一种用于微型透镜抛光加工的装夹装置的制作方法

本发明实施例涉及光学零件加工技术，尤其涉及一种用于微型透镜抛光加工的装夹装置。

背景技术：

一种圆柱形轴向通光的微型平凸透镜，在光纤通信领域，大量应用于光纤器件的制造，行业内称为c-lens。

c-lens球面抛光工序前，需要将一端是平面、一端是经过粗精磨后成为球面的c-lens坯料，装夹入专用的夹具中，并使球面朝外供后续抛光。c-lens坯料体积小，典型尺寸是直径1.4mm，长度4.0mm，目前c-lens坯料完全依靠手工进行单件装夹，装夹过程费时费力，人工操作效率较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种用于微型透镜抛光加工的装夹装置，以实现提高c-lens坯料上料装夹效率，降低工人劳动强度。

本发明实施例提供了一种用于微型透镜抛光加工的装夹装置，包括：

基台，所述基台中央设置有工转盘，所述工转盘上设置有八个c-lens夹具定位模组；在所述基台上，围绕所述工转盘，设置有八个工作站，分别用于通过机械手抓取空夹具放置到所述c-lens夹具定位模组内、空夹具自动摘帽、清洁空夹具内腔、判别玻璃坯料方向并调整c-lens玻璃坯料姿态压入夹具腔、夹具戴帽并以定扭矩旋紧、对在夹具内的c-lens玻璃坯料安装姿态进行判别与报警、通过机械手将所述c-lens定位模组内实夹具取走和对所述c-lens夹具定位模组清洁处理。

本发明通过自动抓取夹具并装夹坯料，解决工人劳动强度大，效率低下的问题，实现提高c-lens坯料上料装夹效率，降低工人劳动强度的效果。

附图说明

图1a是本发明实施例中的c-lens玻璃坯料的抛光夹具的剖视图；

图1b是本发明实施例中的c-lens玻璃坯料的抛光夹具的组装状态下的结构图；

图2是本发明实施例中的用于微型透镜抛光加工的装夹装置的俯视图；

图3a是本发明实施例中的c-lens夹具定位模组的侧视图；

图3b是本发明实施例中的c-lens夹具定位模组的俯视图；

图3c是本发明实施例中的c-lens夹具定位模组与工作站的定位气缸的结构侧视图；

图4是本发明实施例中的用于判别玻璃坯料方向并调整玻璃坯料姿态压入夹具腔的工作站的结构示意图；

图5a是本发明实施例中的定向分粒机构的刀板结构示意图；

图5b是本发明实施例中的定向分粒机构的结构示意图；

图6是本发明实施例中的用于夹具戴帽并以定扭矩旋紧的工作站的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例

球面抛光工序前，需要将一端是平面、一端是经粗精磨已成为粗糙球面的c-lens坯料，装夹入专用的夹具中，并使球面朝外，这种专用夹具是利用弹性收管原理制成的铜夹具，可经旋帽收紧固定c-lens坯料。现行的人工上夹，是依靠人眼和手感，判断好坯料的球面端、平面端后，指尖捏坯料塞入夹具孔再旋紧旋帽。

本发明实施例提供一种用于微型透镜抛光加工的装夹装置，其中，图1a所示的为c-lens玻璃坯料的抛光夹具，由夹具杆1和夹具帽2组成，夹具杆1的前端由线切割开十字花，将玻璃坯料3塞入夹具杆1的内孔后，戴上夹具帽2并旋转，夹具杆1和夹具帽2通过螺纹和相互配合的斜面，使十字花瓣弹性头收紧玻璃坯料3。图1b所示的为玻璃坯料3装入夹具杆1后，夹具帽2旋转收紧的状态。

如图2所示，本申请的用于微型透镜抛光加工的装夹装置，包括基台4，基台4内部安装有plc控制器，基台4上安装的控制柜5配置有触摸屏，触摸屏用于显示操作界面，可供对设备参数进行设置调整。基台4上安装有急停、复位、启动、继续等操作按钮6，基台上安装的报警装置包括红、绿、黄三色报警灯和蜂鸣器7。基台4上中央部位设置有工转盘8，工转盘8上安装的c-lens夹具定位模组9共有8组，图中仅示出了其中一个工作站的1组，其中，工转盘8，包括伺服电机、凸轮机构和减速机构。基台4内部设置有电动设备与气动设备，由plc控制器控制，用于驱动工转盘8和八个工作站。

如图3a和3b所示，c-lens夹具定位模组，设置有靠转盘外侧的夹具杆定位孔91和靠转盘内侧的夹具帽定位销92，夹具杆定位孔91在外侧开槽，如图3c所示，供基台4上各工作站的定位气缸93将夹具杆顶紧在c-lens夹具定位模组的夹具杆定位孔91中。

如图2所示，用于通过机械手抓取空夹具放置到c-lens夹具定位模组9内的工作站，设置有直线机械导轨11、抓取机械手12以及侧下方的可程序平移的空夹具放置盘13，由程序控制移位，抓取机械手12与直线机械导轨11配合运行，将空夹具放置到工转盘上c-lens夹具定位模组的夹具杆定位孔中。其中，空夹具放置盘上放置预设数量的空夹具，例如，空夹具放置盘上放置100只空夹具。

用于空夹具自动摘帽的工作站，设置有定扭矩伺服电机及机械手22，工作站的定位气缸21将夹具杆顶紧在c-lens夹具定位模组的定位孔中后，机械手22下行并握住夹具帽，旋转上行完成摘帽后，移位并将夹具帽放置于夹具帽定位销上。

用于清洁空夹具内腔的工作站，设置有气流吹嘴32，工作站的定位气缸31将夹具杆顶紧在c-lens夹具定位模组的定位孔中后，喷射气流清洁夹具杆的内腔。

用于判别玻璃坯料方向并调整玻璃坯料姿态压入夹具腔的工作站，设置有旋转振动送料台41、带有管路的直线振动送料台42、定向分粒机构43、传感器组44、将玻璃坯料导向推入夹具杆腔的导管45、喷嘴46和弹性埋针47，玻璃坯料被放入旋转振动送料台41料仓后，经旋转振动送料台41和直线振动送料台42的作用，自动移动到定向分粒机构43，传感器组44判断玻璃坯料是否到位以及端面是否为球面等信息后，定向分粒机构43自动移位和调整玻璃坯料姿态，使玻璃坯料以平面端朝下，球面端朝上的姿态进入导管45和喷嘴46，工作站的定位气缸将夹具杆顶紧后，喷嘴46下降并对准夹具杆腔，弹性埋针47将玻璃坯料推进夹具杆腔内。其中，对于透镜坯料的抛光加工，由于其为玻璃材质，采用气流推动透镜坯料，经由弹性埋针推动透镜坯料进入夹具杆腔内，不易出现用力过度，导致透镜坯料破损，经后期在20倍显微镜下检查，本实施例提供的坯料装夹装置，不仅效率高，对加工过程中对透镜坯料的保护也更优秀，玻璃坯料破损报废率不高于0.5％。

具体的，用于判别玻璃坯料方向并调整玻璃坯料姿态压入夹具腔的工作站，如图4所示，所述旋转振动送料台41呈圆盘形，并水平放置，其边缘与所述直线振动送料台42的一端相接，所述直线振动送料台42的另一端与定向分粒机构43相接。

旋转振动送料台41将c-lens玻璃坯料送入直线振动送料台42，直线振动送料台42将c-lens玻璃坯料水平送入定向分粒机构43内。这时c-lens玻璃坯料3的方向是随机的。

定向分粒机构43包括可以左右抽拉并设置有开孔481的刀板48和对准所述开孔481的光电传感探头44，图5a所示，刀板48上设置有开孔481；所述导管45为y型导管，所述导管45的第一进料口和第二进料口分别设置在所述刀板48的两端，所述第一进料口朝向和所述第二进料口朝向相反，所述导管45的出料口与所述喷嘴46相连，所述弹性埋针47可在所述喷嘴46中轴向移动；所述喷嘴46和所述弹性埋针47竖直方向设置，所述喷嘴46与所述夹具杆1的腔口对齐。被送入定向分粒机构43的c-lens玻璃坯料进入刀板48的开孔481中，光电传感探头44通过检测c-lens玻璃坯料的反射光信号判断c-lens玻璃坯料是否到位，并判别c-lens玻璃坯料的方向，由plc控制器决定刀板48将c-lens玻璃坯料向左运送或向右运送。例如，c-lens玻璃坯料的球面端朝向光电传感探头44，判定该c-lens玻璃坯料为正向，将c-lens玻璃坯料向右送至图5a中的302位置，随后由顶针492将c-lens玻璃坯料推进导管45的第二进料口，从而进入导管452中，之后落入喷嘴46，或者，c-lens玻璃坯料的平面端朝向光电传感探头44，判定该c-lens玻璃坯料为反向，将c-lens玻璃坯料向左送至图5a中的301位置，随后由顶针491将c-lens玻璃坯料推进导管45的第一进料口，从而进入导管451中，之后落入喷嘴46。c-lens玻璃坯料从喷嘴46落入夹具杆1中后，导管45离开喷嘴46轴孔上方位置，具有弹性头的并且压力可调的弹性埋针47运动到喷嘴46轴孔上方，下插并将c-lens玻璃坯料向下压紧。需要说明的是，除了设置机械结构的顶针491和492将c-lens玻璃坯料推入导管45的进料口，还可以由气流喷嘴替代顶针，再或者完全靠c-lens玻璃坯料自身重力落入进料口。

如图5a所示，所述刀板呈二级阶梯状，第一级阶梯厚度小于c-lens玻璃坯料的最小长度，第二级阶梯厚度大于c-lens玻璃坯料的最大长度；所述刀板的所述第一级阶梯上设置有开孔，所述开孔的孔径大于c-lens玻璃坯料的直径。

因为c-lens玻璃坯料的长度l有公差，例如l＝4.0±0.2mm，因此刀板48做出阶梯厚度h1和h2，h1需要大于4.0+0.2＝4.2mm，例如取4.5mm，h2需要小于4.0-0.2＝3.8mm，例如取3.6mm。如图5b所示，这样能确保在前的c-lens玻璃坯料310顶入开孔481并到位时，在前的c-lens玻璃坯料310尾部在开孔481之外，而相邻的在后的c-lens玻璃坯料320虽然头部伸入定向分粒机构43，但进不了开孔481内。

用于夹具戴帽并以定扭矩旋紧的工作站，设置有定扭矩伺服电机50及机械手52，工作站的定位气缸51将夹具杆顶紧后，机械手52下行并握住定位销上的夹具帽，叼起夹具帽后，移位、旋转并下行，将夹具帽戴在夹具杆上并旋紧。定扭矩伺服电机50的扭力可调，如图6所示，定扭矩伺服电机50上，安装了第一抱爪501和第二抱爪502，定扭矩伺服电机50整体可以上下运动，还可以向工转盘8径向移动。当工转盘8旋转到位时，夹具定位模组9内的夹具杆1已容纳c-lens玻璃坯料3后，定扭矩伺服电机50整体径向移动，下降，通过第一抱爪501和第二抱爪502抱紧夹具帽2，提起，移动回位，旋转并同时下降，待夹具帽2锁紧后，松开第一抱爪501和第二抱爪502，定扭矩伺服电机50整体向上回位，完成戴帽动作。另外，用于空夹具自动摘帽的工作站结构和原理与用于夹具戴帽并以定扭矩旋紧的工作站相同，只是工作时的动作是将夹具帽摘下。

用于对在夹具内的c-lens玻璃坯料安装姿态进行判别与报警的工作站，设置有检查传感器组61，用于检查夹具戴帽姿态、透镜坯料有无、透镜坯料球面方向，从而判断装夹效果并反馈给plc控制器。

用于通过机械手将所述c-lens定位模组内实夹具取走的工作站，设置有直线机械导轨71、抓取机械手72以及侧下方的可程序平移的实夹具放置盘73，由程序控制，机械手72与直线机械导轨71配合，将大转盘上夹具定位模组内的已装好c-lens的实夹具抓取，将其放入实夹具放置盘73中指定孔位。实夹具放置盘上有可放置预设数量实夹具的孔，示例的，实夹具放置盘上有可放置100只实夹具的孔。

用于对所述c-lens夹具定位模组清洁处理的工作站，设置有气流吹嘴81，喷射气流清洁大转盘上的夹具杆定位孔。

进一步的，工转盘上八个c-lens夹具定位模组的夹具杆定位孔，各自转到同一分度位置时定位孔的位置偏差不大于±0.02mm，所使用的c-lens坯料夹具自身孔位偏差不大于±0.02mm，夹具杆在模组定位孔中为间隙配合，夹具杆由各工作站气缸顶紧时精确定位。

在工转盘旋转到某个分度点后，八个工作站同时工作，完成单只玻璃坯料装夹的节拍时间为一个分度的转盘旋转时间加上最慢工作站完成时间，本发明装置的节拍时间可以为3.5秒。

工转盘旋转分度点可设置成六个或五个，相应地基台上设置的工作站也是六个或五个。

本发明实施例提供的坯料装夹装置可装夹两端都是平面的c-lens坯料，供前道球面研磨成型使用，这时仅需关闭球面判别方向功能。

本发明实施例提供的坯料装夹装置可装夹直径为1.0mm、1.4mm或1.8mm的系列c-lens精磨坯料，这时仅需相应地改变透镜坯料夹具、振动送料管道、自动判向与调整装置、装夹管道与喷嘴、弹性埋针等零配件。

本发明实施例提供的装夹装置，用于通过机械手抓取空夹具放置到所述c-lens夹具定位模组内的工作站，其从空夹具放置盘抓取空夹具的动作，以及用于通过机械手将所述c-lens定位模组内实夹具取走的工作站，其将实夹具放入实夹具放置盘动作，可由传送带加机械手实现，实夹具放置盘可随传送带到达自动抛光设备，实现本装置与其他功能装置的整体联动。

综上所述，本发明实施例提供的用于微型透镜抛光加工的装夹装置，能够在plc程序控制下连续运转，实现c-lens透镜坯料的连续供料和自动装夹，省时省力，传统手工动作被该自动化装置的动作替代，无需工人参与，且效率得到大幅提升。该装夹装置可自动识别玻璃坯料的端面，将平面端朝下装入夹具中而将球面朝外，按所需要的扭矩锁紧夹具。实现了夹具和玻璃坯料的连续自动供料装夹，结构紧凑，效率高，具有良好的应用前景。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。