CN205914892U - 棒状物的激光穿孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种棒状物的激光穿孔装置，通过改变激光的光路使其会聚至棒状物表面，该装置具有发射激光的激光光源；将激光折射至棒状物上预定工位的折射镜；以及设在折射镜和激光光源之间的光衍射器件，光衍射器件的入射端对应激光光源的出射端，折射镜置于光衍射器件的出射端光路中；该装置结构简单小巧，能够轻松实现不同排距多排打孔。

Description

棒状物的激光穿孔装置

技术领域

本实用新型涉及一种打孔设备，尤其是一种棒状物的激光穿孔装置，属于激光加工设备技术领域。

背景技术

通过在卷烟上打孔，从而在抽吸卷烟时使外部空气进入滤嘴对主流烟气进行稀释，使吸入人体的焦油量相对减少，该项技术已经成为业内采用最广泛和最有效的降焦技术；目前开发和利用的卷烟打孔技术主要有机械打孔、电火花打孔和激光打孔等技术，其中激光打孔由于打孔均匀、透气稳定度高等优点，成为国际上广泛采用的方式；激光打孔的基本原理是：利用单台连续激光器输出连续激光束，并将其聚焦于旋转式多棱镜的某个工作面上；这个工作面在旋转过程中将激光束依次扫过n个（例如4、8、16、32个）紧密排列的独立聚焦系统，每个独立的聚焦系统在激光扫过时接受到一部分激光；当多棱镜旋转时，每一个多棱镜的工作面都给上述的n个聚焦系统分配一个脉冲，这样旋转式多棱镜便将进入的连续激光束分成n路脉冲激光输出；n路脉冲激光分别经n个独立的聚焦系统聚焦于连续运动的卷烟上，从而在卷烟上打出n排直线型排列分布的小孔。

经过检索发现，中国专利号：00220865.2提到的卷烟激光打孔装置，在实际使用过程中存在在调整烟支上激光穿孔位置时需要更换不同规格的聚焦头来进行调整，规格有限，打孔位置距离抽吸端11mm - 15mm之间，超过范围的嘴棒部分打不了孔，且整个光路系统中使用的激光镜片数量多，增加了后续维护成本。中国专利号：200820041253.3提到的在线式卷烟激光打孔机的光学传导装置，在穿双排孔或三排孔式要增加有多组镜片组成的转换装置才能实现，成本增加，维护复杂。且双排孔或三排孔之间的距离是固定的。另外激光是通过分光的方式进行穿孔，由于分光镜的误差不可能分成两束能量相同的激光，所以每个孔大小上也不一样，影响整支烟通风度的稳定性。中国专利号201280060691.3所述的多个烟支通风部，特别是靠近吸嘴端的孔，分别位于在双支长度烟支的吸嘴端口，两孔排间距离只有2 - 8毫米，该距离太小使得无法利用常规的光路设计和器件加工实现。

另外当目前的结构方式要实现三排孔以上的排孔数由于空间位置的限制基本是不可能实现的。单双排等孔由于聚焦头内聚焦镜片是固定的所以打出来的孔都是平行的，形式单一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种结构简单小巧，能够轻松实现不同排距多排打孔的棒状物的激光穿孔装置。

为了达到以上目的，本实用新型公开的棒状物的激光穿孔装置，通过改变激光的光路使其会聚至棒状物表面，该装置具有发射激光的激光光源；将所述激光折射至棒状物上预定工位的折射镜；以及设在所述折射镜和激光光源之间的光衍射器件，所述光衍射器件的入射端对应激光光源的出射端，所述折射镜置于光衍射器件的出射端光路中。

本实用新型的优选方案是：

进一步的，折射镜为长条状的柱面镜，所述柱面镜的长度方向与棒状物的长度方向一致。

进一步的，柱面镜为平凸柱状球面透镜、平凹柱状球面透镜、双凸柱状球面透镜和双凹柱状球面透镜中的一种。

进一步的，棒状物待穿孔部置于所述柱面镜的正投影中。

进一步的，还包括反射镜，所述反射镜置于光衍射器件的出射端光路中，所述折射镜置于所述反射镜的反射光路上。

进一步的，反射镜为n个，其中n为正整数，当第1个反射镜置于光衍射器件的出射端光路中时，第2个反射镜置于第1个反射镜出射端管路中...，第n+1个反射镜置于第n个反射镜出射端管路中，所述折射镜置于第n+1个反射镜的反射光路中。

本实用新型有益效果为：该装置通过部件的优化选择减少了透镜组数量，采用柱状球面聚焦镜进一步减小了设备的体积，同时可以方便实现电脑设定单排孔、双排孔及多排孔，孔距电脑设定可调。而且这种穿孔方法通过改变打孔脉冲时序和衍射器件控制激光偏振角度还能实现波浪形孔、锯齿形孔等，使打孔方式多样化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型使用状态示意图；

图2为激光打孔脉冲时序图；

图3为在每根烟支上打单排孔的示意图；

图4为在每根烟支上打双排孔的示意图；

图5为在每根烟支上打单排波浪孔的示意图；

图6为在每根烟支上打双排波浪孔的示意图；

图7为多排打孔时光路示意图。

具体实施方式

实施列一

如图1所示当烟支旋转至第一孔位置时，激光束1经过衍射器件2控制偏转角度，激光束向左偏转α₁角度后先后通过反射镜片3、反射镜片4后再经过平凸柱状球面透镜5将激光聚焦到内排烟支6嘴棒表面一定位置上，打完内排烟支后控制系统又控制衍射器件2使激光束向右偏转α₂角度，激光再经过聚焦镜片时则将激光焦点聚焦在外排烟支7嘴棒表面的一定位置上，随着烟支的旋转到达第二个孔的位置，重复上述打孔过程，这样往复在双烟支嘴棒上打完设定的单排N孔后从而完成单排孔打孔模式，再进行下一烟支打孔程序。

系统控制中是通过倍频技术将原烟支上进行激光穿孔的脉冲个数加倍，高电平时间减少来实现激光能量的恒定，如图2所示。原单烟支打孔脉冲1经过50%分光镜分成两路激光再经过聚焦镜片将激光聚焦到双烟支表面形成单排孔，现用技术将激光脉冲倍频，每个孔一个独立脉冲；如图3和图4所示，衍射器件控制角度左摆动到α₁时激光脉冲2打在内排烟支上，衍射器件控制角度向右回摆动到α₂时（α₂=2*α₁）激光脉冲2’打在外排烟支上，衍射器件停留在α₂位置上一段时间后（烟支旋转到达第二个孔位置，其间隔的时间由烟支运行速度同步信号检测计算得到）激光脉冲打外排烟第二个孔，后将衍射器件控制角度回摆动α₂时打内排烟的第二个孔，这样往复将设定的打孔数N打完在内外排烟支上后再进行下支烟打孔。

从而在双烟支上形成单排孔打孔模式，由于脉冲能量2=2’,所以内外烟支上所有激光打孔孔径也基本大小一致。在单排孔的模式下如将打外排烟第二孔时衍射器件控制角度调整为α₃（α₃≠α₁）进行打孔，打内排烟第二孔时衍射器件控制角度为α₄（α₄=2*α₃）进行打孔，这样第一孔和第二孔不在一条平行线上，控制系统按这样的规律打完所设N孔后，整体再去看这N孔在烟支嘴棒表面的分布就像一波浪形状或锯齿形状如图5和图6所示。

实现打孔多样化的功能。而且改变衍射器件的控制角度能将激光打孔从嘴棒抽吸端部打到嘴棒的底部，如图7所示单烟支打孔范围L=过滤嘴长度，打孔位置范围大，孔距又可调，满足多种打孔工艺需求。当打双排孔时将衍射器件控制角度控制为β₁，β₂时激光脉冲3’，3”打在内排烟支上，当衍射器件控制角度控制为β₃，β₄时激光脉冲3’”,3””打在外排烟支上，由于衍射器件的震动频率要远高于激光的发射频率，激光在进行3’,3”,3’”,3””激光打孔时相对与衍射器件的控制信号几乎相当于静止，所以四束同能量的激光在烟支嘴棒上的打孔基本保持与烟支的轴线一致。

按上述规律激光继续打单排的第二个孔直至打完所设单排N孔为止，这样就形成了平行打双排孔的模式。双排孔的孔距还可以通过设定衍射器件在控制角度从β₁到β₂时之间的时间就能控制两孔之间的距离，时间越长孔距越大。同样的原理在允许的条件下可进行多排孔激光打孔。

除上述实施例外，本实用新型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，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种棒状物的激光穿孔装置，通过改变激光的光路使其会聚至棒状物表面，其特征在于：该装置具有发射激光的激光光源；将所述激光折射至棒状物上预定工位的折射镜；以及设在所述折射镜和激光光源之间的光衍射器件，所述光衍射器件的入射端对应激光光源的出射端，所述折射镜置于光衍射器件的出射端光路中。

2.根据权利要求1所述的棒状物的激光穿孔装置，其特征在于：所述折射镜为长条柱状的球面镜，所述球面镜的长度方向与棒状物的长度方向一致。

3.根据权利要求2所述的棒状物的激光穿孔装置，其特征在于：所述球面镜为平凸柱状球面透镜、平凹柱状球面透镜、双凸柱状球面透镜和双凹柱状球面透镜中的一种。

4.根据权利要求2所述的棒状物的激光穿孔装置，其特征在于：所述棒状物待穿孔部置于所述柱状球面镜的正投影中。

5.根据权利要求1或2所述的棒状物的激光穿孔装置，其特征在于：还包括反射镜，所述反射镜置于光衍射器件的出射端光路中，所述折射镜置于所述反射镜的反射光路上。

6.根据权利要求5所述的棒状物的激光穿孔装置，其特征在于：所述反射镜为n个，其中n为正整数，当第1个反射镜置于光衍射器件的出射端光路中时，第2个反射镜置于第1个反射镜出射端管路中...，第n+1个反射镜置于第n个反射镜出射端管路中，所述折射镜置于第n+1个反射镜的反射光路中。