穿孔設備的製作方法
2023-08-01 03:54:06
專利名稱：穿孔設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種穿孔設備，其用於在大致細長圓柱形物品，特別是香菸的圓周表面上加工出孔。
這種類型的設備在本領域是公知的，它們用在菸草製造業中，用以在菸草製品，特別是香菸上的一個區域中提供透氣性，以便在吸菸者抽吸菸草製品時將冷卻空氣從外界大氣加入煙霧中。冷卻輔助空氣可以影響尼古丁的含量和煙霧的凝結。
一種採用了雷射器的現有穿孔設備見於美國專利No．5148818中。雙重過濾香菸的滾動過程是通過兩個滾輪實現的，所述滾輪彼此相隔著同軸安置，它們上環繞著一個用作滾動裝置的輸送帶，以使香菸布置在輸送帶與所述滾輪之間。當輸送帶以不同於滾輪的速度運行時，布置在輸送帶與所述滾輪之間的香菸將進行繞著它們自身軸線的旋轉運動。此外，一個安置在兩個滾輪之間中央的用於發射脈衝雷射束的雷射器也會旋轉並在香菸上燃燒出孔。
本領域的另一種現有設備見於DE 3310930中。該文獻中公開了一種穿孔設備，其中香菸環繞著一個筒布置，通過一個用於引導雷射束傳播的複雜心形偏轉器，可以在香菸上需要穿孔的包裝紙或包裝套上形成適宜的孔。
本領域的另一種現有設備見於DE 3431051中。在該文獻中，也有一個雷射器連接著一個複雜的偏轉器結構。在該例中，雷射束通過一個複雜的鏡結構和旋轉偏轉器而被引向位於一個滾輪上的香菸包裝套上的穿孔位置。
本領域的另一種現有設備見於DE 3431067中。該文獻中顯示了至少兩個參考文獻的組合結構。
本領域的另一種現有設備見於DE 4218266中。在該設備中，被輸送的香菸布置在一組滾輪之間從而可以在這些滾輪間旋轉。在香菸輸送滾輪上支撐著一個多稜鏡，以將一個雷射束投射到將要被穿孔的香菸上。
最後，DE 2751522中特別公開了另一種穿孔設備，其中香菸被帶動著而繞它們自身的軸線旋轉於一個滾動筒與一個所謂的滾動塊之間，並被一個被引導著作跟蹤運動的雷射束穿孔。雷射束的跟蹤運動是通過一個在圓周上裝有一組鏡子的筒而實現的。因此，為了獲得滿意的穿孔效果，本技術領域的這個設備需要很高的費用。
由於涉及到運動方面的因素，因而只能在香菸繞著其自身軸線旋轉半圈之內在香菸上穿孔。這樣，香菸需要被雷射束完全刺入，這將浪費能量並導致香菸的包裝材料上形成相對較大的孔。
因此，本發明的目的是對本技術領域的上述設備進行改進，以提供這樣一種穿孔設備，其能夠以最簡便的方式在大致細長圓柱形物品，特別是香菸的圓周表面上加工出孔。
為了達到上述目的，本發明提出了一種穿孔設備，其用於在大致細長圓柱形物品，特別是香菸的圓周表面上加工出孔，該設備包含至少一個光源，其用於產生至少一個用以在物品上形成孔的高能光束；一個滾動筒，其具有一個旋轉軸線和一個圓周表面；一個配對滾動表面，其與滾動筒的圓周表面構成一個滾動通道，用以在物品移動通過滾動通道時使物品產生繞著它們自身縱向軸線旋轉的運動；以及光束導引裝置，它們用於以這樣的方式引導光束，即在物品在滾動通道中的一部分運動中，光束將入射到物品上，其改進在於，所述光束導引裝置安置在滾動筒中。
本發明的優點特別在於，本技術領域的設備構造被簡化。通過將光束導引裝置安置在滾動筒中，可以取消用於將光束引向相應所需射入點的昂貴和複雜的鏡結構。特別是不需要採用裝有鏡子的附加筒。
一個優選實施例中具有一個光束導引裝置，其包含一個可以繞著迴轉軸線迴轉的迴轉鏡。這樣的一個迴轉鏡易於將光束，優選為雷射器產生的雷射束，從光源或雷射器引向將要被穿孔的物品上的入射點。在這個方面，迴轉鏡優選這樣安置，即迴轉鏡的迴轉軸線位於鏡的表面上。
本發明的另一個實施例的獨特之處在於，迴轉鏡的迴轉軸線相對於滾動筒的旋轉軸線同軸伸展，以使迴轉鏡的迴轉軸線與光束在物品上的入射點之間的距離等於滾動筒的半徑並在迴轉鏡的迴轉運動中保持恆定。
在根據本發明的穿孔設備的另一個實施例中，迴轉鏡的迴轉軸線平行於滾動筒的旋轉軸線伸展，以使迴轉鏡的迴轉軸線與光束在物品上的入射點之間的間隔小於滾動筒的半徑。本實施例提供的優點是，通過一個也是安置在滾動筒中的適宜光學系統，可以將雷射束適宜地聚焦，以加工出直徑在0．1mm左右的孔。例如，菸草加工業中所用的雷射束的直徑通常為7-11mm。因此，需要利用適宜的光學裝置而縮減雷射束，以便在香菸上獲得理想的孔徑。通常採用聚光鏡和／或聚光鏡與散光鏡的組合體為雷射束聚焦。本實施例在迴轉鏡與入射點之間裝有光學折射裝置，以獲得這樣的優點，即相應透鏡可以選擇而使它們的外徑相對較小，並可以因此在滾動筒中獲得充足的空間。當然，在採用其它光學系統時，也可以使迴轉鏡與入射點之間的間隔大於滾動筒半徑。
根據本發明的一個特別優選實施例的獨特之處在於，滾動筒具有這樣的圓周速度，即在一個進給輸送器上的相鄰物品移過等於它們之間間隔的距離所用時間中，物品將在滾動通道中經過一個大於它們周長的距離。在這個方面，特別優選利用物品移過超出它們周長的那部分運行距離所用的時間使迴轉鏡迴轉返回一個初始位置，以便從相同部位開始對下一個物品穿孔。這樣，通過提高滾動筒圓周速度這一簡便特徵，這些有益的實施例可以提供一個最佳時間，以使高能雷射束通過迴轉鏡而返回穿孔運動的初始位置。這種措施可以不考慮滾動通道中的物品之間的間距。例如，在輸送帶上的物品的之間的間距是12π，則滾動通道中的物品之間的間距可以與上述間距相等、略小或略大。本段中的特徵要求受到獨立保護，而與光束導引裝置的位置無關。
在本發明的另一個優選實施例中，光學折射裝置安置在光源與迴轉鏡之間。在這種情況下，也可以採用聚光鏡與散光鏡的任何組合而將雷射束聚焦。
在上述兩個實施例中，還可以在聚光鏡上附加一個表面塗層並提供一個所謂的衍射光學系統。這種類型的表面塗層可以利用，例如，圓形橫截面的雷射束產生，而如果希望的香菸上穿三角形的孔，則可以利用三角形橫截面的雷射束產生表面塗層。衍射光學系統也可以通過一個入射雷射束和兩個射出雷射束產生。衍射光學系統的一個特別優點是能夠增強雷射束的聚焦能力。這樣，即使聚光鏡相對較弱而雷射束直徑相對較大(＞7mm)，也可以在被穿孔物品上產生相對較小的孔(＜0．1mm)。
在所有上述實施例中，還優選使投射到物品上的光或雷射束產生最大可能的焦深，因為這樣可以使得因迴轉鏡相對於滾動筒中心點錯位所導致的迴轉鏡與被穿孔物品上的入射點之間的距離變化忽略不計。
在一個有益的實施例中具有一個光源，例如一個雷射器，其安置在滾動筒之外，其中光束平行於滾動筒的旋轉軸線進入滾動筒，而且光束導引裝置中具有一個偏轉鏡，其用於將光束轉向到光束導引裝置的迴轉鏡上。這樣，在這個實施例中，光束導引裝置位於滾動筒中這一有益結構可以與雷射器安置在滾動筒之外這一優點組合起來並因此而容易觸及。
本發明的其它優選實施例將在從屬權利要求中提出。
下面將通過參考附圖而對本發明的兩個優選實施例進行描述，附圖包括
圖1是根據本發明的穿孔設備的第一個實施例的示意性側視圖，圖2是圖1所示穿孔設備的一部分的俯視圖，圖3是根據本發明的穿孔設備的第二個實施例的示意性側視圖，以及圖4是圖3所示穿孔設備的一部分的俯視圖。
圖1是根據本發明的穿孔設備的第一個實施例的示意性側視圖。穿孔設備1中具有一個進給輸送筒2。該進給輸送筒2沿著箭頭4所示的旋轉方向繞著旋轉軸線6旋轉。在進給輸送筒2的圓周表面上以均勻的節距間隔分布著傳輸件8。傳輸件8上帶有徑向開口(未示出)，用以通過吸氣而保持將要被穿孔的雙重過濾香菸10貼靠在進給輸送筒2的圓周表面上。
進給輸送筒2將雙重過濾香菸10輸送到一個滾動通道12中。滾動通道12由一個滾動筒16的圓周表面14以及一個由一個滾動塊17的表面形成的配對圓周表面18構成。滾動筒16沿著箭頭22所示旋轉方向繞著旋轉軸線20的旋轉運動以及相對於滾動筒保持靜止的配對滾動表面18將導致雙重過濾香菸10以滾動運動在滾動通道12中位移。在這個方面，滾動筒16的圓周速度被這樣選擇，即當進給輸送筒2上的相鄰雙重過濾香菸10經過一個與它們在進給輸送筒2上的間隔相等的距離所用時間內，雙重過濾香菸10將在滾動通道12中經過一個大於它們圓周的距離。
滾動筒16的旋轉軸線20平行於進給輸送筒2的旋轉軸線6伸展。
在通過了滾動通道12後，雙重過濾香菸10將離開滾動通道12並被傳輸到一個卸料輸送筒24上，卸料輸送筒24沿著箭頭28所示並與進給輸送筒2的旋轉方向相同的旋轉方向繞著平行於進給輸送筒2的旋轉軸線4安置的旋轉軸線26旋轉。
卸料輸送筒24也在其圓周上帶有傳輸件30。傳輸件30對應於進給輸送筒2上的傳輸件8。在卸料輸送筒24上也帶有鄰近於傳輸件30的開口，以將雙重過濾香菸吸附在卸料輸送筒24的圓周表面上。
為了在雙過濾嘴10滾動通過滾動通道12時對它們穿孔，穿孔設備1中具有一個光源(未示出)，其形式為雷射器。光源通過一個偏轉鏡32而將一個雷射束34引向一個迴轉鏡36。通過這種構造，來自雷射器的雷射束首先被引導著平行於滾動筒16的旋轉軸線20而射入滾動筒16內部。之後，通過偏轉鏡32，雷射束34被偏轉90°而射向迴轉鏡36。通過迴轉鏡36，雷射束34再被偏轉而射向滾動筒16的圓周表面14。雷射束34可以通過沿滾動筒16的圓周方向伸展的開口38而穿過滾動筒16的圓周表面14。這些開口38實際上是狹縫形的，以便獲得最大可能的滾動表面面積。
如上面所討論，由於存在雙重過濾香菸10在滾動通道中要經過一部分超出它們周長的運行距離這一事實，因而在物品經過超出它們周長的那一部分運行距離所用時間中，迴轉鏡36能夠完成一個復位迴轉運動而返回其初始位置，以便從相同部位開始對下一個雙重過濾香菸10穿孔。
一個平凸透鏡40安置在迴轉鏡36與滾動通道12之間。透鏡40將雷射束34聚焦，以使雷射束34的焦點精確位於雷射束34照射到位於滾動通道中的雙重過濾香菸10上的入射點42上。
當雙重過濾香菸10以滾動運動在滾動通道中移動時，雷射束34通過迴轉鏡36而進行跟蹤運動，以便在所需位置上對雙重過濾香菸10的整個圓周穿孔。為此，雷射束34是脈衝式的。
圖2中顯示了圖1所示穿孔設備1的一部分沿圖1中的箭頭44的方向看時的情景。圖2中顯示了雷射束34平行於滾動筒16的旋轉軸線20並經過偏轉鏡32、迴轉鏡36和透鏡34而射入滾動筒16中。一個傳動器46用於帶動迴轉鏡36迴轉。如圖2所示，偏轉鏡32是半透明的。因此，雷射束34中的50％雷射將以一個光束34』的形式照射到一個第二偏轉鏡32』上，再從此照射到一個第二迴轉鏡36』上。第二迴轉鏡36』被一個第二傳動器46』驅動。第二光束34』從迴轉鏡36』開始穿過一個第二透鏡40』。通過這種方式，可以通過穿孔設備1而在雙重過濾香菸10上形成兩行平行的穿孔。
圖3中顯示了根據本發明的穿孔設備1的第二個實施例。在圖3中，與圖1中相同的部件以相同的參考代號表示。
與圖1中的實施例不同之處在於，圖3中顯示了一個透鏡48，其安置在偏轉鏡32與迴轉鏡36之間。這樣，來自偏轉鏡32的雷射束34將首先入射到透鏡48上以便聚焦，之後再入射到迴轉鏡36上並從此入射到被穿孔的物品，即本例中的雙重過濾香菸10上。
圖4中顯示了圖3所示穿孔設備1的一部分的示意圖。在本例中，與圖2中相同的部件以相同的參考代號表示。與圖2中的實施例不同之處在於，透鏡48和第二透鏡48』分別安置在偏轉鏡32與迴轉鏡36以及偏轉鏡32』與迴轉鏡36』之間。
權利要求
1．一種穿孔設備，其用於在大致細長圓柱形物品(10)，特別是香菸的圓周表面上加工出孔，該設備包含至少一個光源，其用於產生至少一個用以在物品(10)上形成孔的高能光束(34)，一個滾動筒(16)，其具有一個旋轉軸線(20)和一個圓周表面(14)，一個配對滾動表面(18)，其與滾動筒(16)的圓周表面(14)構成一個滾動通道(12)，用以在物品(10)移動通過滾動通道時使物品(10)產生繞著它們自身縱向軸線旋轉的運動，以及光束導引裝置(32，36，40，48)，它們用於以這樣的方式引導光束(34)，即在物品(10)在滾動通道(12)中的一部分運動中，光束將入射到物品(10)上，其特徵在於，所述光束導引裝置(32，36，40，48)安置在滾動筒(16)中。
2．根據權利要求1所述的穿孔設備，其特徵在於，光束導引裝置(32，36，40，48)中具有至少一個能夠繞著一個迴轉軸線旋轉的迴轉鏡(36)。
3．根據前面任一權利要求所述的穿孔設備，其特徵在於，滾動筒(16)的圓周速度使得，在一個進給輸送器上的相鄰物品(10)移過等於它們之間間隔的距離所用時間中，物品(10)將在滾動通道(12)中經過一個大於它們周長的距離。
4．根據權利要求3所述的穿孔設備，其特徵在於，物品(10)移過超出它們周長的那部分運行距離所用的時間可以用於使迴轉鏡(36)迴轉返回一個初始位置，以便從相同部位開始對下一個物品(10)穿孔。
5．根據權利要求2以及前面任一權利要求所述的穿孔設備，其特徵在於，迴轉軸線位於迴轉鏡(36)的表面上。
6．根據權利要求3以及前面任一權利要求所述的穿孔設備，其特徵在於，迴轉鏡(36)平行於滾動筒(16)的旋轉軸線(20)伸展。
7．根據權利要求6所述的穿孔設備，其特徵在於，迴轉鏡(36)的迴轉軸線相對於滾動筒(16)的旋轉軸線(20)同軸伸展。
8．根據權利要求7所述的穿孔設備，其特徵在於，迴轉鏡(36)的迴轉軸線與光束(34)在物品(10)上的入射點(42)之間的間隔小於滾動筒(16)的半徑。
9．根據前面任一權利要求所述的穿孔設備，其特徵在於，光束導引裝置(32，36，40，48)中具有至少一個光折射裝置(40，48)。
10．根據權利要求2和9所述的穿孔設備，其特徵在於，光折射裝置(48)安置在光源與迴轉鏡(36)之間。
11．根據權利要求2和9所述的穿孔設備，其特徵在於，光折射裝置(40)安置在迴轉鏡(36)與光束(34)在物品(10)上的入射點(42)之間。
12．根據權利要求9至11任一所述的穿孔設備，其特徵在於，光折射裝置是一個聚光鏡(48)和／或聚光鏡與散光鏡的一個組合體和／或一個衍射光學系統。
13．根據權利要求2以及前面任一權利要求所述的穿孔設備，其特徵在於，光源安置在滾動筒(16)之外，光束(34)平行於滾動筒(16)的旋轉軸線(20)進入滾動筒(16)，而且，光束導引裝置(32，36，40，48)中具有一個偏轉鏡(32)，其用於將光束(34)轉向到迴轉鏡(36)上。
14．根據前面任一權利要求所述的穿孔設備，其特徵在於，滾動筒(16)上帶有沿圓周方向伸展的開口(38)，光束(34)可以穿過它們而作用在物品(10)上。
全文摘要
一種用於在大致細長圓柱形物品的圓周表面上加工出孔的穿孔設備,該設備包含:至少一個用於產生至少一個高能光束的光源;一個具有一個旋轉軸線和一個圓周表面的滾動筒;一個配對滾動表面,其與滾動筒的圓周表面構成一個滾動通道,用以在物品移動通過滾動通道時使物品產生繞著它們自身縱向軸線旋轉的運動;以及光束導引裝置,在物品在滾動通道中的一部分運動中,其光束將入射到物品上。其改進在於,光束導引裝置安置在滾動筒中。
文檔編號A24C5/14GK1279916SQ0010925
公開日2001年1月17日 申請日期2000年6月19日 優先權日1999年7月2日
發明者曼弗雷德·東貝克 申請人:豪尼機械工程股份有限公司