专利名称：一种薄壁管激光微切割装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种薄壁管微切割装置及方法，特别涉及一种高峰值功 率激光器扫描式薄壁管激光微切割装置及方法，属于激光精细加工技术 领域。
背景技术：
医用薄壁管支架主要用于植人人体冠状动脉血管狭窄部位支撑血管壁，保持血 管内血流畅通，并可用于气管等其他人体器官，随着类似疾病的增加及医学技术的 进步，对医用薄壁管支架的生产效率及质量提出了更高的要求。目前市场上大多数 薄壁管支架均采用激光切割的方式进行加工，传统的激光薄壁管切割主要采用红外 波段的连续或脉冲激光器作为光源，依靠激光束的热效应在焊缝处产生融溶区进行 切割，其切缝边缘热效应明显且需要吹气等辅助设备，并且只能加工金属薄壁管， 无法加工有机聚合物材质的薄壁管；同时由于采用机械位移的加工方式，其加工速 度相对较慢。
发明内容
本发明为了克服传统医用薄壁管切割装置加工速度慢、热影响区大、需要吹气 装置、无法用于非金属材料加工等缺陷，提供一种采用高峰值功率固体激光器、光 束聚焦扫描的切割加工方式的薄壁管激光微切割装置与方法。
本发明的技术方案是 一种薄壁管激光微切割装置，其特点是，它包括高峰值
功率固体激光器、准直扩束系统、快门、XY光束定位扫描装置、远心扫描透镜、CCD 监视系统、计算机控制系统、旋转电机、工件夹具；激光器发出的激光束通过准直
扩束系统后通过XY光束定位扫描装置进行定位，用于激光能量的调节的快门置于准 直扩束系统和XY光束定位扫描装置之间，激光束通过XY光束定位扫描装置及远心 扫描镜后，以垂直入射的方式直接聚焦在工件表面上，所述工件通过工件夹具固定 在旋转电机上，由计算机控制系统的控制下沿轴线做高速旋转，配合光束两维扫描 运动完成切割；通过CCD进行全程监控。
所述的高峰值功率固体激光器采用532nm、 355nm波长的超短脉冲半导体泵浦固 体激光器，峰值功率的能量密度达108W/cm2。
所述的远心扫描镜为由3片或以上光学镜片组成的透镜组，放置于光束定位扫 描装置与被加工工件之间，在其光学镜片表面镀有532nm或者355nm的增透膜，其 主要特点是能够保持所有激光聚焦出射光束的主光线垂直于加工面。它具有以下几 个优点其一，主光线近乎垂直地入射到加工面，主要应用于激光打孔和激光切割， 克服了用非远心扫描物镜加工容易形成锥形孔和斜切面的缺点。其二，避免当光束 以较大的入射角透过类似水晶这样的材料时，可能引起光束被反射出表面而导致透 过失败的现象。其三，聚焦光斑将不会拉长，不会出现非远心扫描物镜由于扫描角 度增大而使光斑变成椭圆，加工区域增大而导致光斑能量密度越来越低的现象。
本发明的有益效果是，本发明采用532nm、 355nni固体激光器，利用超短脉冲技 术，显著提高激光加工过程中的峰值功率，从而达到直接气化被加工区域减小热影 响区的目的;而同时采用激光束高速扫描及远心扫描聚焦镜等技术来代替传统的CNC 位移平台，可以大大提高加工效率。进一步突破了现有激光薄壁管切割系统无法加 工非金属材料的困难，可以实现各类有机聚合物的微切割，因此本发明可以为医用 薄壁管支架开拓新的应用领域，降低使用成本，在医学方面具有广阔的应用前景。
图1为薄壁管激光微切割装置结构原理图2为远心扫描镜工作原理图； 图3为扫描式微切割系统结构图； 图4为本发明应用实例图。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的薄壁管激光微切割装置，包括高峰值功率固体激光器l、
准直扩束系统3、快门4、 XY光束定位扫描装置5、远心扫描镜6、 CCD监视系统7、 计算机控制系统8、旋转电机9、工件夹具10。激光器1发出的激光束2通过准直 扩束系统3后通过XY光束定位扫描装置5进行定位，用于激光能量的调节的快门4 置于准直扩束3和扫描装置5之间。激光束2通过扫描装置5及远心扫描镜6后， 将以垂直入射的方式直接聚焦在工件11表面，并在计算机控制系统8的控制下做精 确的两维扫描切割；工件11 (金属或有机聚合物材质的薄壁管)通过工件夹具10 固定在旋转电机9上，并由计算机控制系统8的控制下沿轴线做高速旋转，配合光 束两维扫描运动从而完成图4所示实例及其他形状医用薄壁管的切割。该过程可以 通过CCD监视系统监视系统进行全程监控，确保加工质量。由图2所示，远心扫描 物镜6能够保持所有激光聚焦出射光束的主光线垂直于加工面。因此在工件11旋转 加工过程中光束可以始终保持与加工平面垂直，提高加工质量。由图3所示，激光 束通过扫描定位装置偏转后，经过远心扫描镜聚焦到旋转的工件表面完成加工。图 4为本发明应用实例图即为加工后工件的展开图及实物图，既通过旋转加扫描的方 式在圆柱型的工件表明切割出规则的形状，完成加工。
所述的高峰值功率固体激光器1采用532nm、 355nm波长的超短脉冲半导体泵浦 固体激光器，峰值功率的能量密度达108W/cm2。通过直接气化的方式切割，热影响 区小同时无需吹气装置通过直接气化的方式切割，热影响区小同时无需吹气装置。
本发明通过高峰值功率激光器及光束扫描的切割方式，可以在加工速度、加工 质量、设备结构等方面提升传统的激光薄壁管切割工艺，可用于包括金属及有机聚 合物材质的各类医用薄壁管支架的切割。为表面微结构化的薄壁管的加工技术及开 拓其他应用领域提供了 一种新的装置及方法。
应用本薄壁管激光微切割装置切割薄壁管的方法步骤为
第一步获得用于切割的激光光源，采用532mn或355nm波长的超短脉冲半导体 泵浦固体激光器，激光器发出的激光束通过光学透镜准直扩束整型后进入光束扫描 装置。
第二步通过光束扫描偏转完成工件表面的加工激光束通过扫描装置和光束聚 焦装置后，完成精确的两维扫描切割。光束扫描装置可以为XY光束定位扫描装置， 其由两片可在计算机控制下高速、高精度旋转的反射镜组成，起到光束偏转扫描的 作用，所述光束聚焦装置为远心扫描镜，可以明显提高加工质量。
第三步工件的固定旋转及定位，工件(金属或有机聚合物材质的薄壁管)通过 工件夹具固定在旋转电机的旋转轴上，并由计算机控制系统的控制下沿轴线做高速 旋转，配合光束两维扫描运动从而完成各种形状医用薄壁管的切割。定位通过机械 方法整体调节工件的位置，再通过CCD视觉识别加软件修正的方法进行微量的调节， 该过程可以通过CCD监视系统进行全程监控，确保加工质量。
权利要求
1. 一种薄壁管激光微切割装置，其特征在于，它包括高峰值功率固体激光器、准直扩束系统、快门、XY光束定位扫描装置、远心扫描镜、CCD监视系统、计算机控制系统、旋转电机、工件夹具；激光器发出的激光束通过准直扩束系统后通过XY光束定位扫描装置进行定位，用于激光能量的调节的快门置于准直扩束系统和XY光束定位扫描装置之间，激光束通过XY光束定位扫描装置及远心扫描镜后，以垂直入射的方式直接聚焦在工件表面上，所述工件通过工件夹具固定在旋转电机上，由计算机控制系统的控制下沿轴线做高速旋转，配合光束两维扫描完成薄壁管切割；通过CCD进行全程监控。
2.根据权利要求1所述的薄壁管激光微切割装置，其特征在于，所述的高峰值 功率固体激光器釆用532nm、 355nm波长的超短脉冲半导体泵浦固体激光器，峰值功 率的能量密度达108W/cm。
3.根据权利要求1所述的薄壁管激光微切割装置，其特征在于，所述的远心扫 描透镜为由3片或以上光学镜片组成的透镜组，放置于光束定位扫描装置与被加工 工件之间，在其光学镜片表面镀有532nm或者355nm的增透膜。
4.用权利要求1所述薄壁管激光微切割装置切割薄壁管的方法步骤为第一步获得用于切割的激光光源，釆用532nm或355nm波长的超短脉冲半导体 泵浦固体激光器，激光器发出的激光束通过光学透镜准直扩束整型后进入光束扫描 装置。第二步通过光束扫描偏转完成工件表面的加工激光束通过扫描装置和光束聚 焦装置后，完成精确的两维扫描切割。光束扫描装置可以为XY光束定位扫描装置， 其由两片可在计算机控制下高速、高精度旋转的反射镜组成，起到光束偏转扫描的 作用，所述光束聚焦装置为远心扫描镜，可以明显提高加工质量。第三步工件的固定旋转及定位，工件(金属或有机聚合物材质的薄壁管)通过 工件夹具固定在旋转电机的旋转轴上，并由计算机控制系统的控制下沿轴线做高速 旋转，配合光束两维扫描运动从而完成各种形状医用薄壁管的切割。定位通过机械 方法整体调节工件的位置，再通过CCD视觉识别加软件修正的方法进行微量的调节， 该过程可以通过CCD监视系统进行全程监控，确保加工质量。
全文摘要
本发明公开了一种薄壁管激光微切割装置，包括固体激光器、准直扩束系统、快门、XY光束定位扫描装置、远心扫描镜、CCD、计算机控制系统、旋转电机、工件夹具；激光器发出的激光束经准直扩束系统后通过扫描装置定位，激光束通过扫描装置及远心扫描镜后，聚焦在工件表面上，由计算机控制工件沿轴线做高速旋转和配合光束两维扫描完成薄壁管切割。本发明的有益效果是，本发明利用超短脉冲技术，提高激光的峰值功率，直接气化被加工区域；采用激光束高速扫描及远心扫描聚焦镜代替传统的CNC位移平台，提高加工效率。突破了现有激光薄壁管切割系统无法加工非金属材料的困难，可以实现各类有机聚合物的微切割，为医用薄壁管支架开拓了新的应用领域。
文档编号B23K26/08GK101380696SQ20081020111
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者姜兆华, 伟 张, 汤在敏, 涌 潘, 王健超, 王又良 申请人:上海市激光技术研究所