[發明專利]一種透鏡陣列自動對位組裝裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202310537505.0
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116520523A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 冀世軍;賈浩;趙繼;張恩忠;張大舜;胡志清;代漢達
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B7/02
• 分類號: G02B7/02;B05C13/02;B05C5/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 杜森垚

1.一種透鏡陣列自動對位組裝裝置，其特征在于，包括自動調平機構、定心夾緊機構、機械手一、打膠機構、CMOS相機、Z軸移動模組、透鏡外殼、機械手二、透鏡陣列、基座、透鏡隔離環、上位機控制系統；自動調平機構固定在基座的中心位置處，定心夾緊機構固定在自動調平機構的平臺上，定心夾緊機構用于夾緊透鏡外殼，透鏡陣列放置于透鏡外殼內，四個打膠機構分別固定在定心夾緊機構上的四周，Z軸移動模組固定在基座上，CMOS相機固定在Z軸移動模組的滑座上，CMOS相機連接上位機控制系統，用于定心夾緊機構的自動調平和透鏡陣列的精確對位，機械手一、機械手二分別位于基座的左右兩側，機械手一用于夾取透鏡外殼并將透鏡外殼放置于定心夾緊機構上，機械手二用于吸取透鏡陣列和透鏡隔離環并裝配至定心夾緊機構上的透鏡外殼內。

2.如權利要求1所述的一種透鏡陣列自動對位組裝裝置，其特征在于，所述自動調平機構包括調平底座、主支撐桿、球鉸鏈、動平臺、副支撐桿、電機箱、立柱、搖桿；主支撐桿固定在調平底座中心位置處，主支撐桿頂端球鉸鏈與動平臺連接；電機箱通過立柱固定在調平底座上，電機箱內設有兩個電機，兩個電機輸出軸分別連接一搖桿，搖桿通過連接軸與副支撐桿連接，副支撐桿上側通過球鉸鏈與動平臺連接。

3.如權利要求2所述的一種透鏡陣列自動對位組裝裝置，其特征在于，所述定心夾緊機構包括A1激光光源、電機一、支撐平臺、仿形夾緊塊、夾緊底座、電機二、錐齒輪、對開螺母、絲杠、絲杠支座、導軌、A2激光光源、A3激光光源；A1激光光源、A2激光光源、A3激光光源成直線排列固定安裝在支撐平臺上，三個點激光光源的光束分別對應透鏡陣列上的三個不同位置的凸透鏡，中心位置的A1激光光源用于計算透鏡在X-Y平面的平移偏差，A2激光光源及A3激光光源用于計算透鏡在X-Y平面的旋轉偏差；四組錐齒輪交叉嚙合且相對方向錐齒輪旋轉方向相反，絲杠上分別螺紋連接對開螺母，對開螺母固定在導軌的滑塊上，仿形夾緊塊固定在對開螺母上，絲杠支座固定在夾緊底座上，絲杠通過軸承支承組件安裝在夾緊底座上，其中同軸的兩個絲杠分別與電機一和電機二的輸出軸連接。

4.如權利要求3所述的一種透鏡陣列自動對位組裝裝置，其特征在于，所述定心夾緊機構通過電機一和電機二驅動絲杠，帶動仿形夾緊塊夾緊透鏡外殼，透鏡外殼內共放三層透鏡陣列，每兩層透鏡陣列之間設有一個透鏡隔離環。

5.如權利要求1所述的一種透鏡陣列自動對位組裝裝置，其特征在于，所述機械手二包括六自由度機械臂、透鏡吸取裝置，透鏡吸取裝置固定在六自由度機械臂上；透鏡吸取裝置包括小型吸盤、仿形殼，多個小型吸盤均布固定安裝在仿形殼底部，在仿形殼內部設有氣體流通通道，仿形殼上設有吸管插口，吸管插口與氣體流通通道聯通；仿形殼輪廓形狀與所述透鏡陣列及透鏡隔離環的輪廓形狀相匹配。

6.如權利要求3所述的一種透鏡陣列自動對位組裝裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、激光光源與CMOS相機進行匹配校準，通過自動調平機構進行自動調平；

步驟二、機械手一夾取透鏡外殼，沿著設定路徑將透鏡外殼放入自動定心夾緊機構中心位置，自動定心夾緊機構將透鏡外殼夾緊；

步驟三、透鏡外殼定位夾緊后，機械手二吸取透鏡陣列，沿設定路徑移動至定心夾緊機構上方的透鏡組裝位置；

步驟四、對透鏡組裝位置進行對位調整：自動定心夾緊機構上的A1激光光源首先發出激光束，經透鏡透射到CMOS相機上，CMOS相機將得到的光路信息實時反饋給上位機控制系統，計算透鏡的平移偏差，上位機控制系統控制機械手二調整透鏡陣列至標定位置處，平移偏差消除后，A1激光光源關閉，A2激光光源、A3激光光源發出激光束，計算旋轉偏差，機械手二調整透鏡陣列直至消除旋轉誤差；

步驟五、組裝透鏡陣列：機械手二帶動透鏡陣列沿Z軸下移，將透鏡陣列放入透鏡外殼內，定心夾緊機構上的四個打膠機構對透鏡陣列與透鏡外殼間隙處打膠；

步驟六、組裝第二、三層透鏡陣列：機械手二繼續吸取第二個透鏡陣列，重復步驟四及步驟五；共組裝三層透鏡陣列；

步驟七、三層透鏡陣列全部組裝后，定心夾緊機構松開，機械手一取出組裝完成的工件放在指定位置。