亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台的制作方法
技术领域：
本发明属于大口径光学精密检测、实验装置，特别是一种可以自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台。
背景技术：
在大型光学工程中，需要大量使用口径超过400mm的各种大口径光学镜片，如“神光”项目中要使用超过1万片O400mm以上的光学元件。这些大口径光学元件在使用前都必须通过干涉系统进行非常繁重的面形误差检测。考虑到大口径光学元件检测面形时温度及应力平衡时间较长，为了提高检测效率，现有方法如美国Zygo公司是采用一个多工位平衡台，它可以同时放置8件以上的光学元件，检测时，通过人工抬起被测大口径光学元件的工件架将其挂到一个三维调整架的承重挂钩上，并通过三维调整架上的手工调节装置实现对被测元件进行三维(即绕Y轴俯仰、绕X轴左右倾斜旋转、绕X轴的大范围转动、沿Y轴方向的大范围移动、沿X轴方向的上下移动)姿态检测。该检测装置的最大缺陷是无法做到对被测大口径光学元件的自动装载，费时费力，检测效率很低，并且其三维调整架都是靠手工调节没有电控调整装置，测量时稳定性较差，调节精度低，因此无法实现流水作业和自动测量。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现自动装载被测大口径光学元件，并可实现三维姿态精密调整和流水线式的自动化检测要求的可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台。本发明目的是通过以下技术解决方案实现的可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，它包括用于放置待测大口径光学镜片工件架的多工位平衡台和三维调整机构，其特征在于多工位平衡台和三维调整机构之间还有一个用于将待测大口径光学镜片输送至三维调整机构的传送机构；三维调整机构由传动台组件、俯仰调节组件及旋转台组件组成，其中传动台组件由传动台基座以及由电器控制的水平传送齿轮组和垂直传送齿轮组构成，传动台基座上上开有镜架槽，镜架槽底面开有相对于中心对称分布的水平轨道凹槽， 水平传送齿轮组分别安装在水平轨道凹槽中，垂直传送齿轮组安装在镜架槽的两内侧并垂直于底部水平轨道槽，安装水平传送齿轮组和垂直传送齿轮组后的镜架槽形状与标准大口径光学元件工件架底座外形相匹配，传动台基座上镜架槽左侧的槽口端面与旋转台组件的中心轴共线；俯仰调节组件由水平支撑板、支点基座、滚轮圆柱、斜面导台组成，水平支撑板的一端通过铰链轴与支点基座连接，另一端底面开有与传动台组件中水平传送齿轮组平行的圆柱槽，槽内镶嵌滚轮圆柱，滚轮圆柱的底部与斜面导台的斜面相切连接，滚轮圆柱在斜面导台的斜面上可上下滑动；旋转台组件由活动基板、旋转定位块、测量台基座、中心柱台、深沟轴承、活动环、固定环、止转环和微调蜗轮蜗杆组成，中心柱台位于活动基板和测量台基座之间，并与其下端面的测量台基座之间相对固定且共中心轴，中心柱台的外侧依次套有共中心的深沟轴承、活动环、固定环与止转环，深沟轴承分别与中心柱台和活动环之间相对固定，活动环与其上面的活动基板固定连接，固定环固定在测量台基座上，止转环可绕固定环自由旋转，微调蜗轮蜗杆穿过止转环上微调突起块的螺孔，使其球头置于旋转定位块上的半球滑槽内，并可通过微调蜗轮蜗杆的旋转使球头在旋转定位块上的半球滑槽内移动，旋转定位块设置于活动基板和测量台基座之间，并与活动基板固定连接；传动台组件中水平传送齿轮组的一端与传送机构的一端水平相切，传动台组件中传动台基座通过精密升降部件连接在俯仰调节组件中的水平支撑板上，并通过精密升降部件的旋动使传动台组件在俯仰调节组件上做上下升降运动，俯仰调节组件中的支点基座固定连接在旋转台组件的活动基板上，俯仰调节组件的斜面导台放置于旋转台组件活动基板上，并可在其上作垂直于水平传送齿轮组方向的水平移动。本发明是一种可以自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，它可以使大口径光学元件的工件架通过齿轮传输自动装载到测量台上，测试前，预先设定好三维调整测量台的中心测量位置，将待测的大口径光学镜片分别装载在工件架上，装有大口径光学镜片的多个工件架分别放置在多工位平衡台的各个工位上，并首先进行温度及应力平衡，然后由多工位平衡台上的传送皮带将携带有大口径光学镜片的工件架逐个传送到传送机构上， 再由传送机构上的传送皮带将大口径光学镜片架顺序送至三维调整机构中的传动台组件上，传动台组件的水平传送齿轮组和垂直传送齿轮组能自动咬合工件架，将大口径光学元件工件架传送到预定的三维调整机构的中心位置即测量位置。大口径光学镜片到位后，通过旋动三维调整机构中的精密升降部件可以使传动台组件带动其上面的大口径光学元件在俯仰调节组件上做上下升降运动，完成大口径光学元件的上下调节。大口径光学元件的俯仰调节是通过斜面倒台在旋转台组件中的活动基板上水平移动，使俯仰调节组件中的水平支撑板一端的滚轮圆柱在斜面倒台的斜面上滑动，并以另一端的铰链轴为旋转轴使水平支撑板进行旋转运动，带动其上的传动台组件跟着做俯仰运动，完成大口径光学元件的俯仰调节。大口径光学元件的水平旋转调节是通过旋转台组件绕其自身的中心线做垂直旋转运动，即通过深沟轴承使活动基板相对中心台柱和测量台基座进行旋转，带动活动基板上的俯仰调节组件和传动台组件都跟着旋转，由于传动台基座上镜架槽左侧的槽口端面与旋转台组件的中心轴共线，即使得与传动台基座上镜架槽左侧的槽口端面齐平的大口径光学元件的前表面做以其自身的中心线为轴的自转运动，从而完成传动台组件上的大口径光学元件的水平旋转调节，当需要对大口径光学元件的水平旋转进行微调时，首先用螺钉将止转环的箍紧块旋紧从而使止转环的圆周半径减小使其与固定环牢牢咬死，无法实现原有的自由转动，进而使与止转环相连的活动基板也无法实现原有的旋转，然后旋动微调涡轮蜗杆使其在止转环的微调突起块内做伸长运动，带动其球头在旋转定位块上的半球滑槽内做滑动，则旋转定位块就会绕着中心柱台中心做细小范围的转动，实现与其连接的活动基板及俯仰调节组件和传动台组件都跟着做细小范围的旋转，从而完成传动台组件上的大口径光学元件的水平旋转微调。通过三维调整机构对其上的大口径光学镜片的上下、俯仰、水平旋转方向的调整使其被测面的法线正好沿着干涉仪的光轴方向，即光学元件被测面正对干涉仪。依次循环操作，便可完成对大口径光学镜片的自动装载和三维调整，实现全自动被测件测试前的对准工作。本发明与现有技术相比，其显著优点为1)本发明测量台是将待测大口径光学镜片通过电控转动的齿轮传输自动装载到测量台上，传送齿轮能自动咬合工件架，实现大口径光学元件自动传送装载到调整测量台中心并对准干涉系统，提高了检测的效率，节省了人工搬抬，实现了高效的流水检测；2)三维调整机构上设置的传动台组件、俯仰调节组件和旋转台组件能方便灵活地实现对大口径光学镜片的三维姿态调整，使其测量中心精密对准干涉系统中心，其高低调节范围达IOOmm 150mm，俯仰及水平旋转的调整精度可达 0.02"，完全满足干涉测试的精度要求；3)本发明可方便的配以电器对三维姿态进行控制调整，在保证工作灵活性、稳定性和可靠性的同时，实现了流水线式的自动化检测要求，降低了成本。能广泛应用于大口径光学元件的自动装载和精密检测中。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。


图1是根据本发明所述可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台的总体结构示意图。图2是本发明中三维调整机构结构示意图。图3是三维调整机构结构局部剖面示意图。图4是三维调整机构结构俯视图。图5是旋转台组件中止转环22结构形状示意图。图6是旋转台组件中水平旋转微调部件结构示意图。图7是精密升降部件12结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体结构作进一步详细描述。参见图1，根据本发明制作的可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，它主要是由多工位平衡台1、传送机构2、三维调整机构3组成，多工位平衡台1上设置多个大口径光学镜片工件架5，三维调整机构3通过传送机构2与多工位平衡台1连接，三维调整机构3的光学元件被测面正对干涉仪4。参见图2、图3，三维调整机构3由能自动传送装载大口径光学元件的传动台组件6、俯仰调节组件7以及旋转台组件8组成；其中传动台组件 6由传动台基座9、水平传送齿轮组10、垂直传送齿轮组11组成；俯仰调节组件7由水平支撑板13、支点基座15、滚轮圆柱30和斜面导台29组成；旋转台组件8由活动基板28、旋转定位块23、测量台基座25、中心柱台16、深沟轴承18、内活动环20、固定环21、止转环22和微调蜗轮蜗杆26组成。上述传动台组件6中，传动台基座9上开有镜架槽，镜架槽底面开有相对于中心对称分布的水平轨道凹槽，水平传送齿轮组10分别安装在水平轨道凹槽中，垂直传送齿轮组 11安装在镜架槽的两内侧并垂直于底部水平轨道槽，安装水平传送齿轮组10和垂直传送齿轮组11后的镜架槽形状与标准大口径光学元件工件架5底座外形相匹配，，其开口可以自由的使大口径光学元件工件架5滑入传动台基座9上。传动台基座9上镜架槽左侧的槽口端面应与旋转台组件8的中心轴共线，以保证对测试台上大口径光学元件进行水平旋转时是以镜片前表面为旋转中心，即保证被测大口径光学元件是自转。传动台组件6是在传动台基座9的两边通过精密升降部件12与俯仰调节组件7中的水平支撑板13连接；参见图7，连接传动台基座9和水平支撑板13的精密升降部件12是由螺钉33和两个螺母34构成，螺钉33穿过传动台基座9的连接孔后固定在水平支撑板13上，两个螺母34分别旋接在传动台基座9上下端面的螺钉33上。当旋动上下螺母34时，由于螺钉33固定不动，故螺母34推动传动台基座9沿螺钉33上下移动，实现对其上大口径光学镜片的上下调节，本例上下调节距离为150mm。水平支撑板13的一端通过一个铰链轴14与支点基座15铰接， 支点基座15再通过螺钉32与旋转台组件8中的活动基板观连接，水平支撑板13的另一端底面开有与传动台组件6中水平传送齿轮组10平行的圆柱槽，槽内镶嵌滚轮圆柱30，滚轮圆柱30的底部与斜面导台四的斜面相切连接，滚轮圆柱30可在斜面导台四斜面上下滑动，滚轮圆柱30底部与斜面导台四的斜面相切位置通常是滑动至斜面导台四中心时， 使传动组件6上的大口径光学镜片位于垂直于水平位置，斜面导台四的斜面角度可根据俯仰调节范围需要设定；斜面导台四放置于在旋转台组件8中的活动基板观上，并可在活动基板观上通过手动或电控作水平方向移动，实现对大口径光学镜片的俯仰调节功能。旋转台组件8的中心柱台16位于活动基板观和测量台基座25之间，并与其下端面的测量台基座25之间相对固定且共中心轴，中心柱台16的外侧依次套有共中心轴的深沟轴承18、活动环20、固定环21以及止转环22，深沟轴承18与中心柱台16的相对固定是通过深沟轴承18顶部的旋接在中心柱台16上端的一个内压紧环17的压紧作用与中心柱台16下的台阶压紧固定，深沟轴承18与活动环20的相对固定是通过一个旋接在活动环20 上端的外压紧环19的压紧作用使深沟轴承18与活动环20下的台阶压紧固定。活动环20 通过螺钉32与其上面的活动基板观固定连接，固定环21通过螺钉35固定在测量台基座 25上。参见图5，止转环22上带有微调突起块M和箍紧块27，微调突起块M上开有螺孔， 止转环22可绕固定环21自由旋转；微调蜗轮蜗杆沈穿过止转环22上微调突起块M的螺孔，使其球头置于旋转定位块23上的半球滑槽内，并可通过微调蜗轮蜗杆沈的旋转使球头在旋转定位块M上的半球滑槽内移动，见图6所示；旋转定位块M固定连接在活动基板观下。传动台组件6中水平传送齿轮组10的一端与传送机构2的一端水平相切，本发明测量台的操作均可由电器控制器控制。如图1所示多个大口径光学镜片工件架5放置在多工位平衡台1上进行温度及应力平衡，测量时多工位平衡台1上的传送皮带将大口径光学镜片工件架5传送到传送机构2，再由传送机构2上的传送皮带将大口径光学镜片工件架5 传送至三维调整机构3，这时电器控制器就控制水平传送齿轮组10和垂直传送齿轮组11进行传动将被测光学元件工件架5带入到三维调整机构3。在传送之前，电器控制器根据输入的工件架参数分析出要传送的工件架的总长度。当工件架一接触到水平传送齿轮组10的第一齿轮时，位于齿轮下方的压力传感器给电器控制器发送起始信号，然后电器控制器根据齿轮的直径、传动比和工件架的长度计算出水平传送齿轮组10和垂直传送齿轮组11需要转过的圈数，准确的将被测光学元件工件架5传输并停置在三维调整机构3中心位置。由于被测光学元件工件架5的总重量通常超过100公斤，所以需要水平传送和侧方位垂直传送两者结合来分配动力使工件架轻松装载到三维调整机构3上。另外，检测人员可以通过电器控制来精密控制水平传送齿轮组10和垂直传送齿轮组11的转动，将被测光学元件工件架5移动到所需的任意检测位置，实现沿水平传送齿轮组10方向的大范围移动的三维调整要求。
俯仰调节组件7通过斜面导台29沿活动基板28左右滑动实现水平支撑板13绕铰链轴14为中心的旋转，从而完成被测光学元件工件架5的俯仰调节。当俯仰调节组件7 中的滚轮圆柱30位于斜面导台29斜面中心时，则水平支撑板13位于水平位置即被测光学元件工件架位于垂直于底座位置其法线为干涉系统光轴方向。当滚轮圆柱30沿着斜面导台29斜面向上滚动时，则被测光学元件工件架5向下俯视即其法线与干涉系统光轴成负角度。反之，当滚轮圆柱30沿着斜面导台29斜面向下滚动时，则被测光学元件工件架5向上仰视即其法线与干涉系统光轴成正角度。本例斜面导台29的坡度为16度，它左右移动范围为士55. 75mm，则水平支撑板13可以绕着铰链轴14做士5. 31°的旋转调整。本例斜面导台29可与高精密的传动电机相连，其位移分辨率为0. 058um，则俯仰调节的角度分辨率为0. 02"，这就可以将被测件与干涉系统标准镜产生的干涉图调整到0条纹状态下测试， 满足干涉测试精度要求，并且能满足电动控制俯仰调节的要求。
旋转台组件8中的活动环20由于深沟轴承18的旋转带动是可以绕着中心柱台16 的中心轴做水平旋转的。并且活动基板28是通过螺钉与活动环20固定连接的，则活动基板 28由于活动环20的带动也能绕着中心柱台16的中心轴做水平旋转的。传动台组件6的镜架槽左侧端面在旋转台组件8的中心轴上，并且传动台组件6通过俯仰调节组件7与活动基板28固定连接。当活动基板28绕着中心柱台16的中心轴做水平旋转时，传动台组件6 就以其镜架槽的左端面为旋转中心做转动，此时传动台组件6的镜架槽的左端面就是被测光学元件的前表面，意味着被测光学元件就以其前表面的中心轴为旋转中心做转动。当把被测件转动到检测位置时，只要如图5所示将止转环22上的箍紧块27用螺钉拧紧，则止转环22就会由于箍紧块27的作用被牢牢的压紧到固定环21上，不能自由转动。此时由于止转环22的微调突起块24是通过微调蜗轮蜗杆26与活动基板28上的旋转定位块23连接在一起的，止转环22的不能自由转动使得旋转定位块23也无法大范围的转动也就导致活动基板28及其上面的被测件都停止了大范围的水平旋转。通过以上这样的方式实现被测件水平的大范围转动的调整要求，即完成了被测件水平旋转的粗调。被测大口径光学元件工件架的水平旋转微调是通过微调蜗轮蜗杆26的球头在蜗杆的螺旋作用下在旋转定位块23上的半球滑槽内做沿着水平传送齿轮组10方向的自由滑动来实现的。如图6所示，旋转定位块23上有个3/4球状的滑槽31，微调蜗轮蜗杆26的球头放置在这个滑槽31内。当止转环22被螺钉箍紧后，整个被测件都无法做大范围内的转动了，这时只要通过步进电机控制微调蜗轮蜗杆26在止转环22的微调突起块24内旋动， 由于止转环22的微调突起块24已经被固定则微调蜗轮蜗杆26就会做前进或倒退运动，即微调蜗轮蜗杆26的球头在旋转定位块23上的滑槽31内做推动或拉回运动。这时旋转定位块23由于微调蜗轮蜗杆26的球头的推动或拉回就会绕着中心柱台16的中心轴做微量的水平旋转，即被测大口径光学元件工件架5绕柱台中心水平旋转的微调。微调蜗轮蜗杆 26推动旋转定位块23绕着中心柱台16的中心轴旋转的分辨率为0. 02"，它是由蜗杆的行程分辨率决定，可以满足干涉系统0条纹测试的要求，整个调整的角度范围为士5°。整个被测件水平旋转微调过程可以由电器自动控制完成。上述组件中，可将俯仰调节组件7与一个精密传动电机相连来实现俯仰的电控调整；将旋转台组件8与一个精密传动齿轮电机相连来实现工件架在水平面精密细微旋转的电控调整。
权利要求
1.一种可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，它包括用于放置待测大口径光学镜片工件架[5]的多工位平衡台[1]和三维调整机构[3]，其特征在于多工位平衡台[1] 和三维调整机构[3]之间还有一个用于将待测大口径光学镜片输送至三维调整机构[3]的传送机构[2]；三维调整机构[3]由传动台组件W]、俯仰调节组件[7]及旋转台组件[8] 组成，其中传动台组件W]由传动台基座[9]以及由电器控制的水平传送齿轮组[10]和垂直传送齿轮组[11]构成，传动台基座[9]上开有镜架槽，镜架槽底面开有相对于中心对称分布的水平轨道凹槽，水平传送齿轮组[10]分别安装在水平轨道凹槽中，垂直传送齿轮组 [11]安装在镜架槽的两内侧并垂直于底部水平轨道槽，安装水平传送齿轮组[10]和垂直传送齿轮组[11]后的镜架槽形状与标准大口径光学元件工件架[5]底座外形相匹配，传动台基座[9]上镜架槽左侧的槽口端面与旋转台组件[8]的中心轴共线；俯仰调节组件[7] 由水平支撑板[13]、支点基座[15]、滚轮圆柱[30]、斜面导台[29]组成，水平支撑板[13] 的一端通过铰链轴[14]与支点基座[15]连接，另一端底面开有与传动台组件W]中水平传送齿轮组[10]平行的圆柱槽，槽内镶嵌滚轮圆柱[30]，滚轮圆柱[30]的底部与斜面导台 [29]的斜面相切连接，滚轮圆柱[30]在斜面导台[29]的斜面上可上下滑动；旋转台组件 [8]由活动基板口8]、旋转定位块[23]、测量台基座[25]、中心柱台[16]、深沟轴承[18]、 活动环[20]、固定环[21]、止转环[22]和微调蜗轮蜗杆[26]组成，中心柱台[16]位于活动基板[28]和测量台基座[25]之间，并与其下端面的测量台基座[25]之间相对固定且共中心轴，中心柱台[16]的外侧依次套有共中心轴的深沟轴承[18]、活动环[20]、固定环[21] 与止转环[22]，深沟轴承[18]分别与中心柱台[16]和活动环[20]之间相对固定，活动环 [20]与其上面的活动基板[28]固定连接，固定环[21]固定在测量台基座[25]上，止转环 [22]可绕固定环[21]自由旋转，微调蜗轮蜗杆[26]穿过止转环[22]上微调突起块[24] 的螺孔，使其球头置于旋转定位块[23]上的半球滑槽内，并可通过微调蜗轮蜗杆[26]的旋转使球头在旋转定位块[23]上的半球滑槽[31]内移动，旋转定位块[23]设置于活动基板 [28]和测量台基座[25]之间，并与活动基板[28]固定连接；传动台组件W]中水平传送齿轮组[10]的一端与传送机构[2]的一端水平相切，传动台组件W]中传动台基座[9]通过精密升降部件[12]连接在俯仰调节组件[7]中的水平支撑板[13]上，并通过精密升降部件[12]的旋动使传动台组件[6]在俯仰调节组件[7]上做上下升降运动，俯仰调节组件 [7]中的支点基座[15]固定连接在旋转台组件[8]的活动基板[28]上，俯仰调节组件[7] 的斜面导台[29]放置于旋转台组件[8]中的活动基板[28]上，并可在其上作垂直于水平传送齿轮组[10]方向的水平移动。
2.根据权利要求1所述的可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，其特征在于上述连接传动台基座[9]和水平支撑板[13]的精密升降部件[12]是由螺钉[33]和两个螺母[34]构成，螺钉[33]穿过传动台基座[9]的连接孔后固定在水平支撑板[13]上，两个螺母[34]分别旋接在传动台基座[9]上下端面的螺钉[33]上。
3.根据权利要求1所述的可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，其特征在于旋转台组件[8]中深沟轴承[18]与中心柱台[16]的相对固定是通过深沟轴承[18]顶部的旋接在中心柱台[16]上端的一个内压紧环[17]的压紧作用与中心柱台[16]下的台阶压紧固定，深沟轴承[18]与活动环[20]的相对固定是通过一个旋接在活动环[20]上端的外压紧环[19]的压紧作用使深沟轴承[18]与活动环[20]下的台阶压紧固定。
4.根据权利要求1所述的可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，其特征在于俯仰调节组件[7]中的滚轮圆柱[30]位于斜面导台[29]斜面中心时，则水平支撑板[13] 是位于水平位置，即被测光学元件工件架[5]位于垂直于底座位置，其法线为干涉仪[4]光轴方向。
全文摘要
本发明公开了一种可自动装载大口径光学镜片的三维调整测量台，它主要由多工位平衡台、传送机构、三维调整机构组成，其中，三维调整机构中的传动台组件可以自动的将夹持有大口径光学镜片的工件架传送到调整测量台中心对准干涉系统，三维调整机构中的精密升降部件、俯仰调节组件以及旋转台组件可以方便的对大口径光学镜片的三维姿态进行调整，实现全自动的被测件测试前的装载对准工作。本发明各部件加工方便，工作稳定灵活，可靠性强，同时检测效率高，被测大口径光学镜片的高低调节范围达100mm～150mm，俯仰及水平旋转的调整精度可达0.02″，实现了流水线式的自动化检测要求。能广泛应用于大口径光学元件的自动装载和精密检测中。
文档编号G01M11/04GK102175434SQ20111004521
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者乌兰图雅, 何勇, 冯海友, 朱日宏, 李建欣, 沈华, 王青, 赵洪发, 郭仁慧, 陈磊, 高志山 申请人:南京理工大学