CN103753674A - 一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置及去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置，包括激光发生器、可绕旋转轴左右摆动旋转的振镜和传送带，振镜设置在传送带的上方，其旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且位于传送带中心的正上方，激光发生器发射的激光束水平发射，且发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，而竹片则设置在传送带上，其中心线与传送带的中心线重合，且竹黄面与传送带接触。本发明同时公开了一种竹材外表面的竹青蜡质的去除方法。本发明利用激光束的高温作用，可以有效除去竹材表面的竹青蜡质层，增加竹材表面的粗糙度，同时只需除去很薄的厚度，可以节省原料，可以精确控制竹材表面处理的厚度，节省了能源，不存在刀具消耗。

Description

一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置及去除方法

技术领域

本发明涉及一种竹青表面处理的方法，尤其是涉及一种竹材外表面去除竹青蜡质、增加表面粗糙度的一种加工方法，属于竹材加工技术领域。 

背景技术

竹子是一种繁殖再生能力非常强的生物质资源，具有一次性成林、长期利用、产量高、用途广等特点。我国地处世界竹子分布中心，是世界竹类起源的中心，在竹子种类、竹林面积和竹材蓄积量方面均居世界之冠，是全球第一产竹大国。据全国第六次森林资源普查统计显示，我国现有竹林面积720万公顷，每年可砍伐的毛竹约5亿株，各类杂竹300多万吨，相当于1000余立方米木材。竹材具有强度高、韧性大、刚度好、易加工等特点，是很好的工程结构和装饰材料。竹材在壁厚方向上可分为三个部分，最外面很薄的一层为竹青，竹青组织致密、质地坚硬、纤维素含量高、表面光滑、附有一层蜡质，对水、胶黏剂、涂料润湿性能差；内层的竹黄组织疏松、质地脆弱，对水和胶黏剂的润湿性也差，中间层竹肉是竹材工业化利用的主要部分。 

竹材加工时往往需要用胶黏剂胶合，竹青表面有蜡质层，且表面十分光滑难以胶合，需要想办法来改善竹青表面的性能，一般工业上用机械的方法将竹青外表面的蜡质层除去，同时在表面保持一定的粗糙度。目前主要有以下几类方法：1）磨削的方法：将竹筒放在专用磨床上，用夹具将竹筒夹住并转动，转动时竹筒与砂带摩擦，将表面的竹青砂去，考虑到竹筒大头、小头、竹节、竹筒直径的个体差异，一般磨削量在0.5mm以上，有时甚至更多，同时产生大量粉尘，砂带的磨损严重，能耗较大；2）将竹筒裂解成若干个竹片将上下两个都是弧形面的竹片通过双面刨将上面的竹青下面的竹黄刨去，由于每个竹筒直径大小差异，裂出竹片也会有差异，刨切量通常在1mm以上，有时会更多，另外竹青质地坚硬，刀具的磨损严重。目前生产中竹青表面处理的方法都存在竹青切削量大、刀具磨损严重、竹青表面优质纤维浪费量大、能耗高等缺陷。 

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种方法简单、无需刀具、能耗低的竹材外表面的竹青蜡质的去除方法。 

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的： 

一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置，其特征在于，包括激光发生器、中心设置有旋转轴且可绕所述的旋转轴左右摆动旋转的振镜和传送带，所述的振镜设置在传送带的上方，且所述的振镜的旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且所述的轴心线位于传送带中心的正上方，此外，所述的激光发生器发射的激光束水平发射，且激光束的发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，而预先裂解好的待处理的竹片则设置在传送带上，竹片的中心线与传送带的中心线重合，且所述的竹片的竹黄面与传送带接触。

进一步，所述的振镜的旋转角速度为 

，单位为弧度/秒，最大摆动角弧度为

，竹片上表面与振镜的旋转轴的垂直距离为

，单位为米，待处理的竹片的宽度为L，单位为米，传送带的传送速度为V，单位为米/秒，竹片向前移动单位距离为D，单位为毫米，所述的传送带的传送速度与振镜旋转角速度满足如下关系：

，其中，所述的竹片向前移动单位距离小于等于激光处理的竹片表面的斑点的直径。 

一种竹材外表面的竹青蜡质的去除方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）裂解竹材：将筒状的竹材通过裂竹机裂解成多片宽度相同的竹片，备用；

（2）激光加热分解竹片表面的竹青蜡质层：将步骤（1）裂解好的待处理的竹片放在传送带的中心位置，保证竹片的中心线与传送带的中心线重合，且所述的竹片的竹黄面与传送带接触，然后开启中心设置有旋转轴且可绕所述的旋转轴左右摆动旋转的振镜，所述的振镜的旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且所述的轴心线位于传送带中心的正上方，保持振镜往复旋转，旋转角速度为

，单位为弧度/秒，最大摆动角弧度为

，竹片上表面与振镜的旋转轴的垂直距离为

，单位为米，待处理的竹片的宽度为L，单位为米，然后开启激光发生器发射激光束，所述的激光束水平发射，且激光束的发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，然后再开启传送带，传送带的传送速度为V，单位为米/秒，竹片向前移动单位距离为D，单位为毫米，所述的传送带的传送速度与振镜旋转角速度满足如下关系：

，而所述的最大摆动角弧度

与竹片的宽度L和竹片上表面与振镜的旋转轴的垂直距离满足如下关系：，其中，所述的竹片向前移动单位距离小于等于激光处理的竹片表面的斑点的直径，持续进行以上操作至竹片表面处理完成，得到通过激光加热分解竹片表面的竹青蜡质层的表面具有密集斑点的竹片。

本发明的有益效果是：本发明利用激光束的高温作用，可以有效除去竹材表面的竹青蜡质层，增加竹材表面的粗糙度，同时只需除去很薄的厚度，可以节省原料，可以精确控制竹材表面处理的厚度，节省了能源，不存在刀具消耗。 

附图说明

图1为本发明所述的去除装置的结构示意图； 

图2为本发明所述的激光束处理竹青表面的状态示意图。

图中主要附图标记含义为: 

1、激光束     2、振镜     3、竹片    4、斑点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行具体的介绍。 

竹材主要化学成份为：纤维素40%～60%,半纤维素14%～25%或更多,木质素16%～34%，这三种成份加热分解的温度都在350摄氏度以下，竹材对激光吸收率为99%以上，由于激光温度非常高可达2000摄氏度以上，聚集单位面积上的能量巨大，当激光照射到竹材表面时竹材表面物质吸收热量快速气化，形成一个凹坑，由于激光束截面上激光能量分布不是均一的，凹坑底部也是高低不平，使原本光滑的竹青的表面变粗糙。 

激光发生器发射出一束激光通过绕固定转轴左右旋转的振镜上，振镜将激光束反射至在待处理竹片的外表面上（见附图1），形成一个凹坑。振镜快速摆动一次摆动在竹片外表面形成一排小凹坑，同时竹片与激光束以相匹配的速度向前移动，则激光又将在竹片表面打出一排凹坑（见附图2），随着竹片前移一个单位距离（单位mm），激光就在表面打出一排凹坑。当竹片完全通过时，竹片表面青表面处理完成，同时将原本光滑的竹青表面变粗糙 

图1为本发明所述的去除装置的结构示意图。

如图1所示：一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置，包括激光发生器、中心设置有旋转轴且可绕所述的旋转轴左右摆动旋转的振镜2和传送带，所述的振镜2设置在传送带的上方，且所述的振镜2的旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且所述的轴心线位于传送带中心的正上方，此外，所述的激光发生器发射的激光束1水平发射，且激光束1的发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，而预先裂解好的待处理的竹片3则设置在传送带上，竹片3的中心线与传送带的中心线重合，且所述的竹片3的竹黄面与传送带接触。 

在本实施方式中，所述的振镜2的旋转角速度为，单位为弧度/秒，最大摆动角弧度为，竹片3上表面与振镜2的旋转轴的垂直距离为

，单位为米，待处理的竹片3的宽度为L，单位为米，传送带的传送速度为V，单位为米/秒，竹片3向前移动单位距离为D，单位为毫米，为了能够得到连续处理表面则竹材3向前移动

时，振镜2必须至少要快速摆动一次，由此得到所述的传送带的传送速度与振镜旋转角速度满足如下关系：

，其中，所述的竹片3向前移动单位距离小于等于激光处理的竹片3表面的斑点的直径，当满足上述的条件时，在激光功率不变情况下，竹片3通过速度越慢，处理后竹片3表面处理过的斑点4的斑点越深，切削厚度越深，越粗糙。而在竹片3通过速度不变的情况下，激光功率越大，激光束能量也就越大，处理过斑点也就越深，切削厚度越深，越粗糙。当确定振镜2与竹片3的位置参数和振镜转动角速度，则可以通过调节激光能量的大小和竹片3移动速度快慢来调整除去表面的斑点4的斑点的深浅，从而可以控制竹青表面的粗糙程度。 

图2为本发明所述的激光束处理竹青表面的状态示意图。 

如图2所示：一种竹材外表面的竹青蜡质的去除方法，具体包括以下步骤： 

（1）裂解竹材：将筒状的竹材通过裂竹机裂解成多片宽度相同的竹片3，备用；

（2）激光加热分解竹片表面的竹青蜡质层：将步骤（1）裂解好的待处理的竹片3放在传送带的中心位置，保证竹片3的中心线与传送带的中心线重合，且所述的竹片3的竹黄面与传送带接触，然后开启中心设置有旋转轴且可绕所述的旋转轴左右摆动旋转的振镜2，所述的振镜2的旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且所述的轴心线位于传送带中心的正上方，保持振镜2往复旋转，旋转角速度为

，单位为弧度/秒，最大摆动角弧度为

，竹片3上表面与振镜2的旋转轴的垂直距离为

，单位为米，待处理的竹片2的宽度为L，单位为米，然后开启激光发生器发射激光束1，所述的激光束1水平发射，且激光束1的发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，然后再开启传送带，传送带的传送速度为V，单位为米/秒，竹片3向前移动单位距离为D，单位为毫米，所述的传送带的传送速度与振镜旋转角速度满足如下关系：

，而所述的最大摆动角弧度与竹片3的宽度L和竹片3上表面与振镜2的旋转轴的垂直距离满足如下关系：

，其中，所述的竹片3向前移动单位距离小于等于激光处理的竹片3表面的斑点4的直径，持续进行以上操作至竹片3表面处理完成，得到通过激光加热分解竹片表面的竹青蜡质层的表面具有密集斑点4的竹片。

具体为: 激光发生器发射出一束激光通过绕固定转轴左右旋转的振镜2上，振镜2将激光束1反射至在待处理竹片3的外表面上，形成一个斑点4。振镜2快速摆动一次,即 振镜从正

摆动到负

时，激光束经过摆动的振镜2在竹材3表面上形成一排处理的斑点4（小凹坑），同时竹片3与激光束1以相匹配的速度向前移动，则激光又将在竹片表面打出一排斑点4（凹坑），随着竹片3前移一个单位距离

（单位mm），激光就在表面打出一排斑点4（凹坑），当竹,3完全通过时，竹片3表面的竹青蜡质处理完成，同时将原本光滑的竹青表面变粗糙。 

试验实例：激光发生器发射的激光功率为10瓦，激光类型为射频二氧化碳激光，激光调制频率为20KHz，激光光斑直径0.2mm，振镜2往复摆动频率84弧度/分钟，振镜2旋转轴距离竹片3的距离为160毫米,竹片试样宽30毫米，厚6毫米。未用激光处理时表面粗糙度0.113微米。竹片分别以150毫米/分钟、180毫米/分钟、210毫米/分钟、240毫米/分钟、270毫米/分钟、300毫米/分钟通过处理系统，采用轮廓仪测量切削厚度和表面粗糙度，这里表面粗糙度用的是轮廓算术平均偏差Ra，具体如表一所示： 

表一 不同移动速度下激光处理竹材表面粗糙度与厚度

由上表可以看出在激光功率一定时，激光切削厚度与移动速度存在负相关，移动速度慢切削厚度厚，表面粗糙度也增加。

本发明通过激光发生器发射出直径微小激光束1，激光束1射在可以旋转一定角度的振镜2上，经过振镜2反射直竹片3表面上，由于振镜2高速往复旋转就在竹片3表面形成一个个斑点4，当斑点4的密度很密时，就可以除去竹青表面蜡质层，并且破坏原有光滑面，使之表面粗糙，一次性通过即刻处理完毕。 

按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置，其特征在于，包括激光发生器、中心设置有旋转轴且可绕所述的旋转轴左右摆动旋转的振镜和传送带，所述的振镜设置在传送带的上方，且所述的振镜的旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且所述的轴心线位于传送带中心的正上方，此外，所述的激光发生器发射的激光束水平发射，且激光束的发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，而预先裂解好的待处理的竹片则设置在传送带上，竹片的中心线与传送带的中心线重合，且所述的竹片的竹黄面与传送带接触。

2.根据权利要求1所述的一种竹材外表面的竹青蜡质的去除装置，其特征在于，所述的振镜的旋转角速度为                                                

，单位为弧度/秒，最大摆动角弧度为

，竹片上表面与振镜的旋转轴的垂直距离为

，单位为米，待处理的竹片的宽度为L，单位为米，传送带的传送速度为V，单位为米/秒，竹片向前移动单位距离为D，单位为毫米，所述的传送带的传送速度与振镜旋转角速度满足如下关系：

，其中，所述的竹片向前移动单位距离小于等于激光处理的竹片表面的斑点的直径。

3.一种竹材外表面的竹青蜡质的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）裂解竹材：将筒状的竹材通过裂竹机裂解成多片宽度相同的竹片，备用；

（2）激光加热分解竹片表面的竹青蜡质层：将步骤（1）裂解好的待处理的竹片放在传送带的中心位置，保证竹片的中心线与传送带的中心线重合，且所述的竹片的竹黄面与传送带接触，然后开启中心设置有旋转轴且可绕所述的旋转轴左右摆动旋转的振镜，所述的振镜的旋转轴的轴心线与传送带的运动方向平行，且所述的轴心线位于传送带中心的正上方，保持振镜往复旋转，旋转角速度为

，单位为弧度/秒，最大摆动角弧度为

，竹片上表面与振镜的旋转轴的垂直距离为

，单位为米，待处理的竹片的宽度为L，单位为米，然后开启激光发生器发射激光束，所述的激光束水平发射，且激光束的发射方向与旋转轴的轴心线位于同一水平面上，然后再开启传送带，传送带的传送速度为V，单位为米/秒，竹片向前移动单位距离为D，单位为毫米，所述的传送带的传送速度与振镜旋转角速度满足如下关系：，而所述的最大摆动角弧度

与竹片的宽度L和竹片上表面与振镜的旋转轴的垂直距离

满足如下关系：

，其中，所述的竹片向前移动单位距离小于等于激光处理的竹片表面的斑点的直径，持续进行以上操作至竹片表面处理完成，得到通过激光加热分解竹片表面的竹青蜡质层的表面具有密集斑点的竹片。

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