CN108080800B - 可调光束飞秒激光器加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可调光束飞秒激光器加工装置，属于激光加工装置技术领域，易对血管支架的管材加工区大小进行控制，稳定性好，精度高，节能降耗。包括超快激光器、超快激光隔离器、可调放大率的扩束器、反射镜、聚焦透镜、保护玻璃、激光切割嘴、工作台、滤光片、CCD摄像头和控制单元，所述超快激光器输出的激光依次经超快激光隔离器、可调放大率的扩束器、反射镜、聚焦透镜、保护玻璃和激光切割嘴后照射在工作台的工作区上，所述CCD摄像头和扩束器的控制端分别与控制单元连接，所述CCD摄像头的镜头朝向工作台的工作区布置，所述滤光片布置在反射镜与CCD摄像头之间。

Description

可调光束飞秒激光器加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工装置技术领域，具体涉及可调光束飞秒激光器加工装置。

背景技术

每年在全世界植入数百万个血管支架以治疗由血管变窄或阻塞引起的各种血管和血管内疾病。激光在可植入医疗装置的制造中起关键作用。通过它们的精确控制，激光器可有效地将材料加工成用于这些可植入医疗装置所需的复杂和精确的几何形状。

早期血管支架由不锈钢制成，相对较大，部件几何形状和特征公差为±25μm或更大。激光切割，采用纳秒持续时间的脉冲红外激光器，很容易满足在这个级别的加工精度要求。然而，纳秒激光脉冲与材料的热相互作用，通常导致金属部件的表面光洁度不高，易出现毛刺，熔化和重铸是常见的。此外，材料中的热沉积导致与切割边缘接壤的窄的热影响区。在热影响区内，材料性质或组成被改变。

这些效应意味着激光切割技术只能被扩展到体积支架生产，其中的开发和改进即昂贵且耗时的后处理步骤去除粗糙边缘。使产品清洁、去毛刺、蚀刻和最终抛光，以使支架的表面性质达到可植入装置所需的水平和一致性。近年来飞秒激光器实现了新的尺寸和材料，可植入医疗器件变得越来越复杂，并且使用更难加工的材料。例如，支架现在用于具有小尺寸的外周动脉。

另一趋势是向支架和假体添加受控的表面纹理或几何形状以改善生物相容性，例如以降低再狭窄的风险。生物可吸收的新材料增加了制造这些装置的挑战的另一个维度。飞秒激光是用于微加工用于这些新一代植入式医疗装置的超细结构和新材料的使能技术。飞秒激光器的脉冲持续时间比常规纳秒激光器的脉冲持续时间短10万倍。使用这些超短脉冲，激光能量进入材料并在膨胀等离子体之前离开，然后其可作为热量在材料内传递。结果通常被称为“冷”或“无热”激光烧蚀。其显着特征是其产生的非常干净的微米级机械加工特征，通常没有毛刺、熔化、重铸和热影响区。

发明内容

本发明是为了解决现有激光加工装置存在不易控制血管支架的管材加工区大小的不足，提供一种易对血管支架的管材加工区大小进行控制，稳定性好，精度高，节能降耗的可调光束飞秒激光器加工装置。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：

可调光束飞秒激光器加工装置，包括超快激光器、超快激光隔离器、可调放大率的扩束器、反射镜、聚焦透镜、保护玻璃、激光切割嘴、工作台、滤光片、CCD摄像头和控制单元，所述超快激光器输出的激光依次经超快激光隔离器、可调放大率的扩束器、反射镜、聚焦透镜、保护玻璃和激光切割嘴后照射在工作台的工作区上，所述CCD摄像头和扩束器的控制端分别与控制单元连接，所述CCD摄像头的镜头朝向工作台的工作区布置，所述滤光片布置在反射镜与CCD摄像头之间。

超快激光器为飞秒激光器或为皮秒激光器。超快激光隔离器保证激光的稳定工作。可调放大率的扩束器用于调整激光光束的大小，以调整激光光束在工作台的工作区上的管材表面的焦点大小，从而控制血管支架的加工精度。在激光光束加工过程中，激光切割嘴有气体喷出。聚焦透镜和激光切割嘴可在竖直轴上精密运动。

工作台即为水平旋转式工作台，也为竖直旋转式工作台，还为升降式工作台。

CCD摄像头可检测加工尺寸。控制单元用来处理信息，控制激光束的大小，进而控制血管支架的加工精度。

本发明精度高，稳定性好，节能降耗。适合加工金属血管支架和非金属血管支架。聚焦点直径公式如下：

其中，2W₀是聚焦点直径，λ是激光波长，F是聚焦透镜焦距，D是入射光斑直径。

当使用可调放大率的扩束器时，入射光斑直径D将变化。例如，如果入射光斑直径D增至2倍，聚焦点直径就减小至2倍，激光功率密度增至4倍。加工过程如果有任何加工偏差，可通过调整可调放大率的扩束器进行调整，稳定性好。若直接调整激光功率会影响激光的稳定性。

在控制单元中，设定加工尺寸。CCD探测实际的加工尺寸。如果实际加工尺寸大了，控制单元发送命令给可调放大率的扩束器扩大入射光斑直径D，以减小聚焦光斑，减小加工尺寸。如果实际尺寸小了，控制单元发送命令给可调放大率的扩束器缩小入射光斑直径D，以扩大聚焦光斑，扩大加工尺寸。

作为优选，还包括储能电池、充电模块；所述激光扩束器包括左透镜、右透镜和光电板组件，右透镜的半径大于左透镜的半径；在光电板组件的中心处设有与右透镜的外周面匹配的板孔，右透镜固定设置在光电板组件的板孔内，且右透镜的半径与光电板组件的受光面平行；光电板组件的电能输出端连接在充电模块的输入端上，充电模块的输出端连接在储能电池的输入端上，在光电板组件的电能输出端设有能检测光电板组件的电能输出端电压的电压传感器，电压传感器与控制单元连接；所述左透镜和右透镜之间的间距可调节。

本方案将超快激光器发出的光能多余所需的光能时，通过光电板组件将多余的光能回收存储后再利用，能大大降低用电成本。

作为优选，所述激光扩束器还包括水平管，在水平管的上表面上轴向设有与水平管的管腔相连通的滑槽，光电板组件固定在滑槽右方的水平管的管腔内，在左透镜的外周面上套紧固定连接有保护圈，保护圈左右滑动布置在光电板组件左方的水平管的管腔内，在滑槽内滑动设有滑柄，在水平管的外管壁上设有气缸，滑柄的上端固定连接在气缸的伸缩杆上，滑柄的下端固定连接在保护圈上，并且左透镜会随气缸伸缩杆的伸缩左右移动，所述左透镜的中心线和右透镜的中心线都落在水平管的管心线上，所述气缸的控制端与控制单元连接。

作为优选，所述反射镜为45°反射镜。

作为优选，所述工作台为水平旋转式工作台。

作为优选，所述工作台为竖直旋转式工作台。

作为优选，所述工作台为升降式工作台。

本发明能够达到如下效果：

本发明由于采用带有可调放大率的扩束器的控制系统，实时优化激光加工参数，血管支架的筋宽一致性要求能得到精密的控制。超快激光器的脉冲持续时间比常规纳秒激光器的脉冲持续时间短10万倍。使用这些超短脉冲，激光能量进入管材并在膨胀等离子体之前离开，然后其可作为热量在管材内传递。结果通常被称为“冷”或“无热”激光烧蚀。其显着特征是其产生的非常干净的微米级机械加工特征，通常没有毛刺、没有熔化、没有重铸和没有热影响区。从而减少管材激光切割后的后处理，达到最佳的切割效果，提高血管支架的性能，具有节能降耗功能，可靠性好。

附图说明

图1是本发明的一种连接结构示意图。

图2是本发明激光扩束器的水平管处的一种剖视连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例，可调光束飞秒激光器加工装置，参见图1-图2所示，包括超快激光器1、超快激光隔离器2、可调放大率的激光扩束器3、反射镜4、聚焦透镜5、保护玻璃6、激光切割嘴7、工作台9、滤光片10、CCD摄像头11和控制单元12，所述超快激光器1输出的激光依次经超快激光隔离器2、可调放大率的激光扩束器3、反射镜4、聚焦透镜5、保护玻璃6和激光切割嘴7后照射在工作台的工作区8上，所述CCD摄像头和激光扩束器的控制端分别与控制单元连接，所述CCD摄像头的镜头朝向工作台的工作区布置，所述滤光片布置在反射镜与CCD摄像头之间。

还包括储能电池13、充电模块14；所述激光扩束器包括左透镜15、右透镜16和光电板组件17，右透镜的半径大于左透镜的半径；在光电板组件的中心处设有与右透镜的外周面匹配的板孔18，右透镜固定设置在光电板组件的板孔内，且右透镜的半径与光电板组件的受光面平行；光电板组件的电能输出端连接在充电模块的输入端上，充电模块的输出端连接在储能电池的输入端上，在光电板组件的电能输出端设有能检测光电板组件的电能输出端电压的电压传感器，电压传感器与控制单元连接；所述左透镜和右透镜之间的间距可调节。

所述激光扩束器还包括水平管19，在水平管的上表面上轴向设有与水平管的管腔相连通的滑槽20，光电板组件固定在滑槽右方的水平管的管腔内，在左透镜的外周面上套紧固定连接有保护圈21，保护圈左右滑动布置在光电板组件左方的水平管的管腔内，在滑槽内滑动设有滑柄22，在水平管的外管壁上设有气缸23，滑柄的上端固定连接在气缸的伸缩杆24上，滑柄的下端固定连接在保护圈上，并且左透镜会随气缸伸缩杆的伸缩左右移动，所述左透镜的中心线和右透镜的中心线都落在水平管的管心线上，所述气缸的控制端与控制单元连接。

所述反射镜为45°反射镜。所述工作台即为水平旋转式工作台，所述工作台也为竖直旋转式工作台，所述工作台还为升降式工作台。

超快激光器为飞秒激光器或为皮秒激光器。超快激光隔离器保证激光的稳定工作。可调放大率的扩束器用于调整激光光束的大小，以调整激光光束在工作台的工作区上的管材表面的焦点大小，从而控制血管支架的加工精度。在激光光束加工过程中，激光切割嘴有气体喷出。聚焦透镜和激光切割嘴可在竖直轴上精密运动。

工作台即为水平旋转式工作台，也为竖直旋转式工作台，还为升降式工作台。

CCD摄像头可检测加工尺寸。控制单元用来处理信息，控制激光束的大小，进而控制血管支架的加工精度。

本发明精度高，稳定性好，节能降耗。适合加工金属血管支架和非金属血管支架。聚焦点直径公式如下：

其中，2W₀是聚焦点直径，λ是激光波长，F是聚焦透镜焦距，D是入射光斑直径。

当使用可调放大率的扩束器时，入射光斑直径D将变化。例如，如果入射光斑直径D增至2倍，聚焦点直径就减小至2倍，激光功率密度增至4倍。加工过程如果有任何加工偏差，可通过调整可调放大率的扩束器进行调整，稳定性好。若直接调整激光功率会影响激光的稳定性。

在控制单元中，设定加工尺寸。CCD探测实际的加工尺寸。如果实际加工尺寸大了，控制单元发送命令给可调放大率的扩束器扩大入射光斑直径D，以减小聚焦光斑，减小加工尺寸。如果实际尺寸小了，控制单元发送命令给可调放大率的扩束器缩小入射光斑直径D，以扩大聚焦光斑，扩大加工尺寸。

加工血管支架的管材放置在工作台的工作区8上即可对将管材加工成需要的血管支架。

本实施例将超快激光器发出的光能多余所需的光能时，通过光电板组件将多余的光能回收存储后再利用，能大大降低用电成本。当左透镜朝右移动后，从左透镜出去的一部分光束26会通过右透镜射出去，从左透镜出去的另一部分光束25会照射在光电板组件的受光面上，该部分光束25就会转换成电能后存储在储能电池中。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (5)

1.可调光束飞秒激光器加工装置，其特征在于，包括超快激光器(1)、超快激光隔离器(2)、可调放大率的激光扩束器(3)、反射镜(4)、聚焦透镜(5)、保护玻璃(6)、激光切割嘴(7)、工作台(9)、滤光片(10)、CCD摄像头(11)和控制单元(12)，所述超快激光器(1)输出的激光依次经超快激光隔离器(2)、可调放大率的激光扩束器(3)、反射镜(4)、聚焦透镜(5)、保护玻璃(6)和激光切割嘴(7)后照射在工作台的工作区上，所述CCD摄像头和激光扩束器的控制端分别与控制单元连接，所述CCD摄像头的镜头朝向工作台的工作区布置，所述滤光片布置在反射镜与CCD摄像头之间；还包括储能电 池、充电模块；所述激光扩束器包括左透镜、右透镜和光电板组件，右透镜的半径大于左透 镜的半径；在光电板组件的中心处设有与右透镜的外周面匹配的板孔，右透镜固定设置在 光电板组件的板孔内，且右透镜的半径与光电板组件的受光面平行；光电板组件的电能输 出端连接在充电模块的输入端上，充电模块的输出端连接在储能电池的输入端上，在光电 板组件的电能输出端设有能检测光电板组件的电能输出端电压的电压传感器，电压传感器 与控制单元连接；所述左透镜和右透镜之间的间距可调节；所述反射镜为 45°反射镜。

2.根据权利要求1所述的可调光束飞秒激光器加工装置，其特征在于，所述激光扩束器还包括水平管，在水平管的上表面上轴向设有与水平管的管腔相连通的滑槽，光电板组件固定在滑槽右方的水平管的管腔内，在左透镜的外周面上套紧固定连接有保护圈，保护圈左右滑动布置在光电板组件左方的水平管的管腔内，在滑槽内滑动设有滑柄，在水平管的外管壁上设有气缸，滑柄的上端固定连接在气缸的伸缩杆上，滑柄的下端固定连接在保护圈上，并且左透镜会随气缸伸缩杆的伸缩左右移动，所述左透镜的中心线和右透镜的中心线都落在水平管的管心线上，所述气缸的控制端与控制单元连接。

3.根据权利要求1所述的可调光束飞秒激光器加工装置，其特征在于，所述工作台为水平旋转式工作台。

4.根据权利要求1所述的可调光束飞秒激光器加工装置，其特征在于，所述工作台为竖直旋转式工作台。

5.根据权利要求1所述的可调光束飞秒激光器加工装置，其特征在于，所述工作台为升降式工作台。