CN114453732A - 一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及心血管支架加工技术领域,特别涉及一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,包括底座运动机构、专用治具机构和激光加工机构,所述底座运动机构包括工作台和安装在工作台上的高精度三轴运动平台,所述激光加工机构分布在工作台和高精度三轴运动平台上,所述专用治具机构安装在高精度三轴运动平台上从而实现心血管支架的自动供给;本发明在加工过程中心血管支架能够自动供给,加工的精度高且良品率高。
Description
技术领域
本发明涉及心血管支架加工技术领域,特别涉及一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置及方法。
背景技术
心血管支架是心血管介入手术中常用的医疗器械,目前主要应用于血管疾病的治疗。近年来,国内外企业已经开始采用飞秒激光对心血管支架进行切割,飞秒激光是指时域脉冲宽度在飞秒量级的激光。飞秒激光对心血管支架进行切割利用的是飞秒激光短脉冲产生的强电场,消除材料切点附近的自由电子,使带正电荷的材料同性相斥,失去分子间的作用力,通过“分子摘除”的方式完成材料去除,这种方式加工的心血管支架断面无毛刺、表面光洁平滑、无热损、不会产生烧蚀、切割精度高并且筋宽均匀。
目前,利用超快激光加工心血管支架的装置大部分不能实现心血管支架的自动进给,从而使得心血管支架加工的效率低下。而且,当心血管支架的尺度小到零点几毫米时,加工的精度低,良品率差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷和不足,提供一种加工过程中的心血管支架能够自动供给,加工的精度高且良品率高的基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置及方法。
实现本发明目的的技术方案是:一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,包括底座运动机构、专用治具机构和激光加工机构,所述底座运动机构包括工作台和安装在工作台上的高精度三轴运动平台,所述激光加工机构分布在工作台和高精度三轴运动平台上,所述专用治具机构安装在高精度三轴运动平台上从而实现心血管支架的自动供给。
进一步地,所述专用治具机构包括治具移动平台和两个旋转夹持组件,所述治具移动平台与高精度三轴运动平台的左端滑动连接,两个所述旋转夹持组件分别设在治具移动平台上和高精度三轴运动平台的右端。
进一步地,所述旋转夹持组件包括空心旋转平台、空心气动卡盘和专用夹头,所述空心气动卡盘安装在空心旋转平台上,所述专用夹头由空心气动卡盘夹紧。
进一步地,所述专用夹头由多瓣组成且每一瓣的根部相连接,所述专用夹头的中心开设有通孔。
进一步地,所述激光加工机构包括振镜加工头、同轴适配器、工业相机、照明光源、飞秒激光器和反射镜组,所述振镜加工头、同轴适配器、工业相机和照明光源均安装在高精度三轴运动平台的上方,所述工业相机安装在同轴适配器上。
进一步地,还包括辅助机构,所述辅助机构包括密封保护罩、专用吹气组件和专用注水组件,所述密封保护罩密封专用治具机构,所述专用吹气组件与密封保护罩连通,所述专用注水组件与心血管支架的右端连通。
一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的方法,包括如下步骤:
S1.心血管支架的夹持:将待加工心血管支架从右向左依次穿过两个旋转夹持组件,并由两个专用夹头夹紧;
S2.心血管支架的防护:将待加工心血管支架的右端接入专用注水组件,并持续通入保护性液体,同时盖好密封保护罩,通过专用吹气组件向密封保护罩内持续吹入保护性气体;
S3.心血管支架的加工:通过工业相机的自动寻焦和视觉定位使得激光焦点聚焦在心血管支架待加工部位,然后通过飞秒激光器发出的激光对心血管支架进行加工;
S4.心血管支架的自动进给:通过高精度三轴运动平台的移动、空心气动卡盘的夹紧或松开以及治具移动平台的移动实现心血管支架的自动进给。
进一步地,所述步骤S1的具体内容为:首先将待加工心血管支架从右端的空心旋转平台穿入,然后依次穿过右端的空心气动卡盘、右端的专用夹头、左端的专用夹头、左端的空心气动卡盘和左端的空心旋转平台,最后通过左端和右端的专用夹头夹紧。
进一步地,所述步骤S4的具体内容为:
S41.高精度三轴运动平台的XY轴运动带动专用治具机构的整体移动从而实现心血管支架的进给加工;
S42.当高精密三轴运动平台的XY轴运动不能满足加工长度时,依次松开左端的空心气动卡盘、向右移动治具移动平台、夹紧左端的空心气动卡盘、松开右端的空心气动卡盘、向左移动治具移动平台、夹紧右端的空心气动卡盘实现心血管支架的连续加工。
采用上述技术方案后,本发明具有以下积极的效果:
(1)本发明通过高精度三轴运动平台、治具移动平台以及两个旋转夹持组件的相对设置,进而保证了两个专用夹头间的距离可以精确控制,从而实现心血管支架的自动进给,提高了心血管支架的加工效率;
(2)本发明通过振镜加工头配合同轴视觉实现了较大视场范围的同轴检测,进而可以同时看到心血管支架未加工部分、正在加工部分和已加工部分,实现实时视觉定位补偿加工,另外同轴适配器还可以实现自动寻焦保证激光加工始终聚焦,使用更加智能,加工质量更好,从而提高了良品率;
(3)本发明通过密封保护罩、专用吹气组件和专用注水组件的设置,保证了加工过程中细小的心血管支架具有气体保护和液体保护,气体保护可以有效避免激光加工氧化,液体保护可以给加工部位降温,尽可能的减少热影响,减少热变形,从而进一步提高了加工质量。
附图说明
为了使本发明的内容更容易和清楚地被理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步的详细说明,其中:
图1为本发明装置的结构示意图;
图2为图1中A部的放大图;
图3为图1中B部的放大图;
图4为图1中C部的放大图;
图5为本发明专用夹头的示意图;
图6为本发明辅助系统的示意图;
图7为本发明方法的流程图。
图中:工作台1a、底座1a1、横梁1a2、高精度三轴运动平台1b、治具移动平台2a、旋转夹持组件2b、空心旋转平台2b1、空心气动卡盘2b2、专用夹头2b3、振镜加工头3a、同轴适配器3b、工业相机3c、照明光源3d、飞秒激光器3e、反射镜组3f、密封保护罩4a、专用吹气组件4b、专用注水组件4c。
具体实施方式
如图1-图6所示,一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,包括底座运动机构、专用治具机构和激光加工机构,底座运动机构包括工作台1a和安装在工作台1a中部的高精度三轴运动平台1b,工作台1a包括底座1a1和横梁1a2,横梁1a2固定在底座1a1的顶面,激光加工机构分布在底座1a1、横梁1a2和高精度三轴运动平台1b的Z轴上,专用治具机构安装在高精度三轴运动平台1b的XY轴上,专用治具机构包括治具移动平台2a和两个旋转夹持组件2b,治具移动平台2a与高精度三轴运动平台1b的左端滑动连接,两个旋转夹持组件2b分别设在治具移动平台2a上和高精度三轴运动平台1b的右端,两个旋转夹持组件2b同轴相对设置,高精度三轴运动平台1b、治具移动平台2a和旋转夹持组件2b由控制系统控制,通过高精度三轴运动平台1b、治具移动平台2a以及两个旋转夹持组件2b的相对设置,进而保证了两个专用夹头2b3间的距离可以精确控制,从而实现心血管支架的自动进给,提高了心血管支架的加工效率。旋转夹持组件2b包括空心旋转平台2b1、空心气动卡盘2b2和专用夹头2b3,空心气动卡盘2b2安装在空心旋转平台2b1上,专用夹头2b3由空心气动卡盘2b2夹紧,专用夹头2b3由多瓣组成且每一瓣的根部相连接,专用夹头2b3的中心开设有通孔,心血管支架穿过通孔,不受力状态下专用夹头2b3为松开状态,空心气动卡盘2b2施加外力后专用夹头2b3夹紧,专用夹头2b3的设置能够对细小的心血管支架进行夹紧,从而实现心血管支架的固定。激光加工机构包括振镜加工头3a、同轴适配器3b、工业相机3c、照明光源3d、飞秒激光器3e和反射镜组3f,振镜加工头3a、同轴适配器3b、工业相机3c和照明光源3d均安装在高精度三轴运动平台1b的Z轴上,激光由飞秒激光器3e发出,经过一系列反射镜组3f到达同轴适配器3b和振镜加工头3a,由振镜加工头3a聚焦到心血管支架的待加工部位,工业相机3c安装在同轴适配器3b上,实现心血管支架待加工部位的同轴观测和定位加工,进而实时检测心血管支架的加工变形量,从而由控制系统即时调整振镜加工头3a的加工轨迹,保证心血管支架的加工精度不受加工中热变形和材料刚度变化带来的影响;照明光源3d用于给同轴适配器3b上的工业相机3c提供照明,加工时工业相机3c的视场中心即为激光聚焦的位置,由于同轴适配器3b可提供相对较大的视野范围,因此能够使得工业相机3c同时观测到心血管支架上的未加工部分、正在加工部分和已加工部分;在加工过程中,工业相机3c通过图像分析算法实时检测激光焦点是否离焦,并通过高精度三轴运动平台1b的Z轴运动进行焦点补偿,从而避免材料形变引起的激光离焦加工。本发明还包括辅助机构,辅助机构安装在底座1a1上,辅助机构包括密封保护罩4a、专用吹气组件4b和专用注水组件4c,密封保护罩4a密封专用治具机构,专用吹气组件4b与密封保护罩4a连通,通过专用吹气组件4b向密封保护罩4a内持续吹入保护性气体如氮气,有效避免激光加工氧化,专用注水组件4c与心血管支架的右端连通,通过专用注水组件4c持续向空心的心血管支架内通入保护性液体如低温纯净水,给心血管支架的加工部位降温,尽可能的减少热影响,减少热变形,从而进一步提高了心血管支架的加工质量。
如图7所示,一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的方法,包括如下步骤:
S1.心血管支架的夹持:将待加工心血管支架从右向左依次穿过两个旋转夹持组件2b,并由两个专用夹头2b3夹紧;
S2.心血管支架的防护:将待加工心血管支架的右端接入专用注水组件4c,并持续通入保护性液体,同时盖好密封保护罩4a,通过专用吹气组件4b向密封保护罩4a内持续吹入保护性气体;
S3.心血管支架的加工:通过工业相机3c的自动寻焦和视觉定位使得激光焦点聚焦在心血管支架待加工部位,然后通过飞秒激光器3e发出的激光对心血管支架进行加工;在加工过程中,空心旋转平台2b1带动心血管支架转动;
S4.心血管支架的自动进给:通过高精度三轴运动平台1b的XY轴运动、空心气动卡盘2b2的夹紧或松开以及治具移动平台2a的移动实现心血管支架的自动进给。
其中,步骤S1的具体内容为:首先将待加工心血管支架从右端的空心旋转平台2b1穿入,然后依次穿过右端的空心气动卡盘2b2、右端的专用夹头2b3、左端的专用夹头2b3、左端的空心气动卡盘2b2和左端的空心旋转平台2b1,最后通过左端和右端的专用夹头2b3夹紧。
步骤S4的具体内容为:
S41.高精度三轴运动平台1b的XY轴运动带动专用治具机构的整体移动从而实现心血管支架的进给加工;
S42.当高精密三轴运动平台1b的XY轴运动不能满足加工长度时,依次松开左端的空心气动卡盘2b2、向右移动治具移动平台2a、夹紧左端的空心气动卡盘2b2、松开右端的空心气动卡盘2b2、向左移动治具移动平台2a、夹紧右端的空心气动卡盘2b2,从而实现心血管支架的连续加工。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,其特征在于,包括底座运动机构、专用治具机构和激光加工机构,所述底座运动机构包括工作台(1a)和安装在工作台(1a)上的高精度三轴运动平台(1b),所述激光加工机构分布在工作台(1a)和高精度三轴运动平台(1b)上,所述专用治具机构安装在高精度三轴运动平台(1b)上从而实现心血管支架的自动供给。
2.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,其特征在于,所述专用治具机构包括治具移动平台(2a)和两个旋转夹持组件(2b),所述治具移动平台(2a)与高精度三轴运动平台(1b)的左端滑动连接,两个所述旋转夹持组件(2b)分别设在治具移动平台(2a)上和高精度三轴运动平台(1b)的右端。
3.根据权利要求2所述的一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,其特征在于,所述旋转夹持组件(2b)包括空心旋转平台(2b1)、空心气动卡盘(2b2)和专用夹头(2b3),所述空心气动卡盘(2b2)安装在空心旋转平台(2b1)上,所述专用夹头(2b3)由空心气动卡盘(2b2)夹紧。
4.根据权利要求3所述的一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,其特征在于,所述专用夹头(2b3)由多瓣组成且每一瓣的根部相连接,所述专用夹头(2b3)的中心开设有通孔。
5.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,其特征在于,所述激光加工机构包括振镜加工头(3a)、同轴适配器(3b)、工业相机(3c)、照明光源(3d)、飞秒激光器(3e)和反射镜组(3f),所述振镜加工头(3a)、同轴适配器(3b)、工业相机(3c)和照明光源(3d)均安装在高精度三轴运动平台(1b)的Z轴上,所述工业相机(3c)安装在同轴适配器(3b)上。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置,其特征在于:还包括辅助机构,所述辅助机构包括密封保护罩(4a)、专用吹气组件(4b)和专用注水组件(4c),所述密封保护罩(4a)密封专用治具机构,所述专用吹气组件(4b)与密封保护罩(4a)连通,所述专用注水组件(4c)与心血管支架的右端连通。
7.基于权利要求1-6任一所述的一种基于飞秒激光连续加工心血管支架的装置的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.心血管支架的夹持:将待加工心血管支架从右向左依次穿过两个旋转夹持组件(2b),并由两个专用夹头(2b3)夹紧;
S2.心血管支架的防护:将待加工心血管支架的右端接入专用注水组件(4c),并持续通入保护性液体,同时盖好密封保护罩(4a),通过专用吹气组件(4b)向密封保护罩(4a)内持续吹入保护性气体;
S3.心血管支架的加工:通过工业相机(3c)的自动寻焦和视觉定位使得激光焦点聚焦在心血管支架待加工部位,然后通过飞秒激光器(3e)发出的激光对心血管支架进行加工;
S4.心血管支架的自动进给:通过高精度三轴运动平台(1b)的移动、空心气动卡盘(2b2)的夹紧或松开以及治具移动平台(2a)的移动实现心血管支架的自动进给。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤S1的具体内容为:首先将待加工心血管支架从右端的空心旋转平台(2b1)穿入,然后依次穿过右端的空心气动卡盘(2b2)、右端的专用夹头(2b3)、左端的专用夹头(2b3)、左端的空心气动卡盘(2b2)和左端的空心旋转平台(2b1),最后通过左端和右端的专用夹头(2b3)夹紧。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤S4的具体内容为:
S41.高精度三轴运动平台(1b)的XY轴运动带动专用治具机构的整体移动从而实现心血管支架的进给加工;
S42.当高精密三轴运动平台(1b)的XY轴运动不能满足加工长度时,依次松开左端的空心气动卡盘(2b2)、向右移动治具移动平台(2a)、夹紧左端的空心气动卡盘(2b2)、松开右端的空心气动卡盘(2b2)、向左移动治具移动平台(2a)、夹紧右端的空心气动卡盘(2b2)实现心血管支架的连续加工。
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