一种弯月透镜定中调校工装的制作方法

1.本发明涉及一种弯月透镜定中调校工装，属于光学元件的安装技术领域。


背景技术：

2.相对各式透镜，平凸、平凹、双凸、双凹形状定中好调，但对弯月透镜，特别是两球面球心距很小，近似同心圆的，手动和自动定中调节都很难。
3.现有单光路定中机床手动工装通常有两种调校结构，其基本操作就是用一组手轮将透镜一球心定中，再用另一组手轮将另一球心定中，往往需要反复调校，逐步逼近。
4.弯月透镜的两球心距较近，难调的原因有两方面，一方面因球心距小，调整灵敏度降低，另一方面因倾斜调整机构与透镜两球心位置随机不关联，当第一球心定中后，倾斜调第二球心定中时，第一球心会变动，需反复调校。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的是提供一种当弯月透镜第一球心定中后，倾斜调第二球心定中时，第一球心不会变动的定中调校工装。
6.技术方案：本发明所述的弯月透镜定中调校工装，包括夹套、与夹套球面配合的弹夹体、位于弹夹体内的导向轴套、固定在导向轴套内的用于夹持透镜座的弹夹组合以及套设在导向轴套外的径向调整座；还包括两维倾斜调整机构、两维径向平移调节机构、一维轴向调节机构和收紧机构；所述一维轴向调节机构用于调节导向轴套相对径向调整座沿轴向的移动；所述两维径向平移调节机构用于调节径向调整座相对弹夹体沿径向的移动；所述两维倾斜调整机构用于调节弹夹体相对轴线的倾斜度；所述收紧机构将弹夹组合限位在导向轴套内的对应位置。
7.其中，所述夹套远离弹夹体一侧端部设有内螺纹，夹套与外部法兰台通过内外螺纹相互配合连接。
8.其中，所述夹套与弹夹体接触面为凸球面，弹夹体与夹套接触处为凹球面，两者接触处凸凹契合形成球带；球带的球心o位于工装主轴线上。
9.其中，所述一维轴向调节机构包括微动手轮和导向机构；微动手轮与导向轴套通过内外螺纹相互配合连接，所述微动手轮外还设有手轮限位座，所述径向调整座设有环形凸台；微动手轮两侧通过手轮限位座和环形凸台限位，微动手轮转动，导向轴套相对径向调整座沿轴向向上或向下移动。
10.其中，导向机构为：弹夹体上设有螺纹通孔i，径向调整座上设有与螺纹通孔i相对应的螺纹通孔ii，导向轴套在螺纹通孔ii对应位置处设有条形槽孔，外部螺栓依次穿过螺纹通孔i、螺纹通孔ii拧入条形槽孔中，在导向轴套相对径向调整座沿轴向上下移动时，伸入条形槽孔的螺栓沿着条形槽孔上下滑动，实现导向轴套相对径向调整座轴向移动时的不偏移。
11.其中，所述两维径向平移调节机构包括多个手轮i，多个手轮i均匀对称分布在弹
夹体外圆周上；手轮i包括手柄以及带外螺纹的螺杆，弹夹体上设有多个与手轮i一一对应设置的内螺纹通孔i，手轮i的螺杆拧入内螺纹通孔i，螺杆的端部顶在径向调整座上对应的槽口i内。径向调整座上的槽口i和凹面体上的槽口ii均为带倾斜斜面的槽口，这样的设置一方面将手轮的旋转力转化为向前的推力，更重要是当一侧手轮拧动时，其相对设置的一侧手轮螺杆有活动空间。
12.其中，还包括位于夹套内的凹面体，凹面体与弹夹体通过螺栓固定连接。
13.其中，两维倾斜调整机构包括多个手轮ii，多个手轮ii均匀对称分布在夹套外圆周上；手轮ii包括手柄以及带外螺纹的螺杆，夹套上设有多个与手轮ii一一对应设置的内螺纹通孔ii，手轮ii螺杆拧入内螺纹通孔ii，螺杆的端部顶在凹面体上对应的槽口ii内。
14.其中，所述收紧机构包括套设在夹套带内螺纹端部外的齿圈、与齿圈传动连接的套管、位于套管内且与套管一起转动的收紧杆以及固定收紧杆端部的收紧螺母，收紧螺母依次穿过夹套和凹面体的中空腔体伸入弹夹体中，与弹夹体中的弹夹组合通过内外螺纹相互配合连接。
15.其中，所述齿圈呈环形空腔，其下边沿内环处设有环形齿状突起i，夹套端部在齿圈下边沿处设有弧形通孔，齿状突起i伸入弧形通孔内；套管也呈环形空腔，其外环处设有环形齿状突起ii；齿圈的齿状突起i与套管的齿状突起ii均与齿轮相互啮合，齿轮通过轴承固定在夹套内；转动齿圈，齿圈相对夹套转动，通过齿轮带动套管转动。
16.其中，所述收紧杆包括第一水平端和杆部，收紧杆杆部的外径小于套管的内径，第一水平端的尺寸大于杆部的直径，所述套管端部开口形状与收紧杆第一水平端的形状相互契合，收紧杆的第一水平端嵌在套管的端部开口处（套管端部开口形状略大于收紧杆第一水平端的尺寸，所以收紧杆第一水平端能够在开口处略微作径向的移动）。
17.其中，还包括锁紧手轮和压圈，锁紧手轮与手轮限位座通过内外螺纹相互配合连接；压圈与导向轴套通过内外螺纹相互配合连接。
18.其中，所述弹夹组合包括弹夹i、套在弹夹i外的夹管以及套在夹管外的弹夹ii。
19.本发明五维工装sr=140mm，倾斜手轮转1/4圈倾角变化0.5*0.25/140=3' ；0.5*0.25/40=10'，本发明工装进行透镜光轴定中调校的过程为：（1）操作前予校准：先调整自准直显微镜光轴与机床旋转主轴共轴，此时工装已安装到机床主轴上尚未夹工件；（2）做一套尺寸为φ30mm的透明带十字线分划面的反射镜座，夹持在弹夹组合上，将弹夹组合往导向轴套内轴向移动，并由梭形弹夹（弹夹ii）和压圈固定于导向轴套内；将十字线刻划面（即镜座上表面）移至sr140球心附近，自准直显微镜此时射出平行光，通过工装和自准直显微镜的两维倾斜校正使工装轴线与自准直显微镜光轴平行；（3）调整自准直显微镜的物镜，使其出射的平行光变成会聚光，自准直显微镜聚焦十字线分划面，通过两维径向平移调节机构（径向手轮）使十字分划中心与自准直显微镜光轴重合（这个过程是调偏心居中）；（4）用工装的轴向微动手轮调焦十字线图像清晰，通过调整倾斜手轮看十字线图像的位移，同向则右移调焦，反向则左移调焦，同时自准直仪也作相应的补偿调焦，直至倾斜调整时十字线图像不动且清晰；此时自准直显微镜聚焦在sr140球心上，自准直显微镜z轴数据归零，即显微镜聚焦定位在sr140的球心上，作为z轴零点；
（5）待测透镜定中：取下十字线分划镜座，换成被测透镜，通过三维平移（两维径向和一维轴向）使透镜球心r1与sr140球心重合（此时自准直显微镜聚焦点、透镜球心r1与sr140球心三点重合）：先轴向平移调整粗、微调机构使球心像（自准直镜经透镜球心r1反射的十字像清晰）清晰，再径向平移调整使十字线居中；最后两维倾斜调第二球心r2至主轴线上：将自准直显微镜沿z轴方向移动透镜球心距k即聚焦第二球心点，两维倾斜调整使十字线居中。以上操作两维倾斜和两维平移都需在机床旋转主轴转动状态下进行。
20.采用本发明调校工装的定中操作为：五维工装中的两维倾斜调整机构主体为球心o位于工装主轴线x1x2上的扇形球体；装夹透镜座后，先将透镜第一球面球心c1，通过三维平移（一维轴向和二维径向）使c1与扇形球心o重合，然后两维倾斜使透镜第二球面球心调至主轴x1x2上，完成定中目标。因c1先已与o重合，故两维倾斜调c2时c1不会变动，实现一次调校到位。
21.有益效果：本发明调校工装能够实现五维结构调整，通过轴向位移调整，使被测透镜第一球面球心与工装球带球心相重合（与球带的球心o相重合），这样调透镜第二球面球心时，第一球面球心无变化，一次到位，不需反复调校，本发明通过透镜各镜面光轴的调校实现透镜快速定中。
附图说明
22.图1为本发明定中调校工装的外形结构图；图2为从两维倾斜调整结构剖开的剖视图；图3为从两维径向调整结构剖开的剖视图；图4为本发明定中调校工装的调校原理图；图5为弹夹i、夹管以及弹夹ii连接的结构示意图；图6为弹夹组合的侧视图；图7为微动手轮与手轮限位座的连接示意图；图8为夹套的结构示意图；图9为齿圈的结构示意图；图10为收紧杆的结构示意图；图11为套管的结构示意图i；图12为套管的结构示意图ii；图13为工装调校前予校准的示意图；图14为定中调校后十字分划线的像；图15为透镜定中调校过程的示意图。
具体实施方式
23.如图1~12所示，本发明弯月透镜定中调校工装，包括夹套15、与夹套15球面配合的弹夹体7、位于弹夹体7内的导向轴套4、固定在导向轴套4内的用于夹持透镜座的弹夹组合以及套设在导向轴套4外的径向调整座5；夹套15内还设有凹面体9，凹面体9与弹夹体7通过螺栓固定连接；本发明弯月透镜定中调校工装还包括两维倾斜调整机构、两维径向平移调节机构、一维轴向调节机构和收紧机构；一维轴向调节机构一方面能够粗步调节弹夹组合
伸入导向轴套4的深度，一方面能够微调导向轴套4相对径向调整座5沿轴向的位置；两维径向平移调节机构用于调节径向调整座5相对弹夹体7沿径向的移动；两维倾斜调整机构用于调节弹夹体7相对工装主轴线的倾斜度；所述收紧机构将弹夹组合限位在导向轴套4内的对应位置。
24.夹套15远离弹夹体7一侧端部设有内螺纹，夹套15与外部法兰台通过内外螺纹相互配合连接；夹套15通过外部法兰台夹套15与机床连接。弹夹体7接触面为凸球面，弹夹体7与夹套15接触处为凹球面，两者接触处凸凹契合形成球带；球带的球心o位于工装主轴线x1x2上。
25.本发明弯月透镜定中调校工装还包括锁紧手轮1和压圈11，锁紧手轮1与手轮限位座2通过内外螺纹相互配合连接；通过微动手轮3的旋转，透镜座连同导向轴套4，作轴向精密微动调整，调整到位后由锁紧手轮1锁紧在工装中。压圈11与导向轴套4通过内外螺纹相互配合连接。通过两维径向平移调节机构沿垂直于工装主轴线方向作两维平移调整，调整到位后用压圈11与导向轴套4通过内外螺纹相互配合连接实现锁紧（将透镜座与导向轴套固定连接）。
26.弹夹组合包括弹夹i12、套在弹夹i12外的夹管13以及套在夹管13外的弹夹ii19。一维轴向调节机构包括粗调机构：弹夹组合夹持透镜座，通过带刻划线的夾管13往导向轴套4内轴向移动，并由梭形弹夹（弹夹ii）19和压圈11固定于导向轴套4内；一维轴向调节机构还包括微调机构，由微动手轮3和导向机构组成；微动手轮3与导向轴套4通过内外螺纹相互配合连接，微动手轮3外还设有手轮限位座2，径向调整座5设有环形凸台51；微动手轮3两侧通过手轮限位座2和环形凸台51限位，限制微动手轮3向上或向下移动，从而微动手轮3转动，导向轴套4相对径向调整座5沿轴向向上或向下移动；导向机构为弹夹体7上设有螺纹通孔i71，径向调整座5上设有与螺纹通孔i71相对应的螺纹通孔ii52，导向轴套4在螺纹通孔ii52对应位置处设有条形槽孔41，外部螺栓依次穿过螺纹通孔i71、螺纹通孔ii52拧入条形槽孔41中，在导向轴套4相对径向调整座5沿轴向上下移动时，伸入条形槽孔41的螺栓沿着条形槽孔41上下滑动，实现导向轴套4相对径向调整座5轴向移动时的不偏移。通过微动手轮3的旋转，使透镜座连同导向轴套4作轴向精密微动调整，调整到位后由锁紧手轮1锁紧。
27.两维径向平移调节机构包括多个手轮i6，多个手轮i6均匀对称分布在弹夹体7外圆周上；手轮i6包括手柄以及带外螺纹的螺杆，弹夹体7上设有多个与手轮i6一一对应设置的内螺纹通孔i72，手轮i6的螺杆拧入内螺纹通孔i72，螺杆的端部顶在径向调整座5上对应的槽口i53内。
28.两维倾斜调整机构包括多个手轮ii10，多个手轮ii10均匀对称分布在夹套15外圆周上；手轮ii10包括手柄以及带外螺纹的螺杆，夹套15上设有多个与手轮ii10一一对应设置的内螺纹通孔ii151，手轮ii10螺杆拧入内螺纹通孔ii151，螺杆的端部顶在凹面体9上对应的槽口ii91内。
29.收紧机构包括套设在夹套15带内螺纹端部外的齿圈18、与齿圈18传动连接的套管17、位于套管17内且与套管17一起转动的收紧杆16以及固定收紧杆16端部的收紧螺母14（收紧杆16端部伸入收紧螺母14端部槽口141内，两者连接处通过环形盖板142锁住，两者在连接成整体的同时，收紧杆16相对于收紧螺母14可以在槽口141内进行略微径向移动），收紧螺母14依次穿过夹套15和凹面体9的中空腔体伸入弹夹体7中，与弹夹体7中的弹夹组合
通过内外螺纹相互配合连接。收紧螺母14与弹夹i12以及夹管13均通过内外螺纹相互配合固定连接。
30.齿圈18呈环形空腔，其下边沿内环处设有环形齿状突起i181，夹套15端部在齿圈18下边沿处设有弧形通孔152，齿状突起i181伸入弧形通孔152内；套管17也呈环形空腔，其下边沿外环处设有环形齿状突起ii171；齿圈18的齿状突起i181与套管17的齿状突起ii171均与齿轮20相互啮合，齿轮20通过轴承固定在夹套15内；转动齿圈18，齿圈18相对夹套15转动，通过齿轮20带动套管17转动。收紧杆16包括第一水平端161、杆部162和第二水平端163，第一水平端161和第二水平端163相互垂直设置；收紧杆16杆部162的外径小于套管17的内径，第一水平端161和第二水平端163均为长方体，所述套管17端部开口形状172与收紧杆16第一水平端161的形状相互契合，收紧杆16的第一水平端161的尺寸略小于套管17端部开口形状172的尺寸，因此第一水平端161相对套管17端部开口172可以进行略微的径向移动。
31.如图13~15所示，本发明工装进行透镜光轴定中调校的过程为：（1）操作前予校准：先调整自准直显微镜光轴与机床旋转主轴共轴，此时工装已安装到机床主轴上，但工装上尚未装夹镜座；（2）做一套尺寸为φ30mm的透明带十字线分划面的反射镜座，夹持在弹夹组合上，将弹夹组合往导向轴套4内轴向移动，并由梭形弹夹（弹夹ii）19和压圈11固定于导向轴套4内；将十字线刻划面（即镜座上表面）移至sr140球心附近，自准直显微镜此时射出平行光，通过工装的两维倾斜调整机构倾斜校正使工装轴线与自准直显微镜光轴平行；（3）调整自准直显微镜的物镜，使其出射的平行光变成会聚光，自准直显微镜聚焦十字线分划面，通过两维径向平移调节机构（径向手轮）使导向轴套4的轴线平移，与自准直显微镜光轴重合（这个过程是调偏心居中）；（4）用工装的轴向微动手轮3调焦，使十字分划线的十字线图像清晰，通过调整倾斜手轮10看十字线图像的位移，同向则沿轴线右移调焦，反向则沿轴线左移调焦，同时自准直显微镜也作相应的补偿调焦，直至倾斜调整时十字线图像不动且清晰；此时自准直显微镜聚焦在sr140球心上，自准直显微镜z轴数据归零，即显微镜聚焦定位在sr140的球心上，作为z轴零点；（5）待测透镜定中：取下十字线分划镜座，换成被测透镜，通过三维平移（两维径向和一维轴向）使透镜球心r1与sr140球心重合（此时自准直显微镜聚焦点、透镜球心r1与sr140球心三点重合）：先轴向平移调整粗、微调机构使球心像（自准直镜经透镜球心r1反射的十字像清晰）清晰，再径向平移调整使十字线居中；最后两维倾斜调第二球心r2至主轴线上：将自准直显微镜沿z轴方向（轴线方向）移动透镜球心距k，即自准直显微镜聚焦第二球心点，两维倾斜调整使十字线（自准直镜经透镜球心r2反射的十字像）居中。以上操作两维倾斜和两维平移都需在机床旋转主轴转动状态下进行。
32.本发明工装先调校透镜r1球心与工装球带的球心重合作为轴线零点，再确定透镜各镜面像点的轴线位置，最后通过倾斜移动，实现透镜的定中。本发明工装通过增加一维轴向调整，使透镜与工装能互动调整，本发明五维工装sr=140mm，倾斜手轮转1/4圈倾角变化0.5*0.25/140=3' ；0.5*0.25/40=10'，具有大的传动放大率和高的调整灵敏度，本发明五维工装最适用于弯月透镜定中车边，sr0-50mm凸透镜能一次调校到位。

技术特征：
1.一种弯月透镜定中调校工装，其特征在于：包括夹套（15）、与夹套（15）球面配合的弹夹体（7）、位于弹夹体（7）内的导向轴套（4）、固定在导向轴套（4）内的用于夹持透镜座的弹夹组合以及套设在导向轴套（4）外的径向调整座（5）；还包括两维倾斜调整机构、两维径向平移调节机构、一维轴向调节机构和收紧机构；所述一维轴向调节机构用于调节弹夹组合相对导向轴套（4）沿轴向的位置以及导向轴套（4）相对径向调整座（5）沿轴向的位置；所述两维径向平移调节机构用于调节径向调整座（5）相对弹夹体（7）沿径向的移动；所述两维倾斜调整机构用于调节弹夹体（7）相对轴线的倾斜度；所述收紧机构将弹夹组合限位在导向轴套（4）内的对应位置。2.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述夹套（15）在远离弹夹体（7）一侧端部设有内螺纹，夹套（15）与外部法兰台通过内外螺纹相互配合连接。3.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述夹套（15）与弹夹体（7）接触面为凸球面，弹夹体与夹套接触处为凹球面，两者接触处凸凹契合形成球带；球带的球心o位于工装主轴线上。4.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述一维轴向调节机构包括微动手轮（3）和导向机构；微动手轮（3）与导向轴套（4）通过内外螺纹相互配合连接，所述微动手轮（3）外还设有手轮限位座（2），所述径向调整座（5）设有环形凸台（51）；微动手轮（3）两侧通过手轮限位座（2）和环形凸台（51）限位，微动手轮（3）转动，导向轴套（4）相对径向调整座（5）沿轴向向上或向下移动。5.根据权利要求4所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述导向机构为：弹夹体（7）上设有螺纹通孔i（71），径向调整座（5）上设有与螺纹通孔i（71）相对应的螺纹通孔ii（52），导向轴套（4）在螺纹通孔ii（52）对应位置处设有条形槽孔（41），外部螺栓依次穿过螺纹通孔i（71）、螺纹通孔ii（52）拧入条形槽孔（41）中，在导向轴套（4）相对径向调整座（5）沿轴向上下移动时，伸入条形槽孔（41）的螺栓沿着条形槽孔（41）上下滑动。6.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述两维径向平移调节机构包括多个手轮i（6），多个手轮i（6）均匀对称分布在弹夹体（7）外圆周上；手轮i（6）包括手柄以及带外螺纹的螺杆，弹夹体（7）上设有多个与手轮i（6）一一对应设置的内螺纹通孔i（72），手轮i（6）的螺杆拧入内螺纹通孔i（72），螺杆的端部顶在径向调整座（5）上对应的槽口i（53）内。7.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：还包括位于夹套（15）内的凹面体（9），凹面体（9）与弹夹体（7）固定连接。8.根据权利要求7所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：两维倾斜调整机构包括多个手轮ii（10），多个手轮ii（10）均匀对称分布在夹套（15）外圆周上；手轮ii（10）包括手柄以及带外螺纹的螺杆，夹套（15）上设有多个与手轮ii（10）一一对应设置的内螺纹通孔ii（151），手轮ii（10）螺杆拧入内螺纹通孔ii（151），螺杆的端部顶在凹面体（9）上对应的槽口ii（91）内。9.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述收紧机构包括套设在夹套（15）带内螺纹端部外的齿圈（18）、与齿圈（18）传动连接的套管（17）、位于套管（17）内且与套管（17）一起转动的收紧杆（16）以及固定收紧杆（16）端部的收紧螺母（14），收紧螺母（14）依次穿过夹套（15）和凹面体（9）的中空腔体伸入弹夹体（7）中，与弹夹体（7）中的弹
夹组合通过内外螺纹相互配合连接。10.根据权利要求9所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述齿圈（18）呈环形空腔，其下边沿内环处设有环形齿状突起i（181），夹套（15）端部在齿圈（18）下边沿处设有弧形通孔（152），齿状突起i（181）伸入弧形通孔（152）内；套管（17）也呈环形空腔，其外环处设有环形齿状突起ii（171）；齿圈（18）的齿状突起i（181）与套管（17）的齿状突起ii（171）均与齿轮（20）相互啮合，齿轮（20）通过轴承固定在夹套（15）内；转动齿圈（18），齿圈（18）相对夹套（15）转动，通过齿轮（20）带动套管（17）转动。11.根据权利要求9所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述收紧杆（16）包括第一水平端（161）和杆部（162），收紧杆（16）杆部（162）的外径小于套管（17）的内径，第一水平端（161）的尺寸大于杆部（162）的直径，所述套管（17）端部开口形状与收紧杆（16）第一水平端（161）的形状相互契合，收紧杆（16）的第一水平端（161）嵌在套管（17）的端部开口处。12.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：还包括锁紧手轮（1）和压圈（11），锁紧手轮（1）与手轮限位座（2）通过内外螺纹相互配合连接；压圈（11）与导向轴套（4）通过内外螺纹相互配合连接。13.根据权利要求1所述的弯月透镜定中调校工装，其特征在于：所述弹夹组合包括弹夹i（12）、套在弹夹i（12）外的夹管（13）以及套在夹管（13）外的弹夹ii（19）。

技术总结
本发明公开了一种弯月透镜定中调校工装，包括夹套、与夹套球面配合的弹夹体、位于弹夹体内的导向轴套、固定在导向轴套内的用于夹持透镜座的弹夹组合以及套设在导向轴套外的径向调整座；还包括两维倾斜调整机构、两维径向平移调节机构、一维轴向调节机构和收紧机构；所述一维轴向调节机构用于调节弹夹组合相对导向轴套沿轴向的位置以及导向轴套相对径向调整座沿轴向的位置；所述两维径向平移调节机构用于调节径向调整座相对弹夹体沿径向的移动；所述两维倾斜调整机构用于调节弹夹体相对轴线的倾斜度；所述收紧机构将弹夹组合限位在导向轴套内的对应位置。本发明调校工装能实现当弯月透镜第一球心定中后，倾斜调第二球心定中时，第一球心不会变动。第一球心不会变动。第一球心不会变动。


技术研发人员：张大伦 张斌 高甜
受保护的技术使用者：茂莱（南京）仪器有限公司
技术研发日：2022.02.09
技术公布日：2022/3/8