CN104176911A - 一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备及成型方法，目的在于解决国内外现有的热模压精密非球面玻璃透镜等温成型设备导致成型周期长，成型效率、生产效率低，模具使用寿命短、利用率低，工件制造成本高的问题。其包括工作台、下模座、上模座、加压云台、真空罩、真空连接管等。本发明在加热、模压、退火、冷却工艺上具有并行的特点，将生产效率提高到原来的2至3倍，并且能够将每个周期中模具的温差波动从500多摄氏度降低到80摄氏度，有效降低模具的冷热疲劳，显著延长模具的使用寿命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，将非球面玻璃透镜的大规模生产向前推进了一大步，具有显著的经济价值和社会效益，市场前景广阔。

Description

一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备及成型方法

技术领域

本发明属于近净成形、超精密加工、精密模压成型技术领域，尤其是一种玻璃成型设备，具体为一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备及成型方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，随着数码科技的发展、3C产业(Computing/计算、Communication /通讯、Consumer electronic products /消费性电子产品)的快速成长，以及全球数码产品(如数码相机、智能手机、可穿戴产品等)需求量的逐年激增，高精度非球面透镜、微透镜、微透镜阵列及衍射透镜等玻璃光学元件的需求量越来越大。据统计，到2015年，各领域需求量如下：测量仪器领域，40亿片左右；生产制造领域，36亿片左右；医疗技术领域，40亿片左右；信息技术领域，86亿片左右；光电通信领域，38亿片左右。另外，复杂非球面光学透镜在汽车传感器、汽车安全识别、摄像系统、汽车诊断设备等领域中，也以10-20%的年增长率增长。因此，如何高效率、低成本、大批量制造数量如此巨大、多尺度的精密玻璃光学元件，成为一个挑战性的课题!

与球面透镜相比，玻璃非球面光学透镜具有抑制色球差、透光性好、成像清晰明亮，以及具有较好的耐热性、耐腐蚀性等抵抗环境变化的优点。同时，在一个光学系统中，单一的非球面透镜可以取代多个球面透镜，从而减少透镜的数量，使光学系统变得更加紧凑、轻薄，从而满足当前数码产品、可穿戴设备向轻、薄、短、小、精的方向发展的需要。因此，随着数码科技的发展，3C(通讯、消费电子、计算机)产业的快速成长，全球数码产品的需求量激增，应用于其中的非球面透镜、微透镜阵列、异型透镜等光学元件供应量不足的窘境将日益突显。

现行的加工光学玻璃透镜的方法主要为去除材料法，如单点金刚石车削技术、超精密磨削技术、超精密研磨抛光技术。采用去除材料法并辅助以计算机控制，能够高效地加工一些球面镜。但对于非球面镜而言，采用材料去除法则显得比较困难。虽然采用新型的磁流变抛光技术可以改进加工工艺，但是对比同样相对可观质量的非球面的玻璃透镜与球面玻璃透镜，去除材料法加工非球面玻璃透镜的造价则十分昂贵。

作为一种替代传统光学玻璃透镜的制造方法，光学玻璃非球面器件的超精密模压成型技术是一个被证实了的最有吸引力的工艺。精密模压成型技术是一种在高温下对光学玻璃压缩成型的工艺。在高温下，玻璃材料的粘度将会降低，在压力作用下，能够很容易产生变形；然后利用经过光学抛光的模具在无氧环境下对光学玻璃挤压成型，以得到所需要的表面形貌或图案，尤其是非球面、自由曲面或微透镜阵列等。与材料去除加工方法相比，光学玻璃器件的热压成型不需要进一步的机械加工，因而能够显著提高产品的生产效率。

目前，国内外现有的热模压精密非球面玻璃透镜等温成型设备如图1所示，该装置包括工作台、设置在工作台上的下模座、与下模座相配合的上模座、设置在上模座中的上模具、设置在下模座中的下模具、加压云台、与加压云台相连的玻璃罩、与玻璃罩相连的真空波纹管、钨丝组件，上模座设置在玻璃罩内，通过钨丝组件对上模具、下模具和玻璃工件同时进行加热，通过加压云台能带动玻璃罩与工作台贴合在一起，通过真空波纹管能够使玻璃罩内变为真空状态。采用该设备进行非球面玻璃透镜模压成型的过程如下：玻璃工件首先采用人工方式放在下模座的下模具上；然后，加压云台下降，抽取玻璃罩内的空气，使加压环境为真空；随后玻璃工件和模具一起被钨丝组加热(加热温度到玻璃软化温度600度左右)；接下来，完成非球面透镜的压力成型的转制；最后，成型的透镜被冷却至室温，制成产品。详细的流程参见图2，整个周期为5-7分钟。

在上述过程中，玻璃的温度变化和模具一致，整个加工工艺分为四个阶段：加热、压型、退火和冷却。完成一个工作周期所经历的加热、压型、退火、冷却是严格按照时间的先后串联顺序，在成型室的同一个位置进行，因而成型周期长，成型效率、生产效率低。另外，在该方法中，高精度模具的工作温度范围变化大，导致模具的使用寿命短。非球面玻璃透镜模压成型的模具极为昂贵，模具使用寿命的缩短，导致制造成本大幅增加。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对国内外现有的热模压精密非球面玻璃透镜等温成型设备需要在成型室的同一个位置，依次严格完成一个工作周期所经历的加热、压型、退火、冷却工序，导致成型周期长，成型效率、生产效率低，同时模具的工作温度范围变化大，其使用寿命短、利用率低，工件制造成本高的问题，提供一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备及成型方法。本发明革新设计一种非等温玻璃模压成型设备，采用一种全新的加工工艺思路，解决上述设备的缺陷。本发明在加热、模压、退火、冷却工艺上具有并行的特点，将生产效率提高到原来的2至3倍，并且能够将每个周期中模具的温差波动从500多摄氏度降低到80摄氏度，有效降低模具的冷热疲劳，显著延长模具的使用寿命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，将非球面玻璃透镜的大规模生产向前推进了一大步，具有显著的经济价值和社会效益，市场前景广阔。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，包括工作台、设置在工作台上的下模座、与下模座相配合的上模座、设置在上模座中的上模具、设置在下模座中的下模具、加压云台、与加压云台相连的真空罩、与真空罩相连的真空连接管、与真空连接管相连的抽真空装置、用于对工件进行加热的加热器、控制系统，还包括能带动加压云台升降的云台升降装置、机械臂、升降转动装置、用于吸放工件的吸放装置、用于对工件进行预热的预热装置、冷却装置，所述机械臂包括第一转动臂、与第一转动臂相连的第二转动臂，所述升降转动装置包括输出轴，所述升降转动装置能通过输出轴带动机械臂沿输出轴的轴向升降和径向转动，所述吸放装置分别设置在第一转动臂、第二转动臂上，所述上模座设置在真空罩内，所述云台升降装置、预热装置、冷却装置分别设置在工作台上，所述控制系统分别与抽真空装置、加热器、升降转动装置、预热装置、云台升降装置相连。

所述吸放装置为吸盘。

所述吸放装置包括真空吸盘、与真空吸盘相连的真空泵，所述真空泵与控制系统相连。

所述上模座上设置有与下模座相配合的定位销。

所述加热器设置在真空罩内。

所述真空连接管为真空波纹管。

所述预热装置包括用于放置工件的预热盛放装置、用于对工件进行预热的预热腔。

所述预热盛放装置包括与预热腔相配合的盛放盘、与盛放盘相连的转动杆、能带动转动杆转动的旋转动力装置，所述预热腔包括放置工件的腔体、用于对工件加热的预热器，所述盛放盘上设置有工件放置的凹槽，所述腔体底边与盛放盘所在平面之间的距离小于工件的厚度，所述腔体内的工件能通过凹槽离开腔体。

所述冷却装置为用于放置工件的冷却盘。

所述机械臂呈U型。

所述真空罩为玻璃罩。

所述加热器、预热器分别为钨丝组件。

所述云台升降装置包括第一导轨、设置在第一导轨上的第一轴承座、设置在第一轴承座上的第一丝杆、与第一丝杆相配合的第一滚珠螺母、能带动第一丝杆转动的第一动力装置，所述第一滚珠螺母与加压云台相连。

所述第一动力装置包括第一电机、第一联轴器，所述第一电机通过第一联轴器带动第一丝杆转动。

还包括连接杆、能带动连接杆升降的下模座升降装置，所述连接杆与下模座相连。

所述连接杆与加压云台之间采用动密封连接，所述工作台上还设置有与真空罩相配合的密封圈。

所述下模座升降装置包括第二导轨、设置在第二导轨上的第二轴承座、设置在第二轴承座上的第二丝杆、能带动第二丝杆转动的第二动力装置、与第二丝杆相配合的第二滚珠螺母，所述第二滚珠螺母与连接杆相连。

所述升降转动装置包括与机械臂相连的输出轴、凸轮分割器、第三电机，所述第三电机通过凸轮分割器能带动输出轴沿轴向升降和径向转动。

所述工作台上还设置有用于对加压云台进行定位的夹紧装置。

一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型方法，包括如下步骤：

（1）预热

将工件放入预热装置内，预热至工件软化点温度以上；

（2）加热模压

将预热装置内预热后的工件放入下模具和上模具组成的成型模具内进行加热模压，并在模压结束后保温保压一段时间，进行慢速退火处理，完成工件的模压成型及初步退火处理；

（3）冷却

将经模压成型及初步退火处理的工件放入冷却装置中自然冷却后，即得产品。

一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型方法，包括如下步骤：

（a）预热模压

将工件放入预热装置内，进行预热；

采用机械臂将预热装置内预热后的一个工件放入下模座的下模具内，同时预热装置继续对其中的工件进行预热，然后加压云台下降，上模座内的上模具与下模具相配合，同时抽真空装置将真空罩内抽真空，再用加热器对工件进行加热，保温保压一段时间后，再进行退火处理，完成工件的模压成型；

（b）三段处理

采用机械臂两端的吸盘分别吸取模压成型的工件和预热后的工件，转动机械臂，机械臂的一端将模压成型的工件放入冷却装置中进行冷却，机械臂的另一端将预热后的工件放入下模座的下模具内进行模压成型，同时预热装置继续对其中的工件进行预热；

（c）连续处理

重复步骤b，完成对多个工件的模压成型处理。

图1为现有的热模压精密非球面玻璃透镜等温成型设备图。采用该设备进行加工时，首先将玻璃预制件放在下模具上，然后，随着模具一起被加热；接下来，完成非球面透镜的压力成型的转制；最后，成型的透镜在模具内被冷却至室温。在该过程中，玻璃的温度是和模具同升同降的，因此，该方法被称为“等温玻璃模压成型（Isothermal Glass Molding Press, IGMP）”。

根据热的循环，一个典型的IGMP过程可以被分为四个阶段：加热、模压、退火和冷却，如图2所示。因为所有四个成型阶段都是在成型室中同一个位置按照时间的先后串联次序精确地控制，所以成型周期长，效率低。另外，具有高精度的模具的工作温度在每个制造周期内，都遵循着从室温到几百摄氏度的最高温，然后再回到室温，这样一个历程，当此种工艺设备连续工作制造透镜时，模具反复在几百摄氏度的高温和室温之间频繁交替，导致的结果是模具使用寿命短，加工非球面玻璃透镜的成本高，从而严重制约该方法的进一步推广。

针对该问题，申请人提出一种全新的非球面透镜的新方法——“非等温玻璃模压成型（Nonisothermal glass molding press, NGMP）”。在NGMP工艺中，将玻璃预制件的温度控制从成型模具中分离出来。首先，将工件在预热装置中被加热到成型温度（即软化点温度）以上；其次，高温的预热工件被温度稍低的成型模具压成透镜；再次，成型的透镜在成型模具中被退火用来释放内应力；最后，将退火的成型透镜从成型模具中取出来，放在冷却盘上被单独冷却至室温。进一步，首先，将工件放入预热装置内，进行预热；其次，采用机械臂将预热装置内预热后的一个工件放入下模座的下模具内，同时预热装置继续对其中的工件进行预热，然后加压云台下降，上模座内的上模具与下模具相配合，同时抽真空装置将真空罩内抽真空，再用加热器对工件进行加热，保温保压一段时间后，再进行退火处理，完成工件的模压成型；再次，采用机械臂两端的吸盘分别吸取模压成型的工件和预热后的工件，转动机械臂，机械臂的一端将模压成型的工件放入冷却装置中进行冷却，机械臂的另一端将预热后的工件放入下模座的下模具内进行模压成型，同时预热装置继续对其中的工件进行预热；最后，重复三段处理过程，从而完成对多个工件的连续模压成型处理。在该NGMP方法中，当一个工件处在模压阶段和退火阶段，下一个工件正在预热阶段被加热，与此同时，最后成型的透镜在冷却阶段正在被冷却，如图3所示。本发明通过并行的方式控制这些阶段，平均的制造周期的循环时间将会明显地减少。同时，在该NGMP方法中，模具温度的变化范围只有几十摄氏度，比在IGMP方法中要小得多，模具的冷热疲劳有效降低，因此，模具的使用寿命显著延长（至少提高2-3倍以上），利用率显著提高，模具的使用寿命得以有效延长。本发明中，上模座用于放置上模具，下模座用于放置下模具。

将本发明的预热装置，记为预热工位；将本发明中的上模座、下模座组成的模具加热加压设备，记为成型工位；将本发明的冷却装置，记为冷却工位。针对现有设备的缺陷，本发明将制造成型工位革新为三个连续的加工工位（即预热工位、成型工位、冷却工位）三个工位以机械臂为中心。机械臂通过升降转动装置完成两个方向的控制（上下升降和左右转动）。机械臂采用双手结构，包括第一转动臂、与第一转动臂相连的第二转动臂，机械臂可以同时在两个工位上工作，这样简化了机械手的控制动作同时保证成型工位处于空缺状态。工件分别在三个连续的工位上经历热模压成型的三个主要工艺：预热、成型、冷却。

与传统的制造精密玻璃透镜的方法相比，本发明具有如下优点：

1)对环境友好；

2)几乎净成形，原料利用率高；

3)采用本发明制备的透镜具有更高的几何精度、更低的轴偏和更均匀的中心厚度；

4）与塑料透镜相比，本发明制备的玻璃透镜具有更高的热稳定性，适用环境更广；

5）本发明的结构设计可使本发明用于大批量的微透镜、衍射透镜和其他自由曲面透镜生产，能够满足工厂化制造的需要；

6）本发明能够显著降低透镜的生产成本，并且设备占地小，对场地的要求低；

7)本发明不需要进行传统的粗磨、精磨、抛光、磨边定中心等一系列工序和工装，对工人的要求低，能够有效简化生产流程，缩短生产周期；

8）本发明将传统的单一工位加工非球面玻璃透镜，革新为三个连续的加工工位加工，充分的利用了高精度模具，并且延长了模具的使用寿命，提高了生产效率，降低了制造成本。

综上，本发明实现了非球面玻璃透镜的连续生产，生产效率高，并且高精度模具工作温度变化范围大大缩小，有效延长了模具使用寿命，提高了模具利用率，显著降低了生产成本，对于促进非球面透镜的加工制造，具有重要意义，是一种很有前途的新兴技术，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为现有热模压精密非球面玻璃透镜等温成型设备。

图2为现有非球面玻璃透镜等温模压成型流程及对应温度时间变化图。

图3为本发明的非等温模压成型流程及对应温度时间变化图。

图4为本发明的装置结构示意图。

图5为图4的立体状态示意图。

图6为图4中云台、云台升降装置及工件模压成型组件的结构示意图。

图7是图4中冷却盘的俯视图。

图8为图4中预热装置的结构示意图。

图9为机械臂与升降转动装置的结构示意图。

图中标记：1为工作台，2为下模座，3为上模座，4为加压云台，5为真空罩，6为真空连接管，7为加热器，8为机械臂，9为吸放装置，10为第一转动臂，11为第二转动臂，12为定位销，13为盛放盘，14为转动杆，15为腔体，16为预热器，17为凹槽，18为冷却盘，19为第一导轨，20为第一轴承座，21为第一丝杆，22为第一滚珠螺母，23为第一电机，24为第一联轴器，25为输出轴，26为凸轮分割器，27为第三电机，28为夹紧装置。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，本发明的装置包括工作台、设置在工作台上的下模座、与下模座相配合的上模座、放置在上模座中的上模具、放置在下模座中的下模具、加压云台、与加压云台相连的真空罩、与真空罩相连的真空连接管、与真空连接管相连的抽真空装置、用于对工件进行加热的加热器、控制系统、能带动加压云台升降的云台升降装置、机械臂、升降转动装置、用于吸放工件的吸放装置、用于对工件进行预热的预热装置、冷却装置、夹紧装置、连接杆、能带动连接杆升降的下模座升降装置。本实施例中，真空罩采用玻璃罩，真空连接管采用真空波纹管，吸放装置采用吸盘，上模座、加热器分别设置在真空罩内。上模座与下模座相配合，上模座上设置有与下模座相配合的定位销，通过定位销能够使上模座与下模座更好的定位，上模具、下模具相配合，构成成型模具。

机械臂包括第一转动臂、与第一转动臂相连的第二转动臂，机械臂整体呈U型。升降转动装置包括与机械臂相连的输出轴、凸轮分割器、第三电机，第三电机通过凸轮分割器能带动输出轴沿轴向升降和径向转动。升降转动装置能通过输出轴带动机械臂沿输出轴的轴向升降和径向转动，吸放装置分别设置在第一转动臂、第二转动臂上，从而实现对工件的吸附与移动。

夹紧装置设置在工作台上，用于对加压云台进行定位。连接杆与下模座相连，连接杆与加压云台之间采用动密封连接，工作台上还设置有与真空罩相配合的密封圈。下模座升降装置包括第二导轨、设置在第二导轨上的第二轴承座、设置在第二轴承座上的第二丝杆、能带动第二丝杆转动的第二动力装置、与第二丝杆相配合的第二滚珠螺母，第二滚珠螺母与连接杆相连。

预热装置包括用于放置工件的预热盛放装置、用于对工件进行预热的预热腔。预热盛放装置包括与预热腔相配合的盛放盘、与盛放盘相连的转动杆、能带动转动杆转动的旋转动力装置。预热腔包括放置工件的腔体、用于对工件加热的预热器，盛放盘上设置有工件放置的凹槽，腔体底边与盛放盘所在平面之间的距离小于工件的厚度，腔体内的工件能通过凹槽离开腔体。采用该结构，只有凹槽正好位于腔体下端时，工件才能从腔体中离开，同时凹槽又起到对工件的定位作用，保持工件与盛放盘之间保持相对的静止。

云台升降装置包括第一导轨、设置在第一导轨上的第一轴承座、设置在第一轴承座上的第一丝杆、与第一丝杆相配合的第一滚珠螺母、能带动第一丝杆转动的第一动力装置，第一滚珠螺母与加压云台相连。第一动力装置包括第一电机、第一联轴器，第一电机通过第一联轴器带动第一丝杆转动。

云台升降装置、预热装置、冷却装置分别设置在工作台上，控制系统分别与抽真空装置、加热器、升降转动装置、预热装置、云台升降装置相连。冷却装置为用于放置工件的冷却盘。

本实施例中，加热器、预热器分别采用钨丝组件，进行加热。

采用该装置进行超精密玻璃透镜非等温模压成型的过程如下。

（1）初始运行时，先将工件放入预热装置内，进行预热，至工件成型温度以上；然后采用机械臂将预热装置内预热后的一个工件放入下模座的下模具内，同时预热装置继续对其中的工件进行预热，然后加压云台下降，上模座内的上模具与下模具相配合，同时抽真空装置将真空罩内抽真空，再用加热器对工件进行加热，保温保压一段时间后，再进行退火处理，完成工件的模压成型，完成初始运行；

（2）初始运行结束后，进入连续制作过程。机械臂两端的吸盘分别吸取模压成型的工件和预热后的工件，转动机械臂，机械臂的一端将模压成型的工件放入冷却装置中进行冷却，机械臂的另一端将预热后的工件放入下模座的下模具内进行模压成型。同时，预热装置继续对其中的工件进行预热。待模具内的工件完成模压成型处理后，重复这一过程，即将模压成型处理得到的工件通过机械臂带入冷却装置中，同时将预热后的工件放入下模具中进行处理，预热装置内的工件则继续进行预热。

通过该过程，实现工件的连续生产。

采用该装置，进行非球面透镜的模压成型实验。实验分为五组，测定实验数据如下所示。

第一组，加工35块工件，总加工时间为90分钟，平均单块工件的加工时间2.57min。经测定，所制备的非球面透镜复合相应指标，成品性能优良，无报废品、残次品。

第二组，加工50块工件，总加工时间为117分钟，平均单块工件的加工时间2.34min。经测定，所制备的非球面透镜复合相应指标，成品性能优良，无报废品、残次品。

第三组，加工20块工件，总加工时间为54分钟，平均单块工件的加工时间2.7min。经测定，所制备的非球面透镜复合相应指标，成品性能优良，无报废品、残次品。

第四组，加工45块工件，总加工时间为112分钟，平均单块工件的加工时间2.49min。经测定，所制备的非球面透镜复合相应指标，成品性能优良，无报废品、残次品。

第五组，加工50块工件，总加工时间为121分钟，平均单块工件的加工时间2.42min。经测定，所制备的非球面透镜复合相应指标，成品性能优良，无报废品、残次品。

通过实验验证，采用本发明能够实现透镜的模压成型加工，所制备的产品性能优良，未发现工件报废情况，同时单片工件的生产时间缩短至2-3min，能够显著缩短生产周期。

在此，对本发明的机械臂及其运动特点进行进一步说明。本发明中，机械臂的主要作用在于搬运工件以及使工件到达指定的位置。为了更好的搬运玻璃工件，本发明的机械臂采用具有上下位移运动和水平方向转动的升降转动装置。本发明的升降转动装置采用凸轮分割器与电机驱动的配合，实现上面两个运动要求。同时，本发明的机械臂具有如下优点：1）工件可用很好的从一个工位搬运到下一个工位，并且能保证下个工位是空缺状态；2）机械臂旋转的角度不需要很大，就可以完成搬运工作，从而使本发明具有结构小巧的特点；3）机械臂只需要旋转一次就可以完成玻璃毛坯件从预热工位搬运到成型工位，加压完成后的成品非球面玻璃透镜可以搬运到冷却工位上。

本实施例中，工件首先在预热装置中预热到玻璃软化点温度以上，预热盛放装置通过旋转动力装置经转动杆带动盛放盘转动。盛放盘上设置有工件放置的凹槽，当凹槽转动到腔体正下方的时候，刚好一个预热好的玻璃工件就掉入凹槽中，在一起随着盛放盘转动（此过程为从预热室取出预热好的玻璃工件）。通过该结构，能够从预热装置中顺利取出预热好的工件。升降转动装置包括与机械臂相连的输出轴、凸轮分割器、第三电机，第三电机通过凸轮分割器能带动输出轴沿轴向升降和径向转动，进而带动机械臂上下运动及转动，上下运动能更好的抓取和释放玻璃工件，转动则能将玻璃工件搬运到下一个工位上。机械臂上采用两个吸盘，这样可以同时在两个工位上工作。机械臂下降抓取预热工位上的玻璃工件，垂直上升一段距离，转动到加压工位，下降，释放玻璃工件。第一电机通过第一丝杆转动，带动第一滚珠螺母和加压云台下降，通过夹紧装置夹紧定位云台。为了防止模压玻璃工件时，有空气存在，影响模压质量，因此，把加压云台里面的玻璃罩内抽成真空。第二动力装置通过连接杆使下模座垂直上升。上模座固定不动，通过固定在上模座的定位销钉，上、下模具吻合，模压玻璃工件，使玻璃工件外表面和上下模具表面捏合。保压降温一段时间后，夹紧装置松开，加压云台上升，下模座下降。机械臂继续工作，一个吸盘抓取模压好的非球面玻璃透镜，另一个吸盘抓取预热工位上的玻璃工件，转动一定角度，释放抓取物，使模压好的非球面玻璃透镜搬运到冷却工位冷却，同时使预热好的下一个玻璃工件搬运到成型工位上，进行下次模压成型。设备即可连续高效的加工非球面玻璃透镜。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，包括工作台、设置在工作台上的下模座、与下模座相配合的上模座、设置在上模座中的上模具、设置在下模座中的下模具、加压云台、与加压云台相连的真空罩、与真空罩相连的真空连接管、与真空连接管相连的抽真空装置、用于对工件进行加热的加热器、控制系统，还包括能带动加压云台升降的云台升降装置、机械臂、升降转动装置、用于吸放工件的吸放装置、用于对工件进行预热的预热装置、冷却装置，所述机械臂包括第一转动臂、与第一转动臂相连的第二转动臂，所述升降转动装置包括输出轴，所述升降转动装置能通过输出轴带动机械臂沿输出轴的轴向升降和径向转动，所述吸放装置分别设置在第一转动臂、第二转动臂上，所述上模座设置在真空罩内，所述云台升降装置、预热装置、冷却装置分别设置在工作台上，所述控制系统分别与抽真空装置、加热器、升降转动装置、预热装置、云台升降装置相连。

2.根据权利要求1所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，所述上模座上设置有与下模座相配合的定位销。

3.根据权利要求1或2所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，所述预热装置包括用于放置工件的预热盛放装置、用于对工件进行预热的预热腔。

4.根据权利要求3所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，所述预热盛放装置包括与预热腔相配合的盛放盘、与盛放盘相连的转动杆、能带动转动杆转动的旋转动力装置，所述预热腔包括放置工件的腔体、用于对工件加热的预热器，所述盛放盘上设置有工件放置的凹槽，所述腔体底边与盛放盘所在平面之间的距离小于工件的厚度，所述腔体内的工件能通过凹槽离开腔体。

5.根据权利要求1-4任一项所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，所述云台升降装置包括第一导轨、设置在第一导轨上的第一轴承座、设置在第一轴承座上的第一丝杆、与第一丝杆相配合的第一滚珠螺母、能带动第一丝杆转动的第一动力装置，所述第一滚珠螺母与加压云台相连。

6.根据权利要求1-5任一项所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，还包括连接杆、能带动连接杆升降的下模座升降装置，所述连接杆与下模座相连。

7.根据权利要求1-6任一项所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，所述下模座升降装置包括第二导轨、设置在第二导轨上的第二轴承座、设置在第二轴承座上的第二丝杆、能带动第二丝杆转动的第二动力装置、与第二丝杆相配合的第二滚珠螺母，所述第二滚珠螺母与连接杆相连。

8.根据权利要求1-7任一项所述高效超精密玻璃透镜非等温模压成型设备，其特征在于，所述升降转动装置包括与机械臂相连的输出轴、凸轮分割器、第三电机，所述第三电机通过凸轮分割器能带动输出轴沿轴向升降和径向转动。

9.一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）预热

将工件放入预热装置内，预热至工件软化点温度以上；

（2）加热模压

将预热装置内预热后的工件放入下模具和上模具组成的成型模具内进行加热模压，并在模压结束后保温保压一段时间，进行慢速退火处理，完成工件的模压成型及初步退火处理；

（3）冷却

将经模压成型及初步退火处理的工件放入冷却装置中自然冷却后，即得产品。

10.一种高效超精密玻璃透镜非等温模压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）预热模压

将工件放入预热装置内，进行预热；

采用机械臂将预热装置内预热后的一个工件放入下模座的下模具内，同时预热装置继续对其中的工件进行预热，然后加压云台下降，上模座内的上模具与下模具相配合，同时抽真空装置将真空罩内抽真空，再用加热器对工件进行加热，保温保压一段时间后，再进行退火处理，完成工件的模压成型；

（b）三段处理

采用机械臂两端的吸盘分别吸取模压成型的工件和预热后的工件，转动机械臂，机械臂的一端将模压成型的工件放入冷却装置中进行冷却，机械臂的另一端将预热后的工件放入下模座的下模具内进行模压成型，同时预热装置继续对其中的工件进行预热；

（c）连续处理

重复步骤b，完成对多个工件的模压成型处理。