专利名称：一种皮革密集微孔激光打孔方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于激光加工技术，具体涉及一种采用激光在皮革材料上的高速加工密集微孔的方法和装置，可以用于皮革透气孔激光制备等领域。
背景技术：
皮革产品是人们日常生活中的必须，皮革产品上制备微细的透气孔改善皮革透气性能可以大大提高皮革的应用范围。
皮革材料密集透气微孔的制备，可以采用激光加工。这类加工的特点是采用脉冲激光聚焦在材料表面，利用激光的高能量密度熔化汽化材料，从而制备出微孔。由于是皮革材料上制备微孔，因此每一个激光脉冲所需要的能量一般都很低；但为了保证必须的生产效率，激光脉冲的重复频率要求很高，一般很难由激光器直接获得这样高的脉冲重复频率。
为了获得具有一定能量的足够高重复频率激光脉冲，可以采用连续激光通过多棱镜扫描多个聚焦镜的方式获得多路激光脉冲输出。发明者的多个专利申请已经将上面基本原理应用于水松纸激光打孔、膏药打孔和轧辊表面毛化。但上述申请专利的特点是将激光束通过多棱镜依次扫描过多个分离的聚焦头，因此难免有一部分激光能量扫描在聚焦头之间，造成能量损失；另外由于聚焦头的体积一般不能太小，因此聚焦头之间的间隔不能太小，这样当孔或坑要求很密集时采用上述技术就有一定困难；最后系统一般比较庞大。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小，聚焦点密集的皮革密集微孔激光打孔方法及装置，以克服现有技术的上述不足。
本发明采用的技术方案是本发明提供的皮革密集微孔激光打孔方法，包括由激光器输出连续激光和一个由旋转多棱镜、反射镜和聚焦镜组成的一个集成打孔头，该打孔头可以将一个连续激光束分成密集分布的多个脉冲激光束，进行高速密集微孔打孔，其中连续激光器输出的连续激光，首先经过集成打孔头中的旋转多棱镜反射成在一定角度内扫描的激光，再通过反射镜变成一个在一定空间扫描的平行激光，平行光束通过一系列密集排列的聚焦镜后变成密集分布的脉冲聚焦点阵，实现纵向密集微孔打孔，这个由多个聚焦点组成的集成聚焦打孔头可以在连续运动的皮革材料上实现密集微孔打孔。
本发明提供的皮革密集微孔激光打孔装置，包括激光器和光学变换机构，其中光学变换机构由反射镜组和全反镜组、一个或多个由一个旋转多棱镜、一个反射镜和多个聚焦镜组成的集成光聚焦头构成，光学变换机构将激光器输出的连续激光束形成多个集成激光打孔头，集成激光打孔头位于皮革传送架上，打孔头固定不动，皮革连续运动，每一个打孔头在连续运动的皮革上打出一列透气孔。
本发明通过上述具体设计，极大提高了皮革打孔的速度，具有结构简单、激光能量利用效率高、成本低、性能可靠的优点，可以实现皮革的高速透气微孔加工。
以下结合附图和实施例说明本发明的详细内容。
图1为本发明中一个密集聚焦点加工头示意图；图2为本发明中一种将高功率激光束分成多路较低功率激光束的具体实施方式
示意图；图3为多个密集聚焦点加工头共同形成大面积加工系统的位置关系示意图。
具体实施例方式
本发明提供的皮革材料的激光在线打孔方法为高功率连续激光器+光学分光+集成旋转棱镜密集分光聚焦加工头实现多路同时打孔，具体是将高功率连续激光器输出的连续高功率激光，经过光学分光分成4-16路较低功率的连续激光束，每路较低功率的连续激光束通过一个由一个旋转多棱镜、一个反射镜(或透射镜)和多个(10-40)个聚焦镜组成的集成聚焦加工头，分成多束密集聚焦点阵的脉冲激光，实现纵向多排同时打孔，即分别由多个集成聚焦头在连续运动的宽幅面皮革涂敷机上通过局部汽化在线同时打透气孔。图1中激光器1发射的激光束4通过聚焦镜6聚焦在多棱镜7上，多棱镜7旋转时将入射的激光束在角区域θ中反射扫描，反射光束是一个发散的光束，照射在一个距离L的焦距为F的反射镜8上，L＝F；因为L＝F，所以从反射镜上反射的激光变成一个在一定距离范围1内平行扫描；也就是说反射镜8一方面将角区域θ中反射扫描变换成在一定距离范围1内平行扫描，另一方面将一个发散光束变换成平行光束，反射镜6可以是透射式的焦距为F的聚焦镜；在一定距离范围1内平行扫描的光束，入射到紧密排列的一系列聚焦镜9，通过聚焦镜9聚焦在连续运动的皮革上，形成多个紧密排列的聚焦点；因为一列聚焦镜9紧密排列，因此聚焦点是一列密集的聚焦点，同时由于激光束不断地在这一列聚焦镜上来回扫描，因此每一个聚焦镜上的输出聚焦光束实际上是脉冲调制形式，同时每一个聚焦头的能量是完全均匀的。由于多棱镜的转速可以很高因此脉冲光束重复频率非常高，同时聚焦头可以很密，因此本发明特别适合皮革密集高速微孔加工。
根据在线打宽幅的要求，将光学分光和旋转棱镜密集扫描聚焦相结合。首先利用光学分光将一个高功率激光束分成多束可满足窄幅打孔要求的低功率激光束，然后利用旋转棱镜集成聚焦加工头对每一个窄幅进行打孔。这些较低功率的激光束通过上述图1的系统分解成多个密集分布的聚焦点，共同形成大面积的密集分布的聚焦点，形成密集分布的脉冲激光列阵，实现纵向密集分布的微孔加工，即分别由多个集成式密集聚焦头在连续运动的皮革材料打密集微孔。生产效率很高，可以实现在线加工。
激光束必须通过外光路系统将光束传输到要打孔的位置，激光器的能力是否能够发挥出来，外光路的设计非常重要。皮革在线打孔要求在很宽的区域内同时打孔，不论采用怎样的激光器都必须解决宽幅面内同时打孔这个问题，本发明采用纵向多排密集打孔，其要求将激光束分割成所要求的多束激光脉冲，多棱镜分光技术特别适合。多棱镜分光纵向多排打孔是目前最高速的打孔技术，每一个旋转棱镜的分光可以达到10～40束脉冲激光。通过一个包括反射镜和聚焦镜的光聚焦头，使脉冲激光经过反射、聚焦后分别输出，形成多个在线高速激光打孔头。
本发明提供的皮革密集微孔激光打孔装置，包括激光器1和光学变换机构，其中激光器1为高功率连续激光器，光学变换机构由半透半反镜组2和全反镜组3，一个或多个由一个旋转多棱镜7、一个反射镜8和多个聚焦镜9组成的集成光聚焦头。光学变换机构将激光器1输出的连续激光束形成多个集成激光打孔头，在其内部装有辅助气体喷射机构，这些打孔头位于皮革传送架上，打孔头固定不动，皮革连续运动，每一个打孔头在连续运动的皮革12上打出一列透气孔。
可采用多个普通激光器代替一个高功率连续激光器1，分别进行密集聚焦打孔。高功率连续激光器1采用成熟性价比高的快流CO2激光器于保障生产稳定高效非常重要。功率范围在2000～10000瓦的快流CO2激光器已经非常成熟。
激光器提供打孔的能力，激光功率越高，打孔的能力越强。在目前适于工业应用的激光器中，波长10.6μm的CO2激光器最适于加工非金属材料。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，高功率连续CO2激光器1输出的光经过一组光学半透半反镜2和全反镜3，分成N束能量为原光束1/N的连续光4，以便于在宽幅面内同时打孔，例如4-16束。
如图2所示，经过光学分光后的一束连续光4照射在高速旋转的多棱镜7上，这里的多棱镜采用八边形，如果边数为其它也是可以的(例如8-50面)。多棱镜7将光束4扫描成扇形输出的扫描光，经过反射镜8反射后变为平行扫描的平行光，平行扫描的光束依次扫过10-40个密集排列的聚焦镜9(激光聚焦头)进行聚焦，形成10-40个点阵脉冲聚焦点，聚焦点阵聚焦在材料表面，同时打出密集微孔。
皮革在皮革传送架上移动，移动方向与多棱镜的轴向一致，移动的速率由走料机构通过工控机控制。在皮革传送架上装有4-16支与聚焦头9位置对应的激光打孔加工头，其内有辅助气体喷射装置，用于将汽化的皮革材料吹走，保持生产线清洁。
图3为多棱镜的位置关系示意图，其中八束激光4便是由图1中光学分光后得到的八束，因为皮革生产线上皮革未裁减之前的幅宽约为1400mm，分成八束激光就是为了满足这个幅宽的同时打孔，只要能满足幅宽要求，分成其它数也是可以的。八个集成打孔头5分成两组分别安装在两个公共轴10和11上，这样可以保证每个集成聚焦加工头相对静止，以致打出来的孔位置相对固定，同时便于多棱镜的转速控制，两组多棱镜之间的相互位置可以调节，保证打孔均匀，皮革不会有地方打不到孔。
激光器1的开关和功率大小，多棱镜7的转速，走料机构的拉动速率，聚焦镜9(激光聚焦头)的横向纵向平移及其中的辅助气体喷射装置均由工控机控制。
如果不需要直接在皮革的生产线上直接对宽幅皮革打孔，那么可以采用一个低功率激光，不经过光学分光，只采用一个多点聚焦头对窄幅的皮革打孔，这种形式特别适合在鞋厂对已经裁减后的鞋革打孔。
权利要求
1.一种皮革密集微孔激光打孔方法，包括由激光器输出连续激光和一个由旋转多棱镜、反射镜和聚焦镜组成的一个集成打孔头，该打孔头可以将一个连续激光束分成密集分布的多个脉冲激光束，进行高速密集微孔打孔，其特征在于连续激光器(1)输出的连续激光，首先经过集成打孔头(5)中的旋转多棱镜(7)反射成在一定角度内扫描的激光，再通过反射镜(8)变成一个在一定空间扫描的平行激光，平行光束通过一系列密集排列的聚焦镜(9)后变成密集分布的脉冲聚焦点阵，实现纵向密集微孔打孔，这个由多个聚焦点组成的集成聚焦打孔头可以在连续运动的皮革(12)材料上实现密集微孔打孔。
2.根据权利要求1所述的皮革密集微孔激光打孔方法，其特征在于与旋转多棱镜(7)相配合的反射镜(8)可以是透射式的聚焦镜。
3.根据权利要求1所述的皮革密集微孔激光打孔方法，其特征在于将一个高功率激光束先用光学分光的方法分成多束较低功率的激光束，再通过集成聚焦打孔头方法对宽幅皮革材料进行大面积微孔加工。
4.根据权利要求1或3所述的皮革密集微孔激光打孔方法，其特征在于通过一个包括反射镜(8)和聚焦镜(9)的光聚焦头，使脉冲激光经过反射、聚焦后分别输出，形成多个在线高速激光打孔头。
5.一种皮革密集微孔激光打孔装置，包括激光器和光学变换机构，其特征在于光学变换机构由反射镜组(2)和全反镜组(3)、一个或多个由一个旋转多棱镜(7)、一个反射镜(8)和多个聚焦镜(9)组成的集成打孔头(5)构成，光学变换机构将激光器(1)输出的连续激光束形成多个集成激光打孔头，集成激光打孔头位于皮革传送架上，打孔头固定不动，皮革连续运动，每一个打孔头在连续运动的皮革上打出一列透气孔。
6.根据权利要求5所述的皮革密集微孔激光打孔装置，其特征在于激光器(1)采用高功率连续激光器。
7.根据权利要求6所述的皮革密集微孔激光打孔装置，其特征在于采用多个普通激光器代替一个高功率激光器，分别进行分光。
全文摘要
本发明涉及一种皮革密集微孔激光打孔方法及装置，包括由激光器输出连续激光和一个由旋转多棱镜、反射镜和聚焦镜组成的一个集成打孔头，集成打孔头可以将一个连续激光束分成密集分布的多个脉冲激光束，进行高速密集微孔打孔，连续激光器输出的连续激光，首先经过集成打孔头中的旋转多棱镜反射成在一定角度内扫描的激光，再通过反射镜变成一个在一定空间扫描的平行激光，平行光束通过一系列密集排列的聚焦镜后变成密集分布的脉冲聚焦点阵，这个由多个聚焦点组成的集成聚焦打孔头可以在连续运动的皮革材料上实现密集微孔打孔。本发明具有结构简单、激光能量利用效率高、成本低、性能可靠的优点，可以实现皮革的高速透气微孔加工。
文档编号B23K26/38GK1995399SQ20061009714
公开日2007年7月11日 申请日期2006年10月26日 优先权日2006年10月26日
发明者陈培锋, 邓建春, 江章宁, 夏向东 申请人:华中科技大学温州先进制造技术研究院