CN116982728A - 一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置 - Google Patents
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Abstract
一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，包括运输细棒的鼓状旋转轮、设于鼓状旋转轮圆周外侧的细棒拨滚以及具有双路几乎平行输出光束的聚集镜组，细棒拨滚旋转轴与鼓状旋转轮旋转轴构成平面‑1，所述聚集镜组输出的双路光束的光主轴构成平面‑2，所述平面‑1与平面‑2相交形成β角，β为0±15°。细棒拨滚的圆周对应双路光束照射到方位设有弧形通光槽或者一系列周向分布的通光孔，所述聚焦镜组用于汇聚外部激光设备射出的激光，外部激光设备和细棒拨滚配合工作具有：当细棒拨滚旋转至通光槽或者通光孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、外部激光设备发射激光通过聚焦镜组汇聚至细棒烟支的表面形成孔洞的工作状态，以及当细棒拨滚旋转至通光槽或者若干通光孔背离聚焦镜组时、以及外部激光设备关闭激光的非工作状态。
Description
技术领域
本发明属于激光打孔技术领域，特别涉及一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置。
背景技术
自在线卷烟激光打孔装置在卷烟降焦减害、提升抽吸舒适性方面应用以来，得到越来越多的市场认可，常规的在线卷烟激光穿孔，采用3点位置的安装以及12点位置的安装，其工作原理是细棒烟支由鼓状旋转轮表面的吸附槽带动进行输送运行，到达打孔位置时，由细棒拨滚将细棒烟支拨离吸附槽沿鼓状旋转轮表面滚动，带动烟支原地360度旋转，期间由脉动的激光光束进行聚集穿孔完成细棒烟支表面打孔。
由于安装位置的不同，带来激光聚集光束与烟支相对位置的不同，使得运行过程中数据稳定性出现差异，例如：对于所谓3点位置的穿孔装置，即为：安装在3点方位，聚集光束与烟支拨滚、旋转鼓轮中心连线在轴向的投影之间存在夹角α，受机械空间限制，一般情况下该角度设定为（20-45）°，且光束的聚焦焦点为聚焦光束的光轴与烟支旋转轴的连线与烟支表面的交汇点附近。如图1a和图1b示意图。
由于存在夹角α，而这个方向的烟支跳动无法利用烟支拨滚进行制约，所以尽管采用一体式的拨滚来增加稳定性，但是数据往往还是波动大。
再例如所谓的12点打孔，即为：安装在12点方位，聚集光束与烟支拨滚、旋转鼓轮中心连线之间夹角α近似为0，其本质为三者在轴向的投影成“三点一线”的组合。如图2a和图2b示意图。
可见，由于聚集光束与细棒拨滚、烟支、旋转鼓轮连线之间不存在夹角α即“三点一线”的组合，且聚集光束这个方向烟支的跳动得到烟支拨滚的制约，所以尽管采用分体的拨滚，烟支穿孔数据往往还是比较稳定，但是由于聚集光束需要穿过拨滚的中心附近，所以常规的拨滚一直是左右分离式拨滚，因而拨滚长度较短，与烟支接触长度较短，受到聚集装置宽度的限制（图2b）有时无法到达过滤嘴位置，更不能靠近聚集点附近而遮挡激光，所以阻碍了烟支稳定性的进一步提高。
进一步的研究发现：如果烟支中烟丝分布、烟支软硬度都比较均匀的情况下，所谓12点的穿孔方式，相比3点的穿孔方式，具有比较明显的数据稳定性的优势。
但是如果烟支中烟丝分布均匀性不好、烟支软硬度不佳都的情况下，所谓3点的穿孔方式由于采用了一体延长式拨滚，而12点的穿孔方式只能采用分体式拨滚（光束需要穿过中心线）相比拨滚长度较短，相比，具有3点方式又具有一定的数据稳定性的优势。
对此，本发明人从提高在线卷烟打孔数据稳定性方面，针对拨滚的改进提出了专利申请。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线细棒拨转式激光穿孔的改进装置，从而克服上述现有技术中的缺陷。
一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，包括运输细棒的鼓状旋转轮、设于鼓状旋转轮圆周外侧的细棒拨滚以及具有双路几乎平行输出光束的聚集镜组，细棒烟支由鼓状旋转轮表面的吸附槽带动进行输送运行，到达打孔位置时，由细棒拨滚将细棒烟支拨离吸附槽沿鼓状旋转轮表面滚动，由聚集后光束完成细棒烟支表面打孔；鼓状旋转轮、细棒拨滚、聚焦镜组如此地顺序排列：细棒拨滚旋转轴与鼓状旋转轮旋转轴构成平面-1，所述聚集镜组输出的双路光束的光主轴构成平面-2，所述平面-1与平面-2相交形成β角，β为0±15°。针对细棒烟支在打孔时，细棒烟支与烟支拨滚旋转轴与鼓状旋转轮旋转轴连线相对位置（即平面-1）的检测，可以参考一下发明人的另一项专利申请202010127625.X一种打孔轴同步校准装置，文中揭示了一种利用光学标示线进行拨滚和鼓轮中心投影连线，进而进行位置校准的方法，该方案对于利用光学标示线对空间的两个点进行投影连线，为形成平面-1、平面-2提供了很好的技术手段。
细棒拨滚的圆周对应双路光束照射到方位设有弧形通光槽或者一系列周向分布的通光孔，所述聚焦镜组用于汇聚外部激光设备射出的激光，外部激光设备和细棒拨滚配合工作具有：当细棒拨滚旋转至通光槽或者通光孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、外部激光设备发射激光通过聚焦镜组汇聚至细棒烟支的表面形成孔洞的工作状态，以及当细棒拨滚旋转至通光槽或者若干通光孔背离聚焦镜组时、以及外部激光设备关闭激光的非工作状态。
进一步的，β为0°。
进一步的，细棒拨滚为长度与烟支细棒长度相匹配，或者细棒拨滚的长度两端小于烟支长度（3-10）mm，如此设置，使得细棒拨滚对细棒烟支进行拨转时，能够避开烟支的点燃端防止烟丝受挤压而脱落，所述通光槽为沿拨滚圆周分布的长弧形槽。
进一步的，细棒拨滚的通光槽为沿细棒拨滚圆周分布的长弧形槽，所述弧形槽的弧长与细棒烟支的圆周周长C相对应，当该通光槽连通细棒烟支和聚焦镜组时，确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过，从而聚集在细棒烟支圆周表面形成孔洞。
进一步的，通光孔为若干沿细棒拨滚圆周分布的一系列的圆孔或者椭圆形孔，所述一系列的圆孔或椭圆形孔沿拨滚圆周上的拨转面分布、与细棒烟支的圆周周长C相对应，当每一圆孔或者椭圆形孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过、从而聚集在细棒烟支圆周表面与所述圆孔或者椭圆形孔对应的区域形成一个孔洞或者一组孔洞。
进一步的，细棒拨滚的圆周由至少两个等份圆周面构成，每个等份的圆周面由滚转面L2和避空面构成，所述滚转面L2为与细棒烟支接触使得细棒滚转的接触面，所述避空面为完成细棒拨转后，方便细棒进入吸附槽的一段直径较小的弧形区域，在此弧形区域内，细棒拨滚与细棒烟支几乎不接触。
进一步的，鼓状旋转轮表面的吸附槽节距为L1，所述避空面在滚转面的径向处对应弧长L3，满足节距L1=L2+L3；
工作时，所述细棒拨滚的每个等份圆周面的滚转面L2和避空面L3的弧长节距（L2+L3）与鼓状旋转轮表面吸附槽的节距L1对应且同步。
进一步的，细棒拨滚的上有二或四或六或八个等份滚转面。
进一步的，细棒拨滚为4等份的滚转圆周面。
进一步的，卷烟细棒的直径为d，卷烟周长C，所述L2大于等于C。
进一步的，所述聚焦镜组由聚焦镜片构成、或者由聚焦镜片和反射镜片的组合构成，聚焦镜组所形成的汇聚到烟支表面的激光聚焦光束的聚焦点，位于所述细棒拨滚旋转轴与鼓状旋转轮旋转轴所构成的平面-1与细棒烟支圆周交汇点附近，靠近细棒拨滚一侧的圆周区域内。
进一步的，细棒拨滚为一体化加工的一体化的细棒拨滚，或者为分段加工的多节细棒拨滚进行组装而成。
进一步的，当所述细棒拨滚为多节细棒拨滚组装而成时，圆周连接键的长度L4大于圆周连接槽的长度L5，其中（L4-L5）的差值为通光槽轴向宽度，大于所通过激光光束的最大直径。
有益效果：本申请在烟支质量不佳情况下，能够适应机器更高的速度，具有更高的打孔数据稳定性。
附图说明
图1a和图1b为现有技术示意图。
图2a和图2b为现有技术示意图。
图3为本申请空间位置设计示意图。
图4和图5a、图5b为鼓状旋转轮和拨滚的尺寸配合关系示意图。
图6a和图6b为拨滚的光路结构示意图，其中图6b给出了β角为零的最优方案。
图7a为拨滚和细棒的长度关系示意图。
图7b为多节细棒拨滚装配结构示意图。
图8a通光槽在在细棒拨滚圆周分布的示意图。
图8b为通光孔在细棒拨滚圆周分布的示意图。
图9a.1和图9a.2为一种2点位置安装的结构变化形式示意图。
图9b.1和图9b.2为一种6点位置安装的结构变化形式示意图。
实施例
实施例1
一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，包括鼓状旋转轮和位于鼓状旋转轮两侧的输入装置和输出装置，所述输入装置和输出装置负责向鼓状旋转轮供应和输出卷烟，在输入装置和细棒输出装置之间的鼓状旋转轮圆周外侧设有拨滚装置和具有双路几乎平行输出光束的聚集镜组，鼓状旋转轮、细棒拨滚、聚焦镜组从下至上顺序排列（请参考图3、图4）：其中细棒拨滚旋转轴线与鼓状旋转轮旋转轴线构成平面-1，所述聚集镜组输出的双路光束的光主轴构成平面-2，所述平面-1与平面-2相交形成β角，β为0±15°（参见图3和图6a、图8a），最佳的状态是β为0（参见图6b、图8b、图9a、图9b），鼓状旋转轮表面设置有若干吸附槽，拨滚装置由一体化拨滚组成，当鼓状旋转轮表面设吸附槽内卷烟到达拨滚与鼓状旋转轮中心连线附近时，卷烟受拨滚拨动离开烟支吸附槽A开始沿鼓状旋转轮表面滚转，所述拨滚面的线速度与鼓状旋转轮相对面的线速度相等且方向相反，使得卷烟能够围绕轴向原地滚转360°，由聚焦装置发出聚焦激光在卷烟圆周表面实现穿孔。
请参考图6a、图6b，聚焦镜组由聚焦镜片构成、或者由聚焦镜片和反射镜片的组合构成，所述聚焦镜组所形成的汇聚到烟支表面的激光聚焦光束的聚焦点，位于所述细棒拨滚旋转轴线与鼓状旋转轮旋转轴线所构成的平面-1向细棒拨滚靠近的一侧该连线与细棒拨滚的圆周交汇的圆周区域内
参见图7a和图7b，细棒拨滚为长度与烟支细棒长度相匹配，或者细棒拨滚的两端长度小于烟支长度3-10mm。
参考图8a，拨滚装置的拨滚为一体化拨滚，圆周局部开有通光槽，通光槽为设置在拨滚轴向、激光聚焦光束穿过的区域，沿拨滚圆周分布的长弧形槽。弧形槽的弧长与细棒烟支的圆周周长C相对应，当该通光槽连通细棒烟支和聚焦镜组时，确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过，从而聚集在细棒烟支圆周表面形成孔洞。
请参考图8b，通光孔为若干沿细棒拨滚圆周分布的一系列的圆孔或者椭圆形孔，一系列的圆孔或椭圆形孔与拨滚圆周上的拨转面分布、细棒烟支的圆周周长C相对应，当每一圆孔或者椭圆形孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过、从而聚集在细棒烟支圆周表面与所述圆孔或者椭圆形孔对应的区域形成一个孔洞或者一组孔洞。
请参考图5a、图5b，鼓状旋转轮表面的吸附槽节距为L1，拨滚的圆周由至少两个等份滚转面构成，或者四、六、八个等份滚转面，优选滚转面为4，每个等份滚转面由滚转面L2和避空面构成，避空面在滚转面的径向处对应弧长L3，L1=L2+L3。
卷烟细棒的直径为d，卷烟周长C，L2大于等于C。
请参考图7a、图7b，细棒拨滚为一体化加工的一体化的细棒拨滚，或者为分段加工的多节细棒拨滚进行组装而成。当所述细棒拨滚为多节细棒拨滚组装而成时，圆周连接键的长度L4大于圆周连接槽的长度L5，其中（L4-L5）的差值为通光槽轴向宽度，大于所通过激光光束的最大直径。
实施例2
一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，包括鼓状旋转轮和位于鼓状旋转轮两侧的输入装置和输出装置，所述输入装置和输出装置负责向鼓状旋转轮供应和输出卷烟，在输入装置和细棒输出装置之间的鼓状旋转轮圆周外侧设有拨滚装置和具有双路几乎平行输出光束的聚集镜组，鼓状旋转轮、细棒拨滚、聚焦镜组从上至下（请参考图9b.1和图9b.2）或者斜45度角的从左到右顺序排列（请参考图9a.1、图9a.2）：其中细棒拨滚旋转轴线与鼓状旋转轮旋转轴线构成平面-1，聚集镜组输出的双路光束的光主轴构成平面-2，平面-1与平面-2相交形成β角，β为0±15°（原理与实施例1一致，请参考图3和图6a、图8a），最佳的状态是β为0（参见图6b、图8b、图9a、图9b），鼓状旋转轮表面设置有若干吸附槽，拨滚装置由一体化拨滚组成，当鼓状旋转轮表面设吸附槽内卷烟到达拨滚与鼓状旋转轮中心连线附近时，卷烟受拨滚拨动离开烟支吸附槽A开始沿鼓状旋转轮表面滚转，所述拨滚面的线速度与鼓状旋转轮相对面的线速度相等且方向相反，使得卷烟能够围绕轴向原地滚转360°，由聚焦装置发出聚焦激光在卷烟圆周表面实现穿孔。
请参考图6a、图6b，聚焦镜组由聚焦镜片构成、或者由聚焦镜片和反射镜片的组合构成，所述聚焦镜组所形成的汇聚到烟支表面的激光聚焦光束的聚焦点，位于细棒拨滚旋转轴线与鼓状旋转轮旋转轴线所构成的平面-1向细棒拨滚靠近的一侧该连线与细棒拨滚的圆周交汇的圆周区域内
参见图7a和图7b，细棒拨滚为长度与烟支细棒长度相匹配，或者细棒拨滚的两端长度小于烟支长度3-10mm。
参考图8a，拨滚装置的拨滚为一体化拨滚，圆周局部开有通光槽，通光槽为设置在拨滚轴向、激光聚焦光束穿过的区域，沿拨滚圆周分布的长弧形槽。弧形槽的弧长与细棒烟支的圆周周长C相对应，当该通光槽连通细棒烟支和聚焦镜组时，确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过，从而聚集在细棒烟支圆周表面形成孔洞。
请参考图8b，通光孔为若干沿细棒拨滚圆周分布的一系列的圆孔或者椭圆形孔，所述一系列的圆孔或椭圆形孔与拨滚圆周上的拨转面分布、细棒烟支的圆周周长C相对应，当每一圆孔或者椭圆形孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过、从而聚集在细棒烟支圆周表面与所述圆孔或者椭圆形孔对应的区域形成一个孔洞或者一组孔洞。
请参考图5a、图5b，鼓状旋转轮表面的吸附槽节距为L1，拨滚的圆周由至少两个等份滚转面构成，或者四、六、八个等份滚转面，优选滚转面为4，每个等份滚转面由滚转面L2和避空面构成，避空面在滚转面的径向处对应弧长L3，L1=L2+L3。
卷烟细棒的直径为d，卷烟周长C，L2大于等于C。
请参考图7a、图7b，细棒拨滚为一体化加工的一体化的细棒拨滚，或者为分段加工的多节细棒拨滚进行组装而成。当所述细棒拨滚为多节细棒拨滚组装而成时，圆周连接键的长度L4大于圆周连接槽的长度L5，其中（L4-L5）的差值为通光槽轴向宽度，大于所通过激光光束的最大直径。
以下数据为在同一客户相同机型相同品牌生产的相邻机台采集的数据：
表1：烟支软硬度均匀时的12点打孔方式数据汇总表。
。
表2：烟支软硬度均匀时的3点打孔方式数据汇总表。
。
表1、表2对比可见，当烟支软硬度均匀时，12点位置打孔的数据表现出比3点位置打孔数据较高的稳定性。
表3：烟支软硬度均匀时的本案技术方案的数据：
。
表4：烟支软硬度不均时的12点打孔方式数据汇总表。
。
表5：烟支软硬度不均时的3点打孔方式数据汇总表。
。
表4、表5对比可见，当烟支软硬度不均匀时，12点位置打孔的数据并不能表现出比3点位置打孔数据更高的稳定性。
表6：烟支软硬度不均时的本案打孔方式数据汇总表。
。
可见，本案与现有技术方案对比，在烟支质量不佳情况下，具有更高的数据稳定性。
本案的优点如下：
实现了在聚焦光束穿过拨滚中心附近的情况下，一体化的细棒拨滚，从而提高了烟支拨转的稳定性。
细棒拨滚的加长，增加了与细棒烟支的接触面积，从而在需要同等烟支旋转摩擦力的情况下，烟支压实距离更大，从而减少烟支的端部落实。
烟支压实距离大，从而减少烟支的变形，提高了烟支质量。
由于拨滚与烟支接触长度加长，提高了拨转时的烟支稳定性，所以适应更高的打孔速度。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (13)
1.一种提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，包括运输细棒的鼓状旋转轮、设于鼓状旋转轮圆周外侧的细棒拨滚以及具有双路几乎平行输出光束的聚集镜组，其特征在于，鼓状旋转轮、细棒拨滚、聚焦镜组如此地顺序排列：细棒拨滚旋转轴与鼓状旋转轮旋转轴构成平面-1，所述聚集镜组输出的双路光束的光主轴构成平面-2，所述平面-1与平面-2相交形成β角，β为0±15°；
所述细棒拨滚对应双路光束照射到的圆周方位设有弧形通光槽或者一系列周向分布的通光孔，所述聚焦镜组用于汇聚外部激光设备射出的激光，外部激光设备和细棒拨滚配合工作具有：当细棒拨滚旋转至通光槽或者通光孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、外部激光设备发射激光通过聚焦镜组汇聚至细棒烟支的表面形成孔洞的工作状态，以及当细棒拨滚旋转至通光槽或者若干通光孔背离聚焦镜组时、外部激光设备关闭激光的非工作状态。
2.根据权利要求1所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：β为0°。
3.根据权利要求1所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：细棒拨滚为长度与烟支细棒长度相匹配，或者细棒拨滚的两端长度小于烟支长度3-10mm。
4.根据权利要求1所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述细棒拨滚的通光槽为沿细棒拨滚圆周分布的长弧形槽，所述弧形槽的弧长与细棒烟支的圆周周长C相对应，当该通光槽连通细棒烟支和聚焦镜组时，确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过，从而聚集在细棒烟支圆周表面形成孔洞。
5.根据权利要求1所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述通光孔为若干沿细棒拨滚圆周分布的一系列的圆孔或者椭圆形孔，所述一系列的圆孔或椭圆形孔与拨滚圆周上的拨转面分布、细棒烟支的圆周周长C相对应，当每一圆孔或者椭圆形孔连通细棒烟支和聚焦镜组时、确保外部激光设备发射的光束能够无阻挡地通过、从而聚集在细棒烟支圆周表面与所述圆孔或者椭圆形孔对应的区域形成一个孔洞或者一组孔洞。
6.根据权利要求1所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述细棒拨滚的圆周由至少两个等份圆周面构成，每个等份的圆周面由滚转面L2和避空面构成，所述滚转面L2为与细棒烟支接触使得细棒滚转的接触面，所述避空面为完成细棒拨转后，方便细棒进入吸附槽的一段直径较小的弧形区域，在此弧形区域内，细棒拨滚与细棒烟支几乎不接触。
7.根据权利要求6所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述鼓状旋转轮表面的吸附槽节距为L1，所述避空面在滚转面L2的径向处对应弧长L3，满足节距L1=L2+L3；
工作时，所述细棒拨滚的每个等份圆周面的滚转面和避空面的弧长节距（L2+L3）与鼓状旋转轮表面吸附槽的节距L1对应且同步。
8.根据权利要求5所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述细棒拨滚的上有二或四或六或八个等份滚转面。
9.根据权利要求8所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：优选细棒拨滚为4等份的滚转面。
10.根据权利要求6所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述卷烟细棒的直径为d，卷烟周长C，L2大于等于C。
11.根据权利要求1所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述聚焦镜组由聚焦镜片构成、或者由聚焦镜片和反射镜片的组合构成，所述聚焦镜组所形成的汇聚到烟支表面的激光聚焦光束的聚焦点，位于所述细棒拨滚旋转轴与鼓状旋转轮旋转轴所构成的平面-1与细棒烟支圆周交汇点附近，靠近细棒拨滚一侧的圆周区域内。
12.根据权利要求1或3所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：所述细棒拨滚为一体化加工的一体化的细棒拨滚，或者为分段加工的多节细棒拨滚进行组装而成。
13.根据权利要求11所述的提高在线烟支打孔数据稳定性的拨滚装置，其特征在于：当所述细棒拨滚为多节细棒拨滚组装而成时，圆周连接键的长度L4大于圆周连接槽的长度L5，其中L4-L5的差值为通光槽轴向宽度，大于所通过激光光束的最大直径。
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