CN106425127A - 一种宽幅面薄膜激光在线打孔装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜激光在线打孔装置和方法，尤其是包装薄膜激光在线打孔装置和方法。本方法利用激光扫描振镜系统使激光跟随薄膜运动，实现了在连续运动的薄膜上精确打孔，同时本方法还包括调节打孔孔径、打孔密度、加工幅面的方法。本装置采用运到速度检测装置检测薄膜输送速度传输至控制系统，控制系统控制30w二氧化碳激光器、激光振镜实现激光按照打孔方法打孔。本装置采用孔径监测装置监测所加工小孔的孔径，并反馈给控制系统，控制系统根据孔径的变化调整加工参数，保持所加工小孔的孔径稳定。本装置使用可移动的多台激光器、扫描振镜系统实现了加工款幅面的薄膜，且加工幅面可调。

Description

一种宽幅面薄膜激光在线打孔装置和方法

所属技术领域

本发明涉及一种薄膜激光在线打孔装置和方法，尤其是包装薄膜激光在线打孔装置和方法。

背景技术

包装薄膜是包装、印刷行业中常见的材料形式，在很多应用中都需要在其上加工出小孔，例如气调包装应用中为了增强包装薄膜透气性而在包装薄膜上加工的小孔，包装易撕口应用中为了削减包装薄膜强度而在包装薄膜上沿着撕缝加工的成排的小孔。

以气调包装应用为例，使用其上有小孔的包装薄膜(微孔膜)包装大呼吸速率的果蔬产品，既保护了果蔬产品免受外界灰尘、细菌等的影响，又能有效的调节包装内的气体环境、降低包装内的湿度、减少果蔬挥发性代谢产物的积累，达到保鲜、延长储存期的目的。

激光聚焦后功率密度高，可瞬间溶化或汽化辐照部位材料，且激光为非接触式加工，使得激光非常适于薄膜的打孔。目前薄型材料激光打孔装置多应用于卷烟水松纸、膏药、皮革等，对包装薄膜材料的适应性不佳。其原因是包装薄膜加工幅面较大且需要不同的打孔孔径和密度。

发明内容

本发明说要解决的技术问题是：提供一种包装薄膜的在线激光打孔方法，该方法可以在包装薄膜在线输送的工况下在包装薄膜上加工出小孔，小孔孔径可调，小孔密度可调，加工幅面可调。同时提供一种能够实现所述包装薄膜的激光在线打孔方法的激光打孔装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：一种款幅面包装薄膜激光在线打孔的设备，包括多个激光打孔单元，薄膜孔径监测装置，薄膜运动速度检测装置，控制计算机。所述激光打孔单元由一个脉冲激光器、一个扩束光学系统、一个二维扫描振镜、一个场镜聚焦系统组成。

本发明中所述激光打孔单元通过控制计算机控制，可以在其工作平面上一个正方形区域内输出聚焦激光光斑，并且可以控制输出的聚焦激光光斑在这一正方形区域内的运动路径矢量、运动速度。

本发明中所述薄膜孔径监测装置由一个高速相机捕捉运动中的薄膜的显微图像，并将显微图像传递到控制计算机。控制计算机通过软件识别图像中的信息，计算出孔径尺寸，与设定孔径比较，根据比较的结果通过控制计算机调整激光打孔单元的激光功率或者打孔时间，调整孔径大小。薄膜孔径监测装置安装在一个调整支架上，调整支架可以带动薄膜孔径监测装置在薄膜横向一定长度范围内来回往复运动，并可以获取薄膜孔径监测装置的位置信息和传递到控制计算机。通过这种方式，薄膜孔径监测装置可以监测薄膜横向不同激光打孔单元所加工的小孔，再通过控制计算机分别控制不同激光打孔单元的激光功率或者打孔时间。其有益效果是，可以消除激光打孔单元，特别是其中激光器的不稳定性对小孔孔径的影响，加工出的小孔孔径重复精度高。

本发明中所述包装薄膜运动速度检测装置可以为与薄膜供送装置某一辊子同轴安装的转速测量传感器。薄膜运动速度检测将检测到的辊子转速传递到控制计算机，控制计算机结合辊子直径计算出薄膜运动速度。

本发明所述控制计算机控制加工过程，控制量为激光打孔单元的功率、开关、激光光斑运动。输入其中的量为包装薄膜运动速度信号、薄膜的显微图像与薄膜孔径监测装置位置信息，激光打孔单元的状态反馈信息。

本发明原理如下：由控制计算机控制激光打孔单元发出聚焦激光光束作用于包装薄膜，在很短的时间内融化、汽化包装薄膜材料，在其上形成小孔。包装薄膜运动速度检测装置获得的包装薄膜运动速度信息、薄膜孔径监测装置获得的实际加工出的孔径信息传递到控制计算机，控制计算机根据用户设定的孔间距和孔径、包装薄膜运动速度、实际加工出的孔径动态调整激光打孔单元，保证加工质量。

本发明中所述打孔方法为激光跟随包装薄膜打孔，每个激光打孔单元可以在连续运动的包装薄膜上加工出一定幅面宽度、一定孔密度(一定列间距和一定行间距)、一定孔径大小的小孔。激光打孔单元一个加工周期内在包装薄膜上加工出一列小孔，由于包装薄膜连续运动，激光打孔单元执行下一加工周期，就在包装薄膜后方位置上加工出一列小孔，激光打孔单元重复加工周期，在包装薄膜上形成一定孔密度的小孔。

所述方法中一个孔的加工过程如下：控制计算机根据设定的打孔时间、激光功率和包装薄膜运动速度，计算得到聚焦激光光斑运动路径矢量、运动速度，控制激光打孔单元完成相应动作，保证激光光斑与薄膜在设定的打孔时间内保持相对静止，完成打孔。上述计算如下：聚焦光斑运动速度为包装薄膜运动速度，聚焦光斑运动路径矢量长度为包装薄膜运动速度与打孔时间的乘积，路径方向与薄膜运动方向一致。

所述方法中一列孔的加工过程如下：首先从这一列孔的一端第一个孔开始加工，而后加工第二个孔，直到这一列孔加工完毕；加工第一个孔的聚焦激光光斑运动路径矢量起点横向位置为该孔在薄膜上横向的位置，纵向位置为激光打孔单元作用区域在与包装薄膜运动速度相反的纵向上的极限位置；加工第二个孔的聚焦激光光斑运动路径矢量起点横向位置为该孔在薄膜上横向的位置，纵向位置为激光跳转到该矢量起点位置时，第二个孔与第一个孔的正确相对纵向位置。依次类推，直到加工出一列所有的孔。一列孔的排列图案可以通过控制计算机预设，实现一列孔不同图案排列、不同间距排列的打孔。同一列孔最多的孔数量限制为，加工一列孔的用时小于包装薄膜上某一点扫过激光打孔单元作用区域的时间，其与包装薄膜运动速度、激光打孔单元作用区域大小、单个孔的打孔时间、一列孔的孔数量、激光跳转用时有关。

本发明中所述打孔方法孔径的调节的实现如下所述：通过控制计算机控制激光打孔单元，调节聚焦激光光斑运动路径矢量的作用时间，调节打孔时间，调节孔径，或者调节激光功率调节孔径。孔列间距的调节的实现如下所述：前一列孔加工完成后，根据薄膜运动速度，调节前一列孔与后一列孔的加工时间间隔，由于薄膜连续运动，可以调节前一列孔和后一列孔的间距。

附图说明

以下附图说明所述激光打孔方法和具体实施实例。

图1为本发明所述激光打孔方法示意图。

其中1、包装薄膜；2、激光打孔单元作用区域；3、加工第一个孔的聚焦激光光斑运动路径矢量；4、加工第二个孔的聚焦激光光斑运动路径矢量；5、加工第三个孔的聚焦激光光斑运动路径矢量。

图2为使用所述打孔方法在包装薄膜上打出的一列小孔的示意图。

图3为使用所述方法调节一列孔的排列图案与间距的示意图。

图4为本发明一种具体实施例的结构示意图。

其中1、激光打孔单元；2、薄膜孔径监测装置；3、包装薄膜；4、薄膜运动速度检测装置。

图5为所述变化打孔幅面宽度示意图。

其中1、激光打孔单元的打孔区域；2、加工幅面宽度；3、激光打孔单元作用区域。

具体实施方式

结合图4，本发明提供的包装薄膜激光在线打孔的设备，由激光打孔单元1、薄膜孔径监测装置2、薄膜运动速度检测装置4、薄膜供送装置5、、可调整安装支架、控制计算机构成。

本实施例中激光打孔单元，由30w脉冲二氧化碳激光器、5.5倍扩束光学系统、二氧化碳激光振镜、110mm*110mm幅面场镜组成。其结构与参数为较为成熟的激光打标机配置。其可以在场镜下方距场镜185mm，110mm*110mm大小的平面上聚焦出激光光斑，并且可以使聚焦光斑在此区域沿任意路径移动，移动速度0～7000mm/s，其输出功率为0-30w区间任意可调。

本实施例加工幅面为330mm可调。单个孔加工时间为2ms、加工效率30m/min时，加工阵列孔最小间距为13.384mm。

本实施例中可调整安装支架的作用为：1、安放一个或多个激光打孔单元；2、分别调整每个激光打孔单元的高度；3、分别调整每个激光打孔单元的横向位置。其有益效果是，通过调整激光打孔单元的位置与控制计算机相关控制量，可以灵活变化打孔幅面宽度。具体实施方法如图5所示，激光打孔单元沿移动轴线移动，同时调节激光打孔单元打孔区域1，可以调整加工幅面宽度2。

Claims (6)

1.宽幅面薄膜激光在线打孔装置，它由多个激光打孔单元，薄膜孔径监测装置，薄膜运动速度检测装置，控制计算机组成。激光打孔单元由一个脉冲激光器、一个扩束光学系统、一个二维扫描振镜、一个场镜聚焦系统组成。其特征在于多个打孔单元分别安装在可调整支架上，其位置可根据加工幅面调整。

2.根据权利要求1所述的宽幅面薄膜激光在线打孔装置，其特征在于薄膜孔径监测装置可在线监测打孔孔径，并传输至控制系统，控制系统很据孔径偏离预设值的大小，调整激光功率、打孔时间保证打孔孔径的精确。

3.宽幅面薄膜激光在线打孔方法，其由激光跟随薄膜打孔方法、孔径调整方法、孔密度调整方法、加工幅面调整方法组成。其特征在于激光聚焦光斑与运动的薄膜保持相对静止，在薄膜打孔。

4.根据权利要求3所述的宽幅面薄膜激光在线打孔方法，其特征在于通过调整激光的功率和打孔时间，调整打孔孔径。

5.根据权利要求3所述的宽幅面薄膜激光在线打孔方法，其特征在于每个加工周期在薄膜上打一列孔，通过调整加工周期内激光运动路径，可以调整打孔图案与打孔行间距。

6.根据权利要求3所述的宽幅面薄膜激光在线打孔方法，通过调整加工两列孔之间的时间间隔，可以调整打孔列间距。