CN113263439B - 一种大口径光学元件智能搬运工装 - Google Patents

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Abstract

一种大口径光学元件智能搬运工装，主要由传感器反馈的智能调节夹具模块以及具有电永磁吸附式的U型电机升降台组成。米级大口径非球面光学元件安放在工装夹具台上，通过四边刚性夹具块进行固定装夹。夹具台底座具有压力检测反馈调节系统。夹具台底座与U型电机升降台通过电磁吸附系统配合，实现工件、夹具台整体与U型电机升降台的吸附与分离。通过设计带有应变式压力传感器以及压电促动器的工件夹具，实现对米级大口径元件重力分布非均匀性造成的工件托板形变不均进行实时反馈补偿，从而保障光学元件超精密加工的工件定位精度。同时，通过电永磁吸附式的U型升降台，实现工件以及智能夹具系统的整体移动、上下料流程。

Description

一种大口径光学元件智能搬运工装
技术领域
本发明涉及光学元件智能搬运工装领域，尤其涉及一种针对大口径元件形变问题的具有全局精度保持性的辅助搬运装备，在大口径磨削机床以及大口径抛光机床实现应用。
背景技术
随着航空航天、国防等高技术领域对于高分辨率需求提升，2米级元件加工装备研制及工艺技术亟待突破，大中型非球面元件在航空航天、军事工业光学和激光技术等高新技术中应用十分广泛，而超大口径超精密机床研制是大口径光学元件加工的必要基础。超大口径光学元件超精密加工是一个复杂的系统性工程，涉及精密机床、数控、加工技术与工艺、精密检测和补偿控制等机电控各领域的专业知识，其发展与一个国家的高端制造技术及装备发展能力息息相关，也是一个国家综合国力的集中体现。
超精密机床作为生产母机，是超精密加工技术的基础。同时，超大口径光学元件的完整加工流程中，辅助工装系统也是保障超精密加工精度稳定性的重要部件。由于大口径，特别是米级非球面光学元件，由于其尺寸和质量过大，对元件的搬运以及上下工作台的环节都具有与普通尺寸光学元件不同的技术性问题。大口径非球面元件的质量分布不均导致的搬运工装形变也会影响工件加工时的定位精度。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种能够实现大口径光学元件加工前的高精度保持、高定位性的智能搬运工装，采用智能调节夹具模块以及具有电永磁吸附式的U型电机升降台搬运模块配合工作方式，实现U型电机升降台搬运模块与智能调节夹具模块的吸附与分离，并通过具有电永磁吸附式的U型电机升降台搬运模块进行搬运、上下料流程，同时保证大口径元件的安装定位精度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大口径光学元件智能搬运工装，包括夹具模块和升降台；
所述夹具模块包括刚性夹具块和夹具模块底座，所述夹具模块底座包括上夹具板和下夹具板；所述刚性夹具块设于上夹具板上，用于对大口径非球面元件进行固定装夹；所述下夹具板的外周设有用于磁吸附的预留边缘；
所述升降台包括从上到下设置的电磁吸盘、导轨、U型底座、电动升降结构和U型搬运车体；所述U型底座与U型搬运车体对应设置，并通过电动升降结构连接；所述导轨设有两组，分别设于U型底座的两边上，相对应地，所述电磁吸盘设有两组，分别通过滑块与导轨配合，以沿导轨方向运动；所述电磁吸盘的下表面设有电永磁吸附模块，以与夹具模块底座的预留边缘实现磁性吸附配合。
所述夹具模块还包括四个应变式压力传感器和四个压电促动器；所述应变式压力传感器对称布置于设于下夹具板的四边，以对上夹具板的压力进行实时监测；所述压电促动器设于下夹具板的四角，以通过电压信号进行相应的位移补偿。
所述应变式压力传感器采用S型应变式压力传感器。
所述刚性夹具块采用四边布置的四块双T型刚性夹具块，其中，一组相邻边的双T型刚性夹具块配有调节螺栓座，通过螺栓拧紧方式对大口径光学元件进行固定。
所述下夹具板的中心设有双同心圆放射型筋板结构，以保证夹具模块底座整体刚性。
所述下夹具板的底部设有定位槽，以与机床工作台上预置的定位凸台配合定位。
所述U型搬运车体的底部设有两对滚轮，分别设于U型搬运车体的两边。
本发明中，对应U型底座和U型搬运车体，所述电动升降结构呈U型布置设有三组。
所述升降台还包括防护罩，所述防护罩设于电动升降结构的外周。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
本发明针对米级大口径非球面元件设计有反馈调节功能的智能搬运工装。大口径元件，特别是大口径非球面元件重力分布是不均匀的，目前还没有相对应的大尺寸搬运工装系统。在设计工装同时还要考虑到其非均匀压力引起的工装形变，为后续元件加工进度提供初始定位保障。本发明通过设计带有应变式压力传感器以及压电促动器的工件夹具，实现对米级大口径元件重力分布非均匀性造成的工件托板形变不均进行实时反馈补偿，从而保障光学元件超精密加工的工件定位精度。通过U型电机升降台配合，实现便于操作的工件上下料流程，节省大口径元件搬运的人力资源。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为夹具模块的分解结构示意图；
图3为夹具模块和U型电机升降台的配合示意图；
图4为本实施例与机床工作台配合示意图之一；
图5为本实施例与机床工作台配合示意图之二。
附图标记：光学元件1；刚性夹具块2；应变式压力传感器3；压电促动器4；夹具模块底座5；U型底座6；电动升降结构7；防护罩8：U型搬运车体9；导轨10；电磁吸盘11；床身12；工作台13；定位凸台14。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1～5所示，本实施例采用具大口径光学元件智能调节的夹具模块以及具有电永磁吸附式的U型电机升降台配合工装方式。
所述夹具模块采用上下双层设计的具有压力传感器反馈调节系统的一体式系统，具体地，所述夹具模块包括刚性夹具块2和夹具模块底座5，所述夹具模块底座5包括上夹具板和下夹具板。
所述刚性夹具块2设于上夹具板上，用于对大口径非球面的光学元件1进行固定装夹，具体地，所述刚性夹具块2采用四边布置的四块双T型刚性夹具块，其中，一组相邻边的双T型刚性夹具块配有调节螺栓座，通过螺栓拧紧方式对光学元件1进行固定。
所述下夹具板的外周设有用于磁吸附的预留边缘，下夹具板的中心设有双同心圆放射型筋板结构，以保证夹具模块底座5的整体刚性；下夹具板的底部四角设有定位槽，以与机床工作台13上预置的定位凸台14配合定位。
所述夹具模块还包括四个应变式压力传感器3和四个压电促动器4；所述应变式压力传感器3对称布置于设于下夹具板的四边，以对上夹具板的压力进行实时监测；所述压电促动器4设于下夹具板的四角，以通过电压信号进行相应的位移补偿。本实施例中，所述应变式压力传感器3采用S型应变式压力传感器。
所述U型电机升降台具有上下两层U型结构主体，包括从上到下设置的电磁吸盘11、导轨10、U型底座6、电动升降结构7和U型搬运车体9。
所述U型底座6与U型搬运车体9对应设置，并通过电动升降结构7连接；具体地，对应U型底座6和U型搬运车体9，所述电动升降结构7呈U型布置设有三组。所述U型搬运车体9的底部设有两对滚轮，分别设于U型搬运车体9的两边。
所述导轨10设有两组，分别设于U型底座6的两边上，相对应地，所述电磁吸盘11设有两组，分别通过滑块与导轨10配合，以沿导轨10方向运动；所述电磁吸盘11的下表面设有电永磁吸附模块，以与下夹具板的预留边缘实现磁性吸附配合。
所述升降台还包括防护罩8，所述防护罩8设于电动升降结构7的外周，以保护电动升降结构7。
本实施例的具体操作步骤如下：
1、本实施例中的各个零件组装成如图1所示的结构之后，先将米级大口径非球面的光学元件1放置在夹具模块上，工件待加工面向上，粗加工面(可认为是平面)向下，通过四个双T型刚性夹具块2配合螺栓拧紧来实现工件固定。
2、控制调节U型电机升降台高度，使夹具模块与光学元件1整体部件高于待放置的大口径光学元件磨削/抛光机床工作台13的台面。
3、移动大口径光学元件智能搬运工装本体，使夹具模块与光学元件1整体部件位于待放置机床床身12的工作台13上(如图4所示)，通过工作台13上预置的定位凸台14与夹具模块底座5定位槽调整初始定位。
4、控制调节U型电机升降台高度以及电磁吸盘11在导轨10上的位置，使夹具模块与光学元件1整体部件缓慢放置于大口径光学元件磨削/抛光机床床身12的工作台13上，通过工作台13上预置定位凸台14与夹具模块底座5定位槽固定夹具模块与光学元件1整体部件位置。
5、控制调节U型电机升降台的电磁吸盘11的开关，实现U型电机升降台与夹具模块与光学元件1整体部件分离(如图5所示)，后撤掉U型电机升降台模块。各个模块组装分离如图3所示。
6、本实施例中的夹具模块安置在机床工作台13上，通过该模块布置的应变式压力传感器3，针对其负载的大口径非球面的光学元件1压力分布不均匀特性进行实时压力监测。所述压电促动器，通过应变式压力传感器3监测反馈信号，给与相应压电促动器补偿电压，产生补偿位移，最终实现夹具模块光学元件1夹具台平面度的补偿调节。
本发明通过采用双模块配合工作方式，实现大口径非球面光学元件加工前的工件上下料流程的机械辅助以及精度保持的功能。U型电机升降平台设计能够匹配龙门式大口径光学元件磨削/抛光机床的床身工作台几何设计结构。同时，为减小光学元件特别是非球面光学元件因尺寸过大导致重力分布不均对辅助工装产生非均匀形变，通过设计具有压力传感器反馈调节压电促动器的夹具模块，来平衡工装整体精度。
本发明针对大型龙门式磨削/抛光机床的超大口径光学元件上下工件环节，设计一种智能辅助工装，通过传感器实时反馈调节，实现工装夹具底座的平面度稳定性，为后续超精密加工环节提供初始定位精度保证，并通过U型电机升降台配合，实现便于操作的工件上下料流程，节省大口径元件搬运的人力资源。

Claims (7)

1.一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：包括夹具模块和升降台；
所述夹具模块包括刚性夹具块和夹具模块底座，所述夹具模块底座包括上夹具板和下夹具板；所述刚性夹具块设于上夹具板上，用于对大口径非球面元件进行固定装夹；所述下夹具板的外周设有用于磁吸附的预留边缘；
所述升降台包括从上到下设置的电磁吸盘、导轨、U型底座、电动升降结构和U型搬运车体；所述U型底座与U型搬运车体对应设置，并通过电动升降结构连接；所述导轨设有两组，分别设于U型底座的两边上，相对应地，所述电磁吸盘设有两组，分别通过滑块与导轨配合，以沿导轨方向运动；所述电磁吸盘的下表面设有电永磁吸附模块，以与夹具模块底座的预留边缘实现磁性吸附配合；
所述夹具模块还包括四个应变式压力传感器和四个压电促动器；所述应变式压力传感器对称布置于设于下夹具板的四边，以对上夹具板的压力进行实时监测；所述压电促动器设于下夹具板的四角，以通过电压信号进行相应的位移补偿；
所述应变式压力传感器采用S型应变式压力传感器。
2.如权利要求1所述的一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：所述刚性夹具块采用四边布置的四块双T型刚性夹具块，其中，一组相邻边的双T型刚性夹具块配有调节螺栓座，通过螺栓拧紧方式对大口径光学元件进行固定。
3.如权利要求1所述的一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：所述下夹具板的中心设有双同心圆放射型筋板结构，以保证夹具模块底座整体刚性。
4.如权利要求1所述的一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：所述下夹具板的底部设有定位槽，以与机床工作台上预置的定位凸台配合定位。
5.如权利要求1所述的一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：所述U型搬运车体的底部设有两对滚轮，分别设于U型搬运车体的两边。
6.如权利要求1所述的一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：对应U型底座和U型搬运车体，所述电动升降结构呈U型布置设有三组。
7.如权利要求1所述的一种大口径光学元件智能搬运工装，其特征在于：所述升降台还包括防护罩，所述防护罩设于电动升降结构的外周。
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