一种面向精密光学器件的夹持系统及夹持器的制作方法

本发明涉及微操作与微机电技术领域，具体涉及一种面向精密光学器件的夹持系统及夹持器。

背景技术：

随着电视成像技术的迅速发展，光学镜头广泛应用于人们的生产生活中。对于光电系统分辨力和精度较高的光学镜头，其精密光学器件的夹持和装配显得尤为重要。然而，光学零件的装配过程中，由于镜片、垫圈等精密光学器件大小不一、数量较多，且较易磨损，装配过程很难达到高精度的要求。为了提高装配过程的效率和精度，亟需一套自动的适应性夹持系统。

在国内，高精度光学系统的装调技术发展较慢。过去光学仪器的装调都是采用传统的装调技术，主要依靠人员的装调经验和较简单的装调设备来完成的，对于成像质量要求比较低的光学系统可以实现。同时这些方法是比较笨拙的，一、效率低周期长；二、很多方法都是试验性的，装调的精度不会很高。因此，这些方法不适合装调高精度的光学系统。近几年来，随着先进的光学检测技术的发展，使高精度光学镜头定心装配系统成为可能，并提出了更高的要求。

在《一种机油冷却器加强垫圈夹持器的设计》(翁玲灵,朱兴龙,孙钊.一种机油冷却器加强垫圈夹持器的设计[j].机械设计与制造工程,2014(2):70-73.)中设计了一种该加强垫圈夹持器，移动座与夹持器内腔形成密闭空间，利用真空泵抽真空，改变拉力盘的位置，从而改变卡爪的位置，使其支撑于加强垫圈内环面实现零件的抓取。然而，该夹持器利用三个卡爪的转动来实现不同尺寸隔圈的夹持，夹持范围较小；且利用气动作为夹持动力源，容易对精密脆弱的隔圈产生冲击，影响隔圈的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种面向精密光学器件的夹持系统，主要由夹持器转台、机械臂运动组件、镜筒安放工装、光学器件夹持器和气路系统五个主要部分组成。通过各个部分的协调合作，能够自动完成高精度光学镜头的装调。

本发明提供了一种夹爪式垫圈夹持器，包括夹爪夹持器快换机构、安装壳体、步进电机、联轴器、光杆、连接板、丝杠、连杆、卡爪导轨与卡爪；

其中步进电机固定安装在安装壳体内，夹爪夹持器快换机构固定连接在安装壳体上方，安装壳体的下方与光杆的一端固定连接，光杆的另一端与卡爪导轨固定连接，连接板通过连杆和卡爪连接，卡爪与卡爪导轨的导轨槽滑动配合，步进电机的输出轴通过联轴器与丝杠一端连接，丝杠的另一端与卡爪导轨的中心部分转动配合，连接板的螺纹孔与丝杠固定配合，同时连接板的过孔与光杆为滑动配合。

本发明的面向精密光学器件的夹持系统主要包括夹持器转台、机械臂运动组件、镜筒安放工装、光学器件夹持器和气路系统；

夹持器转台主要由步进电机、夹持器转盘和底座组成，夹持器转台上安装有多个光学器件夹持器，所述转台进行回转运动，将指定夹持器转动至相应位置；

机械臂运动组件包括机械腕和x/y/z方向的移动滑台，机械臂运动组件负责光学器件装调过程中的运动执行和装配执行，光学器件夹持器从夹持器转台中取出，更换至机械臂运动组件的机械腕上，机械腕运动至镜筒安放工装，进行镜筒与光学器件的装调；

镜筒安放工装包括镜筒夹具和镜筒的调整平台，镜筒夹具对镜筒进行可靠定位并夹紧，镜筒调整平台调整镜筒的位姿保证镜筒的轴线与机械腕和夹持器的轴线的重合度；

光学器件夹持器包括真空吸附式镜片夹持器和真空吸附式隔圈夹持器和权利要求1所述的夹爪式垫圈夹持器；

气路系统为气动夹持器提供气源。

本发明的面向精密光学器件的夹持系统的夹持方法如下：

步骤1，控制系统使机械臂运动组件运动，位于其上的机械腕到达夹持器转盘相应夹持器上方，机械腕上的机械腕快换机构与夹持器上的夹持器快换机构配合，机械腕更换上所需夹持器；

步骤2，所述步骤1中机械腕上的所需夹持器夹取待装配光学零件后，在机械臂运动组件的带动下继续运动至镜筒安放工装位置；

步骤3，光学器件和镜筒在镜筒安放工装位置进行装调，装调的同时由镜筒调整平台调整镜筒的位姿，使得光学零件的装配达到装配精度的要求；

步骤4，装配完成后机械腕返回至夹持器转盘，更换下个夹持器。如此循环，直至完成夹持要求。

有益效果：

本发明提供的夹爪式隔圈夹持器利用电机作为动力源，通过丝杠-连接板和连杆机构来完成夹爪的张合运动，通过控制电机的转动量可以得到卡爪的夹持半径，从而夹持相应隔圈，从而实现一定尺寸范围内多种隔圈的可靠夹持。

本发明提供的面向精密光学器件的夹持系统能弥补光学零件种类和数量较多、手工操作不可控和一致性差的问题；能够大大提高光学零件的装配效率和装配精度，是一套可调节的自动夹持系统，能够应对多种高精度光学器件的装调。

附图说明

图1为面向精密光学器件的夹持系统结构图；

图2为镜筒安放工装示意图；

图3为机械臂运动组件示意图；

图4为夹持器转台示意图；

图5为夹爪式垫圈夹持器示意图；

图6为真空吸附式镜片夹持器示意图；

图7为真空吸附式隔圈夹持器示意图；

图8为面向精密光学器件的夹持系统工作流程图。

其中1－底座，2－镜筒安放工装，3－机械臂运动组件，4－夹持器转台，5－夹爪式垫圈夹持器，6－真空吸附式镜片夹持器；

2-1－镜筒夹具，2-2－镜筒调整平台；

3-1－机械腕，3-2－x/y/z方向的移动滑台；3-3－机械腕快换机构；

5-1夹爪夹持器快换机构；5-2步进电机；5-3联轴器；5-4光杆；5-5连接板；5-6丝杠；5-7连杆；5-8卡爪导轨；5-9卡爪。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种面向精密光学器件的夹持系统。本夹持系统主要包括夹持器转台、机械臂运动组件、镜筒安放工装、光学器件夹持器和气路系统；夹持器转台主要由步进电机、夹持器转盘和底座组成，夹持器转台上安装有多个光学器件夹持器，夹持器转台放置了许多光学器件相对应的夹持器，是“夹持器库”，所实现的功能是进行回转运动，将指定夹持器转动至相应位置；机械臂运动组件包括机械腕和x/y/z方向的移动滑台；镜筒安放工装包括镜筒夹具和镜筒的调整平台，主要作用是定位并夹紧镜筒，同时调整镜筒的位姿使得镜筒的轴线与机械腕和夹持器的轴线的重合度保持在一定的精度范围内；光学器件夹持器主要有真空吸附式镜片夹持器、夹爪式垫圈夹持器和真空吸附式垫圈夹持器组成；气路系统则是为气动夹持器提供气源。

机械臂运动组件主要负责光学器件装调过程中的运动执行和装配执行，光学器件夹持器从“夹持器库”即夹持器转台中取出，更换至机械臂运动组件的机械腕上；之后机械腕运动至镜筒安放工装，完成镜筒与光学器件的装调。

参照附图8，本发明工作流程如下：开始工作时，控制系统使机械臂运动组件运动，位于其上的机械腕到达夹持器转盘相应夹持器上方，机械腕上的机械腕快换机构与夹持器上的夹持器快换机构配合，机械腕便更换上所需夹持器；该夹持器夹取待装配光学零件后，在机械臂运动组件的带动下继续运动至镜筒安放工装位置，光学器件和镜筒在此进行装调，装调的同时由镜筒调整平台调整镜筒的位姿，使得光学零件的装配达到装配精度的要求；装配完成后机械腕返回至夹持器转盘，更换下个夹持器。如此循环，直至完成夹持要求。针对不同种类和尺寸的零件，通过装有多个相对应夹持器的夹持器转台旋转，采用快换机构与机械腕完成快速更换的方案。快速更换适用于同类型不同尺寸零件的夹持器，实现适应性夹持，提高了夹持效率。

夹持器转台通过各个夹持器夹持不同类型的待装配零件，夹持器转台能够容纳多个夹持器，将相对应的例如光学镜片、光学垫圈、陶瓷光杆等需要装配的零件的夹持器旋转至更换位置，极大提高了装配效率。

参照附图1，面向精密光学器件的夹持系统，镜筒安放工装2包括镜筒夹具2-1和镜筒调整平台2-2，如图2所示。镜筒夹具2-1作用是对镜筒进行可靠定位并夹紧，镜筒调整平台2-2同时调整镜筒的位姿使得镜筒的轴线与机械腕和夹持器的轴线的重合度保持在一定的精度范围内。如图3所示，图1中的机械臂运动组件3包括机械腕3-1和x/y/z方向的移动滑台3-2，机械腕3-1上有机械腕快换机构3-3。图1中夹持器转台6所实现的功能是进行回转运动，将指定夹持器转动至相应位置；镜片夹持器4对镜片采用真空吸附，以便对光学镜片实现可靠的无损伤装夹与夹取；对于垫圈的夹持来说，采用真空吸附式垫圈夹持器和夹爪式垫圈夹持器5，这些夹持器都安装在夹持器转台上。

夹持系统开始工作时，机械臂运动组件3运动，机械腕到达夹持器转台相应夹持器位置，换上所需夹持器；继续运动至镜筒安放工装2，进行装调，装调的同时由调整平台调整镜筒位姿，并通过一定方法使得装配达到装配精度的要求；装配完成后机械腕回到夹持器转台6，更换下个夹持器，如此循环，直至完成夹持要求。针对不同尺寸和种类的精密光学零件，选择不同的夹持器，以夹爪式垫圈夹持器为例，通过机械腕快换机构3-3和夹爪夹持器快换机构5-1的装卸完成夹爪式垫圈夹持器的快速更换，实现高效适应性夹持，在上述基础上，用夹持器转台调整夹持器的位置，完成相应的夹持动作，进而顺序完成装配，实现工序集中，提高装配精度效率。

如附图5，为夹爪式垫圈夹持器示意图，夹爪夹持器快换机构5-1主要作用是便于夹持器在夹持器转台和机械臂之间的装卸，转台如图4所示，机械臂如图3所示。步进电机5-2主要功能是进行旋转运动，步进电机的正转和反转可以控制夹爪的张开与闭合，进一步地，通过设置电机的转动量可以控制夹爪的张合量。联轴器5-3一端连接步进电机的输出轴，另一端连接丝杠5-6，从而将电机的转动传递给丝杠。光杆5-4起导向的作用，连接板5-5在上面滑动。连杆5-7连接连接板5-5和卡爪导轨5-8，卡爪5-9在卡爪导轨5-8滑动。

夹爪式垫圈夹持器通过夹爪夹持器快换机构5-1实现夹持器的快速拆卸，夹持器工作时，电机5-2转动，丝杠5-6在联轴器5-3的带动下转动，连接板5-5在光杠5-4的导向作用下沿着其轴线平动，连杆5-7将连接板沿丝杠轴线方向的平动转化为卡爪5-9沿卡爪导轨5-8平面上的平动。总的来说，步进电机的转动，经过一系列的转换变为四个卡爪的垂直于电机轴轴线的平动，实现卡爪的张合，通过控制电机的转动量可以得到卡爪的夹持半径，从而夹持相应隔圈，完成各尺寸隔圈的可靠夹持。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。