CN218744867U - 一种高精度光学镜头加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度光学镜头加工装置，包括数控卧式车床以及车床上的光学对光轴调像机构、自准直仪光学偏心测量机构、自准直仪位置调节机构。通过调节光学对光轴位置，使待加工镜组与旋转轴同轴，通过对镜座的加工、检验、修正与测量等一系列工作，提高光学镜片与镜座的加工精度，提高生产效率，从而提供光学镜头组件的成像质量。

Description

一种高精度光学镜头加工装置

技术领域

本实用新型涉及一种高精度光学镜头加工装置，属于定心镜组加工技术领域。

背景技术

在光学加工系统领域，对光学系统的性能要求越来越高，高精度光学系统已经成为国家在国际竞争中的关键性技术。中心偏差是影响光学成像系统的主要因素，如果存在中心偏差，即使镜片具有最好的面形精度也无法实现高精度光学成像系统。传统的光学加工方法多采用纯机械装调，加工精度与加工效率低，存在较大的中心偏差，逐渐无法满足越来越高的光学系统装配精度要求。因此亟需一种用于光学加工的高精度光学镜头加工装置，既能实现光学镜组的检测、调校、加工等一系列工作，又能快速装卡且快速找正偏心完成加工并检测工序，从而解决光学镜组的加工及检测难题，实现镜头组装配过程中的包括空气间隔、中心偏差等在内的各公差高精度要求，实现光学镜头组整体的高质量成像要求。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高精度光学镜头加工装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种高精度光学镜头加工装置，包括数控卧式车床以及车床上的光学对光轴调像机构、自准直仪光学偏心测量机构、自准直仪位置调节机构；

所述的自准直仪位置调节机构包括能够在X轴、Y轴、Z轴方向进行位置调节的三维移动平台，所述三维移动平台的最终执行端的安装座体上设置有绕Z轴进行水平旋转调节的旋转座体，且旋转座体上设置有用以限制或允许其水平旋转的紧固件；

所述的光学对光轴调像机构包括机床连接座，机床连接座的外端部同轴固连有外套筒，外套筒内部插设有第一内套筒，第一内套筒内部插设有第二内套筒，第二内套筒上安装有待测镜组的工装，其中：第二内套筒外端的外球面与第一内套筒外端的内球面接触，第一内套筒外端的外球面与外套筒外端的内球面接触，外套筒上圆周均布有若干个第一螺钉与第二螺钉，若干个第一螺钉与第二螺钉交错设置，第一螺钉均螺接在外套筒后顶接在第一内套筒的非球面外周，第二螺钉均螺接在外套筒且穿过第一内套筒的让位通孔后顶接在第二内套筒的非球面外周；

所述的自准直仪光学偏心测量机构包括光管，以及连接在光管里面的光源和CCD相机；

所述光学对光轴调像机构的机床连接座装夹在车床的旋转主轴上，所述自准直仪光学偏心测量机构的光管固连在旋转座体上，光管对准光学对光轴调像机构的待测镜组。

优选的，所述安装座体的下方设置有活动座体，所述活动座体的下方设置有升降座体，所述升降座体的下方设置有工作台，工作台固定在车床机架上；其中，所述安装座体经Y轴方向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副与活动座体相连接，所述活动座体经X轴方向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副与升降座体相连接，所述升降座体经升降驱动组件与工作台相连接。

优选的，所述升降驱动组件包括竖直螺杆，所述竖直螺杆螺纹连接在工作台上，竖直螺杆顶端固连旋柄，竖直螺杆底端经轴承与转接板连接，转接板上竖直固连有导向杆，导向杆穿过工作台上的导向孔后顶端固连在升降座体上。

优选的，所述旋转座体与安装座体之间经球铰连接，球铰设置在旋转座体的旋转Z轴位置。

优选的，所述紧固件为锁紧螺钉，所述锁紧螺钉穿过旋转座体上开设的让位缺口后螺接在安装座体上，且安装座体与旋转座体之间的锁紧螺钉上套设有第一弹簧；所述旋转座体的上表面设置有旋转板体，所述旋转板体上开设有圆弧形导槽，所述圆弧形导槽的圆心位于旋转座体的旋转Z轴上，圆弧形导槽内部穿设有竖直导杆，竖直导杆底端固连在旋转座体上，竖直导杆顶端螺接有限位螺帽，所述旋转座体的上表面在旋转Z轴的两侧对称固连有微分头固定座，微分头固定座上均安装有微分头，微分头的头部均抵触在旋转板体的侧部，且该侧部与微分头固定座之间均连接有轴向水平的第二弹簧；所述旋转板体的上表面固连有光管固定座，光管固定座包括下基座与上箍体，下基座与上箍体之间经螺钉螺接紧固，下基座与上箍体之间拼装组成用以装夹光管的圆形孔道。

优选的，所述外套筒与机床连接座的外端部螺纹连接；所述外套筒的外端为第一内套筒的插入端，所述第一内套筒的外端为第二内套筒的插入端，所述第二内套筒的外端为待测镜组的工装插入端。

优选的，所述第二内套筒的内部同轴设置有工装的安装孔道，安装孔道上同轴固连有弹性夹套，弹性夹套包括夹套基体，夹套基体上圆周均布有若干片圆弧形的夹片，两相邻夹片之间均具有间隙，夹片的外端侧均具有外倒角且位于安装孔道外端的锁紧孔道上，锁紧孔道内径大于安装孔道内径并设置有内螺纹，内螺纹上螺接有一并紧螺母，并紧螺母的内端边缘挤压外倒角箍紧若干夹片的外端，用以将插入弹性夹套内部的工装的夹杆夹紧，工装的外端部为待测镜组的安装位置。

优选的，两相邻的第一螺钉与第二螺钉之间的夹角均为45°。

优选的，所述第一螺钉与第二螺钉在外套筒上的圆周轴向位置不同；所述第一螺钉均顶在第一内套筒远离球面端的外周部，所述第二螺钉均顶在第二内套筒远离球面端的外周部。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过调节光学对光轴位置，使待加工镜组与旋转轴同轴，通过对镜座的加工、检验、修正与测量等一系列工作，提高光学镜片与镜座的加工精度，提高生产效率，从而提供光学镜头组件的成像质量。

2、本实用新型的自准直仪光学偏心测量机构将检测的数据传送到计算机上处理，判断出反射像位置后，根据中心偏差调节光学对光轴使镜片光轴与车床旋转轴同轴，再控制卧式车床车刀车削镜座外圆与前后两个端面，使待加工镜组不存在中心偏，实现光学对光轴调节镜组光轴与旋转主轴同轴，车削镜座外圆与前后两端面，从而保证镜组结构尺寸。

3、自准直仪位置调节机构的调节方位多。三维移动平台能够在X轴、Y轴、Z轴方向进行位置调节，三维移动平台的最终执行端的安装座体上设置有绕Z轴进行水平旋转调节的旋转座体，旋转座体上固连有自准直仪的光管，且旋转座体上设置有用以限制或允许其水平旋转的紧固件，通过旋转座体带动光管绕Z轴进行水平旋转调节。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的构造示意图。

图2为自准直仪位置调节机构的构造示意图一。

图3为自准直仪位置调节机构的构造示意图二。

图4为自准直仪位置调节机构的局部构造示意图。

图5为光学对光轴调像机构的构造示意图一。

图6为光学对光轴调像机构的构造示意图二。

图7为图6的A-A剖视图。

图8为弹性夹套的构造示意图。

图9为光学对光轴调像机构的调节过程示意图一。

图10为光学对光轴调像机构的调节过程示意图二。

图11为光学对光轴调像机构的调节过程示意图三。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1~11所示，本实施例提供了一种高精度光学镜头加工装置，包括数控卧式车床1C以及车床上的光学对光轴调像机构2C、自准直仪光学偏心测量机构3C、自准直仪位置调节机构4C；

所述的自准直仪位置调节机构包括能够在X轴、Y轴、Z轴方向进行位置调节的三维移动平台1A，所述三维移动平台的最终执行端的安装座体2A上设置有绕Z轴进行水平旋转调节的旋转座体3A，且旋转座体上设置有用以限制或允许其水平旋转的紧固件；

所述的光学对光轴调像机构包括机床连接座1B，机床连接座的外端部同轴固连有外套筒2B，外套筒内部插设有第一内套筒3B，第一内套筒内部插设有第二内套筒4B，第二内套筒上安装有待测镜组5B的工装6B，其中：第二内套筒外端的外球面7B与第一内套筒外端的内球面8B接触，第一内套筒外端的外球面与外套筒外端的内球面接触，外套筒上圆周均布有若干个第一螺钉9B与第二螺钉10B，若干个第一螺钉与第二螺钉交错设置，第一螺钉均螺接在外套筒后顶接在第一内套筒的非球面外周，第二螺钉均螺接在外套筒且穿过第一内套筒的让位通孔11B后顶接在第二内套筒的非球面外周；

所述的自准直仪光学偏心测量机构包括光管4A，以及连接在光管里面的光源和CCD 相机；自准直仪光学偏心测量机构与计算机电性连接，并设有控制系统和数据采集分析处理系统。自准直仪及其控制、数据采集分析处理系统均属于现有技术，此处不再详细阐述。

所述光学对光轴调像机构的机床连接座装夹在车床的旋转主轴10C上，所述自准直仪光学偏心测量机构的光管固连在旋转座体上，光管对准光学对光轴调像机构的待测镜组。

在本实用新型实施例中，所述的数控卧式车床在自准直仪位置调节机构与光学对光轴调像机构之间还具有车刀机构5C与测头检测机构6C，车刀机构与测头检测机构能在X轴、Y轴运动调节位置，其上具有X轴导轨结构7C与Y轴导轨结构8C，在车床上属于现有技术。

在本实用新型实施例中，所述安装座体的下方设置有活动座体5A，所述活动座体的下方设置有升降座体6A，所述升降座体的下方设置有工作台7A，工作台固定在车床机架9C上；其中，所述安装座体经Y轴方向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副与活动座体相连接，所述活动座体经X轴方向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副与升降座体相连接，所述升降座体经升降驱动组件与工作台相连接。

在本实用新型实施例中，所述升降驱动组件包括竖直螺杆8A，所述竖直螺杆螺纹连接在工作台上，竖直螺杆顶端固连旋柄9A，竖直螺杆底端经轴承与转接板10A连接，转接板上竖直固连有导向杆11A，导向杆穿过工作台上的导向孔后顶端固连在升降座体上。

在本实用新型实施例中，所述旋转座体与安装座体之间经球铰连接，球铰设置在旋转座体的旋转Z轴位置。

在本实用新型实施例中，所述紧固件为锁紧螺钉12A，所述锁紧螺钉穿过旋转座体上开设的让位缺口13A后螺接在安装座体上，且安装座体与旋转座体之间的锁紧螺钉上套设有第一弹簧14A；所述旋转座体的上表面设置有旋转板体15A，所述旋转板体上开设有圆弧形导槽，所述圆弧形导槽的圆心位于旋转座体的旋转Z轴上，圆弧形导槽内部穿设有竖直导杆，竖直导杆底端固连在旋转座体上，竖直导杆顶端螺接有限位螺帽18A，所述旋转座体的上表面在旋转Z轴的两侧对称固连有微分头固定座19A，微分头固定座上均安装有微分头20A，微分头的头部均抵触在旋转板体的侧部，且该侧部与微分头固定座之间均连接有轴向水平的第二弹簧21A；所述旋转板体的上表面固连有光管固定座，光管固定座包括下基座22A与上箍体23A，下基座与上箍体之间经螺钉螺接紧固，下基座与上箍体之间拼装组成用以装夹光管的圆形孔道17A。所述自准直仪的光管与X轴相平行。

在本实用新型实施例中，所述外套筒与机床连接座的外端部螺纹连接；所述外套筒的外端为第一内套筒的插入端，所述第一内套筒的外端为第二内套筒的插入端，所述第二内套筒的外端为待测镜组的工装插入端。

在本实用新型实施例中，所述第二内套筒的内部同轴设置有工装的安装孔道12B，安装孔道上同轴固连有弹性夹套13B，弹性夹套包括夹套基体14B，夹套基体上圆周均布有若干片圆弧形的夹片15B，两相邻夹片之间均具有间隙16B，夹片的外端侧均具有外倒角17B且位于安装孔道外端的锁紧孔道18B上，锁紧孔道内径大于安装孔道内径并设置有内螺纹，内螺纹上螺接有一并紧螺母19B，并紧螺母的内端边缘挤压外倒角箍紧若干夹片的外端，用以将插入弹性夹套内部的工装的夹杆夹紧，工装的外端部为待测镜组的安装位置。

在本实用新型实施例中，两相邻的第一螺钉与第二螺钉之间的夹角均为45°。

在本实用新型实施例中，所述第一螺钉与第二螺钉在外套筒上的圆周轴向位置不同；所述第一螺钉均顶在第一内套筒远离球面端的外周部，所述第二螺钉均顶在第二内套筒远离球面端的外周部。

一种高精度光学镜头加工装置的工作方法，按以下步骤进行：

（1）开启自准直仪，当电子自准直仪发出的光束通过定焦物镜聚焦在曲率中心所在位置上时，光束在待测镜组样品表面A 面沿着法线方向入射并被反射，反射光十字靶标成像在CCD 平面上，经计算机处理在显示器显示十字靶标像，如果显示器上不能显示十字靶标像，则通过调节自准直仪位置调节机构，直至在显示器上显示十字靶标像；调节原理为：三维移动平台在X轴、Y轴、Z轴方向进行位置调节，旋转座体带动光管绕Z轴进行水平旋转调节，其中旋转调节分为粗调与微调，粗调通过松紧锁紧螺钉，旋转座体相对安装座体绕Z轴进行水平旋转调节；微调通过调整两侧的微分头，使旋转板体相对旋转座体绕Z轴进行水平旋转调节；

（2）然后旋转车床主轴测量样品表面A 面中心偏差，十字靶标像在CCD 平面上形成一个圆，通过计算机偏心计算出该样品表面A 面中心偏差值，若偏心值在设计值范围内，无需调节；若偏心值在设计值范围外，则通过调节光学对光轴调像机构，直到样品表面A 面偏心值在设计值范围内，调节原理为：通过分别调节若干个第一螺钉的顶接程度，改变第一内套筒相对于外套筒的歪斜姿态，然后在第一内套筒姿态基础上进一步分别调节若干个第二螺钉的顶接程度，改变第二内套筒相对于第一内套筒的歪斜姿态；若干个第一螺钉始终顶住第一内套筒进行轴向限位，若干个第二螺钉始终顶住第二内套筒进行轴向限位。在调节时，让位通孔实现避免与第二螺钉干涉，上述调节动作幅度均为微调即可；

（3）在完成样品表面A 面的调节后，改变自准直仪位置，令其发出的光束在样品表面B 面沿着法线方向入射并被反射，反射光十字靶标也成像在CCD 平面上，同A 面调节步骤，也调节B 面偏心值在设计值范围内，此时该镜片的光轴与车床旋转主轴同轴，最后数控卧式车床根据设计值车削镜组的镜座，包括外圆与前后端面，保证镜组镜座的结构尺寸，并改变镜座的机械轴心，实现镜头组件的镜片光学光轴与镜座外圆同轴。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种高精度光学镜头加工装置，其特征在于：包括数控卧式车床以及车床上的光学对光轴调像机构、自准直仪光学偏心测量机构、自准直仪位置调节机构；

所述的自准直仪位置调节机构包括能够在X轴、Y轴、Z轴方向进行位置调节的三维移动平台，所述三维移动平台的最终执行端的安装座体上设置有绕Z轴进行水平旋转调节的旋转座体，且旋转座体上设置有用以限制或允许其水平旋转的紧固件；

所述的光学对光轴调像机构包括机床连接座，机床连接座的外端部同轴固连有外套筒，外套筒内部插设有第一内套筒，第一内套筒内部插设有第二内套筒，第二内套筒上安装有待测镜组的工装，其中：第二内套筒外端的外球面与第一内套筒外端的内球面接触，第一内套筒外端的外球面与外套筒外端的内球面接触，外套筒上圆周均布有若干个第一螺钉与第二螺钉，若干个第一螺钉与第二螺钉交错设置，第一螺钉均螺接在外套筒后顶接在第一内套筒的非球面外周，第二螺钉均螺接在外套筒且穿过第一内套筒的让位通孔后顶接在第二内套筒的非球面外周；

所述的自准直仪光学偏心测量机构包括光管，以及连接在光管里面的光源和CCD 相机；

所述光学对光轴调像机构的机床连接座装夹在车床的旋转主轴上，所述自准直仪光学偏心测量机构的光管固连在旋转座体上，光管对准光学对光轴调像机构的待测镜组。

2.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述安装座体的下方设置有活动座体，所述活动座体的下方设置有升降座体，所述升降座体的下方设置有工作台，工作台固定在车床机架上；其中，所述安装座体经Y轴方向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副与活动座体相连接，所述活动座体经X轴方向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副与升降座体相连接，所述升降座体经升降驱动组件与工作台相连接。

3.根据权利要求2所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述升降驱动组件包括竖直螺杆，所述竖直螺杆螺纹连接在工作台上，竖直螺杆顶端固连旋柄，竖直螺杆底端经轴承与转接板连接，转接板上竖直固连有导向杆，导向杆穿过工作台上的导向孔后顶端固连在升降座体上。

4.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述旋转座体与安装座体之间经球铰连接，球铰设置在旋转座体的旋转Z轴位置。

5.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述紧固件为锁紧螺钉，所述锁紧螺钉穿过旋转座体上开设的让位缺口后螺接在安装座体上，且安装座体与旋转座体之间的锁紧螺钉上套设有第一弹簧；所述旋转座体的上表面设置有旋转板体，所述旋转板体上开设有圆弧形导槽，所述圆弧形导槽的圆心位于旋转座体的旋转Z轴上，圆弧形导槽内部穿设有竖直导杆，竖直导杆底端固连在旋转座体上，竖直导杆顶端螺接有限位螺帽，所述旋转座体的上表面在旋转Z轴的两侧对称固连有微分头固定座，微分头固定座上均安装有微分头，微分头的头部均抵触在旋转板体的侧部，且该侧部与微分头固定座之间均连接有轴向水平的第二弹簧；所述旋转板体的上表面固连有光管固定座，光管固定座包括下基座与上箍体，下基座与上箍体之间经螺钉螺接紧固，下基座与上箍体之间拼装组成用以装夹光管的圆形孔道。

6.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述外套筒与机床连接座的外端部螺纹连接；所述外套筒的外端为第一内套筒的插入端，所述第一内套筒的外端为第二内套筒的插入端，所述第二内套筒的外端为待测镜组的工装插入端。

7.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述第二内套筒的内部同轴设置有工装的安装孔道，安装孔道上同轴固连有弹性夹套，弹性夹套包括夹套基体，夹套基体上圆周均布有若干片圆弧形的夹片，两相邻夹片之间均具有间隙，夹片的外端侧均具有外倒角且位于安装孔道外端的锁紧孔道上，锁紧孔道内径大于安装孔道内径并设置有内螺纹，内螺纹上螺接有一并紧螺母，并紧螺母的内端边缘挤压外倒角箍紧若干夹片的外端，用以将插入弹性夹套内部的工装的夹杆夹紧，工装的外端部为待测镜组的安装位置。

8.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：两相邻的第一螺钉与第二螺钉之间的夹角均为45°。

9.根据权利要求1所述的高精度光学镜头加工装置，其特征在于：所述第一螺钉与第二螺钉在外套筒上的圆周轴向位置不同；所述第一螺钉均顶在第一内套筒远离球面端的外周部，所述第二螺钉均顶在第二内套筒远离球面端的外周部。

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