CN117405538A - 一种光学镜片多点硬度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镜片检测技术领域，具体为一种光学镜片多点硬度检测装置。该硬度检测装置包括夹持机构、平移旋转机构、定位机构和检测机构；夹持机构用于夹持待测量的光学镜片；平移旋转机构用于驱动检测台平移并自转；检测机构包括探测头、位移传感器和驱动组件，驱动组件用于驱动探测头往复运动，位移传感器用于探测其自身与光学镜片的间距；定位机构用于调节探测头的方向，使探测头始终垂直于光学镜片。本发明通不仅可以实现对光学镜片的多点硬度探测，还能够消除探测角度变化带来的测量误差，提高光学镜片硬度检测的精度和效率。

Description

一种光学镜片多点硬度检测装置

技术领域

本发明涉及镜片检测技术领域，特别是涉及一种光学镜片多点硬度检测装置。

背景技术

光学镜片的硬度检测在于评估镜片的耐划伤能力，对于镜片的质量和可靠性具有重要影响。光学镜片的硬度检测不仅可以确保光学镜片的表面质量符合标准要求，避免因表面划伤或损坏而降低整体品质，同时可以评估光学镜片材料的耐磨性和耐用性，从而判断其适用于特定的应用需求。此外，通过硬度测试，能够选择具有较高硬度的镜片，提高抵抗划伤的能力，延长使用寿命。

现有的硬度检测方法一般采用可见光渗透法或显微硬度测试法。可见光渗透法通过使用不同硬度的钢笔尖，用一定的力度在光学镜片上划过，并观察划痕的形成情况和深浅。这种方法相对简单，但测试精度较低。显微硬度测试法采用显微镜和细微的钻石针尖，以较微小的力度在样品表面上进行划痕测试。通过观察划痕的形状和尺寸，来确定硬度值。这种方法更精细和准确，适用于高精度要求的硬度测试。

在光学镜片的检测过程中，由于光学镜片的表面并非平整面，用于测试的探测头，如钻石针尖、钢笔尖等，难以保持垂直测试，导致最终测量的误差较大。此外，在测量过程中，为了对光学镜片进行较为全面的测试，需要对光学镜片上的多个探测点进行硬度检测，现有技术中，通过人工调节选取探测点效率过低，而采用人工智能与机械臂相结合的调节方式，不仅增加了设备成本及研发成本，而且对于测试效率也没有明显的提升。

发明内容

基于此，有必要针对现有的光学镜片硬度测试由于探测头与镜片表面夹角变化导致测量精度不高的问题，提出一种光学镜片多点硬度检测装置。

本发明通过以下技术方案实现：一种光学镜片多点硬度检测装置，包括本体、夹持机构、平移旋转机构、定位机构和检测机构。

本体包括检测台和支架。支架与检测台固定连接。夹持机构安装在检测台上，用于夹持待测量的光学镜片。平移旋转机构安装在支架上，用于驱动检测台平移并自转。定位机构包括定位环、三个支腿、三个支臂和三个压力传感器一，支臂的一端与支架转动连接，另一端与定位环转动连接。压力传感器一安装在每个支臂与支架之间。支腿与定位环固定连接，且三个支腿、三个支臂分别沿定位环周向环形阵列。检测机构包括探测头、位移传感器和驱动组件，驱动组件与定位环固定连接。探测头固定连接在驱动组件上，且探测头位于检测台的正上方。位移传感器安装在驱动组件上。

上述硬度检测装置通过夹持机构对光学镜片进行稳固夹持，使光学镜片的中心靠近检测台的中心，通过平移旋转机构对检测台进行驱动，使探测头相较于光学镜片产生漩涡线轨迹，实现对光学镜片的多点硬度探测，同时，采用定位机构对探测头的方向进行定位，使得探测头始终沿垂直于光学镜片的表面的方向进行探测，以消除探测角度变化带来的测量误差，提高光学镜片硬度检测的精度。

进一步地，夹持机构包括电机一、三个夹板组件和传动组件。三个夹板组件呈环形阵列在检测台上。传动组件连接在三个夹板组件之间。电机一安装在支架上，与其中一个夹板组件固定连接。

进一步地，夹板组件包括夹板、丝杆一、螺旋筒、旋转座。螺旋筒与检测台滑动连接。丝杆一的一端与螺旋筒的一端螺接，另一端与旋转座转动连接。旋转座固定连接在检测台上。夹板与螺旋筒的另一端固定连接。电机一的输出端与其中一个丝杆一固定连接。

进一步地，传动组件包括三个主齿轮、两个从动齿轮一、两个从动齿轮二和两个万向节。三个主齿轮分别安装在三个丝杆一上。两个从动齿轮一设置在其中一个主齿轮的两侧并分别与主齿轮啮合。万向节的一端与从动齿轮一固定连接，另一端与从动齿轮二固定连接。两个从动齿轮二分别与另外两个主齿轮啮合。

进一步地，平移旋转机构包括丝杆传动组件和旋转组件。丝杆传动组件包括电机二、丝杆二、螺母和导轨。电机二安装在支架上，电机二的输出端与丝杆二的一端固定连接。丝杆二的另一端与支架转动连接。螺母与丝杆二螺接。导轨固定连接在支架上，且螺母与导轨滑动连接。旋转组件包括两个直齿轮、外花键、内花键、固定座、转轴和两个锥齿轮。其中一个直齿轮固定连接在丝杆二的外侧，两个直齿轮啮合连接。另一个直齿轮与外花键的一端固定连接。外花键与内花键的一端滑动连接。内花键与固定座转动连接，固定座与螺母固定连接。内花键的另一端与其中一个锥齿轮固定连接。两个锥齿轮啮合连接。另一个锥齿轮与检测台固定连接。转轴的一端与螺母固定连接，另一端与检测台转动连接。

进一步地，支腿远离固定环的一端安装有万向轮。支臂包括电动伸缩杆、弹簧和外接杆。电动伸缩杆的一端与支架固定连接，另一端与弹簧的一端固定连接。外接杆与弹簧的另一端固定连接，且外接杆与电动伸缩杆滑动连接。

进一步地，驱动组件包括压力传感器二和电动气压缸。电动气压缸与探测头固定连接，用于驱动探测头向光学镜片往复移动。压力传感器二安装在电动气压缸与探测头之间。

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明通过夹持机构对光学镜片进行稳固夹持，使光学镜片的中心靠近检测台的中心，通过平移旋转机构对检测台进行驱动，使探测头相较于光学镜片产生漩涡线轨迹，实现对光学镜片的多点硬度探测，同时，采用定位机构对探测头的方向进行定位，使得探测头始终沿垂直于光学镜片的表面的方向进行探测，以消除探测角度变化带来的测量误差，提高光学镜片硬度检测的精度。

附图说明

图1为本发明实施例1中光学镜片多点硬度检测装置的立体结构示意图；

图2为图1中硬度检测装置的剖面结构示意图；

图3为图1中夹持机构的立体结构示意图；

图4为图3的夹持机构的俯视结构示意图；

图5为图1中平移旋转机构的立体结构示意图；

图6为图5的平移旋转机构的主视结构示意图；

图7为图1中定位机构的立体结构示意图；

图8为图7的定位机构的剖面结构示意图。

图中：1、本体；11、支架；12、检测台；2、夹持机构；21、电机一；22、夹板组件；221、夹板；222、丝杆一；223、螺旋筒；224、旋转座；23、传动组件；231、主齿轮；232、从动齿轮一；233、从动齿轮二；234、万向节；3、平移旋转机构；31、丝杆传动组件；311、电机二；312、丝杆二；313、螺母；314、导轨；32、旋转组件；321、直齿轮；322、外花键；323、内花键；324、固定座；325、转轴；326、锥齿轮；4、定位机构；41、定位环；42、支腿；421、万向轮；43、支臂；431、电动伸缩杆；432、弹簧；433、外接杆；44、压力传感器一；5、检测机构；51、探测头；52、位移传感器；53、驱动组件；531、电动气压缸；532、压力传感器二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1-图2，本实施例提供了一种光学镜片多点硬度检测装置，包括本体1、夹持机构2、平移旋转机构3、定位机构4和检测机构5。

本体1包括检测台12和支架11。支架11与检测台12固定连接。检测台12用来放置待检测的光学镜片。支架11作为硬度检测装置的主体支撑部件，用于支撑检测台12、夹持机构2、平移旋转机构3、定位机构4和检测机构5等，以使各部件之间可以相互连接或调节。

夹持机构2安装在检测台12上，用于夹持待测量的光学镜片。夹持机构2整体采用三点夹持，可以满足大部分光学镜片的稳固夹持，同时以检测台12作为支撑，可以防止光学镜片受力不均导致断裂。

请结合图3-图4，夹持机构2包括电机一21、三个夹板组件22和传动组件23。三个夹板组件22呈环形阵列在检测台12上。传动组件23连接在三个夹板组件22之间。电机一21安装在支架11上，与其中一个夹板组件22固定连接。电机一21可以驱动其中一个夹板组件22靠近或远离检测台12的中心，在传动组件23的作用下，三个夹板组件22同步移动，将光学镜片稳固夹持，并使光学镜片的中心靠近检测台12的中心。

夹板组件22包括夹板221、丝杆一222、螺旋筒223、旋转座224。检测台12上开设有滑槽，螺旋筒223的底面设置滑块，滑块与滑槽配合，使螺旋筒223与检测台12滑动连接。丝杆一222的一端与螺旋筒223的一端螺接，另一端与旋转座224转动连接，旋转座224固定连接在检测台12上。夹板221与螺旋筒223的另一端固定连接。电机一21的输出端与其中一个丝杆一222固定连接。启动电机一21可以驱动丝杆一222转动，进而驱动螺旋筒223沿滑槽滑动，使夹板221靠近或远离检测台12的中心。

传动组件23包括主齿轮231、两个从动齿轮一232、两个从动齿轮二233和两个万向节234。三个主齿轮231分别安装在三个丝杆一222上。两个从动齿轮一232设置在其中一个主齿轮231的两侧并分别与该主齿轮231啮合。万向节234的一端与从动齿轮一232固定连接，另一端与从动齿轮二233固定连接。两个从动齿轮二233分别与另外两个主齿轮231啮合。电机一21在驱动丝杆一222转动时，对应的主齿轮231也随之转动，进而带动两个从动齿轮一232转动，在万向节234的作用下，可以带动两个从动齿轮二233同步转动，以使三个丝杆一222同步转动，使得三个夹板221同步移动，三个夹板221构成的等边三角形的中心保持不变。则当夹板221完全夹持待测的光学镜片时，光学镜片的中心靠近检测台12的中心。

夹持机构2不仅可以对光学镜片进行三点稳固夹持，使光学镜片在检测台12上均匀受力，避免光学镜片在检测过程中断裂，同时可以使光学镜片尽量位于检测台12的中心，便于对光学镜片进行定位。

请结合图5-图6，平移旋转机构3，安装在支架11上，用于驱动检测台12平移并自转。本实施例中，为了对光学镜片进行多点硬度测量，需要在光学镜片上选取多个不同测试点，通过对检测台12整体的移动旋转，可以使探测头51作用在光学镜片的不同位置进行硬度测试。

平移旋转机构3包括丝杆传动组件31和旋转组件32。丝杆传动组件31整体位于检测台12的下方，用于驱动检测台12整体平移。具体的，丝杆传动组件31包括电机二311、丝杆二312、螺母313和导轨314。电机二311安装在支架11上，电机二311的输出端与丝杆二312的一端固定连接，丝杆二312的另一端与支架11转动连接。螺母313与丝杆二312螺接。导轨314固定连接在支架11上，且螺母313与导轨314滑动连接。启动电机二311可以驱动丝杆二312转动，进而驱动螺母313沿丝杆二312平移，在导轨314的作用下，螺母313保持方向不变，实现为检测台12的稳固驱动。

旋转组件32包括两个直齿轮321、外花键322、内花键323、固定座324、转轴325和两个锥齿轮326。其中一个直齿轮321固定连接在丝杆二312的外侧，两个直齿轮321啮合连接。另一个直齿轮321与外花键322的一端同轴设置并固定连接。外花键322与内花键323的一端滑动连接。内花键323与固定座324转动连接，固定座324与螺母313固定连接。内花键323的另一端与其中一个锥齿轮326固定连接。两个锥齿轮326啮合连接。另一个锥齿轮326与检测台12固定连接。转轴325的一端与螺母313固定连接，另一端与检测台12转动连接。

电机二311驱动丝杆二312转动时，两个直齿轮321同步转动，带动外花键322同步转动，螺母313沿丝杆二312平移，带动固定座324与内花键323同步移动，而此时内花键323与外花键322保持同步转动，驱动两个锥齿轮326同步转动，以使检测台12绕转轴325转动。检测台12一边随螺母313进行平移，另一面被旋转组件32驱动转动，使探测头51与光学镜片的相对位置时刻发生变化，便于在光学镜片上选取不同的探测点，实现对光学镜片的多点硬度检测。

请结合图7-图8，定位机构4包括定位环41、三个支腿42、三个支臂43和三个压力传感器一44。支臂43的一端与支架11转动连接，另一端与定位环41转动连接。三个支臂43可以对定位环41进行固定，调节定位环41的位姿。支臂43包括电动伸缩杆431、弹簧432和外接杆433。电动伸缩杆431的一端与支架11固定连接，另一端与弹簧432的一端固定连接。外接杆433与弹簧432的另一端固定连接，且外接杆433与电动伸缩杆431滑动连接。

压力传感器一44安装在每个支臂43与支架11之间，用于探测支臂43与支架11间的压力。支腿42与定位环41固定连接，支腿42远离固定环的一端安装有万向轮421。三个支腿42、三个支臂43分别沿定位环41周向环形阵列。通过三个支臂43对定位环41进行调节，进而使得三个支腿42均接触光学镜片，通过支腿42的三点定位，使定位环41的中心轴与光学镜片的表面保持垂直。由于支臂43为弹性支臂43，使得支腿42与光学镜片弹性接触，避免对光学镜片造成压伤。在实际应用中，三个支臂43与定位环41的中心轴的夹角均大于三个支腿42与定位环41的中心轴的夹角，且压力传感器一44探测的压力始终大于探测头51施加在光学镜片上的压力，以避免检测过程中由于探测头51的反作用力导致实际测量产生的误差。

检测机构5包括探测头51、位移传感器52和驱动组件53，驱动组件53与定位环41固定连接。探测头51固定连接在驱动组件53上，且探测头51位于检测台12的正上方。位移传感器52安装在驱动组件53上。在其他实施例中，位移传感器52也可以直接安装在探测头51上，用于探测其自身与光学镜片的间距Ds。则根据位移传感器52与探测头51尖端的间距D1，则每次测试的划痕深度可以记录为Di=Ds-D1。

驱动组件53包括压力传感器二532和电动气压缸531。电动气压缸531与探测头51固定连接，用于驱动探测头51向光学镜片往复移动。压力传感器二532安装在电动气压缸531与探测头51之间，用于测量探测头51与电动气压缸531之间的压力，作为探测头51施加在光学镜片上的压力。在测量时，电动气压缸531驱动探测头51下压光学镜片，在光学镜片上留下刻痕或划痕，根据压力传感器二532反馈的压力值控制每次下压的力度，使探测头51每次保持相同的力度对光学镜片进行测量，消除因每次刻痕力度差异带来的误差。

本实施例的硬度检测装置的工作过程如下：在检测时，首先将光学镜片放置到检测台12上，采用夹持机构2稳固夹持光学镜片，随后启动三个电动伸缩杆431，直至对应的三个压力传感器一44均达到预设的压力阈值，此时，定位环41的中心轴刚好垂直于光学镜片的表面。同时启动平移旋转机构3及驱动组件53，在驱动探测头51上下往复运动的同时，将光学镜片旋转并移动，使得探测头51每次下压在光学镜片上的不同位置。在此过程中，根据压力传感器一44反馈的压力值调节电动伸缩杆431，使压力值始终处于预设的阈值范围内，则支腿42上的万向轮421在光学镜片表面转动并始终与光学镜片的表面贴合，以使探测头51的探测方向始终垂直于光学镜片的表面。为了提高测量的精准度，可以设置平移旋转机构3间歇式启动，使得探测头51每次接触光学镜片时，光学镜片保持静止，并通过位移传感器52记录每次探测头51下压的深度。

在其他实施例中，也可以在驱动组件53将探测头51驱动至最远端时，保持驱动组件53位置不变，则探测头51在光学镜片上形成旋涡线划痕，通过记录划痕的深度变化，可以计算出光学镜片上的多个探测点的硬度，同时，可以采用线性拟合的方法，判断光学镜片的硬度是否均匀。

综上所述，本实施例的硬度检测装置通过夹持机构2对光学镜片进行稳固夹持，使光学镜片的中心靠近检测台12的中心，通过平移旋转机构3对检测台12进行驱动，使探测头51相较于光学镜片产生漩涡线轨迹，实现对光学镜片的多点硬度探测，同时，采用定位机构4对探测头51的方向进行定位，使得探测头51始终沿垂直于光学镜片的表面的方向进行探测，以消除探测角度变化带来的测量误差，提高光学镜片硬度检测的精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，其包括：

本体（1），包括检测台（12）和支架（11）；所述支架（11）与所述检测台（12）固定连接；

夹持机构（2），安装在所述检测台（12）上，用于夹持待测量的光学镜片；

平移旋转机构（3），安装在所述支架（11）上，用于驱动所述检测台（12）平移并自转；

定位机构（4），包括定位环（41）、三个支腿（42）、三个支臂（43）和三个压力传感器一（44），所述支臂（43）的一端与所述支架（11）转动连接，另一端与所述定位环（41）转动连接；所述压力传感器一（44）安装在每个所述支臂（43）与所述支架（11）之间；所述支腿（42）与所述定位环（41）固定连接，且三个所述支腿（42）、三个所述支臂（43）分别沿所述定位环（41）周向环形阵列；

检测机构（5），包括探测头（51）、位移传感器（52）和驱动组件（53），驱动组件（53）与所述定位环（41）固定连接；所述探测头（51）固定连接在所述驱动组件（53）上，且所述探测头（51）位于所述检测台（12）的正上方；所述位移传感器（52）安装在所述驱动组件（53）上。

2.根据权利要求1所述的一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，所述夹持机构（2）包括电机一（21）、三个夹板组件（22）和传动组件（23）；三个所述夹板组件（22）呈环形阵列在所述检测台（12）上；所述传动组件（23）连接在三个所述夹板组件（22）之间；所述电机一（21）安装在所述支架（11）上，与其中一个所述夹板组件（22）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，所述夹板组件（22）包括夹板（221）、丝杆一（222）、螺旋筒（223）、旋转座（224）；所述螺旋筒（223）与所述检测台（12）滑动连接；所述丝杆一（222）的一端与所述螺旋筒（223）的一端螺接，另一端与所述旋转座（224）转动连接；所述旋转座（224）固定连接在所述检测台（12）上；所述夹板（221）与所述螺旋筒（223）的另一端固定连接；所述电机一（21）的输出端与其中一个所述丝杆一（222）固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，所述传动组件（23）包括三个主齿轮（231）、两个从动齿轮一（232）、两个从动齿轮二（233）和两个万向节（234）；三个所述主齿轮（231）分别安装在三个所述丝杆一（222）上；两个所述从动齿轮一（232）设置在其中一个所述主齿轮（231）的两侧并分别与所述主齿轮（231）啮合；所述万向节（234）的一端与所述从动齿轮一（232）固定连接，另一端与所述从动齿轮二（233）固定连接；两个所述从动齿轮二（233）分别与另外两个所述主齿轮（231）啮合。

5.根据权利要求1所述的一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，所述平移旋转机构（3）包括丝杆传动组件（31）和旋转组件（32）；丝杆传动组件（31）包括电机二（311）、丝杆二（312）、螺母（313）和导轨（314）；所述电机二（311）安装在所述支架（11）上，电机二（311）的输出端与所述丝杆二（312）的一端固定连接；所述丝杆二（312）的另一端与所述支架（11）转动连接；所述螺母（313）与所述丝杆二（312）螺接；所述导轨（314）固定连接在所述支架（11）上，且所述螺母（313）与所述导轨（314）滑动连接；所述旋转组件（32）包括两个直齿轮（321）、外花键（322）、内花键（323）、固定座（324）、转轴（325）和两个锥齿轮（326）；其中一个所述直齿轮（321）固定连接在所述丝杆二（312）的外侧，两个所述直齿轮（321）啮合连接；另一个所述直齿轮（321）与所述外花键（322）的一端固定连接；所述外花键（322）与所述内花键（323）的一端滑动连接；所述内花键（323）与所述固定座（324）转动连接，所述固定座（324）与所述螺母（313）固定连接；所述内花键（323）的另一端与其中一个锥齿轮（326）固定连接；两个所述锥齿轮（326）啮合连接；另一个所述锥齿轮（326）与所述检测台（12）固定连接；所述转轴（325）的一端与所述螺母（313）固定连接，另一端与所述检测台（12）转动连接。

6.根据权利要求1所述的一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，所述支腿（42）远离所述固定环的一端安装有万向轮（421）；所述支臂（43）包括电动伸缩杆（431）、弹簧（432）和外接杆（433）；所述电动伸缩杆（431）的一端与所述支架（11）固定连接，另一端与所述弹簧（432）的一端固定连接；所述外接杆（433）与所述弹簧（432）的另一端固定连接，且所述外接杆（433）与所述电动伸缩杆（431）滑动连接。

7.根据权利要求1所述的一种光学镜片多点硬度检测装置，其特征在于，所述驱动组件（53）包括压力传感器二（532）和电动气压缸（531）；所述电动气压缸（531）与所述探测头（51）固定连接，用于驱动所述探测头（51）向所述光学镜片往复移动；所述压力传感器二（532）安装在所述电动气压缸（531）与所述探测头（51）之间。