CN114734395B - 基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置及方法。该装置包括支架、电机、磁吸真空吸附杯、磁性底座、牵引镜框，电机上安装有可伸缩的测量杆，测量杆的两端设置有可伸缩的柔性绳索，测量杆的中部安装有可上下移动的磁吸真空吸附杯，吸附杯的杯口处设有柔性垫圈，磁性底座包括导磁体外壳和可旋转的条形磁体，磁性底座上安装有托盘，托盘表面设有环形缓冲件。本发明可满足不同口径和镜面形状的光学镜片的安装，吸附力稳定可控，对光学镜片表面膜层的伤害较小，吸盘中心与镜片中心的对中性好，偏心调节时不会因镜片应力而影响成像质量，可避免偏离中心造成镜片跌落，当安装多片光学镜片时本发明的装置可重复使用。

Description

基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置及方法

技术领域

本发明属于精密光学系统装校领域，主要用于装配精密光学镜片组，特别适用于已完成镀膜且多镜组的凹凸大口径光学透镜。

背景技术

随着科技的不断发展，光学镜片的应用越来越广泛，在实际装调过程中，目前对于大口径光学镜片的夹取以手动吸盘或者搬运为主，但是这种吸附方式局限性较大，首先由于手动吸附力不稳定，在装配过程中容易掉落，对光学镜片造成不可逆的损伤，其次手动吸盘的口径和形状一定，但光学镜片组凹凸不一，曲率半径也相差较大，对于曲率半径较小的凹凸镜片吸附力不强，且由于光学镜片口径较大，吸附位置应位于镜片中心位置，但实际工作中通常以目视为主，吸附之后容易发生左右摆动的情况，导致吸盘中心与镜片中心对不准，故手动吸盘适用范围较小。

而基于磁力吸附的光学镜片安装工具由于磁力大小不可控，若光学镜片重量过大，容易发生掉落等意外情况；若光学镜片重量过小，在上部磁铁靠近过程中下部磁铁突然吸附损坏光学镜片等情况。现有的光学镜头组装设备对小口径光学镜片安装效果较为良好，但是对于中大口径光学镜片来说吸附力不够，且对于较重光学镜片在安装之前如何将镜片放置在镜片固定架就比较困难，真空吸盘对光学镜片重复吸附还是会留下吸附印记损坏膜层。

发明内容

为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本发明提供一种满足不同口径和镜面形状，吸附力可控，对表面膜层伤害较小的吸附安装工具。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，包括支架、电机、磁吸真空吸附杯、磁性底座、测量杆、柔性绳索、气泵、用于装入光学镜片的牵引镜框，所述测量杆和柔性绳索均可在电机的驱动下伸缩，所述气泵通过钢丝绳连接于与测量杆中部位置相对应的支架上，所述钢丝绳连接有用于驱动气泵上下移动的驱动机构，所述磁吸真空吸附杯通过导气管道连接于气泵下方，所述磁吸真空吸附杯的杯口处设有柔性垫圈，所述磁性底座在使用时放置于磁吸真空吸附杯的下方，磁性底座包括导磁体外壳和导磁体外壳内的空腔，所述空腔中设置有条形磁体，所述导磁体外壳上设置有用于控制所述条形磁体旋转的条形磁体旋转控制件，空腔的上下两侧设置有隔磁件，磁性底座上安装有可更换的托盘，托盘表面设置有环形缓冲件。

进一步的，所述支架为可前后移动的龙门架。

进一步的，所述磁吸真空吸附杯为铸铁材料，其直径小于光学镜片的口径；所述托盘为柔性材料。

进一步的，所述磁吸真空吸附杯的内部为锥形中空通道，通道直径较大的一端为吸附端，所述柔性垫圈设置于所述吸附端处。

进一步的，所述磁吸真空吸附杯和气泵之间还连有钢丝绳，所述导气管道采用可伸缩的强塑波纹管。

进一步的，所述测量杆上设有刻度，用于标记光学镜片和牵引镜框的直径。

进一步的，所述隔磁件为铜板。

进一步的，所述电机包括第一电机、第二电机，所述第一电机、第二电机均固定安装于支架上；

所述测量杆包括左侧伸缩杆和右侧伸缩杆，所述第一电机的输出端连接有齿轮，所述左侧伸缩杆在一侧与所述齿轮啮合，所述右侧伸缩杆在相对一侧与所述齿轮啮合，所述测量杆在第一电机的驱动下横向伸缩；

所述左侧伸缩杆和右侧伸缩杆的两端均安装有定滑轮，所述柔性绳索的中部安装于第二电机上，其一端依次经右侧伸缩杆的左侧定滑轮和右侧定滑轮从右侧伸缩杆的右端垂下，另一端依次经左侧伸缩杆的右侧定滑轮和左侧定滑轮从左侧伸缩杆的左端垂下，所述柔性绳索在第二电机的驱动下沿测量杆的端部伸出或收回。

基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装方法，所述方法基于上述的装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据光学镜片的凹凸形状，选择合适的托盘安装于磁性底座上，将光学镜片同心放置在托盘上，托盘与光学镜片之间由环形缓冲件隔开，通过条形磁体旋转控制件将条形磁体旋转至竖直状态，此时磁性底座不具备磁性；

步骤2：调节测量杆的伸缩使其两端的柔性绳索贴合光学镜片的两侧，此时测量杆的读数等于光学镜片的直径，且磁吸真空吸附杯位于光学镜片的中心位置，控制磁吸真空吸附杯下降至光学镜片的中心表面，通过条形磁体旋转控制件将条形磁体旋转至水平状态，此时磁性底座具备强磁性，可以稳定吸附磁吸真空吸附杯，光学镜片被磁吸真空吸附杯和磁性底座稳定夹持；

步骤3：打开气泵使磁吸真空吸附杯内处于负压环境，调节气泵抽气量使光学镜片稳定地吸附在磁吸真空吸附杯上；

步骤4：调节磁吸真空吸附杯的高度将光学镜片升起至预定高度，根据步骤2的测量结果选择相应尺寸的牵引镜框，将所述牵引镜框放置于与测量杆两端柔性绳索相对应的位置，并将柔性绳索固定至牵引镜框上，此时被吸附的光学镜片位于牵引镜框的中心位置，调节磁吸真空吸附杯的高度将光学镜片放置于牵引镜框底座的合适位置；

步骤5：通过条形磁体旋转控制件将条形磁体旋转至竖直状态，磁性底座失去磁性，将磁性底座、托盘、环形缓冲件从牵引镜框的下部开口处撤离；

步骤6：关闭气泵，使磁吸真空吸附杯的吸力消失，将磁吸真空吸附杯升起；

步骤7：通过柔性绳索将内置有光学镜片的牵引镜框放置于大镜筒的合适位置，旋转大镜筒两侧螺丝，将牵引镜框调节至大镜筒的中间位置并固定；

步骤8：对其他光学镜片，重复依次按照步骤1-7将光学镜片放置于大镜筒内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的装置及方法可满足不同口径和镜面形状的光学镜片的安装，吸附力稳定可控，接触面附有柔性材料，对光学镜片表面膜层的伤害较小，吸盘中心与镜片中心的对中性好，后期进行偏心调节时镜片不会因应力而影响成像质量，同时也可避免目视吸附状况下偏离中心造成的跌落问题，当安装多片光学镜片时本发明的装置可重复使用。

附图说明

图1是基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置的结构示意图；

图2是图1中夹持部分的细节结构图；

图3是负压式吸附和磁力夹持的结构示意图；

图4是针对凸型光学镜片采用的柔性托盘结构示意图；

图5是针对凹型光学镜片采用的柔性托盘结构示意图；

图6是基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装方法的流程图；

图7是第一电机控制伸缩杆以及第二电机控制柔性绳索的结构图；

图8是电机控制结构的局部放大示意图。

图中标记：1-气泵；2-磁吸真空吸附杯；3.1-第三电机；3.2-第一电机；3.3-第二电机；4-柔性垫圈；5.1-右侧伸缩杆；5.2-左侧伸缩杆；5.3-左侧定滑轮；5.4-右侧定滑轮；6-龙门架；7-光学镜片；8-磁性底座；9-托盘；10-环形缓冲件；11-手柄；12-铜板；13-条形磁体；14-牵引镜框；15-螺丝；16-大镜筒；17-柔性绳索；18-钢丝绳；19-导气管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例针对长镜筒的大口径光学系统中不同口径及不同曲率半径的光学镜片的安装困难，提供一种既可以安全可靠快捷地装配各种不同曲率半径的光学镜片、又可以保护镜片表面膜层、利于后期多镜组装调工作（调节偏心等）的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装工具，使得大口径光学镜片可以安全可靠地安装至镜筒中。

本实施例基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置的结构如图1-3所示，包括支架、电机（电机具体包括第一电机3.2、第二电机3.3）、磁吸真空吸附杯2、磁性底座8、用于装入光学镜片7的牵引镜框14。其中：

牵引镜框14设置有不同大小型号的多个，根据待安装光学镜片7的形状和尺寸进行选择，牵引镜框14是单个光学镜片7的专属小镜框，设置光学镜片7专属的牵引镜框14使得该大口径光学镜片安装装置可重复使用，否则，当安装多片光学镜片7时，磁性底座8将无法取出。现有的光学镜片7均安装在同一镜筒中，调节时由侧壁螺丝15直接抵顶光学镜片7的侧壁进行移动，螺丝15过紧时产生的应力将影响成像质量，而本实施例使用了专属的牵引镜框14，在安装后期进行偏心调节时，螺丝15只接触牵引镜框14的外壁而不接触光学镜片7，从而可避免出现上述因应力而影响成像质量的问题。

支架具体选用龙门架6，龙门架6可前后移动，第一电机3.2、第二电机3.3均固定安装于龙门架6上。

第一电机3.2上安装有沿横向延伸的测量杆5，第一电机3.2最好安装在测量杆5的中点位置。测量杆5的优选结构如图7-8所示，包括左侧伸缩杆5.2和右侧伸缩杆5.1，第一电机3.2的输出端连接有齿轮，左侧伸缩杆5.2在一侧与该齿轮啮合，右侧伸缩杆5.1在相对一侧与该齿轮啮合，从而使得测量杆5的两端可在第一电机3.2的驱动下横向伸缩，测量杆5相对于钢丝绳18的位置具有左右对称关系，即左侧伸缩杆5.2相对于钢丝绳18的连接点向左伸出的长度与右侧伸缩杆相对于钢丝绳18的连接点向右伸出的长度相等，测量杆上最好还设有刻度，方便标记光学镜片7和牵引镜框14的直径。左侧伸缩杆5.2和右侧伸缩杆5.1的两端均安装有定滑轮，即左侧伸缩杆5.2和右侧伸缩杆5.1上均安装有左侧定滑轮5.3和右侧定滑轮5.4，柔性绳索17的中部安装于第二电机3.3上，其一端依次经右侧伸缩杆5.1的左侧定滑轮5.3和右侧定滑轮5.4从右侧伸缩杆5.1的右端垂下，另一端依次经左侧伸缩杆5.2的右侧定滑轮5.4和左侧定滑轮5.3从左侧伸缩杆5.2的左端垂下，柔性绳索17在第二电机3.3的驱动下沿测量杆5的端部伸出或收回。

测量杆5的中部通过钢丝绳18安装有气泵1，钢丝绳18连接有第三电机3.1，第三电机3.1固定于龙门架6上，磁吸真空吸附杯2与气泵1通过导气管道19相连，其直径小于光学镜片7的口径，磁吸真空吸附杯2与气泵1之间最好还通过钢丝绳相连，导气管道则可采用可伸缩的强塑波纹管。磁吸真空吸附杯2可在第三电机3.1的驱动下上下移动，磁吸真空吸附杯2的杯口处设置有环形的柔性垫圈4，可避免对光学镜片7表面造成划伤或者脏污。作为本实施例的优选，磁吸真空吸附杯2为柔性铸铁材料制成，磁吸真空吸附杯2的内部为锥形中空通道，气泵1工作时内部为真空状态，通道直径较大的一端为吸附端，柔性垫圈4设置于该吸附端处。当吸附光学镜片7时，可根据吸附光学镜片7重量的不同调节气泵1的抽气量。

如图2所示，磁性底座8包括由导磁材料制成的导磁体外壳，导磁体外壳内设置有空腔，导磁体外壳内的空腔中设置有可旋转的条形磁体13，导磁体外壳上设置有用于控制条形磁体13旋转的条形磁体旋转控制件，本实施例具体为手柄11，空腔的上下两侧内壁处设置有隔磁件，隔磁件用于隔开导磁体和条形磁体之间的磁关联，本实施例中隔磁件具体为矩形的铜板12。磁性底座8上安装有托盘9，最好采用柔性材料制作而成，托盘9为可拆卸安装，托盘9包括凹凸各异的多种型号，根据待安装光学镜片的形状和尺寸选择，图4和图5显示了典型的凸型光学镜片和凹型光学镜片所采用的柔性托盘结构，托盘9表面设置有环形缓冲件10，本实施例中，环形缓冲件10为环形弹性薄垫。磁性底座8在使用时放置于磁吸真空吸附杯2的下方，当通过手柄11控制条形磁体13水平放置时，即磁铁的N、S极正对导磁体时，磁性底座8具备强磁性，可用于吸附铸铁吸附杯。

如图6所示，采用上述基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置的光学镜片安装方法包括如下步骤：

步骤1：根据光学镜片7的凹凸形状，选择合适的托盘9安装于磁性底座8上，将光学镜片7同心放置在托盘9上，使用清洁工具对待安装光学镜片7进行清洁处理，托盘9与光学镜片7之间由环形缓冲件10隔开，磁性底座8放置在托盘9之下，通过手柄11将条形磁体13旋转至竖直状态，此时磁性底座8不具备磁性；如图6中的（a）所示。

步骤2：控制龙门架6的移动，通过第一电机3.2调节测量杆5的伸缩使其两端的柔性绳索17贴合光学镜片7的两侧，此时测量杆5的长度近似等于光学镜片7的直径，且磁吸真空吸附杯2近似位于光学镜片7的中心位置，通过第三电机3.1控制磁吸真空吸附杯2缓缓下降至光学镜片7的中心表面，通过手柄11将条形磁体13旋转至水平状态，此时磁性底座8具备强磁性，可以稳定吸附磁吸真空吸附杯2，光学镜片7被磁吸真空吸附杯2和磁性底座8稳定夹持，由于托盘9上设置了环形缓冲件10，使得该夹持过程不会损坏已镀膜的光学镜片7；如图6中的（b）、（c）、（d）所示。

步骤3：打开气泵1使磁吸真空吸附杯2内处于负压环境，调节气泵1的抽气量使光学镜片7稳定地吸附在磁吸真空吸附杯2上，由于磁吸真空吸附杯2的端面处设置有柔性垫圈4，故在强力吸附下也能有效保护镜片表面的膜系；

步骤4：控制第三电机3.1通过钢丝绳18调节磁吸真空吸附杯2的高度将光学镜片7升起至预定高度，根据步骤2的测量结果选择相应尺寸的牵引镜框14，将牵引镜框14放置于与测量杆5两端的柔性绳索17相对应的位置，并将柔性绳索17固定至牵引镜框14的上端面，此时被吸附的光学镜片7近似位于牵引镜框14的中心位置，控制第三电机3.1通过钢丝绳18调节磁吸真空吸附杯2的高度将光学镜片7放置于牵引镜框14底座的合适位置；如图6中的（e）、（f）所示。

步骤5：通过手柄11将条形磁体13旋转至竖直状态，磁性底座8失去磁性，磁力消失，将磁性底座8、托盘9、环形缓冲件10从牵引镜框14的下部开口处撤离；如图6中的（g）所示。

步骤6：关闭气泵1，使磁吸真空吸附杯2的吸力消失，将磁吸真空吸附杯2升起；如图6中的（h）所示。

步骤7：由于测量杆5两端的柔性绳索17分别固定至牵引镜框14的上端面，此时柔性绳索17起到牵引作用，通过第二电机3.3控制柔性绳索17将内置有光学镜片7的牵引镜框14缓缓放置于大镜筒16的合适位置，旋转大镜筒16两侧的螺丝15，将牵引镜框14调节至大镜筒16的中间位置并固定；如图6中的（i）、（j）所示。

步骤8：对其他光学镜片，根据其凹凸形状，选择合适的托盘9和牵引镜框14，按照上述步骤分别将各个光学镜片7放置于牵引镜框14内，放置完毕后依次放进大镜筒16内。

综上所述，本实施例基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置及方法对大口径多镜组光学镜片具备稳定、安全的吸附能力，可以克服单一吸附力时由于吸附力不稳定导致的光学镜片意外掉落等问题，避免了吸附杯与镜面接触过程中可能造成的划伤、脏污等问题，单个镜片专属的牵引镜框降低了多镜组光学镜片的后期装调难度，对于凹凸光学镜片均能实现稳定安装，能有效解决由于光学镜片重量过大、镜筒较深造成装配困难的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，包括支架、电机、磁吸真空吸附杯、磁性底座、测量杆、柔性绳索、气泵、用于装入光学镜片的牵引镜框，所述测量杆和柔性绳索均可在电机的驱动下伸缩，所述气泵通过钢丝绳连接于与测量杆中部位置相对应的支架上，所述钢丝绳连接有用于驱动气泵上下移动的驱动机构，所述磁吸真空吸附杯通过导气管道连接于气泵下方，所述磁吸真空吸附杯的杯口处设有柔性垫圈，所述磁性底座在使用时放置于磁吸真空吸附杯的下方，磁性底座包括导磁体外壳和导磁体外壳内的空腔，所述空腔中设置有条形磁体，所述导磁体外壳上设置有用于控制所述条形磁体旋转的条形磁体旋转控制件，空腔的上下两侧设置有隔磁件，磁性底座上安装有可更换的托盘，托盘表面设置有环形缓冲件。

2.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述支架为可前后移动的龙门架。

3.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述磁吸真空吸附杯为铸铁材料，其直径小于光学镜片的口径；所述托盘为柔性材料。

4.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述磁吸真空吸附杯的内部为锥形中空通道，通道直径较大的一端为吸附端，所述柔性垫圈设置于所述吸附端处。

5.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述磁吸真空吸附杯和气泵之间还连有钢丝绳，所述导气管道采用可伸缩的强塑波纹管。

6.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述测量杆上设有刻度，用于标记光学镜片和牵引镜框的直径。

7.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述隔磁件为铜板。

8.根据权利要求1所述的基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装装置，其特征在于，所述电机包括第一电机、第二电机，所述第一电机、第二电机均固定安装于支架上；

所述测量杆包括左侧伸缩杆和右侧伸缩杆，所述第一电机的输出端连接有齿轮，所述左侧伸缩杆在一侧与所述齿轮啮合，所述右侧伸缩杆在相对一侧与所述齿轮啮合，所述测量杆在第一电机的驱动下横向伸缩；

所述左侧伸缩杆和右侧伸缩杆的两端均安装有定滑轮，所述柔性绳索的中部安装于第二电机上，其一端依次经右侧伸缩杆的左侧定滑轮和右侧定滑轮从右侧伸缩杆的右端垂下，另一端依次经左侧伸缩杆的右侧定滑轮和左侧定滑轮从左侧伸缩杆的左端垂下，所述柔性绳索在第二电机的驱动下沿测量杆的端部伸出或收回。

9.基于磁气复合吸附的大口径光学镜片安装方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-8任意一项所述的装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据光学镜片的凹凸形状，选择合适的托盘安装于磁性底座上，将光学镜片同心放置在托盘上，托盘与光学镜片之间由环形缓冲件隔开，通过条形磁体旋转控制件将条形磁体旋转至竖直状态，此时磁性底座不具备磁性；

步骤2：调节测量杆的伸缩使其两端的柔性绳索贴合光学镜片的两侧，此时测量杆的读数等于光学镜片的直径，且磁吸真空吸附杯位于光学镜片的中心位置，控制磁吸真空吸附杯下降至光学镜片的中心表面，通过条形磁体旋转控制件将条形磁体旋转至水平状态，此时磁性底座具备强磁性，可以稳定吸附磁吸真空吸附杯，光学镜片被磁吸真空吸附杯和磁性底座稳定夹持；

步骤3：打开气泵使磁吸真空吸附杯内处于负压环境，调节气泵抽气量使光学镜片稳定地吸附在磁吸真空吸附杯上；

步骤4：调节磁吸真空吸附杯的高度将光学镜片升起至预定高度，根据步骤2的测量结果选择相应尺寸的牵引镜框，将牵引镜框放置于与测量杆两端柔性绳索相对应的位置，并将柔性绳索固定至牵引镜框上，此时被吸附的光学镜片位于牵引镜框的中心位置，调节磁吸真空吸附杯的高度将光学镜片放置于牵引镜框底座的合适位置；

步骤5：通过条形磁体旋转控制件将条形磁体旋转至竖直状态，磁性底座失去磁性，将磁性底座、托盘、环形缓冲件从牵引镜框的下部开口处撤离；

步骤6：关闭气泵，使磁吸真空吸附杯的吸力消失，将磁吸真空吸附杯升起；

步骤7：通过柔性绳索将内置有光学镜片的牵引镜框放置于大镜筒的合适位置，旋转大镜筒两侧螺丝，将牵引镜框调节至大镜筒的中间位置并固定；

步骤8：对其他光学镜片，重复依次按照步骤1-7将光学镜片放置于大镜筒内。

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