一种基于摆角压缩的精密激光加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种基于摆角压缩的精密激光加工装 置。
【背景技术】
[0002] 激光微加工日新月异，激光光源、外光路、视觉定位、振镜、线性运动平台等配套资 源越来越完善。在微加工光束空间控制方面，线性运动平台可以高精度运动，但是由于惯性 很大，运动范围很小，运动速度与加速度上不去，振镜有很快的光束扫描能力，但是，振镜在 进行精细扫描的时候，例如进行50微米以下的扫描运动的时候，为了保障扫描的精度，扫描 频率就上不去，目前最高扫描速度CPS不超过125，即采用160mm焦距的平场扫描镜每秒钟扫 描1mm线段不超过125个。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于摆角压缩的精密激光加工装置，适合 于激光精细微加工。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005] -方面，本发明提供了一种基于摆角压缩的精密激光加工装置，包括高速扫描振 镜、光束摆角压缩模块、角度切换振镜、光束平场聚焦模块以及振镜实时控制模块；
[0006] 所述高速扫描振镜，用于对发射到其上的入射光束进行角度调制，且将角度调制 后的第一光束输出至位于所述高速扫描振镜出射该第一光束一侧的光束摆角压缩模块，其 中，所述角度范围为0.2~40毫弧度；
[0007] 所述光束摆角压缩模块，用于对第一光束进行扩束以及摆角幅度压缩，以形成光 轴摆角幅度缩小的第二光束，且将该第二光束传输至位于该光束摆角压缩模块出射该第二 光束一侧的角度切换振镜；
[0008] 所述角度切换振镜，用于对所述第二光束进行角度切换控制，并将角度切换后的 第三光束入射至光束平场聚焦模块；
[0009] 所述光束平场聚焦模块，用于对所述第三光束进行聚焦，以形成聚焦状态的第四 光束，并将该第四光束入射至待加工材料表面进行激光加工；
[0010] 所述振镜实时控制模块，分别与高速扫描振镜以及振镜实时控制模块连接，用于 采用同一时钟基准信号实时控制所述高速扫描振镜对入射光束的角度调制以及角度切换 振镜对第二光束的角度切换，使得所述高速扫描振镜和角度切换振镜实时协调动作。
[0011] 本发明的有益效果为:通过高速扫描振镜对入射光束进行角度调制，使高速扫描 振镜工作在最佳扫描频率范围内获得最快扫描频率，经光束摆角压缩模块压缩光束摆动角 度幅度获得精细扫描角度分辨率，再经角度切换振镜和光束平场聚焦模块配合进行大面积 扫描聚焦，振镜实时控制模块实时控制高速扫描振镜和角度切换振镜，形成超精细、高速、 大面积、多振镜实时同步扫描精密微加工效果，非常符合实际激光加工的需求。
[0012] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。
[0013] 进一步的，所述高速扫描振镜包括至少两套空间交叉放置的高速扫描振镜单元， 每一套所述高速扫描振镜单元包括高速扫描振镜反射镜以及用于控制该高速扫描振镜反 射镜进行偏转的高速扫描振镜电机；
[0014] 所述高速扫描振镜单元由振镜打标卡输出电压信号控制高速扫描振镜单元镜片 的摆动角度，即高速扫描振镜单元反射镜摆动角度是由高速扫描振镜单元以外的板卡信号 控制。
[0015] 所述角度切换振镜包括至少两套空间交叉放置的切换振镜单元，每一套所述切换 振镜单元包括切换振镜反射镜以及用于控制该切换振镜反射镜进行偏转的切换振镜电机。
[0016] 进一步的，所述振镜实时控制模块包括中央处理器CPU单元和现场可编程逻辑门 阵列FPGA单元；
[0017] 所述CPU单元，用于根据FPGA单元反馈的受控对象的运动状态以及所处空间坐标 进行实时计算，并将实时计算后的控制数据发送给所述FPGA单元；
[0018] 所述FPGA单元，用于根据所述控制数据进行逻辑运算，控制受控对象的运动状态；
[0019] 其中，所述受控对象包括所述高速扫描振镜和角度切换振镜。
[0020] 所述进一步的有益效果为:采用振镜实时控制模块进行高速扫描振镜和角度切换 振镜的协调控制，使两者实时协调工作，两者之间不存在相互等待，实现高速高效的激光微 加工。
[0021 ]进一步的，所述空间交叉放置是指空间正交放置。
[0022]进一步的，所述高速扫描振镜每秒扫描字符数大于500。
[0023]所述进一步的有益效果为：尚速扫描振镜的扫描频率尚，可以提尚后续激光加工 效率。
[0024] 进一步的，所述光束摆角压缩模块为角度压缩率固定或者角度压缩率可调的光束 摆角压缩模块。
[0025] 所述进一步的有益效果为:光束摆角压缩模块的压缩率可以固定，也可以调节，实 现方式灵活。
[0026] 进一步的，当所述光束摆角压缩模块的角度压缩率固定时，所述光束摆角压缩模 块包括外壳以及安装于所述外壳内的多个串联的透镜；
[0027] 当所述光束摆角压缩模块的角度压缩率可调时，所述光束摆角压缩模块包括外 壳、安装于所述外壳内的多个串联的透镜以及调节所述多个透镜之间间距的驱动单元。
[0028] 进一步的，所述驱动单元为手动驱动单元或者电动驱动单元。
[0029]进一步的，所述光束摆角压缩模块的角度压缩率为5%~20%。
[0030] 所述进一步的有益效果为:将光束摆角幅度压缩到一个合适的幅度，既能实现激 光的快速加工，也能够实现超精细、高速以及大幅度扫描加工。
[0031] 进一步的，所述光束摆角压缩模块的光束入口距离所述高速扫描振镜小于300毫 米。
[0032] 所述进一步的有益效果为:缩短光束摆角压缩模块的光束入口与高速扫描振镜的 距离，有利于减少第一光束在光束摆角压缩模块的光束入口的位移，从而减少后续激光聚 焦像差，有利于后续激光聚焦质量。
[0033] 进一步，所述高速扫描振镜为共振振镜。共振振镜是一款小巧、高频的扫描振镜， 其标称频率可达3938或7910Hz，甚至更高。共振振镜的镜片摆动是由共振振镜本身共振驱 动的，镜片的共振使得照射其上的激光光束进行摆动。该共振振镜由两根旋转棒构成，可在 相反相位上形成共振。这种扭转运动能产生相同或相反的扭矩，并在其连接的外壳上抵消。 理论上来说，这种机械振动能消除所有外接的振动。为了使不稳定性降到最低，旋转棒顶端 镜片的扭转惯量必须与振镜转轴扭转惯量相同。因此共振振镜能在4KHz和8KHz频率下分别 达到20和15度的扫描角度。美国CTI公司生产的共振振镜，可以输出振镜摆角相位同步信 号，可以动态改变共振振镜镜片摆角大小，拥有速度反馈，使振幅更为稳定，使用寿命长，无 易损部件，低功耗，散发热量少，体积小巧，结构稳定，因此很适合一些领域的激光光束扫 描。
[0034] 进一步，所述光束平场聚焦模块为普通平场扫描聚焦镜或者远心平场扫描聚焦 镜，所述普通平场扫描聚焦镜或者远心平场扫描聚焦镜对光束进行聚焦后，激光光束焦点 在平场扫描聚焦镜焦平面上的移动距离与平场扫描聚焦镜焦距成正比，与平场扫描聚焦镜 入口光束和平场扫描聚焦镜光轴夹角成正比，一旦平场扫