[实用新型]一种香烟过滤嘴激光打孔机的光学装置

说明书

本实用新型属于激光打孔机，特别是一种用于降低香烟的焦油含量，在香烟过滤嘴上打孔的激光打孔机的光学装置。

目前，烟草工业的关键之一是如何有效地降低香烟的焦油含量，减少焦油中尼古丁对人体健康的危害。采用的基本措施之一是在香烟过滤嘴上打孔。具体操作是在制作过滤嘴的包装用的水松纸上打一排、或两排、或多排小孔，这样在吸烟者吸烟的同时吸入了一定量的空气，达到降低焦油含量的目的。如果不进行打孔，一包质量优良的香烟的焦油含量约为18毫克，而一包打孔后的这种香烟的焦油含量可以根据需要准确地控制在为0.5到12毫克之间的任何一个固定含量值。打孔的方法有电火花打孔和激光打孔。电火花打孔由于其固有的不稳定性难以准确地控制焦油含量因而质量难以保证，透气度不稳定也不均匀。激光打孔是目前最好的方法，具有打孔均匀、稳定可靠、透气度准确、孔型大小和密度等关键指标易于控制等优点。德国BAASEL公司目前有一种标准的香烟过滤嘴激光打孔机，其技术关键是：①、用精密多面体棱镜(例如14面棱镜、或28面棱镜、或56面棱镜等等)与高速电机配合(最大转速为每分钟42000转)组成高速旋转多棱镜，首先将连续波激光器的光束变换成高速脉冲激光(每秒最高16万个脉冲)；②、高速旋转多面棱镜将光束依次导入16路并行光学系统形成16路脉冲激光；③、聚焦系统将空间分离的16路激光聚焦在水松纸表面，并行地同时在水松纸的16个部位进行高速打孔，打孔速度最高达到每秒16万个。BAASEL公司的技术方案的主要缺点是结构复杂、体积庞大(总体积大于3000mm×2000mm×1500mm)、灵活性差(只适合于线下打孔而不适合于在线打孔)、成本很高(一台打孔机一般超过150万美圆)。国内外还有少量其他过滤嘴激光打孔机方案，但因速度和其他问题未能在标准的香烟生产线上应用。生产线上要求的打孔速度最低为每秒2万个，线下打孔一般要求更快，并且打孔机都必须与计算机相配合全自动控制。

本实用新型的目的是提供一种香烟过滤嘴激光打孔机的光学装置，这种激光打孔机的光学装置，能够将一路光直接分成多路光束，而且结构简单、应用灵活、不仅可以线下打孔，而且可以在线打孔(即与卷烟机配合同步打孔、实现一边打孔一边包装)，总成本不到BASSEL公司的八分之一。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：一、直接采用高频脉冲激光器作为激光光源，其脉冲频率可达200kHz、脉冲宽度为3-6μS之间可调、单脉冲能量为10-100mJ可调，这种激光器的打孔最高速度为每秒20万个。二、采用镜片分光系统将激光器发出的一路光直接分成多路光束，可以是2路、或3路、或4路、-----、或16路以至更多路，避免使用结构复杂、控制困难的高速旋转多棱镜系统。三、采用集成式聚焦系统将多路光束聚焦到水松纸表面并行打孔，这种集成式聚焦激光打孔头的体积很小(只有200mm×180m×100mm)，调节简单，可以方便地装配在现有的多种标准的卷烟机上实施同步在线打孔，也能线下打孔。

下面结合附图，进一步描述本实用新型的结构。

附图是一个4路激光打孔机的示意图(2路、或3路、或5路等与此类似)。(1)是高速脉冲激光器，其作用是高速打孔的激光光源；(2)是激光光束准直镜，在圆筒设置有一个凹透镜和一个凸透镜，其作用是将激光光束整形为可以长距离传输的光束，提高打孔的质量；(3)是激光分光系统，其中a、f为全透窗口，c、d、e分别为1/4、1/3、1/2分光镜，b为全反射镜，且全反射镜与分光镜之间的角度可调，调整的范围为0-30度；激光分光系统的作用是将一束激光分为能量相等的4束激光，同时也可以在4路激光束的每一路上串联一个4路分光器就能形成16路激光光束；(4)是光闸——即开关，它由气动元件或电动元件拖动激光吸收体，实现打开或闭合，光闸的作用是当在线打孔不需要4路并列而只需要1路、或2路、或3路打孔时将其中的3路、或2路、或1路关闭，按照实际需要多少路激光就输出多少路激光。(5)是集成式聚焦系统，它由反射镜和与之垂直的聚焦镜组成，聚焦镜到香烟过滤嘴的水松纸表面的距离可调；其作用是将4路空间分离、能量相等的激光束聚焦到水松纸表面，形成4路并列的激光打孔头，以实现不同要求的孔径大小。

本实用新型的优越性在于，这种香烟过滤嘴激光打孔机的光学装置，其结构简单，集成式聚焦激光打孔头的体积小，调节方便，打孔的速率高，不仅能实现同步在线打孔，也能线下打孔，总成本不到BAASEL公司的八分之一。上述4路并列的激光打孔机的光学装置说明了本实用新型的一个例子，比较容易推广到一般情况。不失一般性，如果需要16路打孔，有两种可供选择的方案：①、在4路打孔机的分光系统的每一路上串联一个4路分光系统和聚焦系统，即将其中每1路再分为4路，总共就变成了16路。这一分光方案的优点是可以实现打孔机的简单化，模块化，比较方便。②、另一方案是直接用分光系统将一束光分为16路而不是4路，这一方案的分光系统要复杂一些。这两种方案的打孔能力都是16路，其实际使用的路数可以根据分光和光闸的配合使用得到任意路(1到16之间的任意路数)的激光打孔效果。