大口径光学元件的姿态调整装置

摘要

本发明涉及一种大口径类光学元件的姿态调整装置。该姿态调整装置包括：夹装部，其包括面板和置于所述面板上的装夹组件；其中，所述面板和所述装夹组件形成有安装空间，光学元件能够容纳于所述安装空间内；动力部，其动力输出端连接至所述面板，用于带动所述面板呈现出与所述动力输出端一致的运动状态；以及支撑部；其中，所述面板和所述动力部分别固定于所述支撑部。本发明的姿态调整装置为待装配的光学元件提供了一个暂存平台并能够调整其在暂存平台内的姿态，尤其适用于大口径光学元件的自动化装配。

权利要求

1.一种大口径光学元件的姿态调整装置，其特征在于，该姿态调整装置包括：

1)夹装部，其包括面板和置于所述面板上的装夹组件，所述装夹组件包括若干个托块，所述面板和所述托块形成安装空间，大口径光学元件能够容纳于所述安装空间内；

其中，所述面板包括中心板以及在中心板的外缘处延伸出的、与所述若干个托块对应的若干个安装位，所述托块分别以能够拆卸的方式固定于相应位置的所述安装位；

其中，所述托块在形成所述安装空间的内侧具有安置结构，所述安置结构具有至少一个台阶，不同厚度的所述光学元件的外缘能够抵接于该至少一个台阶中的其中一个台阶；

2)动力部，其动力输出端包括转轴，所述转轴的输出端设置有第一法兰，所述动力部用于带动所述面板呈现出与所述动力输出端一致的运动状态；

3)支撑部，其包括台架以及设于所述台架的第一安装位和第二安装位；

其中，所述第一安装位为沿所述台架外侧向下倾斜的支撑板且所述支撑板的中部设置有安装孔位，所述面板设置于所述第一安装位并能够绕所述动力输出端的中心轴线自转，所述动力部固定于所述第二安装位，所述转轴和所述第一法兰均穿过设于所述安装孔位且所述第一法兰连接至所述面板；

其中，所述第二安装位包括安装板和斜撑板，所述安装板用于固定所述动力部，所述斜撑板设置于所述安装板的底侧且所述斜撑板用于将所述安装板支撑于所述台架，所述安装板与所述支撑板相互垂直；以及

4)滑动轴承，其设置于所述安装孔位与所述动力输出端之间并固定于所述第一安装位，所述滑动轴承包括空心圆柱和第二法兰；

其中，所述空心圆柱沿径向设置于所述转轴和所述安装孔位之间以便沿径向将转轴与所述安装孔位所处的所述支撑板隔开，其中，所述第二法兰与所述第一法兰沿轴向彼此连接以便将所述转轴托起。

2.根据权利要求1所述的大口径光学元件的姿态调整装置，其特征在于，所述面板包括大致呈矩形结构的中心板以及在所述中心板的四边分别向外侧延伸出的大致呈矩形结构的安装板，所述中心板和所述安装板使所述面板形成大致呈十字形的结构。

说明书

大口径光学元件的姿态调整装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种对光学元件进行自动化操作的设备，尤其涉及一种尤其适用于大口径光学元件的姿态调整装置。

背景技术

[0002] 由于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，且在对光学元件进行自动化装配的过程中。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。针对于此，对于光学元件的装配而言，装配精度要求比较严苛的光学元件仍采用人工装配，而装配精度相对较低的光学部件则可以引入机械臂等外力，实现半自动化装配。但是人工装配的操作难度非常大，人力成本较高。此外，为了保证光学元件在装配之后的性能完好性，同时需要尽量在高洁净度的环境中完成装配作业。而研究表明，人工介入是洁净环境中带入灰尘最多的因素，因此要求尽量减少或者排除人员操作的可能。也就是说，为了保证高洁净度的环境，前述的人工装配和半自动化装配等需要有人工介入的装配方式亟待进一步改进。

[0003] 光学元件的全自动化装配工艺有效地避免了人工介入，能够在最大程度上满足高洁净度的环境要求，但是目前的自动化装配工艺由于单一地依靠光学元件的夹具和执行机构，导致光学元件的操作性存在非常明显的局限性，执行机构在动作过程中，夹具普遍存在的夹装可靠性和稳定性方面的不足往往会在一定程度上影响光学元件的装配精度和装配后的完好性。

[0004] 为了改善光学元件的操作性，目前往往是通过改进装配作业中涉及的光学元件的夹具来提高光学元件的装配可靠性和装配精度，夹具的结构复杂性随即增加，与结构复杂性相关的设计和加工制造难度也伴随增加，进而导致夹具的成本大幅度地增加。而且即使上述复杂性、难度和成本的增加可以被接受，仅通过改进夹具结构的方式仍然很难使得自动化装配作业达到理想的效果。

发明内容

[0005] 技术问题

[0006] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提高自动化装配作业过程中的光学元件的稳定性。

[0007] 解决方案

[0008] 为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种姿态调整装置。该姿态调整装置包括：

[0009] 夹装部，其包括面板和置于所述面板上的装夹组件；

[0010] 其中，所述面板和所述装夹组件形成有安装空间，光学元件能够容纳于所述安装空间内；

[0011] 动力部，其动力输出端连接至所述面板，用于带动所述面板呈现出与所述动力输出端一致的运动状态；

[0012] 以及支撑部；

[0013] 其中，所述面板和所述动力部分别固定于所述支撑部。

[0014] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述支撑部包括台架以及设于所述台架的第一安装位和第二安装位；

[0015] 其中，所述夹装部固定于所述第一安装位，并能够绕所述动力输出端的中心轴线自转；

[0016] 其中，所述动力部固定于第二安装位。

[0017] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述第一安装位为沿所述台架外侧向下倾斜的支撑板。

[0018] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述第二安装位包括：

[0019] 安装板，用于放置所述动力部；

[0020] 以及斜撑板，其设于所述安装板的底侧，用于将安装板支撑于所述台架；

[0021] 其中，所述安装板与所述支撑板相互垂直。

[0022] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述装夹组件包括若干个托块；

[0023] 其中，所述托块以能够拆卸的方式固定于所述面板；

[0024] 其中，所述托块在形成有所述安装空间的内侧具有安置结构，且所述光学元件的外缘能够抵接于所述安置结构。

[0025] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述安置结构具有至少一个工位，所述光学元件的外缘能够抵接于该至少一个工位中的其中一个工位。

[0026] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述安置结构具有至少一个台阶，不同厚度的所述光学元件的外缘能够抵接于该至少一个台阶中的其中一个台阶。

[0027] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述动力部的动力输出端穿过设于所述第一安装位中部的安装孔位与所述面板相连接；

[0028] 其中，该安装孔位与所述动力输出端之间设有滑动轴承，且所述滑动轴承固定于所述第一安装位。

[0029] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述面板包括中心板以及在中心板的外缘处延伸出的安装位，所述装夹组件的各个托块分别固定于相应位置的所述安装位。

[0030] 对于上述姿态调整装置，在一种可能的实现方式中，所述面板包括矩形板以及在矩形板的四边分别向外侧延伸出的矩形安装板，所述矩形板和所述矩形安装板形成大致呈十字形的结构。

[0031] 有益效果

[0032] 通过引入支撑部，本发明的姿态调整装置为待装配的光学元件提供了一个暂存平台，且能够通过动力部调整光学元件在该暂存平台内的姿态。通过与光学元件的夹具进行配合，本发明的姿态调整装置能够有效提高光学元件的装配效率和装配精度，尤其适用于对大口径光学元件的自动化装配。

[0033] 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

[0034] 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。

[0035] 图1示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的支撑部的结构示意图；

[0036] 图2示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的夹装部的结构示意图；

[0037] 图3示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的动力部的结构示意图；

[0038] 图4示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的装配示意图；

[0039] 图5示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的装配剖视图。

[0040] 附图标记列表

[0041] 100、支撑部；10、台架；101、支撑脚；11、第一安装位；12、第二安装位；200、夹装部；21、面板；22、托块；23、滑动轴承；300、动力部；31、伺服电机；32、减速器；33、联轴器；331、径向螺纹孔；34、转轴；35、衬垫；36、支架；361、第一端面；362、第二端面。

具体实施方式

[0042] 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。

[0043] 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。

[0044] 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。

[0045] 实施例1

[0046] 图1示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的支撑部的结构示意图。图2示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的夹装部的结构示意图。图3示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的动力部的结构示意图。图4示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的装配示意图。图5示出本发明一实施例的大口径光学元件的姿态调整装置的装配剖视图。

[0047] 如图1至图4所示，本发明的姿态调整装置主要包括支撑部100、夹装部200和动力部300。其中：

[0048] 支撑部100主要用于为安置光学元件的夹装部200以及提供动力的动力部300提供一个相对固定的位置。参照图1，支撑部100的结构主要包括位置相对固定的台架10以及置于台架10上的、分别用于安装夹装部200和动力部300的第一安装位11和第二安装位12。通过引入支撑部300，使得动力传递和夹装部200的转动更为可靠。

[0049] 在一种可能的实施方式中，台架10大致为框架结构，框架具有四个支撑脚101，支撑脚101固定于安装基面。如可以是处于装置所处的使用环境中的地面等。

[0050] 在一种可能的实施方式中，第一安装位11可以是大致设于台架10顶部的、沿台架10外侧向下倾斜的支撑板。支撑板可以与台架10为一体式加工的结构。作为一种优选，支撑板与竖直方向呈5～50°的夹角，优选为40°。支撑板采用倾斜结构原因主要包括：

[0051] 1)便于机械臂放置光学元件的动作，因为如果是需要将光学元件平放至台架10，会增加机械臂放置动作的难度甚至难以放置。

[0052] 2)而且由于机械臂在将光学元件放置到支撑板之后，在下一个工艺环节中仍需要对光学元件靠近面板21的一侧进行操作，因此为了便于该下一个工艺的操作，因此从理论上讲，将光学元件放置于垂直于水平方向(地面)的位置是最为方便的。然而，在通过机械臂将光学元件放置于支撑板之后，垂直于地面放置的放置姿态必然会导致光学元件不稳定。

[0053] 基于以上两个原因，本发明的支撑板采用了倾斜结构。

[0054] 在一种可能的实施方式中，第二安装位12可以是设于台架10内部的安装台。如安装台可以包括用于固定动力部300的安装板以及将安装板支撑于台架10的支撑结构。如支撑结构可以是分别置于安装板底侧两端的斜撑板，主要用于将安装板可靠地支撑于固定位置。作为一种优选，为了保证动力部300与夹装部200之间的动力接合，动力部300的输出端的中心轴线应该与夹装部200的自转中心重合。与之对应，斜撑板与安装板应当大致为相互垂直的位置关系。

[0055] 夹装部200主要用于将光学元件可靠地固定，并在动力部300的带动下能够绕其输出端的轴线自转，从而对光学元件的姿态(角度)进行调整。参照图2，夹装部200的结构主要包括面板21以及设于面板21上的装夹组件，装夹组件在面板21的板面范围内限制出一个安置光学元件的安装空间。在一种可能的实施方式中，装夹组件可以包括若干个托块22，各个托块22以能够拆卸的方式固定于面板21，且托块22在形成安装空间的内侧具有与光学元件的大致外缘的位置直接接触的安置结构。优选地，安置结构可以具有至少一个工位，光学元件的外缘能够抵接于该至少一个工位中的其中一个工位。

[0056] 在一种可能的实现方式中，安置结构可以包括至少一个台阶，即安置结构沿其厚度方向的截面为阶梯形状。这样一来，至少可以将不同厚度的光学元件的外缘匹配式抵接于其中的一个台阶。根据实际情形，可以灵活设计台阶的个数。此外，根据光学元件的外缘形状，可以将台阶中两侧的面设计为平面、弧面以及折面等形式，以及二者之间的角度也可以灵活调整，以通过同一组托块22实现对尽可能多型号的光学元件的固定。

[0057] 在一种可能的实现方式中，面板21可以包括中心板以及在中心板的外缘处延伸出的安装位，各个托块22固定于相应位置的安装位。如可以是，大致为矩形的中心板以及在中心板的四边分别向外侧延伸出的大致也为矩形的安装板，从而使面板21形成大致呈十字形的结构。每个安装板上可以设有一个或者多个托块22。如图2中示出的，为了增加稳定性，可以在上侧(以安装至台架11时的姿态作为参照)的安装板上设置两个托块22(沿安装板的中线对称)，而在下侧以及(左、右)侧的安装板上只设置一个托块22即可。各个托块22固定于面板21的方式如可以是，在托块22的底部设有法兰，法兰上分布有安装孔(如靠近两端位置的两个圆孔)，各托块22分别通过法兰上的安装孔与设于面板21相应安装位上的螺纹孔相连接。

[0058] 动力部300主要用于为夹装部200的旋转提供动力并使得夹装部能够按照目标转速转动。参照图3，动力部300的结构主要包括用于提供动力(扭矩)的伺服电机31、用于调节转速的减速器32以及用于与夹装部200进行动力接合的转轴34。其中：

[0059] 在一种可能的实施方式中，伺服电机31的主体结构大致为长方体，伺服电机31的动力输出端连接至减速器32的输入轴。减速器31的主体结构大致为圆柱体，减速器32的输入轴一侧还设有用于与伺服电机31的主体轮廓相连接的方形法兰，减速器32的输出轴则通过联轴器33与转轴34相连，从而将动力依次经伺服电机-减速器-联轴器-转轴34传递至夹装部200。

[0060] 减速器32和转轴之间通过联轴器33相连接。其中，联轴器33的一端与减速器32相连接，如穿入减速器32的输出轴(主动轴)。另一端则连接至转轴34(从动轴)，如穿入转轴34的输入端。通过联轴器33实现了减速器32与转轴34的共同旋转，使得动力端(伺服电机31)与工作端(面板21)之间的扭矩传递更为平稳。

[0061] 在联轴器33的中部设有轴向孔，用于将减速器32的输出轴和转轴34相连接，并且联轴器33上沿轴向还分布有两个径向螺纹孔331，且该径向螺纹孔331通过联轴器33的轴心。借助紧定螺钉，通过该径向螺纹孔331能够消除(减速器32的输出轴、转轴34)和联轴器33之间的间隙，以保证联轴器33在扭矩传递过程中的可靠性。

[0062] 转轴34的输出端与夹装部200的面板21相连接。如在一种可能的实施方式中，转轴34的输出端设有法兰，法兰上设有一组螺纹孔(如参照图3，法兰沿周向分布的四个螺纹孔)，转轴34通过该组螺纹孔与设于面板21相应位置的安装孔(如参照图2，面板21的中部分布的四个螺纹孔)相连接。

[0063] 此外，参照图3，动力部300还通过支架36固定于台架10的第二安装位12。在一种可能的实施方式中，支架36大致呈L型结构，其中L型结构的第一端面361与第二安装位12的斜撑板相连接，L型结构的第二端面362则与动力部300相连接。如可以是：在第一端面361上设有若干个螺纹孔，在斜撑板的相应位置设有相应的安装孔位即可。第二端面362的中部设有一个较大的圆孔，较大的圆孔的周围分布有较小的圆孔(如四个)，其中较大的圆孔能够容纳动力部300的径向尺寸。如较大的圆孔能够容纳减速器32的输出轴，如较大的圆孔与减速器32的输出轴二者之间至少是间隙配合，以保证输出轴能够无干涉地顺利穿过较大的圆孔。而较小的圆孔则与减速器32相连接，从而将动力部300整体在减速器32处实现固定。当然，支架的第二端面应该也可以设于动力部300的其他位置，如于套设于伺服电机31或者减速器32的外壳等位置，只要能够实现第二端面362与动力部300的可靠连接即可。

[0064] 可以看出，通过将动力部300固定于支撑部100，实现了动力输出的稳定性。动力部300的转轴34穿过设于第一安装位11中部的安装孔位并与夹装部200的面板21相连接，从而使得面板21能够随着转轴34的旋转而绕转轴34的轴线自转。即依靠伺服电机31和减速器32实现置于夹装部200的安装空间内的光学元件的精确旋转(姿态调整)。

[0065] 在一种可能的实施方式中，参照图1和图5，为了降低转轴34在旋转过程中转轴与第一安装位11中部的安装孔位(如设于面板21中部的较大的圆形孔)之间的摩擦，可以在转轴34与该安装孔位之间设有滑动轴承23。滑动轴承23的结构大致为带法兰的空心圆柱，滑动轴承23的法兰固定于支撑部100的第一安装位11，如可以通过沉头螺钉孔固定于设于第一安装位11上的螺纹孔中。

[0066] 此外，可以在转轴34的输出端的法兰与滑动轴承23的法兰之间设有衬垫35，用于将转轴34(转轴34与面板21相连接)与滑动轴承23(滑动轴承与第一安装位11相连接)隔开，以降低转轴34与滑动轴承23之间的法兰磨损。在一种可能的实施方式中，在转轴34的输出端的法兰上设有另一组螺纹孔(优选地，该组螺纹孔的外径略小于前述的用于连接转轴34与面板21的螺纹孔)，转轴34的输出端的法兰通过该组螺纹孔与衬垫35实现紧密连接。

[0067] 即，滑动轴承23与(第一安装位11、面板21、转轴34)的连接关系主要包括：

[0068] 1)滑动轴承23的空心圆柱沿径向将转轴34与安装孔位所处的支撑板隔开；

[0069] 2)滑动轴承23的法兰的外侧端面将转轴34(的法兰的内侧端面)有效托起，并对设于转轴34与滑动轴承23的法兰之间的衬垫35进行有效的固定。

[0070] 作为一种具体的实施方式，台架10、联轴器33、转轴34以及支架36可以采用材料为0Cr18Ni9(奥氏体不锈钢的一种)的优质不锈钢钢焊接成型。其中(联轴器33、转轴34以及支架36)优选为一次加工成型。面板21可以采用材料为6061T6(6系变形铝合金的一种)的航空铝合金制作而成。托块22采用聚四氟乙烯制作而成。伺服电机31可以选用型号为
AM34HD2403-13的伺服电机，减速器32可以选用型号为PL80-020的减速器。滑动轴承23和衬垫35均可优选采用软质材料(如聚四氟乙烯)制作，主要以能够增加其防摩擦作用为准。

[0071] 此外，采用0Cr18Ni9的结构，也可以采用防腐性能与之相似且焊接性能良好的其他奥氏体不锈钢。而采用6061T6的结构，也可以采用强度与之接近且加工性能良好的其他6系变形铝合金。

[0072] 可以看出，通过额外地设置作为安装基体的支撑部100，不仅提供了一个能够暂时存放光学元件的工位，而且由于动力传递更为准确、稳定，因此能精确地调整光学元件的姿态。通过将该装置与光学元件的夹具进行配合使用，大大提高了装置整体的操作灵活度。而且该装置具有结构简单、操作简便的优点。

[0073] 需要说明的是，尽管以十字形的面板21以及相应的托块22布置形式，以及板状结构的安装位(11、12)作为示例介绍了姿态调整装置如上，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面板21的结构以及托块22在面板上的布置形式，以及将安装位(11、12)设置为与夹装部200和动力部300匹配的形式等。

[0074] 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。