[发明专利]一种混合式激光束扫描装置及控制方法

权利要求书

1.一种混合式激光束扫描装置，其特征在于该混合式激光束扫描装置包括激光器、XY轴振镜扫描系统、角度驱动机构、场镜、工作平台、压电驱动组件和扫描控制器，其中，XY轴振镜扫描系统包括X轴振镜反射镜、Y轴振镜反射镜以及角度驱动机构，场镜设在被加工零件的上方，XY轴振镜扫描系统设在场镜的上方，X轴振镜反射镜、Y轴振镜反射镜正交设置，角度驱动机构分别驱动X轴振镜反射镜、Y轴振镜反射镜，被加工零件置于工作平台上，压电驱动组件设在工作平台的侧边，工作平台在压电驱动组件的驱动下可做微幅直线移动；激光器发出的激光束经X轴振镜反射镜、Y轴振镜反射镜反射后进入场镜聚焦，而后投射到被加工零件的表面；扫描控制器与激光器、角度驱动机构、压电驱动组件连接实现控制。

2.根据权利要求1所述的一种混合式激光束扫描装置，其特征在于所述的压电驱动组件包括呈正交设置的A轴压电驱动器和U轴压电驱动器，A轴压电驱动器、U轴压电驱动器分设在工作平台的侧边并与扫描控制器相连，A轴压电驱动器、U轴压电驱动器在扫描控制器的控制下移动。

3.根据权利要求1或2所述的一种混合式激光束扫描装置，其特征在于所述的角度驱动机构包括角度伺服机构一和角度伺服机构二，角度伺服机构一与角度伺服机构二均与扫描控制器相连，X轴振镜反射镜由角度伺服机构一驱动，Y轴振镜反射镜由角度伺服机构二驱动。

4.一种混合式激光束扫描控制方法中，该混合式激光束扫描控制方法包括以下步骤：

⑴开始激光束扫描加工前，扫描控制器根据待扫描截面形状计算扫描路径，并将其与扫描速度、激光功率以及用于填充扫描截面的微结构类型数据一并载入加工程序；

⑵启动加工程序，扫描控制器根据扫描路径数据输出偏转角度控制指令至XY轴振镜扫描系统的角度驱动机构，控制激光束按设定扫描速度依次执行各段扫描路径，并输出同步开关指令至激光器，使得X轴振镜反射镜、Y轴振镜反射镜实时偏转角度坐标进入扫描截面形状所定义区域时，激光束开启，脱离时则激光束关闭；

⑶扫描控制器根据加工程序中的激光功率数据输出控制指令至激光器，以确定激光器平均输出功率；扫描控制器根据加工程序中的微结构类型数据输出高频振动控制信号至工作台两侧的A轴压电驱动器、U轴压电驱动器，以控制工作平台生成模式化的高频二维平面振动轨迹；XY轴振镜扫描系统连续扫描加工区域过程中，工作平台的模式化振动与X轴振镜反射镜、Y轴振镜反射镜的角度偏转运动共同作用，使得激光束在被加工零件表面形成的扫描轨迹，从一簇平行线转变为密集排列的微结构。

5.根据权利要求4所述的一种混合式激光束扫描控制方法，其特征在于所述工作平台的高频振动速度远高于XY轴振镜扫描系统的运动速度，通过对压电驱动组件的联动控制，工作平台可生成高频振动轨迹；通过改变XY轴振镜扫描系统的运动速度与工作平台的高频振动速度的比值，可调整高频振动轨迹在被加工零件表面所形成微结构阵列的密集程度，比值越大微结构排列越稀疏，反之则越密集。

6.根据权利要求4或5所述的一种混合式激光束扫描控制方法，其特征在于所述的A轴压电驱动器、U轴压电驱动器的振动控制信号为正交相位关系，通过同步偏移A轴压电驱动器、U轴压电驱动器振动控制信号的绝对相位角，可调整被加工零件表面所形成微结构阵列的排列方向。