本发明专利技术公开了一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置，包括光源、两个光滤波器、两个分光镜、两套耦合系统、望远镜系统、倍频晶体或者装置、扩束和准直系统、光电探测器、冷却装置、三维位移台、数据处理系统和电子控制系统，本发明专利技术涉及骨加工方法及装置技术领域。该基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置，通过基于包含1μm波段激光的光源与1μm激光和骨相互作用产生二次谐波信号在骨上的反射信号进行多色测距定位，降低和抑制加工过程中空气扰动和水冷等因素引起的折射率变化对测距精度的影响，实现高精度测距定位、焦距调节和位置监测，进而反馈控制激光加工过程，是一种集定位、监测和加工一体化的激光精密骨加工方法。密骨加工方法。密骨加工方法。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置
[0001]本专利技术涉及骨加工方法及装置
，具体为一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置。
技术介绍
[0002]骨外科手术、人工骨和动物骨等样品加工及骨质文物清理等领域广泛存在着高效和精密骨加工需求，包括切割、钻孔和清洗等加工操作。传统的骨加工方法多采用电钻，电锯和刷子等机械加工的方式，加工过程中存在机械损伤和热损伤风险，且易产生碎骨组织碎片等，进而影响加工效率和质量。
[0003]激光骨加工是一种新型骨加工技术，由于其具有加工精度高、无机械损伤、重复性好等优势而备受关注。为充分发挥激光骨加工优势，通常还需建立骨经验模型，附加图像监测装置、计算机断层扫描仪和红外测距仪等装置辅助激光骨加工，进而造成系统庞大，提高了操作复杂度等。近期，已有报道通过对激光骨加工过程中光谱和温度进行在线监测，可以实现对激光骨的高质量加工，但上述方法仍是间接方法，无法直接进行实时位置、焦距和尺寸测量。
[0004]本专利技术基于激光光源和其1μm波段激光与骨相互作用产生二次谐波信号等产生的多色反射光信号进行多色测距定位，降低加工过程中空气扰动和水冷等因素引起的折射率变化对测距精度的影响，实现高精度测距定位、焦距调节和尺寸监测，进而反馈控制激光加工过程，提出一种集定位、监测和加工一体化的激光精密骨加工方法及装置。
技术实现思路
[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置，目的在于提供一种集定位、监测和加工一体的激光精密骨加工方法及其装置，基于光源本身及其1μm波段激光的二次谐波信号进行非合作目标骨样品加工测距，实现精确定位、实时调焦和尺寸测量等，提升骨加工效率和质量。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于多色激光测距的激光骨精密加工装置，包括光源、两个光滤波器、两个分光镜、两个耦合系统、望远镜系统、倍频晶体、扩束和准直系统、光电探测器、冷却装置、三维位移台、数据处理系统和电子控制系统。
[0009]本专利技术还提供了一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法，具体包括以下步骤：
[0010]S1、在加工前进行骨组织预处理；
[0011]S2、用分光镜将激光器出射光分成两束，其中参考光经过倍频后与目标光进行比相，进行高精度相位测距，必要时结合多波长合成法提高测距非模糊范围；
[0012]S3、激光作用在骨表面上产生的漫反射光大部分被耦合系统接收再进行处理；
[0013]S4、在目标光路上使用光学滤波器使得骨表面漫反射光中滤出目标光信号，目标光信号包括光源本身的反射光信号和光源包含的1μm激光与骨相互作用产生的二次谐波绿光信号，实现单台光源双色测距或者进一步拓展为多色测距；
[0014]S5、实时测量和分析光信号变化，并根据测距信息快速调整激光加工参数，直至加工结束；
[0015]S6、加入电子控制系统，反馈控制三维位移台、激光器、扩束和准直系统及冷却装置。
[0016]优选的，所述步骤S1中的预处理包括清洗处理。
[0017]优选的，所述步骤S2选用倍频晶体或者装置将参考光进行倍频，获得倍频光。
[0018]优选的，所述步骤S3耦合系统由望远镜系统和耦合镜组成，大口径望远镜系统接收大部分漫反射光后出射，在出射口加设透镜或光纤组成的耦合器件将光汇聚后传输进入滤波器，且在聚焦耦合过程中不引入色差。
[0019]优选的，所述步骤S4中的光学滤波器包括窄带宽可调滤波器和固定带宽窄带滤波器，还包括光纤或镜片型的光滤波器对不同波长下的光实现滤波。
[0020]优选的，所述步骤S5中的根据光信号变化快速调整激光加工参数为包括通过观测和分析光信号变化手动、自动反馈控制、或者手动和自动反馈控制相结合进行快速调整，且在加工时会引起空气扰动以及冷却水或者风冷都会造成折射率变化，多色测距能精确地测定大气折射率，根据测距信息快速调整激光加工参数方法。
[0021]优选的，所述步骤S6中电子控制系统通过控制三维位移台改变待加工骨头与出射激光相对位置，控制激光器改变出射激光光束参数，通过控制扩束和准直系统对出射的目标光进行扩束和准直，在加工过程中启动冷却装置利于对样品台中的骨组织进行散热，且电子控制系统控制三维位移台改变待加工骨头与出射激光焦点相对位移，根据接收二次谐波的强度与推出激光聚焦点与样品的相对位置，用该方法实现骨组织加工初步定位与测距。
[0022]优选的，所述步骤S6中三维位移台放置在样品下方，且三维位移台精度高，能够沿光路及其垂直的三维方向移动，所述电子系统控制的冷却系统包括水冷及风冷装置，在加工过程中及时将激光与骨作用产生的热量带走，避免过高温度带来的不良影响。
[0023]优选的，所述步骤S2比相测距，将接收的二次谐波信号与激光器发射端经倍频晶体倍频后的参考光的正弦信号比相得到相差，实现高精度测距，同时用该装置进行多色测距，利用包含1μm激光与骨相互作用产生的二次谐波绿光信号及其光谱激光的光源及1μm激光与骨相互作用产生的二次谐波绿光信号及其光谱激光的二次谐波的至少两种波长不同的光，进行多色测距，并通过改变光学滤波器参数以获得不同波长的光信号优化测距结果，精确地测定空气折射率，实现波长数大于二的高精度多色测距。
[0024](三)有益效果
[0025]本专利技术提供了一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置。与现有技术相比具备以下有益效果：该基于多色激光测距的激光骨精密加工方法及装置，通过基于包含1μm波段激光的光源与1μm激光和骨相互作用产生二次谐波信号在骨上的反射信号进行多色测距定位，降低和抑制加工过程中空气扰动和水冷等因素引起的折射率变化对测距精
度的影响，实现高精度测距定位、焦距调节和位置监测，进而反馈控制激光加工过程，是一种集定位、监测和加工一体化的激光精密骨加工方法。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例的整体结构框图；
[0027]图2为本专利技术实施例1μm激光与骨相互作用产生的二次谐波绿光信号及其光谱图；
[0028]图3为本专利技术实施例的装置示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]请参阅图1
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3，本专利技术实施例提供一种技术方案：一种基于多色激光测距的激光骨精密加工装置，包括光源、两个光滤波器、两个分光镜、两套耦合系统、望远镜系统、倍频晶体、扩束和准直系统、光电探测器、冷却装置、三维位移台、数据处理系统和电子控制系统。
[0031]本专利技术实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多色激光测距的激光骨精密加工装置，其特征在于：包括光源、两个光滤波器、两个分光镜、两个耦合系统、望远镜系统、倍频晶体、扩束和准直系统、光电探测器、冷却装置、三维位移台、数据处理系统和电子控制系统。2.实施权利要求1所述的一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、在加工前进行骨组织预处理；S2、用分光镜将激光器出射光分成两束，其中参考光经过倍频后与目标光进行比相,进行相位测距，必要时,结合多波长合成法拓展测距的非模糊范围；S3、激光作用在骨表面上产生的漫反射光大部分被耦合系统接收再进行处理；S4、在目标光路上使用光学滤波器使得骨表面漫反射光中滤出目标光信号，目标光信号包括光源本身的反射光信号和1μm激光与骨相互作用产生的二次谐波绿光信号，实现单台光源双色测距或者进一步拓展为多色测距；S5、实时测量和分析光信号变化，并根据测距信息快速调整激光加工参数，直至加工结束；S6、加入电子控制系统，反馈控制三维位移台、激光器、扩束和准直系统及冷却装置。3.根据权利要求2所述的一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法，其特征在于：所述步骤S1中的预处理包括清洗处理。4.根据权利要求2所述的一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法，其特征在于：所述步骤S2选用倍频晶体或者装置将参考光进行倍频，获得倍频光。5.根据权利要求2所述的一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法，其特征在于：所述步骤S3耦合系统由望远镜系统和耦合镜组成，大口径望远镜系统接收大部分漫反射光后出射，在出射口加设透镜或光纤组成的耦合器件将光汇聚后传输进入滤波器，且在聚焦耦合过程中不引入色差。6.根据权利要求2所述的一种基于多色激光测距的激光骨精密加工方法，其特征在于：所述步骤S4中的光学滤波器包括窄带宽可调滤波器和固定带宽窄带滤波器，还包括光纤或镜片型的光滤波器对不同波长下的光实现滤波。7.根据权利要求2所述的一种基于多色激光测距的激光骨精密...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡国庆，温君月，郭国文，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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