向所述波纹管设置的铜反射镜，所述振镜腔的顶部和底部分别安装有相对设置的振镜和场镜，进入振镜腔的光束通过所述铜反射镜反射至振镜，所述振镜在摆动电机的作用下规律摆动，并将激光束以不同角度透过场镜在包装纸上扫描打孔；控制系统，与所述送料机构和光路系统通信连接，用于监测所述恒速轮的转速并控制收纸辊外缘线速度恒定、以及对所述脉冲激光器的出光时序与脉冲间隔时间、以及所述振镜的偏转角度进行集中调控，配合送料机构包装纸的连续运动，在需要打孔的点打孔、在不需要的点忽略打孔，以在包装纸上打出相应的密码点阵。

优选的，所述光路系统中设有与所述控制系统连接的冷却系统，所述光路系统的脉冲激光器内置有温度传感器，所述脉冲激光器的温度高于额定值时，所述控制系统增大所述冷却系统的开关量。

进一步的，所述恒速轮与所述收纸辊弹性接触，其与所述收纸辊的中心距可以调整，并随收纸辊同步转动；所述恒速轮的转速可反馈至所述控制系统。

进一步的，所述恒速轮包括置于安装臂的导轨之中的轮轴、通过轴套和轴承转动的安装在所述轮轴的轮轴杆上的滑轮，该滑轮紧贴所述收纸辊的外缘，并随收纸辊同步转动；所述安装臂上设有用于实时监测滑轮的转速的速度传感器，该速度传感器与所述控制系统电连接。

优选的，所述收纸辊由伺服电机驱动，所述放纸辊不设置驱动电机。

优选的，所述送料机构中设有断纸保护装置，当发生断纸，控制系统收到断纸保护装置的断纸信号，立即自动停止光路系统中的脉冲激光器，并停止收纸辊的伺服电机转动。

另外，上述的包装纸密码防伪激光打孔装置的打孔方法，其步骤为：

s1、将送料机构、光路系统和控制系统安装在工作台上；

s2、沿送料方向径向放置放纸辊、收纸辊和辅助轮，包装纸由送料机构的放纸辊和收纸辊传动，整个送料过程由辅助轮张紧，恒速轮反馈收纸辊外缘的送料速度；

s3、光路系统中的脉冲激光器输出的脉冲激光后，通过聚焦透镜改变光束尺寸，经扩束镜准直，再由导光管和波纹管进入振镜腔，振镜腔内的铜反射镜将激光束反射至振镜，振镜在摆动电机的作用下规律摆动，并将激光束以不同角度透过场镜在包装纸上扫描打孔；

s4、脉冲激光器的温度高于额定值时，所述控制系统增大冷却系统的开关量；

s5、当发生断纸，控制系统收到断纸保护装置的断纸信号，立即自动停止光路系统中的脉冲激光器，停止收纸辊的伺服电机转动；

s6、控制系统监测恒速轮转速并控制收纸辊外缘线速度恒定、以及对所述脉冲激光器的出光时序与脉冲间隔时间、以及所述振镜的偏转角度进行集中调控，配合送料机构包装纸的连续运动，在需要打孔的点打孔、在不需要的点忽略打孔，以在包装纸上打出相应的密码点阵。

由上，本发明与现有技术相比至少具备以下优点：

(1)、本发明的用于包装纸的密码打孔设备的结构简单，容易实现，区别于市面已有打孔方案，增加产品的防伪性。

(2)、本发明基于现有的送料机构进行改造，采用卷对卷的加工方式，这种加工方式易于实现高效率、高精度、不停歇的加工，其中收纸辊增设恒速轮，与控制系统中cpld处理器模块协作调速。

(3)、本发明利用振镜系统，实现高速光路偏转，克服传统打孔机，单频的打孔不足；实现包装纸表面密码式打孔，打孔范围可调，而且具有响应速度快、打孔速度高、打孔质量较高、光路密封性能好。

附图说明

图1为本发明优选实施例的包装纸密码防伪激光打孔装置的结构示意图。

图2为本发明的包装纸密码防伪激光打孔装置的导光系统的结构示意图。

图3为本发明的包装纸密码防伪激光打孔装置的恒速轮的结构示意图。

图4为本发明的送料机构、光路系统、控制系统的关系示意图。

图5为本发明实现密码式打孔效果图。

具体实施方式

本发明的目的是实现密码式打孔功能，本发明的整体设计包括三个部分，分别是送料机构200、光路系统300和控制系统100。本发明的重点是送料机构和光路系统，保证在不间断送料的同时，能在包装纸上用激光打出具有防伪能力的孔，为提升产业效益提供新思路。

如图1所示，本发明用于包装纸密码打孔的激光打孔机包括：工作台1、送料机构的卷纸辊(收纸辊)4、伺服电机6、恒速轮7、单自由度工作台14、打孔光路系统一套、侧保护壳11、前保护板12、顶板13，其中，工作台1上装有的控制系统包括触摸屏9和按钮10。工作台1上固定送料机构的至少六个辅助轮，辅助轮上配有辅助轮盖2和辅助轮轴盖3，卷纸辊4由伺服电机6驱动，伺服电机6经按钮10和触摸屏9输入参数控制。光路系统中脉冲激光器8安装于机箱内部，并配有冷却系统(图中未标出)，受控制系统控制。

包装纸由送料机构的各轮摩擦传动，沿送料路径向送料机构的放纸辊送料，放纸辊不设置驱动电机，整个送料过程由辅助轮微调包装纸的张紧度，恒速轮反馈收纸辊外缘送料速度。其中，恒速轮与收纸辊弹性接触，并与收纸辊的中心距可以调整，随收纸辊同步转动，反馈转速至控制系统100。

如图2所示，本发明的光路系统300对激光进行整形，这部分主要由聚焦透镜21、扩束镜22、导光管23、振镜24、场镜、保护窗25、安装架组成，光路系统中的扩束镜22和导光管23安装于导光机架31上，聚焦透镜21安装于聚焦透镜安装架27，振镜24安装于振镜安装架28。扩束镜22与聚焦透镜21一一对应，激光束经聚焦扩束后，再经导光管23、波纹管29传导至振镜腔。铜反射镜26安装于镜面辅助安装架30，将激光束反射至振镜24，振镜24与摆动电机连接，摆动电机受控制系统控制规律摆动。振镜24将激光束以不同角度反射至保护窗25透过场镜在包装纸扫描打出圆孔。光路系统中的聚焦透镜21由导光管23和振镜24连接，聚焦后在包装纸不同部位扫描，进行密码式打孔。

如图3所示，本发明中由恒速轮7的轮轴41置于安装臂40的导轨之中，受力可沿导轨滑动。滑轮42、轴承43、轴套44、第一轴承卡环45、第二轴承卡环46、紧固螺母47固定于轮轴41的轮轴杆上。打孔机运行中按照卷对卷模式收放纸带，恒速轮中的滑轮42紧贴收纸辊外缘，随收纸辊同步转动，安装臂40上安装的速度传感器实时监测恒速轮转速并反馈转速至控制系统，以保证收纸辊外缘线速度恒定。

如图4所示，用户通过交互界面与控制系统100信息交换，控制系统100控制送料机构200中伺服电机6启停、正反转和转速，并控制光路系统300中的脉冲激光器8的开关和工作参数，振镜24的摆动电机、冷却系统的开关。送料机构200中的恒速轮7对包装纸的送料速度进行检测，并反馈于控制系统100，控制系统100对恒速轮7的反馈信号进行处理，实时发送脉冲信号至收纸辊的伺服电机6调速，光路系统300的激光器的脉冲间隔，振镜扫描角度相配合。送料机构1中设有断纸保护装置，当发生断纸，控制系统100收到断纸保护器断纸信号，立即自动停止光路系统300中激光器激光射出，停止收纸辊的伺服电机6转动，直至系统复位。光路系统300的激光器内置有温度传感器，激光器温度高于额定值时，控制系统100增大冷却系统开关量。光路系统300中振镜的摆动电机内置编码器，偏转量反馈于控制系统100。当激光器的脉冲激光经一系列光路元件传导至振镜24中，振镜的摆动电机在控制系统100控制下高速摆动，配合不同脉冲激光，将光束打在匀速运动的纸带上，进而形成具有密码式的排布的孔。

本发明的控制系统中的硬件部分包括双arm(advancedriscmachine)处理器和cpld(complexprogrammablelogicdevice)处理器，主控制模块，触摸屏驱动模块，激光驱动模块，编码器驱动模块，数字输入/输出模块和电源模块。控制系统中的软件部分包括四个部分：arm1程序，arm2程序，cpld程序和触摸屏程序。

本发明的打孔原理是利用激光高功率密度和高空间相干特性，作用于被加工纸带，使材料升温到一定温度，汽化成孔。

图5为包装纸密码式示意图，依据定制密码表翻译为“hbut”。实际打孔过程中，直接将明文信息输入控制系统，控制系统依据定制密码表进行加密计算。控制系统根据包装纸的运动速度以及预先计算出其打孔密码点阵，发出控制信号分别对所述脉冲激光器的出光时序与脉冲间隔时间、以及振镜的偏转角度进行集中调控，配合送料机构包装纸的连续运动，在需要打孔的点打孔、在不需要的点忽略打孔，从而可以在包装纸上打出相应的密码点阵。解码时，选择既定始端，根据定制密码表，进行解码。

本发明中的脉冲激光器8可采用的激光器是co2激光器，脉冲激光器8输出的脉冲激光后，通过聚焦透镜21改变光束尺寸，经扩束镜22准直，再由导光管23和波纹管29进入激光加工头(振镜腔)，激光加工头内部采用激光振镜系统结构，使最后的光束可以通过控制系统打到工业生产需要的具体点。控制系统基于单片机设计，其主要控制方面包括激光器的功率控制、激光输出的开启和关断、扫描速度控制、包装纸密码组合参数、走纸速度与激光打孔的同步控制。还具有一些安全保护,如水温报警、缺水保护、断电保护、断纸保护。

本发明用于包装纸密码打孔的打孔装置，结构简单，容易实现，在保证包装纸美观的前提下，增加产品的防伪性。该设备同时还可以应用于皮革、纸张等薄型材料密码打孔与打码。

本发明还提供了一种如上述的包装纸密码防伪激光打孔装置的打孔方法，所述打孔方法包括：

1、将送料机构、光路系统和控制系统安装在工作台上；

2、沿送料方向径向放置放纸辊、收纸辊和辅助轮，包装纸由送料机构的放纸辊和收纸辊传动，整个送料过程由辅助轮张紧，恒速轮反馈收纸辊外缘的送料速度；

3、光路系统中的脉冲激光器输出的脉冲激光后，通过聚焦透镜改变光束尺寸，经扩束镜准直，再由导光管和波纹管进入振镜腔，振镜腔内的铜反射镜将激光束反射至振镜，振镜在摆动电机的作用下规律摆动，并将激光束以不同角度透过场镜在包装纸上扫描打孔；

4、脉冲激光器的温度高于额定值时，所述控制系统增大冷却系统的开关量；

5、当发生断纸，控制系统收到断纸保护装置的断纸信号，立即自动停止光路系统中的脉冲激光器，停止收纸辊的伺服电机转动；

6、控制系统监测恒速轮转速并控制收纸辊外缘线速度恒定、以及对所述脉冲激光器的出光时序与脉冲间隔时间、以及所述振镜的偏转角度进行集中调控，配合送料机构包装纸的连续运动，在需要打孔的点打孔、在不需要的点忽略打孔，以在包装纸上打出相应的密码点阵。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。