CN104810712B - 一种轴快流co2激光器谐振腔结构架及加工装配工艺 - Google Patents

Abstract

一种轴快流CO₂激光器谐振腔结构架，本申请谐振腔结构管在后端板和前端板之间，所述后端板和前端板的4个角皆有谐振腔结构管固定通孔，谐振腔结构管的谐振腔结构管连接外螺纹穿过对应后端板和前端板的谐振腔结构管固定通孔后通过谐振腔结构管固定螺母进行固定。本发明提出将台阶孔以其小径加工为通孔，将腔结构管完全分开为腔结构管和连接外螺纹，改进结构后腔结构管的端面压在前后端板的内侧，再采用适当的加工方法及装配工艺，从而保证每个端板的四个通孔附近的表面在一个面上，保证每个端板的四个通孔附近的表面粗糙度在允许误差范围内，这样也就消除了台阶孔的深度和表面粗糙度而造成的四对台阶孔之间的距离误差。

Description

一种轴快流CO2激光器谐振腔结构架及加工装配工艺

技术领域

本发明涉及光学谐振腔结构架及其相应加工与装配领域，特别涉及一种轴快流CO₂激光器谐振腔结构架及其装配工艺。

背景技术

光学谐振腔是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔，它是激光器的必要组成部分，理论上的谐振腔通常是由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成，由于激光器所发出的光波波长很短，所以激光器在使用过程中的一点微小的异常变形就会引起激光器出光功率和模式的变化，同时也会有出光方向的微小漂移，进而会引起激光切割机在切割质量上的变化，直至不能正常使用。

对于轴快流CO₂激光器，为了保证谐振腔的工作稳定，作为谐振腔的总支撑，谐振腔结构架的工作稳定性就尤为重要。目前国内生产的轴快流CO₂激光器都是折叠腔，其谐振腔结构架如图1所示，主要由前端板2、后端板1和腔结构管3等部件组成，其中腔结构管3一般有三根或四根（以下皆以四根为例进行叙述），如图3所示，其端部通过连接外螺纹5和螺母4与前端板2和后端板1连接在一起；在前端板2和后端板1开有相应的孔，现有原谐振腔结构架端板安装孔如图2中的谐振腔结构管固定台阶孔6所示，每个端板上各有四个，为阶梯孔，其大孔径与腔结构管3配合起定位作用，台阶起限位作用，并有保持腔结构管3在长度方向上的精度作用。然而由于轴快流CO₂激光器生产厂家在加工精度上的不足和安装工艺上的欠缺，并不能保证前端板2和后端板1在安装后的精度和平行度能够满足后期的使用要求。

在研究现有轴快流CO₂激光器谐振腔结构架设计方案时认为：图2中前后两个端板共有八个台阶孔6，在加工时不适合同时加工，因此必然是分别加工，于是在加工时台阶的深度误差就无法避免，而且台阶为内台阶，不方便磨削，表面粗糙度也较难做到一致；这样在通过图1中连接外螺纹5和螺母4把腔结构管3的端面与台阶孔6的台阶面压在一起时，前后端板的四对台阶孔之间的距离就会因台阶的深度误差和台阶面的粗糙度误差而产生不可忽视的误差。

此外采用常规的部件加工和装配工艺，并不能满足谐振腔结构架稳定工作的需要，具体表现在以下几个方面：一是由于加工误差造成四根腔结构管3不一样长，这样在温度变化时必然会有不一样的轴向变形，从而改变如图6所示的各镜片的相对位置和角度，进而造成谐振腔工作不稳定；二是由于加工误差造成前端板2和后端板1相对应的孔位产生偏差，于是便造成四根腔结构管3在安装后不平行，在温度变化时就会有不平行的轴向变形和少量的其他方向变形，这样也会改变如图6所示的各镜片的相对位置和角度，进而造成谐振腔工作的不稳定；三是由于加工误差造成四根腔结构管3的端面与腔结构管轴向不垂直，且所成角度也不可能完成一样，这样在与前端板2和后端板1内侧面连接压紧时就会使腔结构管3受多个方向的不规则应力，在温度变化时这些力的变化会更复杂，最终也会改变如图6所示的各镜片的相对位置和角度，进而造成谐振腔工作不稳定；当然，也还有其他一些加工或装配上的不足，只要他们能引起非纵向的热变形，就必然会造成谐振腔工作的不稳定。

发明内容

针对以上问题，本发明为一种轴快流CO₂激光器谐振腔结构架及加工装配工艺，本发明提出将台阶孔以其小径加工为通孔，将腔结构管完全分开为腔结构管和连接外螺纹，改进结构后腔结构管的端面压在前后端板的内侧，再采用适当的加工方法及装配工艺，从而保证每个端板的四个通孔附近的表面在一个面上，保证每个端板的四个通孔附近的表面粗糙度在允许误差范围内，这样也就消除了台阶孔的深度和表面粗糙度而造成的四对台阶孔之间的距离误差，为达此目的，本发明提供一种轴快流CO₂激光器谐振腔结构架，包括后端板、前端板、谐振腔结构管和谐振腔结构管连接外螺纹与固定螺母，所述谐振腔结构管在后端板和前端板之间，所述前端板和后端板内各有1-4个镜片安装孔相互对应，安装孔用于安装相应的镜片，所述后端板和前端板的4个角皆有谐振腔结构管固定通孔，所述谐振腔结构管固定通孔的孔径与谐振腔结构管的谐振腔结构管连接外螺纹相匹配，所述谐振腔结构管的谐振腔结构管连接外螺纹穿过对应后端板和前端板的谐振腔结构管固定通孔后通过谐振腔结构管固定螺母进行固定。

作为本发明进一步改进，所述后端板和前端板之间的谐振腔结构管有3或4根，一般谐振腔结构管为3或者4根使用者可根据实际情况进行选择。

本发明轴快流CO₂激光器谐振腔结构架加工装配工艺：

1）对谐振腔结构管两端进行加工，加工中先将所有的谐振腔结构管通过谐振腔结构管固定夹具进行固定，保证夹具内所有谐振腔结构管首尾及中间各部位平行贴紧，并在每根谐振腔结构管的两端相同位置做上标记线，并标记一端为端面A，另一端为端面B，以便于安装时辨认，再通过相应设备对做了标记的谐振腔结构管进行钻孔及车螺纹加工；

2）对后端板和前端板进行加工，在加工时通过前后端板固定夹具将后端板和前端板固定在一起，再对两块板上下端面进行同步加工保证后端板和前端板上下端平行，之后对前后端板相对应的镜片安装孔和谐振腔结构管固定通孔进行同步加工，为了便于后期的装配，在加工时对每一个腔结构孔的相同位置刻上标记，并对后端板和前端板的上截面D及下截面C进行标记；

3）做了标记的谐振腔结构管、做了标记的前端板和做了标记的后端板加工完成后进行装配安装，采用标准平面平台作为后端板和前端板下截面C或上截面D的公共支撑，以保证作为基准的后端板和前端板的截面处在同一平面；

4）进行谐振腔结构管安装时，保证同名端A对着一个端板，同名端B对着一个端板，并进行安装，在安装谐振腔结构管时，腔结构管上的标记线要对准后端板和前端板上腔结构孔上的标记线进行安装；

作为本发明进一步改进，步骤二端板标记是在端板的内外两面同时进行标记，为了便于安装可在端板的内外两面同时进行标记。

作为本发明进一步改进，步骤一谐振腔结构管固定夹具包括2个固定板，固定板内有平行的槽与谐振腔结构管相对应，固定板通过紧固件相连，谐振腔结构管固定夹具有2-3个，本发明可通过以上结构的夹具对谐振腔结构管进行固定。

作为本发明进一步改进，步骤二前后端板固定夹具包括2个固定板，固定板内有对应的卡槽，固定板通过紧固件相连，本发明可通过以上结构的夹具对前后端板进行固定。

本发明提出将原谐振腔结构架端板如图2所示的台阶孔以其小径加工为通孔，如图3中谐振腔结构管固定通孔所示，在图3中将腔结构管完全分开为腔结构管和连接外螺纹，它们与螺母共同组成部件，连接外螺纹穿过通孔，拧紧螺母，就可以把腔结构管的端面压在前后端板的内侧。由于采用前后端板表面这样不仅便于采用适当的加工手段保证每个端板的四个通孔附近的表面在一个面上，也便于保证每个端板的四个通孔附近的表面粗糙度在允许误差范围内，从而就消除了因图2中原谐振腔结构架端板的台阶孔的深度和表面粗糙度而造成的四对台阶孔之间的距离误差。

本发明针对由于加工误差造成四根腔结构管不一样长问题，提出把四根腔结构管进行装夹固定，在进行切割下料时四根腔结构管同时进行，这样虽然不能减小绝对长度的误差，但可以极大地减小相对长度误差，从而可以消除因四根腔结构管不一样长造成的谐振腔工作不稳定这一因素；假如四根腔结构管端面与其轴线不是绝对垂直，设成θ角，则每一根腔结构管端面与其轴线所成角度皆为θ角，这为消除第三项造成谐振腔工作不稳定的因素提供了必要条件。为确保以上加工目标的实现，在进行这项加工时工艺上要求四根腔结构管都必须保证首尾及中间各部位平行贴紧，同时由于腔结构管两端面与其轴线所成角度可能不一样，故要标注同名端，如图4所示的A、B端，另外由于腔结构管的旋转会造成其端面与轴线所成角θ的方向变化，故还需在每根腔结构管的两端相同位置做上标记线如图4所示，以便于安装时辨认。

本发明针对由于加工误差造成前端板和后端板相对应的孔位产生偏差问题，本发明提出把前端板和后端板进行装夹固定如图5，这样在对如图3所示的孔进行加工时，相当于前端板和后端板的相对应位置的两个孔同时加工，这样就可以避免前端板和后端板上不同孔位的相对位置的偏差，即前端板上两孔间距离变大（或有一定的角度偏差），后端板上两孔间也会有同样的位置变化，这样就消除了因孔位偏差造成的谐振腔工作不稳定这一因素；为便于后期的装配，在加工时应对每一个腔结构孔的相同位置刻上标记（可在端板的内外两面同时进行标记），如图3、5所示。当然，在安装时还必须有一个基准参考边，如图5中的C和D，分别为前后端板的下截面和上截面，在装夹加工时一起与孔同时加工，这样也能保证前端板和后端板的C或D与每个板上的四个腔结构孔的相对位置的一致性；另外，为保证谐振腔工作的稳定性，后端板上的4个腔镜孔应分别对应于前端板上的4个腔镜孔，如图3、图5所示，后端板上的4个腔镜孔分别与前端板上的4个腔镜孔同时加工，这样也就保证了后端板上的4个腔镜孔与前端板上的4个腔镜孔的相对位置的一致性。

此外为了保证谐振腔工作稳定，本发明还对轴快流CO₂激光器谐振腔结构架的装配工艺进行了相应的改进，以确保谐振腔稳定工作。

附图说明

图1为本发明轴快流CO₂激光器谐振腔结构架示意图；

图2为原谐振腔结构架端板安装孔示意图；

图3为本发明轴快流CO₂激光器谐振腔结构架部件分解图；

图4为本发明腔结构管加工装夹示意图；

图5为本发明前后端板加工装夹示意图；

图6为典型光路示意图；

具体部件名称如下：

1、后端板； 2、前端板；

3、谐振腔结构管； 4、谐振腔结构管固定螺母；

5、谐振腔结构管连接外螺纹； 6、谐振腔结构管固定台阶孔；

7、做了标记的谐振腔结构管； 8、谐振腔结构管固定夹具；

9、谐振腔结构管固定通孔； 10、做了标记的前端板；

11、做了标记的后端板； 12、前后端板固定夹具；

13、前端板输出窗安装孔； 14、后端板左上折反镜安装孔；

15、后端板右上折反镜安装孔； 16、前端板右上折反镜安装孔；

17、前端板右下折反镜安装孔； 18、后端板右下折反镜安装孔；

19、后端板左下折反镜安装孔； 20、前端板全反镜安装孔；

21、前端板输出窗； 22、后端板左上折反镜；

23、后端板右上折反镜； 24、前端板右上折反镜；

25、前端板右下折反镜； 26、后端板右下折反镜；

27、后端板左下折反镜； 28、前端板全反镜。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对发明做详细的说明：

本发明为一种轴快流CO₂激光器谐振腔结构架及加工装配工艺，本发明提出将台阶孔以其小径加工为通孔，将腔结构管完全分开为腔结构管和连接外螺纹，改进结构后腔结构管的端面压在前后端板的内侧，再采用适当的加工方法及装配工艺，从而保证每个端板的四个通孔附近的表面在一个面上，保证每个端板的四个通孔附近的表面粗糙度在允许误差范围内，这样也就消除了台阶孔的深度和表面粗糙度而造成的四对台阶孔之间的距离误差。

作为本发明结构一种具体实施例，本发明提供一种轴快流CO₂激光器谐振腔结构架，包括后端板1、前端板2、谐振腔结构管3和谐振腔结构管固定螺母4，所述谐振腔结构管3在后端板1和前端板2之间，所述后端板1和前端板2之间的谐振腔结构管3有3或4根，一般谐振腔结构管为3或者4根使用者可根据实际情况进行选择，所述前端板2内有4个安装孔分别为前端板输出窗安装孔13、前端板右上折反镜安装孔16、前端板右下折反镜安装孔17和前端板全反镜安装孔20，所述前端板输出窗安装孔13处安装有前端板输出窗21，所述前端板右上折反镜安装孔16处安装有前端板右上折反镜24，所述前端板右下折反镜安装孔17处安装有前端板右下折反镜25，所述前端板全反镜安装孔20处安装有前端板全反镜28，所述后端板1内有4个安装孔分别为后端板左上折反镜安装孔14、后端板右上折反镜安装孔15、后端板右下折反镜安装孔18和后端板左下折反镜安装孔19，所述后端板左上折反镜安装孔14处安装有后端板左上折反镜22，所述后端板右上折反镜安装孔15处安装有后端板右上折反镜23，所述后端板右下折反镜安装孔18处安装有后端板右下折反镜26，所述后端板左下折反镜安装孔19处安装有后端板左下折反镜27，所述后端板1和前端板2的4个角皆有谐振腔结构管固定通孔9，所述谐振腔结构管固定通孔9的孔径与谐振腔结构管3的谐振腔结构管连接外螺纹5相匹配，所述谐振腔结构管3的谐振腔结构管连接外螺纹5穿过对应后端板1和前端板2的谐振腔结构管固定通孔9后通过谐振腔结构管固定螺母4进行固定。

作为本发明加工装配工艺一种具体实施例：

1）对谐振腔结构管3两端进行加工，加工中先将所有的谐振腔结构管3通过谐振腔结构管固定夹具8进行固定，所述谐振腔结构管固定夹具8包括2个固定板，固定板内有平行的槽与谐振腔结构管3相对应，固定板通过紧固件相连，谐振腔结构管固定夹具8有2-3个，本发明可通过以上结构的夹具对谐振腔结构管进行固定，保证夹具内所有谐振腔结构管3首尾及中间各部位平行贴紧，并在每根谐振腔结构管3的两端相同位置做上标记线，并标记一端为端面A，另一端为端面B，以便于安装时辨认，再通过相应设备对做了标记的谐振腔结构管7的进行钻孔及车螺纹加工；

2）对后端板1和前端板2进行加工，在加工时通过前后端板固定夹具12将后端板1和前端板2固定在一起，前后端板固定夹具12包括2个固定板，固定板内对应的卡槽，固定板通过紧固件相连，本发明可通过以上结构的夹具对前后端板进行固定，然后对两端板上、下端面进行同时加工，以保证后端板1和前端板2上下端平行，之后对前端板2内前端板输出窗安装孔13、前端板右上折反镜安装孔16、前端板右下折反镜安装孔17、前端板全反镜安装孔20与对应的后端板1内后端板左上折反镜安装孔14、后端板右上折反镜安装孔15、后端板右下折反镜安装孔18和后端板左下折反镜安装孔19进行成对同步加工，并对相对应位置的谐振腔结构管固定通孔9进行成对同步加工，为了便于后期的装配，在加工时对每一个腔结构孔的相同位置刻上标记，并对后端板1和前端板2的上截面D及下截面C进行标记，为了便于安装可在端板的内外两面同时进行标记；

3）做了标记的谐振腔结构管7、做了标记的前端板10和做了标记的后端板11加工完成后进行装配安装，采用标准平面平台作为后端板1和前端板2下截面C或上截面D的公共支撑，以保证作为基准的后端板1和前端板2的截面处在同一平面；

4）进行谐振腔结构管3安装，保证同名端A对着一个端板，同名端B对着一个端板，并进行安装，在安装谐振腔结构管3时，腔结构管上的标记线要对准后端板1和前端板2上腔结构孔上的标记线进行安装。

激光器谐振腔结构架装配完成后，再根据需要在前端板输出窗安装孔13处安装有前端板输出窗21，前端板右上折反镜安装孔16处安装有前端板右上折反镜24，前端板右下折反镜安装孔17处安装有前端板右下折反镜25，前端板全反镜安装孔20处安装有前端板全反镜28，后端板左上折反镜安装孔14处安装有后端板左上折反镜22，后端板右上折反镜安装孔15处安装有后端板右上折反镜23，后端板右下折反镜安装孔18处安装有后端板右下折反镜26，后端板左下折反镜安装孔19处安装有后端板左下折反镜27。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种轴快流CO2激光器谐振腔结构架加工装配工艺，所述轴快流CO2激光器谐振腔结构架，包括后端板（1）、前端板（2）、谐振腔结构管（3）和谐振腔结构管连接外螺纹（5）及固定螺母（4），所述谐振腔结构管（3）在后端板（1）和前端板（2）之间，所述前端板（2）和后端板（1）内各有1-4个镜片安装孔相互对应，镜片安装孔用于安装相应的镜片，所述后端板（1）和前端板（2）的4个角皆有谐振腔结构管固定通孔（9），所述谐振腔结构管固定通孔（9）的孔径与谐振腔结构管（3）的谐振腔结构管连接外螺纹（5）相匹配，所述谐振腔结构管（3）的谐振腔结构管连接外螺纹（5）穿过对应后端板（1）和前端板（2）的谐振腔结构管固定通孔（9）后通过谐振腔结构管固定螺母（4）进行固定,所述后端板（1）和前端板（2）之间的谐振腔结构管（3）有3或4根，具体步骤如下，其特征在于：

1）对谐振腔结构管（3）两端进行加工，加工中先将所有的谐振腔结构管（3）通过谐振腔结构管固定夹具（8）进行固定，保证谐振腔结构管固定夹具（8）内所有谐振腔结构管（3）首尾及中间各部位平行贴紧，所述谐振腔结构管固定夹具（8）有2-3个，所述谐振腔结构管固定夹具（8）包括2个固定板，固定板内有平行的槽与谐振腔结构管（3）相对应，固定板通过紧固件相连，并在每根谐振腔结构管（3）的两端相同位置做上标记线，并标记一端为端面A，另一端为端面B，以便于安装时辨认，再通过相应设备对做了标记的谐振腔结构管（7）进行钻孔及车螺纹加工；

2）对后端板（1）和前端板（2）进行加工，在加工时通过前后端板固定夹具（12）将后端板（1）和前端板（2）固定在一起，再对两块端板上下端面进行同步加工保证后端板（1）和前端板（2）上下端平行，之后对前后端板相对应的镜片安装孔和谐振腔结构管固定通孔（9）进行同步加工，为了便于后期的装配，在加工时对每一个谐振腔结构管固定通孔（9）的相同位置刻上标记，并对后端板（1）和前端板（2）的上截面D及下截面C进行标记,所述端板标记是在端板的内外两面同时进行标记，所述前后端板固定夹具（12）包括2个固定板，固定板内有对应的卡槽，固定板通过紧固件相连；

3）做了标记的谐振腔结构管（7）、做了标记的后端板（11）和做了标记的前端板（10）加工完成后进行装配安装，采用标准平面平台作为后端板（1）和前端板（2）下截面C或上截面D的公共支撑，以保证作为基准的后端板（1）和前端板（2）的下截面C或上截面D处在同一平面上；

4）进行谐振腔结构管（3）安装，保证同名端A对着一个端板，同名端B对着另一个端板，并进行安装，在安装谐振腔结构管（3）时，谐振腔结构管（3）上的标记线要对准后端板（1）和前端板（2）上谐振腔结构管固定通孔（9）上的标记线进行安装。