自激光在軍事和工業領域廣泛應用以來，各種控制手段伴隨著這種全新的加工工具在各行各業不斷的進步，如今，高頻高精度控制成為激光應用的一個必不可少的環節，隨著各種新型激光模式的出現，自動控制也正在激光加工的舞臺上以日益精密的技術展現著自己的風采。

　　80年代中期，激光在中國工業應用領域開始嶄露頭角，90年代初，由于工具行業出口量的增加，激光標刻開始成為必不可少的加工手段。

　　激光標刻屬于一個比較特殊的行業，其原理是利用聚焦后的光束對作用物表面進行短時間淺層刻蝕或燒蝕，使其作用區異于未處理區以達到標記的目的。由于對加工效率和效果有著非常高的要求，因此，從一開始高速度和高精度的自動控制在這一領域就得到了長足的發展，從1995年到2002年短短的7年時間，控制在激光標刻領域就經歷了大幅面時代、轉鏡時代和振鏡時代，控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機控制到實時處理、分時復用的一系列演變，如今，半導體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現和發展又對光學過程控制提出了新的挑戰。

　　以控制對象分類，標刻控制可以分為三種：光束控制、對象控制和飛行控制。其中，光束控制是應用最廣泛的，對象控制主要是針對特殊行業，而飛行控制將是激光標刻控制在未來的主要發展方向。顧名思義，光束控制指固定作用對象，直接控制光束在作用物表面的移動和停留，由于作用對象的尺寸和質量不盡相同，直接控制對象的方式難以提高加工速度，因此這種控制手段從一開始就成為主要的控制方式;對象控制指固定光束，控制作用對象的移動和停留，這種控制手段主要應用在對象體積比較小、質量比較輕，同時對控制精度要求比較高而控制過程不太復雜的行業，例如硅片、晶元和工業用陶瓷等材料的劃片行業;飛行控制指同時控制光束和對象的移動和停留，這種控制將成為激光在流水線應用的主要控制手段，優點是速度快，自動化程度高，是后工業時代激光加工的主流控制模式。最主流的光束控制方式在中國共經歷了三個時代的演變。

　　大幅面時代 所謂大幅面，剛開始是直接將繪圖儀的控制部分直接用于激光設備上，將繪圖筆取下，在(0，0)點X軸基點、Y軸基點和原繪圖筆的位置上分別安裝45°折返鏡，在原繪圖筆位置下端安裝小型聚焦鏡，用以導通光路及使光束聚焦。直接用繪圖軟件輸出打印命令即可驅動光路的運行，這種方式最明顯的優勢是幅面大，而且基本上能滿足精度比較低的標刻要求，不需要專用的標刻軟件，因此在早期還是有很不錯的市場。

　　但是這種方式有著幾個致命的缺陷：1.速度慢，不到100m/s的速度很難滿足客戶要求日益增加的產量;2.精度低，重復定位精度基本上局限于繪圖儀本身的精度，誤差有時非常大;3.無法按照激光輸出的特性定制自己所需要的控制參數，激光輸出和控制信號輸出之間是有時間差的，用通用型掃描儀驅動工具(如Autocad等)是無法按照激光器的特性定制控制參數的，因此容易產生一系列可笑的問題，如一個圖形前1cm左右的距離無激光輸出，因此出來的圖形總是少一截;4.由于光學器件和繪圖筆的質量不同造成控制慣量的改變，由于總是過載驅動，使繪圖儀各元器件壽命縮短。

　　總之，在經歷最初的嘗試后，繪圖儀式的大幅面激光標刻系統逐步退出標刻市場的，現在所應用的同類型的大幅面設備基本上都是模仿以前這種控制過程，用伺服電機驅動的高速大幅面系統，而隨著變焦振鏡式掃描系統的逐步完善，大幅面系統將逐步從激光標刻領域銷聲匿跡。

　　轉鏡時代 由于看到大幅面系統的一系列缺點，在高速振鏡技術還沒有在中國廣泛普及的情況下，一些控制工程師自行開發了由步進電機驅動的轉鏡式掃描系統，從結構上來說，轉鏡式掃描系統同現在的振鏡式掃描系統是沒有區別的，工作原理是將從諧振腔中導出的激光通過擴束，經過成90°安裝的兩個步進電機驅動的金鏡的反射，由F-theta場鏡聚焦后輸出作用于處理對象上，金鏡的轉動使工作平面上的激光作用點分別在X、Y軸上移動，兩個鏡面協同動作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動。這種控制過程無論從速度還是定位精度來說都遠超過大幅面，因此在很大程度上能滿足工具行業對激光控制的要求，雖然同當時國際上流行的振鏡式掃描系統還有比較明顯的差距，但嚴格來說這種設計思路的出現和逐步完善代表著中國激光應用的一個里程碑，是中國完全能自行設計和生產激光應用設備的典型標志。直到振鏡在中國大規模應用的興起，這種控制方式才逐步退出中國激光應用的舞臺。

　　振鏡時代 1998年，振鏡式掃描系統在中國的大規模應用開始到來，所謂振鏡，又可以稱之為電流表計，它的設計思路完全沿襲電流表的設計方法，鏡片取代了表針，而探頭的信號由計算機控制的0—5V(或10V)的直流信號取代，以完成預定的動作。同轉鏡式掃描系統相同，這種典型的控制系統采用了一對折返鏡，不同的是，驅動這套鏡片的步進電機被伺服電機所取代，在這套控制系統中，位置傳感器的使用和負反饋回路的設計思路進一步保證了系統的精度，整個系統的掃描速度和重復定位精度達到一個新的水平。對中國自產振鏡影響最大的是美國Cambridge公司生產的6870和6230，前者采用電容傳感器，后者采用光電傳感器，在中國的應用表明，電容傳感器對環境的適應能力遠遠超過光電傳感器，無論在溫度變化大還是環境清潔度不高的情況下，電容傳感器都能比較穩定的工作，因此，現有中國的幾家自行生產振鏡的公司，都把6870作為設計藍本，其中以上海通用(6000系列振鏡)和后來成立的北京世紀桑尼的振鏡最具代表性。與此同時，進口振鏡也開始大規模進入中國的市場，除香港科藝代理的Cambridge的振鏡外，美國General Scanner、德國Scanlab等也在中國占據了相當份額的市場。

　　振鏡時代的到來使中國激光標刻再一次迎來飛躍式的發展，由于速度和精度的大幅度提升，不僅再一次刺激了原有的工具行業市場，同時以前由于對精度要求較高而不能用激光處理的行業也被打開了，如今，隨著新型激光的出現，配合控制系統的再一次更新，中國激光應用即將邁入一個新的時代。

　　1.大幅面確切的說應該稱為“十字掃描”，并不一定只用到大幅面上，小幅面同樣可以用�！皠傞_始是直接將繪圖儀的控制部分直接用于激光設備上”，這是國內圖方便的做法，國外早就有專門的驅動和執行系統了。對于你說的這種方式的缺點，我們可以來詳細看一下：

　　(1)速度慢。國外現在的十字掃描系統多半用滾珠絲桿或同步帶作為運動系統的主要結構，在改進了驅動能力的掃描系統中，速度已經得到了大大的提高。我見過的十字掃描系統中做到1m/s的速度已經不是問題了。

　　(2)精度低，重復定位精度基本上局限于繪圖儀本身的精度，誤差有時非常大。滾珠絲桿或同步帶加上高精度細分的驅動電機系統，精度滿足普通的加工是綽綽有余的。但是這種精度還是沒辦法跟振鏡的精度相比。

　　(3)無法按照激光輸出的特性定制自己所需要的控制參數。那是由于借用繪圖儀的驅動系統造成的。國外早就有了專門的驅動系統和控制軟件，所以調節這些控制參數已經不是問題。

　　(4)由于光學器件和繪圖筆的質量不同造成控制慣量的改變，由于總是過載驅動，使繪圖儀各元器件壽命縮短。這個問題實際最簡單，根據具體的數值重新設計光路、機械、控制系統就行了。

　　其實你說的這些問題大部分都是由于國內早期的激光生產廠商為圖省事，簡單地拿繪圖儀改裝造成的。我倒是覺得這種方式的關鍵問題在于，長期工作在一定的距離內，造成機械系統的磨損，影響系統精度。但是這種掃描方式的優點也是不可忽視的。

　　(1)滾珠絲桿和同步帶都是線性執行系統，可以輕易的做到1：1的精確輸出。而振鏡或轉鏡等掃描方式需要配合F-Theta場鏡使用，經過角度變換后變成了非線性的關系，要做到1：1的精確輸出不是簡單的事。

　　(2)由于改變導光系統的大小僅僅是改變了系統的慣量，可以通過加大驅動電機等方式彌補，對于功率較大的場合，特別是需要用銅鏡等金屬鏡片時，是振鏡和轉鏡掃描方式不可替代的。

　　(3)由于光程的改變，造成掃描幅面內的各點光斑大小不均勻，這個問題在振鏡或轉鏡掃描系統中同樣存在。為了使光點保持均勻，可以采用動態聚焦的方法進行補償。但是不管進不進行補償，這種掃描方式的成本都是比其他的方式要低得多的。

　　(4)振鏡和轉鏡的光束都是斜著照射到工件表面的，而十字掃描是垂直照射。在某些小功率的切割場合，十字掃描方式得出來的工件切邊相對于其他兩種的要直，而不是很明顯的斜邊。

　　大幅面在標刻控制系統中已經失去了主導地位，但是在其他的激光應用中還是占有很重要的地位，所以也不能輕言放棄。

　　2.振鏡應該是稱為“檢流計”，跟電流表的原理相近，不同的是電流表輸出的是電流讀數，振鏡輸出的是轉動角度。