CN103949881B - 三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置。本装置由入射激光获得系统、带力传感器的镜片夹持机械手、光学镜片位置自动调节单元、光电检测单元、光斑图像检测单元及激光陀螺腔体定位单元组成，在多传感器的监控下用于完成三角形激光陀螺的无镀膜平面镜、球面镜的自动装配。本发明采用自动化设备代替人工操作，结构简单，运动分辨率高，装配的一致性好、效率高。

Description

三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置

技术领域

本发明涉及一种三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置。

背景技术

激光陀螺是捷联式惯性导航系统的主要器件，主要应用于对导航系统精度要求高的军事和部分民用领域。激光陀螺上镜片的装配效果对陀螺的性能具有较大的影响，因此，对激光陀螺镜片的装配精度提出了很高的要求。三角形激光陀螺上无镀膜平面镜、球面镜的装配也不例外，要求无镀膜平面镜的几何中心与腔体安装面上的孔中心重合，球面镜的位置应使得激光陀螺内运行的激光束与腔体毛细管轴线重合，并且保证出射光相对于入射光的光学损耗最小。

传统的无镀膜平面镜、球面镜的装配工作主要由操作者手、眼协调配合来完成，装配的一致性差、效率低。本发明即针对这一问题，研制了一种三角形激光陀螺无镀膜平面镜、球面镜自动装配的装置。

发明内容

本发明目的在于：针对现有的三角形激光陀螺无镀膜平面镜、球面镜装配工作存在的缺陷，提供了一种三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，该装置具有结构简单，运动分辨率高，装配的一致性好、效率高等优点。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

在力传感器、光电传感器、CCD摄像机的监控下，采用自动化设备代替人手来调节待装配光学镜片的位置，以实现无镀膜平面镜、球面镜的精确装配。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，由一个大理石隔振台、一个入射激光获得系统、一个带力传感器的镜片夹持机械手、一个光学镜片位置自动调节单元、一个光电检测单元、一个光斑图像检测单元、一个激光陀螺腔体定位单元组成，在多传感器的监控下可以完成三角形激光陀螺的无镀膜平面镜、球面镜的自动装配；其中入射激光获得系统、光学镜片位置自动调节单元、光电检测单元、光斑图像检测单元及激光陀螺腔体定位单元均由螺栓固定在大理石隔振台上，位置关系由光路决定，带力传感器的镜片夹持机械手固定在光学镜片位置自动调节单元的末端。

上述入射激光获得系统，由一个激光发生器、一个光线调整镜片及其安装架、一个偏振镜片及其安装架、两个高度调节杆、一个反光镜片及其安装架、一个L形支架、三个第一导向滑块、一个燕尾型导轨底座、两个高度调节套、三个第一紧定螺钉、两个第二紧定螺钉、一个第三紧定螺钉、一个激光发生器第二导向滑块、一个T形连接架组成；其中燕尾型导轨底座由螺栓固定在大理石隔振台左边上，激光发生器通过T形连接架固定在第二导向滑块上，第二导向滑块通过第三紧定螺钉固定在燕尾型导轨底座的最左侧，光线调整镜片及其安装架与一个高度调节杆连接后插入一个高度调节套中，然后由一个第二紧定螺钉限位，高度调节套由螺栓连接在一个第一导向滑块上，第一导向滑块通过第一紧定螺钉固定在燕尾型导轨底座上，偏振镜片及其安装架的安装方法与光线调整镜片及其安装架相同，反光镜片及其安装架由螺钉与L型支架连接，L形支架由螺钉固定在第一导向滑块上，第一导向滑块通过第一紧定螺钉固定在燕尾型导轨底座的最右侧。

上述光学镜片位置自动调节单元，由一个X向移动平台、一个X-Y转接板、一个Z向移动平台、一个Z-XY转接板、一个Y向移动平台及一个底座组成；其中Z向移动平台通过螺钉与Z-XY转接板连接，Z-XY转接板固定在Y向移动平台的动平台上，Y向移动平台通过X-Y转接板与X向移动平台的动平台连接，X向移动平台的静平台通过螺钉固定在底座上，底座由螺栓与大理石隔振台连接。

上述光电检测单元，由一个光电倍增管支架、一个光电倍增管组成；其中光电倍增管固定在光电倍增管支架中，光电倍增管支架通过螺栓固定在大理石隔振台上。

上述光斑图像检测单元，由一个L形支架、一个反射镜及其安装架、一个分光镜及其安装架、一个望远镜、六个调心螺杆、两个望远镜支架、一个镜头、一个CCD摄像机、两个高度调节杆、两个高度调节套、三个第三导向滑块、一个燕尾型导轨底座、三个第四紧定螺钉、一个第五紧定螺钉、两个第六紧定螺钉、一个支座、一个第四导向滑块组成；其中反射镜及其安装架与L形支架通过螺钉连接后固定在一个第三导向滑块上，第三导向滑块通过第四紧定螺钉固定在燕尾型导轨底座的最左侧，分光镜及其安装架与一个高度调节杆连接后插入一个高度调节套内，并由第六紧定螺钉固定，高度调节套通过螺钉固定在第三导向滑块上，并由第四紧定螺钉与燕尾型导轨底座连接，望远镜通过六个调心螺杆和两个望远镜镜架调心定位后，由螺钉固定在支座上，支座与第四导向滑块连接，并由第五紧定螺钉固定在燕尾型导轨底座上，镜头与CCD摄像机连接后与一个高度调节杆固定，并插入一个高度调节套内，同样由第四紧定螺钉固定，高度调节套同样通过第三导向滑块由第四紧定螺钉与燕尾型导轨底座连接，燕尾型导轨底座通过螺栓与大理石隔振台连接。

上述激光陀螺腔体定位单元，由两个限位块、一个支座、一个轴座、一个垫片、一个压紧螺母及谐振腔体组成，用于实现待装配的三角形激光陀螺谐振腔体的精确定位；其中轴座通过螺钉固定在支座上，支座通过螺栓固定在大理石隔振台上，三角形激光陀螺谐振腔体套入轴座的轴上，由固定在连接座右上侧和正下侧的限位块实现腔体的精确定位，并通过垫片、压紧螺母实现腔体的固定。

上述带力传感器的镜片夹持机械手，由一个L形转接臂、一个球铰底座、一个球铰、一个螺母、一个盘轴、一个上轴承端盖、一个旋转臂、一个镜片夹持机械手、一个力传感器组成；其中L形转接臂通过螺钉与Z向移动平台的动平台连接，球铰底座与L形转接臂的后端固定，球铰通过螺钉与球铰底座连接，轴承安装在盘轴上，旋转臂与轴承外圈配合，通过上轴承端盖和盘轴凸肩，并由螺母使轴承固定在盘轴对应的轴向位置上，力传感器通过螺钉固定在旋转臂的末端，镜片夹持机械手通过螺钉与L形转接臂前端连接。

上述镜片夹持机械手，由一个夹爪支架、两个导向轴、一个带V形夹爪的螺母、一个螺杆、一个固定架、一个挡圈及两个螺栓组成，用于实现待装配光学镜片的夹持；其中夹爪支架通过螺钉与L形转接臂前端连接，固定架由两个螺栓固定在夹爪支架的前端，螺杆与带V形夹爪的螺母配合后插入固定架中，其轴向位置通过挡圈固定，两个导向轴与夹爪支架连接后，插入带V形夹爪的螺母的对应孔中，对螺母的运动起导向作用；通过旋转螺杆可以使螺母沿着螺杆轴向运动，进而通过螺母及夹爪支架上的V形槽夹紧待装配光学镜片。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：装配效率高，一致性好，结构简单，运动分辨率高，控制方便等。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图。

图2是入射激光获得系统示意图。

图3是光学镜片位置自动调节单元示意图。

图4是光电检测单元示意图。

图5是光斑图像检测单元示意图。

图6是激光陀螺腔体定位单元示意图。

图7是带力传感器的镜片夹持机械手示意图。

图8是镜片夹持机械手示意图。

具体实施方式

本发明的优选实例结合附图说明如下：

实施例一：

参考图1，本三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，由大理石隔振台1、入射激光获得系统2、带力传感器的镜片夹持机械手3、光学镜片位置自动调节单元4、光电检测单元5、光斑图像检测单元6、激光陀螺腔体定位单元7组成；所述的入射激光获得系统2、光学镜片位置自动调节单元4、光电检测单元5、光斑图像检测单元6及激光陀螺腔体定位单元7均由螺栓固定在大理石隔振台1上，位置关系由光路决定，带力传感器的镜片夹持机械手3固定在光学镜片位置自动调节单元4的末端。

实施例二：本实施实例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参考图1、图2，上述入射激光获得系统2由激光发生器8、光线调整镜片及其安装架9、偏振镜片及其安装架10、两个高度调节杆11、反光镜片及其安装架12、L形支架13、三个第一导向滑块14、燕尾型导轨底座15、两个高度调节套16、三个第一紧定螺钉17、两个第二紧定螺钉18、激光发生器第二导向滑块19、第三紧定螺钉20、T形连接架21组成；所述的燕尾型导轨底座15由螺栓固定在大理石隔振台1左边上，激光发生器8通过T形连接架21固定在第二导向滑块19上，第二导向滑块19与燕尾型导轨底座15滑配后通过第三紧定螺钉20固定在燕尾型导轨底座15的最左侧，光线调整镜片及其安装架9与一个高度调节杆11连接后插入一个高度调节套16中，由第二紧定螺钉18限位，高度调节套16由螺栓连接在第一导向滑块14上，第一导向滑块14通过第一紧定螺钉17固定在燕尾型导轨底座15上，偏振镜片及其安装架10的安装方法与光线调整镜片及其安装架9相同，反光镜片及其安装架12由螺钉与L型支架13连接，L形支架13由螺钉固定在第一导向滑块14上，第一导向滑块14通过第一紧定螺钉17固定在燕尾型导轨底座15的最右侧，按上述位置关系对入射激光获得系统做精确调整，使从激光发射器8发出的激光能够通过光线调整镜片、偏振镜片和反光镜片的中心射出，反光镜片的倾斜角度能够保证激光能够顺利进入位于激光陀螺腔体定位单元7上的激光陀螺谐振腔内。

参考图1、图3，上述光学镜片位置自动调节单元4由X向移动平台22、X-Y转接板23、Z向移动平台24、Z-XY转接板25、Y向移动平台26及底座27组成；所述的Z向移动平台24通过螺钉与Z-XY转接板25连接，Z-XY转接板25固定在Y向移动平台26的动平台上，Y向移动平台26通过X-Y转接板23与X向移动平台22的动平台连接，X向移动平台22的静平台通过螺钉固定在底座27上，底座27由螺栓与大理石隔振台1连接，而位于入射激光获得系统的右后侧。光学镜片位置自动调节单元是主要的执行单元，由控制系统控制实现X、Y、Z向三个自由度的精确运动，以实现三角形激光陀螺无镀膜平面镜和球面镜的自动装配。

参考图1、图4，上述光电检测单元5由光电倍增管支架28、光电倍增管29组成；所述的光电倍增管29固定在光电倍增管支架28中，光电倍增管支架28通过螺栓固定在大理石隔振台1上，而位于光学镜片位置自动调节单元4的右侧。光电检测单元5主要检测出射激光相对于入射激光的损耗，保证装配的高可靠性。

参考图1、图5，上述光斑图像检测单元6由L形支架30、反射镜及其安装架31、分光镜及其安装架32、望远镜33、六个调心螺杆34、两个望远镜支架35、镜头36、CCD摄像机37、两个高度调节杆38、两个高度调节套39、三个第三导向滑块40、燕尾型导轨底座41、三个第四紧定螺钉42、支座43、第四导向滑块44、第五紧定螺钉45、两个第六紧定螺钉46组成；所述的反射镜及其安装架31与L形支架30通过螺钉连接后固定在一个第三导向滑块40上，第三导向滑块40通过第四紧定螺钉42固定在燕尾型导轨底座41的最左侧，分光镜及其安装架32与一个高度调节杆38连接后插入一个高度调节套39内，并由一个第六紧定螺钉46固定，高度调节套39通过螺钉固定在第三导向滑块40上，并由第四紧定螺钉42与燕尾型导轨底座41连接，望远镜33通过六个调心螺杆34和两个望远镜镜架35调心定位后，由螺钉固定在支座43上，支座43与第四导向滑块44连接，并由第五紧定螺钉45固定在燕尾型导轨底座41上，镜头36与CCD摄像机37连接后与一个高度调节杆38固定，并插入一个高度调节套39内，同样由一个第四紧定螺钉42固定，高度调节套39同样通过第三导向滑块40由第四紧定螺钉42与燕尾型导轨底座41连接，燕尾型导轨底座41通过螺栓与大理石隔振台1连接，而位于大理石隔振台1的右边。光斑图像检测单元6主要采集出射激光的光斑和光阑图像信息，分析光斑和光阑的图像信息，得出它们的中心偏差，并以为此为据完成球面镜的精确装配。

参考图1、图6，上述激光陀螺腔体定位单元7由两个限位块47、支座48、轴座49、垫片50、压紧螺母51及谐振腔体52组成，用于实现待装配的三角形激光陀螺谐振腔体52的精确定位；所述的轴座49通过螺钉固定在支座48上，支座48通过螺栓固定在大理石隔振台1上，三角形激光陀螺谐振腔体52套入轴座49的轴上，由固定在轴座49右上侧和正下侧的限位块47实现腔体52的精确定位，并通过垫片50、压紧螺母51实现腔体52的固定。光陀螺谐振腔体52的定位必须保证从入射激光获得系统2射出的激光能够准确地进入陀螺的谐振腔，并顺利出射到光斑图像检测单元6的分光镜中心。

参考图1、图7，上述带力传感器的镜片夹持机械手3由L形转接臂53、球铰底座54、球铰55、螺母56、盘轴57、上轴承端盖58、旋转臂59、镜片夹持机械手60、力传感器61组成；所述的L形转接臂53通过螺钉与Z向移动平台24的动平台连接，球铰底座54与L形转接臂53的后端固定，球铰55通过螺钉与球铰底座54连接，轴承安装在盘轴57上，旋转臂59与轴承外圈配合，通过上轴承端盖58和盘轴57凸肩，并由螺母56使轴承固定在盘轴57对应的轴向位置上，力传感器61通过螺钉固定在旋转臂59的末端，镜片夹持机械手60通过螺钉与L形转接臂53前端连接，完成上述装配连接后，由镜片夹持机械手60夹持待封装的镜片，调节旋转臂59绕Z轴方向的角度位置，使力传感器位于待装配镜片的正上方，旋紧螺母56。

参考图1、图7、图8，上述镜片夹持机械手60由夹爪支架62、两个导向轴63、带V形夹爪的螺母64、螺杆65、固定架66、挡圈67、及两个螺栓68组成，用于实现待装配光学镜片的夹持；所述夹爪支架62通过螺钉与L形转接臂53前端连接，固定架66由两个螺栓68固定在夹爪支架62的前端，螺杆65与带V形夹爪的螺母64配合后插入固定架66中，其轴向位置通过挡圈67固定，两个导向轴63与夹爪支架62连接后，插入带V形夹爪的螺母64的对应孔中，对螺母64的运动起导向作用；通过旋转螺杆65可以使螺母64沿着螺杆65轴向运动，进而通过螺母64及夹爪支架62上的V形槽夹紧待装配光学镜片，镜片夹持机械手60用于实现待装配光学镜片的夹持。

基于上述思路，分布与各系统的多个传感器采集相应的信息，这些信息经由信息融合技术分析，并依此为据由运动控制系统精确控制自动装备装置完成对三角形激光陀螺无镀膜平面镜和球面镜的自动装配。

本发明建立的一个基于多传感器的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，装配效率高，一致性好，结构简单，运动分辨率高，控制方便。

Claims (8)

1.一种三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，由一个大理石隔振台(1)、入射激光获得系统(2)、一个带力传感器的镜片夹持机械手(3)、一个光学镜片位置自动调节单元(4)、一个光电检测单元(5)、一个光斑图像检测单元(6)、一个激光陀螺腔体定位单元(7)组成，在多传感器的监控下完成三角形激光陀螺的无镀膜平面镜、球面镜的自动装配；所述的入射激光获得系统(2)、光学镜片位置自动调节单元(4)、光电检测单元(5)、光斑图像检测单元(6)及激光陀螺腔体定位单元(7)均由螺栓固定在大理石隔振台(1)上，位置关系由光路决定，带力传感器的镜片夹持机械手(3)固定在光学镜片位置自动调节单元(4)的末端。

2.根据权利要求1所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的入射激光获得系统(2)：由一个激光发生器(8)、一个光线调整镜片及其安装架(9)、一个偏振镜片及其安装架(10)、两个高度调节杆(11)、一个反光镜片及其安装架(12)、一个L形支架(13)、三个第一导向滑块(14)、一个燕尾型导轨底座(15)、两个高度调节套(16)、三个第一紧定螺钉(17)、两个第二紧定螺钉(18)、一个激光发生器第二导向滑块(19)、一个第三紧定螺钉(20)、一个T形连接架(21)组成；所述的燕尾型导轨底座(15)由螺栓固定在大理石隔振台(1)左边上，激光发生器(8)通过T形连接架(21)固定在第二导向滑块(19)上，第二导向滑块(19)与燕尾型导轨底座(15)滑配而通过第三紧定螺钉(20)固定在燕尾型导轨底座(15)的最左侧，光线调整镜片及其安装架(9)与一个高度调节杆连接后插入一个高度调节套(16)中，由一个第二紧定螺钉(18)定位，高度调节套(16)由螺栓连接在一个第一导向滑块(14)上，第一导向滑块(14)通过第一紧定螺钉(17)固定在燕尾型导轨底座(15)上，偏振镜片及其安装架(10)的安装方法与光线调整镜片及其安装架(9)相同，反光镜片及其安装架(12)由螺钉与L型支架(13)连接，L形支架(13)由螺钉固定在第一导向滑块(14)上，第一导向滑块(14)通过第一紧定螺钉(17)固定在燕尾型导轨底座(15)的最右侧。

3.根据权利要求1所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的光学镜片位置自动调节单元(4)：由一个X向移动平台(22)、一个X-Y转接板(23)、一个Z向移动平台(24)、一个Z-XY转接板(25)、一个Y向移动平台(26)及一个底座(27)组成；所述的Z向移动平台(24)通过螺钉与Z-XY转接板(25)连接，Z-XY转接板(25)固定在Y向移动平台(26)的动平台上，Y向移动平台(26)通过X-Y转接板(23)与X向移动平台(22)的动平台连接，X向移动平台(22)的静平台通过螺钉固定在底座(27)上，底座(27)由螺栓与大理石隔振台(1)连接，而位于入射激光获得系统(2)的右后侧。

4.根据权利要求1所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的光电检测单元(5)：由一个光电倍增管支架(28)、一个光电倍增管(29)组成；所述的光电倍增管(29)固定在光电倍增管支架(28)中，光电倍增管支架(28)通过螺栓固定在大理石隔振台(1)上，而位于光学镜片位置自动调节单元(4)的右侧。

5.根据权利要求2所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的光斑图像检测单元(6)：由一个L形支架(30)、一个反射镜及其安装架(31)、一个分光镜及其安装架(32)、一个望远镜(33)、六个调心螺杆(34)、两个望远镜支架(35)、一个镜头(36)、一个CCD摄像机(37)、两个高度调节杆(38)、两个高度调节套(39)、三个第三导向滑块(40)、一个燕尾型导轨底座(41)、三个第四紧定螺钉(42)、一个支座(43)、一个第四导向滑块(44)、一个第五紧定螺钉(45)、两个第六紧定螺钉(46)组成；所述的反射镜及其安装架(31)与L形支架(30)通过螺钉连接后固定在一个第三导向滑块(40)上，第三导向滑块(40)通过第四紧定螺钉(42)固定在燕尾型导轨底座(41)的最左侧，分光镜及其安装架(32)与一个高度调节杆(38)连接后插入一个高度调节套(39)内，并由一个第六紧定螺钉(46)固定，高度调节套(39)通过螺钉固定在第三导向滑块(40)上，并由第四紧定螺钉(42)与燕尾型导轨底座(41)连接，望远镜(33)通过六个调心螺杆(34)和两个望远镜支架(35)调心定位后，由螺钉固定在支座(43)上，支座(43)与第四导向滑块(44)连接，并由第五紧定螺钉(45)固定在燕尾型导轨底座(41)上，镜头(36)与CCD摄像机(37)连接后与一个高度调节杆(38)固定，并插入一个高度调节套(39)内，同样由一个第四紧定螺钉(42)固定，高度调节套(39)同样通过第三导向滑块(40)由第四紧定螺钉(42)与燕尾型导轨底座(41)连接，燕尾型导轨底座(41)通过螺栓与大理石隔振台(1)连接，而位于大理石隔振台(1)的右边。

6.根据权利要求1所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的激光陀螺腔体定位单元(7)：由两个限位块(47)、一个支座(48)、一个轴座(49)、一个垫片(50)、一个压紧螺母(51)及谐振腔体(52)组成，用于实现待装配的三角形激光陀螺谐振腔体(52)的精确定位；所述的轴座(49)通过螺钉固定在支座(48)上，支座(48)通过螺栓固定在大理石隔振台(1)上，而位于光学镜片位置自动调节单元(4)的前侧，三角形激光陀螺谐振腔体(52)套入轴座(49)的轴上，由固定在轴座(49)右上侧和正下侧的限位块(47)实现腔体(52)的精确定位，并通过垫片(50)、压紧螺母(51)实现腔体(52)的固定。

7.根据权利要求1所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的带力传感器的镜片夹持机械手(3)：由一个L形转接臂(53)、一个球铰底座(54)、一个球铰(55)、一个螺母(56)、一个盘轴(57)、一个上轴承端盖(58)、一个旋转臂(59)、一个镜片夹持机械手(60)、一个力传感器(61)组成；所述的L形转接臂(53)通过螺钉与Z向移动平台(24)的动平台连接，球铰底座(54)与L形转接臂(53)的后端固定，球铰(55)通过螺钉与球铰底座(54)连接，轴承安装在盘轴(57)上，旋转臂(59)与轴承外圈配合，通过上轴承端盖(58)和盘轴(57)凸肩，并由螺母(56)使轴承固定在盘轴(57)对应的轴向位置上，力传感器(61)通过螺钉固定在旋转臂(59)的末端，镜片夹持机械手(60)通过螺钉与L形转接臂(53)前端连接。

8.根据权利要求7所述的三角形激光陀螺光学镜片自动装配装置，其特征在于所述的镜片夹持机械手(60)：由一个夹爪支架(62)、两个导向轴(63)、一个带V形夹爪的螺母(64)、一个螺杆(65)、一个固定架(66)、一个挡圈(67)及两个螺栓(68)组成，用于实现待装配光学镜片的夹持；所述的夹爪支架(62)通过螺钉与L形转接臂(53)前端连接，固定架(66)由两个螺栓(68)固定在夹爪支架(62)的前端，螺杆(65)与带V形夹爪的螺母(64)配合后插入固定架(66)中，其轴向位置通过挡圈(67)固定，两个导向轴(63)与夹爪支架(62)连接后，插入带V形夹爪的螺母(64)的对应孔中，对螺母(64)的运动起导向作用；通过旋转螺杆(65)使螺母(64)沿着螺杆(65)轴向运动，进而通过螺母(64)及夹爪支架(62)上的V形槽夹紧待装配光学镜片。