专利名称：在线激光切割水松纸的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种巻烟机在线水松纸的切割装置及方法，属于烟草加工 技术领域。
背景技术：
目前，巻烟机组生产线上的水松纸都采用机械方式进行切割，概括起 来为两种，即滚刀式切割和剪刀式切割。滚刀式切割主要通过表面设有刀 刃的切纸鼓轮和位于该切纸鼓轮斜下方的表面镶有硬质合金的水松纸鼓轮 完成，当水松纸通过一系列传输装置进入切纸鼓轮和水松纸鼓轮之间时， 通过切纸鼓轮与水松纸鼓轮的高速旋转并相切而将水松纸切断。由此产生 的一系列弊端或问题是(1 )生产过程中因机械振动而产生噪音，且噪音污染已严重超过国家相关标准；(2 )机械设备磨损严重，运行成本高，还 影响工作效率；(3)切割质量不稳定，直接影响产品质量；(4)尚无有 效手段对生产过程实施全方位的在线监控。因此，现有的机械式水松纸切 割并不能从根本上解决上述存在的一系列问题，必须进行创新。 发明内容为克服现有机械方式切割水松纸带来的机械磨损大，振动大，噪音大， 切割质量不稳定，运行费用高，工作效率低等不足，本发明提供一种在线 激光切割水松纸的装置。本发明的另一个目的在于提供一种利用在线激光切割水松纸的装置进 行水松纸切割的方法。本发明要解决的技术难题是(1)由于激光在切割水松纸时，水松纸 正处于高速走纸状态，若直接切割必会使切割缝形成一条斜线，而且随着 走纸速度的加快，切割缝的倾斜度也会加大，这必将直接影响切割的质量。 引起激光切割缝的倾斜，是因激光束移动速度与水松纸运动速度不一致而 造成的。(2)由于在线切割速度很高，所以，要求激光束的扫描速度也随 之加快，但要加快扫描速度必须相应地增大激光器的功率，而功率增大必将带来激光设备及其辅助设备体积增大，设备投资增大，生产成本高，安装困难等诸多问题。因此，(A)如何让激光束移动速度与水松纸运动速度相一致；(B)如何在保证激光束的扫描速度能与在线切割速度相匹配的前 提下，縮小激光设备体积，降低投资，是本发明所要解决的难题。经研究者的研究发现要满足激光束移动速度与水松纸运动速度相一 致的条件是激光速度在水松纸平面上的X与Y方向的运动绝对速度，必 须是平行于X方向的牵连速度与平行于Y方向的相对速度的合成，只有这 样才能使光斑与水松纸的相对运动成为一条直线。要在激光束的扫描速度 能与在线切割速度相匹配的前提下，降低激光器的体积，使之能够安装在 烟机上有限的空间内，同时兼顾激光器的功率，降低成本，必须发明一种 激光切割装置。本发明通过下列技术方案完成 一种在线激光切割水松纸的装置，包 括传送水松纸的鼓轮，以及位于水松纸鼓轮上方的激光器，其特征在于在 激光器光束输出端设有由折射棱镜、反射镜、反射棱镜、场镜构成的光束 传递组件，激光束通过该组件的折射与反射后，既可使其速度与水松纸的 运动速度相一致，避免了切割缝成为一斜线，又可在激光束的扫描速度能 与在线切割速度相匹配的前提下，降低激光器的体积，使之能够安装在烟 机上有限的空间内，同时兼顾激光器的功率，降低成本。因为切割一片水 松纸所需时间t相同，当采用本发明的棱镜组时，光束在时间t内扫描的速度为v-工-Z，可有效降低光束的扫描速度，从而降低激光器的功率。所述折射棱镜设于激光器光束输出路径上，并与水松纸X方向相平行， 以实现光束在x方向上的平移。所述折射棱镜与驱动电机相连，以便通过驱动电机控制折射棱镜的转动角度，以实现x方向棱镜的转速匹配。所述反射镜设置于折射棱镜激光光束输出路径上，以实现折射棱镜的 光束传递给反射棱镜。反射棱镜设于反射镜光束输出路径上，并与水松纸Y方向相平行，以 实现光束在Y方向上的移动。所述反射棱镜与驱动电机相连，以便通过传动齿轮或驱动电机控制反射棱镜的转动角度，以实现Y方向棱镜的转速匹配。所述场镜设置在反射棱镜光束输出路径上，以便将经过各镜的速度合 成后的光束聚焦在水松纸上，完成对水松纸的激光切割。所述场镜与反射棱镜之间设置扩束镜，且扩束镜的增设与否，以实际 生产需要决定，以便获得足够细的水松纸切逢。本发明的另一个目的通过下列技术方案实现 一种利用在线激光切割 水松纸的装置进行水松纸切割的方法，其特征在于根据已知的切纸鼓轮 输出轴的转速，通过调整传动齿轮或驱动电机的转速来控制X方向的折射 棱镜和Y方向的反射棱镜的转动角度，实现X、 Y方向棱镜的转速匹配，再 将速度合成后的光束通过场镜在水松纸上完成聚焦，使激光光束移动速度 与水松纸运动速度相一致，从而完成同步切割。本发明具有下列优点和效果1、 使激光束在通过由折射棱镜、反射镜、反射棱镜、场镜构成的光束 传递组件时，经该组件的折射与反射后，使其速度与水松纸的运动速度相 一致，从而避免切割缝成为一斜线，保证激光切割质量。2、 运用一系列的棱镜组件传递光束后，可有效降低激光束的扫描速度， 从而降低激光器的功率和体积，既便于激光器的安装，又降低成本。3、 运用棱镜旋转运动实现光束的传递与合成，提高设备运行的可靠性。4、 从根本上解决了现有机械方式切割水松纸带来的机械磨损大，振动大，噪音大，切割质量不稳定，工作效率低以及因高磨损、高频繁清理带 来的运行费用高等不足。5、 使实际生产中采用激光切割水松纸的方式成为可能。
图1为本发明安装在烟机上的具体位置示意图； 图2为图1的A部放大图； 图3为图2中的B部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明之装置做进一步描述。5本发明提供的在线激光切割水松纸的装置，包括传送水松纸的鼓轮10，以及位于水松纸鼓轮上方的激光器1，如图1。在激光器1光束输出端设有由折射棱镜2、反射镜6、反射棱镜3、场 镜7构成的光束传递组件11，该组件11位于水松纸鼓轮10的斜上方，激 光束8通过该组件11的折射、反射和聚焦后，即可使其速度与水松纸4的 运动速度相一致，如图2、图3。图3中，折射棱镜2设于激光器1光束输出路径上，并与水松纸X方 向相平行，以实现光束在X方向上的平移，折射棱镜2与伺服电机5相连， 以便通过该伺服电机5控制折射棱镜的转动角度，以实现X方向棱镜的转 速匹配；反射镜6设置于折射棱镜2光束输出路径上，反射棱镜3设于反 射镜6光束输出路径上，并与水松纸Y方向相平行，以实现光束在Y方向 上的移动，反射棱镜3与另一伺服电机9相连，以便通过伺服电机9控制反 射棱镜3的转动角度，以实现Y方向棱镜的转速匹配；场镜7设置在反射 棱镜3光束输出路径上，以便将速度合成后的光束8聚焦在水松纸4上， 完成对水松纸的激光切割。此外，可根据实现生产所需，在场镜7和反射 棱镜3之间加入扩束镜，以获得足够细的切逢。切割时，根据已知的切纸鼓轮10输出轴的转速，通过调整伺服电机5 和9的转动角度，来控制折射棱镜2和反射棱镜3的转动角度，实现X、 Y 方向棱镜的转速匹配，再将速度合成后的光束8通过场镜7在水松纸4上 完成聚焦，使激光光束8移动速度与水松纸4运动速度相一致，从而完成 同步切割。
权利要求
1、一种在线激光切割水松纸的装置，包括位于水松纸鼓轮上方的激光器，其特征在于在激光器光束输出端设有由折射棱镜、反射镜、反射棱镜、场镜构成的光束传递组件，激光束通过该组件的折射与反射后，不但可实现水松纸的在线切割，还降低了设备成本，提高设备运行的可靠性。
2、 根据权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置，其特征在于所 述折射棱镜设于激光器光束输出路径上，并与水松纸X方向相平行，以实 现光束在X方向上的平移。
3、 根据权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置，其特征在于所述 折射棱镜与驱动电机相连，以便将巻烟机组上原有的切纸传动轴产生的转 动角度信号传给驱动电机，从而控制折射棱镜的转动角度，以实现X方向 棱镜的转速匹配。
4、 根据权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置，其特征在于所 述反射镜设置于折射棱镜激光光束输出路径上，反射棱镜设于反射镜光束 输出路径上，并与水松纸Y方向相平行，以实现光束在Y方向上的平移。
5、 根据权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置，其特征在于所 述反射棱镜与折射棱镜可通过传动齿轮或驱动电机与建立联系，实现两者 之间的内链传动关系，以实现Y方向棱镜的与X方向棱镜转动角度的匹配。
6、 根据权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置，其特征在于所 述场镜设置在反射棱镜光束输出路径上，以便将经过各镜的速度合成后的 光束聚焦在水松纸上，完成对水松纸的激光切割。
7、 根据权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置，其特征在于所 述场镜与反射棱镜之间设置扩束镜，且扩束镜的增设与否，以实际生产需 要决定，以便获得足够细的水松纸切逢。
8、 一种利用权利要求1所述的在线激光切割水松纸的装置进行水松纸 切割的方法，其特征在于根据已知的切纸鼓轮传动轴的转动角度，通过 调整传动齿轮或驱动电机的来控制折射棱镜和反射棱镜的转动角度，实现 实现X、 Y方向棱镜的转速匹配，再将速度合成后的光束通过场镜在水松纸 上完成聚焦，使激光光束移动速度与水松纸运动速度相一致，从而完成同 步切割。
全文摘要
一种在线激光切割水松纸的装置，包括位于水松纸鼓轮上方的激光器，其特征在于在激光器光束输出端设有由折射棱镜、反射镜、反射棱镜、场镜构成的光束传递组件，激光束通过该组件的折射与反射后，即可使其速度与水松纸的运动速度相匹配，不但保证激光切割质量，而且降低了设备成本，提高了设备运行的可靠性，使将激光切割的方法用在实际的卷烟生产中成为可能。同时本发明从根本上解决了现有机械方式切割水松纸带来的机械磨损大，振动大，噪音大，切割质量不稳定，工作效率低以及因高磨损、高频繁清理带来的运行费用高等不足。
文档编号B23K26/00GK101249586SQ20081005828
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者杨钟麟, 成 王, 猷 王 申请人:昆明理工大学