CN108296645B - 一种激光打孔分束聚焦装置及其配套的烟支激光打孔机 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种激光打孔分束聚焦装置，包括：两束分布于同一平面内的非平行激光，该平面垂直或者平行于工作面；光路偏转器，主要由一对镜面相对且平行分布的第一折射镜和第二折射镜组成；分束装置，主要由一个分光镜和同轴安装的第三折射镜组成；聚焦装置，主要由第一聚焦装置和第二聚焦装置组成，分别安装在第三折射镜和烟支之间，以及分光镜折射光路和烟支之间；烟支平行于工作面。

Description

一种激光打孔分束聚焦装置及其配套的烟支激光打孔机
技术领域
本发明涉及一种激光打孔分束聚焦装置及其配套的烟支激光打孔机，尤其是一种激光打孔孔排距宽范围连续可调的分束聚焦装置，属于烟草设备加工技术领域。
背景技术
目前的激光打孔机中，参见见图9、10、11，来自机器后身的光束，直接进入分光装置分光后，再经过透镜聚焦，照射在烟支表面，其器件表面距离烟支表面距离只有4毫米。
由于设备内部空间狭小，打孔装置的四周分布有其他功能器件和装置，激光器发出的激光，直接分光并聚焦后，使得聚焦装置的出光口距离烟支太近，最大只有4mm，其结果是烟支打孔时产生的灰尘很容易得以进入光路内部，或堵塞出光口或在镜片上聚集，影响镜片的性能从而破坏打孔的正常，同时也不能够使用较多外延性的设备来改变光路的分布。
经过检索发现，中国专利201620699067.3公开了一种烟支打孔位置连续可调节的分束装置，他是采用对分束半反镜和反射镜进行角度偏转，实现位置调节的，但是无法将两路光上下分布的光路改成平行分布后分光。
另外，由于聚焦装置是套接在分光筒上滑动调节间距的，所以分光筒上必然要开设一个通槽，一是为了形成光路通道，另一方面是确保聚焦装置的轴向间距调节，因此两者之间的光路并非完全封闭的，该种设计可能会导致灰尘进入光路，从而干扰整个光路的运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，机械空间位置限制的前提下如何通过技术手段解决两束上下分布的入射光最终平行分成四个或者更多光点。
一种激光打孔分束聚焦装置，包括：
入射激光，入射激光为两束分布于第一平面内的非平行激光，第一平面垂直或者平行于工作面；
光路偏转器，主要由一对镜面相对且平行分布的第一反射镜和第二反射镜组成；入射激光经过第一反射镜的输出和第二反射镜的反射后输出，第一反射镜和第二反射镜之间的两束激光分布于第二平面内，第二平面与工作面相交；
第二反射镜输出的两束激光分布于第三平面，第三平面与第一平面平行；
分束装置，主要由一个分光镜和同轴安装的第三反射镜组成，分光镜和第三反射镜之间的两束激光分布于第三平面内，第三反射镜的两束输出激光和分光镜的两束输出激光均分布于第三平面内；
聚焦装置，主要由第一聚焦装置和第二聚焦装置组成，分别安装在第三反射镜和烟支之间，以及分光镜反射光路和烟支之间；烟支和第一聚焦装置之间的两束激光，以及烟支和第二聚焦装置之间的两束激光均分布在第四平面内，第四平面平行于第一平面，并且第四平面与烟支相交,所述烟支平行于工作面。
本方案原理是：首先对入射光进行位置偏转，再分光变换后方进行聚焦打孔，该技术方案整体体积可以做的很小，完全符合设计初衷。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，所述第一反射镜与入射激光相交并且其延长面与工作面相交，所述第二反射镜与第一反射镜出射光相交并且其延长面与工作面相交。
进一步的，以第一反射镜的出射光路为斜边、以出射光路与第一反射镜的交点向工作面作垂直线为一条直角边做直角三角形形成的直角三角形，交点所在的顶角角度为0-180度。
进一步的，顶角角度为20-150度。
进一步的，所述分光镜与第二反射镜的出射光相交并且其延长面与工作面相交，所述分光镜的反射光与第一聚焦装置相交；所述第三反射镜与所述分光镜的透射光相交并且其延长面与工作面相交，所述第三反射镜的出射光与第二聚焦装置相交；分别将两路入射光，聚焦至烟支表面，形成四个沿烟支长轴方向分布的灼烧点。
进一步的，两束入射激光同一端的延伸线相交。
一种激光打孔机，包括：双路激光光源、光路偏转器、聚焦装置、分束装置、分光导轨、分离式拨烟辊和烟支旋转鼓轮，烟支在分离式拨烟辊和烟支旋转鼓轮的相对转动中沿自身旋转，所述光路偏转器确保入射光和出射光所构成的面在偏转前后与工作面相对状态保持一致、所述的分束装置确保进入每一个聚焦装置的两束光，所形成的面与入射光平面平行，且与烟支长轴的左右分布；聚焦装置通过各自的底座滑动连接分光导轨所述双路激光光源、光路偏转器、聚焦装置相互串联形成一个连贯的光学通道将激光汇聚至烟支表面。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，聚焦装置包括同轴分布的第一聚焦装置和第二聚焦装置。
进一步的，分光导轨为燕尾槽型结构。
进一步的，第一聚焦装置和第二聚焦装置的物镜为反射镜，所述的透镜的输出光，经过物镜反射后才聚焦到烟支表面，确保每一个聚焦装置的两束输出光，所形成的面垂直于工作面且与烟支长轴平行的左右分布。
总之，本发明采用上述技术方案后，能够在不改变入射光分布和原空间大小的前提下，顺利实现烟支同时打四孔，同时由于将整个光路从光路中分离出来，这样就能够保证整个光路无论怎样调节都能确保整个光路的密封和洁净。
附图说明
图1是聚焦总成结构正视图。
图2是图1的俯视图。
图3为激光打孔机的结构示意图。
图4为分光和反射镜的镜片安装示意图。
图4.1为系统光路示意图，其中偏转角度20-75度。
图5是聚焦总成结构正视图。
图6是图5的俯视图。
图7为激光打孔机的结构示意图。
图8为分光和反射镜的镜片安装示意图。
图8.1为系统光路示意图，其中偏转角度大于90度。
图9是现存设备聚焦总成结构原理图。
图10是现存设备的光路图。
图11为激光打孔机的结构示意图。
图中：入射光1，偏振器2，第一反射镜2.1，第二反射镜2.2，出射光3，分光镜4，第三反射镜5，第一聚焦装置6，第二聚焦装置7，烟支8，燕尾形分光导轨9，分离式拨烟滚10，烟支旋转鼓轮11，工作面12，物镜6.1，物镜7.1，透镜6.2，透镜7.2，反射镜7.3。
具体实施方式
实施例1
该实施例中，两束入射光的第一平面垂直于工作面，为上下分布，所以其分光镜和第三反射镜的反射面第三平面必须垂直方向，才能形成与第一平面平行。
构成：烟支旋转鼓轮11、分离式拨烟滚10、双倍长度的烟支8、聚焦总成（偏振器2、第一聚焦装置6、第二聚焦装置7）、入射光1如图3所示：
①受入射光1已经成上下分布的现状以及机械位置的限制，两路激光首先必须进行位置偏转后方可进行聚焦打孔，输入激光经过偏振器2内的第一反射镜2.1，第二反射镜2.2斜向反射后，再使激光光路先沿径向位置偏转，偏转的激光再经过分光镜4分光，其中一路输出光依次经过反射镜7.3，透镜6.2，物镜6.1后会聚到烟支表面，另一路再依次经过第三反射镜5，反射镜7.3、透镜7.2，物镜7.1后会聚到烟支表面。
②透镜和物镜构成一个光路折叠的光学器件，经聚焦透镜聚焦的光束经物镜反射后才照射到烟支表面，从而适应更小的安装空间。
③由至少2个，由分光镜4、第三反射镜5，反射镜7.3，聚焦透镜6.2、7.2和物镜6.1、7.1，构成一个可整体移动的聚焦装置，和具有支撑作用并限制聚焦装置移动的燕尾形分光导轨构成。
④第一聚焦装置与光路偏振器及两聚焦装置之间采用隔离环方式或伸缩隔离筒方式将激光光路与外界分开，避免灰尘进入光路系统。
⑤所述的燕尾形分光导轨与光路偏振器固定连接，两聚焦装置沿燕尾形分光导轨前后移动可调，位置调好后通过顶丝将聚焦装置固定在导轨上，所述燕尾形导轨上还设有刻度标记，能记录聚焦装置在导轨上的当前位置。
两片反射镜片构成的光路偏振器使得光路反射时为沿非直角传输的方式而是沿勾股弦直角三角形的弦边，以一定的斜角角度进行反射，角度范围与垂直边之间0-180度，优选20--150度。
分光镜4、第三反射镜5、反射镜7.3、聚焦透镜和物镜构成一个光路折叠的光学器件，经聚焦透镜聚焦的光束经物镜反射后才照射到烟支表面，从而适应更小的安装空间，减少灰尘对聚焦透镜的影响，延长聚焦透镜的使用寿命。同时，聚焦透镜的焦距不受物镜和烟支连线方向延伸空间尺寸的约束，可以采用更大的焦距，从而形成更大的焦深，提高打孔的稳定性。
根据聚焦镜片焦深的计算公式:
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中： f 为焦点长度；
D 为输入光斑直径；
M2 为光束模式参数；
λ为波长；
ρ为公差因子。
通过公式可看出焦深dof正比于f2(焦距），焦距越大焦深b也就越长，对于烟支的跳动带来的影响就越小，所以激光穿孔形成的烟支通风度数据也就越稳定。
实施例2
两束入射光的第一平面平行于工作面，为左右分布，所以其分光镜和第三反射镜的反射面第三平面必须水平方向，才能形成与第一平面平行。
偏转器处理后的入射光其基准高度提高了h，所以无须再经过分光镜4和第三反射镜5的向上反射再次提高其基准高度，同时，平面四必须平行平面一，所以，省略了反射镜7.3，也实现了比现存设备更大的距离。
构成：烟支旋转鼓轮11、分离式拨烟滚10、双倍长度的烟支8、聚焦总成（偏振器2、第一聚焦装置6、第二聚焦装置7）、入射光1如图7所示：
①入射光1已经成左右分布，两路激光首先进行位置偏转后进行聚焦打孔，输入激光经过偏振器2内的第一反射镜2.1，第二反射镜2.2斜向反射后，再使激光光路先沿径向位置偏转，偏转的激光再经过分光镜4分光，其中一路输出光依次经过透镜6.2，物镜6.1后会聚到烟支8表面，另一路再依次经过第三反射镜5，透镜7.2，物镜7.1后会聚到烟支8表面。
②透镜和物镜构成一个光路折叠的光学器件，经聚焦透镜聚焦的光束经物镜反射后才照射到烟支表面，从而适应更小的安装空间。
③由至少2个，由分光镜4、第三反射镜5，聚焦透镜7.2/6.2和物镜7.1/6.1，构成一个可整体移动的聚焦装置，和具有支撑作用并限制聚焦装置移动的燕尾形分光导轨构成。
④第一聚焦装置与光路偏振器及两聚焦装置之间采用隔离环方式或伸缩隔离筒方式将激光光路与外界分开，避免灰尘进入光路系统。
⑤所述的燕尾形分光导轨9与光路偏振器2固定连接，两聚焦装置沿燕尾形分光导轨前后移动可调，位置调好后通过顶丝将聚焦装置固定在导轨上，所述燕尾形导轨上还设有刻度标记，能记录聚焦装置在导轨上的当前位置。
两片反射镜片构成的光路偏振器使得光路反射时为沿非直角传输的方式而是沿勾股弦直角三角形的弦边，以一定的斜角角度进行反射，角度范围与垂直边之间0-180度，优选20-150度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光打孔分束聚焦装置，其特征在于：包括：
入射激光，所述入射激光为两束分布于第一平面内的非平行激光，所述第一平面垂直或者平行于工作面；
光路偏转器，由一对镜面相对且平行分布的第一反射镜和第二反射镜组成； 所述入射激光经过第一反射镜的输出和第二反射镜的反射后输出，第一反射镜和第二反射镜之间的两束激光分布于第二平面内，所述第二平面与工作面相交；
第二反射镜输出的两束激光分布于第三平面，所述第三平面与第一平面平行；
分束装置，由一个分光镜和同轴安装的第三反射镜组成， 分光镜和第三反射镜之间的两束激光分布于第三平面内，所述第三反射镜的两束输出激光和分光镜的两束输出激光均分布于第三平面内；
聚焦装置，由第一聚焦装置和第二聚焦装置组成，分别安装在分光镜反射光路和烟支之间,以及第三反射镜和烟支之间；所述烟支和第一聚焦装置之间的两束激光，以及烟支和第二聚焦装置之间的两束激光均分布在第四平面内，所述第四平面与烟支相交,所述烟支平行于工作面。
2.根据权利要求1所述的激光打孔分束聚焦装置，其特征在于：
所述第一反射镜与入射激光相交并且其延长面与工作面相交，所述第二反射镜与第一反射镜出射光相交并且其延长面与工作面相交。
3.根据权利要求1所述的激光打孔分束聚焦装置，其特征在于：以第一反射镜的出射光路为斜边、以出射光路与第一反射镜的交点向工作面作垂直线为一条直角边做直角三角形形成的直角三角形，交点所在的顶角角度为0-180度。
4.根据权利要求3所述的激光打孔分束聚焦装置，其特征在于：顶角角度为20-150度。
5.根据权利要求1所述的激光打孔分束聚焦装置，其特征在于：所述分光镜与第二反射镜的出射光相交并且其延长面与工作面相交，所述分光镜的反射光与第一聚焦装置相交；所述第三反射镜与所述分光镜的透射光相交并且其延长面与工作面相交，所述第三反射镜的出射光与第二聚焦装置相交；分别将两路入射光，聚焦至烟支表面，形成四个沿烟支长轴方向分布的灼烧点。
6.根据权利要求1所述的激光打孔分束聚焦装置，其特征在于：两束入射激光同一端的延伸线相交。
7.一种采用如权利要求1-6任一项所述激光打孔分束聚焦装置的激光打孔机，包括：双路激光光源、光路偏转器、聚焦装置、分束装置、分光导轨、分离式拨烟辊和烟支旋转鼓轮，烟支在分离式拨烟辊和烟支旋转鼓轮的相对转动中沿自身旋转，所述光路偏转器确保入射光和出射光所构成的面在偏转前后与工作面相对状态保持一致，所述的分束装置确保进入每一个聚焦装置的两束光，所形成的面与入射光平面平行，且沿烟支长轴的左右分布；聚焦装置通过各自的底座滑动连接分光导轨；所述双路激光光源、光路偏转器、聚焦装置相互串联形成一个连贯的光学通道将激光汇聚至烟支表面。
8.根据权利要求7所述的激光打孔机，其特征在于：聚焦装置包括平行分布的第一聚焦装置和第二聚焦装置。
9.根据权利要求7所述的激光打孔机，其特征在于：分光导轨为燕尾槽型结构。
10.根据权利要求7所述的激光打孔机，其特征在于：第一聚焦装置和第二聚焦装置均包括物镜和透镜，所述物镜为反射镜，所述透镜的输出光经过物镜反射后才聚焦到烟支表面，确保每一个聚焦装置的两束输出光，所形成的面垂直于工作面且与烟支长轴平行。
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Application publication date: 20180720

Assignee: JIANGSU RUICHI ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Nanjing Zhishengda Automation Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020980003233

Denomination of invention: Laser drilling beam splitting focusing device and cigarette laser drilling machine matched with same

Granted publication date: 20200407

License type: Exclusive License

Record date: 20200619

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