CN109940360A - 透镜夹取装置及其夹取方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及半导体激光器技术领域，公开了一种透镜夹取装置及其夹取方法，透镜夹取装置包括料盘、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构，料盘用于放置透镜；视觉图像检测机构的镜头朝向料盘，以测量透镜的位置；夹头调整机构的输入端连接于视觉图像检测机构，夹头调整机构的输出端连接于夹头，以根据透镜的位置调节夹头的位置。通过视觉图像检测机构测量透镜的位置，并将透镜的位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的透镜的位置来调节夹头的位置，提高了夹取过程的精确度。该透镜夹取装置可以实现透镜夹取过程的自动化、连续化操作，提高了夹取过程的效率，节省了人力和时间。

Description

透镜夹取装置及其夹取方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种透镜夹取装置及其夹取方法。

背景技术

半导体激光器是以半导体材料为工作物质的具有光反馈功能的P-N结二极管，其与固体激光器和气体激光器相比，具有结构紧凑、可靠性高高效稳定等优点，已经被广泛应用于机械加工、材料处理、武器制造和激光显示等行业。而为了得到更大的输出功率，通常将许多单个半导体激光器组合在一起形成阵列，得到高功率半导体激光器。但是由于非对称光波导的影响，该阵列发出的激光在水平和垂直方向上的光束质量相差悬殊，存在像散，导致发光点在空间分布上较稀疏，输出光能量不集中。因此必须采用光束整形方法，来解决光束质量差、功率密度低的问题。光束整形方法通常采用透镜来调整光束快方向上的发散角，由于透镜的几何尺寸很小，因此对透镜的安装具有较高的难度。

目前，现有技术中通常采用手工夹取，需要人工操作镊子夹持镜片，夹持力不稳定，随机性较大。而且，人工夹持的夹持位置不确定，容易对透镜的工作面造成污染。特别是对于高功率半导体激光器，需要连续安装多个透镜，若采用人工操作，则安装效率低下，费时费力。

发明内容

本发明实施例提供一种透镜夹取装置及其夹取方法，用以解决现有技术中需人工夹取透镜的缺陷，实现透镜夹取的自动化操作。

本发明实施例提供一种透镜夹取装置，包括料盘、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构，所述料盘用于放置透镜；所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述料盘，以测量所述透镜的位置；所述夹头调整机构的输入端连接于所述视觉图像检测机构，所述夹头调整机构的输出端连接于所述夹头，以根据所述透镜的位置调节所述夹头的位置。

其中，所述料盘上设有至少一个透镜放置槽，所述透镜放置槽的底部的中间开设有第一通孔，所述透镜放置槽的至少一个侧壁沿所述透镜放置槽的深度方向开设有第二通孔。

其中，所述视觉图像检测机构还包括光源，所述光源朝向所述镜头，且所述光源与所述镜头之间的距离大于或者等于所述料盘与所述镜头之间的距离。

其中，所述视觉图像检测机构还包括图像传感器，所述图像传感器的输入端连接于所述镜头，所述图像传感器的输出端连接于所述夹头调整机构。

其中，所述夹头调整机构包括第一X轴滑台、Z轴滑台、三维角位移平台；所述Z轴滑台的导轨连接于所述第一X轴滑台的滑块，所述Z轴滑台的滑块连接于所述三维角位移平台的底座，所述三维角位移平台的输出端连接于所述夹头。

其中，还包括料盘调整机构，所述料盘调整机构包括第二X轴滑台和Y轴滑台；所述Y轴滑台的导轨连接于所述第二X轴滑台的滑块，所述Y轴滑台的滑块连接于所述料盘。

本发明实施例提供一种利用上述透镜夹取装置的透镜夹取方法，包括以下步骤：

将透镜放置于料盘上；

利用视觉图像检测机构获取所述透镜的位置；

所述视觉图像检测机构将所述透镜的位置信息传递给夹头调整机构，所述夹头调整机构根据所述透镜的位置计算出夹取位置；

所述夹头调整机构调节夹头的位置至所述夹取位置；

利用所述夹头夹取所述透镜。

其中，所述利用视觉图像检测机构获取所述透镜的位置，包括以下步骤：

利用第一通孔透射光线，获取所述透镜的侧面的图像，计算所述透镜的侧面与预设参考线之间的角度值，得到透镜倾角；

当第二通孔的数量为一个时，则利用所述第二通孔透射光线，获取所述透镜的第一端面的图像，得到所述透镜的第一端面的位置信息，根据所述透镜的长度计算出所述透镜的第二端面的位置信息；

当第二通孔的数量为两个时，则利用两个所述第二通孔获取所述透镜的第一端面和第二端面的图像，得到所述透镜的第一端面和第二端面的位置信息。

其中，所述夹头调整机构调节所述夹头的位置至所述夹取位置，包括以下步骤：

将所述夹头由初始位置移动至所述透镜的上方，所述夹头与所述透镜的高度差为预设高度；

利用所述视觉图像检测机构获取所述夹头的位置，根据所述透镜倾角转动所述夹头，使所述夹头的夹取面平行于所述透镜的侧面；

计算所述夹头的夹取面与所述透镜的侧面之间的距离，得到平移距离；

根据所述平移距离和所述预设高度移动所述夹头至所述夹取位置。

其中，在所述利用视觉图像检测机构获取所述透镜的位置之后，在所述视觉图像检测机构将所述透镜的位置信息传递给夹头调整机构之前，还包括以下步骤：

获取透镜位置偏差预设值；

计算所述透镜的位置与标准透镜位置之间的偏差值；

比较所述偏差值与所述透镜位置偏差预设值之间的大小；

若所述偏差值大于所述透镜位置偏差预设值，则停止夹取作业，并发出提示信息，以提示工作人员重新放置透镜；

若所述偏差值小于或者等于所述透镜位置偏差预设值，则利用所述视觉图像检测机构将所述透镜的位置信息传递给所述夹头调整机构。

本发明实施例提供的透镜夹取装置及其夹取方法，通过夹头替代人工来夹取透镜，降低了夹取过程的随机性，使得夹持力更加稳定。同时，通过视觉图像检测机构替代人眼来做测量和判断，并将透镜的位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的透镜的位置来调节夹头的位置，提高了夹取过程的精确度，避免了对透镜工作面的污染。夹头调整机构和视觉图像检测机构相辅相成，可以实现透镜夹取过程的自动化、连续化操作，提高了夹取过程的效率，节省了人力和时间，也为后续透镜的安装提供了位置参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的一种透镜夹取装置的等轴测视图；

图2是图1中的透镜夹取装置的另一视角的等轴测视图；

图3是本发明实施例中的料盘的放大示意图；

图4是本发明实施例中的透镜放置槽和透镜的相对位置关系示意图；

图5是本发明实施例中的夹头的调节过程示意图；

附图标记说明：

1：料盘； 11：透镜放置槽； 12：第一通孔；

13：第二通孔； 14：T形槽； 2：夹头；

2-1：夹头的第一位置； 2-2：夹头的第二位置； 2-3：夹头的第三位置；

2-4：夹头的第四位置； 3：夹头调整机构； 31：第一X轴滑台；

32：Z轴滑台； 33：三维角位移平台； 4：视觉图像检测机构；

41：镜头； 42：图像传感器； 43：镜头调整台；

44：光源； 5：料盘调整机构； 51：第二X轴滑台；

52：Y轴滑台； 53：料盘安装座； 6：基座；

61：立式支架； 7：透镜； 8：夹取位置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”“第四”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“前”“后”“左”“右”以及“X轴”“Y轴”“Z轴”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

图1是本发明实施例中的一种透镜夹取装置的等轴测视图，如图1所示，本发明实施例提供的一种透镜夹取装置，包括料盘1、夹头2、夹头调整机构3和视觉图像检测机构4，料盘1用于放置透镜7。具体地，料盘1水平设置，料盘1上用于放置透镜7的一面朝上。

视觉图像检测机构4的镜头41朝向料盘1，以测量透镜7的位置。具体地，镜头41设置于料盘1的上方，并与料盘1间隔一定距离。

夹头调整机构3的输入端连接于视觉图像检测机构4，视觉图像检测机构4将其测量所得的透镜7的位置信息传送给夹头调整机构3。夹头调整机构3的输出端连接于夹头2，以根据透镜7的位置调节夹头2的位置，实现夹取作业。

本实施例提供的一种透镜夹取装置，通过夹头替代人工来夹取透镜，降低了夹取过程的随机性，使得夹持力更加稳定。同时，通过视觉图像检测机构替代人眼来做测量和判断，并将透镜的位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的透镜的位置来调节夹头的位置，提高了夹取过程的精确度，避免了对透镜工作面的污染。夹头调整机构和视觉图像检测机构相辅相成，可以实现透镜夹取过程的自动化、连续化操作，提高了夹取过程的效率，节省了人力和时间，也为后续透镜的安装提供了位置参考。

进一步地，如图1和图2所示，视觉图像检测机构4还包括镜头调整台43，镜头调整台43固定在立式支架61上。在进行夹取作业之前，利用镜头调整台43调节镜头41与料盘1之间的距离，使得透镜7可以获得较好的成像质量。在夹取作业过程中，无需再调节该距离。

进一步地，如图3所示，料盘1上设有至少一个透镜放置槽11，透镜放置槽11的底部的中间开设有第一通孔12，透镜放置槽11的至少一个侧壁沿透镜放置槽11的深度方向开设有第二通孔13。具体地，透镜放置槽11的数量可以为一个，也可以为多个，本实施例中以多个为例进行说明。如图3所示，多个透镜放置槽11呈纵横阵列式排布。

如图4所示，第一通孔12为长条形。第二通孔13的数量为一个，形状为圆形，且设置于透镜放置槽11的前端。透镜放置槽11的后端设置一个T形槽14。放置透镜7时，透镜7的前端位于第二通孔13上，透镜7的后端位于T形槽14上。

除了上述情况外，第二通孔13的数量也可以为两个，且对称地设置于透镜放置槽11的前端和后端。

更进一步地，如图2所示，视觉图像检测机构4还包括光源44，光源44朝向镜头41，且光源44与镜头41之间的距离大于或者等于料盘1与镜头41之间的距离。具体地，光源44设置在料盘1的下方，光源44可以与料盘1间隔一定的距离，也可以直接设置在料盘1的底部。本实施例中的光源44通过L形支板固定在基座6上。

进一步地，视觉图像检测机构4还包括图像传感器42，图像传感器42的输入端连接于镜头41，图像传感器42的输出端连接于夹头调整机构3。具体地，图像传感器42可以采用工业相机，例如CCD相机或者CMOS相机。利用工业相机可以将镜头41所采集的光信号转变成电信号，然后再通过信号线传输给夹头调整机构3。工业相机数据接口可以采用以太网接口、USB接口或者其他的信号接口。

进一步地，如图2所示，夹头调整机构3包括第一X轴滑台31、Z轴滑台32、三维角位移平台33。第一X轴滑台31的导轨固定在基座6上，Z轴滑台32的导轨连接于第一X轴滑台31的滑块，Z轴滑台32的滑块连接于三维角位移平台33的底座，三维角位移平台33的输出轴连接于夹头2。通过第一X轴滑台31可以调节夹头2在X轴方向上的位置，通过Z轴滑台32可以调节夹头2在Z轴方向上的位置，通过三维角位移平台33可以调节夹头2的三维角度。

具体地，第一X轴滑台31和Z轴滑台32均包括位移传感器。三维角位移平台33包括X轴转动台、Y轴转动台和Z轴转动台，每个转动台均包括电机、凹面座、D形板以及角度传感器。本实施例中，Y轴转动台的凹面座连接于Z轴滑台32的滑块，Y轴转动台的D形板连接于X轴转动台的凹面座，X轴转动台的D形板连接于Z轴转动台的凹面座，Z轴转动台的D形板连接于夹头2。

更具体地，夹头2包括错位叠设的上夹头和下夹头，上夹头的夹钩位于下夹头的夹钩的左侧。上夹头与下夹头均由气缸驱动，当气缸工作时，上夹头的夹钩与下夹头的夹钩相互靠拢，以夹取透镜7。上夹头的夹钩与下夹头的夹钩的中部同步开设有条形槽，以在夹取的过程中避开透镜7的中心部位，即透镜7的工作部位。

进一步地，如图1和图2所示，还包括料盘调整机构5，料盘调整机构5包括第二X轴滑台51和Y轴滑台52。第二X轴滑台51的导轨固定在基座6上，Y轴滑台52的导轨连接于第二X轴滑台51的滑块，Y轴滑台52的滑块连接于料盘1。通过第二X轴滑台51可以调节料盘1在X轴方向上的位置，通过Y轴滑台52可以调节料盘1在Y轴方向上的位置。

更进一步地，料盘调整机构5还包括料盘安装座53，料盘安装座53的底端连接于Y轴滑台52的滑块，料盘安装座53的顶端通过螺栓连接于料盘1。通过料盘安装座53将料盘1的位置转换至镜头41的下方。

本发明实施例提供的一种利用上述透镜夹取装置的透镜夹取方法，包括以下步骤：

将透镜7放置于料盘1上；

利用视觉图像检测机构4获取透镜7的位置；

视觉图像检测机构4将透镜7的位置信息传递给夹头调整机构3，夹头调整机构3根据透镜7的位置计算出夹取位置8；

夹头调整机构3调节夹头2的位置至夹取位置8；

利用夹头2夹取透镜7。

进一步地，图4中的a图为视觉图像检测机构拍摄到的透镜和透镜放置槽的图像，图4中的b图为视觉图像检测机构经过计算处理后得到的透镜和透镜放置槽的图像。如图4所示，利用视觉图像检测机构4获取透镜7的位置的这一步骤，包括以下分步骤：

利用第一通孔12透射光线，获取透镜7的侧面的图像，计算透镜7的侧面与预设参考线之间的角度值，得到透镜倾角α；

如图4所示，当第二通孔13的数量为一个时，则利用第二通孔13透射光线，获取透镜7的前端面(即第一端面)的图像，得到透镜7的前端面的位置信息，根据透镜7的长度H，计算出透镜7的后端面(即第二端面)的位置信息。

另外，当第二通孔13的数量为两个时(图中未示出)，则利用两个第二通孔13获取透镜7的前端面和后端面的图像，得到透镜7的前端面和后端面的位置信息。

具体地，本实施例中的预设参考线为透镜放置槽11的右边线。

更进一步地，根据透镜7的前端面和后端面的位置信息以及透镜倾角α可以得到透镜7在透镜放置槽11内的放置图像。根据夹头2的大小，使得夹头2的条形槽的中心线与透镜7的中心线重合或者存在一定范围的偏移，进而可以计算出夹头2的最终的夹取位置8。

更进一步地，如图5所示，夹头调整机构3调节夹头2的位置至夹取位置8这一步骤，包括以下分步骤：

将夹头2由初始位置移动至透镜7的上方，夹头2与透镜7的高度差为预设高度。具体地，可以设定为1-3mm。

利用视觉图像检测机构4获取夹头2的位置，根据透镜倾角α转动夹头2，使夹头2的夹取面平行于透镜7的侧面；

计算夹头2的夹取面与透镜7的侧面之间的距离，得到平移距离L。具体地，该平移距离L沿Y轴的分量为L₁，可以通过Y轴滑台52进行调整。该平移距离L沿X轴的分量为L₂，可以通过第一X轴滑台31进行调整。

根据平移距离L和预设高度移动夹头2至夹取位置8。

具体地，如图5所示，将夹头2的调整过程分为四个阶段：初始状态时，夹头2位于夹头的第一位置2-1，此时夹头2的夹取面平行于透镜放置槽11的右边线，因此夹头2的夹取面与透镜7之间的夹角等于透镜倾角α。将夹头2转动透镜倾角α，使得夹头2位于夹头的第二位置2-2，夹头2的夹取面平行于透镜7的侧面。再通过Y轴滑台52移动L₁，使得夹头2位于夹头的第三位置2-3，夹头2的中心线与透镜7的中心线重合。然后，通过第一X轴滑台31移动L₂，使得夹头2位于夹头的第四位置2-4，夹头2的夹取面位于夹取位置8的上方。接着，通过Z轴滑台32向下移动预设高度，使得夹头2位于夹取位置8。最后，接着打开气缸，使得上夹头和下夹头靠拢，进行夹取作业。

进一步地，在利用视觉图像检测机构4获取透镜7的位置之后，在视觉图像检测机构4将透镜7的位置信息传递给夹头调整机构3之前，还包括以下步骤：

获取透镜位置偏差预设值；

计算透镜7的位置与标准透镜位置之间的偏差值；

比较偏差值与透镜位置偏差预设值之间的大小；

若偏差值大于透镜位置偏差预设值，则停止夹取作业，并发出提示信息，以提示工作人员重新放置透镜；

若偏差值小于或者等于透镜位置偏差预设值，则利用视觉图像检测机构4将透镜7的位置信息传递给夹头调整机构3，继续执行后续作业。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的透镜夹取装置及其夹取方法，通过夹头替代人工来夹取透镜，降低了夹取过程的随机性，使得夹持力更加稳定。同时，通过视觉图像检测机构替代人眼来做测量和判断，并将透镜的位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的透镜的位置来调节夹头的位置，提高了夹取过程的精确度，避免了对透镜工作面的污染。夹头调整机构和视觉图像检测机构相辅相成，可以实现透镜夹取过程的自动化、连续化操作，提高了夹取过程的效率，节省了人力和时间，也为后续透镜的安装提供了位置参考。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种透镜夹取装置，其特征在于，包括料盘、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构，所述料盘用于放置透镜；所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述料盘，以测量所述透镜的位置；所述夹头调整机构的输入端连接于所述视觉图像检测机构，所述夹头调整机构的输出端连接于所述夹头，以根据所述透镜的位置调节所述夹头的位置。

2.根据权利要求1所述的透镜夹取装置，其特征在于，所述料盘上设有至少一个透镜放置槽，所述透镜放置槽的底部的中间开设有第一通孔，所述透镜放置槽的至少一个侧壁沿所述透镜放置槽的深度方向开设有第二通孔。

3.根据权利要求2所述的透镜夹取装置，其特征在于，所述视觉图像检测机构还包括光源，所述光源朝向所述镜头，且所述光源与所述镜头之间的距离大于或者等于所述料盘与所述镜头之间的距离。

4.根据权利要求1所述的透镜夹取装置，其特征在于，所述视觉图像检测机构还包括图像传感器，所述图像传感器的输入端连接于所述镜头，所述图像传感器的输出端连接于所述夹头调整机构。

5.根据权利要求1所述的透镜夹取装置，其特征在于，所述夹头调整机构包括第一X轴滑台、Z轴滑台、三维角位移平台；所述Z轴滑台的导轨连接于所述第一X轴滑台的滑块，所述Z轴滑台的滑块连接于所述三维角位移平台的底座，所述三维角位移平台的输出端连接于所述夹头。

6.根据权利要求5所述的透镜夹取装置，其特征在于，还包括料盘调整机构，所述料盘调整机构包括第二X轴滑台和Y轴滑台；所述Y轴滑台的导轨连接于所述第二X轴滑台的滑块，所述Y轴滑台的滑块连接于所述料盘。

7.一种利用如权利要求1至6中任一项所述的透镜夹取装置的透镜夹取方法，其特征在于，包括以下步骤：

将透镜放置于料盘上；

利用视觉图像检测机构获取所述透镜的位置；

所述视觉图像检测机构将所述透镜的位置信息传递给夹头调整机构，所述夹头调整机构根据所述透镜的位置计算出夹取位置；

所述夹头调整机构调节夹头的位置至所述夹取位置；

利用所述夹头夹取所述透镜。

8.根据权利要求7所述的透镜夹取方法，其特征在于，所述利用视觉图像检测机构获取所述透镜的位置，包括以下步骤：

利用第一通孔透射光线，获取所述透镜的侧面的图像，计算所述透镜的侧面与预设参考线之间的角度值，得到透镜倾角；

当第二通孔的数量为一个时，则利用所述第二通孔透射光线，获取所述透镜的第一端面的图像，得到所述透镜的第一端面的位置信息，根据所述透镜的长度计算出所述透镜的第二端面的位置信息；

当第二通孔的数量为两个时，则利用两个所述第二通孔获取所述透镜的第一端面和第二端面的图像，得到所述透镜的第一端面和第二端面的位置信息。

9.根据权利要求8所述的透镜夹取方法，其特征在于，所述夹头调整机构调节所述夹头的位置至所述夹取位置，包括以下步骤：

将所述夹头由初始位置移动至所述透镜的上方，所述夹头与所述透镜的高度差为预设高度；

利用所述视觉图像检测机构获取所述夹头的位置，根据所述透镜倾角转动所述夹头，使所述夹头的夹取面平行于所述透镜的侧面；

计算所述夹头的夹取面与所述透镜的侧面之间的距离，得到平移距离；

根据所述平移距离和所述预设高度移动所述夹头至所述夹取位置。

10.根据权利要求7所述的透镜夹取方法，其特征在于，在所述利用视觉图像检测机构获取所述透镜的位置之后，在所述视觉图像检测机构将所述透镜的位置信息传递给夹头调整机构之前，还包括以下步骤：

获取透镜位置偏差预设值；

计算所述透镜的位置与标准透镜位置之间的偏差值；

比较所述偏差值与所述透镜位置偏差预设值之间的大小；

若所述偏差值大于所述透镜位置偏差预设值，则停止夹取作业，并发出提示信息，以提示工作人员重新放置透镜；

若所述偏差值小于或者等于所述透镜位置偏差预设值，则利用所述视觉图像检测机构将所述透镜的位置信息传递给所述夹头调整机构。