一种自清洁旋转棱镜装置的制作方法

本发明涉及光学传递系统领域，尤其是涉及一种自清洁旋转棱镜装置。

背景技术：

旋转棱镜具有视场大，结构紧凑、转动惯量小等特点，旋转棱镜扫描机构在动态光学跟踪、扫描、捕获、通信、测距等领域具有广泛的应用。现有专利“同步带驱动旋转棱镜装置”(cn103149686a)、“同步带驱动的旋转双棱镜集成机构”(cn108196363a)均使用同步带传动方式，由于同步带轮和同步带啮合时，主动齿轮和从动齿轮之间存在齿侧隙，难以消除回程误差，则系统误差将极大的影响旋转棱镜的工作性能。现有专利“一种级联粗精藕合光学扫描装置”(cn104793334a)、“实现粗精两级扫描的转动棱镜装置”(cn102955251a)均采用蜗轮蜗杆传动方式带动棱镜旋转，蜗轮蜗杆传动同样存在侧隙，难以消除回程误差，将极大影响该装置工作性能。现有专利“精密旋转双棱镜光束扫描器及其控制方法”(cn1542490)给出了旋转双棱镜的精密控制方法，对于机械结构存在的系统误差没有给出具体解决方案。

棱镜在长期使用后，棱镜表面将附着大量灰尘颗粒，将影响棱镜的工作性能，应对其进行定期的清理及相应的烘干，现有技术中大多使用人工拆卸棱镜后，对其进行清洁和烘干，无自动清洁和烘干功能，耗费人力和时间。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的旋转棱镜装置机械传动系统存在回程误差，以及不具备自清洁及烘干功能的缺陷而提供一种自清洁旋转棱镜装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自清洁旋转棱镜装置，包括底板和设置在底板上的旋转棱镜组件、清洁组件、烘干组件和机械臂组件，所述旋转棱镜组件、清洁组件、烘干组件都设置在机械臂组件的操作范围内；所述旋转棱镜组件包括棱镜、电机和可旋转的内套，所述内套的一端固定棱镜，另一端套有从动齿轮，所述电机的输出轴上设有两个相叠的主动齿轮，两个主动齿轮分别与所述从动齿轮的轮齿的前、后两侧齿廓面相啮合。

优选的，所述旋转棱镜组件还包括编码器，所述编码器的输出轴设有相叠的第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮和第四齿轮分别与所述从动齿轮的轮齿的前、后两侧齿廓面相啮合。

优选的，所述棱镜通过镜片座固定在内套的一端，所述镜片座上设有安装口，所述棱镜通过带有吸气通道的橡胶吸盘固装在所述安装口中，所述安装口通过设在镜片座中的吸气口与外部连通。

优选的，所述机械臂组件包括工业机器人和设在工业机器人末端的夹具组件。

优选的，所述棱镜的侧边对称设有两个楔槽，所述夹具组件包括夹爪，所述夹爪设有与棱镜直径相等的半圆形凹槽，所述凹槽的侧壁内设有两个锥销滑槽，锥销滑槽中设有锥销，两个锥销的一端分别连接气缸，另一端在气缸的活塞杆伸出时分别插入两个楔槽中。

优选的，所述清洁组件包括清洁腔体，所述清洁腔体上设有两个液体进口和一个液体出口，所述清洁腔体内设有第一棱镜支撑座、超声波发生器和超声波换能器。

优选的，所述烘干组件包括烘干腔体，所述烘干腔体上设有进气口和出气口，所述烘干腔体内设有第二棱镜支撑座和红外灯管。

优选的，所述红外灯管在所述第二棱镜支撑座的两侧分别设有多个。

优选的，所述旋转棱镜组件还包括固定在底板上的安装座，所述内套贯穿设置在所述安装座的上部，所述内套的外侧与安装座之间设有轴承。

优选的，所述电机为步进电机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用两个主动齿轮与从动齿轮的啮合，且两个主动齿轮分别与从动齿轮的轮齿的前齿廓面和后齿廓面啮合，可消除传动过程中的回程误差，从而提升该装置的工作精度。

2、采用编码器测量转动量对系统实时进行反馈，实现闭环控制，且编码器的轴端通过两个齿轮分别与从动齿轮轮齿的前齿廓面和后齿廓面啮合，可以消除编码器测量过程中的回程误差，从而提升该装置的工作精度。

3、采用末端带有夹具组件的工业机器人，可实现镜片的自动装卸。

4、设有超声波清洁组件，可实现对镜片的自动清洁。

5、设有烘干组件，可实现对镜片的快速烘干。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为图1中a-a方向的剖视图；

图3为图2中c-c方向的剖视图；

图4为图2中d-d方向的剖视图；

图5为镜片座的主剖视图；

图6为图2中ii-ii的局部视图；

图7为棱镜的主视图；

图8为夹爪的主剖面视图；

图9为夹具组件的主剖视图；

图10为图1中i-i的局部视图；

图11为图1中b-b方向的剖视图。

图中标注：

1.旋转棱镜组件、11.安装座、12.压盖、13.轴承、14.镜片座、15.内套、16.橡胶吸盘、17.棱镜、18.电机、19.第一胀套、110.第一主动齿轮、111.第二胀套、112.第二主动齿轮、113.从动齿轮、114.第三齿轮、115.第三胀套、116.第四胀套、117.第四齿轮、118.编码器、141.吸气口、142.安装口、161.吸气通道、171.楔槽、1131.第一前齿廓面、1132.第一后齿廓面、1133.第二前齿廓面、1134.第二后齿廓面；

2.底板；

3.清洁组件、31.盖板、32.清洁腔体、33.超声波发生器、34.第一棱镜支撑座、35.超声波换能器、321.清水进口、322.清洁液进口、323.液体出口；

4.烘干组件、41.第二棱镜支撑座、42.烘干腔体、43.红外灯管、421.进气口、422.出气口；

5.机械臂组件、51.工业机器人、52.夹具组件、521.夹爪、522.气缸、523.锥销、5211.凹槽、5212.锥销滑槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种自清洁旋转棱镜装置，包括底板2和设置在底板2上的旋转棱镜组件1、清洁组件3、烘干组件4和机械臂组件5，旋转棱镜组件1、清洁组件3、烘干组件4都设置在机械臂组件5的操作范围内。

如图2所示，旋转棱镜组件1包括棱镜17、安装座11、电机18和内套15。安装座11固定在底板2上，内套15贯穿设置在安装座11的上部，内套15的外侧与安装座11之间设有轴承13，使得内套15可在安装座11中旋转。本实施例中，轴承13固装在安装座11的端面，且设有压盖12压紧轴承13。内套15的一端通过镜片座14固定连接棱镜17，内套15的另一端套有从动齿轮113。

电机18固定在底板2上，本实施例中，电机18具体采用步进电机18。电机18的输出轴分别通过第一胀套19和第二胀套111连接相邻设置在一起的相同的第一主动齿轮110和第二主动齿轮112。如图3所示，第一主动齿轮110和第二主动齿轮112分别与从动齿轮113的轮齿的第一前齿廓面1131和第一后齿廓面1132相啮合，这样的结构可以消除回程误差。

旋转棱镜组件1还包括编码器118，本实施例中，编码器118固装在安装座11的顶部。编码器118的输出轴分别通过第三胀套115和第四胀套116连接相邻设置的相同的第三齿轮114和第四齿轮117，如图4所示，第三齿轮114和第四齿轮117分别与从动齿轮113的轮齿的第二前齿廓面1133和第二后齿廓面1134相啮合。

如图5、图6所示，镜片座14上设有安装口142，棱镜17通过橡胶吸盘16固装在安装口142中。橡胶吸盘16包括头部和颈部，颈部插入安装口142中，颈部中设有连通安装口142和外部的吸气通道161，安装口142通过设在镜片座14中的吸气口141与外部连通。通过对吸气口141抽气使棱镜17与橡胶吸盘16间形成真空，可以将棱镜17固定在镜片座14上。

机械臂组件5包括工业机器人51和设在工业机器人51末端的夹具组件52。如图7所示，棱镜17的侧边对称设有两个楔槽171。如图8所示，夹具组件52包括夹爪521，夹爪521设有与棱镜17直径相等的半圆形凹槽5211，凹槽5211的侧壁内设有两个锥销滑槽5212。如9所示，锥销滑槽5212中设有锥销523，锥销523与夹爪521滑动连接。两个锥销523的一端分别连接气缸522的活塞杆，另一端在各自气缸522的活塞杆伸出时分别插入棱镜17的两个楔槽171中，如图10所示，使得夹爪521能抓牢棱镜17。

如图1所示，清洁组件3包括设在底板2上的清洁腔体32，清洁腔体32的顶部设有盖板31。清洁腔体32上设有两个液体进口和一个液体出口323，两个液体进口分别为清水进口321和清洁液进口322。清洁腔体32内设有第一棱镜支撑座34、超声波发生器33和超声波换能器35。清洁组件3利用超声波清洁棱镜17，本实施例中，清洁棱镜17时超声波发生器33的超声波频率为45khz。

如图11所示，烘干组件4包括固定在底板2上的烘干腔体42，烘干腔体42上设有进气口421和出气口422，烘干腔体42内设有第二棱镜支撑座41和红外灯管43。红外灯管43在第二棱镜支撑座41的两侧分别设有多个，本实施例中，红外灯管43的功率为1400w。