激光器諧振腔結構架及加工裝配工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光學諧振腔結構架及其相應加工與裝配領域，特別涉及一種軸快流
0)2激光器諧振腔結構架及其裝配工藝。
[0002]
【背景技術】
[0003]光學諧振腔是光波在其中來回反射從而提供光能反饋的空腔，它是激光器的必要組成部分，理論上的諧振腔通常是由兩塊與工作介質軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構成，由于激光器所發(fā)出的光波波長很短，所以激光器在使用過程中的一點微小的異常變形就會引起激光器出光功率和模式的變化，同時也會有出光方向的微小漂移，進而會引起激光切割機在切割質量上的變化，直至不能正常使用。
[0004]對于軸快流CO2激光器，為了保證諧振腔的工作穩(wěn)定，作為諧振腔的總支撐，諧振腔結構架的工作穩(wěn)定性就尤為重要。目前國內生產(chǎn)的軸快流CO2激光器都是折疊腔，其諧振腔結構架如圖1所示，主要由前端板2、后端板I和腔結構管3等部件組成，其中腔結構管3一般有三根或四根(以下皆以四根為例進行敘述)，如圖3所示，其端部通過連接外螺紋5和螺母4與前端板2和后端板I連接在一起；在前端板2和后端板I開有相應的孔，現(xiàn)有原諧振腔結構架端板安裝孔如圖2中的諧振腔結構管固定臺階孔6所示，每個端板上各有四個，為階梯孔，其大孔徑與腔結構管3配合起定位作用，臺階起限位作用，并有保持腔結構管3在長度方向上的精度作用。然而由于軸快流CO2激光器生產(chǎn)廠家在加工精度上的不足和安裝工藝上的欠缺，并不能保證前端板2和后端板I在安裝后的精度和平行度能夠滿足后期的使用要求。
[0005]在研宄現(xiàn)有軸快流0)2激光器諧振腔結構架設計方案時認為:圖2中前后兩個端板共有八個臺階孔6，在加工時不適合同時加工，因此必然是分別加工，于是在加工時臺階的深度誤差就無法避免，而且臺階為內臺階，不方便磨削，表面粗糙度也較難做到一致；這樣在通過圖1中連接外螺紋5和螺母4把腔結構管3的端面與臺階孔6的臺階面壓在一起時，前后端板的四對臺階孔之間的距離就會因臺階的深度誤差和臺階面的粗糙度誤差而產(chǎn)生不可忽視的誤差。
[0006]此外采用常規(guī)的部件加工和裝配工藝，并不能滿足諧振腔結構架穩(wěn)定工作的需要，具體表現(xiàn)在以下幾個方面:一是由于加工誤差造成四根腔結構管3不一樣長，這樣在溫度變化時必然會有不一樣的軸向變形，從而改變如圖6所示的各鏡片的相對位置和角度，進而造成諧振腔工作不穩(wěn)定；二是由于加工誤差造成前端板2和后端板I相對應的孔位產(chǎn)生偏差，于是便造成四根腔結構管3在安裝后不平行，在溫度變化時就會有不平行的軸向變形和少量的其他方向變形，這樣也會改變如圖6所示的各鏡片的相對位置和角度，進而造成諧振腔工作的不穩(wěn)定；三是由于加工誤差造成四根腔結構管3的端面與腔結構管軸向不垂直，且所成角度也不可能完成一樣，這樣在與前端板2和后端板I內側面連接壓緊時就會使腔結構管3受多個方向的不規(guī)則應力，在溫度變化時這些力的變化會更復雜，最終也會改變如圖6所示的各鏡片的相對位置和角度，進而造成諧振腔工作不穩(wěn)定；當然，也還有其他一些加工或裝配上的不足，只要他們能引起非縱向的熱變形，就必然會造成諧振腔工作的不穩(wěn)定。
[0007]

【發(fā)明內容】

[0008]針對以上問題，本發(fā)明為一種軸快流0)2激光器諧振腔結構架及加工裝配工藝，本發(fā)明提出將臺階孔以其小徑加工為通孔，將腔結構管完全分開為腔結構管和連接外螺紋，改進結構后腔結構管的端面壓在前后端板的內側，再采用適當?shù)募庸し椒把b配工藝，從而保證每個端板的四個通孔附近的表面在一個面上，保證每個端板的四個通孔附近的表面粗糙度在允許誤差范圍內，這樣也就消除了臺階孔的深度和表面粗糙度而造成的四對臺階孔之間的距離誤差，為達此目的，本發(fā)明提供一種軸快流CO2激光器諧振腔結構架，包括后端板、前端板、諧振腔結構管和諧振腔結構管連接外螺紋與固定螺母，所述諧振腔結構管在后端板和前端板之間，所述前端板和后端板內各有1-4個鏡片安裝孔相互對應，安裝孔用于安裝相應的鏡片，所述后端板和前端板的4個角皆有諧振腔結構管固定通孔，所述諧振腔結構管固定通孔的孔徑與諧振腔結構管的諧振腔結構管連接外螺紋相匹配，所述諧振腔結構管的諧振腔結構管連接外螺紋穿過對應后端板和前端板的諧振腔結構管固定通孔后通過諧振腔結構管固定螺母進行固定。
[0009]作為本發(fā)明進一步改進，所述后端板和前端板之間的諧振腔結構管有3或4根，一般諧振腔結構管為3或者4根使用者可根據(jù)實際情況進行選擇。
[0010]本發(fā)明軸快流CO2激光器諧振腔結構架加工裝配工藝:
1)對諧振腔結構管兩端進行加工，加工中先將所有的諧振腔結構管通過諧振腔結構管固定夾具進行固定，保證夾具內所有諧振腔結構管首尾及中間各部位平行貼緊，并在每根諧振腔結構管的兩端相同位置做上標記線，并標記一端為端面A，另一端為端面B，以便于安裝時辨認，再通過相應設備對做了標記的諧振腔結構管進行鉆孔及車螺紋加工；
2)對后端板和前端板進行加工，在加工時通過前后端板固定夾具將后端板和前端板固定在一起，再對兩塊板上下端面進行同步加工保證后端板和前端板上下端平行，之后對前后端板相對應的鏡片安裝孔和諧振腔結構管固定通孔進行同步加工，為了便于后期的裝配，在加工時對每一個腔結構孔的相同位置刻上標記，并對后端板和前端板的上截面D及下截面C進行標記；
3)做了標記的諧振腔結構管、做了標記的前端板和做了標記的后端板加工完成后進行裝配安裝，采用標準平面平臺作為后端板和前端板下截面C或上截面D的公共支撐，以保證作為基準的后端板和前端板的截面處在同一平面；
4)進行諧振腔結構管安裝時，保證同名端A對著一個端板，同名端B對著一個端板，并進行安裝，在安裝諧振腔結構管時，腔結構管上的標記線要對準后端板和前端板上腔結構孔上的標記線進行安裝；
作為本發(fā)明進一步改進，步驟二端板標記是在端板的內外兩面同時進行標記，為了便于安裝可在端板的內外兩面同時進行標記。
[0011]作為本發(fā)明進一步改進，步驟一諧振腔結構管固定夾具包括2個固定板，固定板內有平行的槽與諧振腔結構管相對應，固定板通過緊固件相連，諧振腔結構管固定夾具有2-3個，本發(fā)明可通過以上結構的夾具對諧振腔結構管進行固定。
[0012]作為本發(fā)明進一步改進，步驟二前后端板固定夾具包括2個固定板，固定板內有對應的卡槽，固定板通過緊固件相連，本發(fā)明可通過以上結構的夾具對前后端板進行固定。
[0013]本發(fā)明提出將原諧振腔結構架端板如圖2所示的臺階孔以其小徑加工為通孔，如圖3中諧振腔結構管固定通孔所示，在圖3中將腔結構管完全分開為腔結構管和連接外螺紋，它們與螺母共同組成部件，連接外螺紋穿過通孔，擰緊螺母，就可以把腔結構管的端面壓在前后端板的內側。由于采用前后端板表面這樣不僅便于采用適當?shù)募庸な侄伪ＷC每個端板的四個通孔附近的表面在一個面上，也便于保證每個端板的四個通孔附近的表面粗糙度在允許誤差范圍內，從而就消除了因圖2中原諧振腔結構架端板的臺階孔的深度和表面粗糙度而造成的四對臺階孔之間的距離誤差。
[0014]本發(fā)明針對由于加工誤差造成四根腔結構管不一樣長問題，提出把四根腔結構管進行裝夾固定，在進行切割下料時四根腔結構管同時進行，這樣雖然不能減小絕對長度的誤差，但可以極大地減小相對長度誤差，從而可以消除因四根腔結構管不一樣長造成的諧振腔工作不穩(wěn)定這一因素；假如四根腔結構管端面與其軸線不是絕對垂直，設成Θ角，則每一根腔結構管端面與其軸線所成角度皆為Θ角，這為消除第三項造成諧振腔工作不穩(wěn)定的因素提供了必要條件。為確保以上加工目標的實現(xiàn)，在進行這項加工時工藝上要求四根腔結構管都必須保證首尾及中間各部位平行貼緊，同時由于腔結構管兩端面與其軸線所成角度可能不一樣，故要標注同名端，如圖4所示的A、B端，另外由于腔結構管的旋轉會造成其端面與軸線所成角Θ的方向變化，故還需在每根腔結構管的兩端相同位置做上標記線如圖4所示，以便于安裝時辨認。
[0015]本發(fā)明針對由于加工誤差造成前端板和后端板相對應的孔位產(chǎn)生偏差問題，本發(fā)明提出把前端板和后端板進行裝夾固定如圖5，這樣在對如圖3所示的孔進行加工時，相當于前端板和后端板的相對應位置的兩個孔同時加工，這樣就可以避免前端板和后端板上不同孔位的相對位置的偏差，即前端板上兩孔間距離變大(或有一定的角度偏差)，后端板上兩孔間也會有同樣的位置變化，這樣就消除了因孔位偏差造成的諧振腔工作不穩(wěn)定這一因素；為便于后期的裝配，在加工時應對每一個腔結構孔的相同位置刻上標記(可在端板的內外兩面同時進行標記)，如圖3、5所示。當然，在安裝時還必須有一個基準參考邊，如圖5中的C和D，分別為前后端板的下截面和上截面，在裝夾加工時一起與孔同時加工，這樣也能保證前端板和后端板的C或D與每個板上的四個腔結構孔的相對位置的一致性；另外，為保證諧振腔工作的穩(wěn)定性，后端板上的4個腔鏡孔應分別對應于前端板上的4個腔鏡孔，如圖3、圖5所示，后端板上的4個腔鏡孔分別與前端板上的4個腔鏡孔同時加工，這樣也就保證了后端板上的4個腔鏡孔與前端板上的4個腔鏡孔的相對位置的一致性。
[0016]此外為了保證諧振腔工作穩(wěn)定，本發(fā)明還對軸快流CO2激光器諧振腔結構架的裝配工藝進行了相應的改進，以確保諧振腔穩(wěn)定工作。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明軸快流CO2激光器諧振腔結構架示意圖； 圖2為原諧振腔結構架端板安裝孔示意圖；
圖3為本發(fā)明軸快流CO2激光器諧振腔結構架部件分解圖；
圖4為本發(fā)明腔結構管加工裝夾示意圖；
圖5為本發(fā)明前后端板加工裝夾示意圖；
圖6為典型光路示意圖；
具體部件名稱如下:
1、后端板；2、前端板；
3、諧振腔結構管；4、諧振腔結構管固定螺母；
5、諧振腔結構管連接外螺紋； 6、諧振腔結構管固定臺階孔；
7、做了標記的諧振腔結構管； 8、諧振腔結構管固定夾具；
9、諧振腔結構管固定通孔； 10、做了標記的前端板；
I1、做了標記的后端板