CN201596850U

CN201596850U - 用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统

Info

Publication number: CN201596850U
Application number: CN 200920194521
Authority: CN
Inventors: 廖健宏; 许蔚
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2019-09-11

Abstract

本实用新型公开了一种用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，包括光纤激光器、电源外设置设备、导光系统、控制系统和工作台，所述光纤激光器产生的光纤激光通过导光系统聚焦到工作台的工件上，控制系统连接并控制工作台，控制系统连接并控制光纤激光器，控制系统连接并控制电源外设置设备，电源外设置设备连接并控制光纤激光器。本实用新型采用国际最先进的光纤激光器应用于精密加工设备，具有加工精度高、运行可靠、结构紧凑、效率高等优点；将数控系统应用于激光加工技术，组成数控激光精密加工整机，实现激光精密加工的自动化；适用于精密医疗器械以及电子产品，特别适用于血管内支架的精密切割。

Description

用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统

技术领域

本实用新型涉及激光切割技术，具体涉及一种用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统。

背景技术

心血管疾病一直是人类的头号杀手，它的主要病因是心血管的变窄或堵塞而造成血液循环困难，从而产生心绞痛，心肌梗塞直至出现生命危险。国外将一种网状管金属支架器件植入动脉狭窄的地方，将血管撑开，这种器件被称为血管内支架。近年来，在国内接受这种手术的人数也增长很快，据估计全国大约有500多家医院能进行这种手术，2007年大约有40万人接受了这种治疗。但是，手术所用的支架基本是进口，支架在美国的价格为700-3000美元，国内价格是国外的4倍，整个手术费用高达10多万元。这类器件大批量国产化后，成本大大降低，将会使更多病人有能力获得这样的治疗，其市场潜力会超过美国的需求。今后5年国内的市场将增加到100万支架的用量，其市场值将超过200亿人民币。

目前国内只有YAG激光加工设备用于血管内支架的切割，这种激光器光束质量差，占地面积大，还需要水冷系统，切割的支架缝面不光滑，热影响区大，支架的后续处理代价高，更重要的是切割的精度达不到医疗器械对精度的要求，因此未能大规模应用。国外拥有更为精密的光纤激光微加工设备，但加工速度和精度有待于进一步提高。因此有必要设计更为合理和智能化的光纤激光微加工系统。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种加工速度快、切割精度高、操作智能化的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：本用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：包括光纤激光器、电源外设置设备、导光系统、控制系统和工作台，所述光纤激光器产生的光纤激光通过导光系统聚焦到工作台的工件上，控制系统连接并控制工作台，控制系统连接并控制光纤激光器，控制系统连接并控制电源外设置设备，电源外设置设备连接并控制光纤激光器。

所述电源外设置设备和光纤激光器的连接方式为外调置方式。

所述导光系统包括安照光路依次排列的扩束器、隔离器、光阑、反射镜和柱透镜。

所述隔离器包括两个偏振器和一个法拉第旋转器，两个偏振器分别置于法拉第旋转器的前后两边，两个偏振器的透光方向成45°角。

所述柱透镜放置于一个激光头上方，光纤激光微加工系统还包括气瓶，控制系统连接气瓶并控制气瓶的开关，气瓶连接到激光头，激光头位于工件上方。

所述控制系统为电脑，电脑通过驱动电机连接并控制工作台。

所述工作台设有一个高度可调的、可沿X轴移动、可沿Y轴移动、可绕C轴旋转的夹具，夹具夹着工件。

所述光纤激光微加工系统还包括显微观测定位装置，显微观测定位装置通过反射镜的折射光观测工件的加工过程。

所述柱透镜的上方设有高度传感器，高度传感器连接到控制系统。

所述光纤激光器为输出功率50W的连续输出光纤激光器。

本实用新型的工作原理和相对于现有技术具有的优点，如下：

一、激光切割是把高峰值功率的激光聚焦到工件表面，使被切割工件表面发生熔化或者汽化，同时用平行光轴的强气流吹走熔化或汽化的材料，形成光滑切缝，达到切割目的。本系统采用的是输出功率为50W的连续输出光纤激光器，峰值功率不高，必须经过一定的调制处理。采用电源外调置方式，使光纤激光器最终输出频率在1-3KHz范围内连续可调的脉冲光纤激光，调制后获得了足够高的峰值功率，使切割后的金属边缘光洁度好。

二、激光聚焦到工件表面，不同材料会出现不同程度的反射，这些反射产生的回程光会沿原光路传回激光器。当回程光达到一定强度时，就会引起激光器工作不稳定，产生频率漂移、幅度变化等问题，甚至把激光器损坏，从而影响整个系统的正常工作。为了避免回程光对激光器的影响，必须对回程光进行抑制，以确保系统的安全和加工的正常运行。特别地，本系统采用光纤激光器，激光波长为1.06μm，主要针对金属材料加工，反射非常强，必须采取措施抑制回程光，否则会影响加工工作的正常进行，甚至把激光器损坏。

隔离器是一种沿正向传输方向有较低插入损耗，而对反向传输光有很大衰减作用的光无源器件，用以抑制光传输系统中反射光对光源的不利影响，经常置于光源后，是一种非互易性器件。

如图2所示的隔离器，图中→表示激光传播方向，表示激光偏振方向。隔离器包括两个偏振器和一个法拉第旋转器，两个偏振器分别置于法拉第旋转器的前后两边，两个偏振器的透光方向成45°角。当入射平行光经过第一个偏振器P₁时，被变成线偏振光，然后经过法拉第旋转器，其偏振面被旋转45°，刚好与第二个偏振器P₂的偏振方向一致，于是激光顺利通过而进入光路中。反过来，由光路引起的反射光首先进入第二个偏振器P₂，变成与第一个偏振器P₁偏振方向呈45°夹角的线偏振光，再经过法拉第旋转器时，由于法拉第旋转器效应的非互易性，被法拉第旋转器再次旋转45°，其偏振夹角变成了90°，即与偏振器P₁的偏振方向正交，而不能通过偏振器P₁，起到了反向隔离的作用。

三、为了充分发挥光纤激光器输出光束质量好的优势，本系统通过调节柱透镜对输出光束进行聚焦，并使焦点聚在加工位置上，同时利用光阑过滤激光以改善激光能量的均匀性以及光斑的质量。高度传感器把读数送至电脑，电脑通过驱动电机调节工件高度，解决激光实时微调焦，保证在切割过程中焦距维持不变。

四、控制系统是实现激光加工的核心，它的主要功能是控制激光按要求在工件进行相应的加工，包括光纤激光器的控制、切割用辅助气体的控制以及工作台精密移动的控制，本系统通过设计专门的控制软件实现上述三个功能的控制。激光器的控制，即控制激光的开关，或者说控制激光器是否出光，及控制其输出功率。在进行切割操作时，需要切割时则控制激光器出光，不需要切割时则控制其不出光。为了保持激光器稳定的运行，控制其是否出光不能通过对激光器的开关来实现。而且，控制系统也调节电源外设置设备的脉冲宽度。

五、控制系统连接气瓶并控制气瓶的开关，打开气瓶即吹出辅助气体，即控制辅助气体(O₂、N₂或者He₂等气体)与激光同步或者异步输出，以便吹除熔化或者汽化的材料，达到切割的目的。

六、为了充分发挥光纤激光器的优势，实现高精度精密切割，本系统工作台采用日本THK公司的丝杠和导轨，驱动电机采用日本松下公司的伺服电机。本系统的控制系统可以控制工件的X、Y的精密移动和C轴的旋转，工作台的定位精度达到8μm，重复精度达到5μm，重点解决了与加工精度相关联的问题，例如平台之间的机械配合，整机的防震问题，夹具和工件的同轴心问题。

七、显微观测定位装置可以使加工过程在线观测，并通过控制系统对加工过程进行精密的定位和控制。

八、采用国际最先进的光纤激光器应用于精密加工设备，具有加工精度高、运行可靠、结构紧凑、效率高等优点；将数控系统应用于激光加工技术，组成数控激光精密加工整机，实现激光精密加工的自动化；适用于精密医疗器械以及电子产品，特别适用于血管内支架的精密切割。

附图说明

图1是本实用新型的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统的结构示意图。

图2是图1的隔离器的结构示意图。

图3是使用光纤激光微加工系统切割出的高质量血管内支架。

图4是图3的血管内支架的平面展开图。

图5是使用光纤激光微加工系统切割出的高质量漏锡板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1所示的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，包括光纤激光器、电源外设置设备、导光系统、控制系统和工作台1，光纤激光器产生的光纤激光通过导光系统聚焦到工作台1的工件10上，控制系统连接并控制工作台1，控制系统连接并控制光纤激光器，控制系统连接并控制电源外设置设备，电源外设置设备连接并控制光纤激光器。

导光系统包括安照光路依次排列的扩束器2、隔离器3、光阑4、反射镜5和柱透镜6。

如图2所示，隔离器3包括两个偏振器P₁、P₂和一个法拉第旋转器，两个偏振器P₁、P₂分别置于法拉第旋转器的前后两边，两个偏振器P₁、P₂的透光方向成45°角。

柱透镜6放置于一个激光头7上方，光纤激光微加工系统还包括气瓶，控制系统连接气瓶并控制气瓶的开关，气瓶连接到激光头7，激光头7位于工件10上方。

控制系统为电脑8，电脑8通过驱动电机连接并控制工作台1。

工作台1设有一个高度可调的、可沿X轴移动、可沿Y轴移动、可绕C轴旋转的夹具9，夹具9夹着工件10。

光纤激光微加工系统还包括显微观测定位装置，显微观测定位装置通过反射镜5的折射光观测工件10的加工过程。

柱透镜6的上方设有高度传感器，高度传感器连接到控制系统。

光纤激光器为输出功率50W的连续输出光纤激光器。

如图3所示，实验材料采用半退火态的316L不锈钢管，壁厚为0.12mm，外径为2mm。图4为血管内支架外表面展开图。为了保护不锈钢管内表面，切割之前在管中放置一根铜丝，然后通过显微观测定位装置的双目显微镜和红光定位系统，使激光焦点对准管壁的最高点。光纤激光器产生的脉冲激光通过导光系统垂直入射到加工工件表面，由驱动电机控制工作台的移动实现工件的切割。当进行血管内支架的切割时，通过x轴的平移和y轴的平移来完成工件相对光束的移动，氧气作为辅助气体参与氧化反应并去除支架切割过程中产生的熔渣。通过优化参数切割出筋宽均匀，结构精细，热影响区小，切缝粗糙度低的血管内支架如图3所示，采用的切割参数：离焦量为0，输出功率为4W，切割速度为8mm/s，脉冲宽度0.15ms，重复频率1200Hz，辅助氧压为0.3MPa。

实施例2：

在图5所示的另一个实施例中，随着电子产业的发展，布线精度要求越来越高，线路板上各个零件的焊接要求也越来越高。线路网板(俗称漏锡板)以前一般采用腐蚀的方法，但是这种方法精度不高，且缝呈锯齿状，不能满足精密电路的要求。激光切割具有精度高，速度快的优点，目前很多高精密线路网板都利用激光切割的方法来制作的，市场前景好。

利用本光纤激光微加工系统进行精密切割，通过不同参数实验，在0.2mm厚不锈钢板上切割了如图5所示的网板，其中最小缝宽度为20μm。具有切缝光滑、均匀、不挂渣等优点，完全符合应用要求。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型的权利要求进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：包括光纤激光器、电源外设置设备、导光系统、控制系统和工作台，所述光纤激光器产生的光纤激光通过导光系统聚焦到工作台的工件上，控制系统连接并控制工作台，控制系统连接并控制光纤激光器，控制系统连接并控制电源外设置设备，电源外设置设备连接并控制光纤激光器。

2.根据权利要求1所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述电源外设置设备和光纤激光器的连接方式为外调置方式。

3.根据权利要求1所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述导光系统包括安照光路依次排列的扩束器、隔离器、光阑、反射镜和柱透镜。

4.根据权利要求3所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述隔离器包括两个偏振器和一个法拉第旋转器，两个偏振器分别置于法拉第旋转器的前后两边，两个偏振器的透光方向成45°角。

5.根据权利要求3所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述柱透镜放置于一个激光头上方，光纤激光微加工系统还包括气瓶，控制系统连接气瓶并控制气瓶的开关，气瓶连接到激光头，激光头位于工件上方。

6.根据权利要求1所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述控制系统为电脑，电脑通过驱动电机连接并控制工作台。

7.根据权利要求1～6任一项所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述工作台设有一个高度可调的、可沿X轴移动、可沿Y轴移动、可绕C轴旋转的夹具，夹具夹着工件。

8.根据权利要求3所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述光纤激光微加工系统还包括显微观测定位装置，显微观测定位装置通过反射镜的折射光观测工件的加工过程。

9.根据权利要求3所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述柱透镜的上方设有高度传感器，高度传感器连接到控制系统。

10.根据权利要求1所述的用于血管内支架切割的光纤激光微加工系统，其特征在于：所述光纤激光器为输出功率50W的连续输出光纤激光器。