CN101583458B - 用于激光处理包装材料卷材的装置 - Google Patents

Abstract

一种利用激光束(202)处理包装材料的移动卷材(200)的装置，特别是用激光来切割、刻蚀或穿孔该卷材(200)以在该卷材(200)中形成便于打开的撕开穿孔或准备好的倾注口。该装置(201)包括抽空箱(205)，该抽空箱被提供有进口(212)和出口(213)，以及由该抽空箱(205)的内壁限定的抽空室(206)。优选地，该抽空室(206)是管状的，其纵轴与该卷材(200)的运动方向平行，且具有用于入射激光束(202)的第一开口(209)，和该入射激光束(202)穿过该室(206)以后穿过以处理该卷材(200)的第二开口(210)。优选地，用于该入射激光束(202)的该第一开口(209)被可透过激光的窗(209a)密封，该窗可组成该抽空箱(205)的一部分。

Description

用于激光处理包装材料卷材的装置

技术领域

本发明有关于利用激光束处理包装材料的卷材(web)的装置，该装置包含与激光源通信的激光头，以生成激光束，以及一个或多个光控制装置，以控制产生的激光束。本发明特别有关于用于在包装材料卷材中穿孔(perforating)、刻蚀(etching)或切割(cutting)可选几何图案的这样的装置。

背景技术

液体食品(例如牛奶和果汁)的包装容器，一般拥有开口器件或布置，当要清空该包装容器的容纳物时，可以用来容易地打开该包装容器。

在其最简单的形式中，一种开口布置可能是线状穿孔或裂缝或切割实线(cut solid line)，该包装材料沿着该开口布置可以被部分穿透以便于被撕开或拉下，以暴露出中空的孔(empty aperture)，通过该孔可以将包装容器的容纳物倒出来。另一种现有技术的开口布置在该包装容器的平面的顶部或靠上的区域具有倾倒口(pouringhole)，该倾倒口由一个所谓的拉环(pull tab)密闭，该拉环被独立的应用于该容器的外面，当要清空该包装容器时，将该拉环除去可以露出该倾倒口。在另一个进一步的现有技术实施例中，该倾倒口被一种螺丝帽型的开口布置密封，该螺丝帽具有固定配置于容器的螺丝颈部(screw neck)，该容器具有与螺纹螺丝帽啮合的外螺纹。

便于开口的穿孔线和倾倒口自身传统上是在机械冲压和穿孔工具的帮助下制造的，这些工具作用于包装材料的移动卷材的至少一个面。随着激光技术的进步，近来，出现了朝着使用激光技术来代替机械冲压和穿孔技术的平稳过渡。激光技术是一种比传统的机械技术更快速、更安全而且更准确的处理技术。而且，激光技术使得对包装材料卷材的更优雅的处理成为可能，这种处理的结果与机械技术相比在质量上具有巨大的优势，因为其在处理操作过程中不会对该卷材施加过度的压力。

EP0357841描述了用于生产穿孔线和准备倾倒口的激光方法，该穿孔线和倾倒口与包装材料卷材上的重复的印刷图案相对齐。依照EP0357841，线状穿孔是利用移动的激光束制造的，该激光束在光控制装置(例如镜子和透镜)的帮助下沿着印刷图案高精度地移动，以可选的线状和中空结构烧掉包装材料。

EP0853524描述了一种类似的激光方法，依照该方法，制造线状穿孔和准备性的倾倒口，其与包装材料卷材上的折叠辅助线(折线)的重复的图案相对齐。依照EP 0853524，利用光控制装置(例如镜子和透镜)使得可移动的激光束沿着折痕图案移动，从而以相应的方式，以想要的线状和小孔结构烧掉包装材料。

用激光束处理包装材料的结果是，形成彩屑(confetti)，趋向于以杂质的形式粘着于该卷材并伴随该卷材的小微粒和灰尘以及废气，除非它们被立即除去。为此，已知在现有技术中，使用一个或多个独立抽空的抽空器件，一般是吸嘴，与该激光束的工作区直接结合。这种吸引装置(suction devices)的一个缺点是，它们会很快被形成的微粒和灰尘污染和阻塞，结果是，需要频繁的操作停止(operational stoppages)，以进行清洁或替换。因为每一次这样的清洗操作必须用大量的劳动投入和相当的时间消费来手动进行，因此每一次因清洁而进行的操作停止都暗示了相应地大量的产量损失，并带来经济和效率恶化的结果。

发明内容

因此，本发明的一个目标是消除现有技术中的上述缺点。

本发明的另一个目标是实现一种装置，利用该装置，可以利用激光束处理包装材料卷材，而不需要为了清洁的目的而不必要地停止操作。

本发明的进一步的目标是实现一种利用激光束对包装材料卷材进行穿孔、刻蚀或切割的装置，以形成线状穿孔或准备好的倾倒口的重复图案，而不会因为为了清洁的目的而进行的过度冗长的操作的停止而带来伴随经济和糟糕效率的恶化的不必要的产量损失。

依照本发明，利用一种装置可以实现这些以及其他目标，该装置的类型是通过被赋予了所附权利要求1所述的特有特征的介绍的方式被描述的。

依照本发明的该装置的有益的实施方式被进一步赋予了如从属权利要求所述的特征。

依照本发明，实现一种利用激光束处理包装材料的卷材的装置，该装置具有与激光源通信的激光头，以发射激光束，以及一个或多个光控制装置，以控制该处理过程中该放射的激光束。该装置的特征在于它在该激光头和该卷材之间显示有抽空箱，其具有进口开口和出口开口以及由该抽空箱的内壁限定的抽空室，该室具有朝向该激光头的窗，该放射的激光束可以穿过该窗，以及朝向该卷材的开口，该激光束穿过该开口以处理该卷材，而且该抽空箱是可移除地设置在支架中的。

由于该支架中的该抽空箱是可移除设置的，在每次要清洁该抽空室时，可以快速而容易地将其从该支架中移除并使用新的代替，而不必停止操作比替换该抽空箱更长的时间。该被移除的、被污染的抽空箱可以被清洁，同时新的抽空箱被放置在该支架内的相应位置以继续操作。因为抽空箱的实际的替换非常快速，所以相关的操作停止的时间可以被减小到最小，从而使用依照本发明的装置处理卷材可以实际上连续地进行，也就是说，实际上因为抽空箱的替换和清洁而引起的停工期是微不足道的。

为了便于在清洁的时候插入和移除该抽空箱，该箱可被提供有一个或多个把手或类似的夹紧装置，在该装置的帮助下，该抽空箱可以很容易地被滑入该支架或从该支架中抽出。

该抽空箱的朝向该包装材料卷材的该开口可以具有任何可选的几何开口结构，但是优选地，根据该激光束要在该卷材上切割、穿孔或刻蚀的图案可调整其尺寸和结构。

例如，当该激光束要沿着大体上直线对该卷材穿孔时，也就是说逐点地在该卷材中全部或部分烧开通透的孔时，优选地，该抽空箱显示有相应的小开口结构，以减少烟、灰尘和类似的细小颗粒粘着于该卷材并污染该卷材的危险。

如果该激光束要沿着弧线对该卷材穿孔时，为了同样的理由，其可赋予该抽空箱的开口椭圆形结构，且该椭圆形开口的长轴与该工作激光束在该卷材上的运动路径一致。

相应地，该抽空箱的朝向该卷材的该开口显示有延长的槽形开口结构，其在该卷材的移动方向具有长度尺寸，该尺寸明显大于其宽度尺寸，如果该移动的激光束要从该卷材中切掉彩屑以形成为清空而准备的孔的话。该槽形开口结构在该卷材的移动方向上具有相对大的长度尺寸的结果是，该激光束被赋予了沿着更长的工作区在该卷材上操作的可能性。

无论该抽空箱的朝该移动卷材的该开口结构是不是很小，椭圆的还是槽形的，定位该抽空箱，以使得该抽空箱和该卷材之间的最短距离尽可能地小，然而又足够大以避免该抽空箱和该卷材之间的直接接触。此距离越小，气体、灰尘和类似的小颗粒粘着于该卷材并污染该卷材的危险就越小。

该抽空箱在所述进口开口和出口开口之间的该内部空腔或室，优选地，是圆柱形的或管状的，且该管状抽空室的纵轴平行于，或大体上平行于，该卷材的运动方向以实现流体(例如空气)的层流通过该抽空室，从而可以增强从该抽空室中除去的杂质的比例。

即使流体通过该管状抽空室的贯通流动有效地带走并移除了相当数量的污染物质，比如彩屑、小物质颗粒、灰尘和气体，剩余的杂质的数量迟早会在该抽空室的内壁上逐步积累起来。

为了保护该激光头以及其它的用于控制该激光束的光学设备(比如透镜和镜子)免于杂质的污染，该抽空室的朝向该激光头的该开口，优选地，被窗密封，该窗阻止杂质通过此开口从该抽空室中跑出去并与该激光头接触。

优选地，该窗是该抽空箱的一部分，以使得其可以与该抽空箱一起移除以在与该抽空室一样的清洁操作中进行清洁。将抽空箱和窗布置在同一个和相同的单元中的结果是，进一步缩短与清洁有关的不可避免的停工期成为可能。

在下文中，参考附图，对本发明的进一步的优点、特有特征和细节作出更加详细的描述。

附图说明

图1示意性地显示了一种依照现有技术的利用激光束处理包装材料的移动卷材的方法；

图2示意性地描绘了使用依照本发明的第一实施方式的装置利用激光束处理包装材料的移动卷材的方法；以及

图3示意性地描绘了使用依照本发明的第二实施方式的装置利用激光束处理包装材料的移动卷材的方法。

具体实施方式

因此，图1示意性地描绘了利用激光束处理包装材料的移动卷材100的现有技术方法。该包装材料卷材100被从储料卷(未示)展开，并被弯曲辊101的中间体(intermediary)以实线箭头的方向引导至A处的处理台，在该处对卷材100进行激光处理。在该图示实施例中，假设该卷材100，通过激光处理，沿着一条大体的直线被提供了一个便于打开的撕开穿孔，沿着该直线，利用被合适的光学设备(未示)对准该卷材的激光束102，逐点(spotwise)烧掉包装材料，以在该卷材100中形成全部或部分通透的孔。

然后，该如此激光处理过的卷材100被弯曲辊103的中间体从该处理台A进一步引导，以卷起来或进行进一步的处理和加工。

为了除去当激光束102从卷材100中烧掉材料时，在非常靠近卷材100的地方形成的气体、灰尘和小微粒(在该图中用远离该卷材的虚线示意性地描绘)，配置了一个或多个吸引装置，每个吸引装置具有它们各自的吸嘴(在该图中用两个块状箭头示意性地描绘)，这些吸嘴被放置于该卷材100上接近该激光束102的工作区的地方。

这样的吸引装置中的一个缺点是，正如前面提到的，它们会很快被微粒、灰尘和类似的杂质污染和阻塞，结果是，在再一次重新开始操作之前，需要频繁的操作停止以进行清洁或替换。而且，因为每个吸引装置必须被分别清洁，整个清洁操作需要大量的工作投入以及相当的时间消耗，在该过程中，操作必须停止，从而不可避免地带来相应的大量的产量损失和产出经济恶化的结果。

图2示意性地描绘了使用依照本发明的装置对包装材料的卷材200进行相应的激光处理的方法，该装置的参考标号为201。以跟前面相同的方式，还是假定在这种情况下，该卷材200，作为激光处理的结果，沿着一条大概的直线被提供了便于打开、折叠的、狭槽的或穿孔的弱化(weakening)的指示，沿着该直线，利用被合适的光学设备(未示)对准该卷材的激光束202，逐点(spotwise)烧掉包装材料，以在该卷材200中形成全部或部分通透的孔。

该卷材200被从储料卷(未示)展开，并被弯曲辊203的中间体以实线箭头的方向引导至B处的处理台，在该处使用依照本发明的装置201对该卷材200进行激光处理。

该装置201被置于该卷材200和该激光头204之间，从该激光头204中放射出受控激光束202，且包含箱型抽空箱(evacuation box)205，该抽空箱205具有内部管状空腔或室206。该管状抽空室206的纵轴大体上与卷材200的运动方向平行，且在其两个末端分别显示了进口开口和出口开口207和208，以使得流体，例如空气，流过室206。该抽空室206进一步具有开口209，该开口209转到面向该激光头204，且激光束202从该开口209通过，而且开口210转到面向卷材200，且激光束202可从开口210通过，以处理该卷材200。

依照本发明，该抽空箱205可移除地设置于支架211上，该支架211类似地配置于激光头204和卷材200之间，而且在其两端具有与抽空室206的相应的进口开口207和出口开口208流体连通的进口212和出口213，以使流体(例如空气)流过。

为了减少在激光束202处理卷材200时形成的灰尘、微粒和气体粘着到处理过的卷材200上并污染该卷材200的危险，朝向该卷材200的抽空箱205中的开口210仅仅具有非常小的孔状结构，同时，因为沿着抽空箱205的整个长度的抽空箱205和卷材200之间的距离非常短，但是足够大到能避免抽空箱205和正穿过的卷材200之间的直接接触。

优选地，该抽空箱205装备有把手或类似的夹紧装置(未示)，在该夹紧装置的帮助下，当用新的或清洁的抽空箱替换用过的抽空箱205时，抽空箱205可以很容易地被滑入该支架211或从该支架211中拉出。

如此激光处理过的卷材200被弯曲辊214的中间体从该处理台B进一步引导，以卷起来或进行进一步的处理和加工。

当要清洁在激光处理过程中积累在该抽空室206的内壁上的该管状抽空室206的杂质和污染物时，仅仅需要短暂地停止操作，当该被污染的抽空箱205，包括作为该抽空箱205的一部分的窗209，被拆卸并从支架211中拉出，并被新的抽空箱205代替，新的抽空箱205可以很容易地滑入支架211中的位置。

图3示意性地描绘了使用依照本发明的第二实施方式的装置对包装材料的卷材300进行激光处理的方法，该装置被赋予了参考标号301。在此实施例中，假定，该卷材300反而被提供有所需尺寸、几何结构和定位的准备清空(emptying-preparatory)的孔，而且包装材料的相应的彩屑(confetti)因此被朝向该卷材的激光束302从该卷材300切割或烧掉，以在该卷材300中形成所述的全部或部分通透的倾倒口。

该卷材300被从储料卷(未示)展开，并被弯曲辊303的中间体以实线箭头的方向引导至C处的处理台，在该处使用依照本发明的装置301对该卷材300进行激光处理。

类似于图2中的装置201，该装置301位于该卷材300和激光头304之间，激光束302从该激光头304中放射出来并被光控制设备(未示)引导，并且包括箱形抽空箱305，该抽空箱305具有管状室306，该管状室306由该抽空箱305的内壁限定。该管状抽空室306的纵轴大体上与该卷材300的运动方向平行，且在其相反的两端分别显示进口和出口开口307和308，以使得流体，例如空气，流过该抽空室306。该抽空室306进一步具有窗309，转向朝着该激光头304，且激光束302可穿过该窗，以及开口310，转向朝着该卷材300，且该激光束302穿过该抽空室306之后可穿过该开口310以处理该卷材300。

从图3中明显可以看出，在此实施例中，该抽空室306的朝着该卷材300的该开口310的开口长度，与前面的实施方式中的相比，延伸超过了该激光束的明显更长的工作区，从而，与图2中的激光束202相比，该激光束302可以在相应的更长的距离上跟随并处理该卷材300。在图3中，这是通过三个激光束302来示意性地描绘的，以表明在通过该卷材300的整个过程中该激光束在该卷材300的平面中的运动。在实践中，该开口310因此可以有长度明显大于宽度的槽形开口结构，但是尽管如此，其中该宽度必须至少与想要的倾倒口的几何宽度尺寸一样大，且其中该长度应当足够大，以使得该激光束302在现有的卷材速度下有时间在该卷材300中切割想要的数量的完成的孔。

该抽空箱305是可移除地设置在支架311中的，该支架311同样被配置在该激光头304和该卷材300之间，且在其两个末端具有与抽空室306中相应的进口开口307和出口开口308流体连通的进口312和出口313，以使得在操作过程中流体，例如空气，流过该抽空室306成为可能。

为了减少当激光束302处理卷材300时形成的灰尘、微粒、彩屑和气体伴随并污染或损害该处理过的卷材300的危险，沿着该抽空箱305的整个长度，该抽空箱305和该卷材300之间的最短距离是非常短的，但是尽管如此，又足够大以避免该抽空箱305和通过的卷材300之间的直接接触。

优选地，该抽空箱305被提供有一个或多个把手或类似的夹紧装置，在该夹紧装置的帮助下，当要用新的或清洁过的抽空箱替换用过的抽空箱时，该抽空箱305可以容易地被滑入该支架311或从该支架311中拉出。

如此激光处理过的卷材300被弯曲辊314的中间体进一步从该处理台C引导，以卷绕起来或进一步处理和加工。

当要清洁在激光处理过程中积累在该抽空室306的内壁上的该管状抽空室306的杂质时，仅仅需要短暂地停止操作，当该被污染的抽空箱305，包括作为该抽空箱305的一部分的窗309，被拆卸并从支架311中拉出，并被新的抽空箱305代替，新的抽空箱305可以很容易地滑入支架311中的位置。

依照本发明的装置有助于利用激光束对包装材料的卷材进行实际的连续处理，该激光束可以在该卷材中切割可选的几何图案。在理论工业规模上，要在包装材料卷材上提供刻痕的、狭槽的或穿孔的开口指示或倾倒口的情况下，该装置是特别有用的。

尽管本发明是特别参照附图进行上述描述的，然而可以看出，所描绘并详细描述的依照本发明的该装置的实施方式不是意在限制本发明。在上述描述的指导下，对于本领域的技术人员来说，在不悖离此处所揭露的发明思想的前提下，许多不同的修改和变更是显而易见的。例如，在同一个或相同的激光处理操作中，当包装材料的卷材要在该卷材的多个平行的纵向区域内提供便于打开的弱化指示时，可能使用多个彼此相邻的依照本发明的装置。因此，所有这些显而易见的变更和修改都被包括在由权利要求所限定的发明思想之内。

Claims (10)

1.一种利用激光束(202；302)处理包装材料的卷材(200；300)的装置，该装置(201；301)包含与激光源通信的激光头(204；304)，以产生该激光束(202；302)，其特征在于，在该激光头(204；304)和该卷材(200；300)之间，其显示有具有抽空室(206；306)的抽空箱(205；305)，该抽空室(206；306)是由该抽空箱(205；305)的内壁限定的，且具有朝向该激光头(204；304)的开口(209；309)，且激光束(202；302)可穿过该开口(209；309)，以及朝向该卷材(200；300)的开口(210；310)，且激光束(202；302)在穿过该抽空室(206；306)之后可以穿过该开口(210；310)以处理该卷材(200；300)，且所述抽空室(206；306)具有进口开口和出口开口(207；307  、208；308)以使流体流过，从该进口开口流到该出口开口用以从该卷材除去杂质，且该抽空箱(205；305)可拆卸地设置于支架器件(211；311)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该抽空箱(205；305)被提供有一个或多个把手，利用该把手可以容易地将该抽空箱(205；305)滑入该支架(211；311)或从该支架(211；311)中抽出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于根据该激光束(202；302)要在该卷材(200；300)上切割、穿孔或刻蚀的几何图案，确定该抽空箱(205；305)的转到朝向该卷材(200；300)的该开口(210；310)的尺寸和结构。 

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于该抽空箱(205)的转向朝着该卷材(200)的该开口(210)具有大体上圆形的开口结构。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于该抽空箱(305)的转向朝着该卷材(300)的该开口(310)具有拉长的槽形开口结构。

6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于该抽空箱(205；305)被配置为与该卷材(200；300)有足够大的距离以避免该抽空箱(205；305)和该卷材(200；300)之间的直接接触。

7.根据前述权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于由该抽空箱(205；305)的该内壁限定的该抽空室(206；306)是圆柱形的或管状的，且该抽空室(206；306)的纵轴平行于，或大体上平行于，该卷材(200；300)的运动方向。

8.根据前述权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于该抽空室(206；306)的转到朝向该激光头(204；304)的该开口(209；309)被保护窗(209a；309a)密封覆盖。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该保护窗(209a；309a)是该抽空箱(205；305)的一部分，以便于作为一个可拆卸模块单元同时除去该抽空箱(205；305)和该保护窗(209a；309a)。

10.根据前述权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于该支架(211；311)具有分别流体连通于该抽空室(206；306)的所述进口开口(207；307)和出口开口(208；308)的进口(212； 312)和出口(213；313)，以便于流体流过该抽空室(206；306)。 

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