НЕСУЩАЯ РАМА ИЗЛУЧАТЕЛЯ ЛАЗЕРА

Полезная модель относится к несущим элементам конструкции лазеров и может быть использована при создании многокаскадных излучателей (например, твердотельных лазеров или лазеров на парах металлов) и прочих оптических приборов и систем с большим числом оптических элементов и устройств (ОЭиУ).
Известно множество решений на основе несущей рамы (HP), состоящей из соединенных стержнями пластин, которые позволяют объединить большое число ОЭиУ в единую конструкцию. Примером может служить продукция фирмы Tohrlabs (например, детали CP 09 и ER 24 по каталогу фирмы Tohrlabs, №21, 2012 г). Схожая по своему принципу конструкция HP описана в патенте на изобретение под названием «Несущее регулирующее устройство для установки оптических элементов» (п. РФ №2253140, МПК G02B 7/00, опубл. 2005 г. ). HP содержит пластины для установки ОЭиУ, соединенные параллельными стержнями. При этом стержни удерживаются на боковой поверхности пластин прижимами.
Преимуществом HP подобного типа является относительная простота конструкции, состоящей из однотипных деталей, а также простота сборки на основе нее оптических систем (в том числе лазерных) различной конфигурации.
Однако соединение пластин в единую конструкцию одновременно несколькими стержнями с множеством крепежных элементов и неизбежные при этом зазоры между деталями не позволят обеспечить жесткость HP при воздействии термических (в особенности локальных) и механических (в особенности скручивающих) нагрузок. Все это затрудняет применения данной HP для оптических устройств (в том числе лазерных) работающих во внелабораторных условиях.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является HP излучателя твердотельного лазера с диодной накачкой (п. РФ №2596037, МПК H01S 3/02, опубл. 2016 г. ), которая содержит брус круглого сечения со шпоночным пазом по всей длине, пластины с посадочными гнездами для ОЭиУ и шпонки, которые взаимодействуют со шпоночным пазом бруса, на котором перпендикулярно ему закреплены пластины. Пластины закреплены на брусе при помощи устройств фиксации (например, в виде клеммовых зажимов). Наружная поверхность бруса и центральное отверстие каждой пластины выполнены таким образом, чтобы между ними имелся зазор, достаточный для свободного перемещения деталей.
Данный вариант HP обеспечивает размещение большого числа ОЭиУ с высокой точностью, а также обладает большей жесткостью и защищенностью от внешних механических и термических воздействий. При этом благодаря возможности перемещения пластин по брусу относительно легко проводить перестроение и модернизацию излучателя лазера, а также создавать на основе данной HP лабораторные стенды.
Однако при размещении в посадочных гнездах ОЭиУ, обладающих значительными габаритами и (или) массой, жесткость пластин может оказаться недостаточной, особенно при внешних механических воздействиях. Помимо этого жесткость и стабильность геометрии HP во времени ухудшает применение сборной конструкции, состоящей из пластин и устройств фиксации, а также наличие зазоров между пластинами и брусом.
Помимо этого требуется высокая точность изготовления устройств фиксации и их совмещения с пластинами, что наряду с необходимостью обработки поверхности бруса с высокой точностью по всей длине усложняет процесс изготовления.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения - повышение жесткости и технологичности конструкции HP.
Указанный технический результат достигается тем, что HP излучателя лазера, содержащая брус и закрепленные на нем перпендикулярно пластины с посадочными гнездами для оптических элементов и устройств, согласно полезной модели снабжена стержнями, каждая пластина снабжена центральной и периферийными втулками, брус и каждый стержень - соосными цилиндрическими участками, при этом цилиндрические участки стержней расположены параллельно цилиндрическим участкам бруса, пластины центральными втулками соединены с цилиндрическими участками бруса переходной посадкой и клеящим веществом, стержни установлены цилиндрическими участками в периферийные втулки с зазором и зафиксированы клеящим веществом.
Наличие на каждой пластине центральной и периферийных втулок, а также применение переходной посадки и клеящего вещества в соединении пластины и бруса и применение клеящего вещества для фиксации стержней в периферийных втулках пластин увеличили жесткость и стабильность соединений в HP. Помимо этого наличие в пластинах центральных и периферийных втулок, наряду с применением стержней, расположенных параллельно брусу, повысило жесткость пластин HP.
Помимо этого наличие у бруса цилиндрических выступов, а также установка стержней в периферийные втулки с зазором, наряду с использованием клеящего вещества, наличием центральной втулки пластины, применением переходной посадки в соединении бруса и пластины, упрощают процесс изготовления и сборки HP.
Все перечисленное выше позволило добиться повышения жесткости и технологичности конструкции HP.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данной полезной модели. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».
На фиг. 1 представлен общий вид HP.
На фиг. 2 представлено устройство HP.
На фиг. 3 показано расположение ОЭиУ на HP.
В состав HP (фиг. 1, 2) входят:
- полый брус 1, содержащий соосные цилиндрические участки 1а,
- пластины 2, каждая из которых содержит посадочные гнезда 2а для ОЭиУ (на фиг. 1, 2 не показаны) и центральную 26 и периферийную 2в втулки.
- стержни 3, содержащие соосные цилиндрические участки 3а.
Пластины 2 соединены центральными втулками 2б с цилиндрическими участками бруса 1а по переходной посадке и с помощью клеящего вещества 4. В периферийные втулки 2в пластин 2 установлены стержни 3 своими соосными цилиндрическими участками 3а по посадке с гарантированным зазором и зафиксированы клеящим веществом 4. При этом цилиндрические участки 3а всех стержней 3 параллельны цилиндрическим участкам la бруса 1. Длина бруса 1, количество, размеры и расположение пластин 2, а также посадочных гнезд 2а на них могут быть различными и зависят от оптической схемы и от требований к габаритам излучателя лазера.
При сборке HP сначала устанавливают пластины 2 на брус 1, при этом используемые переходная посадка и клеящее вещество 4 обеспечивают относительную легкость сборки, а также высокую жесткость собранной конструкции. В процессе установки пластинам 2 задается нужное угловое положение при помощи технологической оснастки, либо при помощи шпоночного соединения (как в прототипе), что обеспечивает соосность отверстий периферийных втулок 2в различных пластин 2 друг относительно друга. После этого устанавливаются стержни 3 в периферийные втулки 2в, при этом используемая посадка с гарантированным зазором и клеящее вещество 4 позволяют избежать заклинивания при сборке HP, а также обеспечивает жесткость и стабильность соединения. Значение допуска посадки в соединении пластин 2 и бруса 1, а также допуск зазора в соединении пластин 2 и стержней 3 выбираются с учетом технологических возможностей изготовителя и свойств клеящего вещества 4.
Пример использование предлагаемой HP в излучателе твердотельного лазера, представлен на фиг 3. Более тридцати ОЭиУ 5 расположены в посадочных гнездах 2а пластин 2. Для соединения HP с корпусом излучателя лазера (не показан) служат опоры 6, которые крепятся к брусу 1. Длина HP - 700 мм, ширина - 220 мм, высота - 220 мм. Для изготовления HP использован титановый сплав. Для соединения бруса 1 с пластинами 2 использована посадка JS6/h6, а в качестве клеящего вещества 4 использован вал-втулочный фиксатор Loctite 603 компании Henkel Group. Для фиксации стержней 3 в периферийных втулках 2в пластин 2 применен вал-втулочный фиксатор Loctite 660 компании Henkel Group. Представляется возможным применение вместо продукции фирмы Henkel отечественных клеевых композиций «Анатерм» или «Унигерм».
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в оптико-механической промышленности при изготовлении лазерных и прочих оптических приборов и систем с большим числом ОЭиУ;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».