CN211234313U - 薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，包括工作架，所述工作架的内部安装有样品台、图像发生机构、激光发生机构、图像采集机构和升降机构；所述图像发生机构、所述激光发生机构和所述图像采集机构皆位于所述样品台的上方，所述样品台上安装有用于夹持薄壁自由曲面光学元件的夹持结构；所述夹持结构包括第一夹持部、第二夹持部、转轴和驱动所述转轴转动的驱动件，所述第一夹持部和所述第二夹持部分别与所述转轴铰接，所述第二夹持部与所述转轴之间设有复位弹性件。本实用新型其测量装置可适用于测试分析凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件的装夹方式和装夹载荷对光学元件面型和位置精度的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于产品表面轮廓检测技术领域，特别是涉及一种薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量分析装置。
背景技术
随着现代光学系统的不断研究和发展，当今社会上各个领域都需要应用各种各样的光学元件，从手机上的摄像头、眼镜等到各式各样的显微系统中使用的显微物镜。进一步，随着现代光学系统对光学系统体积和重量的要求越来越高，自由曲面光学元件的应用越来越广泛。从现如今越来越受人关注的增强显示设备上的自由曲面棱镜，到汽车抬头显示中使用到的自由曲面反射镜，再到新一代James Webb空间望远镜中由数块自由曲面镜片组成的直径为6.5米的主镜。
自由曲面光学元件制造技术取得了很大进步，然而，自由曲面光学元件及其相关模具的三维轮廓测量技术仍然是一个技术瓶颈。尤其是，自由曲面光学元件经常是薄壁元件，众多薄壁自由曲面元件在装配装夹过程中不可避免会产生装夹位置和面型轮廓的变形，导致最终成像质量出现偏差。因此，非常有必要开展光学自由曲面元件的装夹变形在线测量，进而优化设计光学自由曲面元件的装夹方式和载荷。
自由曲面光学元件进行装夹变形在线测量时，存在以下困难：
1.由于不同方面的挤压会对自由曲面造成一定程度上的变形，曲面的变形量可能只有数十微米，这一微小的变形非常难以在线测量，但是会对其后续的系统成像造成不可忽略的影响；
2.装夹过程中装夹力除了造成元件的变形外，还能造成元件的微小位置变化。光学元件的位姿变化和曲面面型变形会混合在一起，两个信息的解耦难以实现；
3.如今市面上已有的测量器具，如三坐标等，测速慢，采样位置少，并不能精确地输出自由曲面在装夹时的形变数据，难以在线测量。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其测量装置可适用于稳定放置凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件，并对凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件产生一定的夹持力。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，包括工作架，所述工作架的内部安装有样品台、图像发生机构、激光发生机构、图像采集机构和驱动所述样品台上下移动的升降机构；所述图像发生机构、所述激光发生机构和所述图像采集机构皆位于所述样品台的上方，所述样品台上安装有用于夹持薄壁自由曲面光学元件的夹持结构；
所述夹持结构包括第一夹持部、第二夹持部、转轴和驱动所述转轴转动的驱动件，所述第一夹持部和所述第二夹持部分别与所述转轴铰接，所述第二夹持部与所述转轴之间设有复位弹性件，所述复位弹性件套于所述转轴上；
所述第一夹持部相对所述第二夹持部的一侧设有第一夹持槽，所述第二夹持部相对所述第一夹持部的一侧设有第二夹持槽，所述第一夹持槽的开设方向与所述第一夹持部的宽度方向相互平行，所述第二夹持槽的开设方向与所述第二夹持部的宽度方向相互平行；
所述图像发生机构、所述激光发生机构、所述图像采集机构、所述升降机构和所述驱动件皆与移动终端电连接。
进一步地说，所述升降机构包括气缸和导向杆，所述气缸与所述工作架固定连接，所述气缸的输出轴与所述导向杆的一端连接，所述导向杆的另一端与所述样品台连接。
进一步地说，所述第一夹持部和所述第二夹持部皆为弧形夹持部。
进一步地说，所述复位弹性件为复位弹簧。
进一步地说，所述驱动件为力矩电机。
进一步地说，所述图像发生机构为产生条形图像的显示屏，所述图像采集机构为相机。
进一步地说，所述激光发生机构为半导体泵浦的微片固体激光器。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的测量装置包括夹持机构，该夹持结构包括第一夹持部、第二夹持部、转轴和驱动转轴转动的驱动件，该驱动件为力矩电机，当力矩电机反相通电后，会使转轴定向发生旋转，导致第一夹持部会朝向远离第二夹持部的方向转动，从而使夹持结构呈打开状态，便于放置凹形曲面光学元件；当力矩电机正相通电后，转轴在复位弹簧的作用下回转，导致第一夹持部会朝向靠近第二夹持部的方向转动，从而使夹持结构呈关闭状态；另外，由于所述第一夹持部相对所述第二夹持部的一侧设有第一夹持槽，所述第二夹持部相对所述第一夹持部的一侧设有第二夹持槽，当夹持结构呈打开状态时，可通过第一夹持槽和第二夹持槽夹持凸形曲面光学元件。通过调节力矩电机电流进而调节第一夹持部和第二夹持部之间的转矩，给凹形曲面光学元件/凸形曲面光学元件一定的夹持力以使凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件发生变形。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型夹持机构的结构示意图；
图3是本实用新型夹持机构的分解示意图；
附图中各部分标记如下：
工作架1、样品台2、图像发生机构3、激光发生机构4、图像采集机构5、升降机构6、气缸61、导向杆62、夹持结构7、第一夹持部71、第二夹持部72、转轴73、驱动件74、第一夹持槽75和第二夹持槽76。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，如图1-图3所示，包括工作架1，所述工作架的内部安装有样品台2、图像发生机构3、激光发生机构4、图像采集机构5和驱动所述样品台上下移动的升降机构6；所述图像发生机构、所述激光发生机构和所述图像采集机构皆位于所述样品台的上方，所述样品台上安装有用于夹持薄壁自由曲面光学元件的夹持结构7；
所述夹持结构包括第一夹持部71、第二夹持部72、转轴73和驱动所述转轴转动的驱动件74，所述第一夹持部和所述第二夹持部分别与所述转轴铰接，所述第二夹持部与所述转轴之间设有复位弹性件，所述复位弹性件套于所述转轴上；
所述第一夹持部相对所述第二夹持部的一侧设有第一夹持槽75，所述第二夹持部相对所述第一夹持部的一侧设有第二夹持槽76，所述第一夹持槽的开设方向与所述第一夹持部的宽度方向相互平行，所述第二夹持槽的开设方向与所述第二夹持部的宽度方向相互平行；
所述图像发生机构、所述激光发生机构、所述图像采集机构、所述升降机构和所述驱动件皆与移动终端电连接。
所述升降机构包括气缸61和导向杆62，所述气缸与所述工作架固定连接，所述气缸的输出轴与所述导向杆的一端连接，所述导向杆的另一端与所述样品台连接。升降机构可根据待测自由曲面光学元件的大小调节样品台与图像发生机构的距离，以利于图像采集机构能够清楚采集到待测自由曲面光学元件表面的条纹图像。
所述第一夹持部和所述第二夹持部皆为弧形夹持部。
所述复位弹性件为复位弹簧。当力矩电机反相通电后，会使转轴定向发生旋转，导致第一夹持部会朝向远离第二夹持部的方向转动，从而使夹持结构呈打开状态，便于放置凹形曲面薄壁光学元件；当力矩电机正相通电后，转轴在复位弹簧的作用下回转，导致第一夹持部会朝向靠近第二夹持部的方向转动，从而使夹持结构呈关闭状态；另外，由于所述第一夹持部相对所述第二夹持部的一侧设有第一夹持槽，所述第二夹持部相对所述第一夹持部的一侧设有第二夹持槽，当夹持结构呈打开状态时，可通过第一夹持槽和第二夹持槽夹持凸形曲面薄壁光学元件。通过调节力矩电机电流进而调节第一夹持部和第二夹持部之间的转矩，给凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件一定的夹持力以使凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件发生变形。
所述驱动件为力矩电机。
所述图像发生机构为产生条形图像的显示屏，所述图像采集机构为相机。
所述激光发生机构为半导体泵浦的微片固体激光器。该激光发生机构设有5个，5个均布于待测自由曲面光学元件上方。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型的测量装置包括夹持机构，该夹持结构包括第一夹持部、第二夹持部、转轴和驱动转轴转动的驱动件，该驱动件为力矩电机，当力矩电机反相通电后，会使转轴定向发生旋转，导致第一夹持部会朝向远离第二夹持部的方向转动，从而使夹持结构呈打开状态，便于放置凹形曲面光学元件；当力矩电机正相通电后，转轴在复位弹簧的作用下回转，导致第一夹持部会朝向靠近第二夹持部的方向转动，从而使夹持结构呈关闭状态；另外，由于所述第一夹持部相对所述第二夹持部的一侧设有第一夹持槽，所述第二夹持部相对所述第一夹持部的一侧设有第二夹持槽，当夹持结构呈打开状态时，可通过第一夹持槽和第二夹持槽夹持凸形曲面光学元件。通过调节力矩电机电流进而调节第一夹持部和第二夹持部之间的转矩，给凹形曲面光学元件/凸形曲面光学元件一定的夹持力以使凹形曲面薄壁光学元件/凸形曲面薄壁光学元件发生变形。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：包括工作架(1)，所述工作架的内部安装有样品台(2)、图像发生机构(3)、激光发生机构(4)、图像采集机构(5)和驱动所述样品台上下移动的升降机构(6)；所述图像发生机构、所述激光发生机构和所述图像采集机构皆位于所述样品台的上方，所述样品台上安装有用于夹持薄壁自由曲面光学元件的夹持结构(7)；
所述夹持结构包括第一夹持部(71)、第二夹持部(72)、转轴(73)和驱动所述转轴转动的驱动件(74)，所述第一夹持部和所述第二夹持部分别与所述转轴铰接，所述第二夹持部与所述转轴之间设有复位弹性件，所述复位弹性件套于所述转轴上；
所述第一夹持部相对所述第二夹持部的一侧设有第一夹持槽(75)，所述第二夹持部相对所述第一夹持部的一侧设有第二夹持槽(76)，所述第一夹持槽的开设方向与所述第一夹持部的宽度方向相互平行，所述第二夹持槽的开设方向与所述第二夹持部的宽度方向相互平行；
所述图像发生机构、所述激光发生机构、所述图像采集机构、所述升降机构和所述驱动件皆与移动终端电连接。
2.根据权利要求1所述的薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：所述升降机构包括气缸(61)和导向杆(62)，所述气缸与所述工作架固定连接，所述气缸的输出轴与所述导向杆的一端连接，所述导向杆的另一端与所述样品台连接。
3.根据权利要求1所述的薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：所述第一夹持部和所述第二夹持部皆为弧形夹持部。
4.根据权利要求1所述的薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：所述复位弹性件为复位弹簧。
5.根据权利要求1所述的薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：所述驱动件为力矩电机。
6.根据权利要求1所述的薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：所述图像发生机构为产生条形图像的显示屏，所述图像采集机构为相机。
7.根据权利要求1所述的薄壁自由曲面光学元件夹持变形的测量装置，其特征在于：所述激光发生机构为半导体泵浦的微片固体激光器。
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