[發明專利]一種基于閉環控制的超快激光加工系統及方法

在審

• 申請號: 201611215614.7
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106735865A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王自;朱文奇;姜寶寧;楊洋;張亞明;楊小君
• 申請（專利權）人: 西安中科微精光子制造科技有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/70
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316
• 代理人: 趙勍毅

1.一種基于閉環控制的超快激光加工系統，其特征在于，包括有：

一激光器(1)，用于出射激光束；

一反射鏡(2)，設于激光器(1)的出光側，所述反射鏡(2)用于反射激光束；

一壓電陶瓷二維偏擺臺(3)，用于帶動反射鏡(2)偏擺而控制激光束的指向；

一分光鏡(4)，設于反射鏡(2)出光側，所述分光鏡(4)用于將反射鏡(2)反射后的激光束分光，形成第一激光束和第二激光束；

一加工載臺(5)，用于承載待加工的工件，所述第一激光束射向工件表面；

一光斑位置檢測裝置(6)，所述第二激光束射向光斑位置檢測裝置(6)，藉由所述光斑位置檢測裝置(6)來檢測第二激光束的光斑位置，并輸出光斑位置電信號；

一控制器(7)，所述激光器(1)、壓電陶瓷二維偏擺臺(3)和光斑位置檢測裝置(6)分別電性連接于控制器(7)，所述控制器(7)用于接收上位機指令和光斑位置電信號，并根據上位機指令和光斑位置電信號控制激光器(1)出射激光束的功率，以及控制壓電陶瓷二維偏擺臺(3)的偏擺軌跡。

2.如權利要求1所述的基于閉環控制的超快激光加工系統，其特征在于，所述壓電陶瓷二維偏擺臺(3)包括有并行設置的第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)，所述反射鏡(2)跨設于第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)的端部，所述第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)分別電性連接于控制器(7)，所述控制器(7)用于向第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)加載驅動電壓，并通過調整驅動電壓的方向和大小而控制第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)的伸縮狀態，以驅使反射鏡(2)偏擺。

3.如權利要求2所述的基于閉環控制的超快激光加工系統，其特征在于，所述第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)遠離反射鏡(2)的一端均連接于一支撐臺(32)，所述支撐臺(32)與反射鏡(2)通過拉簧(33)連接。

4.如權利要求1所述的基于閉環控制的超快激光加工系統，其特征在于，所述光斑位置檢測裝置(6)包括有依次電性連接的橫向效應位移傳感器(60)、信號調理單元(61)和信號處理單元(62)，其中：

所述橫向效應位移傳感器(60)用于將其感應到的激光脈沖信號轉化為電流信號并傳輸至信號調理單元(61)；

所述信號調理單元(61)用于對該電流信號進行I/V轉換和A/D轉換處理后，形成光斑位置電信號并傳輸至控制器(7)。

5.如權利要求1所述的基于閉環控制的超快激光加工系統，其特征在于，所述壓電陶瓷二維偏擺臺(3)包括有應變傳感器，所述應變傳感器電性連接于控制器(7)，所述應變傳感器用于感應第一PZT壓電陶瓷塊(30)和第二PZT壓電陶瓷塊(31)的形變而產生形變電信號，并將所述形變電信號反饋回控制器(7)，以供控制器(7)監測壓電陶瓷二維偏擺臺(3)的偏擺軌跡。

6.如權利要求5所述的基于閉環控制的超快激光加工系統，其特征在于，所述控制器(7)內置有PID算法，所述控制器(7)接收上位機指令、光斑位置檢測裝置(6)反饋的光斑位置電信號和應變傳感器反饋的偏擺軌跡數據后，通過調用所述PID算法而生成用于驅動壓電陶瓷二維偏擺臺(3)偏擺的控制指令。

7.如權利要求1所述的基于閉環控制的超快激光加工系統，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。