專利名稱：一種薄壁管激光微切割裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄壁管微切割裝置及方法，特別涉及一種高峰值功 率激光器掃描式薄壁管激光微切割裝置及方法，屬于激光精細加工技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
醫(yī)用薄壁管支架主要用于植人人體冠狀動脈血管狹窄部位支撐血管壁，保持血 管內(nèi)血流暢通，并可用于氣管等其他人體器官，隨著類似疾病的增加及醫(yī)學(xué)技術(shù)的 進步，對醫(yī)用薄壁管支架的生產(chǎn)效率及質(zhì)量提出了更高的要求。目前市場上大多數(shù) 薄壁管支架均采用激光切割的方式進行加工，傳統(tǒng)的激光薄壁管切割主要采用紅外 波段的連續(xù)或脈沖激光器作為光源，依靠激光束的熱效應(yīng)在焊縫處產(chǎn)生融溶區(qū)進行 切割，其切縫邊緣熱效應(yīng)明顯且需要吹氣等輔助設(shè)備，并且只能加工金屬薄壁管， 無法加工有機聚合物材質(zhì)的薄壁管；同時由于采用機械位移的加工方式，其加工速 度相對較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)醫(yī)用薄壁管切割裝置加工速度慢、熱影響區(qū)大、需要吹氣 裝置、無法用于非金屬材料加工等缺陷，提供一種采用高峰值功率固體激光器、光 束聚焦掃描的切割加工方式的薄壁管激光微切割裝置與方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種薄壁管激光微切割裝置，其特點是，它包括高峰值
功率固體激光器、準直擴束系統(tǒng)、快門、XY光束定位掃描裝置、遠心掃描透鏡、CCD 監(jiān)視系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機、工件夾具；激光器發(fā)出的激光束通過準直
擴束系統(tǒng)后通過XY光束定位掃描裝置進行定位，用于激光能量的調(diào)節(jié)的快門置于準 直擴束系統(tǒng)和XY光束定位掃描裝置之間，激光束通過XY光束定位掃描裝置及遠心 掃描鏡后，以垂直入射的方式直接聚焦在工件表面上，所述工件通過工件夾具固定 在旋轉(zhuǎn)電機上，由計算機控制系統(tǒng)的控制下沿軸線做高速旋轉(zhuǎn)，配合光束兩維掃描 運動完成切割；通過CCD進行全程監(jiān)控。
所述的高峰值功率固體激光器采用532nm、 355nm波長的超短脈沖半導(dǎo)體泵浦固 體激光器，峰值功率的能量密度達108W/cm2。
所述的遠心掃描鏡為由3片或以上光學(xué)鏡片組成的透鏡組，放置于光束定位掃 描裝置與被加工工件之間，在其光學(xué)鏡片表面鍍有532nm或者355nm的增透膜，其 主要特點是能夠保持所有激光聚焦出射光束的主光線垂直于加工面。它具有以下幾 個優(yōu)點其一，主光線近乎垂直地入射到加工面，主要應(yīng)用于激光打孔和激光切割， 克服了用非遠心掃描物鏡加工容易形成錐形孔和斜切面的缺點。其二，避免當光束 以較大的入射角透過類似水晶這樣的材料時，可能引起光束被反射出表面而導(dǎo)致透 過失敗的現(xiàn)象。其三，聚焦光斑將不會拉長，不會出現(xiàn)非遠心掃描物鏡由于掃描角 度增大而使光斑變成橢圓，加工區(qū)域增大而導(dǎo)致光斑能量密度越來越低的現(xiàn)象。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用532nm、 355nni固體激光器，利用超短脈沖技 術(shù)，顯著提高激光加工過程中的峰值功率，從而達到直接氣化被加工區(qū)域減小熱影 響區(qū)的目的;而同時采用激光束高速掃描及遠心掃描聚焦鏡等技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CNC 位移平臺，可以大大提高加工效率。進一步突破了現(xiàn)有激光薄壁管切割系統(tǒng)無法加 工非金屬材料的困難，可以實現(xiàn)各類有機聚合物的微切割，因此本發(fā)明可以為醫(yī)用 薄壁管支架開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，降低使用成本，在醫(yī)學(xué)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為薄壁管激光微切割裝置結(jié)構(gòu)原理圖2為遠心掃描鏡工作原理圖； 圖3為掃描式微切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明應(yīng)用實例圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1所示，本發(fā)明的薄壁管激光微切割裝置，包括高峰值功率固體激光器l、
準直擴束系統(tǒng)3、快門4、 XY光束定位掃描裝置5、遠心掃描鏡6、 CCD監(jiān)視系統(tǒng)7、 計算機控制系統(tǒng)8、旋轉(zhuǎn)電機9、工件夾具10。激光器1發(fā)出的激光束2通過準直 擴束系統(tǒng)3后通過XY光束定位掃描裝置5進行定位，用于激光能量的調(diào)節(jié)的快門4 置于準直擴束3和掃描裝置5之間。激光束2通過掃描裝置5及遠心掃描鏡6后， 將以垂直入射的方式直接聚焦在工件11表面，并在計算機控制系統(tǒng)8的控制下做精 確的兩維掃描切割；工件11 (金屬或有機聚合物材質(zhì)的薄壁管)通過工件夾具10 固定在旋轉(zhuǎn)電機9上，并由計算機控制系統(tǒng)8的控制下沿軸線做高速旋轉(zhuǎn)，配合光 束兩維掃描運動從而完成圖4所示實例及其他形狀醫(yī)用薄壁管的切割。該過程可以 通過CCD監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)進行全程監(jiān)控，確保加工質(zhì)量。由圖2所示，遠心掃描 物鏡6能夠保持所有激光聚焦出射光束的主光線垂直于加工面。因此在工件11旋轉(zhuǎn) 加工過程中光束可以始終保持與加工平面垂直，提高加工質(zhì)量。由圖3所示，激光 束通過掃描定位裝置偏轉(zhuǎn)后，經(jīng)過遠心掃描鏡聚焦到旋轉(zhuǎn)的工件表面完成加工。圖 4為本發(fā)明應(yīng)用實例圖即為加工后工件的展開圖及實物圖，既通過旋轉(zhuǎn)加掃描的方 式在圓柱型的工件表明切割出規(guī)則的形狀，完成加工。
所述的高峰值功率固體激光器1采用532nm、 355nm波長的超短脈沖半導(dǎo)體泵浦 固體激光器，峰值功率的能量密度達108W/cm2。通過直接氣化的方式切割，熱影響 區(qū)小同時無需吹氣裝置通過直接氣化的方式切割，熱影響區(qū)小同時無需吹氣裝置。
本發(fā)明通過高峰值功率激光器及光束掃描的切割方式，可以在加工速度、加工 質(zhì)量、設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面提升傳統(tǒng)的激光薄壁管切割工藝，可用于包括金屬及有機聚 合物材質(zhì)的各類醫(yī)用薄壁管支架的切割。為表面微結(jié)構(gòu)化的薄壁管的加工技術(shù)及開 拓其他應(yīng)用領(lǐng)域提供了 一種新的裝置及方法。
應(yīng)用本薄壁管激光微切割裝置切割薄壁管的方法步驟為
第一步獲得用于切割的激光光源，采用532mn或355nm波長的超短脈沖半導(dǎo)體 泵浦固體激光器，激光器發(fā)出的激光束通過光學(xué)透鏡準直擴束整型后進入光束掃描 裝置。
第二步通過光束掃描偏轉(zhuǎn)完成工件表面的加工激光束通過掃描裝置和光束聚 焦裝置后，完成精確的兩維掃描切割。光束掃描裝置可以為XY光束定位掃描裝置， 其由兩片可在計算機控制下高速、高精度旋轉(zhuǎn)的反射鏡組成，起到光束偏轉(zhuǎn)掃描的 作用，所述光束聚焦裝置為遠心掃描鏡，可以明顯提高加工質(zhì)量。
第三步工件的固定旋轉(zhuǎn)及定位，工件(金屬或有機聚合物材質(zhì)的薄壁管)通過 工件夾具固定在旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)軸上，并由計算機控制系統(tǒng)的控制下沿軸線做高速 旋轉(zhuǎn)，配合光束兩維掃描運動從而完成各種形狀醫(yī)用薄壁管的切割。定位通過機械 方法整體調(diào)節(jié)工件的位置，再通過CCD視覺識別加軟件修正的方法進行微量的調(diào)節(jié)， 該過程可以通過CCD監(jiān)視系統(tǒng)進行全程監(jiān)控，確保加工質(zhì)量。
權(quán)利要求
1. 一種薄壁管激光微切割裝置，其特征在于，它包括高峰值功率固體激光器、準直擴束系統(tǒng)、快門、XY光束定位掃描裝置、遠心掃描鏡、CCD監(jiān)視系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機、工件夾具；激光器發(fā)出的激光束通過準直擴束系統(tǒng)后通過XY光束定位掃描裝置進行定位，用于激光能量的調(diào)節(jié)的快門置于準直擴束系統(tǒng)和XY光束定位掃描裝置之間，激光束通過XY光束定位掃描裝置及遠心掃描鏡后，以垂直入射的方式直接聚焦在工件表面上，所述工件通過工件夾具固定在旋轉(zhuǎn)電機上，由計算機控制系統(tǒng)的控制下沿軸線做高速旋轉(zhuǎn)，配合光束兩維掃描完成薄壁管切割；通過CCD進行全程監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄壁管激光微切割裝置，其特征在于，所述的高峰值 功率固體激光器釆用532nm、 355nm波長的超短脈沖半導(dǎo)體泵浦固體激光器，峰值功 率的能量密度達108W/cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄壁管激光微切割裝置，其特征在于，所述的遠心掃 描透鏡為由3片或以上光學(xué)鏡片組成的透鏡組，放置于光束定位掃描裝置與被加工 工件之間，在其光學(xué)鏡片表面鍍有532nm或者355nm的增透膜。
4.用權(quán)利要求1所述薄壁管激光微切割裝置切割薄壁管的方法步驟為第一步獲得用于切割的激光光源，釆用532nm或355nm波長的超短脈沖半導(dǎo)體 泵浦固體激光器，激光器發(fā)出的激光束通過光學(xué)透鏡準直擴束整型后進入光束掃描 裝置。第二步通過光束掃描偏轉(zhuǎn)完成工件表面的加工激光束通過掃描裝置和光束聚 焦裝置后，完成精確的兩維掃描切割。光束掃描裝置可以為XY光束定位掃描裝置， 其由兩片可在計算機控制下高速、高精度旋轉(zhuǎn)的反射鏡組成，起到光束偏轉(zhuǎn)掃描的 作用，所述光束聚焦裝置為遠心掃描鏡，可以明顯提高加工質(zhì)量。第三步工件的固定旋轉(zhuǎn)及定位，工件(金屬或有機聚合物材質(zhì)的薄壁管)通過 工件夾具固定在旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)軸上，并由計算機控制系統(tǒng)的控制下沿軸線做高速 旋轉(zhuǎn)，配合光束兩維掃描運動從而完成各種形狀醫(yī)用薄壁管的切割。定位通過機械 方法整體調(diào)節(jié)工件的位置，再通過CCD視覺識別加軟件修正的方法進行微量的調(diào)節(jié)， 該過程可以通過CCD監(jiān)視系統(tǒng)進行全程監(jiān)控，確保加工質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄壁管激光微切割裝置，包括固體激光器、準直擴束系統(tǒng)、快門、XY光束定位掃描裝置、遠心掃描鏡、CCD、計算機控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機、工件夾具；激光器發(fā)出的激光束經(jīng)準直擴束系統(tǒng)后通過掃描裝置定位，激光束通過掃描裝置及遠心掃描鏡后，聚焦在工件表面上，由計算機控制工件沿軸線做高速旋轉(zhuǎn)和配合光束兩維掃描完成薄壁管切割。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用超短脈沖技術(shù)，提高激光的峰值功率，直接氣化被加工區(qū)域；采用激光束高速掃描及遠心掃描聚焦鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CNC位移平臺，提高加工效率。突破了現(xiàn)有激光薄壁管切割系統(tǒng)無法加工非金屬材料的困難，可以實現(xiàn)各類有機聚合物的微切割，為醫(yī)用薄壁管支架開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號B23K26/08GK101380696SQ20081020111
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者姜兆華, 偉 張, 湯在敏, 涌 潘, 王健超, 王又良 申請人:上海市激光技術(shù)研究所