CN111895924B - 一种镜片厚度自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镜片厚度自动测量装置。所述镜片厚度自动测量装置包括：二维模组；镜片托盘，所述镜片托盘安装在所述二维模组的一侧，所述镜片托盘上可放置多个镜片；精密运动平台，所述精密运动平台安装在所述镜片托盘的一侧；非接触式测量模块，所述非接触式测量模块安装在所述精密运动平台的上方，所述非接触测量模块用于对所述镜片进行非接触式测量；接触式测量模块，所述接触式测量模块安装在所述精密运动平台的上方，所述接触式测量模块用于对所述镜片进行接触式测量。本发明提供的镜片厚度自动测量装置具有自动化批量检测、测量效率高、人力成本低的优点。

Description

一种镜片厚度自动测量装置

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种镜片厚度自动测量装置。

背景技术

目前，各种非球面镜片在军事、民用等精密光学产品上都起着不可替代的作用，而日益严格的设计指标使得对非球面镜片的加工检测精度等要求也越来越高。在非球镜片的最后一道检测工序中，非球镜片的中心厚度值是判断非球镜片是否合格的关键指标之一。目前镜片测量主要存在以下缺点：

1)现有红外测量方式并没有考虑到镜片形状对测量结果的影响，若镜片表面曲率较大，则会出现空隙，导致测量结果出现误差。

2)现有测量装置中，由于小镜片边缘直径非常小，采用非接触测量时由于传感器焦点光斑较大无法对镜片边厚准确测量。

3)在现有测量装置中，部分是用尺表测量镜片厚度，测量结果受尺表精度、最小分度值以及人工读数影响。

4)在现有测量装置的中,镜片的定心方式要么是根据凹槽固定的，要么是人工手动调节，有些甚至只有一维调节，存在一定的中心误差。

5)现有光学测量方法的原理是根据聚光源发射光信号，光信号通过镜片产生折射，导致聚光点位置不同。通过对折射情况与无折射情况的聚光点位置之差进行计算得到镜片厚度。可是对于非球面镜片，曲率也会影响折射率，给计算带来一定的麻烦和误差。

6)现有装置中，自动化程度低，采用手工更换测量镜片，结果有人为因素的干扰。

而且目前主要依靠人工操作千分表进行测量，这样测量效率低、人力成本高，而且人工测量，还会存在一定的人为因素，导致测量精度及稳定性无法保证，甚至可能会划伤镜片；另外，如果千分表测量的一面是凹陷的，由于测量杆有一定的直径，会导致测量时镜片与测量杆产生空隙，中心部位无法接触，使测量结果不准确。

因此，有必要提供一种新的镜片厚度自动测量装置解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种具有可以自动化批量检测、测量效率高、人力成本低的镜片厚度自动测量装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的镜片厚度自动测量装置包括：二维模组；

镜片托盘，所述镜片托盘安装在所述二维模组的一侧，所述镜片托盘上可放置多个镜片；

精密运动平台，所述精密运动平台安装在所述镜片托盘的一侧，所述精密运动平台可在X轴和Y轴上移动，所述精密运动平台的顶侧安装有测量平台，所述测量平台包括第一转台，所述第一转台的顶侧安装有导正夹具；

非接触式测量模块，所述非接触式测量模块安装在所述精密运动平台的上方，所述非接触测量模块用于对所述镜片进行中心厚度测量，所述非接触式测量模块包括激光同轴位移传感器，所述激光同轴位移传感器的顶侧安装有三维光学调整架；

接触式测量模块，所述接触式测量模块安装在所述精密运动平台的上方，所述接触式测量模块用于对所述镜片进行边厚测量，所述接触式测量模块包括伺服闭环运动平台，所述伺服闭环运动平台上安装有接触式传感器和自动对心夹具，所述自动对心夹具位于所述接触式传感器的下方，所述自动对心夹具的顶侧安装有第二转台，所述第一转台和第二转台同轴转动。

优选的，所述二维模组1上安装有第一吸盘12和第二吸盘13。

优选的，所述伺服闭环运动平台上安装有缓冲装置，所述缓冲装置安装在所述接触式传感器的一侧，所述缓冲装置位于所述第二转台的上方。

优选的，所述缓冲装置包括螺钉，所述螺钉上套设有弹簧，所述螺钉的底侧安装有微型直线导轨。

优选的，所述测量平台上安装有真空吸附装置。

对于中心厚度的测量，采用新式“共焦原理”，通过激光同轴位移传感器发射激光，激光在镜片的上下表面反射，从而得到传感器与镜片上表面和下表面的位移，上下表面位移做差得到厚度。避免了因为接触或间隙问题而产生的误差。

从中心定位方式上改变，测量中厚时，在精密位移台的移动下,传感器发射的信号会在镜片的上表面反射，从而得到传感器与镜片上表面的位移。上位机软件通过对位移数据处理得到镜片表面轮廓，采用中心分析算法计算出镜片中心点，随后控制精密位移台定位到镜片测量的中心点。测量边厚时，利用自动定心夹具夹持测量模具，根据非球面镜片回转对称的特性，通过上下转台夹持镜片边缘同速同向高速转动实现机械式自动偏心矫正，找出镜片中心位置。接触式传感器用来判断测量模具是否接触镜片。

对测量数据进行修正，上位机软件通过对测量厚度和实际厚度进行比较，得到缩放公式，并将缩放公式应用于相同曲率的镜片，提高数据的可靠性。

自动化批量检测，利用二轴模组完成待检测镜片和已检测镜片的更换，避免了人为因素的干扰，提高检测效率和检测的精度。

对于镜片边厚的测量，通过接触式测量镜片边厚。通过伺服+光栅运动平台高精密反馈位置得到相对高度，实现边缘厚度精密测量。

柔性缓冲保护设计，直线导轨上具有缓冲设计，可根据不同镜片大小和类型实现微调整。

与相关技术相比较，本发明提供的镜片厚度自动测量装置具有如下有益效果：

1、利用非接触式测量+接触式测量方法，中心厚度利用非接触式测量方法，采用新式“共焦原理”，通过激光同轴位移传感器发射激光，激光在镜片的上下表面反射，从而得到传感器与镜片上表面和下表面的位移，进而做差得到厚度；边厚测量，通过伺服+光栅高精密反馈位置得到相对高度，同时利用高精度的接触式传感器检测的方式实现边缘厚度精密测量。

2、通过上位机对面型数据分析，并控制精密位移台定位到测量中心点，精密位移台根据镜片实际情况进行中心定位，中心误差小；测量边厚时，利用自动定心夹具夹持测量模具，根据非球面镜片回转对称的特性，通过上下转台夹持镜片边缘同速同向高速转动实现机械式自动偏心矫正，找出镜片中心位置；通过接触传感器传递的信号以及伺服闭环的方式实现对镜片边厚的定位和测量。

3、本发明的上位机软件会对实际数据与测量数据进行比较，得到缩放公式；根据不同镜片型号(曲率不同)，上位机软件选用不同的缩放公式进行修正；上位机软件对测量数据进行二次处理，可以测量不同曲率的镜片型号，并使测量结果更可靠。

4、本发明可以实现镜片的自动化批量检测，可以解决镜片测量效率低、人力成本高以及人为因素的影响。

附图说明

图1为本发明提供的镜片厚度自动测量装置的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为图1所示的接触式测量模块的结构示意图；

图3为图1所示的镜片的结构示意图；

图中标号：1、二维模组，2、镜片托盘，3、精密运动平台，4、测量平台，5、导正夹具，6、激光同轴位移传感器，7、三维光学调整架，8、自动对心夹具，9、缓冲装置，10、接触式传感器，11、伺服闭环运动平台，12、第一吸盘，13、第二吸盘，14、第一转台，15、第二转台，1a、镜片，2a、环形模具。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3，其中，图1为本发明提供的镜片厚度自动测量装置的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的A部放大示意图；图3为图1所示的B部放大示意图。镜片厚度自动测量装置包括：二维模组1；

镜片托盘2，所述镜片托盘2安装在所述二维模组1的一侧，所述镜片托盘2上可放置多个镜片1a；

精密运动平台3，所述精密运动平台3安装在所述镜片托盘2的一侧，所述精密运动平台3可以XY轴运动，所述精密运动平台3的顶侧安装有测量平台4，所述测量平台4包括第一转台14，所述第一转台14的顶侧安装有导正夹具5；

非接触式测量模块，所述非接触式测量模块安装在所述精密运动平台3的上方，所述非接触测量模块用于对所述镜片进行中心厚度测量，所述非接触式测量模块包括激光同轴位移传感器6，所述激光同轴位移传感器6的顶侧安装有三维光学调整架7；

接触式测量模块，所述接触式测量模块安装在所述精密运动平台3的上方，所述接触式测量模块用于对所述镜片进行边厚测量，所述接触式测量模块包括伺服闭环运动平台11，所述伺服闭环运动平台11上安装有接触式传感器10和自动对心夹具8，所述自动对心夹具8位于所述接触式传感器10的下方，所述自动对心夹具8的顶侧安装有第二转台15，所述第一转台14和第二转台15同轴转动。

所述二维模组1上安装有第一吸盘12和第二吸盘13。

所述伺服闭环运动平台11上安装有缓冲装置9，所述缓冲装置9安装在所述接触式传感器10的一侧，所述缓冲装置9位于所述第二转台15的上方。

所述缓冲装置9包括螺钉9-1，所述螺钉9-1上套设有弹簧9-2，所述螺钉9-1的底侧安装有微型直线导轨9-3。

所述测量平台4上安装有真空吸附装置。

测量方式—利用非接触式测量+接触式测量方法，中心厚度利用非接触式测量方法，采用新式“共焦原理”，通过激光同轴位移传感器发射激光，激光在镜片的上下表面反射，从而得到传感器与镜片上表面和下表面的位移，进而做差得到厚度。边厚测量，通过伺服+精密运动平台高精密反馈位置得到相对高度，实现边缘厚度精密测量。

定位方式—待检测镜片通过二轴模组运送至检测台，经过气爪导正之后，真空发生器产生吸力，通过真空吸附的方式固定镜片。测量中厚时，在精密二轴位移台XY的移动下,传感器发射的信号会在镜片的上表面反射。从而得到传感器相对镜片上表面的位移。上位机软件通过对位移数据处理得到表面轮廓，采用中心分析算法计算出镜片中心点，随后控制二轴位移台定位到镜片测量的中心点。测量边厚时，利用自动定心夹具夹持测量模具，根据非球面镜片回转对称的特性，通过上下转台夹持镜片边缘同速同向高速转动实现机械式自动偏心矫正，找出镜片中心位置。通过接触传感器传递的信号以及伺服闭环的方式实现对镜片边厚的定位和测量。

数据修正—传感器收到的反射信号会受到镜片曲率的影响。为解决该问题，上位机软件通过对测量厚度和实际厚度进行比较，得到缩放公式。根据不同镜片型号(曲率不同)，上位机软件选用不同的缩放公式进行修正。

根据上位机软件得到的上表面轮廓数据，上位机软件控制二轴精密位移台，使测量点对称于镜片中心。

采用的是非接触式和接触式结合的方式实现对中心厚度和边厚的测量。

上位机软件对实际数据与测量数据进行比较，得到缩放公式。并应用于相同曲率的镜片。

待检测镜片是通过二轴模组运送至检测台，经过气爪导正之后，真空发生器产生吸力，通过真空吸附的方式固定镜片。精密二轴位移台XY的控制其XY方向的运动。

由于传感器的测量范围是有限的，所以通过手动位移台微调确保传感器在有效测量范围内。

测量前，通过三维光学调整架调节传感器垂直于检测台，确保测量的镜片厚度准确。

整体测量方案的结构实现方式。

柔性缓冲保护设计，可根据不同镜片大小和类型实现微调整。

本发明提供的镜片厚度自动测量装置的工作原理如下：

步骤一：将装满同一型号的待检测的镜片的镜片托盘2放置于精密运动平台上，用销钉定位。

步骤二：调节三维光学调整架7，使激光同轴位移传感器6的光轴垂直照射在测量平台4上。

步骤三：在上位机软件上输入待检测镜片型号，镜片托盘2尺寸参数，镜片托盘2前2个镜片的实际厚度值，扫描范围，然后点击测量开始按钮。

步骤四：镜片二维模组1上的第一吸盘12会按照顺序吸取镜片托盘2上的一个镜片，并移动到精密位移台3附近。

步骤五：如果双轴精密位移台3处于空闲状态，二维模组1将会把镜片放到测量平台4上，然后回到镜片托盘2吸取另一个待测镜片，再回到精密位移台3附近；如果精密位移台3还在测量，则等待至上位机软件发出测量完毕信号后，再把镜片放到测量平台4上，然后回到镜片托盘2吸取另一个待测镜片，最后回到精密位移台3附近。

步骤六：开启导正夹具5上的气缸，导正镜片，使镜片中心初步对准激光同轴位移传感器6的光轴，待导正之后，测量平台4利用真空吸附装置，吸附固定待检测的镜片。

步骤七：精密位移台3的X轴和Y轴在规定的范围进行扫描，上位机软件记录每个扫描点的位置信息和高度信息。扫描结束后，上位机软件对数据处理，并得到中间点的极大值或极小值，控制器控制X,Y轴移动，使镜片中心对准激光同轴位移传感器6的光轴。

步骤八：上位机软件将传感器测量模式切换到测量厚度模式，测得该点的镜片厚度，即为中心厚度。

步骤九：精密位移台3沿着XY轴直线运动到接触式测量模块的正下方，自动对心夹具8夹装环形测量边厚模具，自动对心完成后，第一转台14和第二转台15同轴转动，使其找到镜片的中心位置，记录下此时的初始位置高度，转动停止。由伺服闭环+精密运动平台带动接触式传感器10及整体向下运动。当模具与镜片边厚贴稳时，接触式传感器10反馈信号，此时缓冲装置9可提供缓冲保护，接触式传感器10其分辨率可达0.1微米；利用运动平台伺服闭环+光栅反馈的初始位置和最后稳定的位置，让其作差，即可测量边厚；测量完成后，回到初始位置；随后，镜片三维模组1移动至测量平台4，并用第二吸盘13吸取镜片放回镜片托盘2上原来的位置。

步骤十：重复步骤五到步骤九，并取前2个镜片的测量值与在上位机软件上输入的实际厚度比较，得到缩放公式，用于后面的镜片测量。

步骤十一：待镜片托盘2上的镜片全部测量完毕，取走镜片托盘2，放置新的装有镜片的托盘，重复步骤一。

与相关技术相比较，本发明提供的镜片厚度自动测量装置具有如下有益效果：

本发明提供一种镜片厚度自动测量装置，1、利用非接触式测量+接触式测量方法，中心厚度利用非接触式测量方法，采用新式“共焦原理”，通过激光同轴位移传感器发射激光，激光在镜片的上下表面反射，从而得到传感器与镜片上表面和下表面的位移，进而做差得到厚度；边厚测量，通过伺服+光栅高精密反馈位置得到相对高度，同时利用高精度的接触式传感器检测的方式实现边缘厚度精密测量。

2、通过上位机对面型数据分析，并控制精密位移台定位到测量中心点，精密位移台根据镜片实际情况进行中心定位，中心误差小；测量边厚时，利用自动定心夹具夹持测量模具，根据非球面镜片回转对称的特性，通过上下转台夹持镜片边缘同速同向高速转动实现机械式自动偏心矫正，找出镜片中心位置；通过接触传感器传递的信号以及伺服闭环的方式实现对镜片边厚的定位和测量。

3、本发明的上位机软件会对实际数据与测量数据进行比较，得到缩放公式；根据不同镜片型号(曲率不同)，上位机软件选用不同的缩放公式进行修正；上位机软件对测量数据进行二次处理，可以测量不同曲率的镜片型号，并使测量结果更可靠。

4、本发明可以实现镜片的自动化批量检测，可以解决镜片测量效率低、人力成本高以及人为因素的影响。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种镜片厚度自动测量装置，其特征在于，包括：

二维模组；

镜片托盘，所述镜片托盘安装在所述二维模组的一侧，所述镜片托盘上可放置多个镜片；

精密运动平台，所述精密运动平台安装在所述镜片托盘的一侧，所述精密运动平台可在X轴和Y轴上移动，所述精密运动平台的顶侧安装有测量平台，所述测量平台包括第一转台，所述第一转台的顶侧安装有导正夹具；

非接触式测量模块，所述非接触式测量模块安装在所述精密运动平台的上方，所述非接触式测量模块用于对所述镜片进行中心厚度测量，所述非接触式测量模块包括激光同轴位移传感器，所述激光同轴位移传感器的顶侧安装有三维光学调整架；

接触式测量模块，所述接触式测量模块安装在所述精密运动平台的上方，所述接触式测量模块用于对所述镜片进行边厚测量，所述接触式测量模块包括伺服闭环运动平台，所述伺服闭环运动平台上安装有接触式传感器和自动对心夹具，所述自动对心夹具位于所述接触式传感器的下方，所述自动对心夹具的顶侧安装有第二转台，所述第一转台和第二转台同轴转动。

2.根据权利要求1所述的镜片厚度自动测量装置，其特征在于，所述二维模组( 1) 上安装有第一吸盘( 12) 和第二吸盘( 13) 。

3.根据权利要求1所述的镜片厚度自动测量装置，其特征在于，所述伺服闭环运动平台上安装有缓冲装置，所述缓冲装置安装在所述接触式传感器的一侧，所述缓冲装置位于所述第二转台的上方。

4.根据权利要求3所述的镜片厚度自动测量装置，其特征在于，所述缓冲装置包括螺钉，所述螺钉上套设有弹簧，所述螺钉的底侧安装有微型直线导轨。

5.根据权利要求1所述的镜片厚度自动测量装置，其特征在于，所述测量平台上安装有真空吸附装置。

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