图1. (a) 现有原位振镜激光加工系统与(b) 所提出的全原位振镜激光加工系统的对准流程示意图。
为了解决传统激光加工中因多次坐标转换而导致的校准繁琐与对准误差难题,本研究提出了一个全新的技术思路:让系统在“看见”工件的同时,就直接获得激光“加工”它所需的指令。
研究团队构建了一套基于振镜的全原位成像与激光加工系统。该系统的核心创新在于其 “光学路径复用”设计:一个半透半反镜将成像子系统与加工子系统合二为一,使得亮度传感器与激光源共享等效光路。基于光路可逆原理,当振镜偏转某个角度使传感器“看到”工件上某一点时,保持该角度不变并开启激光,激光就能被精确引导至同一点进行加工。这一设计从原理层面跳过了“像素坐标→平面坐标→角度坐标”的复杂转换,根除了对准误差的产生根源。
为了实现高质量的“看见”,该方法采用点扫描式成像:通过精确控制振镜偏转,让亮度传感器逐点采集扫描平面上各处的光强信号,并直接以振镜的偏转角度(θx, θy)为坐标,重构出工件的图像。这种方法赋予了系统无缝切换视野与精度的独特能力:既可进行大范围快速普查,也可在感兴趣区域进行高分辨率的精细观测,无需图像拼接,也避免了由此引入的误差。
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