光学元件亚微米精度自动化装校机构研究

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光学镜头在日常生产生活中有着广泛的应用。从常见的摄像头到制造芯片的光刻机,都离不开光学镜头的使用。光学镜头的装校环节是光学镜片制造过程中的最后一个环节,该环节决定了光学镜头的最终精度。目前,现有的自动化装校机构不能满足亚微米精度的光学镜头装校需要,亚微米精度的光学镜头装校采用的多是人工装校的方式。为实现亚微米级的自动化装校,本文设计了一亚微米精度光学元件自动化装校机构。本文设计的自动化装校机构进行装校的过程分为直推式装校过程和冲击式装校过程。为了满足装校过程的快速性和准确性要求,根据直推式和冲击式装校各自的特点,由装校速度较快的直推式装校机构完成镜片的初调,由装校精度较高的冲击式装校机构完成镜片的终调。在装校过程中镜片的跃动区间和回弹量会影响装校精度,这是直推式装校所要解决的主要问题。为了解决这个问题,本文针对装校过程中镜片和镜片支承之间的摩擦进行了研究,分析了镜片在直推式调整过程中的运动机理,得到了镜片运动的理论模型,同时设计了实验机构,通过实验对理论模型进行了验证。根据镜片运动的理论模型,设计了直推式装校的装校机构,避开了跃动区间且通过预测回弹量解决了回弹的问题。使得直推式装校能达到较高的装校精度。冲击式装校所要解决的问题是如何提高镜片位移的最小调节分辨率。冲击式调整中摩擦系数是变化的,其更小的回弹对应着更小的调整分辨率,为此用Hyperworks软件对冲击过程进行了显示动力学有限元仿真,研究冲击参数对于镜片冲击调整过程的影响,并设计了实验机构,通过实验验证了仿真模型的准确性。最后结合直推式和冲击式调整过程的研究,设计了整体自动化装校机构并测试了该自动化装校机构对于实验镜片的装校精度,实验结果证明,本文所设计的自动化装校机构可以满足亚微米级光学元件的自动化装校精度需求,同时相较于人工装校,平均装校时间从数小时缩短到30分钟之内。本文主要创新点在于构建了直推式装校过程的理论模型,改进了直推式装校过程,使直推式装校机构得到了更高的精度。同时对冲击过程进行仿真,结合直推式和人工冲击式装校,设计了一种兼具速度和精度的新型亚微米级自动化装校机构。
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