本发明涉及微纳加工的，尤其涉及一种基于振镜的多功能金属表面加工系统。
背景技术：
1、微纳功能表面在工程技术应用中所表现出的奇异现象和规律将改变现有理论框架，孕育着新的技术革命，给材料、信息、绿色制造、生物和医学等领域带来了极大的发展空间。现有激光微纳制造技术展现出其独有的优势和潜力，激光微纳制造技术主要包括激光增材制造和激光减材制造两大类，可分别应用在不同产品的不同加工场合中，使得激光微纳制造技术在国防、航空航天、工业和医疗等领域得到了广泛应用。
2、相关技术中，专利号为cn113515020b-一种增材制造系统，包括三维位移平台、固化容器、面投影设备、微纳光场调控设备和网格状导热体，固化容器固定于所述三维位移平台上，其内部形成用于容纳液态光敏材料的固化池；面投影设备发出面投影光投射至所述固化池内的液态光敏材料；微纳光场调控设备发出n束相干激光与所述面投影光汇聚，所述n束相干激光在汇聚点处发生干涉，产生干涉光，n≥2；网格状导热体固定于所述固化池内，呈环状绕设于待加工工件的外围，至少部分地浸没于所述液态光敏材料中；其中，所述三维位移平台带动所述固化池移动，所述面投影光和干涉光共同作用，固化所述固化池内的液态光敏材料形成待加工工件主体，并在待加工工件主体上形成微米尺度或纳米尺度的凹凸条纹。然而，相关技术中的激光逐点扫描加工技术制备微纳结构存在加工效率低、微纳结构特征尺寸受限等不足。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于振镜的多功能金属表面加工系统，用于解决现有技术激光逐点扫描加工技术制备微纳结构存在加工效率低、微纳结构特征尺寸受限的问题。
2、根据本发明的一方面，提供一种基于振镜的多功能金属表面加工系统，其包括：
3、激光器，用于发出加工激光；
4、激光分束传输设备，所述激光分束传输设备与所述激光器的出光口相对设置，并用于将接收到的加工激光分成至少第一相干光束和第二相干光束；
5、第一振镜和第二振镜，所述第一振镜与所述第二振镜设置于所述激光分束传输设备的后端，所述第一振镜接收所述第一相干光束，所述第二振镜接收第二相干光束；
6、位移平台，所述位移平台设置于所述第一振镜和所述第二振镜的下方，所述位移平台用于装载待加工件，经所述第一振镜控制后的所述第一相干光束与经所述第二振镜控制后的所述第二相干光束汇聚而形成干涉光斑，受控于所述第一振镜、所述第二振镜和所述位移平台，所述干涉光斑在所述待加工件表面按预设轨迹移动以进行减材加工以获得所需的产品形貌；其中，减材加工速度v可通过如下公式推导获得：
7、
8、ep＝e0ft (2)
9、由公式(1)，(2)有：
10、
11、
12、符号意义：
13、h——加工深度(衡量微结构成型度的指标)(m)
14、l0——气化潜热(材料特性，决定材料烧蚀阈值)(j/m3)
15、γ——激光入射发散半角(材料特性)(rad)
16、d0——光斑直径(m)
17、ep——激光能量(j)
18、e0——单脉冲能量(j)
19、f——脉冲频率
20、v——加工速度(m2/s)
21、t——单个光斑加工时间(s)
22、s——单个光斑的面积(m3)。
23、在其中一个实施例中，所述的公式(4)，可简化为：
24、v＝1.21*e0。
25、在其中一个实施例中，所述第一振镜在所述位移平台上扫描范围与所述第二振镜在所述位移平台上扫描范围的扫描重叠区域设为加工区域s，所述第一振镜与所述第二振镜等高设置且出光口到加工面的距离设为h，所述第一相关光束和所述第二相干光束的干涉入射角设为θ，所述第一振镜与所述第二振镜之间的距离设为d，所述第一振镜和所述第二振镜的出光口到振镜边的距离设为k，最大干涉入射角设为θ1；
26、其中，s、h、θ1、d和k相关，且有：
27、s＝2htanθ1[2htanθ1-(d+2k)]。
28、在其中一个实施例中，所述位移平台包括加工平台、相连接的x轴移动模组和y轴移动模组，所述x轴移动模组包括托盘、x轴伺服电机、x轴精密丝杆和x轴传动螺母，所述x轴伺服电机设置于所述托盘并与所述x轴精密丝杆连接，所述x轴传动螺母套设于所述x轴精密丝杆的外部并与所述加工平台连接，所述y轴移动模组包括y轴伺服电机、y轴精密丝杆和y轴传动螺母，所述y轴伺服电机与所述y轴精密丝杆连接，所述y轴传动螺母套设于所述y轴精密丝杆的外部并与所述托盘连接。
29、在其中一个实施例中，所述激光分束传输设备包括分束件和反射镜，所述分束件与所述激光器的出光口相对，所述分束件用于将加工激光分成所述第一相干光束和所述第二相干光束，所述第一相干光束穿过所述分束件后继续传输，所述反射镜间隔设置于所述分束件的相对侧，所述经所述分束件反射分离出的所述第二相干光束传射到所述反射镜上，再通过所述反射镜的反射后继续传输；其中，所述第二相干光束与所述第一相干光束平行传输。
30、在其中一个实施例中，所述激光分束传输设备还包括第一偏振片和第一波片，所述第一偏振片间隔设置于所述分束件的后端，所述第一波片间隔设置于所述第一偏振片的后端，并位于所述第一偏振片与所述第一振镜之间。
31、在其中一个实施例中，所述激光分束传输设备还包括第二偏振片和第二波片，所述第二偏振片间隔设置于所述反射片的后端，所述第二波片间隔设置于所述第二偏振片的后端，并位于所述第二偏振片与所述第二振镜之间。
32、在其中一个实施例中，干涉光斑在z轴移动过程中，设θ1为所述第一相干光束的干涉入射角，θ2为所述第二相干光束的干涉入射角，θ3为所述第一振镜的偏转角度，θ4为所述第二振镜的偏转角度；由内错角相等可知，θ1＝θ3、θ2＝θ4；
33、受控于所述第一振镜和所述第二振镜420的驱动，干涉光斑由a点(0，0，z1)移动到b点(0，0，z2)的过程中，θ1、θ2、θ3、θ4均发生变化，且：θ1＝θ2、θ3＝θ4，通过改变z轴上干涉光斑的位置，可以改变干涉入射角θ1、θ2，从而实现微纳结构的周期调控。
34、在其中一个实施例中，干涉光斑在x轴移动过程中，设θ1为所述第一相干光束的干涉入射角，θ2为所述第二相干光束的干涉入射角，θ3为所述第一振镜的偏转角度，θ4为所述第二振镜的偏转角度；受控于所述第一振镜和所述第二振镜的驱动，干涉光斑由c点(x1，y1，z1)移动到d点(x2，y1，z1)的过程中，θ1、θ2、θ3、θ4均发生变化，且：θ1≠θ2、θ3≠θ4，通过改变x轴上干涉光斑的位置，可以改变干涉入射角θ1、θ2，从而实现微纳结构的周期调控。
35、在其中一个实施例中，所述基于振镜的多功能金属表面加工系统还包括工控机和运动控制器，所述工控机与所述运动控制器电连接，所述运动控制器与所述激光器、所述第一振镜和所述第二振镜电连接。
36、实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
37、本方案的基于振镜的多功能金属表面加工系统工作时，由激光器发出的加工激光会首先传输至激光分束传输设备，激光分束传输设备会将加工激光分成至少第一相干光束和第二相干光束，紧接着第一相干光束继续传输至第一振镜，同时第二相干光束继续传输至第二振镜，使得经第一振镜控制后的第一相干光束和经第二振镜控制后的第二相干光束会汇聚于位移平台上并形成干涉光斑，其中第一振镜与第二振镜的扫描范围的重叠面积为加工范围，当干涉光斑移动到待加工件表面上时，干涉光斑激光能量将待加工件的部分材料烧蚀去除，且随着干涉光斑沿预设路径移动而实现连续加工，由此完成对待加工件的减材制造。相较于现有技术，本方案将振镜控制激光束高速扫描的特点与激光干涉大面积高精度图案化优势结合起来，能够实现快速，大幅面的激光微纳增/减材制造，同时，还兼顾了宏观结构数字化加工和海量高精度微观结构的特点，调节振镜的扫描速度和角度，以及激光器的功率和脉宽，来控制微观结构的深度、宽度、特征尺寸，以达到最佳的减材制造质量和效率，由此实现降低微纳结构加工难度，提高微纳结构制备效率的目的。
1.一种基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述的公式(4)，可简化为：
3.根据权利要求1所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述第一振镜在所述位移平台上扫描范围与所述第二振镜在所述位移平台上扫描范围的扫描重叠区域设为加工区域s，所述第一振镜与所述第二振镜等高设置且出光口到加工面的距离设为h，所述第一相关光束和所述第二相干光束的干涉入射角设为θ，所述第一振镜与所述第二振镜之间的距离设为d，所述第一振镜和所述第二振镜的出光口到振镜边的距离设为k，最大干涉入射角设为θ1；
4.根据权利要求1所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述位移平台包括加工平台、相连接的x轴移动模组和y轴移动模组，所述x轴移动模组包括托盘、x轴伺服电机、x轴精密丝杆和x轴传动螺母，所述x轴伺服电机设置于所述托盘并与所述x轴精密丝杆连接，所述x轴传动螺母套设于所述x轴精密丝杆的外部并与所述加工平台连接，所述y轴移动模组包括y轴伺服电机、y轴精密丝杆和y轴传动螺母，所述y轴伺服电机与所述y轴精密丝杆连接，所述y轴传动螺母套设于所述y轴精密丝杆的外部并与所述托盘连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述激光分束传输设备包括分束件和反射镜，所述分束件与所述激光器的出光口相对，所述分束件用于将加工激光分成所述第一相干光束和所述第二相干光束，所述第一相干光束穿过所述分束件后继续传输，所述反射镜间隔设置于所述分束件的相对侧，所述经所述分束件反射分离出的所述第二相干光束传射到所述反射镜上，再通过所述反射镜的反射后继续传输；其中，所述第二相干光束与所述第一相干光束平行传输。
6.根据权利要求5所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述激光分束传输设备还包括第一偏振片和第一波片，所述第一偏振片间隔设置于所述分束件的后端，所述第一波片间隔设置于所述第一偏振片的后端，并位于所述第一偏振片与所述第一振镜之间。
7.根据权利要求6所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述激光分束传输设备还包括第二偏振片和第二波片，所述第二偏振片间隔设置于所述反射片的后端，所述第二波片间隔设置于所述第二偏振片的后端，并位于所述第二偏振片与所述第二振镜之间。
8.根据权利要求1所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，干涉光斑在z轴移动过程中，设θ1为所述第一相干光束的干涉入射角，θ2为所述第二相干光束的干涉入射角，θ3为所述第一振镜的偏转角度，θ4为所述第二振镜的偏转角度；由内错角相等可知，θ1＝θ3、θ2＝θ4；
9.根据权利要求1所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，干涉光斑在x轴移动过程中，设θ1为所述第一相干光束的干涉入射角，θ2为所述第二相干光束的干涉入射角，θ3为所述第一振镜的偏转角度，θ4为所述第二振镜的偏转角度；受控于所述第一振镜和所述第二振镜的驱动，干涉光斑由c点(x1，y1，z1)移动到d点(x2，y1，z1)的过程中，θ1、θ2、θ3、θ4均发生变化，且：θ1≠θ2、θ3≠θ4，通过改变x轴上干涉光斑的位置，可以改变干涉入射角θ1、θ2，从而实现微纳结构的周期调控。
10.根据权利要求1所述的基于振镜的多功能金属表面加工系统，其特征在于，所述基于振镜的多功能金属表面加工系统还包括工控机和运动控制器，所述工控机与所述运动控制器电连接，所述运动控制器与所述激光器、所述第一振镜和所述第二振镜电连接。
