CN112444224B - 一种透镜口径及厚度智能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种透镜口径及厚度智能检测系统及方法，属于自动检测技术领域。检测系统包括支撑模块、万能治具模块、自动测量模块、上下电动推杆、两个测量探头、推力球轴承、蜗轮蜗杆机构，其中，支撑模块用于固定万能治具模块和自动测量模块。检测系统能够实现透镜中厚测量和透镜口径测量。本发明提供的透镜测量检测系统结构紧凑合理，操作简单、自动化程度高，可同时完成透镜口径和厚度测量，对测量人员要求低，可大幅提升工作效率和检测准确度。

Description

一种透镜口径及厚度智能检测系统及方法

技术领域

本发明属于自动检测技术领域，涉及一种具有测量透镜中厚及口径的测量装置以及测量装置测量系统，尤其涉及一种透镜口径及厚度智能检测系统及方法。

背景技术

在光学领域中，透镜中心厚度及口径尺寸是光学系统中的重要参数，其加工质量的好坏决定了光学成像质量的好坏。当光学系统中的透镜应用到光刻机物镜、航天相机等高性能光学系统时，透镜中心厚度及口径大小的一点点偏差都可能会导致成像质量不合格，所以对于它们的测量是必须严格控制精度的，尽可能地减小误差。在实际生产中，透镜在加工过程中和加工完成后都需要进行多次检测，如何在多次的检测中做到提高生产效率，降低工人劳动强度且不磨花镜片，一直受到广泛关注。

现有的接触式测量大多需要依照不同型号透镜更换夹具，一般使用千分尺或者千分表测量，同时需要人工纯手工操作。使用该方法测量时存在两方面缺点，一是测量效率较低、二是夹具制作成本高且测量精度不高。

在申请公布号为CN 209894092 U的专利中公开了一种光学镜片厚度检测装置，此方法，虽然方便对光学镜片进行夹持，同时使得光学镜片位于载物槽的中心位置处，便于测量，但测量效率较低，测量精度不高，不能实现不同口径镜片厚度的测量。另外，在申请公布号为CN 209945266 U的专利中公开了一种光学镜片厚度检测装置，虽然此方法可以有效避免在检测过程中划伤镜片，但测量结果误差较大，镜片和测量杆对心能力较差，夹紧不牢靠。

为解决上述问题，本发明提出一种智能检测透镜口径和厚度的系统及方法，该方法既可以同时测量镜片口径和厚度以提高生产效率，降低工人劳动强度的目的，又可以保证检测精度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种智能检测透镜口径和厚度的系统及方法。

本发明采用以下技术方案：

一种透镜口径及厚度智能检测系统，能够实现透镜中厚测量和透镜口径测量，包括支撑模块、万能治具模块、自动测量模块、上电动推杆1、下电动推杆11、测量探头A4、测量探头B7、推力球轴承8、蜗轮蜗杆机构，其中，支撑模块用于固定万能治具模块和自动测量模块。

所述的支撑模块整体外形为正方体框架，主要是为整体测量装置提供可靠支撑和一定的位置精度，包括上方的支撑板2、治具支撑板19、下方的支撑台10、支架杆21、锁紧螺母20、轴承座9、调平装置12。

所述的支架杆21按照线性排列在方形的支撑板2的四个边角，支撑板2由支架杆21和锁紧螺母20固定其高度位置。所述上电动推杆1固定在支撑板2上，上电动推杆1的初始安装高度由锁紧螺母20确定，使用过程中通过调零上电动推杆1的零点位置，也可通过锁紧螺母20调整上电动推杆1的位置，上电动推杆1的下方通过螺钉3与测量探头A4固接。所述治具支撑板19位于支撑板2下方位置，其水平高度通过支架杆21固定，其初始安装高度也由锁紧螺母20和测量探头A4的具体工作行程确定；治具支撑板19中部与上治具盘6相配合安装，以完成不同模块之间的连接。所述支撑台10位于支撑板19下方位置，支撑台上固定有轴承座9、电机架14和下电动推杆11。支撑台10下方设有调平装置12，用于保证整体装置为于水平位置。所述轴承座9呈套筒结构，中间为空心结构，其固定在支撑台10中部上方，轴承座9上端面固定有推力球轴承8。所述的下电动推杆11设于轴承座9中孔中，底部穿过支撑台10中部通孔竖直放置，且与支撑台10过盈配合连接；所述下电动推杆11上端面设有测量探头B7。

所述的万能治具模块包括万能治具23、测量定心块5，与自动测量模块配合后完成透镜口径的测量。万能治具模块主要功能是固定透镜并对透镜进行定心，使透镜的中心位于中厚测量探头A4、B7的中心线上，为后续透镜的中厚测量过程做准备，减小中厚测量过程中由于测量探头A4、B7测量位置不准引起的误差，同时万能治具模块还可以针对不同口径的透镜设置定心块行程范围。

所述的万能治具23为上下组合结构，其上半部分为上治具盘6、下半部分为下治具盘18；上治具盘6、下治具盘18同轴心放置于蜗轮17的上表面，且下治具盘18下表面与蜗轮上表面同轴心固定连接。所述上治具盘6、下治具盘18均为圆盘型零件。所述上治具盘6上开有贯穿式直线滑槽，用于配合测量定心块5的中间部分圆柱形支撑杆的往复直线运动。所述下治具盘18中上表面开有非贯穿式凹槽，以配合测量定心块5的底部方形滑动块在凹糟中滑动。所述治具支撑板19中间部分开有圆形台阶孔用于放置上治具盘6，下治具盘18同心水平放置在上治具盘6下方，同时位于轴承座9上的推力球轴承8上方。

所述的测量定心块5由顶部定心块、中间部分圆柱形支撑杆和底部方形滑动块组成。所述测量定心块5放置在上下治具盘6、18中，用于放置透镜后对透镜定心夹持，测量定心块5由电机15旋转驱动向治具中心运动。当下治具盘18旋转时，测量定心块5的底部方形滑动块在下治具盘18中相对运动，带动测量定心块5的顶部定心块沿着上治具盘6中的直线滑槽向上治具盘6中心运动。由此实现对透镜的夹紧和定心。

所述的蜗轮蜗杆机构包括蜗杆16、蜗轮17、电机架14、电机15，设于推力球轴承8的上方。所述推力球轴承8的上方水平同心设有蜗轮17，该蜗轮17通过上表面圆柱形突起与下治具盘18下表面的圆形凹槽配合固定，带动下治具盘18转动。蜗轮17部分的转动主要由蜗轮17、蜗杆16通过啮合传动完成。所述蜗杆17同轴连接于电机15主轴上，电机15通过电机架14设于支撑台10上台面。

所述的自动测量模块为控制系统，测量定心块5与透镜接触的表面和测量探头A4、B7的顶端均安装有压电传感器，压电传感器与自动测量模块连接，通过自动测量模块控制万能治具23和上电动推杆1、下电动推杆11的运动和停止，进而完成测量过程。具体的，上位机通过处理电机15上压电传感器得到的信号，得到控制电机15运动或停止的指令；上位机通过处理上、下电动推杆、测量定心块5与透镜接触的表面上压电传感器得到的信号，得到上电动推杆1、下电动推杆11和测量定心块5的位移数据，最终将位移数据处理后得出所测量透镜的中厚数据和口径数据。

进一步的，所述的轴承座9边缘设置有台阶面，通过内六角螺栓13固定在支撑台10上。

进一步的，所述的测量定心块5定心采用传统v型块定心和三爪定心方式，其中v型定心方式是采用v型定心块对称布置于上治具盘6上端面，三爪定心方式是采用三爪定心块呈120°圆周分布于万能治具模块中上治具盘6端面。

一种透镜口径及厚度智能检测方法，能够实现透镜的中厚测量和口径测量：在测量透镜口径时，把待测量的透镜放置在测量定心块5处，电机15旋转驱动测量定心块5向治具中心运动；当测量定心块5同时接触透镜边缘时，由压电传感器发出脉冲信号控制电机停止转动，将所得数据上传至测量控制系统，经由系统处理数据后计算出透镜口径，并与给定值比较判断合格与否，同时记录数据。在测量透镜中厚时，上电动推杆1、下电动推杆11同时开始运动，当上电动推杆1、下电动推杆11各自接触到透镜表面时，推杆分别停止运动。当上电动推杆1、下电动推杆11都停止运动后，上传数据到测量控制系统进行比对和记录，同时上电动推杆1、下电动推杆11和测量定心块5恢复到初始零点位置。具体包括以下步骤：

第一步，在进行测量之前进行测量系统的调零。

首先，自动测量模块发出信号，上电动推杆1和下电动推杆11伸出，两推杆的测量探头A4、B7分别接触透镜表面时停止运动，完成透镜中厚测量系统的调零。

其次，上电动推杆1和下电动推杆11回到收缩极限位置。电机15通过蜗轮17、蜗杆16机构带动下治具盘18旋转，测量定心块5向上治具盘6中心靠拢，测量定心块5到达极限位置记录数据，为测量的最小口径，通过与出厂给定数值进行比较，完成口径测量系统的调零工作。

最后，电机15主轴反向转动，测量定心块5恢复到初始测量口径最大时的极限位置后，放入待测透镜。

第二步，将待测透镜放入万能治具23当中，自动测量模块发出信号，电机15旋转带动测量定心块5定位夹紧透镜，测量定心块5全部接触到透镜后电机15停转，完成透镜的定心夹紧，并记录透镜的直径尺寸信息，得到的口径数据上传到自动测量模块。

第三步，将自动测量模块将得到的口径数据与透镜口径标准数值进行比较，透镜口径合格后继续测量中厚，进行第四步。不合格时发出信号提示工人取出透镜进行检修同时测量定心块5恢复到测量口径最大的极限位置，重复步骤二。

第四步，上电动推杆1和下电动推杆11同时伸出，测量探头A4、B7分别接触到透镜表面后，上电动推杆1和下电动推杆11停止运动，测量记录透镜的中心厚度数据。

第五步，自动测量模块将中厚测量数据与透镜中厚标准数值行比较，透镜中厚合格时取出进行第六步，不合格时测量控制系统发出信号，告知工人取出进行透镜返工检修。

第六步，全部测量工作完成。上电动推杆1和下电动推杆11回到极限位置，电机15反向转动，测量定心块5张开，恢复到测量口径初始位置。

第七步，最后取下透镜，对应记录数据做好编号。准备进行下一次测量，重复第二步到第六步。

本发明的有益效果为：所述的透镜测量检测系统结构紧凑合理，操作简单、自动化程度高，可同时完成透镜口径和厚度测量，对测量人员要求低，可大幅提升工作效率和检测准确度。

附图说明

图1为透镜检测系统控制流程图；

图2为透镜检测装置图；

图3为透镜口径测量示意图；

图4为透镜中厚测量示意图；

图5(a)为万能治具图的三爪定心示意图；

图5(b)为万能治具图的V型块定心示意图；

图中：1上电动推杆；2支撑板；3螺钉；4测量探头A；5测量定心块；6上治具盘；7测量探头B；8推力球轴承；9轴承座；10支撑台；11下电动推杆；12调平装置；13内六角螺栓；14电机架；15电机；16蜗杆；17蜗轮；18下治具盘；19治具支撑板；20锁紧螺母；21支架杆；22透镜；23万能治具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

为解决上述透镜中厚及口径的自动测量，本案发明人进行了精心设计研讨，设计出一种智能检测透镜口径和厚度的系统及方法。

下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。

如图1所示，一种透镜口径及厚度智能检测系统，包括支撑模块、万能治具模块、自动测量模块三大模块。其中，支撑模块用于固定万能治具模块和自动测量模块。其中，支撑模块包括支撑板2、治具支撑板19、支撑台10、支架杆21、锁紧螺母20、轴承座9、内六角螺栓13、电机架14。万能治具模块由上治具盘6，下治具盘18，测量定心块5组成；其中，图5(a)为万能治具图的三爪定心示意图，图5(a)由上治具盘，下治具盘，测量定心块5组成；图5(b)为万能治具图的V型块定心示意图，图5(b)所示装置由上治具盘6，下治具盘18，两个V型测量定心滑块5组成。自动测量模块主要由上电动推杆1、螺钉3、测量探头A4、测量探头B7、下电动推杆11、电机15、蜗杆16、蜗轮17组成。

测量装置中支撑杆21通过锁紧螺母20连接支撑板2，支撑台10设有用于连接的通孔且呈分布在正方形边角位置，支撑板2由支架杆21和锁紧螺母20固定其高度位置，为整体测量装置提供可靠支撑。治具支撑板19中间部分开有圆形台阶孔用于放置上治具盘6，该部分也由支架杆21固定连接。测量探头A4、B7前端设置有压电应变片，控制电动推杆的启动停止动作。上电动推杆1、下电动推杆11放置于支撑板2，支撑台10中心位置，通过台阶孔安装。下治具盘18呈圆盘型，上表面设有呈一定角度分布的直线凹槽，用于和测量定心块5下端滑块配合，带动测量定心块5沿着上治具盘6中的直线滑槽向上治具盘6中心运动。由此实现对透镜的夹紧和定心。下治具盘18的下端面设有用于定位的圆形凹槽，蜗轮17设有相配合位置的圆柱形突起，且蜗轮17侧面设有相应啮合齿，与蜗杆16相配合，以保证万能治具模块中的下治具盘18能通过蜗轮17的带动进行转动。轴承座9呈套筒样式，中间为空心结构，边缘设置有台阶面且通过内六角螺栓13固定在支撑台10上。

针对测量透镜口径及中心厚度的自动测量方法详细的测量步骤如下：

第一步，在进行测量之前首先进行测量系统的调零。测量控制系统发出信号，上电动推杆1和下电动推杆11伸出，两推杆的测量探头A4、B7分别接触透镜表面时停止运动，完成透镜中厚测量系统的调零。电动推杆1、11回到收缩极限位置。电机15通过蜗轮17、蜗杆16机构带动下治具盘18旋转，测量定心块5向治具中心靠拢，测量定心块5到达极限位置记录数据，为测量的最小口径，通过与出厂给定数值进行比较，完成口径测量系统的调零工作。电机主轴反向转动，测量定心块5恢复到初始测量口径最大时的极限位置，以便待测透镜的放入。

第二步，将待测透镜放入万能治具23当中，测量控制系统发出信号，电机15旋转带动测量定心块5定位夹紧透镜，测量定心块5全部接触到透镜后电机15停转，完成透镜的定心夹紧，并记录透镜的直径尺寸信息，上传到测量控制系统以供比对。

第三步将测，测量控制系统得的口径数据与给定数值进行比较，透镜口径合格后继续测量中厚，进行下述步骤。不合格时发出信号提示工人取出透镜进行处置，同时测量定心块5恢复到测量口径最大的极限位置，重复步骤二。

第四步，上电动推杆1和下电动推杆11同时伸出，测量探头A4、B7分别接触到透镜表面后，上电动推杆1和下电动推杆11停止运动，测量记录透镜的中心厚度数据，上传到测量控制系统等待比较。

第五步，测量控制系统将中厚测量数据与给定数值进行比较，透镜中厚合格时取出进行下一道工序，不合格时测量控制系统发出信号，告知工人取出进行透镜检修。

第六步，全部测量工作完成。上电动推杆1和下电动推杆11回到极限位置，然后电机15反向转动，万能治具测量定心块5张开，恢复到测量口径初始位置。

第七步，最后取下透镜，对应记录数据做好编号。准备进行下一次测量，重复第二步到第六步。

本发明中，在测量透镜中厚时，主要是由上电动推杆1、下电动推杆11配合完成，开始动作由测量控制系统向上电动推杆1、下电动推杆11的电机发出运动信号，电机15转动促使测量探头A4、B7伸出，停止动作先由位于测量探头A4、B7上的压电传感器向测量控制系统发出电信号，接受到电信号后，测量控制系统向上电动推杆1、下电动推杆11的电机发出停止信号，电机15停止转动，上电动推杆1、下电动推杆11停止动作。在测量透镜口径时，把待测量的透镜放置在测量定心块5处开始动作由自动测量模块向电机15发出运动信号进行控制，停止动作主要由压电传感器先向测量控制系统发出电信号，再由自动测量模块向电机15发出停止信号完成。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种透镜口径及厚度智能检测系统，其特征在于，所述的检测系统能够实现透镜中厚测量和透镜口径测量，包括支撑模块、万能治具模块、自动测量模块、上电动推杆(1)、下电动推杆(11)、测量探头A(4)、测量探头B(7)、推力球轴承(8)、蜗轮蜗杆机构；

所述的支撑模块包括上方的支撑板(2)、治具支撑板(19)、下方的支撑台(10)、支架杆(21)、锁紧螺母(20)、轴承座(9)、调平装置(12)，用于固定万能治具模块和自动测量模块；所述的支架杆(21)设于方形的支撑板(2)的四个边角，支撑板(2)由支架杆(21)和锁紧螺母(20)固定其高度位置；所述上电动推杆(1)固定在支撑板(2)上，上电动推杆(1)的初始安装高度由锁紧螺母(20)确定，上电动推杆(1)下方与测量探头A(4)固接；所述治具支撑板(19)位于支撑板(2)下方，其水平高度通过支架杆(21)固定，其初始安装高度由锁紧螺母(20)和测量探头A(4)的具体工作行程确定；治具支撑板(19)中部与上治具盘(6)相配合安装；所述支撑台(10)位于治具支撑板(19)下方，支撑台上固定有轴承座(9)和下电动推杆(11)；所述轴承座(9)为中空的套筒结构，固定在支撑台(10)中部上方，其上端面固定有推力球轴承(8)；所述的下电动推杆(11)设于轴承座(9)中孔中，底部穿过支撑台(10)中部通孔且与支撑台(10)过盈配合连接；所述下电动推杆(11)上端面设有测量探头B(7)；

所述的万能治具模块包括万能治具(23)、测量定心块(5)，与自动测量模块配合后完成透镜口径的测量；

所述的万能治具(23)为上下组合结构，包括圆盘型的上治具盘(6)、下治具盘(18)，二者同轴心放置于蜗轮(17)上表面，下治具盘(18)与蜗轮(17)固定连接，位于轴承座(9)上的推力球轴承(8)上方，上治具盘(6)置于治具支撑板(19)中间开设的圆形台阶孔内；所述上治具盘(6)上开有贯穿式直线滑槽，用于配合测量定心块(5)的中间部分圆柱形支撑杆的往复直线运动；所述下治具盘(18)中上表面开有非贯穿式凹槽，用于配合测量定心块(5)的底部方形滑动块在凹糟中滑动；

所述的测量定心块(5)由顶部定心块、中间部分圆柱形支撑杆和底部方形滑动块组成；所述测量定心块(5)放置在上治具盘(6)、下治具盘(18)中，测量定心块(5)由电机(15)旋转驱动向治具中心运动；当下治具盘(18)旋转时，测量定心块(5)的底部方形滑动块在下治具盘(18)中相对运动，带动测量定心块(5)的顶部定心块沿着上治具盘(6)中的直线滑槽向上治具盘(6)中心运动，实现对透镜的夹紧定心；

所述的蜗轮蜗杆机构包括蜗杆(16)、蜗轮(17)、电机(15)，设于推力球轴承(8)的上方；所述推力球轴承(8)的上方水平同心设有蜗轮(17)，该蜗轮(17)通过上表面圆柱形突起与下治具盘(18)下表面的圆形凹槽配合固定，带动下治具盘(18)转动；所述蜗轮(17)与电机(15)连接，通过啮合传动带动蜗轮(17)转动；

所述的自动测量模块为控制系统，测量定心块(5)与透镜接触的表面和测量探头A(4)、B(7)的顶端均安装有压电传感器，压电传感器与自动测量模块连接，通过自动测量模块控制万能治具(23)和上电动推杆(1)、下电动推杆(11)的运动和停止，进而完成测量过程。

2.根据权利要求1所述的一种透镜口径及厚度智能检测系统，其特征在于，所述的轴承座(9)边缘设置有台阶面，通过内六角螺栓(13)固定在支撑台(10)上。

3.根据权利要求1所述的一种透镜口径及厚度智能检测系统，其特征在于，所述的测量定心块(5)定心采用传统v型块定心和三爪定心方式；v型定心方式是采用v型定心块对称布置于上治具盘(6)上端面；三爪定心方式是采用三爪定心块呈120°圆周分布于上治具盘(6)端面。

4.根据权利要求1所述的一种透镜口径及厚度智能检测系统，其特征在于，所述支撑台(10)下方设有调平装置(12)，用于保证整体装置为于水平位置。

5.一种采用权利要求1-4任一所述的检测系统实现透镜口径及厚度智能检测方法，其特征在于，能够实现透镜的中厚测量和口径测量，包括以下步骤：

第一步，进行测量系统调零；

首先，自动测量模块发出信号，上电动推杆(1)和下电动推杆(11)伸出，两推杆的测量探头A(4)、B(7)分别接触透镜表面时停止运动，完成透镜中厚测量系统的调零；

其次，上电动推杆(1)、下电动推杆(11)回到收缩极限位置；电机(15)通过蜗轮(17)、蜗杆(16)机构带动下治具盘(18)旋转，测量定心块(5)向上治具盘(6)中心靠拢，测量定心块(5)到达极限位置记录数据，为测量的最小口径，通过与给定数值进行比较，完成口径测量系统的调零工作；

最后，电机(15)主轴反向转动，测量定心块(5)恢复到初始测量口径最大时的极限位置后，放入待测透镜；

第二步，将待测透镜放入万能治具(23)当中，自动测量模块发出信号，电机(15)旋转带动测量定心块(5)定位夹紧透镜，测量定心块(5)全部接触到透镜后电机(15)停转，完成透镜的定心夹紧，并记录透镜的直径尺寸信息，得到的口径数据上传到自动测量模块；

第三步将测，自动测量模块将得到的口径数据与透镜口径标准数值进行比较，透镜口径合格后继续测量中厚，进行第四步；不合格时发出信号提示取出透镜进行检修，同时测量定心块(5)恢复到测量口径最大的极限位置，重复第二步；

第四步，上电动推杆(1)和下电动推杆(11)同时伸出，测量探头A(4)、B(7)分别接触到透镜表面后，上电动推杆(1)和下电动推杆(11)停止运动，测量记录透镜的中心厚度数据；

第五步，自动测量模块将中厚测量数据与透镜中厚标准数值行比较，透镜中厚合格时取出进行第六步，不合格时测量控制系统发出信号，取出进行透镜返工检修；

第六步，全部测量工作完成；上电动推杆(1)和下电动推杆(11)回到极限位置，电机(15)反向转动，测量定心块(5)张开，恢复到测量口径初始位置；

第七步，取下透镜，记录数据；准备进行下一次测量，重复第二步到第六步。

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