[发明专利]水松纸激光切割头

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术，具体指一种水松纸激光切割头，它用于对水松纸的高速切割。

技术背景

激光是一种清洁的绿色能源，激光加工生产效率高，加工质量稳定可靠，具有良好的经济效益和社会效益。激光加工技术在烟草生产中不断被推广应用，如卷烟厂包装盒上的激光在线打标、香烟过滤嘴水松纸的激光打孔等。

目前，在烟草行业中水松纸的在线切割主要采用传统的机械切割方式，如剪切式和滚刀式切割，激光在线切割水松纸是一种新型的加工方法，相对于机械切割方法具有清洁、低噪音和质量稳定等优点，此种在线切纸技术工艺将有望取代传统的机械切割方式。华中科技大学激光技术与工程研究院在激光技术杂志上发表了一种激光切割水松纸的技术方案(朱明珠等，“水松纸激光切割技术研究”，激光技术，Vol.27，No.4，2006，P.33-34)，他们采用二氧化碳激光器，通过二个扫描镜对激光束进行二维扫描，利用场镜将激光束聚焦在水松纸上，激光束通过扫描镜扫描，在水松纸形成一条切割线，完成对水松纸的切割，当激光功率为180-200瓦时，激光切割系统切割30mm宽的水松纸可以获得60张/秒的激光切割效率。上述扫描型的激光切割系统虽然可以完成对水松纸的切割，但由于受扫描镜扫描频率的限制，其切割效率受到制约，无法满足水松纸在线切割对切纸速度的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种水松纸切割激光头，解决扫描型激光切割系统切割效率受扫描镜频率限制的技术问题。

本发明激光切割头结构如附图1所示，它由激光器1、激光扩束系统2、柱面聚焦镜3组成。激光器1采用二氧化碳激光器，也可以采用其他激光器，如：YAG激光器；激光扩束系统2由两块离轴抛物面反射镜组成，凸抛物面镜202和凹抛物面经201表面镀有具有高破坏閾值介质膜以反射高强度的激光束；柱面聚焦镜3由锗单晶、硫化锌或硒化锌材料制成，其工作距离保持在100mm以上。激光切割头的工作原理为：由激光器1发出的激光束经激光扩束系统2中的凸抛物镜202反射后，射向凹抛物镜201，将激光束扩大至水松纸所需的切割宽度，经扩束后的激光束通过柱面聚焦镜3，在焦平面4上聚焦形成一条聚焦线，水松纸在焦平面4上被此条激光聚焦线割断。

本发明的优点在于：激光头通过柱面聚焦镜3直接将激光束聚焦成一条水松纸的切割线，而不是通过扫描镜扫描将激光束焦点扫描成切割线，从而消除了扫描镜扫描频率对切割效率的影响，提高了水松纸切割系统的切纸效率。

附图说明

图1：水松纸激光切割头结构示意图；

图中：1——激光器；

2——激光扩束系统；

201——凹抛物镜；

202——凸抛物镜；

3——柱面聚焦镜；

4——焦平面。

图2：激光扩束系统2光学结构图。

具体实施方式

根据附图1的水松纸激光切割头的结构，我们研制了一种水松纸的激光切割头，该激光切割头的切纸宽度为70mm，切纸效率为5000张/分。

激光切割头各部件的具体技术参数如下：

激光器1——射频二氧化碳激光器；

激光扩束系统2——如附图2所示，凸抛物面镜202的中心曲率半径为20mm，口径12mm，有效通光口径5mm，入射中心距反射镜202中心距离D1为3.1mm；凹反射镜201中心曲率半径为160mm，口径85mm，有效通光口径80mm，反射镜201边缘距扩束系统光轴距离D2为7.5mm；二反射镜中心间距D3为150mm；

聚焦透镜3——采用锗柱面透镜，焦距为150mm，工作距离130mm。