激光器是系统的加工工具,采用美国相关公司的AVIA-355 nm脉冲激光器。不同于早期的连续激光,此激光器有更多的参数和模式选择,包括激光脉冲频率﹑激光脉冲宽度和激光能量等,并且可以选择是单脉冲加工、多脉冲加工还是连续脉冲加工,使得激光器的控制难度大大高于对连续激光器的控制。
运动平台和光路系统作为加工的硬件部分,需要根据激光器的指标和要实现的加工精度进行设计。本系统的二维运动平台为步进电机驱动的丝杠螺杆传动的平台,行程是200 mm×200 mm,运动速度最大为40 mm/s,32细分下分辨率是650 nm。平台采用57步进电机驱动。电机驱动器采用雷赛M335B型号,输入方向和速度驱动信号便可实现步进电机的运动控制,并具有良好的精度。载物台放于运动平台上方,配有吹气装置,通过控制出气孔的大小来控制出气压力。光学系统包括反射镜片组,半透半反镜片,聚焦物镜和CCD共焦调整镜片。反射镜片镀有355 nm波长的反射膜,反射率达到99%。聚焦物镜将激光聚焦到物体表面,聚焦后光斑直径小于20 μm。CCD主要用于调焦和加工的观察。
控制单元是加工系统的关键部分,包括上位机和下位机两部分。上位机主要完成加工图形方面的工作,实现图形文件的解析、图形修改和参数设置等功能,然后将这些矢量数据和加工参数通过预先设定的数据格式传输给下位机;下位机则借助先进的集成电路技术,完成对系统其他单元的控制。所以下位机系统需要有完善的控制算法,在进行系统设计时需要重点研究。
2 控制单元
控制单元是激光加工设备的关键部件,其性能直接决定了激光加工的质量,尤其是图形数据的处理和适当的控制技术是激光加工系统的关键部分。国外很多优秀激光加工设备主要依赖于高性能的数控系统才得以实现各种高质量的加工。本系统控制单元分为上位机的图形解析软件和下位机的硬件系统。