CN105651171A - 一种内圆切割夹具定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内圆切割夹具定位系统及方法，所述装夹夹具与器件支架相隔一定距离并排设置；所述光栅元件夹具具有一固定光栅元件的平面，相邻光栅元件的光栅槽方向所成角度为90-180°；光栅元件夹具固定于装夹夹具上，光栅元件夹具的平面与装夹夹具的平面平行，光栅元件夹具的平面可绕一中心轴旋转；所述单波长激光器、反射镜、刻度板、监控镜头固定于器件支架上，反射镜固定于单波长激光器的光束出射方向，反射镜改变单波长激光器以及光栅元件的光束方向，使光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板预定刻度线上；所述监控镜头监控刻度板上衍射光的刻度线位置。本发明具有提高相邻切割边垂直度，提高垂直度控制稳定性，降低切割成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光、光栅指示测量系统，尤其涉及一种内圆切割夹具定位系统及方法。
背景技术
绝大多数传统光学冷加工产品，加工过程中，需要经过切割工序。如将玻璃胚料切割到可加工尺寸，将半成品切割为成品等。由于光学产品对尺寸，角度，崩边等要求比较高，因此切割设备通常要求比较高。常见的切割设备有卧式内圆切割机和立式内圆切割机。
卧式内圆切割机切割产品时，其角度精度通常靠机械夹具来保证，特别是两个相邻切割边的垂直度，完全由夹具配合来保证。专利CN202148253U公开了一种保证相邻切割边90°的简易的工装方案，通过一块十字凸板和一块十字凹板的机械配合来实现产品90°切割。该方法操作简便，但机械配合精度较差。切割产品90°角误差（垂直度）很难控制在10′以内。专利CN201501829U，CN202480270U分别描述了一种改进型工装方案，但均属于机械上的配合改进。相邻切割边垂直度改进有限。
立式内圆切割机90°角切割精度更好些。切割方法是将产品粘在采用光学玻璃制作的90°靠体上。玻璃靠体精度可以制作到3′以内。以靠体作为定位边，通过速粘胶将产品粘到移动轴上。但该方法在控制垂直度上，容易受人员操作影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种内圆切割夹具定位系统，用于内圆切割机精确控制相邻切割边垂直度的方案，利用激光入射到光栅面后，衍射光斑方向与光栅刻槽方向相对入射面的角度有关的原理进行工装夹具定位监控，解决了现有内圆切割夹具精度不高、稳定性不够，无法实时监控的问题。
本发明是这样实现的：一种内圆切割夹具定位系统，包括至少一个光栅元件、单波长激光器、器件支架、反射镜、装夹夹具、光栅元件夹具、刻度板及监控镜头；所述装夹夹具与器件支架相隔一定距离并排设置；所述光栅元件夹具具有一固定光栅元件的平面，相邻光栅元件的光栅槽方向所成角度为90-180°；光栅元件夹具固定于装夹夹具上，光栅元件夹具的的平面与装夹夹具的平面平行，光栅元件夹具的平面可绕一中心轴旋转；所述单波长激光器、反射镜、刻度板、监控镜头固定于器件支架上，反射镜固定于单波长激光器的光束出射方向，反射镜改变单波长激光器以及光栅元件的光束方向，使光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板预定刻度线上；所述监控镜头监控刻度板上衍射光的刻度线位置。
其中，所述反射镜与光栅元件夹具的距离为0.3-1m。
其中，所述单波长激光器的波长为0.4um-2um。
其中，所述光栅元件为反射光栅。
其中，所述光栅元件的线密度为750-3800lines/mm。
其中，所述光栅元件的个数为2个，两个光栅元件光栅槽的方向成90°。
其中，所述光栅元件的个数为3个，相邻光栅元件光栅槽的方向成120°。
本发明还公开内圆切割夹具定位方法，包括如下步骤：
旋转调整在装夹夹具上的光栅元件夹具，并监控监控镜头内衍射光斑在刻度板上的位置，当光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板预定刻度线上时完全固定光栅元件夹具；进行第一方向切割；
旋转在装夹夹具上光栅元件夹具的角度，使单波长激光器的光束射到另一片光栅元件上，并监控监控镜头内衍射光斑在刻度板的位置，当衍射光斑落在刻度板的预定刻度线时完全固定光栅元件夹具；进行第二方向切割。
本发明的优点在于：
其一、本发明的内圆切割夹具定位系统，单波长激光器的激光入射到光栅元件的光栅面后，利用衍射光斑方向与光栅槽方向相对入射面的角度有关的原理，通过激光光斑在刻度板上的位置显示来实现实时监控光栅元件夹具定位情况，实现精确、稳定、可视化夹具定位。
其二、本发明具有提高相邻切割边垂直度，提高垂直度控制稳定性，降低切割成本等优点。
附图说明
图1为本发明内圆切割夹具定位系统实施例一结构示意图；
图2为本发明内圆切割夹具定位系统实施例一固定光栅元件的光栅元件夹具结构示意图；
图3为本发明内圆切割夹具定位系统实施例一刻度板示意图；
图4为本发明内圆切割夹具定位系统实施例二结构示意图；
图5为本发明内圆切割夹具定位系统实施例二固定光栅元件的光栅元件夹具结构示意图。
标号说明：
器件支架-100单波长激光器-101第一反射镜-402第二反射镜-405
第三反射镜-102装夹夹具-103监控镜头-104光栅元件夹具-200第一光栅元件-201第二光栅元件-202刻度板-300第三光栅元件-501第四光栅元件-502第五光栅元件-503。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参见图1-3，一种内圆切割夹具定位系统，包括至少一个光栅元件、单波长激光器101、器件支架100、反射镜、装夹夹具103、光栅元件夹具200、刻度板300及监控镜头104；所述单波长激光器101的波长可选择为0.4um-2um。
所述装夹夹具103与器件支架100相隔一定距离并排设置，该距离的设定使得反射镜与光栅元件夹具200的距离为0.3-1m之间；所述光栅元件夹具200具有一固定光栅元件的平面，相邻光栅元件的光栅槽方向所成角度为90-180°，所述光栅元件为反射光栅，光栅元件的线密度为750-3800lines/mm；光栅元件夹具200固定于装夹夹具103上，光栅元件夹具200的平面与装夹夹具103的平面平行，光栅元件夹具200的平面可绕一中心轴旋转；所述单波长激光器101、反射镜、刻度板300、监控镜头104固定于器件支架100上，反射镜固定于单波长激光器101的光束出射方向，反射镜改变单波长激光器101以及光栅元件的光束方向，使光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板300预定刻度线上；所述监控镜头104监控刻度板300上衍射光的刻度线位置。
光栅元件夹具200通过螺纹配合固定到装夹夹具103上，在配合固定过程中，单波长激光器101发出的光束经过反射镜以某一个角度入射到光栅元件夹具200其中一块光栅上，所产生的衍射光入射到刻度板300上，所述刻度板300用监控镜头104进行观察，刻度板300上的衍射光在监控镜头104相连接的显示器上显示。
所述内圆切割夹具定位系统用于光学冷加工产品的切割，其切割方法如下：
第一步骤：旋转在装夹夹具上的光栅元件夹具200的角度，并监控监控镜头104内衍射光斑在刻度板上的位置，当光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板300预定刻度线上时完全固定光栅元件夹具200；进行第一方向切割；
第二步骤：旋转在装夹夹具上的光栅元件夹具200的角度，使单波长激光器101的光束射到另一片光栅元件上，并监控监控镜头104内衍射光斑在刻度板上的位置，当衍射光斑落在刻度板的预定刻度线时完全固定光栅元件夹具；进行第二方向切割。
上述步骤中依据光学冷加工产品的实际切割角度需求旋转光栅元件夹具200的角度，使得相应光栅元件的衍射光光斑定位在刻度板预定的刻度线上。
以下将以实例说明所述内圆切割夹具定位系统的切割方法：
如下实施例一：
一种内圆切割夹具定位系统，包括2个光栅元件、单波长激光器101、器件支架100、第三反射镜102、装夹夹具103、光栅元件夹具200、刻度板300及监控镜头104。所述装夹夹具103与器件支架100相隔一定距离并排设置；所述第一光栅元件201、第二光栅元件202嵌于光栅元件夹具200上，两个光栅元件的光栅槽方向所成角度为90度；光栅元件夹具200的平面与装夹夹具103的平面平行，光栅元件夹具200的平面可绕一中心轴旋转；所述单波长激光器101、第三反射镜102、刻度板300、监控镜头104固定于器件支架100上，第三反射镜102固定于单波长激光器101的光束出射方向。单波长激光器101发出的光束经过第三反射镜102折射至第一光栅元件201上，第一光栅元件201所产生的衍射光入射到刻度板300预定的刻度线上；所述监控镜头104监控刻度板300上衍射光的刻度线位置。
如图1所示，在器件支架100上安装好623nm单波长激光器101，单波长激光器101发出的激光通过第三反射镜102入射到光栅元件夹具200的第一光栅元件201上，所述第一光栅元件201的线密度可以为1000lines/mm或750lines/mm，依据实际使用的需求选择线密度的大小。参考图2，激光入射到第一光栅元件201后，产生衍射光并照射到刻度板300上。如图3所示，微调光栅元件夹具200使得光斑落到刻度板300的标示为0刻度线上。此时将光栅元件夹具200采用螺丝固定到装夹夹具103上，固定过程中保持光斑在刻度板300上的位置不变。随后进行第一方向的切割，并通过监控镜头104随时监控刻度板300上衍射光的刻度线位置。松开光栅元件夹具200，在反射光栅面内90°旋转光栅元件夹具200，使第三反射镜102反射过来的光束入射到第二光栅元件202上，并微调光栅元件夹具200使经过第二光栅元件202的衍射光落在刻度板的0刻度线上。再将光栅元件夹具200固定到装夹夹具103上，随后进行第二方向的切割。
以上所述定位系统，激光入射到光栅面后，利用衍射光斑方向与光栅刻槽方向相对入射面的角度相关原理，通过激光光斑在刻度板300上的位置显示来实现实时监控夹具定位情况，实现精确、稳定、可视化夹具定位。经过以上两个方向的切割，相邻两个切割面的垂直度可以得到很好的控制，降低切割成本。
如下实施例二：
如图4所示，一种内圆切割夹具定位系统，包括3个光栅元件、单波长激光器101、器件支架100、第一反射镜402、第二反射镜405、装夹夹具103、光栅元件夹具200、刻度板300及监控镜头104。所述装夹夹具103与器件支架100相隔一定距离并排设置；所述光栅元件为线密度为1100lines/mm，包括嵌于光栅元件夹具200上的第三光栅元件501、第四光栅元件502、第五光栅元件503，相邻光栅元件的光栅槽方向所成角度为120度；光栅元件夹具200的平面与装夹夹具的平面平行，光栅元件夹具的平面可绕一中心轴旋转；所述单波长激光器101、第一反射镜402、第二反射镜405、刻度板300、监控镜头104固定于器件支架100上，第一反射镜402固定于单波长激光器101的光束出射方向，第一反射镜402改变单波长激光器101的光束方向。单波长激光器101发出的光束经过第一反射镜402折射至第三光栅元件501上，第三光栅元件501所产生的衍射光入射到第二反射镜405，第二反射镜405使衍射光束在水平方向上原路返回，在竖直方向上有一定的错开距离，经过第二反射镜405反射回1100lines/mm的第三光栅元件501上，第三光栅元件501二次产生衍射光束，该衍射光束照射到刻度板300上，微调光栅元件夹具200使衍射光束光斑落到0刻度线上，此时将光栅元件夹具200固定到装夹夹具103上，固定过程中保持光斑在刻度板300上的位置不变，随后进行第一方向的切割。
在完成第一方向的切割后松开光栅元件夹具200，再在1100lines/mm光栅元件面内120°旋转光栅元件夹具200，使从第二反射镜405过来的光束入射到第四光栅元件502上，并微调1100lines/mm第四光栅元件502使经过第四光栅元件502后的衍射光落在刻度板300的零刻度线上。再将光栅元件夹具200固定到装夹夹具103上。随后进行第二方向的切割。
重复第二方向切割装夹过程，完成第三方向切割。则可实现60°等腰三角形切割。本实施例采用激光光束两次经过光栅元件反射的方案，可以提高角度监控分辨率，提高相邻切割边角精度。
以上所述仅为本发明内圆切割夹具定位系统的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种内圆切割夹具定位系统，其特征在于：包括至少一个光栅元件、单波长激光器、器件支架、反射镜、装夹夹具、光栅元件夹具、刻度板及监控镜头；
所述装夹夹具与器件支架相隔一定距离并排设置；
所述光栅元件夹具具有一固定光栅元件的平面，相邻光栅元件的光栅槽方向所成角度为90-180°；
光栅元件夹具固定于装夹夹具上，光栅元件夹具的平面与装夹夹具的平面平行，光栅元件夹具的平面可绕一中心轴旋转；
所述单波长激光器、反射镜、刻度板、监控镜头固定于器件支架上，反射镜固定于单波长激光器的光束出射方向，反射镜改变单波长激光器以及光栅元件的光束方向，使光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板预定刻度线上；
所述监控镜头监控刻度板上衍射光的刻度线位置。
2.根据权利要求1所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于：所述反射镜与光栅元件夹具的距离为0.3-1m。
3.根据权利要求2所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于：所述单波长激光器的波长为0.4um-2um。
4.根据权利要求3所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于：所述光栅元件为反射光栅。
5.根据权利要求4所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于：所述光栅元件的线密度为750-3800lines/mm。
6.根据权利要去5所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于：所述光栅元件的个数为2个，两个光栅元件光栅槽的方向成90°。
7.根据权利要求5所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于：所述光栅元件的个数为3个，相邻光栅元件光栅槽的方向成120°。
8.一种内圆切割夹具定位方法，应用权利要求1-7任意一项所述的内圆切割夹具定位系统，其特征在于包括如下步骤：
旋转在装夹夹具上的光栅元件夹具的角度，并监控监控镜头内衍射光斑在刻度板上的位置，当光栅元件所产生的衍射光入射到刻度板预定刻度线上时完全固定光栅元件夹具；进行第一方向切割；
旋转在装夹夹具上的光栅元件夹具的角度，使单波长激光器的光束射到另一片光栅元件上，并监控监控镜头内衍射光斑在刻度板上的位置，当衍射光斑落在刻度板的预定刻度线时完全固定光栅元件夹具；进行第二方向切割。
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