CN114378446B - 激光加工辅助装置、方法和具有该装置的激光设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光加工辅助装置，涉及医疗器械技术领域，包括密封盖。通过在密封盖的密封腔内设置位置相互对应的吹气口与吸气口，并在此基础上将密封盖设置成可相对固定环进行转动。利于在激光加工时，通过吹气口吹出的保护气体压力将激光产生的金属烟雾和屑渣沿锥形吹至吸气口附近，屑渣沿医疗机械工件的上表面滚动，不需被吸浮到空中，对吸气口中的负压要求低，能有效维持密封腔内的保护气体，并且屑渣被吹动时不易聚集与激光发生接触，影响激光加工。最后在吸气口吸取金属烟雾和屑渣时，通过密封盖的转动使吸气口沿密封腔不同方位变动，对金属烟雾和屑渣进行多方位吸取，不留屑渣，能够达到理想的清理效果。

Description

激光加工辅助装置、方法和具有该装置的激光设备

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种激光加工辅助装置。

背景技术

医疗器械是一个知识密集的高技术产业，其涉及机械、电子、塑料、医药多个行业，而随着科技进步，全球一体化进程的加快，和国内研发力量的快速提高，对医疗器械的加工提出了更高的要求。

医疗器械的钻孔、焊接、切割和打标加工通常通过激光器射出的激光束能量完成，而采用激光加工却会产生金属烟雾和屑渣，再加上对医疗器械中某些活泼金属的加工需要在一个封闭的空间内引入保护气体，导致难以对屑渣进行清理。

目前产业对屑渣的清理方案如中国专利CN109954971B公开的“一种激光焊接辅助装置”，其具体公开了通过将吸尘通道的吸尘口设置在保护气输送通道的出气口的上方，使吸尘口与保护气的出气口错开，让保护气的出气口更加靠近焊接位置。当同时开启保护气输出装置和集尘器时，即使集尘器的吸力很大，也不会将焊接位置的保护气完全吸走，在焊接过程中既能有足够的保护气保护焊接位置，又能在焊接过程中将焊渣完全吸走。

但是上述专利技术方案在实际应用中，因需要将吸尘口下方的屑渣吸浮到空中带走（屑渣吸浮到空中有时容易发生聚集，影响激光加工），故使用的吸力很大，需要足够多的保护气及时进入到焊接位置以达到平衡（电机的功率增大，较频繁换气瓶），保护气体（惰性气体）的利用率极低，这将大大增加使用成本。

发明内容

本发明目的之一是解决现有技术中在采用激光加工时，对屑渣的清理方案不够理想的问题。

本发明目的之二是提供一种激光加工辅助方法。

本发明目的之三是提供一种具有激光加工辅助装置的激光设备。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：一种激光加工辅助装置，包括有具有密封腔的密封盖，所述密封腔底部为半开放式开放口，所述密封盖上设有与所述密封腔连通的开口，该开口处安装有光学镜片，所述密封盖一侧设有吹气通道，相对于所述吹气通道的所述密封盖另一侧设有吸气通道，所述吹气通道下连通有吹气口，所述吸气通道下连通有吸气口，所述吹气口与所述吸气口连通所述密封腔，所述密封盖外侧被固定环包围，所述密封盖上安装有驱动机构。

所述驱动机构的驱动轮抵在所述固定环内侧的滑槽中，通过所述驱动机构带动所述驱动轮沿所述滑槽滚动，促使所述密封盖进行原地转动，以使得所述吹气口与所述吸气口围绕所述密封腔变动方位。

在上述技术方案中，本发明实施例在使用时，将医疗器械工件放入到密封盖下方的开放口中，向吹气通道通入保护气体，使得保护气体通过吹气口进入到密封腔中覆盖到医疗器械工件的上表面。通过激光透过光学镜片作用到覆盖有保护气体的医疗器械工件上表面进行激光加工，激光产生的金属烟雾和屑渣通过吹气口吹出的保护气体压力滚动到吸气口周围，此时向吸气通道吸气，使吸气口产生负压，继而将金属烟雾和屑渣吸入到吸气口中排出。

因保护气体经吹气口吹出后会形成锥形扩散，所以金属烟雾和屑渣在保护气体的压力下呈锥形方向滚动，此时启动驱动机构带动驱动轮旋转，带动密封盖原地转动，进而使得吹气口与吸气口围绕所述密封腔变动方位，对呈锥形滚动后的金属烟雾和屑渣进行吸取。

进一步地，在本发明实施例中，所述吹气口的大小要大于所述吸气口，所述吹气口与所述吸气口的方向朝向所述密封腔中心。

进一步地，在本发明实施例中，所述吹气口中安装有气分布器，通过所述气分布器对从所述吹气口中跑出的保护气体进行导向，使所述保护气体均匀扩散到所述密封腔中。

进一步地，在本发明实施例中，所述固定环下连接有底环，所述底环中间设有容纳医疗器械工件的工件口，该工件口连通所述密封腔下的所述开放口。

进一步地，在本发明实施例中，所述吸气通道由一纵向通道与一横向通道组成，所述纵向通道与所述横向通道的交接处安装有密封组件，所述密封组件中设有密封口，所述密封口连通所述纵向通道与所述横向通道。

所述密封组件中横向滑动连接有滑动杆，所述滑动杆侧设有密封头，所述密封头密封所述密封口，所述滑动杆上连接有弹簧。

在保护气体进入到密封腔后，保护气体沿吸气口进入到吸气通道的纵向通道被密封组件阻挡，横向滑动设置的滑动杆无法向下，致使密封头保持密封密封口，保障密封腔中具有足够的保护气体，提高激光加工的效率。

进一步地，在本发明实施例中，所述吹气通道侧或所述吹气通道中设有气流温控头，所述气流温控头包括有相互连通的连接孔、冷却孔和加热孔，所述冷却孔中交错分布有冷却管，所述加热孔中具有加热环。

医疗器械的激光加工中，打标是必不可少的步骤，激光着色工艺为利用激光辐照在不锈钢表面，诱导不锈钢表面局部氧化变色而形成艳丽的色彩。不过常规的激光不锈钢彩色标记工艺控制困难，需要特种的激光器源且加工速度慢，高频激光慢速扫描还容易引起不锈钢表面的热变形，因此需要使密封腔中的保护气体进行降温处理。

而医疗器械的激光焊接，则需要适当提高焊件温度，利于焊接、利于消除温度差别太大而产生焊件内部应力，又需要密封腔的保护气体进行加热处理。

为解决降温与加热的问题，当进行激光打标时，通过冷却管中通入冷却水，在保护气体通过冷却管时，交错分布的冷却管能延长与保护气体的接触时间和接触面积，有利于对保护气体进行预冷，提高激光打标的质量。

而当进行激光焊接时，向加热环通电，使得加热环对保护气体进行升温，保护气体经过冷却管（此时冷却管中未加冷却水）阻挡，能有利于延长加热环对保护气体的加热时间，有利于对保护气体进行预热，提高激光焊接的质量。

更进一步地，在本发明实施例中，所述气流温控头中分布有进水管，所述进水管连通所述冷却管，所述冷却管之间留有供保护气体通过的间隙。

本发明的有益效果是：本发明通过在密封盖的密封腔内设置位置相互对应的吹气口与吸气口，并在此基础上将密封盖设置成可相对固定环进行转动。利于在激光加工时，通过吹气口吹出的保护气体压力将激光产生的金属烟雾和屑渣沿锥形吹至吸气口附近，屑渣沿医疗机械工件的上表面滚动，不需被吸浮到空中，对吸气口中的负压要求低（与吸气通道连接的负压电机功率要求低，与吹气通道连接的吹气电机功率要求低，用于向吹气通道供保护气体的气瓶不用频繁更换，因为气瓶的气体不用大量进入到密封腔进行快速消耗），能有效维持密封腔内的保护气体，并且屑渣被吹动时不易聚集与激光发生接触，影响激光加工。最后在吸气口吸取金属烟雾和屑渣时，通过密封盖的转动使吸气口沿密封腔不同方位变动，对金属烟雾和屑渣进行吸取，不留屑渣，能够达到理想的清理效果。

为达到上述目的之二，本发明采用以下技术方案：一种激光加工辅助方法，应用于上述发明目的之一中所述的激光加工辅助装置，所述激光加工辅助方法包括以下步骤：

将医疗器械工件放入到密封盖下方的开放口中，向吹气通道通入保护气体，使得保护气体通过吹气口进入到密封腔中覆盖到医疗器械工件的上表面。

通过激光透过光学镜片作用到覆盖有保护气体的医疗器械工件上表面进行激光加工，激光产生的金属烟雾和屑渣通过吹气口吹出的保护气体压力滚动到吸气口周围，此时向吸气通道吸气，使吸气口产生负压，继而将金属烟雾和屑渣吸入到吸气口中排出。

因保护气体经吹气口吹出后会形成锥形扩散，所以金属烟雾和屑渣在保护气体的压力下呈锥形方向滚动，此时启动驱动机构带动驱动轮旋转，带动密封盖原地转动，进而使得吹气口与吸气口围绕所述密封腔变动方位，对呈锥形滚动后的金属烟雾和屑渣进行吸取。

进一步地，在本发明实施例中，在保护气体进入到密封腔后，保护气体沿吸气口进入到吸气通道的纵向通道被密封组件阻挡，横向滑动设置的滑动杆无法向下，致使密封头保持密封密封口，保障密封腔中具有足够的保护气体。

当向吸气通道吸气时，横向滑动设置的滑动杆在横向通道的吸力下被拉动，使得密封头侧移打开密封口，以实现对金属烟雾和屑渣进行吸取。

为达到上述目的之三，本发明采用以下技术方案：一种激光设备，所述激光设备具有上述发明目的之一中所述的激光加工辅助装置，所述激光加工辅助装置安装在升降座下，所述升降座上设有升降杆，所述升降杆连接激光器，所述激光器发射出的光束穿过所述激光加工辅助装置中的光学镜片，以实现对医疗器械工件的加工。

附图说明

图1为本发明实施例激光设备的平面示意图。

图2为本发明实施例激光加工辅助装置的正面结构示意图。

图3为本发明实施例激光加工辅助装置的俯视结构示意图。

图4为图2的A局部放大图。

图5为本发明实施例气流温控头的结构示意图。

附图中

10、密封盖，11、密封腔，12、光学镜片，13、吹气通道，131、吹气口，132、气分布器，14、吸气通道，141、吸气口；

20、固定环，21、滑槽；

30、驱动机构，31、驱动轮；

40、底环，41、工件口；

50、密封组件，51、密封口，52、滑动杆，53、密封头，54、弹簧；

60、气流温控头，61、连接孔，62、冷却孔，63、加热孔，64、进水管，65、冷却管，66、加热环；

70、升降座，71、升降杆；

80、激光器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”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“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是。对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知激光加工辅助方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。

实施例一：

一种激光加工辅助装置，如图1、2所示，包括有具有密封腔11的密封盖10，密封腔11底部为半开放式开放口，密封盖10上设有与密封腔11连通的开口，该开口处安装有光学镜片12，密封盖10一侧设有吹气通道13，相对于吹气通道13的密封盖10另一侧设有吸气通道14，吹气通道13下连通有吹气口131，吸气通道14下连通有吸气口141，吹气口131与吸气口141连通密封腔11，密封盖10外侧被固定环20包围，密封盖10上安装有驱动机构30。

如图2、3所示，驱动机构30的驱动轮31抵在固定环20内侧的滑槽21中，通过驱动机构30带动驱动轮31沿滑槽21滚动，促使密封盖10进行原地转动，以使得吹气口131与吸气口141围绕密封腔11变动方位。

实施步骤：将医疗器械工件放入到密封盖10下方的开放口中，向吹气通道13通入保护气体，使得保护气体通过吹气口131进入到密封腔11中覆盖到医疗器械工件的上表面。通过激光透过光学镜片12作用到覆盖有保护气体的医疗器械工件上表面进行激光加工，激光产生的金属烟雾和屑渣通过吹气口131吹出的保护气体压力滚动到吸气口141周围，此时向吸气通道14吸气，使吸气口141产生负压，继而将金属烟雾和屑渣吸入到吸气口141中排出。

因保护气体经吹气口131吹出后会形成锥形扩散，所以金属烟雾和屑渣在保护气体的压力下呈锥形方向滚动，此时启动驱动机构30带动驱动轮31旋转，带动密封盖10原地转动，进而使得吹气口131与吸气口141围绕密封腔11变动方位，对呈锥形滚动后的金属烟雾和屑渣进行吸取。

本发明通过在密封盖10的密封腔11内设置位置相互对应的吹气口131与吸气口141，并在此基础上将密封盖10设置成可相对固定环20进行转动。利于在激光加工时，通过吹气口131吹出的保护气体压力将激光产生的金属烟雾和屑渣沿锥形吹至吸气口141附近，屑渣沿医疗机械工件的上表面滚动，不需被吸浮到空中，对吸气口141中的负压要求低（与吸气通道14连接的负压电机功率要求低，与吹气通道13连接的吹气电机功率要求低，用于向吹气通道13供保护气体的气瓶不用频繁更换，因为气瓶的气体不用大量进入到密封腔11进行快速消耗），能有效维持密封腔11内的保护气体，并且屑渣被吹动时不易聚集与激光发生接触，影响激光加工。最后在吸气口141吸取金属烟雾和屑渣时，通过密封盖10的转动使吸气口141沿密封腔11不同方位变动，对金属烟雾和屑渣进行多方位吸取，不留屑渣，能够达到理想的清理效果。

如图3所示，吹气口131的大小要大于吸气口141，吹气口131与吸气口141的方向朝向密封腔11中心。

如图2、3所示，吹气口131中安装有气分布器132，通过气分布器132对从吹气口131中跑出的保护气体进行导向，使保护气体均匀扩散到密封腔11中。

如图2所示，固定环20下连接有底环40，底环40中间设有容纳医疗器械工件的工件口41，该工件口41连通密封腔11下的开放口。

如图2、4所示，吸气通道14由一纵向通道与一横向通道组成，纵向通道与横向通道的交接处安装有密封组件50，密封组件50中设有密封口51，密封口51连通纵向通道与横向通道。

密封组件50中横向滑动连接有滑动杆52，滑动杆52侧设有密封头53，密封头53密封密封口51，滑动杆52上连接有弹簧54。

在保护气体进入到密封腔11后，保护气体沿吸气口141进入到吸气通道14的纵向通道被密封组件50阻挡，横向滑动设置的滑动杆52无法向下，致使密封头53保持密封密封口51，保障密封腔11中具有足够的保护气体，提高激光加工的效率。

如图2、5所示，吹气通道13侧或吹气通道13中设有气流温控头60，气流温控头60包括有相互连通的连接孔61、冷却孔62和加热孔63，冷却孔62中交错分布有冷却管65，加热孔63中具有加热环66。

医疗器械的激光加工中，打标是必不可少的步骤，激光着色工艺为利用激光辐照在不锈钢表面，诱导不锈钢表面局部氧化变色而形成艳丽的色彩。不过常规的激光不锈钢彩色标记工艺控制困难，需要特种的激光器80源且加工速度慢，高频激光慢速扫描还容易引起不锈钢表面的热变形，因此需要使密封腔11中的保护气体进行降温处理。

而医疗器械的激光焊接，则需要适当提高焊件温度，利于焊接、利于消除温度差别太大而产生焊件内部应力，又需要密封腔11的保护气体进行加热处理。

为解决降温与加热的问题，当进行激光打标时，通过冷却管65中通入冷却水，在保护气体通过冷却管65时，交错分布的冷却管65能延长与保护气体的接触时间和接触面积，有利于对保护气体进行预冷，提高激光打标的质量。

而当进行激光焊接时，向加热环66通电，使得加热环66对保护气体进行升温，保护气体经过冷却管65（此时冷却管65中未加冷却水）阻挡，能有利于延长加热环66对保护气体的加热时间，有利于对保护气体进行预热，提高激光焊接的质量。

气流温控头60中分布有进水管64，进水管64连通冷却管65，冷却管65之间留有供保护气体通过的间隙。

实施例二：

一种激光加工辅助方法，应用于实施例一中的激光加工辅助装置，激光加工辅助方法包括以下步骤：

将医疗器械工件放入到密封盖10下方的开放口中，向吹气通道13通入保护气体，使得保护气体通过吹气口131进入到密封腔11中覆盖到医疗器械工件的上表面。

通过激光透过光学镜片12作用到覆盖有保护气体的医疗器械工件上表面进行激光加工，激光产生的金属烟雾和屑渣通过吹气口131吹出的保护气体压力滚动到吸气口141周围，此时向吸气通道14吸气，使吸气口141产生负压，继而将金属烟雾和屑渣吸入到吸气口141中排出。

因保护气体经吹气口131吹出后会形成锥形扩散，所以金属烟雾和屑渣在保护气体的压力下呈锥形方向滚动，此时启动驱动机构30带动驱动轮31旋转，带动密封盖10原地转动，进而使得吹气口131与吸气口141围绕密封腔11变动方位，对呈锥形滚动后的金属烟雾和屑渣进行吸取。

在吸取金属烟雾和屑渣前，保护气体进入到密封腔11后，保护气体沿吸气口141进入到吸气通道14的纵向通道被密封组件50阻挡，横向滑动设置的滑动杆52无法向下，致使密封头53保持密封密封口51，保障密封腔11中具有足够的保护气体。

当向吸气通道14吸气时（需吸取金属烟雾和屑渣），横向滑动设置的滑动杆52在横向通道的吸力下被拉动，使得密封头53侧移打开密封口51，以实现对金属烟雾和屑渣进行吸取。

实施例三：

一种激光设备，如图1所示，激光设备具有实施例一中的激光加工辅助装置，激光加工辅助装置安装在升降座70下，升降座70上设有升降杆71，升降杆71连接激光器80，激光器80发射出的光束穿过激光加工辅助装置中的光学镜片12，以实现对医疗器械工件的加工。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种激光加工辅助装置，包括有具有密封腔的密封盖，所述密封腔底部为半开放式开放口，所述密封盖上设有与所述密封腔连通的开口，该开口处安装有光学镜片，所述密封盖一侧设有吹气通道，相对于所述吹气通道的所述密封盖另一侧设有吸气通道，所述吹气通道下连通有吹气口，所述吸气通道下连通有吸气口，所述吹气口与所述吸气口连通所述密封腔，其特征在于，所述密封盖外侧被固定环包围，所述密封盖上安装有驱动机构；

所述驱动机构的驱动轮抵在所述固定环内侧的滑槽中，通过所述驱动机构带动所述驱动轮沿所述滑槽滚动，促使所述密封盖进行原地转动，以使得所述吹气口与所述吸气口围绕所述密封腔变动方位；

所述吸气通道由一纵向通道与一横向通道组成，所述纵向通道与所述横向通道的交接处安装有密封组件，所述密封组件中设有密封口，所述密封口连通所述纵向通道与所述横向通道；

所述密封组件中横向滑动连接有滑动杆，所述滑动杆侧设有密封头，所述密封头密封所述密封口，所述滑动杆上连接有弹簧。

2.根据权利要求1所述激光加工辅助装置，其特征在于，所述吹气口的大小要大于所述吸气口，所述吹气口与所述吸气口的方向朝向所述密封腔中心。

3.根据权利要求1所述激光加工辅助装置，其特征在于，所述吹气口中安装有气分布器，通过所述气分布器对从所述吹气口中跑出的保护气体进行导向，使所述保护气体均匀扩散到所述密封腔中。

4.根据权利要求1所述激光加工辅助装置，其特征在于，所述固定环下连接有底环，所述底环中间设有容纳医疗器械工件的工件口，该工件口连通所述密封腔下的所述开放口。

5.根据权利要求1所述激光加工辅助装置，其特征在于，所述吹气通道侧或所述吹气通道中设有气流温控头，所述气流温控头包括有相互连通的连接孔、冷却孔和加热孔，所述冷却孔中交错分布有冷却管，所述加热孔中具有加热环。

6.根据权利要求5所述激光加工辅助装置，其特征在于，所述气流温控头中分布有进水管，所述进水管连通所述冷却管，所述冷却管之间留有供保护气体通过的间隙。

7.一种激光加工辅助方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-6中任一所述的激光加工辅助装置，所述激光加工辅助方法包括以下步骤：

将医疗器械工件放入到密封盖下方的开放口中，向吹气通道通入保护气体，使得保护气体通过吹气口进入到密封腔中覆盖到医疗器械工件的上表面；

通过激光透过光学镜片作用到覆盖有保护气体的医疗器械工件上表面进行激光加工，激光产生的金属烟雾和屑渣通过吹气口吹出的保护气体压力滚动到吸气口周围，此时向吸气通道吸气，使吸气口产生负压，继而将金属烟雾和屑渣吸入到吸气口中排出；

因保护气体经吹气口吹出后会形成锥形扩散，所以金属烟雾和屑渣在保护气体的压力下呈锥形方向滚动，此时启动驱动机构带动驱动轮旋转，带动密封盖原地转动，进而使得吹气口与吸气口围绕所述密封腔变动方位，对呈锥形滚动后的金属烟雾和屑渣进行吸取；

在保护气体进入到密封腔后，保护气体沿吸气口进入到吸气通道的纵向通道被密封组件阻挡，横向滑动设置的滑动杆无法向下，致使密封头保持密封密封口，保障密封腔中具有足够的保护气体；

当向吸气通道吸气时，横向滑动设置的滑动杆在横向通道的吸力下被拉动，使得密封头侧移打开密封口，以实现对金属烟雾和屑渣进行吸取。

8.一种激光设备，其特征在于，所述激光设备具有上述权利要求1-6中任一所述的激光加工辅助装置，所述激光加工辅助装置安装在升降座下，所述升降座上设有升降杆，所述升降杆连接激光器，所述激光器发射出的光束穿过所述激光加工辅助装置中的光学镜片以实现对医疗器械工件的加工。

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