CN102151984B - 一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于复杂曲面的激光加工方法，通过采用对复杂曲面划分曲面片并建立各曲面片坐标系的处理步骤，使得在后续的划分子块和加工图形平行投影处理步骤中，可按照各曲面片坐标系分别处理，从而有效解决了现有技术只能采用单一坐标系进行整体投影而对背靠激光入射方向的加工型面或者与光轴方向平行的陡直面无法加工的局限，并且提高了加工效率、拓展了加工适用范围。本发明还提供了一种激光加工装置，采用具备两轴激光振镜和Z轴移动机构的“2+1轴”的激光加工头结构，解决了现有系统必须依赖三轴机床的问题，使得加工单元独立、紧凑、易拆装，可以将常规的五轴联动铣床改变成激光刻蚀加工机床，而功能兼容，具有重要的实用价值。

Description

一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置

技术领域

本发明属于激光加工应用领域，特别涉及一种适用于在复杂曲面零部件表面上进行二次精密加工的激光加工方法及装置。

背景技术

在航空航天、汽车、能源、石油化工、动力、军事国防等行业中，带有复杂曲面的零部件用途十分广泛，如飞机机翼、船用螺旋桨、发动机叶片、汽车覆盖件模具、大型柴油机曲轴等，外形表面均为空间复杂曲面。

为了获得美观、耐磨、耐腐蚀或特殊的电磁学性能，经常需要在复杂曲面零部件表面进行二次精密加工，例如在复杂曲面硬质合金模具表面刻蚀各种纹理图案，在复杂曲面雷达绝缘基体表面精密涂覆导电、导磁图形膜层以获得电磁波频率选择功能等。一般而言，这种复杂曲面零部件表面的二次精密加工具有典型的“跨尺度(宏/微)加工”特征：复杂曲面零部件形状复杂，所需要加工的尺寸范围一般为数米甚至数十米；图形加工精度要求高，一般为1-10μm级别。因此，如何精确、高效地进行自由曲面零件表面二次精密加工已成为现代制造业面临的重大挑战。

激光加工是近年来精密制造和微纳制造发展最为迅速的先进制造技术之一。由于激光加工的高效率、高精度、非接触、高柔性化程度、强的材料适应性(可加工超硬、超脆、超薄等特殊材质)等特性，使其成为满足自由曲面零件表面跨尺度精密加工需求的理想工具。

目前，适用于复杂曲面零部件的激光加工方法主要有如下三种：

(1)基于五轴联动数控机床的聚焦激光束加工技术。如天津工业大学靳晓曙等人发表的题为“五坐标激光直接制造和再制造轨迹的生成”的文献(中国机械工程，2009年第23期)，将加工激光束替换传统刀具，安装在五轴联动数控机床上，利用五轴联动数控机床具有的任意空间轨迹数控编程功能，保持聚焦激光束焦点始终位于复杂曲面零部件表面，原理上可进行复杂曲面零部件表面加工(激光焊接、激光刻蚀、激光熔覆等)。这种加工方法的技术原理与常规五轴联动数控加工技术相同，只是将聚焦激光束看作特殊的“激光刀具”，激光焦点的运动轨迹即为加工路径包络线。为了加工复杂曲面上的空间曲线图形，一般需要编制复杂的多轴插补动作数控程序并进行干涉检查，设备制造成本和运行成本都较高。

(2)基于三轴数控机床的聚焦激光束仿形加工技术。如专利申请号为200710067504.5、发明名称为“一种仿形激光雕刻加工方法及其激光雕刻机”的中国专利，利用CCD位移传感器来探测激光头与被加工件之间的距离，生成被雕刻材料的三维地形图，确保激光焦点位于被加工零件表面，从而实现对复杂曲面零部件表面的雕刻加工。但由于该发明是基于三个直线机床主轴(XYZ)定位的逐点加工方式，本质上属于前述基于五轴联动数控机床的聚焦激光束加工技术的三轴机床简化版，激光束的移动依赖机床主轴的运动，因此加工效率不高。

(3)“3+2轴”激光振镜投影加工技术。激光振镜一般包括两块激光平面反射镜和一个扫描聚焦透镜，其工作原理是将从激光器谐振腔中导出的激光通过扩束，经过垂直安装、由伺服电机驱动的一对折返镜(分别称为X、Y轴激光平面反射镜)的反射，由扫描聚焦透镜(F-theta物镜或远心透镜)聚焦后输出作用于待加工对象上。X、Y轴激光平面反射镜的转动使工作平面上的激光聚焦光斑分别在X、Y轴上移动，两个镜面协同动作使激光聚焦光斑可以在工作平面上完成直线和各种曲线的移动，光束入射角与像面上的光斑位置满足线性关系，从而通过控制入射光束的扫描角来控制光斑在像面上的位置。这种基于光束偏转的激光振镜扫描加工方式无论从速度还是定位精度来说都远超过以上(1)(2)两种加工方法的直线轴定位扫描加工方式，因此在现代制造业追求高精度、高效率的技术趋势下得到了越来越多的应用，如专利号为200320116332.3、发明名称为“振镜头雕刻切割多用激光雕刻机”的中国专利，以及专利申请号为200910215372.5、发明名称为“CCD振镜式激光焊接装置及方法”的中国专利等很多文献报告了采用激光振镜系统进行多种材质的平板激光切割、刻蚀、焊接等应用，但基本上都局限于二维平面的加工方式。专利号为200810197661.2.0、发明名称为“一种振镜式激光三维扫描系统”的中国专利，将激光振镜固定在可沿Z轴方向上下移动的装置(简称为Z轴移动机构)上，来调节激光焦点在Z轴方向的位置，通过分层扫描的原理可实现立体加工，但不能适应三维复杂曲面的加工需求。对三维复杂曲面零部件加工而言，专利申请号为201010115968.0、发明名称为“一种自由曲面上的投影式激光刻蚀方法”的中国专利，它基于三轴数控机床+二轴偏转振镜的加工系统，采用对离散点云模型描述的复杂曲面零部件进行划分子块，将加工图形进行平行投影并按子块拆分，利用三轴数控机床定位各子块加工位置，各子块采用激光振镜扫描加工完成。这种方法利用了激光加工在聚焦镜焦深范围内光斑形状尺寸、能量分布等加工特性保持不变的特点，在分块加工时，主要依靠振镜中两块平面镜的高速旋转运动带动激光束的高速扫描，实现精密刻蚀加工。由于振镜的质量轻，电机带动其运动时转动惯量小，可以获得很大的加速度，因此可以控制激光束完成高速扫描运动。所以，与方案(2)相比，“3+2轴”激光振镜投影加工技术可以大幅度提高激光刻蚀效率和精度。

但是，这种“3+2轴”激光振镜投影加工技术也存在如下问题：

(1)由于在划分子块时，必须保证在子块内部的点云数据Z坐标值最大差值小于激光加工机床的聚焦光路确定的激光焦深，否则无法保证激光刻蚀加工的质量，因此对于曲率较大的复杂曲面区域，分块必须极小，分块数量急剧增大，导致三轴机床子块定位运动非常频繁，加工效率极低，对曲率过大的区域还可能出现分块尺寸小于光斑尺寸的极限情况，这种情况下无法保证加工精度。特别是由于这种“3+2轴”激光振镜投影加工技术只有一个固定的光线投影方向，对于背靠激光入射方向需要加工的型面，或者对于与光轴方向平行的陡直面，激光束无法到达而无法完成加工。因此，该方法只能够适合曲率半径大、形状简单的表面图形精密加工。

(2)该技术的技术实现方案必须依靠复杂曲面零部件的离散点云数据模型进行工艺处理，不兼容目前复杂曲面的成熟建模方法，如NURBS、Bezier曲面模型。

(3)其“3+2轴”加工系统的整体固定设计导致不易拆卸安装，适用性不高。

发明内容

本发明提供了一种适用于复杂曲面的激光加工方法，解决了现有“3+2轴”激光振镜投影加工技术采用单一坐标系进行整体投影以及仅基于离散点云数据模型的局限，并且提高了加工效率、拓展了适用范围。

本发明还提供了一种激光加工装置，解决了现有“3+2轴”投影加工系统Z轴激光焦点调节功能必须依赖三轴机床的配合，加工头不易拆卸安装，适用性不高的问题，该加工装置所采用的加工头可与多种商业数控机床组合加工，具有加工单元模块化、易拆装，工艺简单可靠、柔性高，对各种曲率复杂曲面零部件适用性强的优点。

本发明提供的一种适用于复杂曲面的激光加工方法，包括以下步骤：

(1)将待加工复杂曲面工件的三维曲面模型划分为曲面片，对每个曲面片建立曲面片坐标系，在该曲面片坐标系下曲面片外表面任意位置的法线正方向与Z轴正方向的夹角小于90度，且曲面片内包含的待加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X-Y基准平面，得到的投影图形所占区域在待使用的激光振镜的扫描范围内；

所述曲面片坐标系指以曲面片的最小长方体包围盒中与曲面片外表面相对的底面为X-Y基准平面，以该底面几何中心处的法线正方向为Z轴正方向的坐标系；

(2)将各曲面片划分为子块，使在各曲面片坐标系下各子块内部的Z坐标最大差值小于待使用的激光振镜输出的激光束焦深；

子块划分完成后，对每个子块计算其内部的最大Z坐标和最小Z坐标的平均值，将该平均值与待使用的激光振镜的工作焦距相加所得的数值作为该子块对应的激光加工焦距；

(3)将各曲面片内的待加工图形依据步骤(3)划分的子块区域进行拆分，得到子块加工图形；

(4)将各曲面片内的所有子块加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X-Y基准平面，获得各曲面片内的子块投影加工图形，作为激光振镜的扫描轨迹；

(5)将待使用的激光器所发射出的激光束经过导光系统，通过激光振镜中X、Y轴激光平面反射镜的反射和扫描聚焦透镜的会聚，在待加工工件表面按照步骤(4)中的扫描轨迹对各曲面片进行扫描加工。

进一步的，上述方法中步骤(5)包括以下子步骤：

(5.1)使激光振镜中的扫描聚焦透镜镜面中心处的法线方向与任意一个未加工曲面片的Z轴方向重合；

(5.2)沿Z轴方向调节激光振镜的位置，使扫描聚焦透镜的Z坐标等于该曲面片内任意一个未加工子块的激光加工焦距；利用激光振镜的扫描动作，对该曲面片内所有相同激光加工焦距的子块，按照子块投影加工图形确定的激光振镜扫描轨迹进行扫描加工；

(5.3)按照步骤(5.2)的操作，遍历各子块进行加工，直至该曲面片的所有子块投影加工图形全部扫描加工完毕；

(5.4)重复以上步骤(5.1)至(5.3)，直至所有曲面片加工完毕。

进一步的，上述步骤(1)中的曲面片坐标系是依右手原则建立的。

本发明还提供了一种激光加工装置，包括激光器、导光系统、激光加工头和五轴联动数控机床，激光器发出激光束，激光束经过导光系统，进入安装在五轴联动数控机床上的激光加工头，其中激光加工头包括激光振镜、Z轴移动机构和用于将激光加工头安装至五轴联动数控机床的装夹机构，激光振镜和装夹机构均固定安装在Z轴移动机构上，激光振镜可被Z轴移动机构带动沿Z轴方向上下移动，以调节激光振镜中扫描聚焦透镜与加工表面的距离。

本发明相比现有技术的突出优点是：

(1)与基于五轴联动数控机床的聚焦式激光刻蚀技术相比，前者在激光刻蚀过程中激光束的运动全部依赖五轴联动数控机床来完成，在复杂曲面零部件的表面微结构图形加工时，起床频繁启动的加速度低、加工效率低、耗能大。而采用本发明的技术方案，五轴联动机床只需要负责所划分子块中心位置的定位，而复杂曲面图形加工主要依靠激光振镜的高速扫描动作完成，后者的质量小，转动惯量小，加速度大，因此加工效率大幅度提高，这一特点是基于五轴联动数控机床的聚焦式激光刻蚀加工技术所无法具备的。

(2)与“3+2轴”激光振镜投影加工技术相比，本发明通过采用了对复杂曲面划分曲面片并建立各曲面片坐标系的处理步骤，使得在后续的子块划分和加工图形投影处理步骤中，可以按照各曲面片坐标系分别处理，从而有效解决了现有“3+2轴”激光振镜投影加工技术由于只有一个固定的光线投影方向，只能采用单一坐标系进行整体投影的局限。具体的讲，由于本发明所述方法将现有的单一坐标系下大曲率、陡峭曲面转换为各曲面片坐标系下的小曲率、平坦曲面，使得子块区域变大，子块数量减少，进而减少了加工焦距调节动作，提高了加工效率。同时，对原本无法加工的背靠激光入射方向的加工型面或者与光轴方向平行的陡直面，由于采用了对复杂曲面划分曲面片并建立各曲面片坐标系的处理步骤，变得可以加工。

(3)与“3+2轴”激光振镜投影加工技术相比，本发明所述方法拓展了对复杂曲面零部件模型的描述方法，对NURBS曲面、Bezier曲面和离散点云数据模型均可适应，解决了现有“3+2轴”激光振镜投影加工技术仪基于离散点云数据模型处理的局限。

(4)现有“3+2轴”投影加工系统采用的是激光振镜与三轴数控机床整体固定的结构，其Z轴激光焦点调节功能必须依赖三轴机床的配合，因此，加工头不易拆卸安装，适用性不高。本发明设计了种激光加工装置，采用具备两轴激光振镜和Z轴移动机构的“2+1轴”的激光加工头结构，加工头独立、紧凑，其标准数控机床拉刀接口设计使其与商业数控机床的组合加工非常简易，大大提高了工艺柔性，可以将常规的五轴联动铣床改变成激光刻蚀加工机床，而功能兼容，因此具有重要的实用价值。

附图说明

图1是本发明所述的激光加工装置中激光加工头的结构示意图；

图中各标号含义，1为激光振镜，2为Z轴移动机构，3为装夹结构，4为加工工件，5为激光光束。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的典型实施方式作详细说明。

本发明作为一种采用聚焦激光束在复杂曲面零部件表面进行精确扫描加工的方法，适用于各种激光波长、功率、扫描速度等工艺参数。

实施本发明所述方法时，首先分析加工需求，选择可实现加工需求的两轴扫描激光振镜，它由电机带动两个X、Y激光平面反射镜协同偏转完成扫描运动，并通过扫描聚焦透镜聚焦，实现材料加工过程。一般，激光振镜中激光平面反射镜尺寸、电机、扫描聚焦透镜的通光口径和焦距确定后，振镜扫描范围、工作焦距以及激光束焦斑直径和焦深等参数也就相应地确定了。之后，按照本发明技术方案中描述的加工步骤对复杂曲面零部件表面进行精确扫描加工。

现有技术中，通过选择合适的激光光源、导光系统(扩束准直镜、传导光纤或镜片硬光路、激光振镜等)，采用不同的加工工艺参数，可以实现复杂曲面零部件表面的各种精密加工需求，如激光切割、激光刻蚀、激光淬火、激光焊接等。例如，对柔性电路板材质的激光切割应用，可以选用波长532nm、输出功率2W-8W的绿激光，对应选用扫描范围为80mm*80mm的X、Y轴激光平面反射镜，以及焦距为75mm的远心聚焦透镜组合作为激光振镜，激光束聚焦焦深为50μm；对材质是铜的复杂曲面模具表面纹理进行激光刻蚀加工，可以选用波长355nm、输出功率2W-l0W的紫外激光，对应选用扫描范围为40mm*40mm、焦距为60mm的远心透镜作为激光振镜，激光束焦深为40μm。

本发明还涉及一种激光加工装置，该装置包括激光器、导光系统、激光加工头和五轴联动数控机床。激光器发出的激光束经过导光系统后，进入安装在五轴联动数控机床上的激光加工头。如图1所示，本发明所述的激光加工头的结构包括：激光振镜1、Z轴移动机构2和装夹机构3。其中，激光振镜1的硬件参数(如扫描范围、工作焦距等)由具体的加工需求确定。激光振镜1固定安装在Z轴移动机构2上，Z轴移动机构2可沿Z轴方向上下移动以用于调节激光振镜Z轴位置。装夹机构3与Z轴移动机构2固定连接，装夹机构3的功能是将该激光加工头安装至五轴联动数控机床的标准拉刀刀座上，其结构按照国际标准拉刀头设计，可以是圆拉刀、键槽拉刀、矩形或六方孔型拉刀等，由将要安装的五轴联动数控机床配置的拉刀刀座确定具体型号。

利用该激光加工装置，采用本发明前述的适用于复杂曲面的激光加工方法，在黄铜材质的复杂曲面零部件表面刻蚀加工纹理图形，具体过程描述如下：

(a)分析加工需求，根据待加工复杂曲面工件的材质为黄铜，加工要求是深度较浅的纹理刻蚀，选用波长355nm、输出功率2W-10W的脉冲激光器，对应选用扫描范围为40mm*40mm、焦距为60mm的激光振镜，激光束聚焦焦深为40um；

(b)将选择的激光振镜1固定安装在激光加工头中Z轴移动机构2上。利用装夹机构3将该激光加工头安装至五轴联动数控机床的标准拉刀刀座上，将待加工复杂曲面工件在数控机床工作台上夹持定位；

(c)将待加工复杂曲面工件的三维曲面模型划分为曲面片，依右手原则建立曲面片坐标系，要求在曲面片坐标系下曲面片外表面任意位置的法线正方向与Z轴正方向的夹角小于90度，且曲面片内包含的待加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X-Y基准平面，得到的投影图形所占区域在待使用的激光振镜1的扫描范围内；

其中三维曲面模型可以是NURBS曲面拟合、Bezier曲面拟合和离散点云数据模型中的任意一种，对于采用NURBS曲面拟合或Bezier曲面拟合描述的复杂曲面，曲面分片方法可以采用现有的曲率法、模糊C中值法、曲率和模糊C中值综合法以及伪直母线自适应算法等方法之一。对于采用离散点云数据模型描述的复杂曲面，曲面分片方法可以先采用逆向工程技术将离散点云数据模型拟合为NURBS曲面或Bezier曲面，再采用NURBS曲面或Bezier曲面的分片方法。

(d)将各曲面片划分为子块，要求在各曲面片坐标系下子块内部的Z坐标最大差值小于待使用的激光振镜所输出的激光束焦深；子块划分完成后，对每个子块计算其内部的最大Z坐标和最小Z坐标的平均值，将该平均值与待使用的激光振镜1的工作焦距相加所得的数值作为该子块对应的激光加工焦距；

子块划分方法与步骤(c)中的曲面分片方法相同。

(e)将各曲面片内的待加工图形依据步骤(d)划分的子块区域进行拆分，得到子块加工图形；

即按需要将横跨N(N＞1，N为正整数)个子块的图形按子块轮廓线拆分为N个部分，每一个部分属于一个子块。

(f)将各曲面片内的所有子块加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X-Y基准平面，获得各曲面片内的子块投影加工图形，作为激光振镜1的扫描轨迹；

(g)将待使用的激光器所发射出的激光束经导光系统后，通过激光加工头中激光振镜，输出的激光束聚焦在待加工工件表面，按照步骤(f)中的扫描轨迹对各曲面片进行扫描加工，具体加工流程为：

第一步，控制五轴联动数控机床进行激光加工头定位，使得激光振镜1中的扫描聚焦透镜镜面中心处的法线方向与任意一个曲面片坐标系的Z轴方向重合。

第二步，控制激光加工头中的Z轴移动机构2带动激光振镜1在Z轴方向移动，使激光振镜1的Z轴坐标等于该曲面片内任意一个未加工子块的激光加工焦距，换句话说，即让激光振镜1输出的激光束聚焦在曲面片内任意一个未加工子块的表面。

通过激光振镜1的扫描动作，对曲面片内所有具有相同激光加工焦距的子块，按照子块投影加工图形确定的激光振镜1扫描轨迹进行扫描加工，其原理为：激光光束5进入激光振镜1后，经过两个X、Y轴激光平面反射镜的反射，进入扫描聚焦透镜并聚焦在加工工件4的待加工子块区域。X、Y轴激光平面反射镜的协同偏转动作，使激光聚焦光斑可以在待加工子块区域完成直线和各种曲线的移动。由于平行投影是从向量空间到自身的线性变换，其具有的从属性、同素性、定比性、仿形性、积聚性性质，使得当XY两轴激光振镜1按照子块投影加工图形确定的扫描轨迹进行扫描时，激光聚焦光斑在曲面片内的对应子块区域的运动轨迹即为待加工图形。对于本实施例黄铜材质复杂曲面工件的表面纹理激光刻蚀应用，具体的扫描加工参数为：激光功率6W、脉冲频率30KHz、扫描速度1000mm/s。

第三步，按照第二步的操作，遍历该曲面片内的各子块进行加工，直至该曲面片的所有子块投影加工图形全部扫描加工完毕，该曲面片的加工任务即完成。

第四步，重复上述第一步至第三步，直至所有曲面片加工完毕。

以上所述Z轴、Z坐标和X-Y基准平面均为在曲面片坐标系下的Z轴、Z坐标和X-Y基准平面。

需要指出的是，以上仅是本发明的典型实施例。本发明的实施方式不局限于上述具体实施方式的内容，本发明所述的激光加工装置中的激光加工头并不局限于与商业五轴联动数控机床进行组合，也可以是自行设计的任何多轴工件变位机，只需对应采用具体变位机本身提供的曲面片定位运动，其余加工步骤和方法不会有本质改变。本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明。因此，凡是采用本发明的技术方案和思路，或者是做一些简单的变化和修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种适用于复杂曲面的激光加工方法，采用具备两轴激光振镜和Z轴移动机构的“2+1轴”的激光加工头结构实现，该方法包括以下步骤：

(1)将待加工复杂曲面工件的三维曲面模型划分为曲面片，对每个曲面片建立曲面片坐标系，在该曲面片坐标系下曲面片外表面任意位置的法线正方向与Z轴正方向的夹角小于90度，且曲面片内包含的待加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X-Y基准平面，得到的投影图形所占区域在待使用的激光振镜的扫描范围内；

所述曲面片坐标系指以曲面片的最小长方体包围盒中与曲面片外表面相对的底面为X-Y基准平面，以该底面几何中心处的法线正方向为Z轴正方向的坐标系；

(2)将各曲面片划分为子块，使在各曲面片坐标系下各子块内部的Z坐标最大差值小于待使用的激光振镜输出的激光束焦深；

子块划分完成后，对每个子块计算其内部的最大Z坐标和最小Z坐标的平均值，将该平均值与待使用的激光振镜的工作焦距相加所得的数值作为该子块对应的激光加工焦距；

(3)将各曲面片内的待加工图形依据步骤(2)划分的子块进行拆分，得到子块加工图形；

(4)将各曲面片内的所有子块加工图形沿曲面片坐标系的Z轴方向平行投影至X-Y基准平面，获得各曲面片内的子块投影加工图形，作为激光振镜的扫描轨迹；

(5)将待使用的激光器所发射出的激光束经过导光系统，通过激光振镜中X、Y轴激光平面反射镜的反射和扫描聚焦透镜的会聚，在待加工工件表面按照步骤(4)中的扫描轨迹对各曲面片进行扫描加工；

步骤(5)包括以下子步骤：

(5.1)使激光振镜中的扫描聚焦透镜镜面中心处的法线方向与任意一个未加工曲面片的Z轴方向重合；

(5.2)沿Z轴方向调节激光振镜的位置，使扫描聚焦透镜的Z坐标等于该曲面片内任意一个未加工子块的激光加工焦距；利用激光振镜的扫描动作，对该曲面片内所有相同激光加工焦距的子块，按照子块投影加工图形确定的激光振镜扫描轨迹进行扫描加工；

(5.3)按照步骤(5.2)的操作，遍历各子块进行加工，直至该曲面片的所有子块投影加工图形全部扫描加工完毕；

(5.4)重复以上步骤(5.1)至(5.3)，直至所有曲面片加工完毕。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，步骤(1)中的曲面片坐标系是依右手原则建立的。

3.一种实现权利要求1所述激光加工方法的装置，包括激光器、导光系统、激光加工头和五轴联动数控机床，激光器发出激光束，激光束经过导光系统，进入安装在五轴联动数控机床上的激光加工头，其中激光加工头包括两轴激光振镜、Z轴移动机构和用于将激光加工头安装至五轴联动数控机床的装夹机构，激光振镜和装夹机构均固定安装在Z轴移动机构上，激光振镜可被Z轴移动机构带动沿Z轴方向上下移动，以调节激光振镜中扫描聚焦透镜与加工表面的距离。