本發(fā)明涉及一種夾持工具，尤其涉及一種適用于大口徑光學元件的夾持套件。

背景技術：

光學元件普遍具有元件整體易碎以及元件表面的微觀組織容易受損等特點，通常情形下，元件能接觸的范圍僅為邊緣以及邊緣向內之多約10mm的區(qū)域。鑒于此，1)在精度方面，因此在對光學元件進行裝配時，涉及到的較為精密的裝配工作通常是通過人工操作來完成，以避免自動化以及半自動作業(yè)過程中可能產(chǎn)生的對元件的損壞現(xiàn)象。2)在規(guī)模方面，對于厚度和重量均較小的光學元件來說，通常是通過人工操作的方式來完成對于光學元件的裝配且人工操作亦能夠較容易地完成其裝配工作。而對于具有一定厚度和/或重量的光學元件，尤其是對于大口徑光學元件來說，僅通過人工操作的方式來完成光學元件的搬、運都非常困難，更別說完成其復雜的裝配過程。因此若仍然采用人工操作的方式顯然會存在如下缺陷：1)光學元件的表面質量難以保證，甚至損毀光學元件；2)裝配性能和裝配效率下降；3)完成裝配的過程以及前述的損毀光學元件可能會危害到作業(yè)人員的安全。

因此，目前對于大口徑光學元件通常采用自動化或者半自動化的作業(yè)方式完成其搬運和/或裝配，如可以使用外力來代替或者在人力的輔助下代替人工操作。目前多傾向于使用較為成熟的多自由度機械臂來充當“外力”，如對于半自動化的作業(yè)方式而言，能夠使得多自由度機械臂在人工的輔助下完成對于大口徑光學元件的搬運和/或裝配。而多自由度機械臂的應用必然需要在不損傷光學元件的前提下，將光學元件可靠地固定于機械臂的端臂。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題是，如何實現(xiàn)對光學元件的可靠夾持。

解決方案

為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種用于固定光學元件的夾持套件。該夾持套件包括：

面板；以及

夾持組件，其固定于所述面板，所述光學元件能夠容納于所述面板和所述夾持組件形成的安裝空間內；該夾持組件包括：

至少一對相向的夾板，其用于限制所述光學元件在與所述面板的厚度方向相垂直的第一方向上的活動；以及

托架，其用于限制所述光學元件在與面板的厚度方向以及所述第一方向分別相垂直的方向上的活動；

其中，所述夾板具有調整件，其能夠使得所述夾板在所述第一方向上將所述光學元件夾緊/松脫；

其中，所述面板固定于機械臂的臂端，所述面板能夠隨著所述臂端的活動而相對光學元件移動。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述夾板包括：

固定座，其以能夠拆卸的方式固定于所述面板；以及

活動板，所述活動板通過所述調整件與所述固定座相連接，且所述活動板能夠通過所述調整件改變其相對于所述固定座的距離。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述活動板上設置有墊塊，所述墊塊具有至少一個工位面，所述光學元件的外緣能夠抵接于該至少一個工位面中的其中一個工位面。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述墊塊具有至少一個臺階，設定厚度的光學元件能夠抵接于與該設定厚度對應的臺階。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述調整件為螺桿，所述螺桿固定于所述活動板，所述活動板能夠通過所述螺桿的旋動在所述第一方向上以接近/遠離所述固定座的方式移動。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，將所述螺桿固定于所述活動板的結構包括：

環(huán)槽，其沿徑向設于所述螺桿的桿體外側；以及

擋片，其固定于所述活動板，且其具有能夠嵌入所述環(huán)槽的環(huán)狀結構。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述夾持套件還包括緩沖墊，所述緩沖墊設于所述面板與所述光學元件接觸的一側。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述面板在至少一側上分布有若干個凹進結構。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述托架包括：

架基體，其以能夠拆卸的方式與所述面板相連接；

以及托塊，其設置于所述架基體，且所述托塊具有與所述活動板上的墊塊具有的至少一個工位面相對應的至少一個卡置面。

對于上述夾持套件，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述架基體大致為L型結構；

其中：所述L型結構的第一端面通過螺栓與所述面板相連接；

其中：所述托塊固定于所述L型結構的第二端面，所述光學元件的外緣能夠抵接于所述至少一個卡置面中的其中一個卡置面。

有益效果

通過設置具有調整件的夾板，使得待裝配的光學元件可以在裝配前能夠順利地進入面板，并能夠可靠地將光學元件在第一方向上得以固定；以及通過托架的支撐作用，將光學元件在與第一方向相垂直的方向上也得以可靠地固定。

根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。

附圖說明

包含在說明書中并且構成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1a示出本發(fā)明一實施例的夾持套件的立體結構示意圖一；圖1b示出本發(fā)明一實施例的夾持套件的立體結構示意圖二。

圖2a示出本發(fā)明一實施例的夾持套件的活動夾板的結構示意圖；圖2b示出本發(fā)明一實施例的夾持套件的托架的結構示意圖。

圖3示出采用本發(fā)明一實施例的夾持套件約束光學元件自由度的示意圖。

附圖標記列表

100、面板；11、凸臺；121、安裝中心孔；122、安裝環(huán)孔；13、凹進結構；200、夾板；21、固定座；22、活動板；221、墊塊；2211、工位面；23、螺桿；231、擋片；24、銷釘；300、托架；31、架基體；311、第一端面；312、第二端面；32、托塊；321、卡置面；400、緩沖墊；500、光學元件。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。

另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領域技術人員熟知的方法和手段未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。

實施例1

圖1a示出本發(fā)明一實施例的夾持套件的立體結構示意圖一(光學元件500所在的一側)；圖1b示出本發(fā)明一實施例的夾持套件的立體結構示意圖二(機械臂所在的一側)。

如圖1a和圖1b所示的一種夾持套件，主要用于固定光學元件。該夾持套件主要包括：

面板100；以及

夾持組件，其固定于面板100，光學元件500能夠容納于面板100和夾持組件形成的安裝空間內。其中該夾持組件主要包括：

至少一對相向的夾板200，其用于限制光學元件500在與面板100的厚度方向相垂直的第一方向上的活動。以及

托架300，其用于限制光學元件500在與面板100的厚度方向以及第一方向分別相垂直的方向上的活動。

其中，夾板300具有調整件，其能夠使得夾板200在第一方向上將光學元件500夾緊/松脫；

其中，面板100固定于機械臂(多自由度)的臂端，面板100能夠隨著所述臂端的活動而相對于容納于安裝空間內的光學元件500移動。

在一種可能的實施方式中，可以在面板100的中部(靠近機械臂的一側)有一個圓形的凸臺11，凸臺11的中心有一個圓形的安裝中心孔121，在安裝中心孔121的周向分布有多個安裝環(huán)孔122。借助于螺栓，即可將面板100通過主要由該安裝中心孔121和安裝環(huán)孔122構成的通孔組固定于機械臂的臂端，通過機械臂的活動，能夠使得面板100接近/遠離光學元件，或者在面板100所在平面內調整夾板200以及托架300相對于光學元件的位置。

通過至少一對相向的夾板200和托架300對光學元件500的限制，能夠實現(xiàn)對光學元件500可靠地固定。并通過調整件的結構設置，保證了光學元件500相對于面板100的順利移除或者安置。

在一種可能的實施方式中，托架300可以用于限制光學元件500在重力方向上的移動。如托架300可以設于面板100大致底部的位置。作為一種優(yōu)選，可以設置有一個托架300，如該托架300沿底部的外緣具有一定的長度，且大致置于底部的外緣中部。也可以設置兩個以及兩個以上托架300，共同實現(xiàn)在重力方向上將光學元件托起并固定的功能。如參照圖1a和圖1b，兩個托架200分別對稱式置于面板100的底部兩側。

參照圖2a，在一種可能的實現(xiàn)方式中，夾板200的結構主要包括：

固定座21，其以能夠拆卸的方式固定于面板100。如可以是，在固定座21的靠近兩端的位置分別設有安裝孔位(如可以在每端設有兩個安裝孔位)，借助于與該安裝孔位相匹配的固定螺栓即可將固定座21固定于面板100。以及

活動板22，活動板22通過前述的調整件與固定座21相連接，且活動板22能夠通過調整件改變其相對于固定座21的距離(在第一方向上)。

可以看出，通過活動板22相對于固定座21(沿水平方向)的位置調整，實現(xiàn)了光學元件500的安置和移出，并有效避免了安置和移出過程由于干涉導致的光學元件500的損壞。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，可以在活動板22的內側設置有墊塊221，如可以，墊塊221通過沉頭螺釘固定于活動板22。墊塊221可以具有至少一個工位面2211，光學元件500的外緣能夠匹配式抵接于其中的一個工位面2211上。

可以看出，通過多個工位面的設計，使得同一個夾持套件可以滿足不同規(guī)格的光學元件500的安裝。進一步參照圖2a，如可以是，墊塊221具有至少一個臺階，臺階的截面可以為具有多個高度的階梯狀結構，與高度相對應的具有多種設定厚度的光學元件500能夠抵接于與該設定厚度對應的臺階處(光學元件500的外緣抵接于工位面2211，光學元件500靠近機械臂的一側的邊緣則抵接于與工位面2111形成臺階的過渡立面)。

當然，圖2a所示的臺階主要是厚度有所區(qū)別的大致為平面的工位面2211的組合，主要滿足的是對不同厚度的、外緣大致為平面的光學元件500的安裝。實際上，根據(jù)需求，也可以進一步將工位面2211設計為弧面、折面等結構形式，以滿足不同外緣形狀的光學元件的安裝需求。此外，臺階的個數(shù)也可以根據(jù)實際需求調整兩個以及兩個以上。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，調整件為螺桿23，螺桿23固定于活動板22，活動板22能夠通過螺桿23的旋動在第一方向上以接近/遠離固定座21的方式移動。

將所述螺桿固定于所述活動板的結構可以包括：

環(huán)槽，其沿徑向設于螺桿23的桿體外側；以及

擋片，其固定于活動板22，且其具有能夠嵌入環(huán)槽的環(huán)狀結構。

在一種可能的實施方式中，螺桿23可以選用手旋螺桿來靈活調節(jié)活動板22的位置。如手旋螺桿可以包括：桿體以及設于桿體一端的旋鈕，桿體的軸向沿著遠離旋鈕的具有螺紋段和光桿段，通過旋轉操作旋鈕即可使得螺紋段在固定座21的厚度方向(水平方向)的擰入/擰出，前述的環(huán)槽可以置于光桿段和螺紋段的分界處，通過將擋片231嵌入環(huán)槽，即可將桿體沿軸向可靠地固定于活動板22。環(huán)槽一側的光桿段穿入活動板22的通孔后伸出活動板22的外側，作為一種優(yōu)選，此處的通孔可以稍大于(如至少是間隙配合)光桿段的外徑，以便光桿段能夠順利伸出活動板22。

這樣一來，通過旋鈕的旋轉使得螺紋段在固定座21上的螺紋孔內移動，實現(xiàn)活動板22相對于固定座21的位置調整。當然，也可以借助于測量工具和/或能實現(xiàn)使得旋鈕實現(xiàn)旋動的工具，保證手旋螺桿23能夠更為準確地調節(jié)活動板22的位置。

如擋片231嵌入環(huán)槽內的結構可以是設于擋片外緣的半圓形開口。由于活動板是通過螺紋段的移動來實現(xiàn)隨動的，因此活動板22的活動范圍至多是螺桿23的螺紋段的長度。

此外，為了進一步增加固定座21和活動板22在桿體軸向的位置穩(wěn)定性，可以增設銷釘24，如進一步參照圖2a，如可以與手旋螺桿的桿體平行的銷釘24。其中銷釘24的螺紋段沿桿體軸向依次穿過設于固定座21以及活動板22上相應位置的通孔，通過螺母將伸出活動板22的螺紋匹配擰緊，即可將銷釘24固定在活動板22上。事實上，銷釘24同時也作為螺桿23在旋動過程中的輔助導向件，增加了手旋螺桿的操作可靠性。為了保證輔助導向的穩(wěn)定性，銷釘24優(yōu)選為成對使用。以僅一對銷釘為例，相對于單個銷釘，明顯提高了穩(wěn)定性。而當銷釘?shù)膫€數(shù)大于兩個之后，會對夾持套件的制造和裝配提出更高的要求，這顯然會使得成本增加。為了保證安裝工具將銷釘夾持便于裝配，銷釘24的頭部為扁圓狀結構。為了便于銷釘24的移除，其靠近頭部一側的螺紋段與固定座21為間隙配合。

作為一種可能的實施方式，擋片231可以是一個大致為矩形的片狀零件，上面除了設有固定螺桿23的半圓形開口之外，還可以分布多個圓形通孔。如前述的兩個銷釘24的螺紋段也可以穿過相應的圓形通孔之后，再通過螺母固定在活動板22上。

通過上述螺桿23、銷釘24與擋片231的配合，可以使得固定板22可以可靠地停留在固定的位置。而且本發(fā)明的活動板22由于采用的是細牙螺紋的傳動方式，因此在光學元件500處于夾持狀態(tài)時，僅螺紋部分就能夠具有很好的自鎖功能，有效防止在夾持轉運過程中元件掉落。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，夾持套件還包括緩沖墊400，緩沖墊400墊片4大致為長條狀，主要設于面板100與光學元件500接觸的一側。進一步參照圖1a，可以在面板100大致邊緣的位置上設有多個緩沖墊400，緩沖墊可以通過粘合膠粘連于面板100，也可以沿其長度方向分布有若干個沉頭螺栓孔，通過沉頭螺栓固定于面板2安置光學元件500的上邊緣、兩側邊緣和/或下邊緣等位置。光學元件500的外緣直接與緩沖墊400接觸，有效防止了光學元件500外緣(靠近面板10的一側)的損傷。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，面板100在至少一側上分布有若干個凹進結構13，如可以是，凹進結構13分布于靠近機械臂的一側，且朝向安裝光學元件500一側的方向凹進。凹進結構13可以是截面大致為矩形的塊狀結構，也可以其他形狀的結構，如圓形、橢圓形以及如圖1b中設于面板100邊角處的帶有彎折的形狀等。且各個凹進結構13的形狀可以有所區(qū)別。在面板100上設置凹進結構13的主要作用是實現(xiàn)了面板100的輕質化。與將面板100整體薄化的方案相比，在實現(xiàn)輕質化的前提下，部分掏出凹進結構13的方案使得面板100的整體仍保留了一定的厚度，即強度可以得到保證。

參照圖2b，在一種可能的實現(xiàn)方式中，托架300的結構主要包括：

架基體31，其以能夠拆卸的方式與面板100相連接。如可以通過螺栓連接的方式固定于面板100。以及

托塊32，其設置于架基體31，且托塊32具有與前述的活動板22上的墊塊221上的工位面2211相對應的卡置面321。當不同厚度的光學元件500作為待安裝的部件時，其在橫向抵接于與其厚度匹配的工位面2211上。與之對應，其在重力方向上，也有對應的卡置面321來恰好抵接該厚度的光學元件500。如與墊塊221上的工位面2211類似，也可以將托塊32設置為臺階，卡置面321即臺階在水平方向的面。同樣地，也可以與光學元件500的外緣相適應，卡置面321可以是平面、弧面或者折面等形狀。

這樣一來，通過托塊32與墊塊221的配合，可以根據(jù)實際需求，設計出多個工位，用于安裝不同厚度和外緣形狀的光學元件500。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，進一步參照圖2b，架基體31大致為L型結構。其中：L型結構的第一端面311上設有若干個安裝孔，用于借助螺栓將其固定于面板100的背側(靠近機械臂的一側)。而托塊32則固定于所述L型結構的第二端面312，光學元件500的外緣能夠抵接于托塊32上的其中一個卡置面321的內側。可以在第二端面312上設有與托快的底部形狀對應的凹進部，便于安裝托塊32。托塊32可以采用沉頭螺釘?shù)瓤刹鹦兜姆绞焦潭ㄔ谠摪歼M部。通過對托塊32進行單獨選材(如輕質、柔質等)和結構設計，以盡量地促成光學元件500的完好性。

如圖1a和1b所示，在一種可能的實施方式中，光學元件500的輪廓大致為上寬下窄的梯形。梯形的腰的頂部兩側設有一對夾板200，梯形的底邊的兩側設有兩個托架300?；顒影?2設于固定座21的外側(遠離光學元件500的一側)，手旋螺桿的旋鈕設于固定座21的內側(靠近光學元件500的一側)。用于操作以調整活動板22位置的旋鈕以及相應的銷釘24均設于面板100的背面(靠近機械臂的一側)，而用于卡置光學元件500的墊塊221和托塊32處于面板100的正面(安裝光學元件的一側)。

采用手旋螺桿來實現(xiàn)光學元件500的夾持的過程可以包括：

順時針旋轉手旋螺桿帶動活動板22向外移動，使用機械臂將夾持套件整體移動至光學元件500附近。為了保證面板100接近光學元件500的過程中不會被夾板200干涉，如可以將活動板22向外移動至所能移動的最遠的位置，即足以保證光學元件500兩側的邊處于活動板22的內側之內(如與墊塊的工位面之間有間隙)。該移動主要實現(xiàn)的是將面板100大致接近光學元件的位置。在此過程中，還要使面板100盡可能地平行于光學元件500，以保證安置的可靠性?？梢钥闯?，手旋螺桿使得本發(fā)明的夾持套件可以在水平方向進行較大范圍的調整，且實現(xiàn)水平調整的結構簡單、緊湊，操作便捷，能在狹窄的環(huán)境中便捷地工作。

在一種可能的實施方式中，可以進一步將夾持套件緩慢地趨近光學元件500，使得托架300大致置于光學元件500下部。以及進一步將夾持套件趨近光學元件500，使面板100上的緩沖墊400緊密地貼至光學元件500背部?？梢詫A持套件向緩慢地向上提起，直到托塊32上的卡置面321抵接至光學元件500的底部外緣，實現(xiàn)了重力方向上的可靠托起支撐。

在保證托塊32以及緩沖墊400與光學元件500完成可靠接觸之后，逆時針旋轉手旋螺桿，螺紋段在固定座21內的移動帶動活動板22向內移動，直至墊塊221上的工位面2221抵接至光學元件500的外緣。即將光學元件500橫向夾緊。至此，即完成了夾持套件對光學元件500的固定。

參照圖3，以光學元件500的中心作為坐標原點，以垂直于面板100且由面板100指向光學元件500的方向為X軸正向，光學元件500的重力方向相反的方向為Z軸正向，Z軸在面板100所在的平面內順時針轉動90°之后的方向為Y軸正向。從X軸、Y軸、Z軸的正向側觀察，繞X軸、Y軸、Z軸逆時針轉動的方向為Rx、Ry和Rz?？梢钥闯觯景l(fā)明的夾持套件在夾持光學元件500的狀態(tài)下，面板100、夾板200和托架300分別單獨地完成了對光學元件500在(X、Y、Z)三個自由度上的約束。在面板100、夾板200和托架300形成的安裝空間的限制下，完成了對光學元件500在(Rx、Ry、Rz)三個自由度上的約束。因此通過本發(fā)明的夾持套件能夠實現(xiàn)對光學元件500的牢固、穩(wěn)定的夾持。

作為一種可能的實施方式，與光學元件500的外緣直接接觸的墊塊221和托塊321可以采用輕質且不易損壞光學元件500的材質，如可以是白色聚四氟乙烯。由于機械臂本身的負載能力有限，而光學元件500在負載(包括光學元件與夾持套件)中所占的重量比例又較大，因此夾持套件盡可能使用強度質量比(即材料的強度與質量的比值)比較高的材料，而鋁合金就是一種強度比較高的材料。因此主要作為厚度方向的支撐件的面板100可以采用整體機械加工成型的合金板，如采用牌號為6061的航空鋁合金。主要作為橫向的活動/支撐件的活動板22則可以采用合金材料，如采用牌號為6061的航空鋁合金。但是由于鋁合金存在硬度較低、不耐磨以及容易產(chǎn)生劃痕的不足，因此可以采用硬質陽極氧化處理的方式來提高鋁合金的表面硬度，提高其耐磨性。如可以對面板100和活動板22的表面作硬質陽極氧化處理。對于夾裝套件的關鍵部位的部件，由于其具有“載荷相對較大、有效空間有較小”的特點，因此宜選用楊氏模量比較大的材料，以減小其在工作過程中的變形，而不銹鋼就是一種楊氏模量比較大的材料。而且在清潔環(huán)境中，不銹鋼材料還具有耐腐蝕的優(yōu)點，不易產(chǎn)生銹蝕粉塵。如作為安裝/支撐/限位/連接功能件的托架300、固定座21、螺桿23(主要指桿體部分)、銷釘24以及擋片231可以采用不銹鋼材質，以及可以對這些不銹鋼材質的部件表面做鏡面鈍化處理，主要是為了便于清潔/清洗。。

由于體積的限制，目前用于實現(xiàn)自動化或者半自動化作業(yè)的多自由度機械臂的有效負載通常都在一定范圍之內，通過面板100上的凹進結構13以及選材的調整，使得本發(fā)明的夾持套件在重量上實現(xiàn)了一定程度的輕便化，因此在有效負載一定的前提下，能夠夾持重量較大的光學元件500。且由于本發(fā)明的夾持套件具有夾持牢固穩(wěn)定以及夾持效率高的優(yōu)點，因此更適用于對大口徑的光學元件500的夾持。而且通過墊塊221、托塊32以及緩沖墊400等結構的設計，能有效地保護夾持及轉運過程中的光學元件500不受損傷，同時墊塊221和托塊32的階梯式設計還使得本發(fā)明的夾持套件能夠適用于不同厚度的光學元件500。此外，本發(fā)明的夾持套件具有結構簡單、操作便捷以及使用壽命長的優(yōu)點，因此能夠在有限的空間內快速、穩(wěn)定、牢固地夾持光學元件500，為實現(xiàn)光學元件500的自動化裝配過程提供了可靠保證。

需要說明的是，盡管以一對夾板200、兩個托架300以及僅在面板100的背側設置凹進結構13作為示例介紹了夾持套件如上，但本領域技術人員能夠理解，本發(fā)明應不限于此。事實上，用戶完全可根據(jù)實際應用場景等情形靈活地設定夾板200的對數(shù)、托架300的個數(shù)以及凹進結構13的具體形狀以及布置形式等。

至此，已經(jīng)結合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。