CN114029816B - 一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，包括夹持机构和雕刻机构，夹持机构包括第一支座与第二支座，第一支座与第二支座通过第一连接臂和第二连接臂固定连接，第一支座外壁设置有辅助支撑机构，雕刻机构转动设置于第二支座顶端。本发明采用精密雕刻与齿轮传动配合实现对于大型菲涅尔透镜的雕刻加工，一次成型避免铸造模压后的抛光处理，缩短制造时间；采用吸盘和导轮同步转动实现对于镜胚的固定和转动，且安装有若干辅助支撑机构，通过若干滚轮实现对于镜胚的多道支撑，避免雕刻过程中球磨头对镜胚施压造成的镜胚摆动，避免对菲涅尔透镜雕刻精度造成影响，有效提升了菲涅尔透镜的生产质量。

Description

一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机
技术领域
本发明涉及菲涅尔透镜加工领域，特别是涉及一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机。
背景技术
菲涅尔透镜，又名螺纹透镜，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远，菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
现有的菲涅尔透镜一般为聚烯烃材料注压成的薄片，此种工艺针对于大型菲涅尔透镜一般采用多块分别注压后拼接而成，因此生产精度较低，生产出的透镜无法应用于精度需求较高的工作环境，且注压完成后仍需要进行抛光处理，较为浪费生产时间，因此需要一种应用精密齿轮的传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，包括夹持机构和雕刻机构，所述夹持机构包括第一支座与第二支座，所述第一支座与所述第二支座通过第一连接臂和第二连接臂固定连接，所述第一支座外壁设置有辅助支撑机构，所述雕刻机构转动设置于所述第二支座顶端；
所述第一支座内侧转动安装有负压泵，所述负压泵输出端连接有吸盘，所述第一支座侧壁安装有第一输出电机，所述第一输出电机输出端与所述负压泵链条传动，所述负压泵外壁设置有与所述链条相匹配的外齿；
所述第二支座设置为中空圆柱且其内侧底部设置有第二输出电机，所述第二输出电机输出端设置有导轮，所述第二支座侧壁对应所述导轮开有方孔；
所述雕刻机构包括转动连接于所述第二支座顶端的矩形管，所述第二支座侧壁与所述矩形管下端面分别安装第一连接耳和第二连接耳，所述第一连接耳和第二连接耳之间设置有液压缸和伸缩柱，所述伸缩柱与所述第二连接耳连接处设置有压力传感探头；
所述矩形管内侧滑动设置有伸缩臂，所述伸缩臂与所述矩形管内壁之间设置有两个传动齿轮，所述矩形管上端面设置有传动电机，所述传动电机输出端分别与两个所述传动齿轮链条传动，所述伸缩臂端部通过连接梁固定设置步进电机，所述步进电机输出端设置有连接柱，所述连接柱采用“L”型柱，所述连接柱游离端安装有雕刻电机，所述雕刻电机通过输出轴连接有球磨头，位于所述雕刻电机一侧且位于所述输出轴外侧设置有套管。
优选的：所述辅助支撑机构包括均匀分布于所述第一支座外侧的若干第一支撑臂和第二支撑臂，所述第二支撑臂滑动设置于所述第一支撑臂外侧，所述第二支撑臂端部竖向安装有支撑柱，所述支撑柱顶端转动设置有滚轮。
优选的：所述矩形管上端面设置有控制器和压力传感器，所述矩形管两侧对称设置有红外位移传感器，所述红外位移传感器、所述步进电机、所述压力传感器分别与所述控制器电连接，所述压力传感器与所述压力传感探头通过数据传输线电性连接。
优选的：所述第一支座设置为圆柱且其顶端嵌入设置有盲孔，所述第一支座侧壁对应所述第一输出电机设置有支板。
优选的：所述第一支撑臂与所述第二支撑臂、所述第一连接臂和所述第二连接臂分别通过紧固螺栓固定，所述滚轮外壁设置为磨砂面。
优选的：所述红外位移传感器分别贯穿所述矩形管外壁延伸至所述伸缩臂端面。
优选的：所述球磨头位于所述步进电机输出轴延长线上，所述导轮与所述吸盘上端面水平方向对正。
优选的：所述伸缩臂靠近所述传动齿轮的一侧设置有与所述传动齿轮相匹配的传动齿，所述伸缩柱远离所述传动齿轮的端面和所述矩形管内壁均设置为抛光面。
优选的：所述液压缸与所述第一连接耳、所述伸缩柱与所述第二连接耳分别通过转轴转动设置，所述液压缸采用电控精密油缸。
优选的：所述连接梁采用1/4圆环且设置于所述伸缩臂端部上缘，所述步进电机侧壁下缘与所述连接梁固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、相较于现有的铸造生产工艺对于大型菲涅尔透镜的支座一般为制造多块透镜后拼接，生产精度交底，无法应用于精密场合，本发明采用精密雕刻与齿轮传动配合实现对于大型菲涅尔透镜的雕刻加工，一次成型避免铸造模压后的抛光处理，大大缩短制造时间；
2、采用吸盘和导轮同步转动实现对于镜胚的固定和转动，且安装有若干辅助支撑机构，通过若干滚轮实现对于镜胚的多道支撑，避免雕刻过程中球磨头对镜胚施压造成的镜胚摆动，避免对菲涅尔透镜雕刻精度造成影响，有效提升了菲涅尔透镜的生产质量；
3、菲涅尔透镜工作面为若干弧形槽，现有机械雕刻工艺对于弧形槽的加工为偏转镜胚、刀具固定的方式，此种方式在镜胚偏转状态下自转会造成摆动，进而影响加工精度，本发明使用“L”型柱与和“L”型柱呈夹角设置的球磨头改变刀具朝向，镜胚仍为平面自转，因此相较于现有技术的雕刻工艺，提升了菲涅尔透镜的加工效率与精度。
本发明通过设置辅助支撑机构，有效避免雕刻刀具向镜胚施力造成的镜胚偏转，提升菲涅尔透镜的加工精度。
本发明通过通过红外位移传感器和压力传感器，监测连接臂位移量与雕刻球磨头向镜胚施加的压力，提升菲涅尔透镜的雕刻质量。
本发明支撑滚轮外壁设置为磨砂面，相较于橡胶垫减震，有效降低镜胚的摆动幅度，进而保持雕刻刀具与镜胚接触点处于同一水平面，提升加工质量。
本发明通过“L”型连接柱的设置和指向步进电机输出端的雕刻电机输出轴，实现对于垂直于镜胚表面的工作面加工，无需改变镜胚放置角度，进而提升加工精度。
本发明通过电控精密油缸改变矩形管与第二支座的角度，实现球磨头对镜胚表面的施压，提升加工速率，且便于完成菲涅尔透镜工作面若干球形槽之间的位移，避免球磨头对非工作面造成损伤影响菲涅尔透镜精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机的第一结构视图；
图2是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机的主视图；
图3是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机的剖视图；
图4是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机图1中“A”的局部放大图；
图5是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机图1中“B”的局部放大图；
图6是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机图2中“C”的局部放大图；
图7是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机图3中“C-1”的局部剖视图；
图8是本发明所述一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机的工作视图。
附图标记说明如下：
1、第一支座；101、负压泵；102、吸盘；103、第一输出电机；2、第一支撑臂；201、第二支撑臂；202、支撑柱；203、滚轮；3、第一连接臂；301、第二连接臂；4、第二支座；401、导轮；402、第二输出电机；5、第一连接耳；501、液压缸；502、伸缩柱；503、第二连接耳；6、矩形管；601、伸缩臂；602、传动齿轮；603、连接梁；604、传动电机；7、步进电机；701、连接柱；702、雕刻电机；703、套管；704、输出轴；705、球磨头；8、主控器；9、压力传感器；10、红外位移传感器；11、压力传感探头。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1-图8所示，一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，包括夹持机构和雕刻机构，夹持机构包括第一支座1和第二支座4，第一支座1与第二支座4用于固定菲涅尔透镜镜胚，第一支座1与第二支座4通过第一连接臂3和第二连接臂301固定连接，通过紧固螺栓紧固的第一连接臂3和第二连接臂301用于改变第一支座1与第二支座4的相对位置，进而完成对于菲涅尔透镜镜胚的夹持，第一支座1外壁设置有辅助支撑机构，辅助支撑机构用于对菲涅尔透镜镜胚的水平限位，雕刻机构转动设置于第二支座4上方；
第一支座1内侧转动安装有负压泵101，负压泵101输出端设置有吸盘102，负压泵101和吸盘102完成对于菲涅尔透镜镜胚的固定，第一支座1一侧设置有第一输出电机103，第一输出电机103通过支板固定安装于第一支座1外壁，第一输出电机103与负压泵101链条传动，负压泵101外壁设置有与链条相匹配的外齿，链条传动的第一输出电机103和负压泵101向菲涅尔透镜镜胚输出动力，实现菲涅尔透镜的转动；
第二支座4采用中空圆柱，第二支座4内侧底部设置有第二输出电机402，第二输出电机402输出端安装有导轮401，第二支座4侧壁对应导轮401一侧开有方孔，方孔便于导轮401接触镜胚并向镜胚提供旋转动力，第二输出电机402与导轮401向菲涅尔透镜镜胚二次输出动力，辅助第一输出电机103带动菲涅尔透镜镜胚转动，增加镜胚转动的平稳性，避免单输出源造成的转动波动，影响雕刻精度；
雕刻机构包括转动连接于第二支座4顶端的矩形管6，第二支座4侧壁与矩形管6下端面分别安装有第一连接耳5和第二连接耳503，第一连接耳5与第二连接耳503之间设置有液压缸501和伸缩柱502，液压缸501和伸缩柱502用于限制矩形管6和第二支座4的角度，进而通过连接臂向球磨头705提供位移动力，伸缩柱502与第二连接耳503连接处设置有压力传感探头11，压力传感探头11用于监测伸缩柱502端部压力，通过球磨头705、连接柱701、步进电机7、连接梁603和伸缩臂601传导，实现对于球磨头705和镜胚工作面的压力监测，提升雕刻精度；
矩形管6内侧滑动设置有伸缩臂601，伸缩臂601与矩形管6内壁之间设置有两个传动齿轮602，采用精密齿轮传动实现对于伸缩臂601相较于矩形管6位置的精确限定，由于菲涅尔透镜工作面为若干同心弧形槽，便于实现单球磨头705对于镜胚工作面的加工，矩形管6上端面设置有传动电机604，传动电机604分别与两个传动齿轮602链条传动，采用链条和齿轮传动，提升连接臂位移精度，伸缩臂601靠近第二支座4的一端设置有步进电机7，步进电机7与伸缩臂601通过连接梁603固定连接，步进电机7输出端设置有连接柱701，连接柱701采用“L”型柱，进而改变球磨头705和雕刻电机702连接输出轴704的方向，实现对于垂直于镜胚平面工作面的雕刻，减少镜胚的位移次数，连接柱701端部安装有雕刻电机702，雕刻电机702端部通过输出轴704连接有球磨头705，输出轴704外侧套装有套管703，套管703实现对于输出轴704的限位，避免雕刻电机702高速转动造成的输出轴704和球磨头705波动影响雕刻精度；
矩形管6上端面还设置有控制器8和压力传感器9，矩形管6两侧对称设置有红外位移传感器10，红外位移传感器10、步进电机7、压力传感器9分别与控制器8电连接，压力传感器9与压力传感探头11通过数据传输线固定连接；
辅助支撑机构包括均匀分布与第一支座1外侧的若干第一支撑臂2，第一支撑臂2外侧滑动设置有第二支撑臂201，第二支撑臂201端部竖向固定连接有支撑柱202，支撑柱202顶端转动设置有滚轮203，滚轮203用于支撑镜胚，且滚轮203设置于镜胚的同心圆环上，减少镜胚与支撑柱202的摩擦力，使镜胚更为平稳的水平转动。
优选的：第一支座1设置为圆柱且其顶端嵌入设置有盲孔，第一支座1侧壁对应第一输出电机103设置有支板；第一支撑臂2与第二支撑臂201、第一连接臂3和第二连接臂301分别通过紧固螺栓固定，滚轮203外壁设置为磨砂面；红外位移传感器10分别贯穿矩形管6外壁延伸至伸缩臂601端面；球磨头705位于步进电机7输出轴704延长线上，导轮401与吸盘102上端面水平方向对正；伸缩臂601靠近传动齿轮602的一侧设置有与传动齿轮602相匹配的传动齿，伸缩柱502远离传动齿轮602的端面和矩形管6内壁均设置为抛光面；液压缸501与第一连接耳5、伸缩柱502与第二连接耳503分别通过转轴转动设置，液压缸501采用电控精密油缸；连接梁603采用1/4圆环且设置于伸缩臂601端部上缘，步进电机7侧壁下缘与连接梁603固定连接。
以下根据附图对本发明的工作原理做进一步描述：
夹持操作：工作人员将镜胚置于吸盘102上部，镜胚圆心对正吸盘102圆心，启动负压泵101实现固定，松动第一连接臂3与第二连接臂301固定的紧固螺栓，调节第一连接臂3与第二连接臂301的相对位置，至导轮401与镜胚外缘接触，锁紧紧固螺栓，松动第一支撑臂2与第二支撑臂201固定的紧固螺栓，调节第一支撑臂2与第二支撑臂201的相对位置，至滚轮203与镜胚非工作面接触，实现对于镜胚的水平方向限位，根据需求安装雕刻用球磨头705；
工作过程中，启动液压缸501，带动伸缩柱502位移，进而改变矩形管6与第二支座4的连接角度，启动传动电机604，通过链条和传动齿轮602带动伸缩臂601位移，带动球磨头705至工作位置，启动液压缸501，推出伸缩柱502，通过压力传感探头11监测球磨头705与镜胚的压力，通过雕刻电机702带动球磨头705高速转动完成镜胚的工作面雕刻加工；
当需要加工垂直于镜胚表面的工作面时，启动步进电机7，带动连接柱701转动，至球磨头705和雕刻电机702输出端对正工作面完成加工，由于连接柱701相较于工作电机的R轴转动，可以实现对于菲涅尔透镜工作面任意角度弧形槽的加工，相较于传统加工方式，此结构可以加工大型菲涅尔透镜的同时，还可以提升菲涅尔透镜的加工精度，应用于精度需求较高的工作环境。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，包括夹持机构和雕刻机构，其特征在于：所述夹持机构包括第一支座（1）与第二支座（4），所述第一支座（1）与所述第二支座（4）通过第一连接臂（3）和第二连接臂（301）固定连接，所述第一支座（1）外壁设置有辅助支撑机构，所述雕刻机构转动设置于所述第二支座（4）顶端；
所述第一支座（1）内侧转动安装有负压泵（101），所述负压泵（101）输出端连接有吸盘（102），所述第一支座（1）侧壁安装有第一输出电机（103），所述第一输出电机（103）输出端与所述负压泵（101）链条传动，所述负压泵（101）外壁设置有与所述链条相匹配的外齿；
所述第二支座（4）设置为中空圆柱且其内侧底部设置有第二输出电机（402），所述第二输出电机（402）输出端设置有导轮（401），所述第二支座（4）侧壁对应所述导轮（401）开有方孔；
所述雕刻机构包括转动连接于所述第二支座（4）顶端的矩形管（6），所述第二支座（4）侧壁与所述矩形管（6）下端面分别安装第一连接耳（5）和第二连接耳（503），所述第一连接耳（5）和第二连接耳（503）之间设置有液压缸（501）和伸缩柱（502），所述伸缩柱（502）与所述第二连接耳（503）连接处设置有压力传感探头（11）；
所述矩形管（6）内侧滑动设置有伸缩臂（601），所述伸缩臂（601）与所述矩形管（6）内壁之间设置有两个传动齿轮（602），所述矩形管（6）上端面设置有传动电机（604），所述传动电机（604）输出端分别与两个所述传动齿轮（602）链条传动，所述伸缩臂（601）端部通过连接梁（603）固定设置步进电机（7），所述步进电机（7）输出端设置有连接柱（701），所述连接柱（701）采用“L”型柱，所述连接柱（701）游离端安装有雕刻电机（702），所述雕刻电机（702）通过输出轴（704）连接有球磨头（705），位于所述雕刻电机（702）一侧且位于所述输出轴（704）外侧设置有套管（703）。
2.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述辅助支撑机构包括均匀分布于所述第一支座（1）外侧的若干第一支撑臂（2）和第二支撑臂（201），所述第二支撑臂（201）滑动设置于所述第一支撑臂（2）外侧，所述第二支撑臂（201）端部竖向安装有支撑柱（202），所述支撑柱（202）顶端转动设置有滚轮（203）。
3.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述矩形管（6）上端面设置有控制器（8）和压力传感器（9），所述矩形管（6）两侧对称设置有红外位移传感器（10），所述红外位移传感器（10）、所述步进电机（7）、所述压力传感器（9）分别与所述控制器（8）电连接，所述压力传感器（9）与所述压力传感探头（11）通过数据传输线电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述第一支座（1）设置为圆柱且其顶端嵌入设置有盲孔，所述第一支座（1）侧壁对应所述第一输出电机（103）设置有支板。
5.根据权利要求2所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述第一支撑臂（2）与所述第二支撑臂（201）、所述第一连接臂（3）和所述第二连接臂（301）分别通过紧固螺栓固定，所述滚轮（203）外壁设置为磨砂面。
6.根据权利要求3所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述红外位移传感器（10）分别贯穿所述矩形管（6）外壁延伸至所述伸缩臂（601）端面。
7.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述球磨头（705）位于所述步进电机（7）输出轴（704）延长线上，所述导轮（401）与所述吸盘（102）上端面水平方向对正。
8.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述伸缩臂（601）靠近所述传动齿轮（602）的一侧设置有与所述传动齿轮（602）相匹配的传动齿，所述伸缩柱（502）远离所述传动齿轮（602）的端面和所述矩形管（6）内壁均设置为抛光面。
9.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述液压缸（501）与所述第一连接耳（5）、所述伸缩柱（502）与所述第二连接耳（503）分别通过转轴转动设置，所述液压缸（501）采用电控精密油缸。
10.根据权利要求1所述的一种应用精密齿轮传动技术的高速菲涅尔透镜雕刻机，其特征在于：所述连接梁（603）采用1/4圆环且设置于所述伸缩臂（601）端部上缘，所述步进电机（7）侧壁下缘与所述连接梁（603）固定连接。
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