在全球化竞争的背景下,跨尺度自由曲面零部件越来越多的应用在航空航天、能源、船舶等高、精、尖领域,为了实现特殊的表面性能需要在硬质合金、陶瓷、复合多层膜等难加工材质的零件表面制造大幅面微结构,通常其加工方式是通过五轴联动数控机床进行精密铣/磨削,但是存在难以兼顾高精度和高效率以及难以加工柔性材料等不足。激光振镜扫描刻蚀技术拥有聚焦激光能量高、激光光斑小、非接触式加工等特点,且振镜质量轻,转动惯量小,起停时加速度大,跳转速度快,特别适合微结构的高效率、高精度刻蚀,能很好弥补传统机械加工的不足,投影式激光振镜扫描技术根据光线平行投影原理,利用聚焦激光束的焦深特性,通过多轴联动机床的精确定位带动振镜移动实现跨尺度自由曲面的刻蚀加工。本文针对投影式振镜扫描激光刻蚀系统主要进行了以下几方面研究内容:(1)针对跨尺度自由曲面投影式激光振镜扫描刻蚀,分析了其多重优化判别条件下的曲面划分算法,建立了曲面划分算法的三个基本准则,即曲面片分层准则、曲面分块准则、曲面分片准则。(2)针对投影式激光刻蚀系统,详细研究分析了振镜畸变误差,并对不同校正方法的校正精度做出了评估,并对拼接误差进行了详细的分析。(3)针对投影式激光刻蚀系统,详细研究分析了五轴机床运动误差,并校正了振镜与工作台之间的旋转装配误差,根据齐次变换原理建立了其空间误差模型,得到了振镜头末端与机床的定位误差,为后续的机床误差补偿奠定了基础。(4)通过实验找出从平面到曲面激光光斑尺寸、能量密度随角度变化的变化规律。并建立了335nm紫外激光与PI膜在不同激光入射角度相互作用时,其刻蚀深度、尺寸随角度变化的数学模型。(5)通过正交实验得到了激光入射角度、激光功率、扫描速度、填充间距、分层高度等加工参数对加工质量、加工效率的影响程度。对圆柱面分别用分片加工和分块加工的方式对其进行加工,研究表明:分片加工在加工质量、加工效率等两方面都要优于分块加工。