激光加工是一種研究激光與材料相互作用的技術，也是國家重點支持和推動應用的一項高新技術，近些年我國激光加工機的銷售額年增長率保持在20％左右 ［1］。發達國家的加工業已逐步進入“光加工”時代。目前，一些國際性大公司積極采用先進的激光加工技術，以提高產品的競爭力，其中納秒脈沖激光的微細加工已成為加工技術發展的前沿之一。
　　納秒脈沖激光微加工系統以納秒脈沖激光作為光源，光束經過光路系統調整會聚后照射到載物臺上，配合運動平臺的運動，完成微結構的加工。系統對控制單元的要求很高，包括圖形的編輯、數據處理能力和同步的運動控制算法。現有激光加工機的控制單元多采用2種控制方式［2，3］：（1）基于PC的系統，運算能力強大，可實現圖形編輯等功能，但是不能脫離PC獨立運行，成本高；（2）以單處理器為核心的方式，缺點是單處理器的運算能力有限，很難實現高速和復雜圖形的加工。數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列FPGA的出現，為加工系統控制單元的性能提升提供了新的手段。本文利用上位機Visual C++軟件平臺實現圖形的解析和編輯功能，利用DSP的高速數字信號處理能力和FPGA的多路并行處理能力，設計了系統的控制硬件，使納秒脈沖激光微加工系統的加工效果更好。
　　1 系統整體結構
　　納秒脈沖激光微加工系統主要包括：控制單元、激光器、機械結構和光路系統四部分。系統結構如圖1所示。
　　
　　激光器是系統的加工工具，采用美國相關公司的AVIA－355 nm脈沖激光器。不同于早期的連續激光，此激光器有更多的參數和模式選擇，包括激光脈沖頻率﹑激光脈沖寬度和激光能量等，并且可以選擇是單脈沖加工、多脈沖加工還是連續脈沖加工，使得激光器的控制難度大大高于對連續激光器的控制。
　　運動平臺和光路系統作為加工的硬件部分，需要根據激光器的指標和要實現的加工精度進行設計。本系統的二維運動平臺為步進電機驅動的絲杠螺桿傳動的平臺，行程是200 mm×200 mm，運動速度最大為40 mm/s，32細分下分辨率是650 nm。平臺采用57步進電機驅動。電機驅動器采用雷賽M335B型號，輸入方向和速度驅動信號便可實現步進電機的運動控制，并具有良好的精度。載物臺放于運動平臺上方，配有吹氣裝置，通過控制出氣孔的大小來控制出氣壓力。光學系統包括反射鏡片組，半透半反鏡片，聚焦物鏡和CCD共焦調整鏡片。反射鏡片鍍有 355 nm波長的反射膜，反射率達到99%。聚焦物鏡將激光聚焦到物體表面，聚焦后光斑直徑小于20 μm。CCD主要用于調焦和加工的觀察。
　　控制單元是加工系統的關鍵部分，包括上位機和下位機兩部分。上位機主要完成加工圖形方面的工作，實現圖形文件的解析、圖形修改和參數設置等功能，然后將這些矢量數據和加工參數通過預先設定的數據格式傳輸給下位機；下位機則借助先進的集成電路技術，完成對系統其他單元的控制。所以下位機系統需要有完善的控制算法，在進行系統設計時需要重點研究。
　　2 控制單元
　　控制單元是激光加工設備的關鍵部件，其性能直接決定了激光加工的質量，尤其是圖形數據的處理和適當的控制技術是激光加工系統的關鍵部分。國外很多優秀激光加工設備主要依賴于高性能的數控系統才得以實現各種高質量的加工。本系統控制單元分為上位機的圖形解析軟件和下位機的硬件系統。