TWI553290B - 用於透明零件計量之運動性固定件 - Google Patents

Description

用於透明零件計量之運動性固定件 【交叉參考】

本申請案主張於2011年8月12日所申請的美國申請案案號13/208,798之優先權的權利，該申請案整體內容在此處被依賴且全部併入作為參考。

本發明係大體而言係關於在光學計量應用中用於固定之光學裝置，且更特定言之係關於用於支撐各種形狀及彎曲之薄的透明表面之運動性固定裝置。

用於固定且量測具有實質上平坦或平面的表面之光學部件之技術係對在光學計量領域中之技藝人士為已知的。然而，許多用於計量平坦部件之相同固定技術不適合用於緊固且量測具有非平面表面的較薄零件。舉例而言，例如彼等設計用於手持電子設備及其他裝置中的薄的玻璃零件通常被模製或者塑型以具有非平面、三維的形狀，此形狀比平坦形狀更適合於設備的外形。取決於具體的應用，此等零件的容限度可為高要求的。適當地放置彎曲的零件在固定件中用於光學測試及量測，而不造成某些過度拘束的量測可為困難的，其中過度拘束的量測可能扭曲所量測的零件，且因此過度拘束的量測可 危及所作成的任何量測或可能甚至潛在地損害部件。

固定部件的問題可與自動測試系統的使用複合。在用於量測的固定件之中適當定位彎曲的零件之誤差，或在平移固定件本身期間零件的不經意移動，可具有小的容限度。再者，傳統固定件係以不透明的金屬或其他硬的材料形成，而對計量系統限制光源的選項。

重複性放置而使得被量測的零件安裝在固定件之中僅一個位置中係特別適用於提供零件計量的平順、有效的工作流程。對定位薄的、非平面部件達到重複性可為特別具挑戰性，特別當對定位誤差具有最小的容限度時。

在計量的零件固定中，通常必須限制零件的移動，避免沿著任何的正交x、y及z軸平移，以及避免圍繞任何軸旋轉(θ x或「俯仰」、θ y或「翻滾」、θ z或「偏擺」)。傳統夾具或真空把持技術可將零件把持在適當位置中，但傳統夾具或真空把持技術具有過度拘束的特性，且在某種程度上呈現扭曲量測的零件之風險，導致非精確的量測。固定中過度拘束的問題可進一步與熱條件複合。

因此，可見得需要用於改良光學部件固定的方法及裝置，特別是對於展現某種程度的彎曲之零件而言。

本發明之目標為增進用於光學部件計量之固定的領域。在此目標之下，本發明提供一種用於定位光學部件 的固定裝置，此裝置包含：一透明底座；一調整板，該調整板係以透明材料形成，且該調 整板係運動性地耦接至該底座；複數個支撐柱，該等支撐柱從該調整板延伸，用於安裝該光學部件；及複數個對準元件，該等對準元件從該透明底座延伸，用於對準安裝在該等支撐柱上的該光學部件之一或更多邊緣。

本發明的特徵係使用運動性設計以幫助機械性地將支撐光學部件的結構與固定件的緊固底座隔離。

本發明的優點係支持使用運動性拘束技術，來定位具有彎曲的輪廓之薄的光學部件的能力。

本發明的另一優點係在零件放置中重複性的能力，提供盡可能少的六個接觸點，三個接觸點用於支撐彎曲的表面且三個接觸點用於記錄零件的邊緣。本發明的裝置亦具有用於計量透明零件的具體優點，允許光透過固定件本身引導至零件。

所揭示的發明的其他所欲目標、特徵及優點對本領域中技藝人士而言可浮現或成為顯而易見的。本發明係藉由隨附的申請專利範圍界定。

此處所圖示且敘述的圖式係提供為了圖示操作的關鍵原理，及根據各種實施例製造光學裝置，且此等數個圖式並非意圖繪製圖示實際尺寸或規模。可能必須作成某些誇大，以便強調基本結構關係或操作原理。舉例而言，某些共面結構可能在觀看時顯示為彼此些微地偏移，其中此等結構係重疊的。

當在本揭示案中使用時，「第一」、「第二」、「第三」及以此類推之詞彙並非必須標示任何順序或優先關係，但該等詞彙係用於更清楚地將一個元件或時間間隔與另一者區分。此處之教示並無固定的「第一」或「第二」元件；此等描述符僅僅用於在本揭示案之上下文中清楚地將一個元件與另一個類似元件區分，例如以類似零件所參考的順序編排。

在本揭示案的上下文中，「透明」一詞意味著至少從大約400 nm至大約750 nm的範圍中對可見光可透射，較佳地為包括紫外光(UV)或紅外光(IR)頻譜之額外部分的更廣的範圍。「透射」意味著對範圍中至少大約70%的入射光展現穿透性；更佳地，穿透超過90%的入射光。

在本揭示案的上下文中，「運動性耦接」一詞係關於用於一或更多部件的耦接方法之類型。傳統的機械耦接方法可交替地用於裝置組件。在本揭示案的上下文中，「單點接觸」一詞對機械領域中之技藝人士而言，具有該詞 傳統的定義而將為清楚的。

在本揭示案的上下文中，彎曲的表面考慮為具有小於大約10公尺的曲率半徑之表面。平面表面具有超越大約10公尺的半徑。本發明的實施例提供用於固定具有平面或彎曲的表面之光學部件的裝置及方法，舉例而言，彎曲的平面包括具有恰巧在100 cm之中的曲率半徑之彎曲的平面。

本發明的實施例之裝置及方法幫助提供用於光學部件的固定，該等光學部件可具有各種可能的形狀及曲線。藉由實例的方式，第1圖的透視圖圖示透明光學部件10，根據本發明的實施例表現為薄的、些微彎曲的玻璃板，安裝於固定裝置20之中。固定裝置20具有透明的底座22，且該底座22之特徵係用於例如使用緊固螺栓24，而緊固在光學計量系統(未圖示)之中。同樣以透明材料形成的調整板30係運動性地耦接至底座22，提供安裝光學部件10的支撐柱32a、32b及32c。對準元件26a、26b及26c從透明底座22延伸，以在光學部件10安裝於固定裝置20之後，對準光學部件10的邊緣12a及12b。

如第1圖的透視圖可見，耦接至底座22且從底座22所支撐的部件對六個自由度(DOF)之各者呈現拘束的圖樣，如第1圖的正交軸所圖示。由於此拘束的圖樣，光學部件10可精確地且重複地定位在固定裝置20中，且光學部件10可維持於此適當的位置而無須夾具或真 空或其他過度拘束的設備或力量。

第1圖的透視圖及第2圖的剖面視圖圖示運動性緊固的細節，該運動性緊固係提供用於調整板30，且該運動性緊固允許板30傾斜至適當的角度用於待量測的光學部件10之外形。調整板30在所圖示的實施例中係大約為三角形，但調整板30可具有任何其他適合的形狀。三個可調整支撐元件34a、34b、34c係提供用於獲得所需的角度用於調整板30。因為空間中三點界定一平面，所以各個支撐元件34a、34b及34c的高度界定平面的相對應傾斜度，該平面係平行於調整板30的表面。

三個邊緣對準元件26a、26b及26c之各者沿著光學部件10的相對應邊緣提供單點接觸。

如第2圖更清楚地圖示，在肩部螺釘42上，諸如壓縮彈簧40的負載元件提供負載力量L迫使調整板30的下部表面38於可調整支撐元件34a、34b及34c之各者中抵靠架子36(元件34c在第2圖中圖示為剖面)。來自彈簧40或其他類型的負載元件之負載力量L經選定足以提供負載力量至可調整支撐元件34a、34b及34c，而不對調整板30造成可察覺的扭曲。

如第1圖至第4圖所圖示，可調整支撐元件34a、34b及34c之各者以圓頭的桿終結，該圓頭的桿形成球狀端點44。各個球狀端點44安裝於v形溝槽或v溝槽48作為運動性耦接。與本發明的實施例一致，當各個v溝槽48之底部的交叉線延伸時，可選地於肩部螺釘42的中 央軸處或接近肩部螺釘42的中央軸處交叉。

支撐柱32a、32b及32c針對待量測的光學部件10之表面提供三點接觸。與本發明的一個實施例一致，支撐柱32a、32b及32c具有相同的長度，但在替代實施例中支撐柱32a、32b及32c可具有不同的長度。於各個可調整支撐元件34a、34b及34c處，提供致動器46用於形成相對應高度的調整。致動器46可為微米類型的致動器，允許回應於調整裝配的精細軸向動作，或致動器46可為作成垂直調整的任何其他適合類型的致動器。

如第3及5圖中最清楚地圖示，邊緣對準元件26a、26b及26c之各者提供單點接觸，而毫不含糊地幫助重複地定位光學部件10。此外，與支撐柱32a、32b及32c相結合，對準元件26a、26b及26c在測試固定件之中處置或運送期間，幫助防止光學部件10的平移或移動。為了接近理想的點接觸而最小化寄生拘束力量，對準元件26a、26b及26c的側邊對準水平剖面，而具有特徵以提供在非常小的面積上抵靠邊緣12a及12b的接觸。如第3及5圖中所圖示，對準元件26a、26b及26c之各者進一步具有與光學標靶50之特徵，該光學標靶50係用以作為光學計量裝置的定位參考。

固定裝置20具有數個特徵來幫助用於固定具有彎曲的表面之光學部件。如第3圖中的對準元件26a的剖面所圖示，光學定位銷(optional dowel pin)52及螺栓54係用以將邊緣對準元件更堅固地拴鎖至相對於底座22 的位置中。

有益地，固定裝置20利用重力以支撐光學部件10。一或更多支撐柱32a、32b及32c的頂部表面56可為圓頭的、平坦的、粗糙的、經塗層的、波浪狀的，或者經處理，以便在與光學部件10的支撐表面的接觸介面處提供所欲的摩擦量。

對調整板30的調整使得諸如尖翹、傾斜及升高的裝配能夠設定，使得此等裝配適合用於待量測的零件之形狀。一旦對具體零件調整，則固定裝置20可用以重複地提供精確定位。與光學量測儀器(未圖示)一起使用的干涉雷射可用以檢測支撐柱32a、32b及32c之各者的垂直位置，且可用以幫助決定是否裝配相對於軸為對齊或傾斜的。

在量測程序期間，透明的底座22及調整板30使得光能夠從下方引導向光學部件10。舉例而言，此舉對量測零件的整體形狀而言，或對量測光學部件10的半透明度或其他特性而言，可具優點。各種類型的塗層可交替應用至底座22及調整板30的表面，例如抗反射(AR)塗層。

固定裝置20可以任何數量的類型之適合的材料形成。底座22及調整板30可為玻璃，例如機械可用玻璃，或聚碳酸酯，或具有必須的透明特性之其他適合的天然或人造材料。在調整板30上使用非常小的表面接觸面積幫助進一步從底座22隔離板30，其中熱量可為變因。

在第2圖中標示為L的負載力量可如所圖示地藉由彈簧40提供，或該負載力量可使用繞曲或某些其他負載元件或力量提供。

已經具體參照某些較佳實施例而詳細說明本發明，但應瞭解可在上述本發明的範疇之中產生改變及修改，且如隨附申請專利範圍中所示，可由本領域中技藝人士瞭解而非悖離本發明的範疇。本發明係藉由申請專利範圍界定。

因此，所提供的係為用於定位光學部件的固定裝置。

10‧‧‧透明光學部件

12a,12b‧‧‧邊緣

20‧‧‧固定裝置

22‧‧‧底座

24‧‧‧緊固螺栓

26a,26b,26c‧‧‧對準元件

30‧‧‧調整板

32a,32b,32c‧‧‧支撐柱

34a,34b,34c‧‧‧可調整支撐元件

36‧‧‧架子

38‧‧‧下部表面

40‧‧‧彈簧

42‧‧‧肩部螺釘

44‧‧‧球狀端點

46‧‧‧致動器

48‧‧‧v溝槽

50‧‧‧光學標靶

52‧‧‧光學定位銷

54‧‧‧螺栓

56‧‧‧頂部表面

第1圖係根據本發明的實施例之固定裝置之透視圖。

第2圖係以固定裝置為中心的剖面視圖。

第3圖係從不同的角度以固定裝置為中心的剖面視圖。

第4圖係從固定裝置的底部之透視圖。

第5圖係固定裝置的頂部視圖，不具有緊固的光學部件。

10‧‧‧透明光學部件

12a,12b‧‧‧邊緣

20‧‧‧固定裝置

22‧‧‧底座

24‧‧‧緊固螺栓

26a,26b,26c‧‧‧對準元件

30‧‧‧調整板

32a,32b,32c‧‧‧支撐柱

34a,34b,34c‧‧‧可調整支撐元件

Claims (9)

1. 一種用於定位一光學部件之固定裝置，該裝置包含：一透明底座，該透明底座具有相對的頂部與底部表面；一調整板，該調整板具有相對的頂部與底部表面，該調整板係以一透明材料形成，且該調整板係運動性地耦接至該底座，使得該調整板的該底部表面面向該底座的該頂部表面；複數個支撐柱，該等支撐柱從該調整板的該頂部表面延伸，用於安裝該光學部件；複數個對準元件，該等對準元件從該透明底座延伸，用於對準安裝在該等支撐柱上的該光學部件之一或更多邊緣；及一彈簧，該彈簧引導一負載力量抵靠該調整板。
2. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該調整板係使用從該底座延伸的第一、第二及第三可調整支撐元件而運動性地耦接至該底座。
3. 如請求項第2項所述之固定裝置，其中該等可調整支撐元件之至少一者具有一致動器。
4. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該調整板係藉 由從該底座延伸的複數個可調整支撐元件而耦接至該底座，且其中該複數個可調整支撐元件之各者以一圓頭特徵終結，該圓頭特徵安裝抵靠在該透明底座中所形成的一相對應v溝槽。
5. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該調整板係以一聚碳酸酯塑膠材料形成。
6. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該調整板及該底座之至少一者係為玻璃。
7. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該複數個支撐柱提供三點接觸用於安裝該光學部件。
8. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該複數個支撐柱具有至少兩個不同的長度。
9. 如請求項第1項所述之固定裝置，其中該底座之一或更多表面具有一抗反射塗層。