CN1820888A - 一种医药用薄型材料的激光在线打孔的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种医药用薄型材料的激光在线多头打孔方法和装置。本方法是：将激光器输出的连续高功率激光经过光学分光和经过一个或多个旋转多棱镜(5)扫描分光，分成多束脉冲激光，实现同时在连续运动的医药用薄型材料的传送架(8)上通过局部汽化在线打多排透气孔。本装置设有激光器，以及由半透半反镜组(2)和全反镜组(3)、一个或多个旋转多棱镜和一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头(6)组成的光学变换机构；光学变换机构将连续激光束形成多个激光打孔头(9)，它们位于医药用薄型材料的传送架(8)上，每一个打孔头内装有辅助气体喷射机构。本发明具有激光能量利用效率高和结构简单、成本低、性能可靠等优点。

Description

一种医药用薄型材料的激光在线打孔的方法和装置

技术领域

本发明属于激光加工技术，具体涉及一种医药用薄型材料的激光在线多头打孔方法和装置。

背景技术

橡胶膏剂作为中药的主导剂型产品之一，在中药的发展中占有重要地位。但传统橡胶膏剂由于透气性差，会给患者带来皮肤红肿、瘙痒、溃烂等副作用。为了解决这个问题，近几年来采用了机械接触式冲孔打孔方法对生产的部分产品进行打孔，以增加产品透气性，为橡胶膏剂产品的发展起到了较好的促进作用。该方法虽然成本低，但存在刀头难加工、易磨损、产品收率低、外观不美等缺点。近年来，随着科学技术发展，激光技术也不断在药品生产中得到应用，用激光对生产的橡胶膏剂进行打孔能提高产品收率和质量，且生产效率高，易管理。2001年初，河南羚锐集团委托华中科技大学激光研究院进行“CO₂激光超微切孔技术”的研发工作。经过近四年的攻关，研究成功全自动的“CO₂激光超微切孔设备”，目前该成套设备与工艺已在羚锐公司得到了很好的应用，前后共投入六台激光在线打孔设备。采用该设备生产的密集微孔膏药受到了患者的广泛欢迎，该公司与华中科技大学联合就本项目的设备和工艺申请了一项发明专利和一项实用新型专利：发明专利：非金属薄型材料激光制孔的方法和设备(申请号02139127.0)和实用新型：一种膏药材料的激光打孔装置(申请号02279414.X)。

上述专利技术的核心是使用多台并联50瓦和100瓦射频CO₂激光器和高速振镜系统，并采用高速、高精度硬件控制系统及自主版权控制软件，同时配以高精度位移传感单元，辅以恒温、排烟、安全保障系统，是一套光机电一体化的自动切孔设备，可满足幅宽900毫米、生产线速度6～8米/分钟的生产要求。

但是目前采用的中小功率射频激励CO₂激光切孔方式不仅存在投资大，加工过程中产生的废屑易堵塞排气系统等缺点，而且最重要的是该种加工方式已经被专利保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种医药用薄型材料的激光在线多头打孔方法和装置，以便能够克服上述现有技术的不足。

本发明采用如下的技术方案：

本发明提供的医药用薄型材料的激光在线打孔方法，包括由激光器输出激光和通过光学装置形成激光打孔头，其中：将激光器输出的连续高功率激光，经过光学分光和经过一个或多个旋转多棱镜扫描分光，分成多束脉冲激光，实现多排同时打孔，即分别由多个聚焦头在连续运动的医药用薄型材料的传送架上通过局部汽化在线同时打多排透气孔。

本发明提供的医药用薄型材料的激光在线打孔装置，包括激光器和光学变换机构，其中：光学变换机构由半透半反镜组和全反镜组，一个或多个旋转多棱镜和一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头组成，其将激光器输出的连续激光束形成多个激光打孔头，在激光打孔头内部装有辅助气体喷射机构，这些打孔头位于医药用薄型材料的传送架上，打孔头固定不动，医药用薄型材料连续运动，每一个打孔头在连续运动的医药用薄型材料上打出一列透气孔。

本发明与现有技术相比，不仅具有速度快、成本低、孔径小，无接触、膏药损耗少等突出效果，而且能够充分利用激光能量，激光功率没有限制，可多头同时加工、加工效率很高、技术容易实现，完全能够解决现有技术存在的缺陷。

附图说明

图1为本发明中光学分光示意图。

图2为本发明中一种打孔设备的具体实施方式示意图。

图3为激光打孔头9的位置关系示意图。

具体实施方式

本发明提供的医药用薄型材料的激光在线打孔方法为高功率连续激光器+光学分光+旋转棱镜扫描分光实现多路同时打孔，具体是：将激光器输出的连续高功率激光，经过光学分光和经过一个或多个旋转多棱镜5扫描分光，分成多束脉冲激光，实现多排同时打孔，即分别由多个聚焦头在连续运动的医药用薄型材料上通过局部汽化在线同时打多排透气孔。医药用薄型材料是指医用橡胶膏(以下简称膏药)、贴膜、巴布剂、包衣片剂和包衣丸剂等。

根据在线打宽幅的要求，建议将光学分光和旋转棱镜扫描分光相结合。首先利用光学分光将一个高功率激光束分成多束可满足单幅打孔要求的低功率激光束，然后利用旋转多棱镜扫描分光方法对每一个单幅进行打孔。

激光束必须通过外光路系统将光束传输到要打孔的位置，激光器的能力是否能够发挥出来，外光路的设计非常重要。膏药在线打孔要求在很宽的区域内同时打孔，不论采用怎样的激光器都必须解决宽幅面内同时打孔这个问题，本发明采用纵向多排打孔，其要求将激光束分割成所要求的多束激光脉冲，多棱镜分光技术特别适合。多棱镜分光纵向多排打孔比振镜打孔效率更高，能够承受更高的激光功率，因此与更高激光功率配合能够获得更高的打孔能力，具有更好的发展前景。多棱镜分光纵向多排打孔是目前最高速的打孔技术，每一个旋转多棱镜的分光可以达到2～20束脉冲激光。通过一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头6，使脉冲激光经过反射、聚焦后分别输出，形成多个在线高速激光打孔头9。

本发明提供的医药用薄型材料的激光在线打孔装置，包括激光器和光学变换机构。如图1、图2和图3所示：光学变换机构由半透半反镜组2和全反镜组3，一个或多个旋转多棱镜5和一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头6组成。光学变换机构将激光器输出的连续激光束形成多个激光打孔头9，在其内部装有辅助气体喷射机构，这些打孔头位于膏药传送架8上，打孔头固定不动，膏药连续运动，每一个打孔头在连续运动的膏药上打出一列透气孔。

上述激光器可采用高功率连续激光器1；或者可采用多个普通激光器代替一个高功率连续激光器1，分别进行分光。高功率连续激光器1可采用最成熟性价比最高的轴快流CO₂激光器，其对于保障生产稳定性能和高效非常重要。功率范围在2000～5000瓦的轴快流CO₂激光器已经非常成熟。

激光器提供打孔的能力，激光功率越高，打孔的能力越强。在目前适于工业应用的激光器中，波长10.6μm的CO₂激光器最适于加工非金属材料，其中的高功率快流CO₂激光器是最成熟性价比最高的激光器，目前已经有数万台高功率快流CO₂激光器用于工业应用。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，高功率连续CO₂激光器1输出的光经过一组光学半透半反镜2和全反镜3，分成N束能量为原光束1/N的连续光4，以便于在宽幅面内同时打孔，例如8束。

如图2所示，经过光学分光后的一束连续光4照射在高速旋转的多棱镜5上，这里的多棱镜采用八边形，如果边数为其它也是可以的。多棱镜5将光束4分成八束脉冲光，通过八支光聚焦头6进行聚焦，聚焦的质量越好，打孔的效率越高。其中光聚焦头6内安装有反射镜，其作用是首先将进入的脉冲光束的方向转变为垂直方向，然后对其进行聚焦。如果多棱镜的边数改变，则分出的光的数目相应变化。

医药用薄型材料例如膏药在传送架8上移动，移动方向与多棱镜的轴向一致，移动的速率由走料机构7通过工控机控制。在传送架8上装有八支与聚焦头6位置对应的激光打孔头9，其内有辅助气体喷射装置，用于将汽化的膏药材料吹走，保持生产线清洁，这是生产线目前普遍采用的方法。如果多棱镜分出的光为其它数目，则聚焦头6的数目与之对应。

图3为打孔头的位置关系示意图，每个方块代表一组打孔头9，每组里打孔头的数目由多棱镜分出的光束数目决定，例如8个。因为膏药生产线上膏药未裁减之前的幅宽约为900mm，打孔头这样分布，就是为了满足这个幅宽的同时打孔。打孔头固定不动，膏药连续运动，每一个打孔头在连续运动的膏药上打出一列透气孔。

本发明的激光器的开关和功率大小，多棱镜5的转速，走料机构7的拉动速率，激光打孔头9中的辅助气体喷射装置的开关，均由工控机控制。

本发明提供的医药用薄型材料的激光在线打孔装置，其工作原理是：激光器输出连续高功率激光，经过光学分光和经过一个或多个旋转多棱镜5扫描分光，分成多束脉冲激光，实现多排同时打孔，即分别由多个光聚焦头6在连续运动的医药用薄型材料上通过局部汽化在线同时打多排透气孔。

Claims (8)

1.一种医药用薄型材料的激光在线打孔方法，包括由激光器输出激光和通过光学装置形成激光打孔头，其特征在于：将激光器输出的连续高功率激光，经过光学分光和经过一个或多个旋转多棱镜(5)扫描分光，分成多束脉冲激光，实现多排同时打孔，即分别由多个固定不动的聚焦头在连续运动的医药用薄型材料的传送架(8)上通过局部汽化在线同时打多排透气孔。

2.根据权利要求1所述的激光在线打孔方法，其特征在于：将一个高功率激光束先用光学分光的方法分成多束较低功率的激光束，再通过旋转多棱镜扫描分光方法对每一个单幅进行打孔。

3.根据权利要求1所述的激光在线打孔方法，其特征在于：每一个旋转多棱镜的分光形成2～20束脉冲激光。

4.根据权利要求1或3所述的激光在线打孔方法，其特征在于：通过一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头，使脉冲激光经过反射、聚焦后分别输出，形成多个在线高速激光打孔头。

5.一种医药用薄型材料的激光在线打孔装置，包括激光器和光学变换机构，其特征在于：光学变换机构设有半透半反镜组(2)和全反镜组(3)，一个或多个旋转多棱镜(5)，一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头(6)；该机构将激光器输出的连续激光束形成多个激光打孔头(9)，在激光打孔头内部装有辅助气体喷射机构，这些打孔头位于医药用薄型材料的传送架(8)上，打孔头固定不动，医药用薄型材料连续运动，每一个打孔头在连续运动的医药用薄型材料上打出一列透气孔。

6.根据权利要求5所述的激光在线打孔装置，其特征在于：激光器采用高功率连续激光器(1)。

7.根据权利要求6所述的激光在线打孔装置，其特征在于：高功率连续激光器(1)采用轴快流CO₂激光器。

8.根据权利要求6所述的激光在线打孔装置，其特征在于：采用多个普通激光器代替一个高功率连续激光器(1)，分别进行分光。

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