CN105729493A - 用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法，包括机械手臂，所述机械手臂通过机械手法兰盘连接于固定盘上表面；在固定盘的下表面上沿边缘线均匀分布有多个朝下的真空吸盘，用于吸附待抓取的光学元件；所述固定盘的四周侧壁固接有至少两个平移气缸；该平移气缸呈纵向设置，在每个平移气缸的活塞杆上均连接有一个夹紧气缸，夹紧气缸的活塞杆呈水平设置并朝向光学元件侧面，平移气缸驱动夹紧气缸纵向运动，通过所述夹紧气缸侧向夹持所述光学元件；所述机械手臂、真空吸盘、平移气缸以及夹紧气缸均连接在控制装置上。本发明能够牢固地抓住光学元件并将其逐步稳妥地装入光学元件的安装框中，快速方便，不会损坏光学元件。

Description

用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及高能量固体激光装置领域，具体涉及一种用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法。

背景技术

高能量固体激光装置包括有数千个独立功能的光机单元、数万个各类精密光学元件，装置的安全、可靠运行要求这些大口径光学元件实现高精度、高洁净度安装。由于这些光学元件口径越来越大，重量越来越重，并且未来下一代高能量固体激光装置需要更大量的大口径大重量的光学元件，目前我国采用人工装配大口径光机单元的方法，洁净度低、安全性可靠性差，同时劳动强度大、生产效率低，已经不能满足大量大口径大重量光学元件的装配需求，所以迫切的需要自动化设备完成大口径光学元件的洁净精密装配。

大口径光学元件在安装及使用过程中，经常需要对其位姿进行调整，考虑到大口径光学元件洁净度要求较高，通常仅允许接触光学元件四周矩形框20mm范围内区域，传统机械手在抓取时，容易对光学元件造成破坏，且存在污损风险，因此，难以满足大口径光学元件的抓取要求。

本发明涉及高能量固体激光装置中光学元件的装配，所述光学元件包括反光镜，主要用于将光学元件装入光学元件安装框中，光学元件安装框通常竖直放置，不容易装配，该光学元件通常为长方体，体积较大，重量较重，精度较高，相当贵重，如果采用人工装配，则工人的劳动强度大，并且容易损坏光学元件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法；能够牢固地抓住光学元件并将其逐步稳妥地装入光学元件的安装框中，快速方便，不会损坏光学元件。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案，一种用于光学元件的真空吸附抓取机构，包括机械手臂，其关键在于：还包括机械手法兰盘、固定盘、真空吸盘、平移气缸以及夹紧气缸；

所述机械手臂通过机械手法兰盘连接于固定盘上表面；

在所述固定盘的下表面上沿着边缘线均匀分布有多个真空吸盘，每个真空吸盘的盘面朝下，用于吸附待抓取的光学元件；

所述固定盘的四周侧壁固定连接有至少两个平移气缸；该平移气缸的活塞杆呈纵向设置，在每个平移气缸的活塞杆上均连接有一个夹紧气缸，所述夹紧气缸的活塞杆呈水平设置并朝向光学元件的侧面，平移气缸驱动夹紧气缸纵向运动，通过所述夹紧气缸侧向夹持所述真空吸盘上所吸附的光学元件；

所述机械手臂、真空吸盘、平移气缸以及夹紧气缸均连接在控制装置上。

高能量固体激光装置中的光学元件通常为长方体，光学元件的上下表面精度高，光学元件上下表面的中部不允许抓取机构接触，以免损伤光学元件表面，所以采用真空吸盘吸取光学元件表面的四周边缘位置。

另外由于光学元件表面较光滑，光学元件的安装框为竖直放置，光学元件未装配时水平放置，在装配过程中需要翻转光学元件，仅依靠真空吸盘抓取在翻转过程中极易发生滑落，所以在光学元件的四周侧面设置夹紧气缸，同时夹紧光学元件的四周侧面，保证抓紧牢固。

所述控制装置用于控制抓取机构抓紧光学元件并将其装入安装框中，所述控制装置包括控制器，以及与控制器相连的真空泵驱动装置与真空泵、压缩机驱动装置与压缩机、机械手臂驱动装置，真空泵驱动真空吸盘，压缩机驱动平移气缸和夹紧气缸，机械手臂驱动装置驱动机械手臂，由于真空泵驱动装置与真空泵、压缩机驱动装置与压缩机、机械手臂驱动装置都属于现有技术，因此在本发明中不再赘述，将其作为一个整体装置考虑。

所述真空吸盘设有32个；所述平移气缸设有8个，均匀分布于固定盘的四周侧壁。

32个真空吸盘用于吸取光学元件上表面的四周边缘。

8个平移气缸连接有8个夹紧气缸，用于夹紧光学元件的四周侧壁。

由于只有光学元件上表面的边缘线20mm内的表面才允许抓取机构触碰，因此可将真空吸盘设置于光学元件上表面的边缘线20mm内，采用多个真空吸盘、夹紧气缸能够更稳妥的抓紧光学元件。

所述真空吸盘内均设置有真空度传感器，所述真空度传感器也连接于控制装置。

为了保证真空吸盘稳妥地抓住光学元件上表面，设置真空度传感器检测真空吸盘内的真空度，所述真空度传感器全部连接到控制装置上。

所述平移气缸的活塞杆均设置有位移传感器，所述位移传感器也连接于控制装置。

位移传感器用于检测平移气缸的活塞杆是否将夹紧气缸平移到位，所述位移传感器全部连接到控制装置上。

所述夹紧气缸的活塞杆均连接有压板，所述压板均设置有测力传感器，所述测力传感器用于测量压板与光学元件侧面之间的压力，所述测力传感器也连接于控制装置。

压板用于施压力于光学元件的四周侧面，为了保证夹紧气缸能够稳固的夹紧光学元件的四周又不至于将光学元件夹坏，因此特设置测力传感器，所述测力传感器全部连接到控制装置上。

所述控制装置连接有位置检测传感器；该位置检测传感器用于检测光学元件的装配位置。

位置检测传感器用于检测光学元件与安装框之间的装配位置，并将是否装配到位的信息提供给控制装置，以便于控制装置决定是否放松抓取机构。

所述机械手臂设置有微动装置，该微动装置为手动装置。

所述微动装置用于驱动机械手臂作精确微量移动；由于抓取机构动作较快，光学元件的装配精度较高，有时不能准确将光学元件装配到位，特设置微动装置，将光学元件精确移动到位。

一种用于光学元件的真空吸附抓取机构的控制方法，适用于所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其关键在于：包括如下步骤：

步骤a:控制装置通过机械手臂将真空吸附抓取机构移动到光学元件上方；

步骤b:控制装置控制真空吸盘抽真空吸住光学元件上表面的四周边缘；

步骤c:控制装置通过真空度传感器检测真空吸盘内的真空度是否达标；如果未达标，继续步骤b；如果达标，转步骤d；

步骤d:控制装置控制四周平移气缸的活塞杆纵向伸出；

步骤e:控制装置通过位移传感器检测平移气缸的活塞杆是否伸出到位，如果未到位；则继续步骤d；如果到位，则转步骤f；

步骤f:控制装置控制四周的夹紧气缸水平伸出，夹紧气缸施加夹紧力于光学元件四周侧面；

步骤g:控制装置通过测力传感器检测夹紧气缸的夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤f；如果达标，则转步骤h；

步骤h:控制装置控制机械手臂将光学元件上移一段距离；

步骤i:控制装置控制机械手臂将光学元件翻转90度并继续移动到达指定位置；

步骤j:控制装置控制机械手臂将光学元件插入安装框一段距离；

步骤k:控制装置控制两侧的夹紧气缸放松；

步骤l:控制装置控制与两侧的夹紧气缸相连的平移气缸回退一段距离；

步骤m:控制装置通过设置在两侧平移气缸的活塞杆上的位移传感器检测是否回退到位，如果未到位，则继续步骤l；如果到位，则转步骤n；

步骤n:控制装置控制两侧的夹紧气缸施力夹紧光学元件；

步骤o:控制装置通过设置在两侧夹紧气缸的压板上的测力传感器检测夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤n；如果达标，则转步骤p；

步骤p:控制装置控制上下的夹紧气缸放松；

步骤q:控制装置控制与上下的夹紧气缸相连的平移气缸回退一段距离；

步骤r:控制装置通过设置在上下平移气缸的活塞杆上的位移传感器检测是否回退到位，如果未到位，则继续步骤q；如果到位，则转步骤s；

步骤s:控制装置控制上下的夹紧气缸施力夹紧光学元件；

步骤t:控制装置通过设置在上下夹紧气缸的压板上的测力传感器检测夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤s；如果达标，则转步骤u；

步骤u:控制装置通过机械手臂将光学元件再移入安装框一段距离；

步骤v:控制装置通过位置检测传感器检测光学元件是否移动到位，如果未移动到位，则进入手动模式，通过微动装置将光学元件移动到位；如果移动到位，转步骤w；

步骤w:控制装置控制所有真空吸盘、夹紧气缸放松，所有平移气缸回退，机械手臂带动真空吸附抓取机构退回原位；返回步骤a。

由于光学元件的侧面厚度较小，如果采用一次抓取，装入安装框，则夹紧气缸的夹持部分较少，容易跌落，本方法采用逐次插入的方式，先夹持光学元件的侧面中部，保证夹持稳固，将光学元件侧面放入安装框一部分之后，夹紧气缸放松并后退，再次夹紧并将光学元件完全装入安装框。所述方法能保证光学元件不至于在装配过程中跌落。抓取机构夹持光学元件先上移一段距离再翻转可增加安全系数，避免在翻转的过程中与周边设备发生干涉。

显著效果:本发明提供了一种用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法，能够牢固地抓住光学元件并将其逐步稳妥地装入光学元件的安装框中，快速方便，不会损坏光学元件。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为抓取机构将光学元件翻转并装入安装框示意图；

图3为控制装置与抓取机构各部件的连接模块图；

图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，一种用于光学元件的真空吸附抓取机构，包括机械手臂1，还包括机械手法兰盘2、固定盘3、真空吸盘4、平移气缸5以及夹紧气缸6；

所述机械手臂1通过机械手法兰盘2连接于固定盘3上表面；

在所述固定盘3的下表面上沿着边缘线均匀分布有多个真空吸盘4，每个真空吸盘4的盘面朝下，用于吸附待抓取的光学元件；

所述固定盘3的四周侧壁固定连接有至少两个平移气缸5；该平移气缸5的活塞杆呈纵向设置，在每个平移气缸5的活塞杆上均连接有一个夹紧气缸6，所述夹紧气缸6的活塞杆呈水平设置并朝向光学元件的侧面，平移气缸5驱动夹紧气缸6纵向运动，通过所述夹紧气缸6侧向夹持所述真空吸盘4上所吸附的光学元件；

所述机械手臂1、真空吸盘4、平移气缸5以及夹紧气缸6均连接在控制装置7上。

本实施例中，优先将所述真空吸盘4设为32个；所述平移气缸5设有8个，均匀分布于固定盘3的四周侧壁。

所述夹紧气缸6也为8个，8个夹紧气缸6的活塞杆均朝向光学元件的侧面。

所述真空吸盘4内均设置有真空度传感器41，所述真空度传感器41均连接于控制装置7。

所述平移气缸5的活塞杆均设置有位移传感器51，所述位移传感器51均连接于控制装置7。

所述夹紧气缸6的活塞杆均连接有压板61，所述压板61均设置有测力传感器62，所述测力传感器62用于测量压板61与光学元件侧面之间的压力，所述测力传感器62均连接于控制装置7。

所述控制装置7连接有位置检测传感器8；该位置检测传感器8用于检测光学元件的装配位置。

所述机械手臂1设置有微动装置11，该微动装置11用于驱动机械手臂1作精确微量移动；该微动装置11为手动装置，在本实施例中为螺旋手轮。

真空吸盘4用于抓取光学元件上表面的边缘；所述夹紧气缸5用于夹紧光学元件的四周侧壁；采用两种方式组合能够确保夹持牢固。

所述真空吸盘4均匀分布于光学元件上表面的边缘线内20mm，平移气缸5为8个，均匀分布于固定盘3的四周侧壁；夹紧气缸6为8个，均匀分布于光学元件的四周侧壁。

所述位置检测传感器8用于检测光学元件与安装框的装配位置。

如图4所示，一种用于光学元件的真空吸附抓取机构的控制方法，适用于所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构；包括如下步骤：

步骤a:控制装置7通过机械手臂1将真空吸附抓取机构移动到光学元件上方；

步骤b:控制装置7控制真空吸盘4抽真空吸住光学元件上表面的四周边缘；

步骤c:控制装置7通过真空度传感器41检测真空吸盘4内的真空度是否达标；如果未达标，继续步骤b；如果达标，转步骤d；

步骤d:控制装置7控制四周平移气缸5的活塞杆纵向伸出；

步骤e:控制装置7通过位移传感器51检测平移气缸5的活塞杆是否伸出到位，如果未到位；则继续步骤d；如果到位，则转步骤f；

步骤f:控制装置7控制四周的夹紧气缸6水平伸出，夹紧气缸6施加夹紧力于光学元件四周侧面；

步骤g:控制装置7通过测力传感器62检测夹紧气缸6的夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤f；如果达标，则转步骤h；

步骤h:控制装置7控制机械手臂1将光学元件上移一段距离；

步骤i:控制装置7控制机械手臂1将光学元件翻转90度并继续移动到达指定位置；

步骤j:控制装置7控制机械手臂1将光学元件插入安装框一段距离；

步骤k:控制装置7控制两侧的夹紧气缸6放松；

步骤l:控制装置7控制与两侧的夹紧气缸6相连的平移气缸5回退一段距离；

步骤m:控制装置7通过设置在两侧平移气缸5的活塞杆上的位移传感器51检测是否回退到位，如果未到位，则继续步骤l；如果到位，则转步骤n；

步骤n:控制装置7控制两侧的夹紧气缸6施力夹紧光学元件；

步骤o:控制装置7通过设置在两侧夹紧气缸6的压板61上的测力传感器62检测夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤n；如果达标，则转步骤p；

步骤p:控制装置7控制上下的夹紧气缸6放松；

步骤q:控制装置7控制与上下的夹紧气缸6相连的平移气缸5回退一段距离；

步骤r:控制装置7通过设置在上下平移气缸5的活塞杆上的位移传感器51检测是否回退到位，如果未到位，则继续步骤q；如果到位，则转步骤s；

步骤s:控制装置7控制上下的夹紧气缸6施力夹紧光学元件；

步骤t:控制装置7通过设置在上下夹紧气缸6的压板61上的测力传感器62检测夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤s；如果达标，则转步骤u；

步骤u:控制装置7通过机械手臂1将光学元件再移入安装框一段距离；

步骤v:控制装置7通过位置检测传感器8检测光学元件是否移动到位，如果未移动到位，则进入手动模式，通过微动装置11将光学元件移动到位；如果移动到位，转步骤w；

步骤w:控制装置7控制所有真空吸盘4、夹紧气缸6放松，所有平移气缸5回退，机械手臂1带动真空吸附抓取机构退回原位；返回步骤a。

以800mm×600mm×80mm厚的光学元件为例，为了保证夹紧牢固，夹紧气缸6先夹持于光学元件四周侧面的中间位置(40mm处)，抓取机构先夹持光学元件上移300mm后，光学元件才开始翻转，同时抓取机构带动光学元件继续向上移动，到达指定位置，将光学元件插入安装框30mm，此时两侧四个夹紧缸6收回，与两侧四个夹紧气缸6相连的平移气缸5收回20mm后，两侧四个夹紧缸6再次夹紧，两侧夹紧气缸6夹紧后，上下的四个夹紧气缸6收回，与上下四个夹紧缸6相连的平移气缸5将上下四个夹紧缸6收回20mm后，上下的四个夹紧气缸6再次夹紧，此时抓取机构再次将光学元件插入20mm，将光学元件送到指定装配位置。在此过程中，真空吸盘4一直保持吸附状态。

本发明所述的一种用于光学元件的真空吸附抓取机构及其控制方法，能够稳固的将光学元件装入安装框内，与人工装配相比，快捷，准确，不容易损坏光学元件。

Claims (8)

1.一种用于光学元件的真空吸附抓取机构，包括机械手臂(1)，其特征在于：还包括机械手法兰盘(2)、固定盘(3)、真空吸盘(4)、平移气缸(5)以及夹紧气缸(6)；

所述机械手臂(1)通过机械手法兰盘(2)连接于固定盘(3)上表面；

在所述固定盘(3)的下表面上沿着边缘线均匀分布有多个真空吸盘(4)，每个真空吸盘(4)的盘面朝下，用于吸附待抓取的光学元件；

所述固定盘(3)的四周侧壁固定连接有至少两个平移气缸(5)；该平移气缸(5)的活塞杆呈纵向设置，在每个平移气缸(5)的活塞杆上均连接有一个夹紧气缸(6)，所述夹紧气缸(6)的活塞杆呈水平设置并朝向光学元件的侧面，平移气缸(5)驱动夹紧气缸(6)纵向运动，通过所述夹紧气缸(6)侧向夹持所述真空吸盘(4)上所吸附的光学元件；

所述机械手臂(1)、真空吸盘(4)、平移气缸(5)以及夹紧气缸(6)均连接在控制装置(7)上。

2.根据权利要求1所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：所述真空吸盘(4)设有32个；所述平移气缸(5)设有8个，均匀分布于固定盘(3)的四周侧壁。

3.根据权利要求2所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：所述真空吸盘(4)内均设置有真空度传感器(41)，所述真空度传感器(41)也连接于控制装置(7)。

4.根据权利要求3所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：所述平移气缸(5)的活塞杆均设置有位移传感器(51)，所述位移传感器(51)也连接于控制装置(7)。

5.根据权利要求4所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：所述夹紧气缸(6)的活塞杆均连接有压板(61)，所述压板(61)均设置有测力传感器(62)，所述测力传感器(62)用于测量压板(61)与光学元件侧面之间的压力，所述测力传感器(62)也连接于控制装置(7)。

6.根据权利要求5所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：所述控制装置(7)连接有位置检测传感器(8)，该位置检测传感器(8)用于检测光学元件的装配位置。

7.根据权利要求6所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：所述机械手臂(1)设置有微动装置(11)，该微动装置(11)为手动装置。

8.一种用于光学元件的真空吸附抓取机构的控制方法，适用于权利要求7所述的用于光学元件的真空吸附抓取机构，其特征在于：包括如下步骤：

步骤a:控制装置(7)通过机械手臂(1)将真空吸附抓取机构移动到光学元件上方；

步骤b:控制装置(7)控制真空吸盘(4)抽真空吸住光学元件上表面的四周边缘；

步骤c:控制装置(7)通过真空度传感器(41)检测真空吸盘(4)内的真空度是否达标；如果未达标，继续步骤b；如果达标，转步骤d；

步骤d:控制装置(7)控制四周平移气缸(5)的活塞杆纵向伸出；

步骤e:控制装置(7)通过位移传感器(51)检测平移气缸(5)的活塞杆是否伸出到位，如果未到位；则继续步骤d；如果到位，则转步骤f；

步骤f:控制装置(7)控制四周的夹紧气缸(6)水平伸出，夹紧气缸(6)施加夹紧力于光学元件四周侧面；

步骤g:控制装置(7)通过测力传感器(62)检测夹紧气缸(6)的夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤f；如果达标，则转步骤h；

步骤h:控制装置(7)控制机械手臂(1)将光学元件上移一段距离；

步骤i:控制装置(7)控制机械手臂(1)将光学元件翻转90度并继续移动到达指定位置；

步骤j:控制装置(7)控制机械手臂(1)将光学元件插入安装框一段距离；

步骤k:控制装置(7)控制两侧的夹紧气缸(6)放松；

步骤l:控制装置(7)控制与两侧的夹紧气缸(6)相连的平移气缸(5)回退一段距离；

步骤m:控制装置(7)通过设置在两侧平移气缸(5)的活塞杆上的位移传感器(51)检测是否回退到位，如果未到位，则继续步骤l；如果到位，则转步骤n；

步骤n:控制装置(7)控制两侧的夹紧气缸(6)施力夹紧光学元件；

步骤o:控制装置(7)通过设置在两侧夹紧气缸(6)的压板(61)上的测力传感器(62)检测夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤n；如果达标，则转步骤p；

步骤p:控制装置(7)控制上下的夹紧气缸(6)放松；

步骤q:控制装置(7)控制与上下的夹紧气缸(6)相连的平移气缸(5)回退一段距离；

步骤r:控制装置(7)通过设置在上下平移气缸(5)的活塞杆上的位移传感器(51)检测是否回退到位，如果未到位，则继续步骤q；如果到位，则转步骤s；

步骤s:控制装置(7)控制上下的夹紧气缸(6)施力夹紧光学元件；

步骤t:控制装置(7)通过设置在上下夹紧气缸(6)的压板(61)上的测力传感器(62)检测夹紧力是否达标；如果未达标，则继续步骤s；如果达标，则转步骤u；

步骤u:控制装置(7)通过机械手臂(1)将光学元件再移入安装框一段距离；

步骤v:控制装置(7)通过位置检测传感器(8)检测光学元件是否移动到位，如果未移动到位，则进入手动模式，通过微动装置(11)将光学元件移动到位；如果移动到位，转步骤w；

步骤w:控制装置(7)控制所有真空吸盘(4)、夹紧气缸(6)放松，所有平移气缸(5)回退，机械手臂(1)带动真空吸附抓取机构退回原位；返回步骤a。