[發(fā)明專利]水松紙激光切割頭

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810035322.4
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101264552A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈蓓軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/42
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)，具體指一種水松紙激光切割頭，它用于對水松紙的高速切割。

技術(shù)背景

激光是一種清潔的綠色能源，激光加工生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。激光加工技術(shù)在煙草生產(chǎn)中不斷被推廣應(yīng)用，如卷煙廠包裝盒上的激光在線打標(biāo)、香煙過濾嘴水松紙的激光打孔等。

目前，在煙草行業(yè)中水松紙的在線切割主要采用傳統(tǒng)的機(jī)械切割方式，如剪切式和滾刀式切割，激光在線切割水松紙是一種新型的加工方法，相對于機(jī)械切割方法具有清潔、低噪音和質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，此種在線切紙技術(shù)工藝將有望取代傳統(tǒng)的機(jī)械切割方式。華中科技大學(xué)激光技術(shù)與工程研究院在激光技術(shù)雜志上發(fā)表了一種激光切割水松紙的技術(shù)方案(朱明珠等，“水松紙激光切割技術(shù)研究”，激光技術(shù)，Vol.27，No.4，2006，P.33-34)，他們采用二氧化碳激光器，通過二個掃描鏡對激光束進(jìn)行二維掃描，利用場鏡將激光束聚焦在水松紙上，激光束通過掃描鏡掃描，在水松紙形成一條切割線，完成對水松紙的切割，當(dāng)激光功率為180-200瓦時，激光切割系統(tǒng)切割30mm寬的水松紙可以獲得60張/秒的激光切割效率。上述掃描型的激光切割系統(tǒng)雖然可以完成對水松紙的切割，但由于受掃描鏡掃描頻率的限制，其切割效率受到制約，無法滿足水松紙在線切割對切紙速度的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水松紙切割激光頭，解決掃描型激光切割系統(tǒng)切割效率受掃描鏡頻率限制的技術(shù)問題。

本發(fā)明激光切割頭結(jié)構(gòu)如附圖1所示，它由激光器1、激光擴(kuò)束系統(tǒng)2、柱面聚焦鏡3組成。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；激光擴(kuò)束系統(tǒng)2由兩塊離軸拋物面反射鏡組成，凸拋物面鏡202和凹拋物面經(jīng)201表面鍍有具有高破壞閾值介質(zhì)膜以反射高強(qiáng)度的激光束；柱面聚焦鏡3由鍺單晶、硫化鋅或硒化鋅材料制成，其工作距離保持在100mm以上。激光切割頭的工作原理為：由激光器1發(fā)出的激光束經(jīng)激光擴(kuò)束系統(tǒng)2中的凸拋物鏡202反射后，射向凹拋物鏡201，將激光束擴(kuò)大至水松紙所需的切割寬度，經(jīng)擴(kuò)束后的激光束通過柱面聚焦鏡3，在焦平面4上聚焦形成一條聚焦線，水松紙在焦平面4上被此條激光聚焦線割斷。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：激光頭通過柱面聚焦鏡3直接將激光束聚焦成一條水松紙的切割線，而不是通過掃描鏡掃描將激光束焦點掃描成切割線，從而消除了掃描鏡掃描頻率對切割效率的影響，提高了水松紙切割系統(tǒng)的切紙效率。

附圖說明

圖1：水松紙激光切割頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1——激光器；

2——激光擴(kuò)束系統(tǒng)；

201——凹拋物鏡；

202——凸拋物鏡；

3——柱面聚焦鏡；

4——焦平面。

圖2：激光擴(kuò)束系統(tǒng)2光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

根據(jù)附圖1的水松紙激光切割頭的結(jié)構(gòu)，我們研制了一種水松紙的激光切割頭，該激光切割頭的切紙寬度為70mm，切紙效率為5000張/分。

激光切割頭各部件的具體技術(shù)參數(shù)如下：

激光器1——射頻二氧化碳激光器；

激光擴(kuò)束系統(tǒng)2——如附圖2所示，凸拋物面鏡202的中心曲率半徑為20mm，口徑12mm，有效通光口徑5mm，入射中心距反射鏡202中心距離D1為3.1mm；凹反射鏡201中心曲率半徑為160mm，口徑85mm，有效通光口徑80mm，反射鏡201邊緣距擴(kuò)束系統(tǒng)光軸距離D2為7.5mm；二反射鏡中心間距D3為150mm；

聚焦透鏡3——采用鍺柱面透鏡，焦距為150mm，工作距離130mm。