CN1003985B - 香烟过滤嘴包装纸激光打孔机 - Google Patents

Abstract

一种香烟过滤嘴包装纸激光打孔机，利用该机在香烟过滤嘴包装纸上预打孔，制造通风环带，减少有害气体含量。它由（１）输出功率为２５－５０Ｗ的封离式ＣＯ₂激光器，输出波长１０．６微米不可见的中红外光，（２）激光束经机械斩波方式产生脉冲光束，（２）在聚焦透镜［１９］镜片处和包装纸打孔处［２０］，安装特制的抽气除尘系统：（４）配有纸盘尺寸反馈自动调速装置的机械送纸系统组成。整机耗电量少，装置简单，成本低。

Description

香烟过滤嘴包装纸激光打孔机

本发明涉及一种在香烟过滤嘴包装纸（简称包装纸）上预打孔的激光打孔机，其方法是利用脉冲激光束在香烟过滤嘴包装纸上制造通风环带，从而由过滤嘴中引进二次空气，减少烟气中有害物质的含量。

制造通风环带（稀释带）所采用的打孔方式有三种：即机械针打孔、静电（火花放电）打孔、激光打孔，由于激光打孔精度高、孔形质量好、烟气稀释度高、且设备的成本并不高，因而日益显示其优越性。当前采用的激光打孔方式有：（1）未包装前在包装纸上预打孔，（2）在脉冲激光束作用下，香烟旋转360°，在已包装的香烟过滤嘴上打孔，（3）激光器输出环形光束，利用多面镜反射，烟支无需转动，脉冲激光直接打孔。上述三种方法中，第一种方法比较简单。现多采用CO₂气体激光器，轴向流动式，它在工作中要不断更换气体混合物中的CO₂、N₂、He，为此要考虑气体混合物的更换设备，气体的混合设备等，装置复杂，工作成本高，耗电量比较大，见Hauni Perforation Systems正在开发中的I型激发打孔机，英国专利公开说明书GB20-32325A等。

本发明的目的是利用小功率封离式CO₂激光打孔技术，将光学部分，机械收送纸部分，电源、电控、测量部分有机综合，在保证打孔质量和生产效率，整机性能稳定，运行可靠前提下，大幅度降低设备成本与维修费用，整机结构简单易操作，打孔指标达到国际上先进水平。

发明是这样实现的，采用一种封离式CO₂激光器，抽气除尘系统，机械送纸系统组合形成的激光打孔机，封离式CO₂激光器输出功率25-50W，它包括平面全反射镜〔1〕，凹面局部反射镜〔6〕，储气管〔4〕，水冷管〔3〕，连接放电管和储气管的螺旋形回气管〔7〕，在平面全反射镜〔1〕、凹面局部反射镜〔6〕、毛细放电管上均安装水冷系统进水口〔8〕、出水口〔9〕，与安装水流继电器的水路接通，CO₂激光器电极阴极〔2〕、阴极〔5〕接电源。

CO₂激光打孔机的抽气除尘系统，利用排烟抽风机通过抽气通道〔12〕在抽气腔〔10〕内产生负压，并形成抽气通道〔12〕与进气通道〔11〕之间的高速气流，将激光打孔时在聚焦透镜〔19〕镜片、包装纸〔18〕打孔处〔20〕形成的烟雾和粉尘全部抽送至机外。同时，用送风机将新鲜压缩空气通过送气入口〔13〕、进气通道〔15〕进入压气腔〔14〕，再穿过斜形扫气通道〔16〕，吹向聚焦透镜〔19〕镜片，驱散镜片附近的烟雾，通过渐缩喷口〔17〕，进入抽气腔〔10〕后，形成高速气流。

在CO₂激光打孔机的机械送纸系统中，交流电机〔23〕驱动恒速轴〔26〕，同时用直流电机〔22〕带动收纸轴〔25〕，其转速受收纸盘〔34〕直径的控制，当收纸盘的直径逐渐增大时，电机械杆〔31〕带动电位器〔32〕转动，从而控制可控硅调压部分输出电压逐渐减小，控制直流电机〔22〕转速变慢，使纸带走速始终保持均匀。

封离式CO₂激光器，输出波长为10.6微米的不可见中红外光束，采用机械斩波方式将连续波改变为脉冲光束，将金属制的圆盘安装在交流高速电机〔36〕轴上，该圆盘周边每隔一定间距设置开槽挡光板〔35〕，采用调整调速电机电压来控制机械斩波圆盘转数，从而控制打孔的间隔与成孔的大小。

图1 封离式CO₂激光器结构示意图

图2 抽气除尘系统示意图（图中仅列两组聚焦透镜）

图3 机械斩波工作原理图

图4 激光器电源接线实例图

图5 机械收、送纸系统示意图

图6 聚焦系统示例（双镜头组）

现结合附图与实例进一步叙述本发明的工作原理与具体结构：

参见图1：CO₂激光器是由一种长玻璃管或石英管构成，管内填充混合气体（CO₂/He/N₂），其中CO₂占9.5%、N₂占14.3%、He占71.4%、水蒸汽占0.4-1.4%、其他气体如Xe、H₂占3.3%。可控交流电源给储气管〔4〕内气体提供能量，工作电流10-16MA，最佳工作电流15MA，电压15KV，通过对管内电极施加的电压使混合气体电离，阴极〔2〕与阳极〔5〕采用冷阴极，电极材料为镍。

用平面全反射镜〔1〕，凹面局部反射镜〔6〕接CO₂激光器两端，组成谐振腔。平面全反射镜〔1〕基底采用K₈玻璃，表面镀金。凹面局部反射镜〔6〕采用单晶锗为基底，磨成镜面后，表面镀金膜，但中部留一小片不镀金，输出激光束。

平面全反射镜〔1〕、凹面局部反射镜〔6〕、水冷管〔3〕的两端分别接冷却水管路的进水口〔8〕、出水口〔9〕。为了防止在断水情况下毛细放电管发热破坏激光器，在冷却水管路中安装了水流继电器，一旦出现断水现象，激光器上的高压电源即被切断。

振荡发生在CO₂的两个振动能级（00°1和10°0）之间，输出波长为10.6微米的不可见中红外光。N₂帮助激光上能级产生大量粒子数，在气体放电时，间接起到向CO₂00°1能级输送粒子的作用。He导热率高，有助于抽空激光下能级的粒子数，增加激光下能级10°0弛豫速率。水蒸汽（H₂O）的作用是增大CO₂分子下能级10°弛豫时间，通过水蒸汽与电离附产物CO的化学作用

CO+OH→CO₂+H……（1）

导致了CO₂的再生。

参见图4：激光器输入220V交流电，经高压变压器升压，硅整流器全波整流后，并联电容1M，串联电感〔10H〕，再串联限流电阻400K、加到CO₂激光器的两个电极〔2〕、〔5〕上。

参见图5，全机采用两台微型调速电机，实现纸带的传送及缠卷，设三根主轴，即放纸轴〔24〕、收纸轴〔25〕、及恒速轴〔26〕。恒速轴〔26〕由一台交流电机〔23〕驱动，保持恒速;而收纸轴〔25〕上的纸盘直径是不断变化的，它由直流电机〔22〕驱动，为了保持不变的走纸速度，收纸轴的转率应随纸盘直径的变化而变化，为此对收纸轴设有摩擦安全打滑套筒〔33〕，当收纸盘〔34〕直径逐渐增大时，电机械杆〔31〕带动电位器〔32〕转动，控制可控硅调压部分，使输出电压减小，直流电机转速变慢，使收纸轴工作可靠，放纸轴〔24〕不设动力，仅安装制动张紧装置〔28〕，它使放纸盘〔27〕恒速转动收纸卷紧，阻力稳定。

全部纸带在传送过程中，应当处在同一个中心平面内，可由放纸轴〔24〕、收纸轴〔25〕上的调整螺母，以及定位器〔30〕调整平面位置，纸带传送途中设有若干导向滚轴〔29〕，它的作用是改变走纸方向并改善纸的拉张力，以利卷紧。全部传动机构均采用滚珠轴承，使传动灵活，运动可靠。纸带传送速度可以调节，应根据激光源的功率，打孔的大小，以及生产率等因素，进行调试选择。

随动调速系统〔31、32、33〕上的纸盘可以减少收纸轴〔25〕与恒速轴〔26〕之间的速度差，即可保证收纸有一定的卷紧力，又可保证不会拉断纸带。

参见图6，本发明采用两支CO₂激光发生器，输出功率20W，分别由两套高压电源供电。聚焦系统采用双镜头结构〔19〕，双镜头光心Ⅰ、Ⅱ，每一镜头可以分别调焦，由镜头上的刻度显示微调数，整个镜头组装在一块滑板上，该滑板可以通过调节旋钮使镜头组左右移动。

聚焦透镜采用锗透镜，镜面镀有ZnS增透介质膜。脉冲光束进入聚焦系统，经过锗透镜把焦点聚在包装纸打孔处〔20〕。该处安装抽气除尘盒〔21〕要严格注意聚焦透镜〔19〕镜片的清洁和它的准确平面位置。

JK-1型香烟过滤嘴包装纸激光打孔机的主要技术参数

打孔宽度（水松纸） 0.65N/S（相当于3000克烟/分）

孔径速度 0.1～0.2mm

孔径长度 0.2～1.0mm

孔径间隔比 1∶1～1∶4

包装纸宽度 48mm

双排孔间距 25.5mm

纸盘最大外径 390mm

激光器输出功率 2×20W

激光器工作电压 15KV

激光器工作电流 16MA

电源电压 单相220V 50Hz

耗电量 1.2KW

冷却水流量 4升/分

Claims (4)

1、一种香烟过滤嘴包装纸激光打孔机，具有CO₂气体激光器、水冷系统、聚焦系统，本发明的特征是：由封离式CO₂激光器，抽气除尘系统，机械送纸系统组合形成的激光打孔机，封离式CO₂激光器输出功率25-50W，它包括平面全反射镜（1），凹面局部反射镜（6），储气管（4），水冷管（3），连接放电管和储气管的螺旋形回气管（7），在平面全反射镜（1）、凹面局部反射镜（6）、毛细放电管上均安装水冷系统进水口（8），出水口（9），与安装水流继电器的冷却水管路连通，CO₂激光器电极阴极（2）、阳极（5）接电源;其抽气除尘系统利用排烟抽风机通过抽气通道（12），在抽气腔（10）内产生负压，并形成抽气通道（12）与进气通道（11）之间的高速气流，将激光打孔时在聚焦透镜（19）镜片，包装纸（18）、打孔处（20）形成的烟雾和粉尘全部抽送至中外;

2、如权利要求1所述的香烟过滤嘴包装纸激光打孔机，其特征是：抽气除尘系统用送风机将新鲜压缩空气通过送气入口（13）、进气通道（15）进入压气腔（14），再穿过斜形扫气通道（16），吹向聚焦透镜（19）镜片，驱散镜片附近的烟雾，通过渐缩喷口（17），进入抽气腔（10）后，形成高速气流;

3、如权利要求1所述的香烟过滤嘴包装纸激光打孔机，其特征是：机械送纸系统由交流电机（23）驱动恒速轴（26），同时用直流电机（22）带动收纸轴（25），其转速受收纸盘（34）直径的控制，当收纸的直径逐渐增大时，电机械杆（31）带动电位器（32）转动，从而控制可控硅调压部分，输出电压逐渐减小，控制直流电机（22）走速变慢，使纸带走速始终保持均匀。

4、如权利要求1所述的香烟过滤嘴包装纸激光打孔机，其特征是：封离式CO₂激光器输出波长为10.6微米的不可见中红外光束，利用机械斩波方式产生脉冲光束，将金属制的圆盘安装在交流调速电机（36）轴上，该圆盘周边每隔一定间距设置开槽挡光板（35），采用调整调速电机电压来控制机械斩波圆盘转数。

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