[发明专利]一种大口径光学元件精密洁净装配的自动化抓取装置与方法

说明书

一种大口径光学元件精密洁净装配的自动化抓取装置与方法，装置由可重构的末端执行器、操控机械臂、计算机控制单元、任务管理软件及工艺数据库系统、扫码识别器以及电气辅助支持系统等组成。其中末端执行器装置采用了真空吸附方式，包括法兰联接盘、中央主轴单元、支撑杆系、移动滑块单元、吸盘阵列单元、视频跟踪系统等。进行精密光学元件的抓取与装配操作时，扫码识别出零件号，自动检索出元件的适用工艺并按照指令流程调整末端执行器的构型，操控末端执行器实现对光学元件的精准抓取与稳定吸附，移动机械臂将元件放置到指定工位，完成装配操作后机械臂携带末端执行器归复原位。本发明可满足大口径光学元件精密洁净自动化装配的工程需求。

技术领域

本发明属于光学元件精密洁净装配技术领域，特别涉及一种大口径光学元件精密洁净装配的自动化抓取装置与方法。

背景技术

在各类大型复杂光学系统中，如高能固体激光系统、巨型望远镜或者空间观测装置等，常常包括了成百上千的各类大口径光学元件，这些光学元件的高效洁净精密装配是实现光学系统性能指标的必要条件。考虑到这些大型复杂光学系统极其苛刻的技术条件，通常要求在高等级洁净工作环境下对这些大口径光学元件进行精密超精密的装配，并保证元件表面极高的洁净度要求。

传统方式下，大口径光学元件在装配过程中常常通过人工操作进行抓取、搬运及装配操作，除了工作效率低、劳动强度大会影响装配精度一致性之外，元件表面的洁净度也难以保证，这对于复杂精密光学系统的性能指标实现有显著的负面影响。因此，发展大口径光学元件的精密洁净自动化装配技术，是当代复杂光机系统制造领域的一项重要命题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大口径光学元件精密洁净装配的自动化抓取装置与方法，以满足洁净工作环境下大口径光学元件精密洁净装配度、自动化操控的技术需求，并适应多种口径的光学元件快速高效抓取的目标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大口径光学元件精密洁净装配的自动化抓取装置，包括：

可重构的末端执行器，采用真空吸附方式；

操控机械臂，搭载所述末端执行器；

扫码识别器，读取光学元件规格；

工艺数据库系统；

电气辅助支持系统；

计算机控制单元，从工艺数据库系统进行数据检索，并操控所述末端执行器、操控机械臂、扫码识别器以及电气辅助支持系统。

所述末端执行器包括中央主轴单元，中央主轴单元顶部设置用于连接操控机械臂的法兰联接盘，由操控机械臂携带末端执行器完成对大口径光学元件的抓取、移动和装配操作。中央主轴单元通过支撑杆系连接组成吸盘阵列单元的若干能够独立运动的单元体，各单元体通过支撑杆系实现沿中央主轴单元的轴向运动。

所述中央主轴单元包括空心主轴，空心主轴上自上而下设置有上固定环、可移动环及下固定环，空心主轴中内置有一个单自由度伺服气缸系统，与可移动环固联装配，按照输入位移指令控制可移动环沿空心主轴的轴线方向上下移动；所述支撑杆系由三组杆件组成，每组杆件的始端分别联接于上固定环、可移动环和下固定环之上。

所述支撑杆系的每组杆件的联接方式均为单自由度转动铰链，能够绕着铰链中心销轴上下转动，两个杆件组成一对，末端联接于一个真空吸盘阵列单元的单元体上的定位架铰链销轴上。

所述真空吸盘阵列单元分成两个群组，每一个群组同步上下运动，当可移动环由单自由度伺服气缸系统带动上下移动时，这两个群组的单元体的运动不同步，实际工作的真空吸盘阵列能够吸附的光学元件口径也跟着变化，从而实现对末端执行器的重构。