多自由度可替換型電極機構的製作方法

2023-05-10 00:22:06

專利名稱：多自由度可替換型電極機構的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於氣體雷射器技術領域，具體涉及氣體雷射器的放電腔，特別是氣體雷射器放電腔的電極機構。
背景技術：
放電腔是氣體放電雷射光源的核心關鍵部件。放電腔一般都包含一對放電電極，加載電壓後產生等離子體輻射出雷射。放電腔的放電性能優劣直接影響到雷射特性；而放電電極的材料、加工及裝配精度，預電離方式等是影響放電性能的重要因素。在放電腔的設計加工過程完成後，電極的材料、電極面型加工精度、預電離方式等都已經確定完畢，所以怎樣將陰陽電極對準裝配是確保優良放電性能的關鍵步驟。現有的裝配方式要麼不能多方位調整確保電極的裝配精度，要麼每次都需要開腔調整，額外增加了開腔時間和開腔後氣體鈍化時間。另外，放電腔每次放電都會消耗微量的電極材料，而且陽極的消耗量約是陰極的幾倍。達到一定放電脈衝數後，需要開腔對放電電極進行處理或者更換，這也會增加開腔時間和開腔後氣體鈍化時間，相應的縮短了放電腔的使用壽命。
發明內容(一 )要解決的技術問題本實用新型所要解決的技術問題是現有的氣體雷射器放電腔的電極機構不易更換和調節，從而影響放電腔的使用壽命的問題。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供一種電極機構，用於向氣體雷射器的放電腔提供處於電極工作位置的電極，該電極機構包括傳動機構和安裝在該傳動機構上的多個電極，該傳動機構用於使該多個電極的每一個移動到所述電極工作位置。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述傳動機構為兩個，所述多個電極中的每一個的兩端分別安裝於該兩個傳動機構上。根據本實用新型的一種具體實施方式
，還包括一個調節機構，該調節機構位於所述電極工作位置的下方，用於調節處於電極工作位置的電極在垂直方向的位置和傾斜角度。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述傳動機構為履帶式結構，其包括主動輪、從動輪和圍繞所述主動輪和從動輪的履帶，所述多個電極安裝於所述履帶上。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述主動輪由一個電機驅動。根據本實用新型的一種具體實施方式
，還包括對驅動輪和從動輪施加一個預施力的機構，以使驅動輪和從動輪具有相互背離的傾向。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述從動輪的軸向兩側向外各伸出一個凸部，並在每個凸部的靠近驅動輪的一側固定一個彈簧，並使該彈簧預壓縮，以使其對所述凸部產生一個向著遠離驅動輪的方向的推力。根據本實用新型的一種具體實施方式
，在所述傳動機構上還安裝有託盤，所述電極通過該託盤安裝在所述履帶上。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述託盤包括用於與所述電極固定連接的電極連接接口，該電極連接接口通過多個彈簧組與該託盤相連。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述傳動機構具有兩個，分別位於兩個傳動機構上的託盤的安裝位置相互對應，以使處於對應位置的兩個所述託盤共同支撐多個電極中的每一個。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述託盤的底部設置有連接接口，該連接接口用於與固定於託盤下方的調節機構相抵接，所述調節機構用於調節處於電極工作位置的電極在垂直方向的位置和傾斜角度。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述連接接口為半圓柱形槽，所述調節機構的頂部呈半球形。根據本實用新型的一種具體實施方式
，每個託盤的底部設置兩個連接接口，所述調節機構為四個，所述四個調節機構與位於電極工作位置的兩個託盤的連接接口相抵接，且使得四個連接接口分別對應電極的四個角。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述調節機構包括電機、連接器、螺母和絲槓，所述螺母和絲槓組成滾珠絲槓系統，所述連接器的一端與所述電機相連接，另一端與所述螺母固定。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述連接器上開有直徑大於絲槓的直徑的導孔，使絲槓可以進入連接器內部。(三)有益效果本實用新型電極機構傳動機構和調節機構相互配合，實現放電電極多個自由度的運動，從而達到不打開放電腔就能調整電極的位置和角度的效果，確保氣體雷射器的放電腔具有優良的放電性能。另外，本實用新型的電極機構設置有多個電極，通過傳動機構，可以在不打開放電腔的前提下實時更換備用電極，延長了放電腔的使用壽命。

圖I是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的示意圖；圖2是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的調節機構的示意圖；圖3是本實用新型的氣體雷射器放電腔的託盤的一種實施方式的示意圖；圖4是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的調節機構具體結構示意圖；圖5是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的頂起狀態示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明。電極在氣體雷射器的放電腔中通常安裝在固定不變的電極工作位置，為了實現電極的更換與調節，本實用新型的用於氣體雷射器的放電腔的電極機構包括傳動機構和安裝在傳動機構上的多個電極，所述傳動機構用於帶動多個電極進行平行移動，使多個電極中的每一個電極均能夠移動到氣體雷射器的放電腔的電極工作位置。根據本實用新型的一種具體實施方式
，所述傳動機構是一種履帶式傳動機構，其包括一個驅動輪和一個從動輪，以及圍繞驅動輪和從動輪的履帶，在所述履帶上設置多個電極；所述驅動軸用於提供履帶移動的動力，從而使履帶帶動多個電極進行平行移動，使之任一個都能夠移動到所需的電極工作位置。所述傳動機構可以是一個，也可以是多個，視電極的具體形狀、結構而定。但是，本實用新型優選為兩個傳動機構，以便其電極的兩端分別固定在兩個傳動機構上，有利於使電極保持穩定。在傳動機構上安裝的電極個數可以視電極機構的安裝空間、長度等任意設定，在放電腔工作時，只有位於電極工作位置的電極才進行工作，其他電極均作為備用電極，通過設置多個電極，且多個電極通過傳動機構進行移動，使得電極的更換變得方便。根據本實用新型的電極機構還可包括一個調節機構，其位於電極工作位置的下方，用於調節位於電極工作位置處的電極在垂直方向的位置和角度。下面通過具體實施例來詳細說明本實用新型的技術方案。圖I是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的示意圖。如圖I所示，本實用新型的電極機構包括傳動機構I和安裝在傳動機構I上的多個電極3。在該實施例中，所述傳動機構I有兩個，所述電極有三個，每個電極3的兩端分別安裝於該兩個傳動機構上。所述傳動系統包括主動輪11、從動輪12和圍繞所述主動輪11和從動輪的履帶
13。所述電極均勻地分布且安裝於履帶13上。所述主動輪11是固定滾輪(或齒輪)，從動輪12是不固定滾輪(或齒輪)，可以單自由度地朝向或背離主動輪11運動。根據本實用新型的一種實施方式，主動輪11可由一個電機14驅動。為了使履帶13保持一定的張力以承載電極，需要給驅動輪11和從動輪12預施加一個力，使它們相互之間具有背離的傾向。在該實施例中，在每一從動輪12的軸向兩側向外各伸出一個凸部15，並且該凸部15固定在從動輪12的轉動軸上，不跟隨從動輪12進行轉動(如但不限如的舉例，凸部15通過軸承與從動輪12進行連接)，在每個凸部15的靠近驅動輪11的一側固定一個彈簧5，並對該彈簧5預壓縮，以使其對凸部(15)產生一個向著遠離驅動輪11的方向的推力，以使圍繞著驅動輪11和從動輪12的履帶保持一個張力，以便承載電極3。根據本實用新型，使履帶13保持一定的張力的預施力機構也可以採取其它的實施方式，例如也可以在所述每個凸部15的遠離驅動輪11的一側固定一個預拉伸彈簧。在該實施例中，在兩個傳動機構I上還安裝有託盤4，託盤4的位置與電極在傳動機構I上的安裝位置相對應。圖3是本實用新型的氣體雷射器放電腔的託盤4的一種實施方式的示意圖。根據該實施方式，託盤4除了包括位於底部的與調節機構相牴觸的連接接口外,還包括履帶連接接口 41、電極連接接口 42、與電極連接接口相應的彈簧組43，該履帶連接接口 41以膠接、焊接、螺接等方式通過固定在履帶13上；電極3以螺接等方式固定在圖中的電極連接接口42上，該電極連接接口 42可為一個，也可為多個(圖3中所示為四個)，且與託盤4不直接連接，而通過多個彈簧組43與託盤4相連。當託盤4和電極3不額外受力時，電極連接接口 42處於中心位置，多個彈簧組43處於受力平衡狀態；當電極3與託盤4額外受力時，電極連接接口 42偏離中心位置，多個彈簧組進行壓縮或拉伸，在新的位置達到平衡。在圖3所示的實施方式中，每個電極連接接口 42中包括四個彈簧組43。在該實施例中，由於傳動機構I具有兩個，因此可以使分別位於兩個傳動機構I上的託盤4的位置相互對應，以便由兩個託盤共同支撐一個電極3。如前所述，本實用新型的電極機構還包括一個調節機構2，該調節機構2位於電極工作位置的下方，用於調節電極3在垂直方向的位置和傾斜角度。圖2是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的調節機構的示意圖，如圖2所示，調節機構2固定於處於電極工作位置的託盤4的下方，並且能夠與託盤4相抵接。為了與調節機構2相抵接，在託盤4的底部設置有連接接口。根據本實用新型的優選實施方式，連接接口為半圓柱形槽44，以便於調節機構2和託盤4更好的抵接定位和傳力。當所述傳動系統將電極3以及固定電極3的託盤4運轉到電極工作位置時，與電極工作位置對應的託盤4下部的連接接口與調節機構相抵接，從而使得能夠通過調節機構2的調節使託盤4進行適當的上下或旋轉移動，從而調節電極在垂直方向的位置和角度。在圖2所示的本實用新型的具體實施方式
中，在電極3的兩端的下方各有一個託盤4，這兩個託盤4中的每一個分別通過連接接口與兩個調節機構2相抵接。在該實施例中，調節機構2為螺栓式調節器。在每個託盤底部均設置連接接口，由此在電極的一端的下方兩個螺栓式調節器分別通過該連接接口與該端的託盤4相抵接。當電極為如圖2所示的長條形時，優選的是，所述連接接口的位置與電極3的四個角相對應，以便四個調節機構分別抵接，從而調節電極的四個角在垂直方向移動，以便精確地調節電極在垂直方向上的位置和角度。圖4是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的調節機構2的具體結構示意圖。如圖4所示，調節機構2為螺栓式調節器，其包括電機21、連接器22、螺母23和絲槓24。絲槓24的頂部形狀對應於託盤4下部的連接接口的形狀。當託盤下部的連接接口為半圓柱形時，該頂部為半球形。螺母23和絲槓24組成滾珠絲槓系統連接器22和螺母23固定不動，當電機21轉動時絲槓收縮或頂起。電機21和電機14 一樣固定在放電腔上；連接器22與電機21的輸出軸固定連接(電機21的輸出軸為圖中標記21和22中間的圓柱體)，螺母23與連接器22固定連接；連接器22上開有直徑大於絲槓24的直徑的導孔，使絲槓24可以進入連接器22內部用以節約空間。當電機工作時，電機輸出軸帶動連接器22和螺母23轉動，當旋轉方向不同時，絲槓收縮或頂起。在該實施例中，驅動輪11隻能在電機14的帶動下正轉或反轉，兩組履帶13隻能在驅動輪11的帶動下沿水平面一個平動方向分別前進或後退；託盤4與履帶13固定，與履帶13有相同的運動狀態；託盤4下面用來與調節機構2相連的半圓柱形槽44的軸向，和履帶13的平動方向一致，這樣調節機構2中的絲槓24的半球形頂部始終作用在半圓柱形槽44內；電極連接接口 42與電極3固定，與電極3有相同的運動狀態；因為託盤具有彈簧組43,當兩組履帶13的平動方向相同時,彈簧組43推動電極3沿履帶13的平動方向運動(即第一自由度)；當兩組履帶13的平動方向不同時，彈簧組43推動電極連接接口 42偏離中心位置，且兩組履帶13上的託盤4上的電極連接接口 42 (即電極3的兩端)偏離中心方向不同，實現電極3在水平面內繞垂直軸的微轉動(即第二自由度)。因偏離中心位置行程有限，所以只能是微轉動。當將本實用新型的電極機構安裝到氣體雷射器的放電腔中時，需確保電極在其長度方向上安裝在精確範圍內，而這較容易實現，因為對於氣體雷射器而言，電極長度方向上的位置容許誤差一般遠大於普通的機械安裝誤差。在上述本實用新型的實施例中，當兩個傳動機構I朝向同一方向並以相同位移量平動時，可以調節電極在一個水平方向上位置，即第一自由度；當兩個傳動機構I以不同位移量或朝向相反方向平動時，可以調節電極在水平面內繞垂直軸的角度，即第二自由度；當四個調節機構在垂直方向上朝向同一方向並且以相同位移量平動時，可以調節電極在垂直方向上的位置，即第三自由度；當靠近驅動輪11處的兩個調節機構與靠近從動輪12處的兩個調節機構分別以不同位移量或朝不同方向運動時，可調節電極繞其軸轉動，此為第四自由度；當相應於同一傳動機構I的兩個調節機構2與相應於另一傳動機構I的另兩個調節機構2分別以不同位移量或朝相反方向運動時，可調節電極繞其切向軸轉動，此為第五自由度；當處於對角位置的兩個調節機構朝相反方向運動，並且另外兩個調節機構保持不動時，可以調節電極繞其對角線軸轉動，因有兩條對角線，故此為兩個自由度。以上是本實用新型的具體實施例的調節方式，然而本實用新型不限於此，基於本實用新型的構思，可以根據電極的安裝位置和形狀在不同位置設定傳動機構和調節機構，並且傳動機構和調節機構的數目和位置也可以不同。圖5是本實用新型的氣體雷射器放電腔的電極機構的頂起狀態示意圖。如圖5所示，當四個調節機構朝頂起方向運動時，電極處於被頂起狀態。此時，由於從動輪是不固定輪，因此其朝向主動輪運動，以補償傳動系統中履帶的長度，此時，彈簧5處於強壓縮狀態。在放電腔中，當達到一定放電脈衝數、需要更換電極時，可以先使調節機構2向下運動到不與託盤接觸(例如使絲槓24同時收縮)，再使兩個傳動機構朝同一水平方向運動，將另一備用電極移動到電極工作位置，實現電極的置換，然後按上述方法在多個自由度上調整置換後的電極的自由度，使置換後的電極滿足放電腔電極的裝配要求。在選擇本實用新型的電極機構中的各部件材料時，需要注意各部件不被工作氣體腐蝕。如對應ArF雷射器，其工作氣體中有氟氣，電極機構中的各部件都要耐氟氣腐蝕。例如，所選用的電機為陶瓷電機。各電機在雷射器外部遙控操作。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種電極機構,用於向氣體雷射器的放電腔提供處於電極工作位置的電極，其特徵在於，該電極機構包括傳動機構(I)和安裝在該傳動機構(I)上的多個電極(3)，該傳動機構(I)用於使該多個電極(3)的每一個移動到所述電極工作位置。
2.如權利要求I所述的電極機構，其特徵在於，所述傳動機構(I)為兩個，所述多個電極(3)中的每一個的兩端分別安裝於該兩個傳動機構(I)上。
3.如權利要求I所述的電極機構，其特徵在於，還包括一個調節機構(2)，該調節機構(2)位於所述電極工作位置的下方，用於調節處於電極工作位置的電極(3)在垂直方向的位置和傾斜角度。
4.如權利要求I所述的電極機構，其特徵在於，所述傳動機構(I)為履帶式結構，其包括主動輪(11)、從動輪(12)和圍繞所述主動輪(11)和從動輪(12)的履帶(13)，所述多個電極(3)安裝於所述履帶(13)上。
5.如權利要求4所述的電極機構，其特徵在於，所述主動輪(11)由一個電機(14)驅動。
6.如權利要求4所述的電極機構，其特徵在於，還包括對驅動輪(11)和從動輪(12)施加一個預施力的機構，以使驅動輪(11)和從動輪(12)具有相互背離的傾向。
7.如權利要求6所述的電極機構，其特徵在於，所述從動輪(12)的軸向兩側向外各伸出一個凸部(15)，並在每個凸部(15)的靠近驅動輪(11)的一側固定一個彈簧5，並使該彈簧5預壓縮，以使其對所述凸部(15)產生一個向著遠離驅動輪(11)的方向的推力。
8.如權利要求4所述的電極機構，其特徵在於，在所述傳動機構(I)上還安裝有託盤(4)，所述電極(3)通過該託盤⑷安裝在所述履帶(13)上。
9.如權利要求8所述的電極機構，其特徵在於，所述託盤(4)包括用於與所述電極(3)固定連接的電極連接接口(42)，該電極連接接口通過多個彈簧組(43)與該託盤(4)相連。
10.如權利要求8所述的電極機構，其特徵在於，所述傳動機構(I)具有兩個，分別位於兩個傳動機構(I)上的託盤(4)的安裝位置是相互對應的，以使處於對應位置的兩個所述託盤(4)共同支撐多個電極(3)中的每一個。
11.如權利要求10所述的電極機構，其特徵在於，所述託盤(4)的底部設置有連接接口，該連接接口用於與固定於託盤(4)下方的調節機構(2)相抵接，所述調節機構(2)用於調節處於電極工作位置的電極(3)在垂直方向的位置和傾斜角度。
12.如權利要求11所述的電極機構，其特徵在於，所述連接接口為半圓柱形槽(44)，所述調節機構(2)的頂部呈半球形，與所述半圓形槽(44)相配合。
13.如權利要求11所述的電極機構，其特徵在於，每個託盤(4)的底部設置連接接口，所述調節機構(2)為四個，所述四個調節機構與位於電極工作位置的兩個託盤(4)的連接接口相抵接，且使得連接接口分別對應電極(3)的四個角。
14.如權利要求3、11-13中任一項所述的電極機構，其特徵在於，所述調節機構(2)包括電機(21)、連接器(22)、螺母(23)和絲槓(24)，所述螺母(23)和絲槓(24)組成滾珠絲槓系統，所述連接器(22)的一端與所述電機(21)相連接，另一端與所述螺母(23)固定。
15.如權利要求14所述的電極機構，其特徵在於，所述連接器(22)上開有直徑大於絲槓(24)的直徑的導孔，使絲槓(24)可以進入連接器(22)的內部。
專利摘要本實用新型公開了一種多自由度可替換型電極機構，用於向氣體雷射器的放電腔提供處於電極工作位置的電極，該電極機構包括傳動機構和安裝在該傳動機構上的多個電極，該傳動機構用於使該多個電極的每一個移動到所述電極工作位置。該電極機構還可包括位於所述電極工作位置的下方的調節機構，用於調節處於電極工作位置的電極在垂直方向的位置和傾斜角度。所述傳動機構可為履帶式結構，其包括主動輪、從動輪和圍繞主動輪和從動輪的履帶，所述多個電極安裝於所述履帶上。本實用新型能實現電極在多個自由度的運動，達到不打開放電腔就能調整電極的位置和角度的效果，確保氣體雷射器的放電腔具有優良的放電性能，延長放電腔的使用壽命。
文檔編號H01S3/038GK202737311SQ20122037653
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者陳進新, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院