[0001] 本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种棒状物激光打孔装置。

[0002] 烟支在线激光打孔，是指在烟支卷制过程中在卷烟滤嘴中部利用激光束将水松纸打穿形成微小孔洞的工艺，这些孔洞可以使吸食者在吸入烟草烟气的同时还吸入一定量的环境空气，这一方面可以稀释烟气，另一方面还可以降低烟气的温度从而降低烟气中尼古丁和焦油含量。另外，采用在线激光打孔也可以改善细支烟和中支烟所存在的吸阻较大的问题。

[0003] 公开号为CN113996935A的中国发明专利申请公开了一种用于棒状物品的在线激光打孔装置和打孔方法，该申请利用设置在接收鼓外侧的搓辊上的突起，使烟支围绕其纵轴轴线旋转起来，在烟支旋转的同时，设置在接收鼓和搓辊中间偏上一侧的激光头对准烟支滤嘴端发射激光脉冲。由于搓辊的辊面和接收鼓的辊面的之间的最小距离要略小于烟支直径，这会对烟支造成挤压，同时烟支的高速转动会造成烟支的空松、烟支表面刺破等缺陷。

[0004] 公开号为CN1653976A的中国发明专利申请公开了一种试图避免上述损耗的装置，在此装置中烟支布置在一个圆柱形滚筒的外圆周上的凹槽里，在滚筒旋转的同时，自转的凹槽通过负压吸风带动烟支一起自转。在滚筒轴向的外部设置一个多棱镜，多棱镜可以相对滚筒独立旋转；在垂直于多棱镜轴心的方向设有激光束机构，激光束射向通过前方设置的透镜聚焦到一条基本上通过多棱镜的旋转中心的线上，多棱镜相反于滚筒的旋转方向旋转，用于使激光束定向的从旋转轴线出发向外指向，并用于使激光束围绕所述旋转轴线摆动。在滚筒圆周外侧设置一组第一偏转镜和一组第二偏转镜，将多棱镜反射的激光束转向指向垂直于滚筒旋转轴线，也就是指向垂直于滚筒凹槽里的烟支滤嘴端，在靠近滚筒圆周附近设置一组透镜，将第二偏转镜反射的激光束聚焦到烟支滤嘴端。滚筒的旋转、滚筒凹槽中烟支的自转、多棱镜的旋转和激光束的发射频率要相互协调，以保证烟支在经过每个透镜下方时，都能被激光束打孔。但该装置在90°的角度区间内设置了5组偏转镜和透镜，装置整体体积大，有效工作区间狭窄，并且烟支在凹槽中的自转速度较大，不利于机器的稳定运行。

[0052] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

[0053] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0054] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0055] 此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0056] 图3所示为本发明棒状物激光打孔装置的剖示图，在以下的描述中，以图3中的附图作为方向的参考基础，在图3中，沿视图纸面朝右为右方向，沿视图纸面朝左为左方向，定义轮体4的轴线沿左右方向延伸。

[0057] 如图1‑4所示，本发明提供了一种棒状物激光打孔装置，该装置包括轮体4、固定机构7、传动机构6、中空轴1和扫描镜头2。

[0058] 在轮体4上设有一个多棱镜11和多个沿轮体4的周向均匀间隔分布的吸爪齿轮轴12。其中，多棱镜11与轮体4同轴设置且固定安装在轮体4的一端，其包括沿周向均匀分布的多个镜面，多个镜面的形状、大小及倾斜角度均相同，并且可以绕轮体4的轴线旋转。同时，镜面的数量与吸爪齿轮轴12的数量相同。吸爪齿轮轴12可转动地设置在轮体4中，每个吸爪齿轮轴12的轴线平行于轮体4的轴线，两者均沿左右方向延伸。每个吸爪齿轮轴12中设有左右贯通的第一负压通道，第一负压通道的右端连通有用于吸附烟支14的吸爪5。吸爪5的延伸方向平行于轮体4的轴线，其内部设有中空的负压腔，其外壁上开有多个与负压腔相连通的吸风孔。

[0059] 固定机构7的位置固定，其与轮体4同轴设置且位于轮体4的左端。固定机构7上设有多个沿圆弧线均匀间隔分布的第二负压通道71，第二负压通道71用于连通抽负压机构与第一负压通道。抽负压机构工作时，可在各个与第二负压通道71相连通的吸爪5的吸风孔处形成负压，烟支14即被吸附在吸爪5上。

[0060] 如图3所示，传动机构6分别与第一驱动源、轮体4、多个吸爪齿轮轴12传动连接，其在第一驱动源的驱动下驱动轮体4和吸爪齿轮轴12分别绕各自的轴线旋转，即各吸爪齿轮轴12在随轮体4绕轮体4的轴线进行公转的同时，还会绕自身轴线进行自转。

[0061] 在本发明的一个具体实施例中，传动机构6包括轮体驱动齿轮3、与轮体驱动齿轮3固定连接的内齿轮31、以及驱动齿轮轴62。其中，轮体驱动齿轮3可转动地套设在固定机构7的外侧，其与第一驱动源传动连接，并在第一驱动源的驱动下旋转。驱动齿轮轴62贯穿固定机构7，其左端设有与内齿轮31传动连接的第一齿轮61，右端从左向右依次设有第二齿轮63和第三齿轮64，第二齿轮63与设置在轮体4内壁上的第四齿轮传动连接，用于带动轮体4绕自身轴线旋转；第三齿轮64通过可转动地设置在轮体4内的传动齿轮65与多个吸爪齿轮轴12传动连接，用于带动各吸爪齿轮轴12绕自身轴线旋转。本领域技术人员可以根据需要，改变轮体驱动齿轮3、内齿轮31、第一齿轮61、第二齿轮63、第三齿轮64、第四齿轮、传动齿轮65及吸爪齿轮轴12上的齿数，进而改变轮体4的转速和吸爪齿轮轴12的自转转速，使得两者转速不同。

[0062] 中空轴1与轮体4同轴设置且同时贯穿固定机构7和轮体4。中空轴1中设有左右贯通的激光通道，且中空轴1在第二驱动源的驱动下绕自身轴线旋转。前述第一驱动源和第二驱动源均为伺服电机。

[0063] 扫描镜头2与轮体4同轴设置且固定在中空轴1的右端，扫描镜头2位于多个吸爪5的内侧，其中设有光学组件和至少一个镜头组8。镜头组8具体地包括一个反射镜81和一个聚光镜82。扫描镜头2上还开有若干个供激光束13通过的开孔83，开孔83的数量和镜头组8的数量相同，且其开设位置与镜头组8设置的位置一一对应。

[0064] 在本发明的实施例一中，扫描镜头2中设有一个镜头组8，光学组件包括一个中置反射镜10，中置反射镜10与轮体4同轴设置。进行激光打孔时，激光束13穿过激光通道到达中置反射镜10，中置反射镜10将激光束13反射至反射镜81上，反射镜81反射的激光束13经聚光镜82的聚焦后射向多棱镜11中的一个镜面，经该镜面反射后的激光束13从开孔83出射，射至正对开孔83的烟支14上，在烟支14的滤嘴端上开设一个孔。

[0065] 在本发明的实施例二中，扫描镜头2中设有两个镜头组8，光学组件包括一个分光镜9和一个中置反射镜1，分光镜9、中置反射镜10与轮体4同轴设置，两个镜头组8沿扫描镜头2的周向间隔分布。进行激光打孔时，如图4所示，激光束13穿过激光通道到达分光镜9，分光镜9将50％的激光反射到其中一个镜头组8的反射镜81上，另外50％的激光束13透过分光镜9射至位于分光镜9右侧的中置反射镜10上，中置反射镜10将激光束13反射至另一个镜头组8的反射镜81上，两个镜头组8的反射镜81反射的激光束13经过镜头组内的聚光镜82聚焦后分别射向多棱镜11中的两个镜面，接着分别从两个开孔83中出射，在与两个开孔83正对的两个烟支14的滤嘴端上各开设一个孔。

[0066] 具体地，扫描镜头2和轮体4的旋转方向相反，且转速大于轮体4的转速。聚光镜82的焦距约等于聚光镜82到镜面的距离与镜面到烟支14滤嘴端的距离之和。镜面垂直于吸爪5的轴线与轮体4的轴线所构成的平面。

[0067] 以下结合图4和图5说明本发明棒状物激光打孔装置的工作原理：

[0068] 本发明的棒状物激光打孔装置设置在输送轮15和输出轮16之间。输送轮15和输出轮16上均设有多个沿自身周向均匀间隔分布的吸风槽，用于对烟支14进行吸附。输送轮15和输出轮16的旋转方向相同，轮体4与输送轮15、输出轮16的旋转方向相反。输送轮15用于将烟支14输送至吸爪5，烟支14被吸附在吸爪5上。轮体4带动每个烟支14公转θ度，将烟支14从输出轮15输送至输出轮16的吸风槽中，烟支14自此脱离轮体4。在每个烟支14公转的过程中，烟支14还会随吸爪5/吸爪齿轮轴12自转N周，扫描镜头2旋转n周，n>N；与此同时设置在激光通道一端的激光器发出脉冲激光，激光束13经激光通道、光学组件、镜头组8、多棱镜11的镜面射至正对该镜面的烟支14上，完成对该烟支14的一次打孔。最终在烟支14上形成多个沿烟支14的周向间隔分布的开孔(即一圈开孔)，带有一圈开孔的烟支14被输送至输出轮16上。

[0069] 为保证打孔的精准度，扫描镜头2与轮体4的初始相对位置对齐，扫描镜头2的旋转速度、轮体4的旋转速度、吸爪5的数量、多棱镜11的镜面数量相互协调，同时配合合适的激光器发射频率，使得扫描镜头2的镜头组8和开孔83在每次经过同一烟支14时可以对该烟支14的不同圆周区段进行打孔，确保最终完成对烟支14的周向打孔。

[0070] 在本发明的一个具体实施例中，设置在固定机构7上的多个第二负压通道71沿圆心角不小于θ度的圆弧线间隔分布，这样设置可以保证吸附有烟支14的吸爪5中的负压稳定，避免烟支14在随轮体4公转的过程中脱落。

[0071] 进一步地，为实现在烟支14上的均匀打孔，在烟支14公转的过程中，烟支14随吸爪5/吸爪齿轮轴12自转2周。

[0072] 进一步地，为调节不同的焦点位置，适应不同直径规格的烟支14或实现在相同激光功率下打出不同大小的孔，需要在激光器和激光通道之间设置光束焦距调节机构。光束焦距调节机构为现有技术，其包括扩束镜、滤光片、透镜、反射镜、分束镜中的一种或多种。

[0073] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。