一種脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及激光束的軸向深度控制，更具體的說(shuō)，涉及到脈沖激光器的激光頭發(fā)射、停止發(fā)射激光束受控于激光頭徑向步進(jìn)的距離。本發(fā)明是提供的脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的裝置，裝置包括脈沖發(fā)生器、激光發(fā)生器、步進(jìn)電機(jī)脈沖電源、步進(jìn)電機(jī)、編碼器、信號(hào)檢測(cè)器以及或門(mén)元件。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有的脈沖激光束尚不能普遍應(yīng)用在生物體組織切割、燒蝕、切除的治療方面?？刂萍す馐懈钌疃汝P(guān)乎生命安全。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光束的軸向深度控制，更具體的說(shuō)，涉及到脈沖激光器的激光頭發(fā)射、停止發(fā)射激光束受控于激光頭徑向步進(jìn)的距離。本發(fā)明主要用于激光束切割、燒蝕、切除生物體組織?？刂萍す馐懈钌疃汝P(guān)乎生命安全。

【背景技術(shù)】
[0002]激光束在加工物品時(shí)其深度控制，取決于激光束的能量密度(溫度)和作用時(shí)間。當(dāng)激光束的能量密度確定后，其作用時(shí)間是控制深度的主要變量參數(shù)。脈沖激光束的深度控制即是在一個(gè)周期里脈沖的寬度。脈沖的寬度是時(shí)間變量參數(shù)的直觀體現(xiàn)。
[0003]脈沖激光束在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括切割、焊接、打孔、打標(biāo)、劃線等各種加工工藝，已基本成熟。其精度控制在微米級(jí)。但是，激光束在醫(yī)用、醫(yī)療方面的應(yīng)用尚未普及，尤其對(duì)生物體組織的切割、燒蝕、切除治療方面應(yīng)用較為罕見(jiàn)，主要原因是激光束對(duì)生物體各不同組織切割時(shí)的軸向深度無(wú)法控制。這是因?yàn)榧す獾墓I(yè)性實(shí)驗(yàn)是廉價(jià)的，激光的活性生物體實(shí)驗(yàn)是昂貴的，有些是不可實(shí)現(xiàn)的。
[0004]如果建立了激光束直徑、激光束的能量密度以及激光束時(shí)間變量參數(shù)相對(duì)于生物體各不同組織穿孔深度的定量指標(biāo)和精度控制。激光對(duì)生物體組織切割、燒蝕、切除治療方面，也就趨于成熟。
[0005]激光束對(duì)生物體組織切割、燒蝕、切除治療方面最大隱患是激光束氣化穿孔的深度的不可控性、不可靠性。人命關(guān)天，安全第一。醫(yī)療器械的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)僅次于民用航空飛行器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有的脈沖激光束尚不能普遍應(yīng)用在生物體組織切割、燒蝕、切除的治療方面。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的裝置，該裝置包括脈沖發(fā)生器、激光發(fā)生器、步進(jìn)電機(jī)脈沖電源、步進(jìn)電機(jī)、編碼器、信號(hào)檢測(cè)器以及或門(mén)元件。
[0008]所述脈沖發(fā)生器，是產(chǎn)生方波脈沖的信號(hào)源，其脈沖寬度、頻率連續(xù)可調(diào)，用于向激光發(fā)生器提供脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)還用于控制步進(jìn)電機(jī)脈沖電源的使能端。進(jìn)一步所述脈沖發(fā)生器有一使能輸入端，使能輸入端低電平時(shí)脈沖發(fā)生器輸出脈沖信號(hào)，高電平時(shí)停止輸出脈沖信號(hào)。使能輸入端連接或門(mén)的輸出端，受控于編碼器和信號(hào)檢測(cè)器的輸出信號(hào)。
[0009]所述激光發(fā)生器是依據(jù)脈沖發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)產(chǎn)生脈沖激光束。
[0010]所述步進(jìn)電機(jī)脈沖電源用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)一步所述步進(jìn)電機(jī)脈沖電源有一使能輸入端，使能輸入端低電平時(shí)脈沖電源輸出脈沖電壓，高電平時(shí)停止輸出脈沖電壓。使能輸入端連接脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端，并受控于此端的脈沖信號(hào)。[0011 ] 所述步進(jìn)電機(jī)是依據(jù)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源提供的脈沖電源作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角度。用以帶動(dòng)激光發(fā)生器的激光頭徑向移動(dòng)。
[0012]所述編碼器安裝在步進(jìn)電機(jī)輸出軸的另一端，與步進(jìn)電機(jī)同軸，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角編碼器輸出一個(gè)脈沖，真實(shí)反映步進(jìn)電機(jī)的角度位移，編碼器的輸出通過(guò)或門(mén)連接脈沖發(fā)生器的使能輸入端，用于控制脈沖發(fā)生器。
[0013]所述信號(hào)檢測(cè)器，用于檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源輸出信號(hào)和編碼器輸出信號(hào)正常與否。信號(hào)正常則輸出低電平，信號(hào)不正常則輸出高電平。信號(hào)檢測(cè)器的輸出通過(guò)或門(mén)連接脈沖發(fā)生器的使能輸入端，用于控制脈沖發(fā)生器。
[0014]所述或門(mén)是編碼器和信號(hào)檢測(cè)器連接脈沖發(fā)生器使能輸入端的中間元件，其功能是輸入只要有一個(gè)高電平，輸出則為高電平，兩輸入均為低電平時(shí)輸出則為低電平。
[0015]所述脈沖信號(hào)是指:電信號(hào)通過(guò)方波的高低電平傳播的一種形式，高電平輸出有5V電壓，低電平?jīng)]有電壓輸出。占空比是指高電平在一個(gè)脈沖周期中所占的比例。通過(guò)占空比實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸與停止。脈沖的寬度是時(shí)間變量參數(shù)的直觀體現(xiàn)。
[0016]所述脈沖激光束是指:脈沖信號(hào)控制激光束在生物體組織中穿孔的深度。當(dāng)激光束的能量密度(溫度)確定后，其作用時(shí)間是控制深度的主要變量參數(shù)，脈沖激光束的深度控制時(shí)間即是在一個(gè)周期里脈沖的寬度。
[0017]所述步進(jìn)距離是指:步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)激光頭徑向移動(dòng)的距離，徑向移動(dòng)的距離必須等于或大于激光束的直徑。
[0018]所述脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離，簡(jiǎn)而言之，脈沖激光束氣化穿孔時(shí)，激光頭受控靜止，無(wú)徑向移動(dòng)，激光束穿孔深度僅取決于脈沖寬度；激光頭徑向移動(dòng)時(shí)，激光器受控?zé)o激光束作用于生物體，徑向移動(dòng)的距離必須等于或大于激光束的直徑；由于脈沖激光束與步進(jìn)距離的互連互控互保的邏輯控制關(guān)系使得在任何一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)不會(huì)有二次激光束穿越。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0020]附圖是本發(fā)明脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的控制示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]附圖是本發(fā)明脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的控制示意圖，即是本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
[0022]實(shí)施方案的裝置，包括脈沖發(fā)生器(I)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)步進(jìn)電機(jī)(3)編碼器⑷信號(hào)檢測(cè)器(5)或門(mén)(6)以及激光發(fā)生器(7)。如附圖所示。
[0023]該裝置的工作過(guò)程是，裝置啟動(dòng)后脈沖發(fā)生器(I)發(fā)出脈沖信號(hào)輸送到激光發(fā)生器(7)，激光發(fā)生器(7)的激光頭發(fā)出脈沖激光束，激光束作用在生物體時(shí)間，決定于脈沖方波的寬度。脈沖發(fā)生器(I)發(fā)出的脈沖信號(hào)，并控制步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)的使能輸入端，使之為高電平，鎖定步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)沒(méi)有輸出，步進(jìn)電機(jī)(3)不工作，編碼器(4)沒(méi)有脈沖輸出。當(dāng)脈沖發(fā)生器(I)的脈沖后沿為低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)的使能輸入端恢復(fù)低電平，步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)輸出脈沖電壓，步進(jìn)電機(jī)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，編碼器(4)輸出脈沖送達(dá)或門(mén)￠)，或門(mén)(6)輸出高電平送達(dá)脈沖發(fā)生器(I)的使能輸入端，使能輸入端呈現(xiàn)高電平，鎖定脈沖發(fā)生器(I)無(wú)脈沖信號(hào)輸出。當(dāng)編碼器(4)輸出的脈沖方波后沿為低電平時(shí)，或門(mén)(6)輸出低電平，脈沖發(fā)生器(I)的使能輸入端恢復(fù)低電平，脈沖發(fā)生器(I)實(shí)施下一個(gè)周期的脈沖發(fā)射。如果在這個(gè)周期里，步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)或步進(jìn)電機(jī)(3)或編碼器(4)有一個(gè)發(fā)生故障，信號(hào)檢測(cè)器(5)都會(huì)輸出高電平經(jīng)或門(mén)(6)送達(dá)脈沖發(fā)生器(I)的使能端鎖定脈沖發(fā)生器(I)停止工作。
[0024]這一周期過(guò)程顯示出:1.當(dāng)激光束作用在生物體組織時(shí)，步進(jìn)電機(jī)(3)無(wú)角度位移，激光頭及激光束徑向沒(méi)有位移，確保了該脈沖激光束在該坐標(biāo)點(diǎn)的軸向穿透時(shí)間，因此，確保了該脈沖激光束作用在生物體組織的深度控制和精度指標(biāo)。2.當(dāng)步進(jìn)電機(jī)(3)角度位移帶動(dòng)激光頭徑向位移，位移過(guò)程中確保無(wú)激光束發(fā)射。3.當(dāng)步進(jìn)電機(jī)
[0025](3)無(wú)角度位移，激光頭沒(méi)有徑向位移，在下一個(gè)脈沖周期里不會(huì)發(fā)射脈沖激光束，確保在同一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)不會(huì)有第二次脈沖激光束穿越，因此，確保了激光束氣化穿孔的深度和生命體的安全。
[0026]在該裝置中如果將步進(jìn)電機(jī)(3)編碼器(4)置換成專(zhuān)用手動(dòng)工具移動(dòng)激光頭，需借助位置傳感器或?qū)Ш絻x完成上述工作流程同樣可以確保激光束氣化穿孔的深度和生命體的安全。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離的裝置，其特征在于，包括脈沖發(fā)生器(I)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源⑵步進(jìn)電機(jī)⑶編碼器⑷信號(hào)檢測(cè)器(5)或門(mén)(6)以及激光發(fā)生器⑵。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述脈沖發(fā)生器(I)其特征在于，是產(chǎn)生方波脈沖的信號(hào)源，其脈沖寬度、頻率連續(xù)可調(diào)，用于向激光發(fā)生器(7)提供脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)還用于控制步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)的使能端。進(jìn)一步所述脈沖發(fā)生器(I)有一使能輸入端，使能輸入端低電平時(shí)脈沖發(fā)生器(I)輸出脈沖信號(hào)，高電平時(shí)停止輸出脈沖信號(hào)。使能輸入端連接或門(mén)(6)的輸出端,受控于編碼器⑷和信號(hào)檢測(cè)器(5)的輸出信號(hào)。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述激光發(fā)生器(7)其特征在于，是依據(jù)脈沖發(fā)生器(I)提供的脈沖信號(hào)產(chǎn)生脈沖激光束。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)其特征在于，用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)⑶，進(jìn)一步所述步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)有一使能輸入端，使能輸入端低電平時(shí)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源⑵輸出脈沖電壓，高電平時(shí)停止輸出脈沖電壓。使能輸入端連接脈沖發(fā)生器⑴的信號(hào)輸出端，并受控于此端的脈沖信號(hào)。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述步進(jìn)電機(jī)(3)其特征在于，是依據(jù)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)提供的脈沖電源作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角度。用以帶動(dòng)激光發(fā)生器(7)的激光頭徑向移動(dòng)。
6.依據(jù)權(quán)利要求1所述編碼器(4)其特征在于，安裝在步進(jìn)電機(jī)(3)輸出軸的另一端，與步進(jìn)電機(jī)(3)同軸，步進(jìn)電機(jī)(3)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角編碼器(4)輸出一個(gè)脈沖，真實(shí)反映步進(jìn)電機(jī)(3)的角度位移，編碼器(4)的輸出通過(guò)或門(mén)(6)連接脈沖發(fā)生器(I)的使能輸入端，用于控制脈沖發(fā)生器(I)。
7.依據(jù)權(quán)利要求1所述信號(hào)檢測(cè)器(5)，其特征在于，用于檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)脈沖電源(2)輸出信號(hào)和編碼器(4)輸出信號(hào)正常與否。信號(hào)正常則輸出低電平，信號(hào)不正常則輸出高電平。信號(hào)檢測(cè)器(5)的輸出通過(guò)或門(mén)(6)連接脈沖發(fā)生器(I)的使能輸入端，用于控制脈沖發(fā)生器(I)。
8.依據(jù)權(quán)利要求1所述或門(mén)(6)其特征在于是編碼器(4)和信號(hào)檢測(cè)器(5)連接脈沖發(fā)生器(I)使能輸入端的中間元件，其功能是輸入只要有一個(gè)高電平，輸出則為高電平，兩輸入均為低電平時(shí)輸出則為低電平。
9.在該裝置中將步進(jìn)電機(jī)(3)編碼器(4)置換成專(zhuān)用手動(dòng)工具移動(dòng)激光頭，借助位置傳感器或?qū)Ш絻x亦可完成脈沖激光束受控于徑向步進(jìn)距離。
【文檔編號(hào)】H01S3/11GK104348078SQ201310342708
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】馮勇, 趙勇, 蘇以翔 申請(qǐng)人:馮勇, 趙勇, 蘇以翔