CN105458492B - 一种基于摆角压缩的精密激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摆角压缩的精密激光加工装置，所述的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。本发明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最精细扫描角度，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。

Description

一种基于摆角压缩的精密激光加工装置

技术领域

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

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

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。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，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；

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；

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；

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；

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；

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。

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。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

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；

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。

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。

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；

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；

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；

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。

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。

进一步的，所述空间交叉放置是指空间正交放置。

进一步的，所述高速扫描振镜每秒扫描字符数大于500。

所述进一步的有益效果为：高速扫描振镜的扫描频率高，可以提高后续激光加工效率。

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。

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。

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；

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。

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。

进一步的，所述光束摆角压缩模块的角度压缩率为5％～20％。

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。

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。

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。

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。

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，一旦平场扫描聚焦镜选定，平场扫描聚焦镜焦距就确定，那么激光光束焦点在平场扫描聚焦镜焦平面上的移动距离理论上只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。由于所述光束摆角压缩模块对所述高速扫描振镜高频率扫描的激光光束扫描角度进行了压缩，因而获得精细分辨率的光束摆角角度，经过所述光束平场聚焦模块后，获得精细的激光焦点位移分辨率。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种基于摆角压缩的精密激光加工装置示意图；

图2为实施例1中光束摆角压缩模块工作原理图；

图3为实施例1中振镜实时控制模块与高速扫描振镜以及角度切换振镜之间的连接示意图；

图4为实施例1中振镜实时控制模块采用同一时钟基准信号控制高速扫描振镜和角度切换振镜的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、入射光束，2、高速扫描振镜，201、高速扫描振镜第二电机主轴，202、高速扫描振镜第二反射镜，203、高速扫描振镜第一反射光束，204、高速扫描振镜第一电机，205、高速扫描振镜第一电机主轴，206、高速扫描振镜第一反射镜，3、第一光束，31、第一出射光线，4、光束摆角压缩模块，401、外壳，402、凹透镜，403、凸透镜，5、第二光束，6、角度切换振镜，601、角度切换振镜第二电机主轴，602、角度切换振镜第二反射镜，603、角度切换振镜第一反射光束，604、角度切换振镜第一电机，605、角度切换振镜第一电机主轴，606、角度切换振镜第一反射镜，7、第三光束，8、光束平场聚焦模块，9、第四光束，10、待加工工件，11、振镜实时控制模块，12、共有中心线，13、左焦平面重合面，14、403凸透镜右焦平面，31、第一出射光线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种基于摆角压缩的精密激光加工装置。下面结合图1-图4对本实施例提供的装置进行说明。

参见图1，本实施例提供的激光加工装置包括高速扫描振镜2、光束摆角压缩模块4、角度切换振镜6、光束平场聚焦模块8以及振镜实时控制模块。其中，所述高速扫描振镜2，用于对发射到其上的入射光束1进行角度调制，且将角度调制后的第一光束3输出至位于所述高速扫描振镜2出射该第一光束一侧的光束摆角压缩模块4，其中，所述角度范围为0.2～40毫弧度；所述光束摆角压缩模块4，用于对第一光束3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5，且将该第二光束5传输至位于该光束摆角压缩模块4出射该第二光束5一侧的角度切换振镜6；所述角度切换振镜6，用于对所述第二光束5进行角度切换控制，并将角度切换后的第三光束7入射至光束平场聚焦模块8；所述光束平场聚焦模块8，用于对所述第三光束7进行聚焦，以形成聚焦状态的第四光束9，并将该第四光束9入射至待加工材料10表面进行激光加工。所述振镜实时控制模块11，分别与高速扫描振镜2以及角度切换振镜6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2对入射光束1的角度调制以及角度切换振镜6对第二光束5的角度切换，使得所述高速扫描振镜2和角度切换振镜6实时协调动作。

所述高速扫描振镜2包括至少两套空间交叉放置的高速扫描振镜单元，其中，空间交叉放置是指空间正交放置，每一套高速扫描振镜单元包括高速扫描振镜第一反射镜206、高速扫描振镜第一电机204、高速扫描振镜第一电机主轴205、高速扫描振镜第二反射镜202和高速扫描振镜第二电机主轴201。所述高速扫描振镜第一反射镜206安装在高速扫描振镜第一电机204的电机主轴205上，所述高速扫描振镜第二反射镜202安装在高速扫描振镜第二电机的电机主轴201上。高速扫描振镜每秒扫描字符数大于500，高速扫描振镜的扫描频率高，可以提高后续激光微加工效率。

所述光束摆角压缩模块4为角度压缩率固定的光束摆角压缩模块或者角度压缩率可调的光束摆角压缩模块。当所述光束摆角压缩模块4的角度压缩率固定时，所述光束摆角压缩模4包括外壳401以及安装于所述外壳401内的多个串联的透镜，所述多个透镜至少包括依次串联的一个凹透镜402和一个凸透镜403；当所述光束摆角压缩模块4的角度压缩率可调时，所述光束摆角压缩模块4包括外壳401、安装于所述外壳401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(图中未示出)，所述多个透镜至少包括依次串联的一个凹透镜402和一个凸透镜403。其中，所述驱动单元可以为手动驱动单元或者电动驱动单元，用以调节各个透镜之间的间距，从而形成光束摆角压缩模块4的不同压缩率。在本实施例中，光束摆角压缩率为5％～20％,光束摆角压缩模块4的光束入口距离高速扫描振镜2小于300毫米,缩短光束摆角压缩模块4的光束入口与高速扫描振镜2的距离，有利于减少第一光束在光束摆角压缩模块2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。

参见图2，为光束摆角压缩模块4的工作原理图，平行入射光线3(第一光束)，图中用三条平行光线代表，与凹透镜402和凸透镜403的共有中心线12夹角为A1，其中平行入射光线3的光轴光线通过凹透镜402的透镜中心后直线传播后出射第一出射光线31，第一出射光线31与凸透镜403透镜中心平面相交于第一交点M，第一交点M与共有中心线12的距离高度为h1，第一出射光线31透过凸透镜403后出射第二出射光线5(第二光束)，第二出射光线5与凸透镜403的右焦平面14相交于第二交点N，第二交点N与共有中心线12的距离高度为h2，根据光路可逆性，该第二交点与共有中心线12的夹角也为A1，通过第二交点N做平行于共有中心线12的辅助线，第二出射光线5与共有中心线12的夹角为A2。

根据图2有：

由公式(1)得出：h1＝tg(A1)*(f2-f1)； (2)

其中，f1为凹透镜402的焦距，f2为凸透镜403的焦距。

根据图2有：

由公式(3)得出：h2＝tg(A1)*f2； (4)

根据图2有：

由公式(3)、(4)和(5)可得到：

由公式(6)得出关系式：

由于A1和A2都是小角度，一般小于5度，因此，可以进一步近似：该比值可以称呼为光束摆角压缩率，对于光束摆角压缩模块，凹透镜402的焦距f1小于凸透镜403的焦距f2，且f1一般只有f2的二分之一到二十分之一，因此，A2角度也远小于A1角度，这样就完成了激光光束摆角压缩的工作，且同步完成了激光光束的扩束。

角度切换振镜6包括角度切换振镜第一反射镜606、角度切换振镜第一电机604、角度切换振镜第一电机主轴605、角度切换振镜第二反射镜602和角度切换振镜第二电机主轴601。所述角度切换振镜第一反射镜606安装在角度切换振镜第一电机604的电机主轴605上，角度切换振镜第一反射镜606表面镀有355纳米的反射介质膜。所述所述角度切换振镜第二反射镜602安装在角度切换振镜第二电机的电机主轴601上，角度切换振镜第二反射镜602表面上镀有355纳米的反射介质膜。所述光束平场聚焦模块8为平场扫描聚焦镜或者远心扫描聚焦镜，工作波长355纳米。

其中，所述振镜实时控制模块11包括中央处理器CPU单元和现场可编程逻辑门阵列FPGA单元，所述CPU单元用于根据FPGA单元反馈的当前时刻下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；所述FPGA单元，用于根据所述控制数据进行逻辑运算，控制受控对象下一时刻的运动状态与空间坐标；其中，所述受控对象包括所述高速扫描振镜2和角度切换振镜6，还可以包括线性移动平台，其中，所述线性移动平台用来承载待加工工件10，可与高速扫描振镜2以及角度切换振镜6联动。

本实施例中，所述高速扫描振镜2的输入口径是7毫米，表示可以通过直径为7毫米的光束且不切光，由于输入光束1直径为1mm，因此实际只需要2毫米输入口径足够。所述高速扫描振镜2的CPS(每秒扫描字符数)值为1300,即采用160毫米焦距的光束平场聚焦模块时，高速扫描振镜2每秒可以扫描1毫米直线段1300条。

所述光束摆角压缩模块4的凹透镜402参数为：平凹透镜，康宁石英材料，设计波长355纳米，直径12.7毫米，中心厚度1毫米，焦距-15毫米；凸透镜403参数为：平凸透镜，设计波长355纳米，直径25.4毫米，中心厚度2.7mm，焦距150mm。凹透镜202与凸透镜203光轴同轴且共焦点。本实施例所述光束摆角压缩模块4的摆角压缩率为10％(所述光束摆角压缩模块4输出光束与光轴的夹角与所述光束摆角压缩模块4输入光束与光轴的夹角之比)。

所述角度切换振镜6输入口径选择15毫米，所述角度切换振镜6的CPS(每秒扫描字符数)值为500,即测试平场镜焦距160mm时，每秒可以扫描1毫米直线段500条，该角度切换振镜6侧重于角度的空间点阵切换。

所述远心扫描聚焦镜的焦距可选范围15至420毫米，对应平场聚焦范围为5毫米×5毫米至310毫米×310毫米。在本实施例中，所述光束平场聚焦模块8采用远心扫描聚焦镜，其焦距为100毫米，平场聚焦范围为50毫米×50毫米。

本实施例中的待加工工件10为100微米厚度的铜箔。整个铜箔激光钻通孔的光路流程如下：入射光束1经高速扫描振镜第一反射镜206得到第一反射光束203，第一反射光束203经高速扫描振镜第二反射镜202得到第一光束3，入射至所述光束摆角压缩模块4，透过凹透镜402和凸透镜403，形成摆角压缩后的第二光束5，第二光束5入射所述角度切换振镜6，经所述角度切换振镜第一反射镜606得到第一反射光束603，第一反射光束603经所述角度切换振镜第二反射镜602得到第三光束7，第三光束7经远心扫描聚焦镜进行聚焦，得到聚焦状态的第四光束9，第四光束9直接作用于待加工工件10。

所述入射光束1为直径优选为1毫米的入射光束,相关参数如下：激光波长355纳米，光束质量因子小于1.2，光斑圆度大于百分之九十，平均功率10瓦，单模高斯激光(横向场强为高斯分布)，脉冲重复频率从10千赫兹至100兆赫兹，优选为150千赫兹。

可参见图3，为振镜实时控制模块的工作示意图，计算机上安装有激光加工应用软件，由于计算机Windows操作系统不是实时系统，主板也不实时的，因此需要中央处理器CPU板卡单元，该CPU板卡单元负责所述高速扫描振镜、角度切换振镜甚至线性移动平台坐标与运动数据的高速实时计算，其计算数据来自于被控对象的各种反馈数据，所述中央处理器CPU板卡单元把实时计算结果送给FPGA板卡单元，所述FPGA板卡单元进行实时逻辑运算并实时控制所述高速扫描振镜和所述角度切换振镜，甚至实时同步控制线性移动平台，其中，为能够进行大幅度加工，可以将待加工工件放置于线性移动平台上。因此，所述振镜实时控制模块包含中央处理器CPU板卡单元以及FPGA板卡单元,被控对象包括高速扫描振镜和角度切换振镜，甚至包括线性移动平台，振镜实时控制模块基于中央处理单元CPU板卡单元时钟同步控制被控对象，实时获取被控对象的运动状态与位置坐标信息，并实时给出被控对象下一步的运动指令，使得所有受控对象协调动作，做到动作连贯，无需相互等待。

其中，本实施例中的振镜实时控制模块，采用同一时钟基准信号来协调控制高速扫描振镜2对入射光束1的角度调制以及角度切换振镜6对第二光束5的角度切换，使得高速扫描振镜2和角度切换振镜6实时协调动作而无需相互等待，共同听从于同一时钟信号指挥。请参见图4，其中，T2～T3为时钟基准信号的半个周期，T1～T2为高速扫描振镜2的运动时间，T3～T4为角度切换振镜6的运动时间，其中的间隔T2～T3是可调的，T2～T3之间的时间间隔可以为正值，也可以为负值，当为负值时，高速扫描振镜2的运动时间与角度切换振镜6的运动时间可以重叠。

整个流程的工作过程为：高速扫描振镜2输出第一光束3，第一光束3摆角为5毫弧度时，第二光束5摆角为0.5毫弧度，第二光束5的摆角为第一光束3的摆角的十分之一，即光束摆角压缩模块4的压缩率为10％。假如光束摆角压缩模块4移开，输入光束1光斑直径为10毫米，且高速扫描振镜2直接与光束平场聚焦模块8配合，则聚焦状态的第四光束9的焦点位移为500微米，但按照本实施例方案，输入光束1的直径为10毫米，高速扫描振镜2使得第一光束摆角还是5毫弧度，经过光束摆角压缩模块4后，第二光束摆角缩小为0.5毫弧度，第四光束9的焦点位移为50微米。这样，光束摆角压缩模块4通过光束摆角压缩的功能，使得高速扫描振镜2的宏观扫描加工变为微观扫描加工，而高速扫描振镜2的宏观扫描时每秒单位扫描字符数能力远远高于直接扫描精细字符能力，这样实现了比目前不在高速扫描振镜2后面串联使用光束摆角压缩模块4的传统方案高出若干倍的激光微加工扫描能力。

高速扫描振镜2与光束摆角压缩模块4的配合实现了局部高速扫描微加工，要实现大幅面的加工，还必须有角度切换振镜6的参与才行，角度切换振镜6负责空间光束切换，把激光束切换到设定的坐标后保持不动，高速扫描振镜2与光束摆角压缩模块4的配合实现局部高速扫描微加工，加工完毕后，角度切换振镜6负责将激光光束切换下一个待加工的坐标位置，等待高速扫描振镜2与光束摆角压缩模块4的配合实现局另一个单元的加工。

高速扫描振镜2与角度切换振镜6相互等待必定耗费时间，实际也很难提高效率，因此必须有一个统一指挥系统负责协调和控制高速扫描振镜2与角度切换振镜6的实时控制，因此振镜实时控制模块是本系统绝对不可以缺少的组成部分。由于有统一指挥，因此最终高速扫描振镜2与角度切换振镜6可以同时对激光光束进行角度调制，实现更为复杂的激光微加工路径。

本实施例中，高速扫描振镜2以1300赫兹频率对入射光束1进行2毫弧度空间立体锥角旋转调制，角度切换振镜6以1000赫兹频率实时同步进行点阵切换，第四光束9的焦点在一秒内可以形成1000个直径为40微米的通孔(第四光束9在铜箔上的聚焦光斑直径20微米，激光焦点中心旋转直径20微米，因此形成40微米的通孔)。为了扩大激光加工幅面，还可以将待加工工件10置于线性移动平台上，这样可以实现大范围的激光加工，实践中激光加工扫描范围面积一般超过200毫米×200毫米的通常称为大面积。

本实施例中光束摆角压缩模块4，可以由若干光束摆角压缩单元构成。

以上只是本发明的一个实施例，实际上其原理应用不限于上面所述情形，例如柔性电路板激光盲孔钻孔等。

本发明提供的一种基于摆角压缩的精密激光加工装置，利用高速扫描振镜对入射光束进行角度调制，调制的角度处于0.2毫弧度到40毫弧度之间，这样能够让高速扫描振镜工作于振镜高频扫描区间(通常光束偏转为0.2毫弧度到40毫弧度之间时，振镜具备最高的往返扫描频率)；采用光束摆角压缩模块对第一光束进行激光扩束和光轴摆角压缩，将光束的摆角幅度进行压缩后形成摆角幅度压缩的光束，这样，宏观的高速扫描振镜高频往返扫描经过所述光束摆角压缩模块后获得精细角度分辨率的微观扫描，既能够提高扫描频率，又获得精细角度扫描分辨率，非常适合于激光精密微加工；采用所述角度切换振镜对光束进行大角度切换，能够对待加工工件的不同位置进行激光加工，扩大了微加工扫描的范围；采用光束平场聚焦模块对光束进行平场聚焦实现大幅面加工；采用振镜实时控制模块对高速扫描振镜和角度切换振镜进行实时控制实现高速扫描振镜和角度切换振镜实时协调连贯动作，从而实现了高频高速大幅面激光微加工，是激光宏观加工和激光微加工完美结合。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，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；

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；

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具有精细分辨率的第二光束，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；

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；

所述光束平场聚焦模块，用于对所述第三光束进行聚焦，以形成聚焦状态的具有精细的激光焦点位移分辨率的第四光束，并将该第四光束入射至待加工工件表面进行激光加工，其中，所述光束平场聚焦模块为普通平场扫描聚焦镜或远心扫描聚焦镜；

所述振镜实时控制模块，分别与所述高速扫描振镜以及所述角度切换振镜连接，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。

2.如权利要求1所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，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所述高速扫描振镜反射镜进行偏转的高速扫描振镜电机；

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所述切换振镜反射镜进行偏转的切换振镜电机。

3.如权利要求1所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，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；

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；

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；

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。

4.如权利要求2所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，所述空间交叉放置是指空间正交放置。

5.如权利要求1所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，所述高速扫描振镜每秒扫描字符数大于500。

6.如权利要求1所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，所述光束摆角压缩模块为角度压缩率固定的光束摆角压缩模块或者角度压缩率可调的光束摆角压缩模块。

7.如权利要求6所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，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；

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。

8.如权利要求7所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，所述驱动单元为手动驱动单元或者电动驱动单元。

9.如权利要求7所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，所述光束摆角压缩模块的角度压缩率为5％～20％。

10.如权利要求9所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，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。

11.如权利要求1或5或10所述的基于摆角压缩的精密激光加工装置，其特征在于，所述高速扫描振镜为共振振镜。