1.一种基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,包括有:
一激光器(1),用于出射激光束;
一反射镜(2),设于激光器(1)的出光侧,所述反射镜(2)用于反射激光束;
一压电陶瓷二维偏摆台(3),用于带动反射镜(2)偏摆而控制激光束的指向;
一分光镜(4),设于反射镜(2)出光侧,所述分光镜(4)用于将反射镜(2)反射后的激光束分光,形成第一激光束和第二激光束;
一加工载台(5),用于承载待加工的工件,所述第一激光束射向工件表面;
一光斑位置检测装置(6),所述第二激光束射向光斑位置检测装置(6),藉由所述光斑位置检测装置(6)来检测第二激光束的光斑位置,并输出光斑位置电信号;
一控制器(7),所述激光器(1)、压电陶瓷二维偏摆台(3)和光斑位置检测装置(6)分别电性连接于控制器(7),所述控制器(7)用于接收上位机指令和光斑位置电信号,并根据上位机指令和光斑位置电信号控制激光器(1)出射激光束的功率,以及控制压电陶瓷二维偏摆台(3)的偏摆轨迹。
2.如权利要求1所述的基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,所述压电陶瓷二维偏摆台(3)包括有并行设置的第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31),所述反射镜(2)跨设于第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31)的端部,所述第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31)分别电性连接于控制器(7),所述控制器(7)用于向第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31)加载驱动电压,并通过调整驱动电压的方向和大小而控制第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31)的伸缩状态,以驱使反射镜(2)偏摆。
3.如权利要求2所述的基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,所述第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31)远离反射镜(2)的一端均连接于一支撑台(32),所述支撑台(32)与反射镜(2)通过拉簧(33)连接。
4.如权利要求1所述的基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,所述光斑位置检测装置(6)包括有依次电性连接的横向效应位移传感器(60)、信号调理单元(61)和信号处理单元(62),其中:
所述横向效应位移传感器(60)用于将其感应到的激光脉冲信号转化为电流信号并传输至信号调理单元(61);
所述信号调理单元(61)用于对该电流信号进行I/V转换和A/D转换处理后,形成光斑位置电信号并传输至控制器(7)。
5.如权利要求1所述的基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,所述压电陶瓷二维偏摆台(3)包括有应变传感器,所述应变传感器电性连接于控制器(7),所述应变传感器用于感应第一PZT压电陶瓷块(30)和第二PZT压电陶瓷块(31)的形变而产生形变电信号,并将所述形变电信号反馈回控制器(7),以供控制器(7)监测压电陶瓷二维偏摆台(3)的偏摆轨迹。
6.如权利要求5所述的基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,所述控制器(7)内置有PID算法,所述控制器(7)接收上位机指令、光斑位置检测装置(6)反馈的光斑位置电信号和应变传感器反馈的偏摆轨迹数据后,通过调用所述PID算法而生成用于驱动压电陶瓷二维偏摆台(3)偏摆的控制指令。
7.如权利要求1所述的基于闭环控制的超快激光加工系统,其特征在于,所述第一激光束的功率大于第二激光束的功率。
8.一种基于闭环控制的超快激光加工方法,其特征在于,该方法基于一系统实现,所述系统包括有一激光器(1)、一反射镜(2)、一压电陶瓷二维偏摆台(3)、一分光镜(4)、一加工载台(5)、一光斑位置检测装置(6)及一控制器(7),所述方法包括有如下步骤:
步骤S1,所述控制器(7)接收上位机指令;
步骤S2,所述控制器(7)根据上位机指令而控制激光器(1)按预设功率出射激光束,并控制压电陶瓷二维偏摆台(3)带动反射镜(2)按预设轨迹偏摆;
步骤S3,所述激光器(1)出射的激光束经反射镜(2)传输至分光镜(4),通过分光镜(4)分光后形成第一激光束和第二激光束,所述第一激光束射向工件表面,所述第二激光束射向光斑位置检测装置(6),所述光斑位置检测装置(6)检测第二激光束的光斑位置,并向控制器(7)反馈光斑位置电信号;
步骤S4,所述控制器(7)根据上位机指令和光斑位置电信号而调整压电陶瓷二维偏摆台(3)的偏摆轨迹。
9.如权利要求8所述的基于闭环控制的超快激光加工方法,其特征在于,所述压电陶瓷二维偏摆台(3)包括有应变传感器,所述应变传感器电性连接于控制器(7),所述应变传感器用于检测压电陶瓷二维偏摆台(3)的偏摆轨迹数据并反馈回控制器(7),以供控制器(7)监测压电陶瓷二维偏摆台(3)的偏摆轨迹。
10.如权利要求9所述的基于闭环控制的超快激光加工方法,其特征在于,所述控制器(7)内置有PID算法,所述控制器(7)接收上位机指令、光斑位置检测装置(6)反馈的光斑位置电信号和应变传感器反馈的偏摆轨迹数据后,通过调用所述PID算法而生成用于驱动压电陶瓷二维偏摆台(3)偏摆的控制指令。