[发明专利]一种双激光器水松纸打孔光学系统在审

专利信息
申请号: 202010664304.3 申请日: 2020-07-10
公开(公告)号: CN111761204A 公开(公告)日: 2020-10-13
发明(设计)人: 邵华江;李思佳 申请(专利权)人: 上海嘉强自动化技术有限公司
主分类号: B23K26/046 分类号: B23K26/046;B23K26/382;G02B26/12;G02B27/09
代理公司: 北京权智天下知识产权代理事务所(普通合伙) 11638 代理人: 李海燕
地址: 201600*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 激光器 水松 打孔 光学系统
【说明书】:

发明公开了一种双激光器水松纸打孔光学系统,包括2组光路系统,该2组光路系统共用1片多面棱镜;每组光路系统包括CO2激光器、第一金属平面反射镜、第二金属平面反射镜、扩束负焦镜、扩束正焦镜、长焦聚焦镜构成1套主光路,以及包括长焦准直镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、短焦聚焦镜组构成n套子光路,本发明基于超高速激光扫描打孔光学特性,通过双激光器共同出光打孔,在超高速走纸下有助于改善打孔毛刺,降低变异系数,拓宽透气度上下限,并有效提高宽幅面水松纸多道打孔效率。

技术领域

本发明涉及CO2激光器打孔技术领域,具体为一种双激光器水松纸打孔光学系统。

背景技术

激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、淬火、熔覆、打孔、微加工等多种激光加工工艺,利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束具有与加工材料的非接触性、加工速度快与质量优异等优势,奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。

水松纸作为香烟过滤嘴外包层,具有良好精致的外观,通常需要在上面进行激光打孔,以改善空气通透能力和空气稀释度,降低消费者抽烟时吸入体内的焦油量等,从而最大程度上减少吸烟对人体健康的危害,提高感官体验。而作为10.6um左右波长的CO2激光器,由于高吸收率因素,是水松纸激光打孔中不可替代的激光器。

随着时代的发展进步,消费者对香烟的外观要求越来越高,这就不可避免影响到水松纸的制作,多道繁琐的制作工艺,将使得最终水松纸的厚度较以前偏厚,而表面的印层、镀层等,会进一步影响到水松纸最终在激光打孔中对激光的吸收率,吸收率降低或者厚度偏厚,都意味着打孔过程需要激光束与材料更长时间的接触或者更高的使用功率,才能保证孔型一致性、降低毛刺与变异系数。

目前,CO2激光器虽然已稳定在千瓦、万瓦级,但从工业市场使用来看,同一台高功率CO2激光器,其低功率出光与高功率出光下的光束质量、能量分布模式上会有所区别,通常情况下,低功率出光在能量分布模式与光束质量上均会相对偏好,国产激光器上尤为明显;同样的,低功率CO2激光器相对于高功率CO2激光器而言,能量分布模式与光束质量上能够做到更好,这就意味着2台同样功率的低功率CO2激光器,其组合效率与效果上会明显高于单台2倍功率的高功率激光器。

这对于超高速的水松纸激光打孔而言,影响会比较明显,大量的用户端加工数据表明,通过提高功率改善水松纸打孔透气度变异系数与毛刺等,远不如通过提高水松纸与激光的接触时间来改善效果。

然而从目前市面上使用的水松纸打孔机光路系统来看,几乎都采用单激光器与单组主光路与多道子光路来进行激光打孔。典型的,市面上比较常见的有8、16、32道子光路打孔系统,随着子光路数的增多,需要匹配不同面数的多面棱镜,在激光打孔中会要求更高的激光输出功率。

众所周知,判别水松纸打孔优劣性的,不仅仅有高低透气度包容性、透气度变异系数、孔型一致性、孔毛刺等,还包含打孔效率、走纸速度、单位长度上的孔数、激光能量利用率等,这其中多因素影响,相互矛盾牵制。

比如高的走纸速度,就会增大变异系数、恶化孔型一致性、毛刺偏多等,为了改善这一矛盾,一种方案是以减少多面棱镜扫描角降低子光路数量,即降低了打孔道数,这不利于提高单位时间打孔效率;一种方案是提高激光器出光功率,在超高速多道打孔时,对变异系数特别是单道低透气度等的改善有限,但激光能量利用率会降低;一种方案是减少单位长度上的孔数,虽然减少孔数一定程度上有助于改善以上问题,但为保证透气度相应的孔型会偏大,在使用时会降低水松纸韧性,在多道实现高透气度时,透气度上限会随之降低,从而影响了高低透气度包容性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双激光器水松纸打孔光学系统,以解决上述背景技术中提出的问题。

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