CN114659756A - 光学元件光学定心可视化在线检测装置及方法 - Google Patents

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龚云辉
王光伟
周旭环
应常宇
黄娅芳
叶洪伟
王一成
余晨娇
张步华
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Abstract

本发明公开了光学元件光学定心可视化在线检测装置及方法，其中光学元件光学定心可视化在线检测装置，包括用于固定零件的底座、安装在底座上的机械调节系统和用于将零件放大并显示在显示器上的显微放大系统，所述机械调节系统包括用于测定显示器中零件口径的光栅尺和带动光栅尺移动的上下运行机构，所述光栅尺一侧设置有光栅尺读数头。本发明的有益效果是：本发明结构简单、操作简便，易于控制，使用本发明检测装置，不仅检测光学元件，高效、快捷；可带计算功能，根据其计算结果调整进刀量，加工效率高、生产成本低。所加工出来的光学元件满足相关技术指标要求，在光学冷加工未来发展中，对高效生产和高质量发展，均具有显著的有益效果。

Description

光学元件光学定心可视化在线检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光学元件冷加工技术领域，特别是光学元件光学定心可视化在线检测装置及方法。
背景技术
当今战争正向着联合作战、全域作战、信息化作战方向发展，光电系统承担着探测感知和信息处理的任务，把光电系统称作整个武器装备的“眼睛”毫不为过。为了实现武器系统“看得更远、看得更清”的目标，系统对光学元件的要求日益提高，不仅要求更高的面型精度及表面质量，而且要求光学元件具有更高的形位精度（如同轴度、中心偏、面倾角、面间偏心、垂直度等）。在对透镜加工定位平台提出更高要求的同时，还需要满足光学元件口径（或弧高）公差。公司现有的定心磨边设备年代久远，且加工口径（凹面口径或弧高）不能在设备上测量，需要采用手工修磨的方法，在平面磨盘上将光学定位面的口径（或弧高）修磨至公差范围。而且检测口径时是采用游标卡尺等在线目视检测，这种老式检测办法精度低,重复性差,对工人的经验、技术等依赖性大，因此再加工过程中，由于该检测手段精度有限，不仅加工效率低，而且很容易造成零件的光轴与几何轴的偏差（即中心偏超差）或其它形位公差（同轴度、垂直度等）超差，最终导致零件报废，因而采用该检测方式已无法适应现代光学的发展需求。
目前国内市面上还没有能实现在线测量平台口径的定心磨边设备。而在现有设备基础上对加上可视化检测装置可以提高定心精度，同时增加在线测量口径及拖边进刀量计算功能，就能在较低成本下提升公司透镜同轴度、垂直度的加工精度，从而提高光学系统成像质量以及降低装调难度。
现目前市面所具有的为投影仪一类装置或机构，但却无法实现在线检测，在检测时需将零件取下，对未完工零件拆下后再装上加工，因二次装夹无法保证零件的装夹重复精度，经常导致零件的部分尺寸精度超差或直接报废。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术测定光学元件口径时需将光学元件取下手动测量、无法在线进行的缺点，提供光学元件光学定心可视化在线检测装置及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
光学元件光学定心可视化在线检测装置，包括用于固定零件的底座、安装在底座上的机械调节系统和用于将零件放大并显示在显示器上的显微放大系统，所述机械调节系统包括用于测定显示器中零件口径的光栅尺和带动光栅尺移动的上下运行机构，所述光栅尺一侧设置有光栅尺读数头。
作为优选的，所述底座上设置有轴向活动板和用于调节轴向活动板位置的手轮，所述上下运行机构安装在轴向活动板上。
作为优选的，所述上下运行机构包括直线导轨、丝杠和步进电机，所述直线导轨固定连接有轴向活动板。
作为优选的，所述显微放大系统包括依次设置的转向棱镜、物镜、凸透镜和相机，所述显示器和相机信号连接。
作为优选的，所述显微放大系统还包括由镜筒盖板和镜身组成的封闭腔体，所述转向棱镜、物镜、凸透镜凸透镜26依次设置在封闭墙体内，所述转向棱镜一侧的镜筒盖板上设置有避让口。
作为优选的，所述底座上或底座一侧还设置有能够靠近或远离零件所在位置的打磨装置。
一种光学元件光学定心可视化在线检测方法，包括零件安装：将待加工零件安装在所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置上。
作为优选的，还包括磨边、拖平和检测。
作为优选的，拖平步骤中，通过测定的零件口径以及图纸要求的完工口径、曲率半径计算磨轮的轴向进给值。
作为优选的，所述零件为平凸、双凸、平凹、双凹或凸凹光学元件。
本发明具有以下优点：
本发明结构简单、操作简便，易于控制，使用本发明检测装置，不仅检测光学元件，高效、快捷；而且其自带计算功能，计算准确，根据其计算结果调整进刀量，加工效率高、生产成本低。所加工出来的光学元件满足相关技术指标（如有效口径、弧高等）要求，在光学冷加工未来发展中，对高效生产和高质量发展，均具有显著的有益效果。
本发明测定光学元件时放大倍数可以达到100倍以上、测量精度大于±0.02mm，可应用于高精度光学元件的可视化在线检测。
附图说明
图1 为本发明光学元件光学定心可视化在线检测装置的结构示意图。
图2 为显微放大系统示意图。
图3 为机械调节系统示意图。
图4 为机械调节系统示意图。
图5 为机械调节系统示意图。
图中，18.显微放大系统；19.机械调节系统；20.打磨装置； 21.零件； 22.转向棱镜；23.物镜；24.镜筒盖板；25.镜身；26.凸透镜；1.砂轮；2.砂轮罩；3.光栅尺；4.轴向活动板；5.光栅读数头；6.机器拖板；7.机架；8.工件轴；9.加工零件；10.手轮；11.拖链；12.丝杆；13.直线导轨；14.步进电机；15.相机；16.轴向滑块；17.前后调节架。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
光学元件光学定心可视化在线检测装置，如图1-5所示，包括用于固定零件的底座、安装在底座上的机械调节系统19和用于将零件21放大并显示在显示器上的显微放大系统18，所述机械调节系统19包括用于测定显示器中零件21口径的光栅尺和带动光栅尺3移动的上下运行机构，所述光栅尺一侧设置有光栅尺读数头5。
本实施例中，所述底座上设置有轴向活动板4和用于调节轴向活动板4位置的手轮10，所述上下运行机构安装在轴向活动板4上。
本实施例中，所述上下运行机构包括直线导轨13、丝杠12和步进电机14，所述直线导轨13固定连接有轴向活动板4。
本实施例中，所述显微放大系统18包括依次设置的转向棱镜22、物镜23、凸透镜26和相机15，所述显示器和相机15信号连接。
本实施例中，所述显微放大系统18还包括由镜筒盖板24和镜身25组成的封闭腔体，所述转向棱镜22、物镜23、凸透镜凸透镜26依次设置在封闭墙体内，所述转向棱镜22一侧的镜筒盖板24上设置有避让口。
本实施例中，所述底座上或底座一侧还设置有能够靠近或远离零件21所在位置的打磨装置20。
本实施例公开了一种光学元件光学定心在线可视化检测装置，包括显微放大系统18及机械调节系统19。所述的显微放大系统18采用了光路转折机构，可以根据需要将被测零件21边缘端面的像放大倍数至100倍以上并显示在显示器的屏幕上。
所述的机械调节系统19是有多个部件组成一个能够沿垂直方向上下移动的上下运行机构，可通过操纵步进电机的控制装置，使零件21在显示器中所成像的上边沿对准十字线的水平线，将光栅尺所显示的座标值清零，再操作步进电机使上下移动机构向下运行，当运行到被测零件21的下边沿在显示器中的像对准十字光标的水平线时，此时光栅尺在垂直方向上所移动的距离便是被测零件21的口径。
直线导轨13通过与之配套滑块相连于轴向活动板4上面，光栅尺读数头5也是固定在这块板之上，当上下运行机构上下移动时，只是尺子移动而光栅读数头是固定不动的，轴向调节活动板2由固定于其背面的两条直线导轨通过与其配套的滑块16固定于前后调节架17之上，通过调节其左边的手轮10便可让该板和安装于其上的上下运行机构作轴向移动，以保证不同长度的接头和不同厚度零件21的被测面到棱镜左面的距离基本一致，也就是物距不变，以便获得清晰的成像。前后调节架17通过四个螺钉固定于机架7之上，其上分别具有X、Y、Z方向的微调装置，以便安安装时用于调节镜头在整个行程内上下移动时分别与过工件轴中心线的垂直面和与工件轴端面分别平行。而机架7是固定在所改机器6之上，在加工中与工件轴8带着轴向活动板和上下运行机构共同作轴向运动，只是在测量完成后，当磨削零件21外圆时，该机构带着上下运行机构和镜头上升到最高位置，以让开砂轮2。当需要控制零件21端面凹面口径时，用砂轮左端面对零件21右端面进行磨削，当磨光后，移动测量机构测出零件21凹面口径的当前值，根据图纸上所提供的完工口径和凹面的曲率半径，便可算出轴向进刀需要移动的准确数值，其数值通过安装在机器后面拖板上光栅尺测量并显示，具体原理在此不作赘述，该Z向进刀值可根据下面公式进行计算：
Z=√(R2 -D1 2*1/4)-√(R2 -D2*1/4)
Z:轴向进给值 R：凹面曲率半径 D1 ：当前口径 D：图纸要求口径。
一种光学元件光学定心可视化在线检测方法，包括零件21安装：将待加工零件21安装在所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置上。
本实施例中，还包括磨边、拖平和检测。
本实施例中，拖平步骤中，通过测定的零件21口径以及图纸要求的完工口径、曲率半径计算磨轮的轴向进给值。
本实施例中，所述零件21为平凸、双凸、平凹、双凹或凸凹光学元件。
本实施例中一种光学元件光学定心可视化在线检测方法，包括：
S1，将需要定心磨边拖边的光学元件粘接在工件轴上，粘接面为非拖边面；
S2，利用显示器电子屏显示辅助，移动零件21使两球心的中心光轴和基准轴重合；
S3, 磨边：零件21定心后，用砂轮或金刚石磨轮磨削零件21的外圆，以获得图纸要求零件21的口径；
S4，针对需要拖平的零件21时，在电子屏上输入零件21曲面半径、预置口径、完工口径，就能自动计算出磨轮的进刀尺寸（改变零件21厚度、通光口径，磨削方向与零件21光轴方向平行）；
S5，拖平：用砂轮或金刚石磨轮从零件21光轴方向磨削零件21端面平边；
S6，检测：零件21在端面拖平后用可视化仪器检测零件21通光口径（弧高）是否达到图纸要求（零件21可在接头上直接测量通光口径，避免了二次装夹出现的误差）；
S7, 取下零件21流转下道工序。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.光学元件光学定心可视化在线检测装置，其特征在于：包括用于固定零件的底座、安装在底座上的机械调节系统和用于将零件放大并显示在显示器上的显微放大系统，所述机械调节系统包括用于测定显示器中零件口径的光栅尺和带动光栅尺移动的上下运行机构，所述光栅尺一侧设置有光栅尺读数头。
2.根据权利要求1所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置，其特征在于：所述底座上设置有轴向活动板和用于调节轴向活动板位置的手轮，所述上下运行机构安装在轴向活动板上。
3.根据权利要求2所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置，其特征在于：所述上下运行机构包括直线导轨、丝杠和步进电机，所述直线导轨固定连接轴向活动板。
4.根据权利要求1所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置，其特征在于：所述显微放大系统包括依次设置的转向棱镜、物镜、凸透镜和相机，所述显示器和相机信号连接。
5.根据权利要求4所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置，其特征在于：所述显微放大系统还包括由镜筒盖板和镜身组成的封闭腔体，所述转向棱镜、物镜、凸透镜凸透镜26依次设置在封闭墙体内，所述转向棱镜一侧的镜筒盖板上设置有避让口。
6.根据权利要求1所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置，其特征在于：所述底座上或底座一侧还设置有能够靠近或远离零件所在位置的打磨装置。
7.一种光学元件光学定心可视化在线检测方法，其特征在于：包括零件安装：将待加工零件安装在权利要求1-6任意一项所述的光学元件光学定心可视化在线检测装置上。
8.根据权利要求7所述的光学元件光学定心可视化在线检测方法，其特征在于：还包括磨边、拖平和检测。
9.根据权利要求8所述的光学元件光学定心可视化在线检测方法，其特征在于：拖平步骤中，通过测定的零件口径以及图纸要求的完工口径、曲率半径计算磨轮的轴向进给值。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的光学元件光学定心可视化在线检测方法，其特征在于：所述零件为平凸、双凸、平凹、双凹或凸凹光学元件。
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