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CN108145309B - 多自由度激光加工设备 - Google Patents

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CN108145309B
CN108145309B CN201810135368.7A CN201810135368A CN108145309B CN 108145309 B CN108145309 B CN 108145309B CN 201810135368 A CN201810135368 A CN 201810135368A CN 108145309 B CN108145309 B CN 108145309B
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原福松
张耀鹏
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Peking University School of Stomatology
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Abstract

本发明提供了一种多自由度激光加工设备。该多自由度激光加工设备相对于现有的激光加工设备而言，还包括：设置在基体上的旋转电机及第一传动机构；导光管可转动地设置在与基体连接的导光管架上；导光管通过第一传动机构接受旋转电机的驱动，而在导光管架上受控转动。通过本发明，增加了激光加工的自由度，解决了相关技术中数控激光自动化牙体预备装置仅能实现三自由度而导致的作用范围有限，不能满足范围大、多术种的应用需求的问题。

Description

多自由度激光加工设备
技术领域
本发明涉及医学领域或工业领域，具体而言，涉及一种多自由度激光加工设备。
背景技术
在人类口腔及喉部这种狭小深腔内，手工进行大量重复、费力的微细操作，人眼视觉偏差、人手定位控制误差很难避免，导致临床牙体预备精度效率较低、临床操作规范和相关标准难于实现；口腔及喉部的医生在进行手术操作时，几乎保持同一姿势，易导致疲劳；同时，由于医生的情绪、疲劳、操作技术不熟练等，难免会出现人为因素造成的医源性损伤；口腔治疗所用的高速涡轮机在操作时产生的声音及机械振动，均会使患者产生不适感。
现有的用于辅助手术过程的医疗机器人分两大类：主从操作和自动控制。主从操作机器人以DaVinci系统为代表，目前已应用于临床，适用于多种手术，国内自主研发的主从操作机器人“妙手”正在开展临床实验。自动控制机器人应用于临床的有骨科和神经外科。
现有手术机器人系统可以在一定程度上提高手术质量、减轻医生的疲劳、消除医生手抖动，但仍然存在以下局限和问题：一、尚没有一套完整的机器人系统能够同时实现牙齿、颌骨及软骨等硬组织及软组织的同步精准切割；二、用于手术的机器人系统均采用主从控制形式，即机器人只能在医生操控下完成，尚不具备智能规划及自主操作能力。
为了突破以上局限，公开号为CN104546151A的专利申请中公开了一种数控激光自动化牙体预备方法及装置，能够实现三自由度的自动牙体预备操作，同时使用飞秒激光技术也避免了高速涡轮机的声音和机械振动给患者带来的不适感。但是三自由度的运动无法实现口腔及喉部管腔内任意部位、任意组织的精准切割，更无法延伸至眼科、骨科等其它医学领域的应用，不能满足范围大、多术种的应用需求。
发明内容
本发明提供了一种多自由度激光加工设备，以至少解决相关技术中数控激光自动化牙体预备装置仅能实现三自由度而导致的作用范围有限，不能满足范围大、多术种的应用需求的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种多自由度激光加工设备，包括基体，以及设置在基体上的三自由度加工单元和导光管，所述导光管的端部设置有第一反射镜座，所述三自由度加工单元用于调整激光的焦距以调整激光刀的聚焦平面以及控制激光刀在所述聚焦平面上的运动，所述多自由度激光加工设备还包括：设置在所述基体上的旋转电机及第一传动机构；其中，
所述导光管可转动地设置在与所述基体连接的导光管架上；所述导光管通过所述第一传动机构接受所述旋转电机的驱动，而在所述导光管架上受控转动。
可选地，所述第一传动机构包括：设置在所述旋转电机的输出轴上的主动轮、设置在所述导光管上的从动轮，以及将所述主动轮的转动传递到所述从动轮的传动组件。
可选地，所述从动轮的直径大于所述主动轮的直径。
可选地，所述多自由度激光加工设备还包括：设置在所述基体上的直线电机及第二传动机构；其中，
所述第一反射镜座与所述导光管的端部铰接；
所述第一反射镜座通过所述第二传动机构接受所述直线电机的驱动，而绕铰接的转轴受控转动。
可选地，所述第二传动机构包括：滑套、第一轴承、滑杆套、轴承挡圈、滑杆和连杆结构，其中，
所述滑杆套和所述轴承挡圈固定连接，所述滑杆套和所述轴承挡圈的内圈均与导光管间隙配合；
所述第一轴承的内圈与所述滑杆套的外表面过渡配合；
所述滑套的外圈分布有沿轴向的多个滑轨，所述滑套的外圈以及所述多个滑轨与导光管架间隙配合；所述滑套的内圈与所述第一轴承的外圈过盈配合；
所述滑套的伸出端与所述直线电机的动杆固定连接；
所述滑杆的一端与所述轴承挡圈或者所述滑杆套固定连接，另一端通过所述连杆结构与所述第一反射镜座铰接。
可选地，所述导光管通过第二轴承设置在与所述基体连接的导光管架上，其中，
所述第二轴承的内圈与所述导光管的外壁过盈配合；
所述第二轴承的外圈与所述导光管架过盈配合。
可选地，所述基体设置在可沿所述导光管的轴向受控移动的工作平台上。
可选地，所述多自由度激光加工设备还包括：激光加工监控单元，所述激光加工监控单元包括：设置在所述基体上的CCD摄像头架、安装在所述CCD摄像头架上的CCD摄像头、反射镜、合束镜；其中，
所述合束镜的镜面与导光管轴向呈一定角度地设置在所述导光管的激光入射端，所述反射镜设置在所述基体上并与所述合束镜相互配合，以使照射在加工表面的辅助光经所述合束镜和所述反射镜的反射后射入所述CCD摄像头中成像。
可选地，所述合束镜的镜面迎激光的一面镀有激光增透膜，所述合束镜的镜面迎辅助光的一面镀有辅助光高反膜。
可选地，所述多自由度激光加工设备还包括：机电控制系统，所述机电控制系统与所述三自由度加工单元、所述旋转电机、直线电机、CCD摄像头、工作平台电性连接，以实现控制或者监控功能。
通过本发明实施例提供的多自由度激光加工设备，采用设置在基体上的旋转电机及第一传动机构；导光管可转动地设置在与基体连接的导光管架上；导光管通过第一传动机构接受旋转电机的驱动，而在导光管架上受控转动，从而增加了激光加工的自由度，解决了相关技术中数控激光自动化牙体预备装置仅能实现三自由度而导致的作用范围有限，不能满足范围大、多术种的应用需求的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种多自由度激光加工设备的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种三自由度激光加工单元的二自由度XY平面加工结构图；
图3是根据本发明实施例的一种三自由度激光加工单元的Z方向激光焦平面调节结构图；
图4是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元整体结构图；
图5是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元局部剖视图；
图6是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元中俯仰调整内部结构图；
图7是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元中俯仰调整结构一局部的分解图；
图8是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元中俯仰调整结构另一局部的分解图；
图9是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元中滚转调整内部结构图；
图10是根据本发明实施例的一种二自由度激光调整单元中滚转调整结构分解图。
图11是根据本发明实施例的一种激光加工监控单元结构图；
图12是根据本发明实施例的激光三自由度加工示意图；
图13是根据本发明实施例的激光二自由度俯仰调节示意图；
图14是根据本发明实施例的激光二自由度滚转调节示意图；
图15是根据本发明实施例的激光二自由度俯仰+滚转调节示意图；
图16是根据本发明实施例的激光加工监控光路示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
图1是根据本发明实施例的一种多自由度激光加工设备的结构示意图。下面将结合图1对本发明实施例进行说明。
实施例1
在本实施例中提供了一种四自由度激光加工设备。参考图1，该四自由度激光加工设备包括：基体1，以及设置在基体1上的三自由度加工单元(10、11、14)和导光管37，导光管37的端部设置有第一反射镜座48，三自由度加工单元用于调整激光的焦距以调整激光刀的聚焦平面(即激光刀的工作平面)以及控制激光刀在聚焦平面上的运动，四自由度激光加工设备还包括：设置在基体1上的旋转电机8及第一传动机构；其中，导光管37可转动地设置在与基体1连接的导光管架1-1上；导光管37通过第一传动机构接受旋转电机8的驱动，而在导光管架1-1上受控转动。
参考图1，为了能够使得设备内部结构能够得到保护并达到防尘效果，在基体1上还安装有壳体。在图1中示出的壳体结构包括侧盖2、上盖3、上后盖4、下后盖5。该壳体结构使得壳体能够方便拆卸而便于维护或者检修设备。显然，本领域技术人员应当清楚，上述壳体结构仅仅是一种优选的壳体结构。
上述的三自由度激光加工单元包括：X振镜电机10、Y振镜电机11、第一直线电机14及其组件，XY振镜电机通过驱动振镜实现激光XY平面加工，第一直线电机14通过驱动透镜改变激光聚焦平面，从而实现激光三维加工。
如图2所示，为三自由度激光加工单元的二自由度XY平面加工结构图。激光从基体的入光口1-A射入，经第一振镜10-1和第二振镜11-1反射，第一振镜由X振镜电机驱动摆动，第二振镜由Y振镜电机驱动摆动，从而实现XY平面加工。X振镜电机通过面10-A和振镜电机座9的面9-B配合，并由螺钉9-2固定；Y振镜电机通过面11-A和振镜电机座的面9-A配合，并有螺钉9-1固定；振镜电机座通过螺钉1-1与基座连接固定。
如图3所示，为三自由度激光加工单元的Z方向激光焦平面调节结构图。第一直线电机静圈14通过螺钉12-1与第一直线电机座12连接，并通过螺钉1-2与基体连接；第一直线电机动圈13通过电机-透镜连接架15与透镜支座16连接；透镜23被透镜固定环17和固定环挡块18由螺钉18-1固定于透镜支座中，透镜支座安装在滑块29上，沿滑轨28移动，滑轨通过螺钉28-1与基体连接；第一直线电机驱动透镜沿滑轨滑动，改变透镜位置，从而改变激光聚焦平面，本装置通过光栅尺20读数作为反馈信息，从而精确控制透镜滑动位移。光栅尺通过光栅尺座19与透镜支座固连，光栅尺读数头22安装在光栅尺座21上，光栅尺座由螺钉1-3与基体连接。
上述包括设置在基体1上的旋转电机8及第一传动机构的四自由度激光加工设备，相对于三自由度加工设备而言，由于导光管37能够绕轴旋转，使得激光刀的工作平面也能够绕轴转动，从而增加了激光刀的自由度，扩展了激光加工设备的使用范围，能够满足更多术种的应用需求。
可选地，第一传动机构包括：设置在旋转电机8的输出轴上的主动轮33、设置在导光管37上的从动轮34，以及将主动轮33的转动传递到从动轮34的传动组件。可选地，从动轮34的直径大于主动轮33的直径。
实施例2
在本实施例中还提供了一种四自由度激光加工设备，该设备与实施例1基本相同，不同之处在于：相对于实施例1中描述的四自由度激光加工设备而言，本实施例提供的四自由度激光加工设备不设置旋转电机8及第一传动机构，但是包括了：设置在基体1上的直线电机30及第二传动机构；其中，第一反射镜座48与导光管37的端部铰接；第一反射镜座48通过第二传动机构接受直线电机30的驱动，而绕铰接的转轴受控转动。
可选地，第二传动机构包括：滑套43、第一轴承40、滑杆套41、轴承挡圈42、滑杆44和连杆结构45，其中，滑杆套41和轴承挡圈42固定连接，滑杆套41和轴承挡圈42的内圈均与导光管37间隙配合；第一轴承40的内圈与滑杆套41的外圈间隙配合；滑套43的外圈分布有沿轴向的多个滑轨43-B，滑套43的外圈以及多个滑轨43-B与导光管架间隙配合；滑套43的内圈与第一轴承40的外圈过盈配合；滑套43的伸出端与直线电机30的动杆固定连接；滑杆44的一端与轴承挡圈42或者滑杆套41固定连接，另一端通过连杆结构45与第一反射镜座48铰接。
可选地，导光管37通过第二轴承38设置在与基体1连接的导光管架1-1上，其中，第二轴承38的内圈与导光管37的外壁过盈配合；第二轴承38的外圈与导光管架1-1过盈配合。
上述包括设置在基体1上的直线电机30及第二传动机构的四自由度激光加工设备，相对于三自由度加工设备而言，由于第一反射镜座48能够绕铰链的转轴转动，使得激光刀的工作平面也能够绕铰链的转轴转动，从而增加了激光刀的自由度，扩展了激光加工设备的使用范围，能够满足更多术种的应用需求。
需要说明的是，在本实施例中，滑套滑动是通过第二直线电机直接驱动；本领域技术人员在上述实施方式的基础上，能够轻易想到本发明还可以使用旋转电机+圆柱凸轮、旋转电机+摇杆滑块机构等等效方式替代本实施例中的直线电机而实现相同的功能。
实施例3
在本实施例中还提供了一种五自由度激光加工设备，该设备与实施例1基本相同，不同之处在于：相对于实施例1中描述的四自由度激光加工设备而言，本实施例提供的五自由度激光加工设备还包括：设置在基体1上的直线电机30及第二传动机构；其中，第一反射镜座48与导光管37的端部铰接；第一反射镜座48通过第二传动机构接受直线电机30的驱动，而绕铰接的转轴受控转动。
旋转电机8及第一传动机构，以及直线电机30及第二传动机构，以及与上述结构相配合的结构，在本实施例中被称为二自由度激光调整单元。即：二自由度激光调整单元包括：旋转电机8及其组件、第二直线电机30及其组件、第一反射镜座48及其组件，旋转电机8通过传动机构(例如齿轮传动、带传动或钢丝绳传动)实现第一反射镜360度滚转，第二直线电机通过四连杆机构实现第一反射镜一定角度范围(例如0-110度)俯仰，从而实现光刀两自由度大范围、大角度位置调整。
如图4所示，为二自由度激光调整单元整体结构图，图5为其局部剖视图。第二直线电机30固定在第二直线电机座6上，第二直线电机座通过螺钉6-1与基体连接，连杆器32将第二直线电机动杆30-1和轴承滑套43连接，从而第二直线电机可以驱动轴承滑套滑动；旋转电机8固定在旋转电机座7上，旋转电机座通过螺钉7-1与基体连接，主动轮33固定在旋转电机输出轴上，通过传动组件(例如：齿轮传动、带传动、绳传动、链传动等)带动从动轮34转动。
如图6和图7所示，激光光束俯仰角度调节通过第一反射镜座48绕轴48-A转动实现，轴48-A转动通过滑块摇杆机构实现。滑套43通过43-B与基体上的滑槽配合，从而滑套与基体可以相对滑动。滑套伸出端43-A穿过基体，通过连杆器与第二直线电机动杆固连，实现第二直线电机驱动滑套与基体相对滑动。第一轴承40外圈与滑套配合，第一轴承内圈与滑杆套41配合，从而通过第一轴承实现滑套与滑杆套相对转动。滑杆44穿过导光管37孔37-A和第一轴承挡圈42孔42-A，插入滑杆套孔41-A，滑杆与滑杆套固连。第一轴承挡圈通过螺钉42-1与滑杆套连接，实现第一轴承轴向位置限定。
如图8所示，滑杆孔44-A与第一轴瓦49面49-A配合，第一轴瓦孔49-B与连杆45面45-B配合，第一卡簧50卡在连杆槽45-C，从而实现滑杆相对连杆转动，并限定滑杆轴向位置；连杆孔45-A与第二轴瓦46面46-A配合，第二轴瓦孔46-B与第一反射镜座48面48-B配合，第二卡簧47卡在第一反射镜座卡槽48-C里，从而实现连杆相对第一反射镜座转动；第一反射镜座轴48-A与导光管37孔37-B配合，实现第一反射镜座与导光管的相对转动。
图8中示出的滑杆与连杆的相对转动是通过轴瓦实现；但是实现上述相对转动的结构并不限于图8所示的一种结构，例如，也可以使用转动轴承(比如深沟球轴承)实现相同的功能。在图8所示的实施方式中，第一反射镜座的俯仰通过滑块摇杆机构实现；在其他实施例中，也可以使用旋转电机+绳索传动的方式来实现相同的效果。
激光光刀俯仰调节实现过程：第二直线电机动杆带动滑套沿基体槽1-C滑动，即形成滑动副，从而带动第一轴承滑动，又由于第一轴承通过第一轴承挡圈与滑杆套相对固连，所以滑杆套也被带动滑动，滑杆套(相当与滑块)、连杆、第一反射镜座(相当与摇杆)、导光管形成滑块摇杆四杆机构，当滑杆套滑动被第二直线电机带动滑动时，驱动第一反射镜座相对导光管转动，从而改变激光光刀俯仰角度。
如图9和图10所示，旋转电机8输出轴与主动轮33通过顶丝连接，主动轮经传动机构(例如：带传动、齿轮传动、链传动、钢丝绳传动等)带动从动轮34转动；从动轮34-A与导光管槽37-D配合，并用顶丝将从动轮轴向位置固定；第二轴承38内圈与导光管面37-C配合，第二轴承外圈与基体1-B配合；第二轴挡圈39顶住第二轴承内圈，并用顶丝固定到导光管上；端盖35通过螺钉35-1与基体连接，其伸出端35-A顶住第二轴承外圈。以上设计实现了导光管通过第二轴承装在基体里，并与基体能相对转动，第二轴承挡圈和端盖即限制了第二轴承的轴向位置，也限制了导光管的轴向位置。当从动轮被主动轮带动转动时，通过34-A和37-D的配合，带动导光管相对基体转动，从而带动第一反射镜座发生滚转，让激光光刀滚转角度发生调节。
上述的五自由度激光加工设备中，第二直线电机30固定在第二直线电机座6上，第二直线电机座通过螺钉6-1与基体连接，连杆器32将第二直线电机动杆30-1和轴承滑套43连接，从而第二直线电机可以驱动轴承滑套滑动；旋转电机8固定在旋转电机座7上，旋转电机座通过螺钉7-1与基体连接，主动轮33固定在旋转电机输出轴上，通过传动机构(齿轮传动、带传动、绳传动、链传动等)带动从动轮34转动。本实施例的激光光刀调整二自由度相对独立，互不干涉。当导光管相对基体转动时，会带动第一反射镜座、连杆、滑杆、滑杆套、第一轴承内圈一起转动，同时，第二直线电机又能推动滑套、第二轴承、滑杆套、滑杆沿基体槽(即配合滑轨43-B的槽)滑动，从而实现第一反射镜座的旋转和滚转。
实施例4
在本实施例中还提供了一种多自由度激光加工设备，该设备与实施例1-3中任一种基本相同，不同之处在于，本实施例中多自由度激光加工设备的基体1设置在可沿导光管37的轴向受控移动的工作平台上，从而在原有的四自由度激光加工设备或者五自由度激光加工设备之上，还增加了第六自由度。
考虑到只是调节导光管37伸缩，不仅结构复杂(需与俯仰和滚转两自由度解耦)，而且会改变激光焦平面位置，若不想改变激光焦平面，需透镜移动配合。而通过本实施例将基体1设置在可沿导光管37的轴向受控移动的工作平台上，从而实现了激光刀调整的第六自由度；其主要作用是当透镜调节不够时提供调节功能。采用本实施例可以使得激光刀作用位置更深。
实施例5
在本实施例中还提供了一种多自由度激光加工设备，该多自由度激光加工设备与实施例1-5中的任一种相同，不同之处在于，本实施例提供的多自由度激光加工设备还包括：激光加工监控单元，激光加工监控单元包括：设置在基体上的CCD摄像头架(25、26)、安装在CCD摄像头架上的CCD摄像头、反射镜、合束镜；其中，合束镜的镜面与导光管轴向呈一定角度地设置在导光管的激光入射端，反射镜设置在基体上并与合束镜相互配合，以使照射在加工表面的辅助光经合束镜和反射镜的反射后射入CCD摄像头中成像。
如图11所示，为激光加工监控单元结构图。合束镜52装在合束镜座36上，合束镜座通过螺钉36-1与基体端盖连接，第二反射镜51装在第二反射镜座24上，第二反射镜座通过螺钉24-1与基体连接，CCD摄像头连接架26可以在CCD摄像头支撑架25槽25-A滑动，以便调节CCD摄像头27的位置，从而得到比较清晰的监控视频，当激光加工时，会有辅助光源(红外、可见光等)照射到加工表面上，反射的辅助光经第一反射镜(镀双层膜，既能反射加工用的激光，又能反射监控用的光)，穿过导光管，经合束镜52(两面镀不同的膜，迎激光的面镀激光增透膜，迎辅助光的面镀辅助光高反膜)反射，再经第二反射镜51反射，射入工业镜头27-A，最终射到CCD摄像头27上，通过数据传输，将信号传到接受平台上，由监控软件(窗口)显示激光实时加工情况，以便遇到紧急情况时，操作人员能及时断电、断光，保护加工物件、设备等。
实施例6
在本实施例中还提供了一种多自由度激光加工设备，该多自由度激光加工设备的光学部分与实施例1-6中的任一种相同，不同之处在于，本实施例提供的多自由度激光加工设备还包括：机电控制系统，机电控制系统与三自由度加工单元、旋转电机、直线电机、CCD摄像头、工作平台电性连接，以实现控制或者监控功能。
下面将结合附图，对上述实施例提供的激光加工设备的激光刀调节自由度的效果进行说明。
图12为激光三自由度加工示意图。振镜XY控制激光XY平面二维扫面，透镜移动控制激光Z方向步进。激光从基体入光口入射，经XY振镜反射，然后有透镜聚焦，经第一反射镜反射照到被加工物体表面Ⅰ上，使用CAD/CAM系统设计好的激光加工路径，精确控制XY振镜和透镜，加工出预先设计好的形体。
图13为激光二自由度俯仰调节示意图。根据被加工物体与该装置的相对位置，调节第一反射镜座的俯仰角度，从而使激光能准确的照到被加工物体目标位置。图13展示了其中一种情况，当俯仰角度发生变化时，激光可以到达曲面C任意位置，从而满足不同的需求。
图14为激光二自由度滚转调节示意图。根据被加工物体与该装置的相对位置，调节第一反射镜座的滚转角度，从而使激光能准确的照到被加工物体目标位置。图14展示了其中一种情况，当滚转角度发生变化时，激光可以到达圆周面D任意位置，从而满足不同的需求。
图15为激光二自由度俯仰+滚转调节示意图。根据被加工物体与该装置的相对位置，调节第一反射镜座的俯仰与滚转角度，从而使激光能准确的照到被加工物体目标位置。
图16为激光加工监控光路示意图。辅助光从被加工物体表面反射，先后经第一反射镜、合束镜、第二反射镜，射入CCD摄像头中，CCD摄像头可以根据出射辅助光的位置，调整摄像头位置，使CCD成像清晰完全，从而实时监控激光加工过程，当发生紧急状况后，操作人员可以及时停电、停光。
综上所述，本发明实施例提供的上述的多自由度激光加工设备能以高度稳定无抖动完成病变组织任意形状的精确切割以及材料表面改性和精准制备。该多自由度激光加工设备搭载激光器，通过振镜+透镜实现光斑的三维加工，通过二维激光调整单元实现光刀360°旋转和约0-110°的俯仰，通过在基体上增加一自由度移动平台大范围改变激光刀位置。每个自由度均有位置传感器作为闭环控制反馈，以实现高速准确有效地加工切削。
本发明提供的实施例中至少有一种实施例能够实现以下之一的有益效果：
1、应用范围广：该设备适用于口腔、咽喉部、眼科、骨科、外科等医学多个领域的手术操作(特别是狭小深腔)以及材料表面改性、处理、精准制备等工业领域。
2、高度灵巧：该设备尺寸微小，但集成了振镜、透镜、反射镜等光学系统以及控制该系统运动的多个电机机构组成的机电系统，并整合实时监控装置；该设备能控制激光实现六自由度灵活运动，实现任意方向任意病变部位的切削。
3、精准、安全切削：该设备能精确控制激光的六自由度运动，以及激光的精细切削，从而实现该设备控制激光精准切削病变组织；同时配备监控装置以及高精度位置传感器等，以实现安全控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，比如俯仰角度变成0～120度，传动方式发生变化，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多自由度激光加工设备，包括基体，以及设置在基体上的三自由度加工单元和导光管，所述导光管的端部设置有第一反射镜座，所述三自由度加工单元用于调整激光的焦距以调整激光刀的聚焦平面以及控制激光刀在所述聚焦平面上的运动，其特征在于，所述多自由度激光加工设备还包括：设置在所述基体上的旋转电机及第一传动机构；其中，
所述导光管可转动地设置在与所述基体连接的导光管架上；所述导光管通过所述第一传动机构接受所述旋转电机的驱动，而在所述导光管架上受控转动；以及所述第一传动机构包括：设置在所述旋转电机的输出轴上的主动轮、设置在所述导光管上的从动轮，以及将所述主动轮的转动传递到所述从动轮的传动组件，以及其中，
所述多自由度激光加工设备还包括：设置在所述基体上的直线电机及第二传动机构；其中，
所述第一反射镜座与所述导光管的端部铰接；
所述第一反射镜座通过所述第二传动机构接受所述直线电机的驱动，而绕铰接的转轴受控转动。
2.根据权利要求1所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述从动轮的直径大于所述主动轮的直径。
3.根据权利要求1所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述第二传动机构包括：滑套、第一轴承、滑杆套、轴承挡圈、滑杆和连杆结构，其中，
所述滑杆套和所述轴承挡圈固定连接，所述滑杆套和所述轴承挡圈的内圈均与导光管间隙配合；
所述第一轴承的内圈与所述滑杆套的外表面过渡配合；
所述滑套的外圈分布有沿轴向的多个滑轨，所述滑套的外圈以及所述多个滑轨与导光管架间隙配合；所述滑套的内圈与所述第一轴承的外圈过盈配合；
所述滑套的伸出端与所述直线电机的动杆固定连接；
所述滑杆的一端与所述轴承挡圈或者所述滑杆套固定连接，另一端通过所述连杆结构与所述第一反射镜座铰接。
4.根据权利要求1所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述导光管通过第二轴承设置在与所述基体连接的导光管架上，其中，所述第二轴承的内圈与所述导光管的外壁过盈配合；
所述第二轴承的外圈与所述导光管架过盈配合。
5.根据权利要求1所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述基体设置在可沿所述导光管的轴向受控移动的工作平台上。
6.根据权利要求1所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述多自由度激光加工设备还包括：激光加工监控单元，所述激光加工监控单元包括：设置在所述基体上的CCD摄像头架、安装在所述CCD摄像头架上的CCD摄像头、反射镜、合束镜；其中，
所述合束镜的镜面与导光管轴向呈一定角度地设置在所述导光管的激光入射端，所述反射镜设置在所述基体上并与所述合束镜相互配合，以使照射在加工表面的辅助光经所述合束镜和所述反射镜的反射后射入所述CCD摄像头中成像。
7.根据权利要求6所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述合束镜的镜面迎激光的一面镀有激光增透膜，所述合束镜的镜面迎辅助光的一面镀有辅助光高反膜。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多自由度激光加工设备，其特征在于，所述多自由度激光加工设备还包括：机电控制系统，所述机电控制系统与所述三自由度加工单元、所述旋转电机、直线电机、CCD摄像头、工作平台电性连接，以实现控制或者监控功能。
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