专利名称：瞄准稳定的激光器的制作方法
技术领域：
本发明是1995年5月9日提交的中国专利申请95105262.4的分案申请。
本发明涉及一种能使瞄准稳定的激光器，这里所谓的瞄准是指一束激光束的发射位置和发射方向。
日本专利公报63-64073和634-832号中分别揭示了激光器。
图20是日本专利公报63-64073号中揭示的一种激光器的示意透视图。
参照图20，激光器发射激光器2。该激光器有一条作为激光介质气体的通路的管道3，一对放电电极4a和4b，一个第一激光束反射装置5a，一个第二激光束反射装置5b，一个风机6，一个热交换器8，以及一个在低于0.1标准大气压的低真空下密封地容纳着激光介质气体的罩体10。全反射镜26装在第二反射装置5b内。部分反射镜32装于第一反射装置5a内。
图21是日本专利公报64-832号中揭示的一种激光器的前视图。图22是该激光器的平面图。图23是该激光器的右视图。图24是沿图23中的24-24剖取的剖面放大图，显示了该激光器的某些细节。图25是沿图23中的线25-25剖取的剖面放大图，显示了该激光器的另一些细节。图26是沿图23中的线26-26剖取的剖面放大图，也显示了该激光器的一些细节。
参阅图21-26，激光器有金属波纹管7、螺母9、滚动轴承11、托架12、罩壳13、球面轴承14、法兰15、螺栓16和18、隔圈17、座板20a和20b、装在罩体10上的固定底脚22、以及支撑杆24a、24b和24c。罩体10上设有进口34和出口36，以使用于冷却热交换器8的冷却介质流进流出。管路35和37分别将进口34和出口36与热交换器8连接起来。罩体10上的进口40和出口42用作冷却电极4a和4b的冷却介质的出入口。管路41和43分别将进口40和出口42与电极4a和4b连接起来。管路45把电极4a和4b连接起来。固定底脚22用于将罩体10固定在其它结构(未示)上。
激光器的工作过程描述如下在罩体10内，电极4a和4b通过放电，激发激光介质气体，风机6使激光介质气体不断循环。热交换器8用以冷却激光介质气体。激光介质气体通过放电电极4a和4b之间并被激发而进入激光振荡状态。由于放电而温度升高的激光介质气体进入管道3，并在热交换器8中冷却，随后沿箭头A所示的方向经过风机6循环流动。分别包括在激光束反射装置5a和5b内的部分反射镜32和全反射镜26构成共振反射镜，其沿罩体10的纵向布置。由共振反射镜形成的光路，穿越被放电激发的激光介质气体的激发区。
经全反射镜26反射的激光光束到达部分反射镜32。已经达到部分反射镜32的部分激光光束向外输出，而其余的沿原路径折回，借以不断重复同一过程。激光光束重复地通过上述激发区时被增强，并由部分反射镜向外输出。激光束反射装置5a和5b固定在座板20a和20b上，而座板20a和20b是由支撑杆24a、24b和24c支承。波纹管7分别连接在罩体10与右座板20a和左座板20b之间，以避免一个座板受到外力时传递到另一个上。
在激光器工作过程中，还需从一冷却装置之类的介质源(未示)供给冷却介质，例如，冷却介质从进口34进入罩体10内，经管路35进入热交换器8，然后经出口36从罩体10内排出。从进口40进入的冷却介质经管路41进入下面的电极4b，再经管路45进入上面的电板4a，最后经管路43和出口从罩体10内排出。罩体10固定在一个稳固的刚性结构上，例如有混凝土基础的地板上，或者一个电力配电板的框架上，以便于给激光器供电。
接下来，描述罩体10和座板20a和20b的支承结构。座板20a由三根支撑杆24a、24b和24c支承。支撑杆24a、24b、24c对罩体10的连接结构是互不相同的。如图25所示，支撑杆24a是由安装在罩壳13内的球面轴承14支承，罩壳是固定在罩体10上。座板20a由螺母9固定在支撑杆24a的杆端。如图26所示，支撑杆24b的端部装在滚动轴承11内，托架12由螺栓18固定在罩体10上并以其平的表面与滚动轴承的下表面线接触。在用螺母9将支撑杆24b紧固于座板20a时隔圈17使滚动轴套定位。如图24所示，座板20a由螺母9固定在支撑杆24c上从而与罩体10隔开。上述三根支撑杆24a、24b和24c都由镍铁合金之类的线膨胀系数小的材料制成，以使座板20a和20b即使在温度变化时也能保持平行。
在使用激光器时，首先启动风机6。与此同时，将通常低于室温(例如10℃)的冷却介质供入热交换器8和放电电极4a和4b，借以使冷却介质在电极4a和4b之间的进口部分的温度和流速达到预定状态，以便由放电有效地激发激光介质气体。供入冷却介质之后，当风机6达到预定转速时激光介质气体以高速循环流动，以达到其预定温度和流速。预运行时间一般等于风机6达到预定转速所需的时间。当激光器准备就绪时，就可以激发激光了。
由于冷却介质通过进口34和40以及出口36和42，罩体10的温度由室温渐变至接近于冷却介质的温度。温度变化的时间常数由罩体10的热容量决定。这一时间常数比激光器的升温升速时间长，甚至在激光器已准备好之后罩体的温度仍在缓慢变化。在冷却介质温度低于室温时，由于进口34、40或出口36、42的传热，图27中用斜断划线标示的部位将受到局部冷却。于是如图27所示，罩体上部(即靠近管道3那一侧的部分)因受冷而收缩，于是使罩体内产生应变，导致由罩体10支承的座板20a和20b的位置发生变化，引起激光束瞄准的变化。此现象发生在激光器起振和关停过程中，其持续时间相当长。罩体10的应变的大小取决于冷却介质温度与室温的温差。这种应变称为“第一种形式的罩体应变”。
在激光器工作时流过电极温度升高时的激光介质气体在管道内流动，由于热辐射，邻近管道3的罩体10从热的管道3得到热量，其面对管道3的部位温度升高而发生热膨胀。因此，罩体10上又产生应变，如图28所示。这样，在激光器振荡时，激光束的瞄准就会发生变化。这样现象由激光器的起停操作引发，其持续时间也较长。罩体10的这种应变的大小取决于放电电极的输入功率，且被称为“第二种形式的罩体应变”。
在现有相关技术的激光器中，座板20a和20b以相同方式支持着支撑杆24a、24b和24c，在罩体10与基座20a和20b之间没有任何能够机械地把它们之间的相对位置关系确定下来的部件。这是由于支撑杆24a是可以在球面轴承14的内表面上滑动的(见图25)，而支撑杆24b也可以在由隔圈17机械定位的滚动轴承11和托架12之间滑动。所以，如果在运输等过程中受到了冲击，这些滑动部分就可能发生位移，支撑杆24a和罩壳13的台阶部分或支撑杆24b和托架12的台阶部分就会相互接触。因此，虽然在上述部件发生接触之前罩体10与座板20a和20b是互相隔离开的，但在发生接触之后罩体的应变也会传递到座板上。可见，罩体10的较多变动会对座板20a和20b产生直接影响，破坏激光束瞄准的重复性。
而且，在有第一或第二种形式的应变发生时，固定在罩体10上的两个球面轴承14之间的距离就会因罩体10的温度变化、伸长或收缩而发生改变，因此，支撑杆24a必须能在球形轴承14a和14b的任一接触表面上滑动。这里无法判断是座板20a还是座板20b滑动，因为这取决于发生滑动时哪一座板的摩擦系数最小。而且也无法保证罩体10的由于应变而滑动了的那一侧在应力消失之后回复到应变产生之前的状态。这样，在激光器每次起振和关停过程中与开机停机操作中间，很难保护罩体10与座板20a和20b之间相对位置的重复性。所以，有时支持杆24a与罩壳13之间或支持杆24b与托架12之间可能相互接触，从而使激光束瞄准的重复性变差。
一般认为，如果共振镜能保持平行，激光发射中激光束的特征不会发生变化。但是，众所周知，如果互相面对的共振镜，即座板20a和20b以及罩体10的相对位置关系发生了改变，激光光束模式和会聚性能等特性就会有所变化。通常，每当运输等过程中受到振动和有第一或二种形式的罩体应变发生时，都会引起由铁等金属制成的罩体10与由线膨胀系数较小的材料制成的支撑杆24a、24b、24c之间的相对长度的变化。而且即使罩体10和各支撑杆都恢复到其原来的长度，它们的相对位置也并不一定回复到初始位置。随着时间的推移，它们的相对位置还可能偏离得更大。因此，激光束的特性有时还随时间变化。可见，对需要产生高精度激光束的激光器来说，还需要解决光束特性随时间变化的问题。
以上描述的与本发明相关的现有技术，由于其罩体10的热应变影响激光束瞄准的稳定性，需要改善。
鉴于上述，本发明的目的是提供一种能减小罩体热应变的影响、能使激光束的瞄准保持稳定的激光器。
按照本发明的一个方面，提供的激光器包括一个密封地容纳激光介质气体的罩体；多根沿罩体纵向设置的支撑杆；多个分别套装在支撑杆的纵向杆端上的支撑部件；一对以互相面对的方式通过支撑部件支撑在罩体上的座板；包括多个设置在座板上的激光反射镜的激光束反射装置；以及多个设置在罩体上基本上位于支撑部件的正下方的固定底脚，用以将罩体固定在一个结构上。
按照本发明的另一方面，提供的激光器包括一个密封地容纳激光介质气体的罩体；多根沿罩体的纵向设置的支撑杆；多个分别套装在支撑杆的纵向杆端上的支撑部件，每个支撑部件包括一对分别套装在支撑杆的纵向杆端上的轴承和一套用于机械地确定一个轴承与支撑杆的相对位置关系的装置；一对以相互面对的方式通过支撑部件支承在罩体上的座板；包括多个设置在座板上的激光反射镜的激光束反射装置。
按照本发明的另一方面，提供的激光器包含一个密封地容纳激光介质气体的罩体；多根沿罩体的纵向设置的支撑杆；多个分别套装在支撑杆的纵向杆端上的支撑部件，每个支撑部件包括一对分别套装在支撑杆的纵向杆端上的球面轴承和一套用于机械地确定一个轴承与支撑杆的相对位置关系的装置，所述机械地确定位置关系的装置有一个将轴承压在支撑杆的台肩上的弹性零件；一对以互相面对的方式通过支撑部件支承于罩体上的座板；包含多个设置在座板上的激光反射镜的激光束反射装置。
本发明的其他目的和优点将从下面结合附图对本发明的多个实施例的阐述中明显的看出。
图1为本发明第一个实施例的激光器的前视图。
图2为图1中的激光器的俯视图。
图3为本发明第一和第三个实施例的激光器罩体表面的热应变产生情况的平面示意图。
图4本本发明第二个实施例的激光器的前视图。
图5为图4中的激光器的俯视图。
图6为本发明第二个实施例的激光器罩体表面的热应变产生情况的平面示意图。
图7为本发明第四个实施例中设置在激光器罩体表面上的热交换器进口结构的剖面放大图。
图8为本发明第四个实施例中设置在激光器罩体表面上的热交换器进口的放大剖面图。
图9为本发明第五个实施例的激光器的前视图。
图10为图9中的激光器的俯视图。
图11为表示本发明第五个实施例的激光器罩体表面热应变的产生情况的平面示意图。
图12为本发明第六个实施例中用于将座板固定到罩体上的支撑杆和支撑构件的放大剖面图。
图13为本发明第七个实施例的激光器的右视图。
图14为第七个实施例中的激光器的左视图。
图15为本发明第七个实施例中用于将座板固定到罩体上的支撑杆和支撑构件的放大剖面图，是沿图13中的线15-15剖取的。
图16为第八个实施例的激光器的平面示意图。
图17为第八个实施例的激光器的一种变型中罩体表示热应变产生情况的平面示意图。
图18为第九个实施例的激光器的平面示意图。
图19为第九个实施例的激光器的一种变型中罩体表面热应变产生情况的平面示意图。
图20为日本专利No.63-64073中公开的激光器的透视图。
图21为日本专利No.64-832中公开的激光器的前视图。
图22为图21中的激光器的俯视图。
图23为图21中的激光器的右视图。
图24是表示图23中的激光器的细节的放大剖面图，是沿图23中的线24-24剖取的。
图25是表示图23中的激光器的细节的放大剖面图，是沿图23中的线25-25剖取的。
图26是表示图23中的激光器的细节的放大剖面图，是沿图23中的线26-26剖取的。
图27是现有相关技术中的激光器罩体表面热应力产生情况的平面示意图。
图28是现有相关技术中的激光器罩体表面热应力产生情况的平面示意图。
下面通过几个可取实施例来说明本发明的激光器。
图1是本发明之激光器的第一个实施例的前视图。图2是该激光器的俯视图。本发明的激光器除下面叙述的几个特征之外与图20所示的现有技术的激光器结构相同，所以对两者相同的构件或零件不再赘述。在图1和2中，与图20和21中相对应的部件或零件标以相同的数字，为节省篇幅对它们也不作说明。下面的说明将主要讨论本发明的激光器与现有相关技术的激光器的不同。
参见图1和2，第一个实施例中激光器有一个密封地容纳激光介质气体的罩体10。一对放电电极4a和4b对置在罩体内并利用激光介质气体产生激光束。风机6安装在罩体10内，用于使介质气体在罩体内循环。热交换器8也装在罩体10内，以冷却因电极放电而升温的介质气体。这些结构与上述相关技术的激光器是类似的。本发明的激光器对进口134和出口136的布置或者说是位置作了改进。也就是说，无论俯视或仰视，进口134和出口136都是对称地位于罩体10的底壁上，下面将作详细说明。
如图1所示，热交换器的进口134位于罩体10底壁之一个角部以将冷却介质导入罩体10内。在图1的实施例中，进口134是设在底壁的靠近后壁和左壁的那个角部。进口134连接于管路35并将冷却介质经管路35输往热交换器。另一方面，如图2所示，热交换器的出口136位于罩体10底壁的另一角部以将冷却介质从热交换器排到罩体之外。在本实施例中，出口136是设在底壁的靠近前壁和左壁的角部。并且进口134和出口136有一种特殊的相对放置关系。即，它们基本上对称地位于罩体10的中心线CL-CL的两侧，这里的中心线平行于放电电极4a和4b的纵向，如图2所示。出口136连接于管路37，冷却介质通过管路37从罩体10内排出。
下面说明具有上述结构的激光器的工作步骤。
在激光器的工作准备阶段，使冷却介质在进口134和出口136之间在罩体内循环流动，以使罩体10的温度由室温逐渐接近于冷却介质温度，这与现有技术的激光器相同。如果冷却介质温度低于室温，由于进口134和出口136的热传导，图4中斜线所示的罩体局部(尤其是底壁局部)将受到冷却而温度降低。但是，由于在罩体内流动的冷却介质量大，所以进口和出口处的冷却介质的温度基本相同。这样，罩体10的上部(靠近支撑杆24a和24b那一侧)的形变收缩量与罩体10的下部(靠近支撑杆24c那一侧)的相同，如图3所示，因此罩体10上不存在可能导致其扭曲变形的应变。即不存在第一种形式的罩体应变。结果，依托在罩体10上的座板20a和20b的位置不发生变化，所以当激光器振荡时能使激光束的瞄准稳定。
简言之，在上述结构中，激光束左、右两侧罩壁面的冷却条件相同。所以，在进口134和出口136处受到冷却时，罩体10不会因热应变而产生扭曲形变，于是，可基本上消除第一种形式的罩体应变。
在图1和2的实施例中，虽然进口134和出口136是对称地设置在邻近罩体10的纵向侧面的两相对的底角处，但是只要满足沿罩体纵向对称于中心线设置，它们也可以设置在其它地方。例如它们可以位于离角部较远而靠近中心线。当然，如果进口和出口设置于角部，就可以充分利用罩体内空间，灵活安排热交换器8等部件的位置。
图4是本发明之第二个实施例的激光器的前视图。图5是该激光器的俯视图。这一实施例的激光器除了几个特征以外与图20中的现有技术的激光器结构相同，所以对两者相同的构件或零件不再赘述。在图4和5中，与图20和21中相对应的构件或零件标以相同的数字，为节省篇幅，对它们也不作说明。下面的说明将主要讨论本实施例的激光器与现有相关技术的激光器的不同。
参照图4和5，第二个实施例的激光器与第一个实施例的一样，也有一个密封地容纳激光介质气体的罩体10、一对放电电极4a和4b，它们相对地设置在罩体内并利用激光介质气体产生激光束。
在第二个实施例中，一对风机206a和206b安装在罩体10内，用以循环介质气体。同时，罩体内还安装有一对热交换器208a和208b，用以冷却因放电而升温的介质气体。本发明的激光器对风机206a和206b、热交换器208a和208b、以及相关的部件的布置和位置作了改进，下面将作详细说明。
在图5的俯视的图中，热交换器208a和208b基本上以罩体10的中心点CP为对称点设置在罩体10内。管道203a和203b分别连接于热交换器208a和208b。各自的进口234a和234b位于罩体10的底壁上，分别靠近热交换器208a和208b冷却介质分别从进口234a和234b经管路235a、235b分别流到各自对应的热交换器208a、208b。各自的出口236a和236b位于罩体10的底壁上，分别靠近热交换器208a和208b。冷却介质从热交换器208a、208b流出，分别经管路237a、237b从出口236a和236b排出至罩体10外。这里237a、237b是将热交换器208a、208b分别连接于出口236a、236b的管道。
下面说明具有上述结构的激光器的工作步骤。
在激光器处于工作状态时，因流过放电电极而升温的激光介质气体在管道203a和203b内流动，使管道203a和203b温度升高。这与相关技术的激光器是一样的。那么，罩体10的靠近管道203a和203b的部分分别吸收管道203a和203b的辐射热而温度逐渐升高，并发生热膨胀。这里，管道203a和203b基本上以罩体10的中心点CP为对称点对称设置，如图5所示。所以，罩体10的在图6中以波纹线表示的那部分侧壁由于受到管路203a和203b的热辐射而变热。而且，一部分壁面(图6中的上部)和中另一部分壁面(图6中的下部)线性热膨胀的情况是一样的，因此降低了会使罩体10产生扭曲变形的那种应变。即，减小了罩体10的第二种形式的应变，因而由罩体10支撑的座板20a和20b的位置几乎不会有变化，这样在发射激光时就能保持激光束的瞄准稳定。如果同时采用本实施例的改进特征和后面将要描述的第五个实施例的特征，其改进效果将最为满意。这种组合将作为第八个实施例来描述。
采用上述结构，在激光束方向上罩体10左右两侧面的冷却条件相同。因此，罩体10不会因由热交换器208a和208b的热辐射引起的热应变而产生扭曲变形，这样就减小了第二种形式的罩体应变。
虽然图4和图5的实施例中热交换器208a和208b是设置在罩体10的右上角部和左下角部，但是只要它们基本上以罩体10的中心点为对称点设置，其个数和位置都可以改变。而且，应该从能使激光介质气体的循环流动最为有效来考虑热交换器208a和208b的安装位置。在这种情形下，在罩体内循环的激光介质气体可以由热交换器208a和208b有效地冷却。
激光器的第三个实施例示于在描述第一个实施例时也用过的图1和图2中。以下将参照图1和图2着重描述第三个实施例的本质特征。
在图1和图2中，本发明的激光器对输送冷却介质流过放电电极4a和4b的安排作了改进。即，供冷却介质流向电极4a和4b的进口340设置在罩体10的一横向侧壁的一个角部，用以将冷却介质引入罩体10内流向电极4a和4b。在本实施例中，如图2所示，进口340是位于靠近罩体10之后壁和上壁的角部。它连接于管路341，冷却介质经管路341流向上电极4a。另一方面，出口342设置在罩体10的同一横向侧壁的另一角部，用以将冷却介质排出至罩体10外。在本实施例中，如图2所示，出口342是设在罩体10之左壁的一个角部，靠近前壁和上壁。而且进口340和出口342有一种特征的相互位置关系。即，它们基本上对称地位于罩体10这一侧面之中线的两侧，该中线是沿垂直方向并垂直于电极4a和4b的纵向。放电电极4a、4b的另一端连接于管路45，冷却介质先流过上电极4a然后流过下电极4b。出口342经管路343与下电极4b相连，冷却介质经管路343流出罩体。
下面描述上述结构的激光器的工作。
在激光器的工作准备阶段，与相关技术的激光一样，冷却介质在进口134和出口136之间在罩体10内循环流动，使罩体10温度从室温逐渐接近冷却介质的温度。如果冷却介质温度低于室温，由于进口340和出口342的热传导，图3中斜线所示的罩体局部(尤其是左壁局部)就受到局部冷却。但是，由于流动着的冷却剂量大，所以进口和出口处的温度基本相同。这样，罩体10的上部管道3那一侧)与下部(风机6那一侧)的形变收缩量相同，如图3所示，因此不存在会使罩体产生扭曲变形的应变。即，不存在第一种形式的罩体应变。所以，依托在罩体10上的座板20a和20b的位置不会发生变化，从而在发射激光时能保证激光束瞄准的稳定。
简而言之，采用上述结构，激光器罩体10的在激光束方向上的左右两侧面冷却条件相同。因此，在其进口340和出口342处受到冷却时，罩体10不会因热应变而发生扭曲变形，这样就基本上消除了第一种形式的罩体应变。
这里，在图1和图2的实施例中，虽然进口340和出口342是对称地设置在罩体10的同一侧壁上端的两相对的角部，但是只要它们对称于通过罩体10的中心线CL-CL的垂直平面设置，它们的位置可以改变。例如，它们可以离开角部而靠近中心线。但是，将它们设置在角部，罩体10的内部空间可以最有效地利用，热交换器8及其它部件在罩体10内的布置就地较灵活。
图7是本发明之第四个实施例的激光器罩体10上的热交换器进口结构的放大剖面图。第四个实施例的特征在于这一进口的布置，而它的其余结构与图20所示的相关技术的激光器类似，所以此处不再赘述。在图7中，与第一、二和三个实施例中相对应的部件标以相同的数字，此处也不作详细描述。
在图7中，热交换器的进口434设置在罩体10上。管路435将进口434和热交换器8连接起来以使冷却介质流入热交换器8。连接件450作为一个管路部件装配在进口434内，构成冷却介质循环流动路径的一部分。连接件450的轴向内端连接于管路435。其形状为圆柱体，一端带有法兰，其圆柱部分插在进口434内，而法兰部分与进口434的向外突出部分相对。绝热材料制成的O形圈套在连接件450圆柱上，将进口434的内表面和连接件450的外表面封闭起来。绝热材料的内垫圈452和外垫圈453分别垫在连接件450的法兰的内外面螺钉454穿过外垫圈453、连接件450的法兰和内垫圈452，拧入进口434的突出部分，将连接件450固定于进口434，并由垫圈432和433隔断它们之间的传热。管路455连接于连接件450的轴向外端，用以将冷却介质引入罩体10内。虽然上面描述的是进口434的结构，但也同样适用于热交换器的出口436，所以对出口436不作详细描述。
在上述结构中，由于O形圈451和连接件450与保持一定真空度的罩体10内的激光介质气体接触，所以应谨慎选用其材料。一般地说来，用于O形圈的腈橡胶以及尼龙和聚碳酸脂之类的塑料在真空下很可能性能降低和开裂。因此，本实施例中的O形圈451应选用含氟橡胶制成，连接件450应选用金属、PVdF之类的含氟树脂或陶瓷。隔热垫圈452和453由于不在真空中，所以可选用诸如聚碳酸脂之类的塑料。
下面描述具有上述结构的激光器的工作。
在上述结构中，冷却介质和进口434由O形圈和隔热垫圈452、453隔绝传热，这样罩体10不受冷却介质温度变化的影响。而且，如果连接件450选用导热率低的含氟树脂或陶瓷材料制造，则效果会更好。在这种情况下，可以省去隔热垫圈452和453。出口436的结构与进口434类似，所以出口处冷却介质的温度变化对罩体10也不会有影响。这样，在发射激光时就能使激光束的瞄准保持稳定。
在本实施例中，O形圈451是装在连接件450的圆柱部件上，以隔热密封进口434或出口436。但是O形圈451也可装在连接件450a的法兰部分上，如图8所示。在图8的实施例中，省去了进、出口的突出部分，连接件450a的圆柱部分缩短了而法兰加大了。O形圈451装在隔热垫圈452的内侧，与垫圈452一起将连接件450a支承稳固。把连接件450a固定到罩体10上的螺钉456选用聚碳酸脂之类的塑料，以引隔热作用。连接件450a最好选用导热率低的含氟树脂陶瓷。如果螺钉456或连接件450a选用隔热材料，可以不用隔热垫圈452。
在上述结构中，罩体10不受进口434或出口436处的热量的影响，温度保持稳定，因而可减小第一种形式的罩体应变。
在此处阐述的实施例中，进口434和出口436采用了上述的隔热布置，但是作为本实施例的一种改型，这种布置也可以应用于放电电极4a、4b的进口40和出口42。
在这种情况中，罩体10不受进口40或出口42处的热量的影响，温度保持恒定，因而减小了第一种形式的罩体应变。
而且，作为一个通道构件的连接件450可选用对密封在罩体10内的激光介质气体具有抗退化能力的材料，至少是暴露于激光介质气体的那一部分应如此。
如果连接件的局部或整体采用防抗退化材料，则可以避受激光介质气体的腐蚀，不会发生性能降低或开裂。
这样，激光介质气体就不会从连接件450处漏出罩体10。
图9是本发明的第五个实施例的激光器的前视图。图10是图9中的激光器的俯视图。本实施例的激光器除下面将要描述的某些特征外具有和图20的相关技术的激光器相同的结构，对这些相同的构件或零件下面将不再说明。在图9和图10中，本发明的激光器除固定底脚的布置外，其余的布置与图21和图22中的相同。因此，与图20和图21的相关技术激光器相对应的部件或零件都标以相同的数字，此处也不作详细描述。下面将着重描述本发明的激光器与相关技术的激光器的不同。
这几个图中，一对座板20a和20b相对而放置，通过支撑构件固定在罩体10上。支撑构件由滚动轴承11、托架12、罩壳13、球面轴承14和法兰15构成。滚动轴承11装配在多根(本实施例中为两根)支撑杆24a和24b的外圆表面上。这样，装有激光反射器的激光束反射部件5a和5b就由这些支撑构件支撑。
四个固定底脚522分别固定在罩体10上，基本上都位于上部的两根支撑杆24a和24b之两端的正下方。在所述的这一实施例中，固定底脚522与罩体10侧壁下端的角部制成为一体。这里，如相关技术的描述中所说的那样，即使罩体10承受由热应变产生的会使它扭曲变形的应力，由于固定底脚座522(在相关技术中是22)是固定于一刚性结构，所以它们的位置几乎不会变动。因此，在上述构造中，即使罩体10的靠近管道3的那一部分在发射激光时温度升高，其分别由支撑杆24a、24b和24c支撑的部分也不会发生位移，因而基本上不改变其位置。所以，即使有第二种形式的罩体应力存在，发射激光时也能保持激光束瞄准稳定。本实施例对于消除第一种形式的罩体应力的影晌也有同样有利的效果。
下面将对比已有技术的固定底脚描述本实施例的固定底脚522的优点。
例如，日本专利公报57-97689,61-188987和2-168683号分别揭示了与本实施例相类似的结构。但是这些公报中的已有技术与本实施例的不同之处是图9和图10所示和座板20a和20b支撑杆24a、24b和24c都是固定或可滑动地安装在一个刚性结构上例如直接固定着激光器的座架上。即，这些技术都将一个座板固定在激光束射出的那一侧(图10中的座板20a)并且目的在于通过使一个对应于座板20b的构件可以滑动或通过采用2-168683号公报中的梯形件来吸收结构的移动。这些技术既没有揭示也没有提及任何能够吸收对应于本实施例中罩体的圆柱状激发部分(61-188987)、激光管(2-168683)或激光器(57-97689)的移动的构件。即，它们与本发明的第五个实施有着完全不同的目的。而且，它们既没有揭示也没有提及本实施例中的下列基本结构座板由球面轴承和滚动轴承支承，以及罩体的变形由球面轴承来消除。而且，在本实施例中，罩体10是固定于刚性结构，支撑杆24a、24b和24c可以自由移动，能防止罩体的扭曲变形，因而对座板20a和20b不会产生不利影响。相反，在已有技术的结构中，激光束射出的座板完全固定于结构，即，它们在与支撑杆的纵向垂直的方向上是不能移动的。因此，如果结构相对于一个平行于图10所在纸面的平面发生了变形，支撑杆将随结构的移动而变形，这样，座板的固定角度将有变化，激光束的输出光轴也相应地变化。日本实用新型公报3-45673号揭示一了项和本实施例类似的技术。但是该公报既没有揭示也没有提及吸收罩体应变的任何措施。尽管它考虑了连接杆的纵向(激光束光轴方向)的移动，但是它没有考虑罩体的支撑座板在纵向和垂向(在图10所在的纸面内)的应变。所以它的基本设计思想完全不同于本发明的第五个在本实施例中，由于采用上述结构，罩体10的固定底脚522与由滚动轴承11、托架12、罩壳13、球面轴承14以及法兰15构成的支撑构件基本上位于同一垂向平面上。
结果，在有第二种形式的罩体应力产生时，这些固定底脚522也能减小支撑构件的位置变动。
在这里所阐述的实施例中，尽管固定底脚522是位于支撑杆24a、24b和24c的正下方，但是，只要它们基本上位于罩体10的纵向两端，它们也可以设置于其它位置。
图12是本发明的激光器的第六个实施例的局部放大剖面图，其示出了将座板支撑于罩体的支撑杆和支撑构件。剖面是沿图23中的线26-26剖取的。本实施例的激光器除后面将要叙述的特征外具有与图20中的相关技术激光器相类似的结构，那些相同的零件下面将不再描述。在图12中，与第一至第五个实施例中相对应的零件标以相同的数字，此处也不再赘述。此图中，滚动轴承11和支撑杆24b之间装有弹簧661以使滚动轴承始终与支撑杆24b的台肩接触。
如前所述，图26表示的相关技术中的隔圈17和滚动轴承11最好采用如镍铁合金之类的线性膨胀系统较小的材料。但是这类材料的可加工性很差，机械加工困难，所以在实际应用中都采用如铁等较易机械加工的普通金属。如果这些构件的温度发生了变化，它们的热膨胀量正比于隔圈17和滚动轴承11的长度。因而在温度升高时，隔圈17和滚动轴承11的膨胀量比支撑杆24b的大。所以，在相关技术中，支撑杆24b的与滚动轴承11接触的台肩和座板20a之间的距离变得较大，这样，在由支撑杆24b支撑的部分座板20a和20b之间的距离拉大，从而破坏了座板20a和20b的平行度。
相反，在图12所示的本发明的实施例，弹簧661取代了隔圈17，这样，滚动轴承11被弹簧661的弹力推压在支撑杆24b的台肩上。这种结构不仅施加了预载，而且可吸收热膨胀引起的长度变化。即，如果滚动轴承11因温度变化而发生了轴向膨胀，弹簧661的作用力就增大，但是支撑杆24b的台肩与座板20a之间的距离仍然由支撑杆24b的长度决定。支撑杆24b本身是由线膨胀系数较低的材料制成的，所以，座板20a和20b能够保持高精度的平行度。因此在发射激光时激光束的瞄准是稳定的。
简而言之，采用上述结构，两个滚动轴承11中的一个和与座板20a连为一体的支撑村24b的相对位置关系由机械方式决定。
因此，滚动轴承11和支撑杆24b之间可以保持一定的相对位置关系，能够消除支撑杆24b和罩体10的相互干涉。
结果，座板20a和和20b相对于罩体10的位置重复性得到了改善，这样座板20a和20b就可免受罩体10的热应变的影响。
在所阐述的这一实施例中，是用弹簧661将滚动轴承压靠到支撑杆24b的台肩上，但是只要能达到同样的作用和效果，可用任何弹性零件取代之。
图13是第七个实施例的激光器的右视图。图14是它的左视图。图15是沿图13中的线15-15剖取的剖面图，其表示出将座板支承在罩体上的支撑杆的支撑构件。本实施例的激光器除下面将要论述的特征外具有和图20中的相关技术激光器相类似的结构，对那些相同的零件下面将不予描述。
第七个实施例对座板的支撑结构布置作了改进，其它结构布置与相关技术类似。图15中，与第一到第六个实施例相同的零件标以相同的数字，对它们也不作详述。这里，沿图14中的线25-25剖取的剖面与图25所示的相关技术的布置相同。沿图13中的线26-26和图14中的线24-24剖取的剖面与图26和图24所示的相关技术的布置相同。
在图15中，弹簧762装在球面轴承14和座板20a之间，以使球面轴承14始终与支撑杆24a的轴肩接触。
在相关技术的激光器中，对三根支撑杆24a、24b和24c中的每一根来说，在其两端或者说是在座板20a那一侧和20b那一侧的支撑结构布置是相同的。因此，尽管支撑杆24a和罩壳13在其没相互接触时的运动是独立的，但是一旦支撑杆24a的台肩抵触到罩壳13上，支撑杆24a及其支承的座板20a将跟随罩体10的变形而运动。由于支撑杆24a与罩壳13的接触部分不总是相同的，所以座板20a和20b的运动重复性很差，这是导致激光束瞄准缺乏重复性的一个因素。
在本实施例中，支撑杆24a在其相对的两端或者说是在座板20a那一侧和座板20b那一侧具有不同的支撑结构。
即，用罩壳13和压盖15，将一对球面轴承14分别装在支撑杆24a的相对两杆端上。但是其中一个或者说是位于座板20a那一侧的那个轴承14被弹簧762压在支撑杆24a的台肩上，用以机械地固定其对座板20a的位置关系。因此，如果在运输或其它类似的过程中轴承14变到了大的冲击，座板20a、20b与罩体10的位置关系不会改变，这样，激光束瞄准的重复性就得到了改善。而且，即使由于激光器的重复开关操作或环境温度变化引起了支撑杆24a、24b和24c和罩体10各自的长度变化，当它们各自恢复到原来的长度时座板20a、20b和罩体10总是会回复到初始调整好的相对位置。因此，激光束的特性不会随着时间的推移发生变化。与第六个实施例一样，如果球面轴承14由于温度变化而产生了轴向膨胀，弹簧762的作用力也相应增大，但是支撑杆24a的台肩与座板20a之间的距离还是取决于支撑杆24a的长度。支撑杆24a本身是由线膨胀系数低的材料制成的，所以座板20a和20b能够保持高精度的平行度。因而在激光器工作时激光束的瞄准是稳定的。
简而言之，在上述结构，用机械方法确定了与座板20a连成一体的支撑杆24a和两个球面轴承14中的一个之间的相对位置关系。
因此，球面轴承14和支撑杆24a之间可以保持稳定的相对位置关系，能够消除支撑杆24a和罩体10的相互干涉。
结果，改善了座极20a和20b相对于罩体10的位置重复性，因而座板20a和20b不受罩体10的热应变的影响。
图16是本发明之激光器的第八个实施例的平面示意图。本实施例表示的是一种将第二和第五个实施例的特征组合在一起的结构。但是，图6所示的第二个实施例的固定底脚22是沿罩体的10纵向设置在热交换器208a、208b和管道203a、203b的下方，而在本例中，当从上往下看时，固定底脚822是设置在罩体10的四个角部上，即在其纵向的两端。
下面叙述上述结构的激光器的工作。
当激光器工作时，由于流过放电电极4a和4b而温度很高的激光介质气体在管道203a和203b内流动，使管道203a和203b的温度升高。于是罩体10的靠近管道203a和203b的部分分别吸收来自管道203a和203b的热辐射的热量。因此，朝向管道203a、203b的部分逐渐升温，膨胀。这里，与第二个实施例一样，图6中以波纹线表示的罩体10的那些部分受到来自管道203a和203b的热辐射的加热而线性膨胀。但是图6中，只是消除了罩体10在四个固定底脚22处的内部部分的热应变。而不能消除罩体10在固定底脚22处的外部部分的热膨胀。在本实施例中，由于固定底脚822是设置在图16中罩体10的纵向两端，可以完全消除罩体10的横向两侧(本图中是上、下两侧)的由线膨胀引起的膨胀。即，不会产生第二种形式的罩体应变，所以激光器工作时激光束的瞄准是稳定的。
而且在本实施例中，当从上向下看时，热交换器208a、208b的进口234a、234b和出口236a、236b基本上以罩体10的中心点为对称点。这些进出口234a、234b、236a和236b都位于固定底脚822的内侧，所以，罩体10在本图中上下两侧的线膨胀是相同的。这样，不会产生那种会使罩体10弯曲的应变，因此，激光器工作时激光束的瞄准是稳定的。
虽然在本实施例中只有两个风机206a、206b、两个热交换器208a和208b以及两个管道203a和203b，但是也可以像图17所示那样，设置四个风机806a、808b、808c、808d以及四个管道803a、803b和803c和803d。这里从上往下看，每一组的各部件都基本上以罩体10的中心点为对称点。
图18是本发明之激光器的第九个实施例的平面示意图。本实施例对第五个实施例作了改进。在本实施例中，与第八个实施例一样，固定底脚922设置在罩体10的纵向两端。从上往下看，冷却介质进出热交换器8的进口934和出口936基本上以罩体10的中心点为对称点布置。在这种情形中，从上往下看，进口934和出口936到罩体侧面中心的距离基本上相同。
下面叙述上述结构的激光器的工作。
由于进口934和出口936位于四个固定底脚922的内侧，从整体上看，罩体10在图27的上下两侧的线膨胀量大致相同。因此不会产生那种会使罩体10弯曲的应变，这样第一种形式的罩体应变受到约束，激光器工作时激光束的瞄准将是稳定的。
而且，在激光束的方向罩体10左右两侧面由进出口934和936予以同样条件的冷却。
第九个实施例可以通过改变进口934和出口936a的位置关系而改型为如图19所示。图19的改型中，从上往下看，进口934和出口936a设置在相对于罩体10的横向中线大致相对的位置上。在这一改型中，与图18的实施例一样，从整体来看，罩体10在本图中的上下两侧的线膨胀量大致相同。这样，不会产生那种会使罩体10弯曲的应变，所以，第一种形式的罩体应变受到约束，激光器工作时激光束的瞄准将是稳定的。
虽然第九个实施例只是对热交换器8的进口934和出口936的位置关系作了改进，但是，这种改进也可应用于供放电电极4a和4b用的进口40和出口42。
即，进口40和出口42可以相对于或对称于罩体10的平行于放电电极4a、4b的中心线且至中心线的距离基本相等地设置。
这里，所述的实施例是用来阐述而非限制本发明，由所附权利要求规定的本发明的范围和一切源于权利要求之内涵的变动都包括在权利要求之中。
权利要求
1．一种激光器，其特征在于，包括一个密封地容纳激光介质气体的罩体；多根沿罩体纵向设置的支撑杆；多个分别套装在支撑杆的纵向杆端上的支撑部件；一对以互相面对的方式通过支撑部件支撑在罩体上的座板；包括多个设置在座板上的激光反射镜的激光束反射装置；以及多个设置在罩体上基本上位于支撑部件的正下方的固定底脚，用以将罩体固定在一个结构上。
2．一种如权利要求1所述的激光器，其特征在于，固定底脚基本上设置在罩体的纵向两端处。
3．一种激光器，其特征在于，包括一个密封地容纳激光介质气体的罩体；多根沿罩体的纵向设置的支撑杆；多个分别套装在支撑杆的纵向杆端上的支撑部件，每个支撑部件包括一对分别套装在支撑杆的纵向杆端上的轴承和一套用于机械地确定一个轴承与支撑杆的相对位置关系的装置；一对以相互面对的方式通过支撑部件支承在罩体上的座板；包括多个设置在座板上的激光反射镜的激光束反射装置。
4．一种如权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述机械地确定位置关系的装置有一个将所述轴承压在支撑杆的台肩上的弹性零件。
5．一种如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述弹性零件是弹簧。
6．一种激光器，其特征在于，包含一个密封地容纳激光介质气体的罩体；多根沿罩体的纵向设置的支撑杆；多个分别套装在支撑杆的纵向杆端上的支撑部件，每个支撑部件包括一对分别套装在支撑杆的纵向杆端上的球面轴承和一套用于机械地确定一个轴承与支撑杆的相对位置关系的装置，所述机械地确定位置关系的装置有一个将轴承压在支撑杆的台肩上的弹性零件；一对以互相面对的方式通过支撑部件支承于罩体上的座板；包含多个设置在座板上的激光反射镜的激光束反射装置。
7．一种如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述弹性零件是弹簧。
全文摘要
一种有一个罩体(10)的激光器。冷却介质从进口(134)经管路(35)供往热交换器(8),并由热交换器经管路(37)从出口(136)排出。由上往下看,进出口(134)和(136)设置成对称于罩体中心线。进口(340)和出口(342)也具有类似的相互对称的位置关系。
文档编号H01S3/036GK1320988SQ0013447
公开日2001年11月7日 申请日期1995年5月9日 优先权日1994年5月16日
发明者西田聡, 大谷昭博 申请人:三菱电机株式会社