CN1104208C - 带状材料的开孔装置 - Google Patents

Abstract

一种带状材料的开孔装置，包含有在以规定速度行进于行进路线上的连接纸上照射脉冲激光束，从而在连接纸上间隔形成微孔的激光震荡头；获得在连接纸上形成的微孔的图像的摄像机；分析微孔的图像以求出微孔的大小及间距从而反馈控制激光震荡头的驱动的控制器，在连接纸上以规定的间隔稳定地形成规定大小的微孔，从而使连接纸具有所希望的通气度。

Description

带状材料的开孔装置

本发明涉及一种在用于连接香烟和过滤嘴所使用的连接纸等带状材料上形成微孔的良好的开孔装置。

近来，形成有用于调整通气度的微孔的连接纸被使用于带有过滤嘴的香烟制造中。在连接纸上形成微孔的开孔装置例如特开平5-138381号公报所公开的。该开孔装置的结构为，由激光源连续发射的激光束由多棱镜偏转而得到偏转激光束，该偏转激光束通过光学系统照射在以一定速度行进的连接纸上，从而在连接纸上以一定间隔形成微孔。

在上述开孔装置中，由于微孔的形成间隙由连接纸的行进速度和多棱镜的回转速度关系所决定，故开孔装置难以迅速适应在香烟的制造机中所制造的香烟种类变换时连接纸的变换。

总之，连接纸上适宜的微孔间隔根据过滤嘴香烟的品种而不同。此外，在微孔成列形成时，连接纸上的列数根据过滤嘴香烟的品种而不同。上述开孔装置如满足列数及形成间隔的条件，必须要改变光学系统的结构、连接纸的行进速度或多棱镜的回转速度。但是，在改变多棱镜回转速度时，由于照射连接纸的偏转激光束的强度发生变化而使微孔的大小变化。此外，在改变连接纸行进速度时，微孔的大小也会有变化。由于连接纸上形成的微孔的大小对于连接纸的通气度有较大的影响，故微孔的大小如与所需的尺寸不同，则难于制造具有所需通气度的连接纸。

因此，以往一般为测定连接纸的实际通气度，根据测定到的实际通气度来评价微孔形成的好坏如何，根据该评价的结果，调整例如偏转激光束强度或连接纸行进速度，将连接纸的通气度调整为所需。

但是，实际通气度的测定及微孔的评价只能在机下进行，需要时间。因而，为了调整通气度而在开孔装置或香烟制造机上的调整不能实时进行。其结果，由于上述的开孔装置与通气度测定装置相组合使用，故一边调整微孔的大小及间隔，一边以所希望间距稳定地形成所希望大小的微孔是很困难的。

本发明的目的在于提供一种能够在简单控制下可稳定地在带状材料上形成微孔，且能令人满意地将微孔的大小及形成间隔按照所需制造的带状材料的开孔装置。

本发明涉及的开孔装置具有设置于该开孔装置上的使带状材料沿行进路线行进的行进单元；面对行进路线设置，通过激光束间歇照射在行进线路上行进的带状材料，在带状材料上形成微孔的激光单元；实时检测至少一个与微孔形成有关的参数值的检测单元；以及能够根据所述检测的参数值控制所述激光单元的激光束照射动作的控制单元。

通过本发明涉及的开孔装置，能够根据实时检测的与微孔形成有关的参数值很好地控制激光单元的激光束照射动作，得到所需要的微孔尺寸及间隔。

检测单元最好包含有在激光单元的下游面朝所述行进路线设置的光学检测器。该光学检测器能光学地检测出在沿所述行进路线以规定速度行走的所述带状材料上形成的微孔中的至少一个微孔。

通过这种良好形态，进行与在带状材料上实际形成的微孔相适应的激光束照射动作的控制，能够去除或减少微孔的尺寸及形成间隔的变动。

检测单元也可含有用于检测所述带状材料行进速度的行进速度检测器。行进速度检测器可单独或与光学检测器共同使用。

通过这种良好的形态，对激光单元的激光束照射动作进行与实际的带状材料行进速度相符的控制，能够去除或减少带状材料行进速度对微孔的尺寸及形成间隔的影响。

开孔装置最好还包含有一个信息单元。该信息单元对所述光学检测器检测出的至少一个微孔的图像进行分析，产生表示分析结果的信息。例如，所述信息单元根据所述光学检测器检测出的至少一个微孔的尺寸产生尺寸信息。所述控制单元根据所述尺寸信息控制所述激光单元的激光束照射动作。所述激光单元可由脉冲驱动，输出脉冲激光束。所述控制单元对所述脉冲激光束的脉冲宽度及强度的至少一方进行调整。

通过该良好形态，依据在带状材料上实际形成且由光学检测器直接检测出的有关微孔的信息，反馈控制激光单元的激光束照射动作，从而使微孔成为所需尺寸。脉冲驱动类型的激光单元与使用多棱镜的类型的激光单元相比结构简单，能够使激光单元的激光束动作控制简单化。

所述信息单元也可将所述光学检测器检测出的有关至少两个微孔的至少一个图像进行分析，产生表示至少两个微孔的形成间隔的间隔信息。所述激光单元由脉冲驱动，输出脉冲激光束。所述控制单元根据所述间隔信息调整所述激光单元的脉冲驱动时间间隔。间隔信息可单独或与尺寸信息共同使用。

通过该良好形态，依据由光学检测器直接检测出的在带状材料上实际形成的微孔的形成间隔，反馈控制激光单元的激光束照射动作，能够得到所需的微孔形成间隔。脉冲驱动型的激光单元结构简单，其控制程序也简单。所述带状材料最好为连接香烟与过滤嘴而使用的连接纸。

通过该良好形态，可以控制连接纸上的微孔形成，能够由此将连接纸的通气度调整到所需的值，这样能够提高使用该连接纸片的过滤嘴香烟的质量。

附图的简要说明如下：

图1为本发明一实施例涉及的开孔装置的立体简图。

图2为将图1所示开孔装置的主要部件与沿行进路线行进的连接纸共同显示的简图。

图3为通过图2所示的摄像机光学检测出的、形成于连接纸上的微孔图像之一例的视图。

图4为对图2所示的激光震荡头施加驱动脉冲的时间图。

图5为在激光震荡头的驱动脉冲施加时间提前的情况下与图4相同的视图。

图6为在激光震荡头的驱动脉冲施加时间滞后的情况下与图4相同的视图。

图7为表示另一例微孔图像的视图。

以下参照附图对本发明一实施例所涉及的带状材料的开孔装置进行说明。

图1示出了在作为带状材料的连接纸上使用激光束开出微孔的单卷轴型开孔装置。开孔装置具有开卷台座2、开孔台座4以及绕卷台座6，这些部件相互分开设置。在开卷台座2的回转轴(图中未示出)上，装置有装着连接纸P的放出卷筒R1的卷轴8。此外，在绕卷台座6的回转轴(图中未示出)上，装置有为卷取在所述开孔台座4上开出微孔的连接纸P用的绕卷轴10。标记R2表示绕卷轴上绕卷连接纸P的卷筒。

开卷台座2、开孔台座4及绕卷台座6上分别安装有可自由回转的导向滚12、12a，由放出卷筒P1放出的连接纸被导向滚12、12a导引，通过开孔台座4导入至绕卷轴10。同时，由于导向滚12、12a限定了连接纸P的行进路线，特别是在开卷台座2上的上下一对导向滚12a具备有连接纸P的蛇形修正功能。绕卷基台6与导向滚12、12a共同构成使连接纸P行进的行进单元。

图中虽未示出，但在所述绕卷台座6的回转轴上通过电磁粉末离合器连接有电机，此外，开卷台座2的回转轴上安装有电磁粉末制动器。这样，通过电机驱动，所述绕卷轴10向一个方向回转。随着绕卷轴10的回转，由放出卷筒R1放出连接纸P，在通过所述开孔台座4时形成微孔，由绕卷轴10卷取。在此间，连接纸10由放出卷筒R1沿行进路线向绕卷轴10以一定速度行进。出自放出卷筒R1的连接纸P的放出张力由所述电磁粉末制动器保持一定，此外，由绕轴10的连接纸P的卷取张力也由上述电磁粉末离合器保持一定。

在所述开孔台座4上，在位于连接纸P行进路线上方设置有作为激光单元的激光开孔头14。如图2所示，激光开孔头14面朝连接纸行进路线的上游侧部分设置，在以规定的速度V行进于行进路线上的连接纸P上，通过例如脉冲激光束照射来间歇照射激光束，从而在连接纸P上形成微孔。在本实施例中，激光开孔头14由脉冲驱动从而产生脉冲激光束的碳酸气体激光震荡器14a，以及含有聚焦该脉冲激光束以照射于连接纸P上的聚焦透镜14b的光学系统构成。激光开孔头14支撑于直线调节器16上，在行进路线上的连接纸P的宽度方向上移动，并能够可变地设定脉冲激光束的照射位置。

此外，在开孔台座4与绕卷台座6之间设有作为信息单元的检测部件18，检测部件18对由激光照射在连接纸P上形成的微孔进行光学检测，检测出提供激光开孔头14的驱动控制用以及激光束照射控制用的信息，例如检测微孔的大小(面积S及/或长度(在本实施例中为面积))及其排列间距L。如图2所示，检测部件18设置于面朝连接纸行进路线下游侧部分中比激光开孔头14更下游处，由例如对连接纸P的表面图像摄像用的摄像机22和根据其摄像图像对微孔H的面积S及微孔H的排列间距L进行测算的图像处理部24构成。

开孔装置还含有作为控制单元的控制器26，控制器26基本功能是根据对应于由行进速度传感器28检测出的连接纸P的行进速度V的周期T，将驱动脉冲供给激光开孔头14的同时，根据图像处理部24的微孔H的分析结果，控制自激光开孔头14的脉冲供给。

具体为，控制器26根据目标间距与由检测部件18对微孔H的排列间距L的检测结果(实际间距)之间的偏差对激光开孔头14的激光震荡器14a的脉冲驱动周期T进行反馈控制，固定微孔H的排列间距L。此外，控制器26根据预先设定于该控制器中的目标面积与由检测装置18对微孔H的面积S的检测结果(实际面积)之间的偏差对脉冲激光束的脉冲宽度PW及/或脉冲激光束的输出强度进行反馈控制，使微孔H的大小一定。

以下对有关由检测部件18对微孔H的光学检测及其图像分析进行说明。

对在连接纸P上形成的微孔H进行光学检测的摄像机22由例如对连接纸P的微小领域在规定的时间内进行高速摄像的CCD摄像机构成。该摄像机22的摄像时间设定为与根据连接纸P的行进速度V而变化的激光开孔头14的脉冲驱动时间相同期。图3示出了通过摄像机22摄像的微孔H的图像的一例。

图像处理部24对这样的微孔H的图像进行分析，测算出在连接纸上形成一列的微孔H的面积S及间距L。

在间距L的测算中，图像处理部24从上述摄像时间中所得的图像中将微孔的图像规定部位的信息例如中心位置C抽出。由于连接纸P以一定的进行速度V行进，微孔H的摄像时间与形成微孔H的脉冲激光束的照射时间同期，所以，在各摄像时间得到的图像中微孔H的图像的位置C基本上是一定的。在该前提下，图像处理部24根据相对于在各摄像时间的微孔H的图像的位置C的标准位置的偏倚，检测出微孔H的排列间距的变动。

作为以上方法的替代，在能够通过摄像机22对在连接纸P的行进方向上含有的并列的多个微孔H的图像进行摄像的情况下，对这些微孔H的相邻孔的中心距进行直接测算，也可求出其排列间距L。

当测算微孔H(一般为椭圆形)的面积S时，图像处理部24分别测算所述图像中的微孔H的图像的长径a与短径b，根据这些测算尺寸求出微孔H的面积S(开口面积)。作为以上方法的替代，也可测算微孔H的图像部分的单位像素数，以求出面积S。这些图像的分析处理使用了专用的图像处理器等，可高速度地实时进行。

于是，控制器26根据上述图像分析结果，按例如图4至图6中虚线所示，调整激光开孔头14的激光震荡器14a的驱动脉冲宽度PW，改变激光震荡器的输出，以使微孔H的面积S成为规定值S0(图示略)。具体为，当微孔H的面积S比目标值S0大时，使驱动脉冲宽度PW变狭，激光震荡输出降低，由于脉冲激光束形成的微孔H的形成时间缩短，其后形成的微孔的面积也就变小。相反，当微孔H的面积S小于目标值S0时，驱动脉冲宽度PW加宽，激光震荡输出提高，由于脉冲激光束形成的微孔H的形成时间加长，其面积扩大。即通过图像处理，根据实时求得的微孔H的面积S与目标面积S0间的偏差，反馈控制激光开孔头14的激光震荡器14a的脉冲驱动时间，使微孔H的面积S一定。

与此同时，控制器26如前所述，根据求得的微孔H的排列间距L，反馈控制激光开孔头14的激光震荡器14a的脉冲驱动周期T。具体为，在排列间距L比规定值L0(图示略)长时，激光震荡器的脉冲驱动周期T如图5中T1所示那样缩短，使微孔H的形成周期变短，间距L变狭。相反，在排列间距L比规定值L0短时，脉冲驱动周期T如图6中T2所示那样加长，使微孔H的形成周期变长，间距L变宽。

采用本发明的装置，是根据有关微孔H的图像分析结果，如上所述来反馈控制激光开孔头14的激光震荡器14a的脉冲驱动的，不需对形成有微孔H的连接纸P的通气度进行实际的测定，就能够使具有与通气度条件相适合的尺寸(面积S)的微孔以适合于连接纸通气度条件所需的间距L稳定地形成，并且，能实时控制充分满足通气度要求的微孔H的形成，从而微孔H的形成效率很好，能够提高带微孔连接纸的生产效率。同时开孔装置可以对过滤嘴香烟的品种变更所伴随的微孔条件的变更进行灵活处理。

本发明并不只限于上述实施例，可以有各种变形。

例如，可将上述实施例变形，只根据连接纸行进速度控制激光开孔头14的脉冲驱动，即使在连接纸的行进速度有变动的情况下，也能够稳定地形成按需要的间距排列的具有所需尺寸的微孔。

此外，可用光学的轮廓传感器或面积传感器代替摄像机22，同样能够测算出微孔的尺寸及其排列间距。

此外，在上述实施例中，对在连接纸上形成一列微孔的单卷轴型开孔装置进行了说明，本发明也能够适用于在一条连接纸上形成两列以上微孔的开孔装置，或在开卷台座与绕卷台座之间同时行进的两卷以上的连接纸上分别形成一列或多列微孔的开孔装置。在各种情况下，只要根据微孔列数的合计在开孔台座上设置激光开孔头即可。

此外，在不脱离本发明守旨的范围内可有多种变形。

Claims (4)

1.一种带状材料的开孔装置，包括：使带状材料(P)沿设置于开孔装置上的行进路线(12、12a)行进的行进单元(6)；面朝所述行进路线设置，间歇照射激光束于沿所述行进路线行进的所述带状材料上，在所述带状材料上形成微孔(H)的激光单元(14)，所述激光单元由脉冲驱动，输出脉冲激光束；实时检测出与所述微孔的形成有关的至少一个参数(S、a、b)值的检测单元(22)，所述检测单元包含在所述激光单元下游面朝所述行进路线设置的光学检测器(22)，该光学检测器能光学地检测出在沿所述行进路线以规定速度行进的所述带状材料上形成的微孔中的至少一个微孔；根据所述检测出的参数值对所述激光单元的激光束照射动作进行控制的控制单元(26)，所述控制单元根据所述间隔信息，对所述激光单元脉冲驱动时间间隔(T)进行调整；对有关所述光学检测器检测出的至少一个微孔的图像进行分析，产生表示分析结果的信息的信息单元(24)，所述信息单元将所述光学检测器检测出的有关至少两个微孔的至少一个图像进行分析，产生表示至少两个微孔的形成间隔的间隔信息(L)。

2.根据权利要求1所述的带状材料的开孔装置，其特征在于，所述检测单元含有检测所述带状材料行进速度的行进速度检测器(28)。

3.根据权利要求1所述的带状材料的开孔装置，其特征在于，所述信息单元产生表示所述光学检测器检测出的至少一个微孔的尺寸的尺寸信息(S)；所述控制单元根据所述尺寸信息，对所述脉冲激光束的脉冲宽度及强度中的至少一方进行调整。

4.根据权利要求1所述的带状材料的开孔装置，其特征在于，所述带状材料为连接香烟和过滤嘴所使用的连接纸(P)。

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