一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置及方法与流程

1.本发明涉及一种定心车削加工技术领域，特别是一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置及利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法。


背景技术：

2.光学系统的装配精度取决于机械加工零件和光学零件的加工精度，一旦加工完毕，光学透镜组内各透镜间的光轴一致性误差是无法消除的。基于定心车削技术的光学装配方法，可批量解决透镜制造加工一致性差带来的边调边测问题；同时，可以将结构设计的更紧凑，间隙更小，使光学系统装配更稳定，定心加工是提高透视式镜头制造精度的有效方法，光学系统中光轴的定位和角度偏差会直接影响成像质量，装调、点胶、镜片胶合过程中均会产生偏差，定心加工是利用光学仪器检测，通过定心调整工装调整光机部件的光学基准与机床机械轴重合，然后对光机部件的装配机械基准进行精密机械加工，以建立光机部件光学基准与其装配机械基准关系的过程，目前定心加工主要利用手动四维卡盘调整光机部件的光学基准轴与机床机械轴重合，手动调节四维卡盘主要存在以下问题：依靠人工反复调整四维卡盘，耗时久，无法依据实时检测数据有规律的进行调整光学组件位置，人工手动调节与高精度的中心偏检测设备不匹配，极大降低了调整效率。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置及利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法。
4.第一方面，本发明提供一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置，包括：四维卡盘、中心偏测量仪、上位机以及四维卡盘调整器；所述四维卡盘，用于固定光学零件、且用于调节所述光学零件的位置；所述中心偏测量仪包括至少一个准直光学系统，用于确定所述光学零件第一表面和/或第二表面的位置偏差；所述上位机用于根据所述中心偏测量仪反馈的所述位置偏差，确定所述光学零件的位置偏移量，并确定所述四维卡盘调整器的控制力矩；所述四维卡盘调整器包括升降电机、导轨、丝杠、扭转电机以及力矩离合器，其中，所述升降电机通过控制所述丝杠旋转使所述扭转电机及所述力矩离合器沿着所述导轨滑动，用于调节所述扭转电机及所述力矩离合器位置，所述扭转电机及所述力矩离合器用于基于所述控制力矩，调节所述四维卡盘的位置。
5.在一些实施例中，所述中心偏测量仪包括两个准直光学系统，所述准直光学系统用于发射出准直光线，所述光线到达所述光学零件表面后，反射回接收探测器，所述中心偏测量仪根据出射光线及返回光线位置偏差，确定所述光学零件表面位置偏差。
6.在一些实施例中，所述中心偏测量仪确定的所述位置偏差的测量精度小于或等于0.1um。
7.在一些实施例中，所述扭矩电机通过所述力矩离合器输出扭矩；当所述扭矩电机扭矩大于所述力矩离合器的扭矩阈值时，所述力矩离合器空转；当所述扭矩电机扭矩小于
或等于所述力矩离合器的扭矩阈值时，输出的扭矩传递以调节所述四维卡盘的位置。
8.在一些实施例中，所述力矩离合器包括：外壳、垫片、弹簧压盖、弹簧、盖、大球、三个小球、凸轮、轴承、挡圈、调整头；所述外壳用于支撑固定，一端设置有深孔结构，用于与所述扭矩电机配合；所述垫片放入所述深孔底部；所述弹簧压盖呈柱状结构，一端平面，抵靠于所述垫片上，一端伸入至所述外壳的弹簧内孔；所述弹簧设置于所述弹簧内孔，一端抵靠于所述垫片，另一端抵靠于所述盖，所述弹簧呈压缩状态，通过所述弹簧的弹力压紧所述大球；所述盖为柱状空心结构，一端置于所述弹簧内孔，另一端抵靠所述大球；所述大球通过所述弹簧的弹力顶住所述三个小球，使得所述三个小球卡在所述凸轮内；所述挡圈一侧面于所述外壳抵靠，另一侧与所述轴承抵靠；所述轴承设置于所述挡圈和所述调整头之间，使得所述调整头能够相对于所述外壳转动；所述扭矩电机的扭矩通过所述外壳，经所述凸轮和所述小球传递到所述调整头上，当扭矩大于扭矩阈值时，所述小球被所述凸轮轮廓压回，所述外壳空转。
9.在一些实施例中，所述四维卡盘调整器调节所述扭转电机及所述力矩离合器位置，调节精度在小于或等于0.1mm。
10.在一些实施例中，所述四维卡盘具有差动螺纹，所述差动螺纹具有粗调位置和精调位置；所述四维卡盘调整器的调整头通过所述粗调位置对所述四维卡盘进行粗调、通过所述精调位置对所述四维卡盘进行精调。
11.第二方面，本发明还提供一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法，其特征在于，应用于如第一方面所述的一种用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置，所述方法包括：步骤s11，通过所述中心偏测量仪确定光学零件的位置偏差，其中，所述光学零件设置于所述四维卡盘；步骤s12，基于所述位置偏差，通过所述上位机确定控制力矩；步骤s13，基于所述控制力矩，通过所述四维卡盘调整器调节所述四维卡盘的位置。
12.在一些实施例中，所述步骤s13，基于所述控制力矩，通过所述四维卡盘调整器调节所述四维卡盘的位置，包括：通过所述升降电机，将所述力矩离合器的调整头调节至所述四维卡盘的差动螺纹结构的粗调位置；通过所述力矩离合器的调整头，旋转所述四维卡盘的差动螺纹结构，对所述四维卡盘进行位置粗调；通过所述升降电机，将所述力矩离合器的调整头调节至所述四维卡盘的差动螺纹结构的精调位置；通过所述力矩离合器的调整头，旋转所述四维卡盘的差动螺纹结构，对所述四维卡盘进行位置精调。
13.在一些实施例中在执行完所述步骤s13之后，返回执行所述步骤s11；所述步骤s11还包括：若所述位置偏差大于偏差阈值，则执行所述步骤s12；若所述位置偏差小于或等于所述偏差阈值，则结束调节。
14.本发明至少实现了以下显著的有益效果：
15.本发明提供的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置及利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法，实现简单，解决了定心车车削过程中，手动调节四维卡盘，调试时间久等实际问题，实现了定心车床被加工组件的实时检测，完成被加工的光学元件精密调节控制，实现了定心车床被加工组件的自动装调。
附图说明
16.图1为本发明一些实施例的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置示意图。
17.图2为本发明一些实施例的四维卡盘调整器调节四维卡盘状态示意图。
18.图3为本发明一些实施例的四维卡盘调整器结构示意图。
19.图4为本发明一些实施例的四维卡盘调整器结构示意图。
20.图5为本发明一些实施例的四维卡盘调整器的力矩离合器结构示意图。
21.图6为本发明一些实施例的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法流程示意图。
22.图7为本发明另一些实施例的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法流程示意图。
23.图8为本发明另一些实施例的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法流程示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
25.需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
26.虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元器件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
27.为解决前述技术问题，本发明的目的在于设计一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置及利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法，实现简单，解决了定心车车削过程中，手动调节四维卡盘，调试时间久等实际问题，实现了定心车床被加工组件的实时检测，完成被加工的光学元件精密调节控制，实现了定心车床被加工组件的自动装调。
28.本发明提供一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置，如图1-图5所示，本发明实施例的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置，可以包括：四维卡盘10、中心偏测量仪20、上位机30以及四维卡盘调整器40。
29.其中，四维卡盘10可以用于固定光学零件、且用于调节光学零件的位置。四维卡盘10可以通过卡爪等结构将光学零件固定，保证光学零件与四维卡盘10的位置相对固定。并且，四维卡盘10的位置可以通过四维卡盘调整器40进行调整，从而调整光学零件的位置。光学零件可以是光学镜片，包括透镜、反射镜等。
30.中心偏测量仪20可以包括至少一个准直光学系统，用于确定光学零件第一表面和/或第二表面的位置偏差。中心偏测量仪20可以采用准直光学系统，对光学零件的表面进行检测，从而得到相应的位置偏差，用于调整位置的基础。中心偏测量仪20可以包括多个准直光学系统，分别对光学零件的不同表面进行检测。
31.在一些实施例中，中心偏测量仪20可以包括两个准直光学系统，准直光学系统用于发射出准直光线，光线到达光学零件表面后，反射回接收探测器，中心偏测量仪20根据出射光线及返回光线位置偏差，确定光学零件表面位置偏差。本实施例中，两个准直光学系统可以分别对应于光学零件的第一表面和第二表面，即两个准直光学系统分别测量光学零件不同表面的位置偏差，从而更加方便、快速、准确的进行校准。
32.在一些实施例中，中心偏测量仪20确定的位置偏差的测量精度可以小于或等于0.1um。通过高精度的测量，从而保证光学系统的加工精度。
33.上位机30用于根据中心偏测量仪20反馈的位置偏差，确定光学零件的位置偏移量，并确定四维卡盘调整器40的控制力矩。本发明实施例中，上位机30可以是与中心偏测量仪20通信连接的计算终端，例如可以是计算机、服务器等计算机中心控制系统。中心偏测量仪20测量到的位置偏差数据发送至上位机30，通过上位机30进行分析，得到光学零件的位置偏移量，从而进一步根据光学零件的位置偏移量得到四维卡盘调整器40的控制力矩，以通过四维卡盘调整器40对四维卡盘10进行调整，修正光学零件的位置偏差。
34.四维卡盘调整器40，如图3、图4所示，可以包括升降电机41、导轨42、丝杠43、扭转电机44以及力矩离合器45，其中，升降电机41通过控制丝杠43旋转使扭转电机44及力矩离合器45沿着导轨42滑动，用于调节扭转电机44及力矩离合器45位置，扭转电机44及力矩离合器45用于基于控制力矩，调节四维卡盘10的位置。
35.通过本发明的利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置能够实现实时检测，并对光学零件的位置进行精密调节，实现了定心车床被加工组件的高效自动装调。
36.在一些实施例中，扭矩电机44可以通过力矩离合器45输出扭矩；当扭矩电机44扭矩大于力矩离合器45的扭矩阈值时，力矩离合器45空转；当扭矩电机44扭矩小于或等于力矩离合器45的扭矩阈值时，输出的扭矩传递以调节四维卡盘的位置。本发明实施例中，通过设置力矩离合器45，保障扭矩电机44输出的扭矩不会过大，保障了调整的可靠性以及设备的安全性。
37.在一些实施例中，力矩离合器45可以包括：外壳451、垫片452、弹簧压盖4531、弹簧4532、盖4533、大球454、三个小球455、凸轮456、轴承457、挡圈458、调整头459；外壳451用于支撑固定，一端设置有深孔结构，用于与扭矩电机44配合；垫片452放入深孔底部；弹簧压盖4531呈柱状结构，一端平面，抵靠于垫片452上，一端伸入至外壳451的弹簧内孔；弹簧4532设置于弹簧内孔，一端抵靠于垫片452，另一端抵靠于盖4533，弹簧4532呈压缩状态，通过弹簧4532的弹力压紧大球454；盖4533为柱状空心结构，一端置于弹簧内孔，另一端抵靠大球4533；大球454通过弹簧4532的弹力顶住三个小球455，使得三个小球455卡在凸轮456内；挡圈458一侧面于外壳451抵靠，另一侧与轴承457抵靠；轴承457设置于挡圈458和调整头459之间，使得调整头459能够相对于外壳451转动；扭矩电机44的扭矩通过外壳451，经凸轮456和小球455传递到调整头459上，当扭矩大于扭矩阈值时，小球455被凸轮456轮廓压回，外壳451空转。
38.本发明实施例的力矩离合器45，能够方便的控制输出扭矩，在扭矩电机44的扭矩过大时，使得外壳451空转，扭矩不能传递至调整头459，从而也就不能进一步传递至四维卡盘10，从而保证了四维卡盘调整器40输出的扭矩可靠性，并且避免输出的扭矩过大导致四维卡盘10或光学零件等被损坏。
39.在一些实施例中，四维卡盘调整器40调节扭转电机44及力矩离合器45位置，调节精度在小于或等于0.1mm。本发明实施例中，四维卡盘调整器40可以通过升降电机41，配合丝杠43、导轨42等部件调整扭转电机44及力矩离合器45的位置，以保证进一步对四维卡盘10的位置调节。调节精度能够在不超过0.1mm的范围内，从而提高了利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置的调节精度和实用性。
40.在一些实施例中，四维卡盘10具有差动螺纹，差动螺纹具有粗调位置和精调位置；四维卡盘调整器40的调整头459通过粗调位置对四维卡盘10进行粗调、通过精调位置对四维卡盘10进行精调。本发明实施例中，四维卡盘10可以设置有差动螺纹结构，对差动螺纹结构的不同位置与四维卡盘调整器40的调整头459对接从而实现对四维卡盘10位置的粗调和精调。从而提高了调整效率，也保证了调整精度。
41.基于同一发明构思，本发明还提供一种利用力矩离合自动调节定心车四维卡盘方法，可以应用于如前述任一实施例的用力矩离合自动调节定心车四维卡盘装置，如图6所示，方法可以包括：步骤s11，通过中心偏测量仪确定光学零件的位置偏差，其中，光学零件设置于四维卡盘；步骤s12，基于位置偏差，通过上位机确定控制力矩；步骤s13，基于控制力矩，通过四维卡盘调整器调节四维卡盘的位置。本发明实施例中，可以通过中心偏测量仪确定固定在四维卡盘上的光学零件的位置偏差，再通过上位机，针对中心偏测量仪确定的位置偏差进行分析，从而确定四维卡盘调整器的控制力矩。四维卡盘调整器根据检测和反馈后得到的控制力矩对四维卡盘进行位置调整，从而实现对光学零件高效、高精度的调节。
42.在一些实施例中，如图7所示，步骤s13，基于控制力矩，通过四维卡盘调整器调节四维卡盘的位置，可以包括：步骤s131，通过升降电机，将力矩离合器的调整头调节至四维卡盘的差动螺纹结构的粗调位置；步骤s132，通过力矩离合器的调整头，旋转四维卡盘的差动螺纹结构，对四维卡盘进行位置粗调；步骤s133，通过升降电机，将力矩离合器的调整头调节至四维卡盘的差动螺纹结构的精调位置；步骤s134，通过力矩离合器的调整头，旋转四维卡盘的差动螺纹结构，对四维卡盘进行位置精调。本发明实施例中，可以通过升降电机，配合丝杠和导轨机构，对扭矩电机和力矩离合器的位置进行调整，使力矩离合器的调整头能够与四维卡盘的差动螺纹结构的粗调位置配合、或与四维卡盘的差动螺纹结构的精调位置配合。在调整好调节位置后，通过扭矩电机输出扭矩，经过力矩离合器传递至差动螺纹结构，从而调节四维卡盘的位置。力矩离合器能够保障输出的扭矩不会超过扭矩阈值。通过不同位置进行粗调和精调能够提高调节效率，并且保障调节精度。
43.在一些实施例中，如图8所示，在执行完步骤s13之后，返回执行步骤s11；步骤s11还包括：若位置偏差大于偏差阈值，则执行步骤s12；若位置偏差小于或等于偏差阈值，则结束调节。本发明实施例中，完成步骤s11、步骤s12、步骤s13后，使用可以中心偏测量仪再次进行测量，根据测量结果判断是否需要继续调节，若需要调节，则可以重复执行步骤s12和步骤s13直至光学镜片调整到预期位置。
44.可以理解的是，本发明实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
45.本发明实施例涉及的方法和装置能够利用标准编程技术来完成，利用基于规则的逻辑或者其他逻辑来实现各种方法步骤。还应当注意的是，此处以及权利要求书中使用的
词语“装置”和“模块”意在包括使用一行或者多行软件代码的实现和/或硬件实现和/或用于接收输入的设备。
46.此处描述的任何步骤、操作或程序可以使用单独的或与其他设备组合的一个或多个硬件或软件模块来执行或实现。在一个实施方式中，软件模块使用包括包含计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品实现，其能够由计算机处理器执行用于执行任何或全部的所描述的步骤、操作或程序。
47.出于示例和描述的目的，已经给出了本发明实施的前述说明。前述说明并非是穷举性的也并非要将本发明限制到所发明的确切形式，根据上述教导还可能存在各种变形和修改，或者是可能从本发明的实践中得到各种变形和修改。选择和描述这些实施例是为了说明本发明的原理及其实际应用，以使得本领域的技术人员能够以适合于构思的特定用途来以各种实施方式和各种修改而利用本发明。