本發(fā)明涉及微操作與微機電技術領域，具體涉及一種面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)及夾持器。

背景技術：

隨著電視成像技術的迅速發(fā)展，光學鏡頭廣泛應用于人們的生產生活中。對于光電系統(tǒng)分辨力和精度較高的光學鏡頭，其精密光學器件的夾持和裝配顯得尤為重要。然而，光學零件的裝配過程中，由于鏡片、墊圈等精密光學器件大小不一、數量較多，且較易磨損，裝配過程很難達到高精度的要求。為了提高裝配過程的效率和精度，亟需一套自動的適應性夾持系統(tǒng)。

在國內，高精度光學系統(tǒng)的裝調技術發(fā)展較慢。過去光學儀器的裝調都是采用傳統(tǒng)的裝調技術，主要依靠人員的裝調經驗和較簡單的裝調設備來完成的，對于成像質量要求比較低的光學系統(tǒng)可以實現(xiàn)。同時這些方法是比較笨拙的，一、效率低周期長；二、很多方法都是試驗性的，裝調的精度不會很高。因此，這些方法不適合裝調高精度的光學系統(tǒng)。近幾年來，隨著先進的光學檢測技術的發(fā)展，使高精度光學鏡頭定心裝配系統(tǒng)成為可能，并提出了更高的要求。

在《一種機油冷卻器加強墊圈夾持器的設計》(翁玲靈,朱興龍,孫釗.一種機油冷卻器加強墊圈夾持器的設計[j].機械設計與制造工程,2014(2):70-73.)中設計了一種該加強墊圈夾持器，移動座與夾持器內腔形成密閉空間，利用真空泵抽真空，改變拉力盤的位置，從而改變卡爪的位置，使其支撐于加強墊圈內環(huán)面實現(xiàn)零件的抓取。然而，該夾持器利用三個卡爪的轉動來實現(xiàn)不同尺寸隔圈的夾持，夾持范圍較小；且利用氣動作為夾持動力源，容易對精密脆弱的隔圈產生沖擊，影響隔圈的性能。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)，主要由夾持器轉臺、機械臂運動組件、鏡筒安放工裝、光學器件夾持器和氣路系統(tǒng)五個主要部分組成。通過各個部分的協(xié)調合作，能夠自動完成高精度光學鏡頭的裝調。

本發(fā)明提供了一種夾爪式墊圈夾持器，包括夾爪夾持器快換機構、安裝殼體、步進電機、聯(lián)軸器、光桿、連接板、絲杠、連桿、卡爪導軌與卡爪；

其中步進電機固定安裝在安裝殼體內，夾爪夾持器快換機構固定連接在安裝殼體上方，安裝殼體的下方與光桿的一端固定連接，光桿的另一端與卡爪導軌固定連接，連接板通過連桿和卡爪連接，卡爪與卡爪導軌的導軌槽滑動配合，步進電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與絲杠一端連接，絲杠的另一端與卡爪導軌的中心部分轉動配合，連接板的螺紋孔與絲杠固定配合，同時連接板的過孔與光桿為滑動配合。

本發(fā)明的面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)主要包括夾持器轉臺、機械臂運動組件、鏡筒安放工裝、光學器件夾持器和氣路系統(tǒng)；

夾持器轉臺主要由步進電機、夾持器轉盤和底座組成，夾持器轉臺上安裝有多個光學器件夾持器，所述轉臺進行回轉運動，將指定夾持器轉動至相應位置；

機械臂運動組件包括機械腕和x/y/z方向的移動滑臺，機械臂運動組件負責光學器件裝調過程中的運動執(zhí)行和裝配執(zhí)行，光學器件夾持器從夾持器轉臺中取出，更換至機械臂運動組件的機械腕上，機械腕運動至鏡筒安放工裝，進行鏡筒與光學器件的裝調；

鏡筒安放工裝包括鏡筒夾具和鏡筒的調整平臺，鏡筒夾具對鏡筒進行可靠定位并夾緊，鏡筒調整平臺調整鏡筒的位姿保證鏡筒的軸線與機械腕和夾持器的軸線的重合度；

光學器件夾持器包括真空吸附式鏡片夾持器和真空吸附式隔圈夾持器和權利要求1所述的夾爪式墊圈夾持器；

氣路系統(tǒng)為氣動夾持器提供氣源。

本發(fā)明的面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)的夾持方法如下：

步驟1，控制系統(tǒng)使機械臂運動組件運動，位于其上的機械腕到達夾持器轉盤相應夾持器上方，機械腕上的機械腕快換機構與夾持器上的夾持器快換機構配合，機械腕更換上所需夾持器；

步驟2，所述步驟1中機械腕上的所需夾持器夾取待裝配光學零件后，在機械臂運動組件的帶動下繼續(xù)運動至鏡筒安放工裝位置；

步驟3，光學器件和鏡筒在鏡筒安放工裝位置進行裝調，裝調的同時由鏡筒調整平臺調整鏡筒的位姿，使得光學零件的裝配達到裝配精度的要求；

步驟4，裝配完成后機械腕返回至夾持器轉盤，更換下個夾持器。如此循環(huán)，直至完成夾持要求。

有益效果：

本發(fā)明提供的夾爪式隔圈夾持器利用電機作為動力源，通過絲杠-連接板和連桿機構來完成夾爪的張合運動，通過控制電機的轉動量可以得到卡爪的夾持半徑，從而夾持相應隔圈，從而實現(xiàn)一定尺寸范圍內多種隔圈的可靠夾持。

本發(fā)明提供的面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)能彌補光學零件種類和數量較多、手工操作不可控和一致性差的問題；能夠大大提高光學零件的裝配效率和裝配精度，是一套可調節(jié)的自動夾持系統(tǒng)，能夠應對多種高精度光學器件的裝調。

附圖說明

圖1為面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)結構圖；

圖2為鏡筒安放工裝示意圖；

圖3為機械臂運動組件示意圖；

圖4為夾持器轉臺示意圖；

圖5為夾爪式墊圈夾持器示意圖；

圖6為真空吸附式鏡片夾持器示意圖；

圖7為真空吸附式隔圈夾持器示意圖；

圖8為面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)工作流程圖。

其中1－底座，2－鏡筒安放工裝，3－機械臂運動組件，4－夾持器轉臺，5－夾爪式墊圈夾持器，6－真空吸附式鏡片夾持器；

2-1－鏡筒夾具，2-2－鏡筒調整平臺；

3-1－機械腕，3-2－x/y/z方向的移動滑臺；3-3－機械腕快換機構；

5-1夾爪夾持器快換機構；5-2步進電機；5-3聯(lián)軸器；5-4光桿；5-5連接板；5-6絲杠；5-7連桿；5-8卡爪導軌；5-9卡爪。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)。本夾持系統(tǒng)主要包括夾持器轉臺、機械臂運動組件、鏡筒安放工裝、光學器件夾持器和氣路系統(tǒng)；夾持器轉臺主要由步進電機、夾持器轉盤和底座組成，夾持器轉臺上安裝有多個光學器件夾持器，夾持器轉臺放置了許多光學器件相對應的夾持器，是“夾持器庫”，所實現(xiàn)的功能是進行回轉運動，將指定夾持器轉動至相應位置；機械臂運動組件包括機械腕和x/y/z方向的移動滑臺；鏡筒安放工裝包括鏡筒夾具和鏡筒的調整平臺，主要作用是定位并夾緊鏡筒，同時調整鏡筒的位姿使得鏡筒的軸線與機械腕和夾持器的軸線的重合度保持在一定的精度范圍內；光學器件夾持器主要有真空吸附式鏡片夾持器、夾爪式墊圈夾持器和真空吸附式墊圈夾持器組成；氣路系統(tǒng)則是為氣動夾持器提供氣源。

機械臂運動組件主要負責光學器件裝調過程中的運動執(zhí)行和裝配執(zhí)行，光學器件夾持器從“夾持器庫”即夾持器轉臺中取出，更換至機械臂運動組件的機械腕上；之后機械腕運動至鏡筒安放工裝，完成鏡筒與光學器件的裝調。

參照附圖8，本發(fā)明工作流程如下：開始工作時，控制系統(tǒng)使機械臂運動組件運動，位于其上的機械腕到達夾持器轉盤相應夾持器上方，機械腕上的機械腕快換機構與夾持器上的夾持器快換機構配合，機械腕便更換上所需夾持器；該夾持器夾取待裝配光學零件后，在機械臂運動組件的帶動下繼續(xù)運動至鏡筒安放工裝位置，光學器件和鏡筒在此進行裝調，裝調的同時由鏡筒調整平臺調整鏡筒的位姿，使得光學零件的裝配達到裝配精度的要求；裝配完成后機械腕返回至夾持器轉盤，更換下個夾持器。如此循環(huán)，直至完成夾持要求。針對不同種類和尺寸的零件，通過裝有多個相對應夾持器的夾持器轉臺旋轉，采用快換機構與機械腕完成快速更換的方案?？焖俑鼡Q適用于同類型不同尺寸零件的夾持器，實現(xiàn)適應性夾持，提高了夾持效率。

夾持器轉臺通過各個夾持器夾持不同類型的待裝配零件，夾持器轉臺能夠容納多個夾持器，將相對應的例如光學鏡片、光學墊圈、陶瓷光桿等需要裝配的零件的夾持器旋轉至更換位置，極大提高了裝配效率。

參照附圖1，面向精密光學器件的夾持系統(tǒng)，鏡筒安放工裝2包括鏡筒夾具2-1和鏡筒調整平臺2-2，如圖2所示。鏡筒夾具2-1作用是對鏡筒進行可靠定位并夾緊，鏡筒調整平臺2-2同時調整鏡筒的位姿使得鏡筒的軸線與機械腕和夾持器的軸線的重合度保持在一定的精度范圍內。如圖3所示，圖1中的機械臂運動組件3包括機械腕3-1和x/y/z方向的移動滑臺3-2，機械腕3-1上有機械腕快換機構3-3。圖1中夾持器轉臺6所實現(xiàn)的功能是進行回轉運動，將指定夾持器轉動至相應位置；鏡片夾持器4對鏡片采用真空吸附，以便對光學鏡片實現(xiàn)可靠的無損傷裝夾與夾取；對于墊圈的夾持來說，采用真空吸附式墊圈夾持器和夾爪式墊圈夾持器5，這些夾持器都安裝在夾持器轉臺上。

夾持系統(tǒng)開始工作時，機械臂運動組件3運動，機械腕到達夾持器轉臺相應夾持器位置，換上所需夾持器；繼續(xù)運動至鏡筒安放工裝2，進行裝調，裝調的同時由調整平臺調整鏡筒位姿，并通過一定方法使得裝配達到裝配精度的要求；裝配完成后機械腕回到夾持器轉臺6，更換下個夾持器，如此循環(huán)，直至完成夾持要求。針對不同尺寸和種類的精密光學零件，選擇不同的夾持器，以夾爪式墊圈夾持器為例，通過機械腕快換機構3-3和夾爪夾持器快換機構5-1的裝卸完成夾爪式墊圈夾持器的快速更換，實現(xiàn)高效適應性夾持，在上述基礎上，用夾持器轉臺調整夾持器的位置，完成相應的夾持動作，進而順序完成裝配，實現(xiàn)工序集中，提高裝配精度效率。

如附圖5，為夾爪式墊圈夾持器示意圖，夾爪夾持器快換機構5-1主要作用是便于夾持器在夾持器轉臺和機械臂之間的裝卸，轉臺如圖4所示，機械臂如圖3所示。步進電機5-2主要功能是進行旋轉運動，步進電機的正轉和反轉可以控制夾爪的張開與閉合，進一步地，通過設置電機的轉動量可以控制夾爪的張合量。聯(lián)軸器5-3一端連接步進電機的輸出軸，另一端連接絲杠5-6，從而將電機的轉動傳遞給絲杠。光桿5-4起導向的作用，連接板5-5在上面滑動。連桿5-7連接連接板5-5和卡爪導軌5-8，卡爪5-9在卡爪導軌5-8滑動。

夾爪式墊圈夾持器通過夾爪夾持器快換機構5-1實現(xiàn)夾持器的快速拆卸，夾持器工作時，電機5-2轉動，絲杠5-6在聯(lián)軸器5-3的帶動下轉動，連接板5-5在光杠5-4的導向作用下沿著其軸線平動，連桿5-7將連接板沿絲杠軸線方向的平動轉化為卡爪5-9沿卡爪導軌5-8平面上的平動。總的來說，步進電機的轉動，經過一系列的轉換變?yōu)樗膫€卡爪的垂直于電機軸軸線的平動，實現(xiàn)卡爪的張合，通過控制電機的轉動量可以得到卡爪的夾持半徑，從而夾持相應隔圈，完成各尺寸隔圈的可靠夾持。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。