夹持套件的制作方法

本发明涉及一种夹持工具，尤其涉及一种适用于大口径光学元件的夹持套件。

背景技术：

光学元件普遍具有元件整体易碎以及元件表面的微观组织容易受损等特点，通常情形下，元件能接触的范围仅为边缘以及边缘向内之多约10mm的区域。鉴于此，1)在精度方面，因此在对光学元件进行装配时，涉及到的较为精密的装配工作通常是通过人工操作来完成，以避免自动化以及半自动作业过程中可能产生的对元件的损坏现象。2)在规模方面，对于厚度和重量均较小的光学元件来说，通常是通过人工操作的方式来完成对于光学元件的装配且人工操作亦能够较容易地完成其装配工作。而对于具有一定厚度和/或重量的光学元件，尤其是对于大口径光学元件来说，仅通过人工操作的方式来完成光学元件的搬、运都非常困难，更别说完成其复杂的装配过程。因此若仍然采用人工操作的方式显然会存在如下缺陷：1)光学元件的表面质量难以保证，甚至损毁光学元件；2)装配性能和装配效率下降；3)完成装配的过程以及前述的损毁光学元件可能会危害到作业人员的安全。

因此，目前对于大口径光学元件通常采用自动化或者半自动化的作业方式完成其搬运和/或装配，如可以使用外力来代替或者在人力的辅助下代替人工操作。目前多倾向于使用较为成熟的多自由度机械臂来充当“外力”，如对于半自动化的作业方式而言，能够使得多自由度机械臂在人工的辅助下完成对于大口径光学元件的搬运和/或装配。而多自由度机械臂的应用必然需要在不损伤光学元件的前提下，将光学元件可靠地固定于机械臂的端臂。

技术实现要素：

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何实现对光学元件的可靠夹持。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种用于固定光学元件的夹持套件。该夹持套件包括：

面板；以及

夹持组件，其固定于所述面板，所述光学元件能够容纳于所述面板和所述夹持组件形成的安装空间内；该夹持组件包括：

至少一对相向的夹板，其用于限制所述光学元件在与所述面板的厚度方向相垂直的第一方向上的活动；以及

托架，其用于限制所述光学元件在与面板的厚度方向以及所述第一方向分别相垂直的方向上的活动；

其中，所述夹板具有调整件，其能够使得所述夹板在所述第一方向上将所述光学元件夹紧/松脱；

其中，所述面板固定于机械臂的臂端，所述面板能够随着所述臂端的活动而相对光学元件移动。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述夹板包括：

固定座，其以能够拆卸的方式固定于所述面板；以及

活动板，所述活动板通过所述调整件与所述固定座相连接，且所述活动板能够通过所述调整件改变其相对于所述固定座的距离。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述活动板上设置有垫块，所述垫块具有至少一个工位面，所述光学元件的外缘能够抵接于该至少一个工位面中的其中一个工位面。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述垫块具有至少一个台阶，设定厚度的光学元件能够抵接于与该设定厚度对应的台阶。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述调整件为螺杆，所述螺杆固定于所述活动板，所述活动板能够通过所述螺杆的旋动在所述第一方向上以接近/远离所述固定座的方式移动。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，将所述螺杆固定于所述活动板的结构包括：

环槽，其沿径向设于所述螺杆的杆体外侧；以及

挡片，其固定于所述活动板，且其具有能够嵌入所述环槽的环状结构。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述夹持套件还包括缓冲垫，所述缓冲垫设于所述面板与所述光学元件接触的一侧。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述面板在至少一侧上分布有若干个凹进结构。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述托架包括：

架基体，其以能够拆卸的方式与所述面板相连接；

以及托块，其设置于所述架基体，且所述托块具有与所述活动板上的垫块具有的至少一个工位面相对应的至少一个卡置面。

对于上述夹持套件，在一种可能的实现方式中，所述架基体大致为L型结构；

其中：所述L型结构的第一端面通过螺栓与所述面板相连接；

其中：所述托块固定于所述L型结构的第二端面，所述光学元件的外缘能够抵接于所述至少一个卡置面中的其中一个卡置面。

有益效果

通过设置具有调整件的夹板，使得待装配的光学元件可以在装配前能够顺利地进入面板，并能够可靠地将光学元件在第一方向上得以固定；以及通过托架的支撑作用，将光学元件在与第一方向相垂直的方向上也得以可靠地固定。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1a示出本发明一实施例的夹持套件的立体结构示意图一；图1b示出本发明一实施例的夹持套件的立体结构示意图二。

图2a示出本发明一实施例的夹持套件的活动夹板的结构示意图；图2b示出本发明一实施例的夹持套件的托架的结构示意图。

图3示出采用本发明一实施例的夹持套件约束光学元件自由度的示意图。

附图标记列表

100、面板；11、凸台；121、安装中心孔；122、安装环孔；13、凹进结构；200、夹板；21、固定座；22、活动板；221、垫块；2211、工位面；23、螺杆；231、挡片；24、销钉；300、托架；31、架基体；311、第一端面；312、第二端面；32、托块；321、卡置面；400、缓冲垫；500、光学元件。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法和手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1a示出本发明一实施例的夹持套件的立体结构示意图一(光学元件500所在的一侧)；图1b示出本发明一实施例的夹持套件的立体结构示意图二(机械臂所在的一侧)。

如图1a和图1b所示的一种夹持套件，主要用于固定光学元件。该夹持套件主要包括：

面板100；以及

夹持组件，其固定于面板100，光学元件500能够容纳于面板100和夹持组件形成的安装空间内。其中该夹持组件主要包括：

至少一对相向的夹板200，其用于限制光学元件500在与面板100的厚度方向相垂直的第一方向上的活动。以及

托架300，其用于限制光学元件500在与面板100的厚度方向以及第一方向分别相垂直的方向上的活动。

其中，夹板300具有调整件，其能够使得夹板200在第一方向上将光学元件500夹紧/松脱；

其中，面板100固定于机械臂(多自由度)的臂端，面板100能够随着所述臂端的活动而相对于容纳于安装空间内的光学元件500移动。

在一种可能的实施方式中，可以在面板100的中部(靠近机械臂的一侧)有一个圆形的凸台11，凸台11的中心有一个圆形的安装中心孔121，在安装中心孔121的周向分布有多个安装环孔122。借助于螺栓，即可将面板100通过主要由该安装中心孔121和安装环孔122构成的通孔组固定于机械臂的臂端，通过机械臂的活动，能够使得面板100接近/远离光学元件，或者在面板100所在平面内调整夹板200以及托架300相对于光学元件的位置。

通过至少一对相向的夹板200和托架300对光学元件500的限制，能够实现对光学元件500可靠地固定。并通过调整件的结构设置，保证了光学元件500相对于面板100的顺利移除或者安置。

在一种可能的实施方式中，托架300可以用于限制光学元件500在重力方向上的移动。如托架300可以设于面板100大致底部的位置。作为一种优选，可以设置有一个托架300，如该托架300沿底部的外缘具有一定的长度，且大致置于底部的外缘中部。也可以设置两个以及两个以上托架300，共同实现在重力方向上将光学元件托起并固定的功能。如参照图1a和图1b，两个托架200分别对称式置于面板100的底部两侧。

参照图2a，在一种可能的实现方式中，夹板200的结构主要包括：

固定座21，其以能够拆卸的方式固定于面板100。如可以是，在固定座21的靠近两端的位置分别设有安装孔位(如可以在每端设有两个安装孔位)，借助于与该安装孔位相匹配的固定螺栓即可将固定座21固定于面板100。以及

活动板22，活动板22通过前述的调整件与固定座21相连接，且活动板22能够通过调整件改变其相对于固定座21的距离(在第一方向上)。

可以看出，通过活动板22相对于固定座21(沿水平方向)的位置调整，实现了光学元件500的安置和移出，并有效避免了安置和移出过程由于干涉导致的光学元件500的损坏。

在一种可能的实现方式中，可以在活动板22的内侧设置有垫块221，如可以，垫块221通过沉头螺钉固定于活动板22。垫块221可以具有至少一个工位面2211，光学元件500的外缘能够匹配式抵接于其中的一个工位面2211上。

可以看出，通过多个工位面的设计，使得同一个夹持套件可以满足不同规格的光学元件500的安装。进一步参照图2a，如可以是，垫块221具有至少一个台阶，台阶的截面可以为具有多个高度的阶梯状结构，与高度相对应的具有多种设定厚度的光学元件500能够抵接于与该设定厚度对应的台阶处(光学元件500的外缘抵接于工位面2211，光学元件500靠近机械臂的一侧的边缘则抵接于与工位面2111形成台阶的过渡立面)。

当然，图2a所示的台阶主要是厚度有所区别的大致为平面的工位面2211的组合，主要满足的是对不同厚度的、外缘大致为平面的光学元件500的安装。实际上，根据需求，也可以进一步将工位面2211设计为弧面、折面等结构形式，以满足不同外缘形状的光学元件的安装需求。此外，台阶的个数也可以根据实际需求调整两个以及两个以上。

在一种可能的实现方式中，调整件为螺杆23，螺杆23固定于活动板22，活动板22能够通过螺杆23的旋动在第一方向上以接近/远离固定座21的方式移动。

将所述螺杆固定于所述活动板的结构可以包括：

环槽，其沿径向设于螺杆23的杆体外侧；以及

挡片，其固定于活动板22，且其具有能够嵌入环槽的环状结构。

在一种可能的实施方式中，螺杆23可以选用手旋螺杆来灵活调节活动板22的位置。如手旋螺杆可以包括：杆体以及设于杆体一端的旋钮，杆体的轴向沿着远离旋钮的具有螺纹段和光杆段，通过旋转操作旋钮即可使得螺纹段在固定座21的厚度方向(水平方向)的拧入/拧出，前述的环槽可以置于光杆段和螺纹段的分界处，通过将挡片231嵌入环槽，即可将杆体沿轴向可靠地固定于活动板22。环槽一侧的光杆段穿入活动板22的通孔后伸出活动板22的外侧，作为一种优选，此处的通孔可以稍大于(如至少是间隙配合)光杆段的外径，以便光杆段能够顺利伸出活动板22。

这样一来，通过旋钮的旋转使得螺纹段在固定座21上的螺纹孔内移动，实现活动板22相对于固定座21的位置调整。当然，也可以借助于测量工具和/或能实现使得旋钮实现旋动的工具，保证手旋螺杆23能够更为准确地调节活动板22的位置。

如挡片231嵌入环槽内的结构可以是设于挡片外缘的半圆形开口。由于活动板是通过螺纹段的移动来实现随动的，因此活动板22的活动范围至多是螺杆23的螺纹段的长度。

此外，为了进一步增加固定座21和活动板22在杆体轴向的位置稳定性，可以增设销钉24，如进一步参照图2a，如可以与手旋螺杆的杆体平行的销钉24。其中销钉24的螺纹段沿杆体轴向依次穿过设于固定座21以及活动板22上相应位置的通孔，通过螺母将伸出活动板22的螺纹匹配拧紧，即可将销钉24固定在活动板22上。事实上，销钉24同时也作为螺杆23在旋动过程中的辅助导向件，增加了手旋螺杆的操作可靠性。为了保证辅助导向的稳定性，销钉24优选为成对使用。以仅一对销钉为例，相对于单个销钉，明显提高了稳定性。而当销钉的个数大于两个之后，会对夹持套件的制造和装配提出更高的要求，这显然会使得成本增加。为了保证安装工具将销钉夹持便于装配，销钉24的头部为扁圆状结构。为了便于销钉24的移除，其靠近头部一侧的螺纹段与固定座21为间隙配合。

作为一种可能的实施方式，挡片231可以是一个大致为矩形的片状零件，上面除了设有固定螺杆23的半圆形开口之外，还可以分布多个圆形通孔。如前述的两个销钉24的螺纹段也可以穿过相应的圆形通孔之后，再通过螺母固定在活动板22上。

通过上述螺杆23、销钉24与挡片231的配合，可以使得固定板22可以可靠地停留在固定的位置。而且本发明的活动板22由于采用的是细牙螺纹的传动方式，因此在光学元件500处于夹持状态时，仅螺纹部分就能够具有很好的自锁功能，有效防止在夹持转运过程中元件掉落。

在一种可能的实现方式中，夹持套件还包括缓冲垫400，缓冲垫400垫片4大致为长条状，主要设于面板100与光学元件500接触的一侧。进一步参照图1a，可以在面板100大致边缘的位置上设有多个缓冲垫400，缓冲垫可以通过粘合胶粘连于面板100，也可以沿其长度方向分布有若干个沉头螺栓孔，通过沉头螺栓固定于面板2安置光学元件500的上边缘、两侧边缘和/或下边缘等位置。光学元件500的外缘直接与缓冲垫400接触，有效防止了光学元件500外缘(靠近面板10的一侧)的损伤。

在一种可能的实现方式中，面板100在至少一侧上分布有若干个凹进结构13，如可以是，凹进结构13分布于靠近机械臂的一侧，且朝向安装光学元件500一侧的方向凹进。凹进结构13可以是截面大致为矩形的块状结构，也可以其他形状的结构，如圆形、椭圆形以及如图1b中设于面板100边角处的带有弯折的形状等。且各个凹进结构13的形状可以有所区别。在面板100上设置凹进结构13的主要作用是实现了面板100的轻质化。与将面板100整体薄化的方案相比，在实现轻质化的前提下，部分掏出凹进结构13的方案使得面板100的整体仍保留了一定的厚度，即强度可以得到保证。

参照图2b，在一种可能的实现方式中，托架300的结构主要包括：

架基体31，其以能够拆卸的方式与面板100相连接。如可以通过螺栓连接的方式固定于面板100。以及

托块32，其设置于架基体31，且托块32具有与前述的活动板22上的垫块221上的工位面2211相对应的卡置面321。当不同厚度的光学元件500作为待安装的部件时，其在横向抵接于与其厚度匹配的工位面2211上。与之对应，其在重力方向上，也有对应的卡置面321来恰好抵接该厚度的光学元件500。如与垫块221上的工位面2211类似，也可以将托块32设置为台阶，卡置面321即台阶在水平方向的面。同样地，也可以与光学元件500的外缘相适应，卡置面321可以是平面、弧面或者折面等形状。

这样一来，通过托块32与垫块221的配合，可以根据实际需求，设计出多个工位，用于安装不同厚度和外缘形状的光学元件500。

在一种可能的实现方式中，进一步参照图2b，架基体31大致为L型结构。其中：L型结构的第一端面311上设有若干个安装孔，用于借助螺栓将其固定于面板100的背侧(靠近机械臂的一侧)。而托块32则固定于所述L型结构的第二端面312，光学元件500的外缘能够抵接于托块32上的其中一个卡置面321的内侧。可以在第二端面312上设有与托快的底部形状对应的凹进部，便于安装托块32。托块32可以采用沉头螺钉等可拆卸的方式固定在该凹进部。通过对托块32进行单独选材(如轻质、柔质等)和结构设计，以尽量地促成光学元件500的完好性。

如图1a和1b所示，在一种可能的实施方式中，光学元件500的轮廓大致为上宽下窄的梯形。梯形的腰的顶部两侧设有一对夹板200，梯形的底边的两侧设有两个托架300。活动板22设于固定座21的外侧(远离光学元件500的一侧)，手旋螺杆的旋钮设于固定座21的内侧(靠近光学元件500的一侧)。用于操作以调整活动板22位置的旋钮以及相应的销钉24均设于面板100的背面(靠近机械臂的一侧)，而用于卡置光学元件500的垫块221和托块32处于面板100的正面(安装光学元件的一侧)。

采用手旋螺杆来实现光学元件500的夹持的过程可以包括：

顺时针旋转手旋螺杆带动活动板22向外移动，使用机械臂将夹持套件整体移动至光学元件500附近。为了保证面板100接近光学元件500的过程中不会被夹板200干涉，如可以将活动板22向外移动至所能移动的最远的位置，即足以保证光学元件500两侧的边处于活动板22的内侧之内(如与垫块的工位面之间有间隙)。该移动主要实现的是将面板100大致接近光学元件的位置。在此过程中，还要使面板100尽可能地平行于光学元件500，以保证安置的可靠性。可以看出，手旋螺杆使得本发明的夹持套件可以在水平方向进行较大范围的调整，且实现水平调整的结构简单、紧凑，操作便捷，能在狭窄的环境中便捷地工作。

在一种可能的实施方式中，可以进一步将夹持套件缓慢地趋近光学元件500，使得托架300大致置于光学元件500下部。以及进一步将夹持套件趋近光学元件500，使面板100上的缓冲垫400紧密地贴至光学元件500背部。可以将夹持套件向缓慢地向上提起，直到托块32上的卡置面321抵接至光学元件500的底部外缘，实现了重力方向上的可靠托起支撑。

在保证托块32以及缓冲垫400与光学元件500完成可靠接触之后，逆时针旋转手旋螺杆，螺纹段在固定座21内的移动带动活动板22向内移动，直至垫块221上的工位面2221抵接至光学元件500的外缘。即将光学元件500横向夹紧。至此，即完成了夹持套件对光学元件500的固定。

参照图3，以光学元件500的中心作为坐标原点，以垂直于面板100且由面板100指向光学元件500的方向为X轴正向，光学元件500的重力方向相反的方向为Z轴正向，Z轴在面板100所在的平面内顺时针转动90°之后的方向为Y轴正向。从X轴、Y轴、Z轴的正向侧观察，绕X轴、Y轴、Z轴逆时针转动的方向为Rx、Ry和Rz。可以看出，本发明的夹持套件在夹持光学元件500的状态下，面板100、夹板200和托架300分别单独地完成了对光学元件500在(X、Y、Z)三个自由度上的约束。在面板100、夹板200和托架300形成的安装空间的限制下，完成了对光学元件500在(Rx、Ry、Rz)三个自由度上的约束。因此通过本发明的夹持套件能够实现对光学元件500的牢固、稳定的夹持。

作为一种可能的实施方式，与光学元件500的外缘直接接触的垫块221和托块321可以采用轻质且不易损坏光学元件500的材质，如可以是白色聚四氟乙烯。由于机械臂本身的负载能力有限，而光学元件500在负载(包括光学元件与夹持套件)中所占的重量比例又较大，因此夹持套件尽可能使用强度质量比(即材料的强度与质量的比值)比较高的材料，而铝合金就是一种强度比较高的材料。因此主要作为厚度方向的支撑件的面板100可以采用整体机械加工成型的合金板，如采用牌号为6061的航空铝合金。主要作为横向的活动/支撑件的活动板22则可以采用合金材料，如采用牌号为6061的航空铝合金。但是由于铝合金存在硬度较低、不耐磨以及容易产生划痕的不足，因此可以采用硬质阳极氧化处理的方式来提高铝合金的表面硬度，提高其耐磨性。如可以对面板100和活动板22的表面作硬质阳极氧化处理。对于夹装套件的关键部位的部件，由于其具有“载荷相对较大、有效空间有较小”的特点，因此宜选用杨氏模量比较大的材料，以减小其在工作过程中的变形，而不锈钢就是一种杨氏模量比较大的材料。而且在清洁环境中，不锈钢材料还具有耐腐蚀的优点，不易产生锈蚀粉尘。如作为安装/支撑/限位/连接功能件的托架300、固定座21、螺杆23(主要指杆体部分)、销钉24以及挡片231可以采用不锈钢材质，以及可以对这些不锈钢材质的部件表面做镜面钝化处理，主要是为了便于清洁/清洗。。

由于体积的限制，目前用于实现自动化或者半自动化作业的多自由度机械臂的有效负载通常都在一定范围之内，通过面板100上的凹进结构13以及选材的调整，使得本发明的夹持套件在重量上实现了一定程度的轻便化，因此在有效负载一定的前提下，能够夹持重量较大的光学元件500。且由于本发明的夹持套件具有夹持牢固稳定以及夹持效率高的优点，因此更适用于对大口径的光学元件500的夹持。而且通过垫块221、托块32以及缓冲垫400等结构的设计，能有效地保护夹持及转运过程中的光学元件500不受损伤，同时垫块221和托块32的阶梯式设计还使得本发明的夹持套件能够适用于不同厚度的光学元件500。此外，本发明的夹持套件具有结构简单、操作便捷以及使用寿命长的优点，因此能够在有限的空间内快速、稳定、牢固地夹持光学元件500，为实现光学元件500的自动化装配过程提供了可靠保证。

需要说明的是，尽管以一对夹板200、两个托架300以及仅在面板100的背侧设置凹进结构13作为示例介绍了夹持套件如上，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。事实上，用户完全可根据实际应用场景等情形灵活地设定夹板200的对数、托架300的个数以及凹进结构13的具体形状以及布置形式等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。