[發明專利]一種大口徑光學元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置與方法

有效

• 申請號: 201710963796.4
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107571273B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 王輝;龍凱;易聰之;裴國慶;熊召;袁曉東
• 申請（專利權）人: 清華大學;中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/06;B25J13/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種大口徑光學元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置與方法，裝置由可重構的末端執行器、操控機械臂、計算機控制單元、任務管理軟件及工藝數據庫系統、掃碼識別器以及電氣輔助支持系統等組成。其中末端執行器裝置采用了真空吸附方式，包括法蘭聯接盤、中央主軸單元、支撐桿系、移動滑塊單元、吸盤陣列單元、視頻跟蹤系統等。進行精密光學元件的抓取與裝配操作時，掃碼識別出零件號，自動檢索出元件的適用工藝并按照指令流程調整末端執行器的構型，操控末端執行器實現對光學元件的精準抓取與穩定吸附，移動機械臂將元件放置到指定工位，完成裝配操作后機械臂攜帶末端執行器歸復原位。本發明可滿足大口徑光學元件精密潔凈自動化裝配的工程需求。

技術領域

本發明屬于光學元件精密潔凈裝配技術領域，特別涉及一種大口徑光學元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置與方法。

背景技術

在各類大型復雜光學系統中，如高能固體激光系統、巨型望遠鏡或者空間觀測裝置等，常常包括了成百上千的各類大口徑光學元件，這些光學元件的高效潔凈精密裝配是實現光學系統性能指標的必要條件。考慮到這些大型復雜光學系統極其苛刻的技術條件，通常要求在高等級潔凈工作環境下對這些大口徑光學元件進行精密超精密的裝配，并保證元件表面極高的潔凈度要求。

傳統方式下，大口徑光學元件在裝配過程中常常通過人工操作進行抓取、搬運及裝配操作，除了工作效率低、勞動強度大會影響裝配精度一致性之外，元件表面的潔凈度也難以保證，這對于復雜精密光學系統的性能指標實現有顯著的負面影響。因此，發展大口徑光學元件的精密潔凈自動化裝配技術，是當代復雜光機系統制造領域的一項重要命題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種大口徑光學元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置與方法，以滿足潔凈工作環境下大口徑光學元件精密潔凈裝配度、自動化操控的技術需求，并適應多種口徑的光學元件快速高效抓取的目標。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種大口徑光學元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置，包括：

可重構的末端執行器，采用真空吸附方式；

操控機械臂，搭載所述末端執行器；

掃碼識別器，讀取光學元件規格；

工藝數據庫系統；

電氣輔助支持系統；

計算機控制單元，從工藝數據庫系統進行數據檢索，并操控所述末端執行器、操控機械臂、掃碼識別器以及電氣輔助支持系統。

所述末端執行器包括中央主軸單元，中央主軸單元頂部設置用于連接操控機械臂的法蘭聯接盤，由操控機械臂攜帶末端執行器完成對大口徑光學元件的抓取、移動和裝配操作。中央主軸單元通過支撐桿系連接組成吸盤陣列單元的若干能夠獨立運動的單元體，各單元體通過支撐桿系實現沿中央主軸單元的軸向運動。

所述中央主軸單元包括空心主軸，空心主軸上自上而下設置有上固定環、可移動環及下固定環，空心主軸中內置有一個單自由度伺服氣缸系統，與可移動環固聯裝配，按照輸入位移指令控制可移動環沿空心主軸的軸線方向上下移動；所述支撐桿系由三組桿件組成，每組桿件的始端分別聯接于上固定環、可移動環和下固定環之上。

所述支撐桿系的每組桿件的聯接方式均為單自由度轉動鉸鏈，能夠繞著鉸鏈中心銷軸上下轉動，兩個桿件組成一對，末端聯接于一個真空吸盤陣列單元的單元體上的定位架鉸鏈銷軸上。

所述真空吸盤陣列單元分成兩個群組，每一個群組同步上下運動，當可移動環由單自由度伺服氣缸系統帶動上下移動時，這兩個群組的單元體的運動不同步，實際工作的真空吸盤陣列能夠吸附的光學元件口徑也跟著變化，從而實現對末端執行器的重構。