专利名称：穿孔设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种穿孔设备，其用于在大致细长圆柱形物品，特别是香烟的圆周表面上加工出孔。
这种类型的设备在本领域是公知的，它们用在烟草制造业中，用以在烟草制品，特别是香烟上的一个区域中提供透气性，以便在吸烟者抽吸烟草制品时将冷却空气从外界大气加入烟雾中。冷却辅助空气可以影响尼古丁的含量和烟雾的凝结。
一种采用了激光器的现有穿孔设备见于美国专利No．5148818中。双重过滤香烟的滚动过程是通过两个滚轮实现的，所述滚轮彼此相隔着同轴安置，它们上环绕着一个用作滚动装置的输送带，以使香烟布置在输送带与所述滚轮之间。当输送带以不同于滚轮的速度运行时，布置在输送带与所述滚轮之间的香烟将进行绕着它们自身轴线的旋转运动。此外，一个安置在两个滚轮之间中央的用于发射脉冲激光束的激光器也会旋转并在香烟上燃烧出孔。
本领域的另一种现有设备见于DE 3310930中。该文献中公开了一种穿孔设备，其中香烟环绕着一个筒布置，通过一个用于引导激光束传播的复杂心形偏转器，可以在香烟上需要穿孔的包装纸或包装套上形成适宜的孔。
本领域的另一种现有设备见于DE 3431051中。在该文献中，也有一个激光器连接着一个复杂的偏转器结构。在该例中，激光束通过一个复杂的镜结构和旋转偏转器而被引向位于一个滚轮上的香烟包装套上的穿孔位置。
本领域的另一种现有设备见于DE 3431067中。该文献中显示了至少两个参考文献的组合结构。
本领域的另一种现有设备见于DE 4218266中。在该设备中，被输送的香烟布置在一组滚轮之间从而可以在这些滚轮间旋转。在香烟输送滚轮上支撑着一个多棱镜，以将一个激光束投射到将要被穿孔的香烟上。
最后，DE 2751522中特别公开了另一种穿孔设备，其中香烟被带动着而绕它们自身的轴线旋转于一个滚动筒与一个所谓的滚动块之间，并被一个被引导着作跟踪运动的激光束穿孔。激光束的跟踪运动是通过一个在圆周上装有一组镜子的筒而实现的。因此，为了获得满意的穿孔效果，本技术领域的这个设备需要很高的费用。
由于涉及到运动方面的因素，因而只能在香烟绕着其自身轴线旋转半圈之内在香烟上穿孔。这样，香烟需要被激光束完全刺入，这将浪费能量并导致香烟的包装材料上形成相对较大的孔。
因此，本发明的目的是对本技术领域的上述设备进行改进，以提供这样一种穿孔设备，其能够以最简便的方式在大致细长圆柱形物品，特别是香烟的圆周表面上加工出孔。
为了达到上述目的，本发明提出了一种穿孔设备，其用于在大致细长圆柱形物品，特别是香烟的圆周表面上加工出孔，该设备包含至少一个光源，其用于产生至少一个用以在物品上形成孔的高能光束；一个滚动筒，其具有一个旋转轴线和一个圆周表面；一个配对滚动表面，其与滚动筒的圆周表面构成一个滚动通道，用以在物品移动通过滚动通道时使物品产生绕着它们自身纵向轴线旋转的运动；以及光束导引装置，它们用于以这样的方式引导光束，即在物品在滚动通道中的一部分运动中，光束将入射到物品上，其改进在于，所述光束导引装置安置在滚动筒中。
本发明的优点特别在于，本技术领域的设备构造被简化。通过将光束导引装置安置在滚动筒中，可以取消用于将光束引向相应所需射入点的昂贵和复杂的镜结构。特别是不需要采用装有镜子的附加筒。
一个优选实施例中具有一个光束导引装置，其包含一个可以绕着回转轴线回转的回转镜。这样的一个回转镜易于将光束，优选为激光器产生的激光束，从光源或激光器引向将要被穿孔的物品上的入射点。在这个方面，回转镜优选这样安置，即回转镜的回转轴线位于镜的表面上。
本发明的另一个实施例的独特之处在于，回转镜的回转轴线相对于滚动筒的旋转轴线同轴伸展，以使回转镜的回转轴线与光束在物品上的入射点之间的距离等于滚动筒的半径并在回转镜的回转运动中保持恒定。
在根据本发明的穿孔设备的另一个实施例中，回转镜的回转轴线平行于滚动筒的旋转轴线伸展，以使回转镜的回转轴线与光束在物品上的入射点之间的间隔小于滚动筒的半径。本实施例提供的优点是，通过一个也是安置在滚动筒中的适宜光学系统，可以将激光束适宜地聚焦，以加工出直径在0．1mm左右的孔。例如，烟草加工业中所用的激光束的直径通常为7-11mm。因此，需要利用适宜的光学装置而缩减激光束，以便在香烟上获得理想的孔径。通常采用聚光镜和／或聚光镜与散光镜的组合体为激光束聚焦。本实施例在回转镜与入射点之间装有光学折射装置，以获得这样的优点，即相应透镜可以选择而使它们的外径相对较小，并可以因此在滚动筒中获得充足的空间。当然，在采用其它光学系统时，也可以使回转镜与入射点之间的间隔大于滚动筒半径。
根据本发明的一个特别优选实施例的独特之处在于，滚动筒具有这样的圆周速度，即在一个进给输送器上的相邻物品移过等于它们之间间隔的距离所用时间中，物品将在滚动通道中经过一个大于它们周长的距离。在这个方面，特别优选利用物品移过超出它们周长的那部分运行距离所用的时间使回转镜回转返回一个初始位置，以便从相同部位开始对下一个物品穿孔。这样，通过提高滚动筒圆周速度这一简便特征，这些有益的实施例可以提供一个最佳时间，以使高能激光束通过回转镜而返回穿孔运动的初始位置。这种措施可以不考虑滚动通道中的物品之间的间距。例如，在输送带上的物品的之间的间距是12π，则滚动通道中的物品之间的间距可以与上述间距相等、略小或略大。本段中的特征要求受到独立保护，而与光束导引装置的位置无关。
在本发明的另一个优选实施例中，光学折射装置安置在光源与回转镜之间。在这种情况下，也可以采用聚光镜与散光镜的任何组合而将激光束聚焦。
在上述两个实施例中，还可以在聚光镜上附加一个表面涂层并提供一个所谓的衍射光学系统。这种类型的表面涂层可以利用，例如，圆形横截面的激光束产生，而如果希望的香烟上穿三角形的孔，则可以利用三角形横截面的激光束产生表面涂层。衍射光学系统也可以通过一个入射激光束和两个射出激光束产生。衍射光学系统的一个特别优点是能够增强激光束的聚焦能力。这样，即使聚光镜相对较弱而激光束直径相对较大(＞7mm)，也可以在被穿孔物品上产生相对较小的孔(＜0．1mm)。
在所有上述实施例中，还优选使投射到物品上的光或激光束产生最大可能的焦深，因为这样可以使得因回转镜相对于滚动筒中心点错位所导致的回转镜与被穿孔物品上的入射点之间的距离变化忽略不计。
在一个有益的实施例中具有一个光源，例如一个激光器，其安置在滚动筒之外，其中光束平行于滚动筒的旋转轴线进入滚动筒，而且光束导引装置中具有一个偏转镜，其用于将光束转向到光束导引装置的回转镜上。这样，在这个实施例中，光束导引装置位于滚动筒中这一有益结构可以与激光器安置在滚动筒之外这一优点组合起来并因此而容易触及。
本发明的其它优选实施例将在从属权利要求中提出。
下面将通过参考附图而对本发明的两个优选实施例进行描述，附图包括
图1是根据本发明的穿孔设备的第一个实施例的示意性侧视图，图2是图1所示穿孔设备的一部分的俯视图，图3是根据本发明的穿孔设备的第二个实施例的示意性侧视图，以及图4是图3所示穿孔设备的一部分的俯视图。
图1是根据本发明的穿孔设备的第一个实施例的示意性侧视图。穿孔设备1中具有一个进给输送筒2。该进给输送筒2沿着箭头4所示的旋转方向绕着旋转轴线6旋转。在进给输送筒2的圆周表面上以均匀的节距间隔分布着传输件8。传输件8上带有径向开口(未示出)，用以通过吸气而保持将要被穿孔的双重过滤香烟10贴靠在进给输送筒2的圆周表面上。
进给输送筒2将双重过滤香烟10输送到一个滚动通道12中。滚动通道12由一个滚动筒16的圆周表面14以及一个由一个滚动块17的表面形成的配对圆周表面18构成。滚动筒16沿着箭头22所示旋转方向绕着旋转轴线20的旋转运动以及相对于滚动筒保持静止的配对滚动表面18将导致双重过滤香烟10以滚动运动在滚动通道12中位移。在这个方面，滚动筒16的圆周速度被这样选择，即当进给输送筒2上的相邻双重过滤香烟10经过一个与它们在进给输送筒2上的间隔相等的距离所用时间内，双重过滤香烟10将在滚动通道12中经过一个大于它们圆周的距离。
滚动筒16的旋转轴线20平行于进给输送筒2的旋转轴线6伸展。
在通过了滚动通道12后，双重过滤香烟10将离开滚动通道12并被传输到一个卸料输送筒24上，卸料输送筒24沿着箭头28所示并与进给输送筒2的旋转方向相同的旋转方向绕着平行于进给输送筒2的旋转轴线4安置的旋转轴线26旋转。
卸料输送筒24也在其圆周上带有传输件30。传输件30对应于进给输送筒2上的传输件8。在卸料输送筒24上也带有邻近于传输件30的开口，以将双重过滤香烟吸附在卸料输送筒24的圆周表面上。
为了在双过滤嘴10滚动通过滚动通道12时对它们穿孔，穿孔设备1中具有一个光源(未示出)，其形式为激光器。光源通过一个偏转镜32而将一个激光束34引向一个回转镜36。通过这种构造，来自激光器的激光束首先被引导着平行于滚动筒16的旋转轴线20而射入滚动筒16内部。之后，通过偏转镜32，激光束34被偏转90°而射向回转镜36。通过回转镜36，激光束34再被偏转而射向滚动筒16的圆周表面14。激光束34可以通过沿滚动筒16的圆周方向伸展的开口38而穿过滚动筒16的圆周表面14。这些开口38实际上是狭缝形的，以便获得最大可能的滚动表面面积。
如上面所讨论，由于存在双重过滤香烟10在滚动通道中要经过一部分超出它们周长的运行距离这一事实，因而在物品经过超出它们周长的那一部分运行距离所用时间中，回转镜36能够完成一个复位回转运动而返回其初始位置，以便从相同部位开始对下一个双重过滤香烟10穿孔。
一个平凸透镜40安置在回转镜36与滚动通道12之间。透镜40将激光束34聚焦，以使激光束34的焦点精确位于激光束34照射到位于滚动通道中的双重过滤香烟10上的入射点42上。
当双重过滤香烟10以滚动运动在滚动通道中移动时，激光束34通过回转镜36而进行跟踪运动，以便在所需位置上对双重过滤香烟10的整个圆周穿孔。为此，激光束34是脉冲式的。
图2中显示了图1所示穿孔设备1的一部分沿图1中的箭头44的方向看时的情景。图2中显示了激光束34平行于滚动筒16的旋转轴线20并经过偏转镜32、回转镜36和透镜34而射入滚动筒16中。一个传动器46用于带动回转镜36回转。如图2所示，偏转镜32是半透明的。因此，激光束34中的50％激光将以一个光束34’的形式照射到一个第二偏转镜32’上，再从此照射到一个第二回转镜36’上。第二回转镜36’被一个第二传动器46’驱动。第二光束34’从回转镜36’开始穿过一个第二透镜40’。通过这种方式，可以通过穿孔设备1而在双重过滤香烟10上形成两行平行的穿孔。
图3中显示了根据本发明的穿孔设备1的第二个实施例。在图3中，与图1中相同的部件以相同的参考代号表示。
与图1中的实施例不同之处在于，图3中显示了一个透镜48，其安置在偏转镜32与回转镜36之间。这样，来自偏转镜32的激光束34将首先入射到透镜48上以便聚焦，之后再入射到回转镜36上并从此入射到被穿孔的物品，即本例中的双重过滤香烟10上。
图4中显示了图3所示穿孔设备1的一部分的示意图。在本例中，与图2中相同的部件以相同的参考代号表示。与图2中的实施例不同之处在于，透镜48和第二透镜48’分别安置在偏转镜32与回转镜36以及偏转镜32’与回转镜36’之间。
权利要求
1．一种穿孔设备，其用于在大致细长圆柱形物品(10)，特别是香烟的圆周表面上加工出孔，该设备包含至少一个光源，其用于产生至少一个用以在物品(10)上形成孔的高能光束(34)，一个滚动筒(16)，其具有一个旋转轴线(20)和一个圆周表面(14)，一个配对滚动表面(18)，其与滚动筒(16)的圆周表面(14)构成一个滚动通道(12)，用以在物品(10)移动通过滚动通道时使物品(10)产生绕着它们自身纵向轴线旋转的运动，以及光束导引装置(32，36，40，48)，它们用于以这样的方式引导光束(34)，即在物品(10)在滚动通道(12)中的一部分运动中，光束将入射到物品(10)上，其特征在于，所述光束导引装置(32，36，40，48)安置在滚动筒(16)中。
2．根据权利要求1所述的穿孔设备，其特征在于，光束导引装置(32，36，40，48)中具有至少一个能够绕着一个回转轴线旋转的回转镜(36)。
3．根据前面任一权利要求所述的穿孔设备，其特征在于，滚动筒(16)的圆周速度使得，在一个进给输送器上的相邻物品(10)移过等于它们之间间隔的距离所用时间中，物品(10)将在滚动通道(12)中经过一个大于它们周长的距离。
4．根据权利要求3所述的穿孔设备，其特征在于，物品(10)移过超出它们周长的那部分运行距离所用的时间可以用于使回转镜(36)回转返回一个初始位置，以便从相同部位开始对下一个物品(10)穿孔。
5．根据权利要求2以及前面任一权利要求所述的穿孔设备，其特征在于，回转轴线位于回转镜(36)的表面上。
6．根据权利要求3以及前面任一权利要求所述的穿孔设备，其特征在于，回转镜(36)平行于滚动筒(16)的旋转轴线(20)伸展。
7．根据权利要求6所述的穿孔设备，其特征在于，回转镜(36)的回转轴线相对于滚动筒(16)的旋转轴线(20)同轴伸展。
8．根据权利要求7所述的穿孔设备，其特征在于，回转镜(36)的回转轴线与光束(34)在物品(10)上的入射点(42)之间的间隔小于滚动筒(16)的半径。
9．根据前面任一权利要求所述的穿孔设备，其特征在于，光束导引装置(32，36，40，48)中具有至少一个光折射装置(40，48)。
10．根据权利要求2和9所述的穿孔设备，其特征在于，光折射装置(48)安置在光源与回转镜(36)之间。
11．根据权利要求2和9所述的穿孔设备，其特征在于，光折射装置(40)安置在回转镜(36)与光束(34)在物品(10)上的入射点(42)之间。
12．根据权利要求9至11任一所述的穿孔设备，其特征在于，光折射装置是一个聚光镜(48)和／或聚光镜与散光镜的一个组合体和／或一个衍射光学系统。
13．根据权利要求2以及前面任一权利要求所述的穿孔设备，其特征在于，光源安置在滚动筒(16)之外，光束(34)平行于滚动筒(16)的旋转轴线(20)进入滚动筒(16)，而且，光束导引装置(32，36，40，48)中具有一个偏转镜(32)，其用于将光束(34)转向到回转镜(36)上。
14．根据前面任一权利要求所述的穿孔设备，其特征在于，滚动筒(16)上带有沿圆周方向伸展的开口(38)，光束(34)可以穿过它们而作用在物品(10)上。
全文摘要
一种用于在大致细长圆柱形物品的圆周表面上加工出孔的穿孔设备,该设备包含:至少一个用于产生至少一个高能光束的光源;一个具有一个旋转轴线和一个圆周表面的滚动筒;一个配对滚动表面,其与滚动筒的圆周表面构成一个滚动通道,用以在物品移动通过滚动通道时使物品产生绕着它们自身纵向轴线旋转的运动;以及光束导引装置,在物品在滚动通道中的一部分运动中,其光束将入射到物品上。其改进在于,光束导引装置安置在滚动筒中。
文档编号A24C5/14GK1279916SQ0010925
公开日2001年1月17日 申请日期2000年6月19日 优先权日1999年7月2日
发明者曼弗雷德·东贝克 申请人:豪尼机械工程股份有限公司