水松纸激光切割头的制作方法

专利名称：水松纸激光切割头的制作方法
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， 如巻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l所示，它由激光器l、激光扩束系统2、柱面 聚焦镜3组成。激光器l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。


图l: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l——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. 1 mm;凹 反射镜201中心曲率半径为160mm， 口径85ram，有效通光口径80ram，反射镜201 边缘距扩束系统光轴距离D2为7. 5鹏；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。
权利要求
1. 一种水松纸激光切割头，它由激光器、光学扩束镜、聚焦透镜构成，其特征在于激光器(1)发出的激光束经激光扩束系统(2)扩束后，被柱面聚焦透镜(3)在焦平面(4)上聚焦成一条直线，对位于焦平面(4)上的水松纸进行切割。
2.根据权利要求1所说述的一种水松纸激光切割头，其特征在于所说的激光器(1)是二氧化碳激光器，或其他激光器。
3. 根据权利要求1所说述的一种水松纸激光切割头，其特征在于所说的激光扩束系统(2)由两块离轴抛物面反射镜组成，它们是凸抛物面镜(202) 和凹抛物面镜(201)，两反射镜表面均镀有具有高破坏閾值能反射高强度激 光束的介质膜。
4. 根据权利要求1所说述的一种水松纸激光切割头，其特征在于所说的柱面聚焦透镜(3)由锗单晶、硫化锌或硒化锌制成，透镜的工作距离大于 100 mm。
全文摘要
本发明公开了一种水松纸激光切割头，它用于对水松纸的高速切割。水松纸激光切割头由激光器、激光扩束系统、柱面聚焦镜组成。由激光器发出的激光束经激光扩束系统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，在焦平面4聚焦形成一条聚焦线，水松纸在焦平面上被此条激光聚焦线割断。
文档编号B23K26/00GK101264552SQ20081003532
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者沈蓓军 申请人:中国科学院上海技术物理研究所