CN115816391B - 一种应用于透镜的精准定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于透镜的精准定位装置及定位方法，定位装置包括底座以及设置于底座上的支撑架，支撑架中心位置设有透镜调整组件，其一侧还安装有自动升降调校组件，自动升降调校组件上滑动连接有自准直显微镜，自准直显微镜的光轴为调校基准；支撑架上安装有四维移动台，四维移动台上安装承座，承座上设有用于支撑镜座弹性定位夹具；透镜调整组件包括设于支撑架下方的六足移动台，六足移动台上安装有真空吸，真空吸外侧设有接头，接头位于镜座的下方，其上端与透镜的弧面相契合；还包括用于镜座定位的标准玻璃板，标准玻璃板与镜座底部外圆尺寸一致。本发明通过承座对镜座的自动定位，使用六足移动台改变透镜在镜座上的位置。

Description

一种应用于透镜的精准定位装置及定位方法

技术领域

本发明属于透镜安装技术领域，尤其是涉及一种应用于透镜的精准定位装置及定位方法。

背景技术

目前，镜头光学系统装配过程通常按光学设计要求严格控制各透镜的中心误差及其透镜间的空气间隔，才能装出具有优秀成像质量的产品。为此，镜头结构设计时，常采用先将各透镜装入各自镜座部件内，再按顺序将各透镜部件装入镜筒内。确保透镜在镜座内精确定位有两种工艺，即对中车边和主动装调。前者是先将透镜胶在镜座的坯料内，在对中机床上调整透镜光轴与机床主轴共轴，再车削镜座外圆和端面；后者是先将镜座车成，然后放入透镜注胶、对中、固化。

现有技术中虽然具有智能化精度高的定中车床，但设备价格昂贵；采用主动装调方式会因镜座形位公差难以保证，对中时需反复数次，上述工艺在效率上都不能适应大批量。

发明内容

发明目的：本发明的目的旨在提供一种安装精准度高、安装进度快的应用于透镜的精准定位装置及定位方法。

技术方案：本发明所述的应用于透镜的精准定位装置，包括底座以及设置于底座上的支撑架，支撑架中心位置设有透镜调整组件，其一侧还安装有自动升降调校组件，自动升降调校组件上滑动连接有自准直显微镜，自准直显微镜的光轴为调校基准；支撑架上安装有四维移动台，四维移动台上安装承座，承座上设有用于支撑镜座弹性定位夹具；透镜调整组件包括设于支撑架下方的六足移动台，六足移动台上安装有真空吸，真空吸外侧设有接头，接头位于镜座的下方，其上端与透镜的弧面相契合；还包括用于镜座定位的标准玻璃板，标准玻璃板与镜座底部外圆尺寸一致。

其中，所述弹性定位夹具包括三组水平支板、两组圆柱支板和一组压力支板；三种类型的支板间隔设置在承座的内侧壁上，支板的端部设有滚珠，水平支板通过滚珠的上端点与镜座的底面接触，圆柱支板和压力支板通过滚珠的侧端点与镜座的侧面接触。

其中，所述压力支板内设有弹性件，弹性件的活动端连接滚珠。

其中，所述标准玻璃板与镜座外圆直径一致，均为：标准玻璃板的厚度为5mm，平行度小于5″。

其中，所述标准玻璃板一面镀反射膜，中央刻透光十字线；十字线的中心与标准玻璃板外圆轴线的同轴度小于0.002mm。

其中，包括以下步骤：

步骤1，输入透镜的光学参数，得到透镜Z轴的7点坐标；

步骤2，制作标准玻璃板，使用弹性定位夹具固定标准玻璃板，标准玻璃板带十字线的一面朝下；使用自准直显微镜对承座的轴线进行调整；

步骤3，将已涂好UV胶并已装入透镜的镜座装入承座中，此时镜座在承座内已自动定中定位，即镜座基准中点已在Z ₀位置；

步骤4，使用真空吸吸住透镜，六足移动台对透镜进行光轴调校；

步骤5，使用紫外灯照射UV胶，将透镜与镜座快速固化连接。

其中，步骤2中，所述承座的轴线调整具体包括以下步骤：

步骤2.1，使用自准直显微镜发射平行光，经标准玻璃板下表面反射回十字线，使用四维移动台调整承座改变标准玻璃板的倾斜度，使反射回的十字线居中，并与视场空十字重合；

步骤2.2，再次使用自准直显微镜发射会聚光，聚焦到透光十字线上并返回，使用四维移动台调整承座改变标准玻璃板的平移度，使反射回的十字线居中，并与视场空十字重合；

步骤2.3，当十字线清晰时，即自准直显微镜的焦点落在标准玻璃板背面的中心，根据标准玻璃板的参数计算得到标准玻璃板的基准原点Z^′ _a；

步骤2.4，通过升降自准直显微镜发射会聚光找最佳像面对十字线进行自动调焦，并将Z轴数据设置为Z^′ _a，相当于将镜座的基准中点归到Z轴坐标Z ₀点设为零点，取走标准玻璃板。

其中，步骤4中，所述对透镜的光轴调校具体包括以下步骤：

步骤4.1，将自准直显微镜光轴移至透镜R_1心对应的坐标点，上下移动六足移动台使R_1心处十字像清晰；水平移动六足移动台使十字像居中；

步骤4.2，将自准直显微镜光轴移至透镜R_2心′对应的坐标点，上下平移六足移动台使R_2心′处十字像清晰，以R_1心为圆心，以R_1心至R_2心′的距离为半径的球体表面轨迹上将R_2心′处的十字像回转居中；

步骤4.3，将自准直显微镜光轴移至透镜R_2表′对应的坐标点，上下平移六足移动台使R_2表′处十字像清晰。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著的进步：本发明通过标准玻璃板对承座进行调校，当镜座放入到承座内自动完成了定位，使用六足移动台配合真空吸精准调校透镜在镜座上的位置，整个装置在保证安装精度的前提下，提高了整体的生产效率，通常的加工工艺中，前几道工序如透镜定中磨边精度及镜座内腔尺寸公差可放宽很多，从而降底成本；使用本定位装置及定位方法，定中精度即球心偏<0.005mm，空气间隔即下球面顶点至镜座B面距离误差<0.005mm，批量产品3min/件，能够应对高精度安装透镜镜座的批量生产。

附图说明

图1为本发明的定位装置的剖视图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为本发明的基准轴标注图；，

图4为本发明透镜和镜座安装后的示意图；

图5为本发明镜座定位机构的结构示意图；

图6为本发明标准玻璃板的结构示意图；

图7为本发明透镜的7点坐标；

图8为本发明透镜的光轴调校示意图。

具体实施方式

如图1～8所示，本发明应用于透镜的精准定位装置，包括底座12以及设置于底座12上的支撑架10，支撑架10中心位置设有透镜调整组件11，其一侧还安装有自动升降调校组件9，自动升降调校组件9上滑动连接有自准直显微镜8，自准直显微镜的光轴为本装置的调校基准；支撑架10上安装有四维移动台4，四维移动台4上安装承座3，承座3上设有用于支撑镜座2弹性定位夹具13；透镜调整组件11包括设于支撑架10下方的六足移动台7，六足移动台7上安装有真空吸6，及其接头5，接头5位于镜座2的中下方，其上端与透镜1的弧面相契合；还包括用于初步定位的标准玻璃板14，标准玻璃板14与镜座2的底部外圆具有相同的参数。弹性定位夹具13包括三组水平支板131、两组圆柱支板132和一组压力支板133；三种支板间隔设置在承座3的内侧壁上，支板的端部设有滚珠，水平支板131通过滚珠的上端点与镜座2的底面接触，圆柱支板132和压力支板133通过滚珠的侧端点与镜座2的侧面接触。压力支板133内设有弹性件134，弹性件134的活动端连接滚珠。标准玻璃板14直径与镜座2外圆直径一致，均为：厚度为：5mm，平面度小于5″。标准玻璃板14一面镀反射膜，中央刻透光十字线；十字线的中心与标准玻璃板14外圆轴线的同轴度小于0.002mm。此外，在本发明中，透镜1和镜座2采用如附图3所示的中心偏公差。其中，自准直显微镜8、自动升降调校组件9、四维移动台4以及六足移动台7均为现有的技术，均以使用公开的方式成为现有技术；在本发明中底座12的一侧设有自动升降调校组件9，自动升降调校组件9的活动端连接自准直显微镜8；底座12上安装有支撑架10，支撑架10上设有四维移动台4，四维移动台4用于调整承座3的位置；六足移动台7设置于支撑架10内，其活动端穿过支撑架10以及四维移动台4，六足移动台7活动端安装有真空吸6以及接头5用于调整透镜1的位置。

使用上述精准定位装置的定位方法，以附图4中透镜1和镜座2的安装标准为例，包括以下步骤：

确定Z轴坐标：输入透镜1的光学参数：曲率半径R1，R2，材料折射率n，中心厚度d，下球面顶点至B面尺寸，通过软件计算得到Z轴7点坐标：

Z轴坐标说明	7点坐标代号	数据
			上球面球心	R1心	18.923
下球面顶点像	R2表′	13.282
			下球面球心像	R2心′	13.165
上球面顶点	R1表	12.880
			下球面球心	R2心	12.393
下球面顶点	R2表	2.300
			镜座AB基准原点	Z0	0.000

承座3轴线的调整：制作一标准平行平板玻璃14。承座3为五点定位弹性夹具13，共有6个支板，将标准玻璃板14或镜座2固定；将标准玻璃板14置于承座3中，刻划面朝下，使自准直仪发射平行光，经玻璃板下表面反射回十字像，用四维移动台4的两倾斜调整居中，与视场空十字重合。再使自准直显微镜8发射会聚光，聚焦到透光十字线上并返回，用4维工作台的两平移调整居中，与视场空十字重合。用标准玻璃板14的n，d计算得到Z^′ _a的数据，当十字像清晰时，即自准直显微镜焦点落在B面中央。通过升降自准直显微镜会聚光找最佳像面对十字线进行自动调焦，并将Z轴数据置为Z^′ _a，相当于将镜座2的AB基准中点归到Z轴坐标Z₀点设为零点，取走标准玻璃板14。

镜座2自动定中定位：将已涂好UV胶并已装入透镜1的镜座2装入承座3中，此时镜座2在支承3内已自动定中定位，即镜座2的AB基准中点已在Z₀位置，透镜1通过接头5由真空吸6固定在六足移动台7的上表面。

透镜1光轴调校：将自准直显微镜8光轴移至R_1心(18.923)，上下平移六足移动台7使R_1心十字像清晰；水平面两维平移六足移动台7，使十字线居中。将自准直显微镜8光轴移至R_2心′，上下平移六足移动台7使R_2心′十字像清晰；在以R_1心为圆心，以R_1心至R_2心′的距离为半径的球体表面轨迹上将R_2心′的十字像回转居中；将自准直显微镜8光轴移至R_2表′，上下平移六足移动台7使十字像清晰；紫外灯照射UV胶，将透镜1与镜座2快速固化。本发明中，定中精度即球心偏<0.005mm，空气间隔即下球面顶点至镜座B面距离误差<0.005mm，批量产品效率可达到3min/件，能够应用于高精度透镜和镜座安装的快速批量生产。

Claims (6)

1.一种应用于透镜的精准定位装置，其特征在于：包括底座(12)以及设置于底座(12)上的支撑架(10)，支撑架(10)中心位置设有透镜调整组件(11)，其一侧还安装有自动升降调校组件(9)，自动升降调校组件(9)上滑动连接有自准直显微镜(8)，自准直显微镜(8)的光轴为调校基准；支撑架(10)上安装有四维移动台(4)，四维移动台(4)上安装承座(3)，承座(3)上设有用于支撑镜座(2)弹性定位夹具(13)；透镜调整组件(11)包括设于支撑架(10)下方的六足移动台(7)，六足移动台(7)上安装有真空吸(6)，真空吸(6)外侧设有接头(5)，接头(5)位于镜座(2)的下方，其上端与透镜(1)的弧面相契合；还包括用于镜座定位的标准玻璃板(14)，标准玻璃板(14)与镜座(2)底部外圆尺寸一致；

所述弹性定位夹具(13)包括三组水平支板(131)、两组圆柱支板(132)和一组压力支板(133)；三种类型的支板间隔设置在承座(3)的内侧壁上，支板的端部设有滚珠，水平支板(131)通过滚珠的上端点与镜座(2)的底面接触，圆柱支板(132)和压力支板(133)通过滚珠的侧端点与镜座(2)的侧面接触；

所述压力支板(133)内设有弹性件(134)，弹性件(134)的活动端连接滚珠。

2.根据权利要求1所述的一种应用于透镜的精准定位装置，其特征在于，所述标准玻璃板(14)与镜座外圆直径一致，均为：标准玻璃板(14)的厚度为5mm，平行度小于5″。

3.根据权利要求2所述的一种应用于透镜的精准定位装置，其特征在于，所述标准玻璃板(14)一面镀反射膜，中央刻透光十字线；十字线的中心与标准玻璃板(14)外圆轴线的同轴度小于0.002mm。

4.一种权利要求1所述的应用于透镜的精准定位装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，输入透镜(1)的光学参数，得到透镜(1)Z轴的7点坐标；

步骤2，制作标准玻璃板(14)，使用弹性定位夹具(13)固定标准玻璃板(14)，标准玻璃板(14)带十字线的一面朝下；使用自准直显微镜(8)对承座(3)的轴线进行调整；

步骤3，将已涂好UV胶并已装入透镜(1)的镜座(2)装入承座(3)中，此时镜座(2)在承座(3)内已自动定中定位，即镜座(2)基准中点已在Z ₀位置；

步骤4，使用真空吸(6)吸住透镜(1)，六足移动台(7)对透镜(1)进行光轴调校；

步骤5，使用紫外灯照射UV胶，将透镜(1)与镜座(2)快速固化连接。

5.根据权利要求4所述的应用于透镜的精准定位装置的定位方法，其特征在于：步骤2中，所述承座(3)的轴线调整具体包括以下步骤：

步骤2.1，使用自准直显微镜(8)发射平行光，经标准玻璃板(14)下表面反射回十字线，使用四维移动台(4)调整承座(3)改变标准玻璃板(14)的倾斜度，使反射回的十字线居中，并与视场空十字重合；

步骤2.2，再次使用自准直显微镜(8)发射会聚光，聚焦到透光十字线上并返回，使用四维移动台(4)调整承座(3)改变标准玻璃板(14)的平移度，使反射回的十字线居中，并与视场空十字重合；

步骤2.3，当十字线清晰时，即自准直显微镜(8)的焦点落在标准玻璃板(14)背面的中心，根据标准玻璃板(14)的参数计算得到标准玻璃板(14)的基准原点Z^′ _a；

步骤2.4，通过升降自准直显微镜(8)发射会聚光找最佳像面对十字线进行自动调焦，并将Z轴数据设置为Z^′ _a，相当于将镜座(2)的基准中点归到Z轴坐标Z ₀点设为零点，取走标准玻璃板(14)。

6.根据权利要求4所述的应用于透镜的精准定位装置的定位方法，其特征在于：步骤4中，所述对透镜(1)的光轴调校具体包括以下步骤：

步骤4.1，将自准直显微镜(8)光轴移至透镜(1)R_1心对应的坐标点，上下移动六足移动台(7)使R_1心处十字像清晰；水平移动六足移动台(7)使十字像居中；

步骤4.2，将自准直显微镜(8)光轴移至透镜(1)R_2心′对应的坐标点，上下平移六足移动台(7)使R_2心′处十字像清晰，以R_1心为圆心，以R_1心至R_2心′的距离为半径的球体表面轨迹上将R_2心′处的十字像回转居中；

步骤4.3，将自准直显微镜(8)光轴移至透镜(1)R_2表′对应的坐标点，上下平移六足移动台(7)使R_2表′处十字像清晰。