-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Laseroszillator.
-
Ein
Laseroszillator ist beispielsweise aus den Druckschriften JP 63-64073
B und
JP 64 832 B bekannt.
-
9 der beigefügten Zeichnungen
zeigt einen Oszillator nach der JP 63-64 073 B. Dieser sendet einen
Laserstrahl 2 aus und umfasst einen Kanal 3, der
für das
als Lasermedium verwendete Gas dient, ferner ein Paar Entladungselektroden 4a und 4b,
eine erste Laserstrahl-Reflektoreinheit 5a,
eine zweite Laserstrahlreflektoreinheit 5b, ein Gebläse 6, einen
Wärmetauscher 8,
und ein Gehäuse 10,
in welchem abgedichtet ein als Lasermedium dienendes Gas unter einem
geringen Vakuum von etwa 1/10 des normalen Atmosphärendrucks
enthalten ist. Ein Totalreflektor 26 ist in der zweiten
Reflektoreinheit 5b vorgesehen. In der ersten Reflektoreinheit 5a ist
ein Teilreflektor 32 vorgesehen.
-
10 bis 15 der beigefügten Zeichnungen zeigen einen
Laseroszillator nach der Druckschrift JP 64-832 B, und zwar 10 in der Ansicht, 11 in der Aufsicht und 12 in der Seitenansicht
von rechts. 13 ist ein
vergrößerter Querschnitt
entlang der Linie 24-24 von 12,
der Einzelheiten des Oszillators von 12 zeigt. 14 ist ein vergrößerter Querschnitt
entlang der Linie 25-25 von 12. 15 zeigt Einzelheiten des
Oszillators nach 12.
-
Wie
in den 10 bis 15 gezeigt ist, weist der
Oszillator einen Metallfederbalg 7 auf, Muttern 9, Kugellager 11,
Stützen 12,
Gehäuse 13,
kugelförmige
Lager 14, Flansche 15, Bolzen 16 und 18,
Ansätze 17,
Basisplatten 20a und 20b, Befestigungsaufnahmen 22,
die auf dem Gehäuse 10 angeordnet
sind, und Halterungsstangen 24a, 24b und 24c.
Ein Einlassport (Einlassöffnungsanschluss) 34 und
ein Auslassport 36 sind auf dem Gehäuse 10 vorgesehen, um
ein Kühlmittel
zum Kühlen
des Wärmetauschers 8 hindurchzulassen.
-
Rohre 35 und 37 verbinden
den Einlassport 34 und den Auslassport 36 mit
dem Wärmetauscher 8.
Ein Einlassport 40 und ein Auslassport 42 sind
auf dem Gehäuse 10 vorgesehen,
um ein Kühlmedium zum
Kühlen
eines Paars von Entladungselektroden 4a und 4b hindurchzulassen.
-
Rohre 41 und 43 verbinden
den Einlassport 40 und den Auslassport 42 mit
den Entladungselektroden 4a und 4b. Ein Rohr 45 verbindet
die Entladungselektroden 4a und 4b. Die Befestigungsaufnahme 22 befestigt
das Gehäuse 10 an
einer anderen Anordnung.
-
Der
Betrieb des Oszillators verläuft
wie nachstehend geschildert.
-
In
dem Gehäuse 10 erzeugen
die beiden Elektroden 4a und 4b eine Entladung
und erregen das Lasermediumsgas, und das Gebläse 6 wälzt das Lasermediumsgas
um. Das Lasermediumsgas wird durch den Wärmetauscher 8 gekühlt. Das
Lasermediumsgas gelangt zwischen den Entladungselektroden 4a und 4b hindurch
und wird bis zu einem Laseroszillations-Zustand angeregt. Das Lasermediumsgas,
welches infolge der Entladung auf eine hohe Temperatur erwärmt wurde,
fließt
in den Kanal 3, wird durch den Wärmeaustauscher 8 abgekühlt, und
wird in Richtung eines Pfeils A mit Hilfe des Gebläses 6 umgewälzt. Ein
Spiegelresonator wird durch den Teilreflektor 32, der in
der Laserstrahlreflektoreinheit 5a vorgesehen ist, und
den Totalreflektor 26 gebildet, der in der Laserstrahlreflektoreinheit 5b vorgesehen ist,
und diese beiden Teile sind in der Längsrichtung des Gehäuses 10 angeordnet.
Ein optischer Pfad, der durch den Spiegelresonator gebildet wird,
verläuft
durch einen angeregten Bereich, in welchem das Lasermediumsgas durch
die Entladung angeregt wird.
-
Der
von dem Totalreflektor 26 reflektierte Laserstrahl erreicht
den Teilreflektor 32. Ein Teil des Laserstrahls, der den
Teilreflektor 32 erreicht hat, kann nach außen austreten,
und der Rest kehrt zum Totalreflektor 26 auf entgegengesetztem
Weg zurück,
wodurch dieser Vorgang wiederholt wird. Der Laserstrahl wird beim
wiederholten Durchgang durch den angeregten Bereich wie voranstehend
geschildert verstärkt,
und wird von dem Teilreflektor 32 nach außen abgegeben.
Die Laserstrahlreflektoreinheiten 5a und 5b sind
auf einem Paar von Basisplatten 20a und 20b angebracht,
die von den drei Halterungsstangen 24a, 24b und 24c gehaltert
werden. Die Federbälge 7 verbinden
das Gehäuse 10 und
die Basisplatten 20a und 20b, die an der rechten
Seite des Gehäuses vorgesehen
sind, miteinander, so dass auf sie keine äußeren Kräfte übertragen werden.
-
Im
Betrieb des Laseroszillators muss ein Kühlmittel wie beispielsweise
Wasser von einer Kühleinheit
oder dergleichen (nicht gezeigt) geliefert werden. Das in das Gehäuse 10 über den
Einlassport 34 eingeführte
Kühlmittel
wird dem Wärmetauscher 8 durch
das Rohr 35 zugeführt,
und aus dem Gehäuse 10 durch
den Auslassport 36 ausgestoßen. Das in das Gehäuse 10 über den
Einlassport 40 hineingelangte Kühlmittel tritt in die untere
Entladungselektrode 4b durch das Rohr 41 ein,
gelangt in die obere Entladungselektrode 4a durch das Rohr 45,
und wird aus dem Gehäuse 10 durch
das Rohr 43 und den Auslassport 42 ausgestoßen. Das
Gehäuse 10 ist
an einer verhältnismäßig steifen
Anordnung befestigt, beispielsweise einem mit einem Fundament versehenen
Boden oder einem Gestell einer Stromversorgungstafel zum Liefern
von Energie an den Laseroszillator, unter Verwendung der vier Befestigungsaufnahmen 22 im
unteren Abschnitt des Gehäuses.
-
Als
nächstes
wird eine Halterungsanordnung für
das Gehäuse 10 und
die Basisplatten 20a und 20b beschrieben. Die
Basisplatte 20a wird durch die drei Halterungsstangen 24a, 24b und 24c gehaltert. Die
Halterungsanordnung der Halterungsstangen 24a, 24b und 24c in
Bezug auf das Gehäuse 10 ist unterschiedlich.
Wie nämlich
aus 14 hervorgeht, wird
die Halterungsstange 24a durch das kugelförmige Lager 14a in
dem Gehäuse 13 gehaltert,
welches auf dem Gehäuse 10 angebracht
ist. Die Basisplatte 20a ist an einem axialen Ende der
Halterungsstange 24a durch die Mutter 9 befestigt.
Wie in 15 gezeigt ist,
ist das Kugellager 11 an der Halterungsstange 24b befestigt,
und die Stütze 12 ist
an dem Gehäuse 10 durch
den Bolzen 18 befestigt und berührt linear die untere Oberfläche und
die ebene Oberfläche
des Kugellagers 11. Der Ansatz 17 dient dazu, das
Kugellager 11 zu positionieren, wenn die Halterungsstange 24b an
der Basisplatte 20a durch die Mutter 9 befestigt
wird. Wie in 13 gezeigt
ist, ist die Halterungsstange 24c an der Basisplatte 20a durch
die Mutter 9 befestigt, so dass sie gegenüber dem
Gehäuse 10 isoliert
ist. Die drei Halterungsstangen 24a, 24b und 24c bestehen
aus einem Material mit einem kleineren linearen Expansionskoeffizienten,
beispielsweise Invar, so dass die Basisplatten 20a und 20b ihre
parallele Anordnung beibehalten, selbst bei einer Temperaturänderung.
-
Im
Betrieb des Laseroszillators wird zuerst das Gebläse 6 in
Gang gesetzt. Gleichzeitig wird ein Kühlmittel, im allgemeinen mit
einer niedrigeren Temperatur als Zimmertemperatur (also beispielsweise 10°C) dem Wärmetauscher 8 und
den Entladungselektroden 4a und 4b zugeführt, damit
die Temperatur und die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels
einen vorbestimmten Zustand an einem Eintrittsabschnitt zwischen
den Entladungselektroden 4a und 4b annehmen, so
dass das Lasermediumsgas durch die Entladung wirksam angeregt wird.
Nachdem das Kühlmittel
zugeführt
wurde, läuft
das Lasermediumsgas mit hoher Geschwindigkeit im Kreislauf um, wenn das
Gebläse 6 eine
vorbestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht hat, so dass das
Lasermediumsgas eine vorbestimmte Temperatur und eine vorbestimmte
Flussgeschwindigkeit aufweist. Die Zeit, die für diesen einleitenden Betrieb
erforderlich ist, entspricht einer Anstiegszeit, während derer
die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläses 6 einen vorbestimmten
Wert erreicht. Wenn der Laseroszillator betriebsbereit ist, so befindet
sich der Laser in einem Zustand, in welchem er schwingen kann.
-
Das
Gehäuse 10 ändert seine
Temperatur allmählich
von Zimmertemperatur bis zu einer Temperatur nahe der Temperatur
des Kühlmittels,
da das Kühlmittel
durch die Einlassports 34 und 40 und die Auslassports 36 und 42 hindurchgeht.
Die Zeitkonstante der Temperaturänderung
wird durch die Wärmekapazität des Gehäuses 10 bestimmt.
Die Zeitkonstante ist größer als
die Anstiegszeit des Laseroszillators, und ändert sich allmählich, selbst
nachdem der Laseroszillator betriebsbereit ist. Wenn die Temperatur
des Kühlmittels
niedriger ist als die Zimmertemperatur, so wird ein Abschnitt des
Gehäuses 10, der
in 16 durch enge, gestrichelte
Schraffurlinien dargestellt ist, teilweise abgekühlt, infolge der Wärmeleitung
von dem Einlassport 34, 40 oder dem Auslassport 36, 42.
Dann zieht sich, wie in 16 dargestellt
ist, nur der obere Abschnitt (der Teil an der Seite der Leitung 3)
zusammen, infolge einer linearen Ausdehnung, wodurch eine Verformung
in dem Gehäuse 10 hervorgerufen
wird. Dies führt
dazu, dass sich die Positionen der von dem Gehäuse 10 gehalterten
Basisplatten 20a und 20b ändern, so dass die Ausstrahlrichtung
des Laserstrahls sich ändert,
wenn der Laser schwingt. Dieser Effekt tritt zum Zeitpunkt des Anstiegs
oder Absinkens des Laseroszillators auf, und hat eine relativ hohe
Zeitkonstante. Das Ausmaß der
Verformung des Gehäuses 10 wird
durch die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels
und der Umgebungstemperatur bestimmt. Dieser Effekt wird als "erste Art der Gehäuseverformung" bezeichnet.
-
Im
Betrieb des Laseroszillators fließt das Lasermediumsgas, welches
eine hohe Temperatur angenommen hat, nachdem es an den Entladungselektroden 4a und 4b vorbeigelangt
ist, in den Kanal 3, so dass der Kanal 3 eine
hohe Temperatur annimmt. Daher empfängt das Gehäuse 10 neben dem Kanal 3 ankommende
Wärme,
infolge von Wärmestrahlung von
dem heißen
Kanal 3 aus, so dass ein Teil des Gehäuses 10, der dem Kanal 3 gegenüberliegt,
einen allmählichen
Temperaturanstieg erfährt
und sich infolge von Wärmeausdehnung
ausdehnt. Wie in 17 gezeigt
ist, tritt deswegen eine Verformung des Gehäuses 10 auf. Dies
führt dazu,
dass die Strahlrichtung des Laserstrahls sich ändert, wenn der Laser schwingt.
Dieser Effekt wird durch das Einschalten und Ausschalten des Laseroszillators
hervorgerufen und weist eine relativ große Zeitkonstante auf. Das Ausmaß der Verformung
des Gehäuses 10 wird
durch die Größe der Entladungseingangsleistung
bestimmt. Dieser Effekt wird als "zweite Art der Gehäuseverformung" bezeichnet.
-
Bei
dem Oszillator nach dem Stand der Technik sind die drei Halterungsstangen 24a, 24b und 24c auf
den Basisplatten 20a und 20b auf dieselbe Weise gehaltert,
und sind keine Bauteile vorgesehen, um mechanisch die Relativposition
zwischen dem Gehäuse 10 und
den beiden Basisplatten 20a und 20b festzulegen,
die an den drei Halterungsstangen 24a, 24b und 24c befestigt
sind. Dies liegt daran, dass die Halterungsstange 24a auf
der Innenoberfläche
des kugelförmigen
Lagers 14a gleiten kann, wie in 25 gezeigt
ist, und die Halterungsstange 24b zwischen dem Kugellager 11,
welches mechanisch durch den Ansatz 17 positioniert wird,
und der Stütze 12 gleiten
kann. Wenn auf einem derartigen Gleitabschnitt beim Transport oder
dergleichen eine hohe Beschleunigung ausgeübt wird, kann daher der Gleitabschnitt
möglicherweise
gleiten, und ein abgestufter Abschnitt der Halterungsstange 24a und
das Gehäuse 13,
oder der abgestufte Abschnitt der Halterungsstange 24b und
die Stütze 12,
gelangen in Berührung miteinander.
Obwohl das Gehäuse 10 und
die Basisplatte 20a voneinander isoliert sind, bevor die
voranstehend genannten Teile in Berührung miteinander kommen, empfangen
sie direkt die Verformungskraft von dem Gehäuse infolge des voranstehend
geschilderten Kontakts. Daher werden die Basisplatten 20a und 20b direkt
durch eine starke Änderung
des Gehäuses 10 beeinflusst,
wodurch die Wiederholbarkeit in Bezug auf die Strahlrichtung des
Lasers beeinträchtigt
oder verhindert wird.
-
Wenn
die erste Art der Gehäuseverformung oder
die zweite Art der Gehäuseverformung
stattfindet, wird die Entfernung zwischen den beiden kugelförmigen Lagern 14,
die auf dem Gehäuse 10 befestigt
sind, welches die Halterungsstange 24a haltert, in Bezug
aufeinander geändert,
infolge einer linearen Expansion (oder Kontraktion) infolge der
Temperaturänderung
des Gehäuses 10.
Daher muss die Halterungsstange 24a auf irgendeiner der
Kontaktoberflächen der
beiden kugelförmigen
Lager 14a und 14b gleiten. Hierbei ist es nicht
sicher, ob die Basisplatte 20a gleitet oder ob die Basisplatte 20b gleitet,
da die Platte gleiten wird, welche zu diesem Zeitpunkt den niedrigsten
Reibungskoeffizienten aufweist. Weiterhin ist nicht sichergestellt,
dass die ins Gleiten gelangte Seite des Gehäuses 10 infolge der
Gehäuseverformung
im selben Ausmaß gleitet,
wenn das Gehäuse 10 in
den Zustand vor der Verformung zurückgelangt ist. Es gibt daher
nur eine geringe Wiederholbarkeit für die Relativposition zwischen
dem Gehäuse 10 und
den Basisplatten 20a und 20b, wenn die Anstiegs-
und Abfallvorgänge
des Laseroszillators und die Einschalt- und Ausschaltvorgänge des
Lasers wiederholt werden. Daher ist es möglich, dass der abgestufte
Abschnitt der Halterungstange 24a und das Gehäuse 13,
oder der abgestufte Abschnitt der Halterungsstange 24b und
die Stütze 12,
manchmal miteinander in Berührung
kommen, wodurch infolge der Berührung
die Wiederholbarkeit der Laserstrahlausrichtung beeinträchtigt wird.
-
Es
wurde angenommen, dass sich die Eigenschaften des Laserstrahls im
Betrieb des Lasers nicht ändern,
wenn die parallele Anordnung der Resonatorspiegel beibehalten wird.
Allerdings ist bekannt, dass sich derartige Eigenschaften wie die
Strahlart und die Konvergenzleistung des Laserstrahls geringfügig ändern, wenn
die Relativposition der gegenüberliegenden
Resonatorspiegel, nämlich
die Relativposition der beiden Basisplatten 20a und 20b und des
Gehäuses 10,
versetzt wird. Gewöhnlich
ergibt dies eine Änderung
der Relativlängen
des Gehäuses 10,
welches aus einem Material wie etwa Stahl besteht, und der Halterungsstangen 24a, 24b und 24c, die
aus einem Material mit niedriger linearer Ausdehnung bestehen, jedes
Mal dann, wenn sie beim Transport oder dergleichen in Schwingungen
versetzt werden, oder wenn die erste oder zweite Art der Gehäuseverformung
hervorgerufen und wiederholt wird.
-
Darüber hinaus
kehrt die Relativposition zwischen den Basisplatten 20a und 20b und
dem Gehäuse 10 nicht
immer in die Ursprungsposition zurück, wenn diese Teile wieder
ihre ursprüngliche
Länge annehmen.
Es ist möglich,
dass eine Versetzung der Relativpositionen im Verlauf der Zeit größer wird. Daher ändern sich
manchmal die Eigenschaften des Laserstrahls im Verlauf der Zeit.
Wenn der Laseroszillator für
eine Laserbearbeitung mit hoher Genauigkeit oder dergleichen verwendet
wird, tritt daher in der Hinsicht ein Problem auf, dass sich die
Auswirkungen der Bearbeitung im Verlauf der Zeit ändern.
-
Die
JP 60-254 683 A offenbart einen Laseroszillator, bei dem das Lasergehäuse an den
Enden eingespannt ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laseroszillator
zu schaffen, bei dem das Gehäuse
eine vergleichsweise hohe thermische Belastbarkeit aufweist, so
dass bei betriebsbedingter Erwärmung
des Laseroszillators dessen Gehäuse formstabil
bleibt und somit auch die ausgesendete Laserstrahlung in ihrer räumlichen
Ausrichtung hierbei keinen störenden
Schwankungen unterworfen wird.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Laseroszillator nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
-
Weiterbildungen
hiervon ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, woraus
auch weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 einen
vergrößerten Schnitt
einer Ausführungsform
eines Laseroszillators, wobei eine Halterungsstange und ein Halterungsteil
gezeigt sind, welche eine Basisplatte an einem Gehäuse haltern;
-
2 eine
Ansicht der rechten Seite einer weiteren Ausführungsform des Laseroszillators;
-
3 eine
Ansicht der linken Seite der weiteren Ausführungsform des Laseroszillators;
-
4 einen
vergrößerten Schnitt,
entlang der Linie 15-15 von 2, der weiteren
Ausführungsform
eines Laseroszillators, wobei eine Halterungsstange und ein Halterungsteil
gezeigt sind, welche eine Basisplatte an einem Gehäuse haltern;
-
5 eine
Aufsicht mit einer schematischen Darstellung einer dritten Ausführungsform
des Laseroszillators;
-
6 eine
Aufsicht mit einer schematischen Darstellung der Erzeugung einer
Wärmeverformung eines
Gehäuses
bei einer Abänderung
der dritten Ausführungsform
eines Laseroszillators gemäß der Erfindung;
-
7 eine
Aufsicht auf eine vierte Ausführungsform
eines Laseroszillators;
-
8 eine
Aufsicht, welche schematisch die Erzeugung einer Wärmeverformung
bei einem Gehäuse
bei einer Abänderung
der vierten Ausführungsform
eines Laseroszillators gemäß der Erfindung
zeigt;
-
9 eine
perspektivische schematische Darstellung eines herkömmlichen
Laseroszillators nach der JP 63-64 073 A;
-
10 eine
Vorderansicht eines herkömmlichen
Laseroszillators nach der JP 64-832;
-
11 eine
Aufsicht auf den Oszillator von 10;
-
12 eine
Ansicht der rechten Seite des Oszillator von 10;
-
13 einen
vergrößert dargestellten Schnitt
entlang der Linie 24-24 mit Einzelheiten des Oszillator von 12;
-
14 einen
vergrößert dargestellten Schnitt
entlang der Linie 25-25 mit einer Darstellung von Einzelheiten des
Oszillator von 12;
-
15 einen
vergrößert dargestellten Schnitt
entlang der Linie 26-26 mit einer Darstellung von Einzelheiten des
Oszillator von 12;
-
16 eine
Aufsicht, welche schematisch die Erzeugung einer Wärmeverformung
bei einem Gehäuse
beim Stand der Technik für
einen Laseroszillator zeigt; und
-
17 eine
Aufsicht, welche schematisch die Erzeugung einer Wärmeverformung
auf einem Gehäuse
beim Stand der Technik für
einen Laseroszillator zeigt.
-
Der
erfindungsgemäße Laseroszillator
weist grundsätzlich
denselben Aufbau auf wie der Laseroszillator nach dem Stand der
Technik gemäß 9, abgesehen
von den charakteristischen Einzelheiten, die nachstehend beschrieben
sind, und deswegen wird eine Beschreibung der gleichen oder entsprechenden
Teile oder Elemente nachstehend nicht erneut vorgenommen. In den 1 und 2 werden dieselben
Bezugszeichen für
gleiche oder entsprechende Teile oder Elemente verwendet wie bei
dem in den 9 und 10 gezeigten
Stand der Technik, und deswegen erfolgt insoweit keine erneute Beschreibung.
Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede
zwischen dem erfindungsgemäßen Laseroszillator
und dem Laseroszillator nach dem Stand der Technik.
-
Wie
aus den Figuren hervorgeht, weist die erste Ausführungsform des Laseroszillators
ein Gehäuse 10 auf,
welches abgedichtet ein Lasermediumsgas enthält. Ein Paar von Entladungselektroden 4a und 4b,
die einander gegenüberliegen,
ist in dem Gehäuse 10 angeordnet,
und erzeugt eine Laserstrahl-Oszillation nter Verwendung des Lasermediumgases.
Ein Gebläse 6 als
Umwältzvorrichtung wälzt das
Lasermediumgas in dem Gehäuse 10 um. Weiterhin
ist ein Wärmetauscher 8 in
dem Gehäuse 10 angeordnet
zum Kühlen
des Lasermediumgases, welches durch die Entladung an den Entladungselektroden 4a, 4b auf
eine hohe Temperatur erhitzt wurde. Diese Anordnungen sind ähnlich wie
beim vorstehend geschilderten Stand der Technik.
-
1 zeigt
einen vergrößerten schnitt
einer ersten Ausführungsform
eines Laseroszillators, wobei eine Halterungsstange und ein Halterungsteil
gezeigt sind, welche eine Basisplatte an einem Gehäuse haltern. 1 entspricht
einem Schnitt entlang der Linie 26-26 von 12. Der
erfindungsgemäße Laseroszillator
gemäß dieser
Ausführungsform
weist denselben grundlegenden Aufbau auf wie der Laseroszillator
nach dem Stand der Technik gemäß 9,
abgesehen von charakteristischen Merkmalen, die nachstehend beschrieben
werden, und daher erfolgt nachstehend keine erneute Beschreibung gleicher
oder entsprechender Elemente.
-
In
der Figur ist eine Feder 661 zwischen dem Kugellager und
der Halterungsstange 24b angeordnet, damit das Kugellager 11 immer
in Berührung
mit einem Ansatz der Halterungsstange 24b steht.
-
Wie
voranstehend erläutert,
bestehen der Ansatz 17 und das Kugellager 11 des
in 15 gezeigten Standes der Technik vorzugsweise
aus einem Material wie beispielsweise Invar, welches einen niedrigen
linearen Expansionskoeffizienten aufweist. Allerdings ist ein derartiges
Material sehr schwer zu bearbeiten, so dass diese Anordnungen tatsächlich aus üblicheren
Metallen hergestellt werden, beispielsweise Eisen oder Stahl, die
einfacher zu bearbeiten sind. Wenn derartige Teile ihre Temperatur ändern, tritt
eine Wärmeausdehnung
auf, entsprechend der Länge
des Ansatzes 17 und des Kugellagers 11. Wenn die
Temperatur hoch wird, dehnen sich der Ansatz 17 und das
Kugellager 11 stärker
aus als die Halterungsstange 24b. Daher wird beim Stand
der Technik die Entfernung zwischen der Schulter oder dem Ansatz
der Halterungsstange 24, welche das Kugellager 11 und
die Basisplatte 20a berührt
länger, so
dass die Entfernung zwischen den beiden Basisplatten 20a und 20b in
einem Abschnitt vergrößert wird,
der von der Halterungsstange 24b gehaltert wird, wodurch
die Parallelität
der Basisplatten 20a und 20b verloren geht.
-
Im
Gegensatz hierzu ist bei der Ausführungsform von 1 die
Feder 661 statt des Ansatzes 17 vorgesehen, so
dass das Kugellager 11 gegen die Schulter oder den Ansatz
der Halterungsstange 24b durch die Druckkraft der Feder 661 angedrückt wird. Diese
Anordnung bringt nicht nur eine Vorspannung auf diese Teile auf,
sondern dient auch dazu, Längenänderungen
aufzunehmen, die durch Wärmeausdehnung
hervorgerufen werden. Wenn sich nämlich das Kugellager 11 in
seiner Axialrichtung infolge einer Temperaturänderung ausdehnt, so wird die Zwangskraft der
Feder 661 entsprechend größer, jedoch wird die Entfernung
zwischen der Schulter der Halterungsstange 24b und der
Basisplatte 20a immer noch durch die Länge der Halterungsstange 24b festgelegt.
Die Halterungsstange 24b selbst besteht aus einem Material
mit niedrigem linearen Ausdehnungskoeffizienten, so dass die Parallelität der Basisplatten 20a und 20b mit
hoher Genauigkeit aufrechterhalten wird. Daher wird die Laserstrahlausstrahlrichtung
stabilisiert, wenn der Laser schwingt.
-
Kurz
gefasst, wird bei der voranstehend geschilderten Anordnung die Relativposition
eines der beiden Kugellager 11 und der Halterungsstange 24b, die
mit der Basisplatte 20a verbunden ist, mechanisch festgelegt.
-
Daher
kann die Relativposition des Kugellagers 11 und der Halterungsstange 24b aufrechterhalten
werden, um so eine gegenseitige Störung der Halterungsstange 24b und
des Gehäuses 10 auszuschalten.
-
Dies
führt dazu,
dass die Wiederholbarkeit der Positionierung der Basisplatten 20a und 20b relativ
zum Gehäuse 10 verbessert
wird, so dass die Basisplatten 20a und 20b nicht
negativen Einflüssen einer
Wärmeverformung
des Gehäuses 10 unterliegen.
-
Während bei
der dargestellten Ausführungsform
das Kugellager 11 an die Halterungsstange 24b durch
die Feder 661 angedrückt
wird, kann stattdessen jedes elastische Teil verwendet werden, um
dieselbe Funktion und dieselben Wirkungen auszuüben.
-
2 ist
eine Ansicht der rechten Seite einer zweiten Ausführungsform
eines Laseroszillators. 3 ist eine Ansicht der linken
Seite der zweiten Ausführungsform
des Laseroszillators. 4 ist ein vergrößerter Schnitt, entlang
der Linie 15-15 von 2, der zweiten Ausführungsform
des Laseroszillators, und zeigt eine Halterungsstange und ein Halterungsteil,
welche eine Basisplatte an einem Gehäuse haltern. Der erfindungsgemäße Laseroszillator
bei dieser Ausführungsform
weist denselben Aufbau auf wie der Laseroszillator nach dem Stand
der Technik gemäß 9,
abgesehen von bestimmten charakteristischen Merkmalen, die nachstehend
erläutert sind,
und eine erneute Beschreibung gleicher Elemente findet nachstehend
nicht statt. Die zweite Ausführungsform
weist Verbesserungen in den Halterungsanordnungen für die Basisplatte
auf, und die übrige
Anordnung ist ähnlich
wie beim Stand der Technik. In 4 werden
dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Elemente
wie vorher verwendet, und insoweit erfolgt keine erneute, detaillierte
Beschreibung. Hierbei ist ein Schnitt entlang der Linie 25-25 von 3 ebenso
wie bei der Anordnung nach dem Stand der Technik gemäß 14.
Schnitte entlang der Linie 26-26 und der Linie 24-24 der 2 und 3 sind
ebenso wie bei den Anordnungen nach dem Stand der Technik gemäß 15 und 13.
-
In 4 ist
eine Feder 762 zwischen dem kugelförmigen Lager 14 und
der Halterungsstange 24a angeordnet, so dass sie das kugelförmige Lager 14 dazu
veranlasst, ständig
in Berührung
mit einer Schulter der Halterungsstange 24a zu stehen.
-
Bei
dem Laseroszillator nach dem Stand der Technik sind die Halterungsanordnungen
für jede
der drei Halterungsstangen 24a, 24b und 24c an
beiden Enden oder an der Seite der Basisplatte 20a und
der Seite der Basisplatte 20b gleich. Während sich die Halterungsstange 24a und
das Gehäuse 13 unabhängig bewegen,
falls sie nicht in Berührung
stehen, bewegen sich die Halterungsstange 24a und die hierdurch
gehalterte Basisplatte 20a entsprechend der Verzerrung
des Gehäuses 10,
sobald die Schulter der Halterungsstange 24a an das Gehäuse 13 anstößt. Da der
Abschnitt, in welchem die Berührung zwischen
der Halterungsstange 24a und dem Gehäuse 13 stattfindet,
nicht immer derselbe ist, ist die Wiederholbarkeit bezüglich der
Bewegungen der Basisplatten 20a und 20b niedrig,
und dies stellt einen Faktor in Bezug auf mangelnde Wiederholbarkeit
der Laserstrahlausrichtung dar.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
weist die Halterungsstange 24a unterschiedliche Halterungsanordnungen
an entgegengesetzten Enden oder an der Seite der Basisplatte 20a und
der Seite der Basisplatte 20b auf.
-
Hierbei
ist nämlich
ein Paar kugelförmiger Lager 14 auf
den Außenumfang
der entgegengesetzten Enden der Halterungsstange 24a über die
Gehäuse 13 bzw.
die Flansche 15 aufgepasst. Eines der Lager 14,
oder jenes an der Seite der Basisplatte 20a, wird jedoch
an. die Schulter der Halterungsstange 24a durch die Feder 762 gedrückt, um
so mechanisch seine Positionsbeziehung zur Basisplatte 20a festzulegen.
Wenn eine starke Beschleunigung auf das Lager 14 zum Zeitpunkt
des Transports oder dergleichen einwirkt, so ändert sich daher die Relativposition
der Basisplatten 20a und 20b und des Gehäuses 10 nicht,
so dass die Wiederholbarkeit der Laserstrahlausrichtung verbessert
ist. Selbst wenn die Länge
der Halterungsstange 24a, 24b, 24c und
die Länge
des Gehäuses 10 sich
jeweils ändern,
infolge wiederholter Einschalt- und Ausschaltvorgänge des Laseroszillators,
oder infolge einer Änderung
der Umgebungstemperatur, kehren die Relativpositionen zwischen den
Basisplatten 20a und 20b und dem Gehäuse 10 immer
in die anfänglich
eingestellte Anordnung zurück,
wenn diese Teile wieder ihre Ausgangslängen annehmen. Daher ergeben
sich keine zeitlichen Änderungen
der Eigenschaften des Laserstrahls. Wenn sich wie bei der ersten
Ausführungsform
das kugelförmige
Lager 14 in seiner Axialrichtung durch eine Temperaturänderung
ausdehnt, so wird die Zwangskraft der Feder 762 entsprechend größer, jedoch
wird die Entfernung zwischen der Schulter der Halterungsstange 24a und
der Basisplatte 20a immer noch durch die Länge der
Halterungsstange 24a festgelegt. Die Halterungsstange 24a selbst
besteht aus einem Material mit niedrigem linearen Expansionskoeffizienten,
so dass die Parallelität
der Basisplatten 20a und 20b mit hoher Genauigkeit
aufrechterhalten bleibt. Daher wird die Laserstrahlausrichtung stabilisiert,
wenn der Laser schwingt.
-
Kurz
gefasst wird bei der voranstehend geschilderten Anordnung die Relativposition
eines der beiden kugelförmigen
Lager 14 und der Halterungsstange 24a, die mit
der Basisplatte 20a verbunden ist, mechanisch festgelegt.
-
Daher
kann die Relativposition des kugelförmigen Lagers 14 und
der Halterungsstange 24a in ordnungsgemäßem Zustand gehalten werden,
um so Störungen
der Halterungsstange 24a und des Gehäuses 10 auszuschalten.
-
Dies
führt dazu,
dass die Wiederholbarkeit der Einstellung der Positionen der Basisplatten 20a und 20b in
Bezug auf das Gehäuse 10 verbessert wird,
so dass die Basisplatten 20a und 20b nicht durch
Wärmeverformungen
des Gehäuses 10 beeinträchtigt werden.
-
5 ist
eine schematische Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform
des Laseroszillators. Diese Ausführungsform
zeigt eine Anordnung, bei welcher Befestigungsaufnahmen 822 an
vier Ecken des Gehäuses 10 bei
einer Betrachtung von oben angeordnet sind, nämlich an dessen Längsenden.
-
Der
Betrieb des wie voranstehend geschildert aufgebauten Laseroszillators
wird nachstehend erläutert.
-
Im
Betrieb des Laseroszillators fließt das Lasermediumsgas, welches
nach dem Durchgang durch das Paar der Entladungselektroden 4a und 4b eine
hohe Temperatur aufweist, in den Rohrleitungen 203a und 203b,
und die Rohrleitungen 203a und 203b werden auf
eine hohe Temperatur erwärmt. Dann
empfangen Abschnitte des Gehäuses 10 in
der Nähe
der Rohrleitungen 203a und 203b Wärme von den
Rohrleitungen 203a bzw. 203b, durch Wärmestrahlung
der Rohrleitungen 203a und 203b. Daher steigt
die Temperatur der Abschnitte, welche den Rohrleitungen 203a und 203b gegenüberliegen,
allmählich
an, und sie dehnen sich aus. Die Abschnitte des Gehäuses 10 werden
durch Wärmestrahlung von
den Rohrleitungen 203a und 203b erwärmt, und dehnen
sich linear aus. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Befestigungsaufnahmen 822 an den
Längsenden
des Gehäuses 10 in 5 angeordnet
sind, werden die Ausdehnungen infolge linearer Expansion an beiden
Querseiten (der oberen und unteren Seite in der Figur) des Gehäuses 10 vollständig ausgeschaltet.
Es gibt daher keine zweite Art der Gehäuseverformung, so dass die
Laserstrahlausrichtung stabilisiert wird, wenn der Laser schwingt.
-
Weiterhin
sind bei der vorliegenden Ausführungsform
die Einlassports 234a und 234b und die Auslassports 236a und 236b für die Wärmetauscher 208a und 208b an
im wesentlichen symmetrischen Orten in Bezug auf den Zentrumspunkt
des Gehäuses 10 angeordnet,
bei einer Betrachtung in Richtung nach oben. Diese Ports 234a, 234b, 236a und 236b sind
sämtlich
innerhalb der Befestigungsaufnahmen 822 angeordnet, so
dass Kontraktionen infolge linearer Expansion entsprechend an den
oberen und unteren Seiten in der Figur des Gehäuses 10 auftreten. Daher
treten keine derartigen Verformungen auf, welche eine Auslenkung
des Gehäuses 10 hervorrufen würden, so
dass die Laserstrahlausrichtung stabilisiert ist, wenn der Laser
schwingt.
-
Zwar
hat die vorliegende Ausführungsform zwei
Gebläse 206a und 206b,
zwei Wärmetauscher 208a und 208b,
und zwei Rohrleitungen 203a und 203b, jedoch können, wie
in 17 gezeigt ist, vier Gebläse 806a, 806b, 806c und 806d,
vier Wärmetauscher 808a, 808b, 808c und 808d,
und vier Rohrleitungen 803a, 803b, 803c und 803d vorgesehen
sein, während
die Teile in jeder Gruppe im wesentlichen symmetrisch in Beziehung
zum Zentrumspunkt des Gehäuses 10 angeordnet
sind, bei einer Betrachtung in Richtung nach oben.
-
7 ist
eine Aufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Laseroszillators.
Bei dieser Ausführungsform
sind Befestigungsaufnahmen 922 an den Längsenden des Gehäuses 10 wie bei
der achten Ausführungsform
vorgesehen. Ein Einlassport 934 und ein Auslassport 936 zum
Durchlassen des Kühlmittels
zum Wärmetauscher 8 und von
diesem weg sind an im wesentlichen symmetrischen Orten in Bezug
auf den Zentrumspunkt des Gehäuses 10 angeordnet,
gesehen bei einer Betrachtung in Richtung nach oben. In diesem Fall
sind der Einlassport 934 und der Auslassport 936 im
wesentlichen in derselben Entfernung von dem Zentrum in Querrichtung
des Gehäuses
angeordnet, gesehen bei einer Betrachtung in Richtung nach oben.
-
Nachstehend
wird der Betriebsablauf des wie voranstehend geschilderten aufgebauten
Laseroszillators beschrieben.
-
Da
der Einlassport 934 und der Auslassport 936 innerhalb
der vier Befestigungsaufnahmen 922 angeordnet sind, finden
Kontraktionen infolge linearer Expansion auf gleiche Weise an der
oberen und unteren Seite in 16 des
Gehäuses 10 insgesamt statt.
Daher treten keine Verformungen auf, die eine Auslenkung des Gehäuses 10 hervorrufen
würden, so
dass die erste Art der Gehäuseverformung
begrenzt werden kann, und die Laserstrahlausrichtung stabilisiert
ist, wenn der Laser schwingt.
-
Darüber hinaus
wird das Gehäuse 10 durch die
Ports 934 und 936 unter denselben Bedingungen an
der rechten und linken Seite in der Laserstrahlrichtung gekühlt.
-
Diese
Ausführungsform
kann abgeändert werden,
wenn die Relativpositionen des Einlassports 934 und des
Auslassports 936a wie in 8 gezeigt geändert werden.
Bei dieser abgeänderten
Ausführungsform
gemäß 8 sind
der Einlassport 934 und der Auslassport 936a an
im wesentlichen entgegengesetzten Positionen in Bezug auf die in
Querrichtung verlaufende Zentrumslinie des Gehäuses 10 angeordnet,
bei einer Betrachtung in Richtung nach oben. Bei dieser Ausführungsform
finden Kontraktionen infolge linearer Expansion insgesamt auf gleiche Weise
an der oberen und unteren Seite in dieser Figur des Gehäuses 10 statt,
wie bei der Ausführungsform
von 7. Daher treten keine Verformungen auf, die ein
Auslenkung des Gehäuses 10 hervorrufen
würden,
so dass die erste Art der Gehäuseverformung
begrenzt werden kann, und die Laserstrahlausrichtung stabilisiert
ist, wenn der Laser schwingt.
-
Zwar
weist diese Ausführungsform
Verbesserungen der Relativposition des Einlassports 934 und
des Auslassports 936 für
den Wärmetauscher 8 auf,
jedoch kann diese Einstellung der Relativpositionen auch bei dem
Einlassport 40 und dem Auslassport 42 für die Entladungselektroden 4a und 4b vorgesehen
werden.
-
Der
Einlassport 40 und der Auslassport 42 können nämlich einander
gegenüberliegend
oder im wesentlichen symmetrisch angeordnet werden, im wesentlichen
in derselben Entfernung von der Zentrumslinie des Gehäuses 10 parallel
zur Entladungselektrode 4a, 4b.