一种光学元件夹持装置和方法与流程

本发明属于光学检测技术领域，具体地说是一种在大口径光学元件进行表面损伤检测前，能够实现大口径光学元件定位、夹紧和调节的夹持装置及夹持方法。

背景技术：

所谓柔性夹具，是指用同一夹具系统，装夹在形状与尺寸上有所变化的多种工件。但是工件变化可以在小范围，即在相似的形状和尺寸变动不大的范围内，也可在大范围，即零件形状完全不同，尺寸变化也很大。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产和检测的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

随着光学加工水平的快速发展，大口径光学元件的使用比重越来越大，如何能够快速高精度的进行大口径光学元件的表面损伤检测，近年来备受关注。为了扩大光学元件表面损伤检测装置所能检测的光学元件尺寸范围，需要设计一套柔性夹具实现各种规格光学元件的夹持，而目前尚无找到在结构上、经济上、实用性上满足需求的夹具。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够满足大口径光学元件表面损伤检测装置需求的柔性夹具，用于夹持各种不同规格尺寸的被检测光学元件。

为了实现上述目的，本发明的一方面，提出一种光学元件夹持装置，包括初始定位基准块(1)、长度导向滑轨(2)、长度导向滑块(3)、宽度导向齿条轴(4)、宽度导向齿轮滑块(5)、厚度调整定位组件(6)、俯仰轴(7)和偏摆轴(8)，其中：

所述初始定位基准块(1)用于是对光学元件进行初始定位；

所述长度导向滑轨(2)沿着光学元件长度设置，作用是使得长度导向滑块(3)沿着它滑动，从而适应不同长度的光学元件；

所述长度导向滑块(3)的作用是带动其上的宽度导向齿条轴(4)和宽度导向齿轮滑块(5)沿长度导向滑轨(2)进行滑动和锁死，其作用是对光学元件在长度方向进行定位和夹紧；

所述宽度导向齿条轴(4)竖直置在所述长度导向滑块上方，其作用是使得宽度导向齿轮滑块(5)沿其进行上下滑动，从而适应不同宽度的光学元件。

所述宽度导向齿轮滑块(5)设置在所述宽度导向齿条轴(4)上，且沿所述宽度导向齿条轴(4)上下滑动，其作用是带动厚度调整定位组件(6)滑动到合适的位置并进行锁死；

所述厚度调整定位组件(6)设置在所述宽度导向齿轮滑块(5)上，作用是对光学元件的厚度方向进行重复定位和夹紧，以保证夹具的刚度和强度；

所述俯仰轴(7)设置在所述长度导向滑轨(2)下方，其作用是带动初始定位基准块(1)、长度导向滑轨(2)、长度导向滑块(3)、宽度导向齿条轴(4)、宽度导向齿轮滑块(5)、厚度调整定位组件(6)整体进行俯仰角度运动，实现光学元件表面的俯仰角度调整；

所述偏摆轴(8)设置在所述俯仰轴(7)下方，其作用是带动初始定位基准块(1)、长度导向滑轨(2)、长度导向滑块(3)、宽度导向齿条轴(4)、宽度导向齿轮滑块(5)、厚度调整定位组件(6)、俯仰轴(7)整体进行偏摆运动，实现光学元件表面的偏摆角度调整。

根据本发明另一方面，提供了一种利用上述夹持装置的光学元件夹持方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，将光学元件放置到初始定位基准块(1)上，限制光学元件宽度方向的自由度；

步骤2，根据光学元件的长度尺寸，调整长度导向滑块(3)和宽度导向滑块(5)的位置，调整完成后锁死调整块，限制光学元件长度方向的自由度；

步骤3，根据光学元件的厚度尺寸，调整厚度定位组件(6)中的定位块并锁死，限制光学元件厚度方向的自由度。

步骤4，根据大口径光学元件表面损伤检测单元反馈的姿态值，分别调整俯仰轴(7)和偏摆轴(8)，姿态调整完成后锁死俯仰轴(7)和偏摆轴(8)，限制光学元件被测表面的姿态自由度。

本发明能够实现长度400-1000mm，宽度200-500mm，厚度60-150mm的方形光学元件的夹持，可根据光学元件的尺寸变化进行长宽厚的调整，并可对被夹持光学元件的俯仰角和偏摆角进行调节。俯仰角的调整范围为15°，偏摆角的调整范围为360°。尺寸位置定位精度优于1mm，角度定位精度优于10′，且装夹过程简单，稍做该动，可用于其它具有同类夹持需求的场合中。本发明具有广泛的应用前景和可观的社会经济效益。

本发明设计的柔性夹具，可夹持光学元件的尺寸范围比较广，并且该夹具能够对被夹持光学元件的俯仰角和偏摆角进行调节，这是之前的夹具不能满足的。

附图说明

图1A为本发明中光学元件夹持装置的距面结构示意图。

图1B为本发明中光学元件夹持装置的侧面结构示意图。

图2为本发明中光学元件夹持装置的三维模型示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1A和1B为根据本发明一实施例的大口径光学元件表面损伤检测用柔性夹具的正面和侧面结构图，如图1A和1B所示，所述一种大口径光学元件表面损伤检测用柔性夹具主要包括：初始定位基准块1、长度导向滑轨2、长度导向滑块3、宽度导向齿条轴4、宽度导向齿轮滑块5、厚度调整定位组件6、俯仰轴7和偏摆轴8。

所述初始定位基准块1可包括多个，分别置于光学元件长度一侧的不同位置处，以初始定位光学元件，初始定位基准块1固定在长度导向滑轨2上；其数量可以根据光学元件的尺寸进行增减，图1A所示为2个。如图2所示，单个初始定位基准块1包括定基准块和动基准块，定基准块位置固定不可调，动基准块可根据光学元件的厚度调整位置，光学元件置于定基准块和动基准块之间，由定基准块和动基准块在厚度方向上固定和夹紧光学元件。

所述长度导向滑轨2沿着光学元件长度设置，其作用是使得长度导向滑块3可沿着它滑动，从而适应不同长度的光学元件。

所述长度导向滑块3的作用是带动其上的宽度导向齿条轴4和宽度导向齿轮滑块5沿长度导向滑轨2进行滑动和锁死，其作用是对光学元件的长度方向进行定位和夹紧。

所述宽度导向齿条轴4一端固定在所述长度导向滑块3上，其沿着光学元件宽度方向设置，其作用是使得宽度导向齿轮滑块5沿其进行上下滑动，从而适应不同宽度的光学元件。

所述宽度导向齿轮滑块5的作用是带动厚度调整定位组件6滑动到合适的位置并进行锁死。

所述厚度调整定位组件6安装在宽度导向齿轮滑块5上，其作用是对光学元件的厚度方向进行重复定位和夹紧，以保证夹具的刚度和强度，结构和初始定位基准块相同，所述厚度调整定位组件6包括定基准块和动基准块，定基准块位置固定不可调，动基准块可根据光学元件的厚度调整位置，光学元件置于定基准块和动基准块之间，由定基准块和动基准块在厚度方向上固定和夹紧光学元件。

所述俯仰轴7的作用是带动初始定位基准块1、长度导向滑轨2、长度导向滑块3、宽度导向齿条轴4、宽度导向齿轮滑块5、厚度调整定位组件6整体进行绕俯仰轴7轴心线旋转的俯仰角度运动，实现光学元件表面的俯仰角度调整。俯仰轴7与长度导向滑轨2相连接。如图2所示，俯仰轴7包括竖直旋转支撑板、竖直旋转轴和竖直旋转锁紧螺钉，竖直旋转支撑板与长度导向滑轨2相连接，竖直旋转支撑板可绕竖直旋转轴做相对于水平旋转支撑板的俯仰角度调整，调整完成后，利用竖直旋转锁紧螺钉进行位置锁死。

所述偏摆轴8的作用是带动初始定位基准块1、长度导向滑轨2、长度导向滑块3、宽度导向齿条轴4、宽度导向齿轮滑块5、厚度调整定位组件6、俯仰轴7整体进行绕转盘轴承轴心线旋转的偏摆运动，实现光学元件表面的偏摆角度调整。偏摆轴8与俯仰轴7相连接。如图2所示，偏摆轴8包括底板、水平旋转支撑板、转盘轴承和水平旋转锁紧螺钉，水平旋转支撑板与转盘轴承相连接，水平旋转支撑板可绕转盘轴承做相对于底板的偏摆角度调整，调整完成后，利用水平旋转锁紧螺钉进行位置锁死。

所述一种利用所述柔性夹具对光学元件进行夹持的方法包括以下步骤：首先将大口径光学元件放置到初始定位基准块1上，限制光学元件宽度方向的自由度；之后，根据光学元件的长度尺寸，调整长度导向滑块3和宽度导向滑块5的位置，调整完成后锁死调整长度导向滑块3和宽度导向滑块5，限制光学元件长度方向的自由度；然后，根据光学元件的厚度尺寸，调整厚度定位组件6中的定位块并锁死，限制光学元件厚度方向的自由度；最后，根据大口径光学元件表面损伤检测单元反馈的姿态值，分别调整俯仰轴7和偏摆轴8，姿态调整完成后锁死两个调整轴，限制光学元件被测表面的姿态自由度。

综上，本发明实施方便，能够方便快速、高精度的实现不同尺寸光学元件的夹持，可以满足大口径光学元件表面损伤检测时对夹具柔性的需要。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。