CN107443643B - 一种镜片单体的自动浇注装置和浇注方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种树脂镜片单体的自动浇注的方法和装置，是利用有无单体引起的模具工作面上的反射光强变化或光强变化引起的液面分界来检测单体液面到模具工作面几何中心的水平位置时间，并结合定时装置来实现镜片单体自动浇注的一种镜片单体的自动浇注装置和浇注方法。一种镜片单体的自动浇注装置，包括浇注管，与浇注管连接的比例阀，用于检测液面监测点有无单体的液面探测器，和用于记录浇注到液面监测点所用时间的计时器，所述液面监测点在设置在单个玻璃模具工作面的中心水平面上；所述液面探测器包括光源和传感器，光源和传感器位于单个玻璃模具的同一侧，所述传感器利用有无单体时模具工作面上光线反射的光强变化来观察液面或探测液面位置。

Description

一种镜片单体的自动浇注装置和浇注方法

技术领域

本发明涉及一种树脂镜片单体的自动浇注的方法和装置。具体的说，是利用有无单体引起的模具工作面上的反射光强变化或光强变化引起的液面分界来检测单体液面到模具工作面几何中心的水平位置时间，并结合定时装置来实现镜片单体自动浇注的一种镜片单体的自动浇注装置和浇注方法。

背景技术

现在佩戴眼镜的人员越来越多，有用眼疲劳带来的近视人群，有年龄增大眼睛功能退化的中老年人，这些人群都需要佩服眼镜来校正屈光度，这使得用于校正光学视力或用于保护视力的眼镜片的需求量上升。人的一生，不可能离开眼镜，或近视，或老化。正是因为人人离不开眼镜，所以眼镜的基数非常庞大。

绝大多数眼镜镜片如CR39，1.56材料，MR系列聚氨酯材料等，这些材料的初始状态一般为粘稠性透明液体，我们称之为单体。从单体到镜片，一般要经过合模—浇注—固化—脱模—车边的工序。浇注工序就是将单体注满A玻璃模具和B玻璃模具合模形成的腔体中，如图1所示。单体注满腔体后，经受热激发聚合反应成为固体状的镜片胚料，后经脱模和车边后成为镜片。目前除了浇注以外的所有工序都实行了自动化。唯独浇注工序目前因为无法精确探测液位而无法做到自动化，只能靠人工充填来进行完成。但是树脂单体一般有刺激性挥发气味和弱毒性，因而每个浇注车间的墙面都有一层粘粘的东西，这次粘粘的东西就是挥发出来的单体，这层物质也一定进入了操作者的肺叶中，这比雾霾还严重得多。因此浇注工序存在损害人身健康的侵害，需要新的技术革新来保护工作者的健康。

单体的浇注自动控制目前分为两种：一是基于液面探测技术；二是体积法。专利CN105848844 A专利提出了一种基于体积法的技术，但是因为空腔体积因镜片改变而不同，所以实际中很难精确控制，也就没有基于此技术的自动浇注机面世。而液面探测技术主要有电容式测量、超声测量、激光测距、白光干涉测量和机器视觉的方式。但遗憾的是这些常规手段在镜片单体浇注过程中都无法有效感知或控制液面的精确地到100％充满的位置，结果要么是液面充填不足，要么是过充填，液面溢出，导致自动浇注失败。

ZL 2017 1 0444340.7提出了一种利用光点位移改变或光强改变来探测液面的方法，实现了一种可能的技术路线，但是这个发明采用的是透射模式，要涉及两个模具，两个模具的中心偏差会影响测量的精度，从而影响观察液面到模具工作面几何中心的位置的偏差。本发明的新方法，在测量液面到单个模具几何中心水平的位置时，只通过一个模具，减少了误差，并结合定时装置来实现镜片单体自动浇注的一种镜片单体的自动浇注装置和浇注方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现镜片单体自动浇注的装置。

一种镜片单体的自动浇注装置，包括浇注管，与浇注管连接的比例阀，用于检测液面监测点有无单体的液面探测器，和用于记录浇注到液面监测点所用时间的计时器，所述液面监测点在设置在单个玻璃模具工作面的中心水平面上；所述液面探测器包括光源和传感器，光源和传感器位于单个玻璃模具的同一侧，所述传感器利用有无单体时模具工作面上光线反射的光强变化来观察液面或探测液面位置。

优选的，所述单个玻璃模具为A模。

优选的，所述传感器为光电二极管、PSD、CCD相机、CMOS相机、四象限探测器或光电阵列等可以感知光强的器件。更优选的，所述传感器为CMOS相机，优选探测面积为7.37x4.92mm²。

优选的，所述光源为环境光，照明光源及其他非黑体发光器件。所述光源为自然光、激光，LED光源或其他能发光的光源，更优选的，所述光源为LD泵浦的532nm激光。

优选的，入射光线离开模具表面法线入射，即入射角不为0，更优选的入射角5度。

优选的，所述自动浇注装置还包括控制系统，所述比例阀连接有比例阀控制器，控制系统分别与比例阀控制器、计时器和位置传感器连接，控制系统给比例阀控制器信号，比例阀打开，开始对空腔灌注单体；同时启动计时器进行计时，此时液面探测器不断采集监测点的液面信息，当监测点光线的光强变化超过一个设定的值或液面到达模具工作面中心高时，此时记录计时器的读数T，浇注继续进行，当计时器数值到2T时，控制器关断比例阀，单体浇注结束。

所述根据单体在模具工作面上的有无引起的光强变化来探测液面的位置，具体判断方法为以下两种：我们假定玻璃模具n_i的折射率为1.523，单体的折射率n_r为1.56，

(1)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，

当入射光线(入射角的接近于5度入射)不发生全内反射时，反射光强I_r∝0.04I_i，此时没有单体；当反射光强为I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

(2)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，

当入射光线(入射角的增大到入射光线可以在S1上发生全反射时)会在S1上发生全内反射，当全内反射发生时，I_r∝I_i，此时没有单体；

当全反射被破坏时，I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

其中，I_r为反射光的光强，I_i为入射光的光强。

另外本发明还提供了一种镜片单体的自动浇注方法。

一种镜片单体的自动浇注方法，首先计算机控制系统给比例阀控制器信号，比例阀控制器通过PMW信号控制比例阀的打开程度；同时开启真空吸管吸气和启动计时器进行计时，此时液面探测系统不断感知单体液面的变化，当单体液面到达模具工作面几何中心的位置时，此时记录计时器的读数T，浇注继续进行，当计时器数值到2T时，控制器关断比例阀，真空吸管停止吸气，单体浇注结束。

以下两种：我们假定玻璃模具n_i的折射率为1.523，单体的折射率n_r为1.56

(1)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，

当入射光线(入射角的接近于5度入射)不发生全内反射时，反射光强I_r∝0.04I_i，此时没有单体；当反射光强为I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

(2)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，

当入射光线(入射角的增大到入射光线可以在S1上发生全反射时)会在S1上发生全内反射，当全内反射发生时，I_r∝I_i，此时没有单体；

当全反射被破坏时，I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

其中，I_r为反射光的光强，I_i为入射光的光强。

本发明组成部分包括计算机控制系统、液面探测系统、比例阀控制器、比例阀、真空吸管和浇注管组成。

玻璃模具合模后形成的空腔，不管是非球面，单光或散光镜片，这个腔体的容积因不同的基弯或中心厚度会变，但是有一个规律，就是合模空腔的容积总可以分为相同的两等份。通过合模的空腔几何中心的任一分界线度将合模空腔分成对称的两半。因为浇注都是自上到下，单体液面从下到上水平上升。所以水平且通过模具工作面中心的那根线是最理想的分界线，如图4中的L1线所示。如果我们能精确检测到分界线上有无填充到单体，我们就可以知道合模的空腔被注满一半时的花费时间。在浇注流量一定或可以重复的情况下，那么我们就可以通过计时来精确控制充填起始和结束的时间，从而到达控制单体到100％充满合模空腔的目的，自动浇注也就实现。因此单体的液面到达模具工作面几何中心的位置探测成为本发明的创新点和关键点。

本发明中，液面到达模具工作面几何中心的位置采用光学探测的办法，具体为：根据单体在模具工作面上的有无引起的反射光强变化来探测液面的位置。如图2所示，该剖面是过合模几何中心的水平剖面图。入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，根据几何光学的原理，光通过两种折射率的界面时，如果不考虑材料的吸收，在不发生全内反射时，则反射光的光强I_r和入射光强I_i的关系为：

我们假定玻璃模具n_i的折射率为1.523，单体的折射率n_r为1.56。

当检测点Pi处没有单体时，I_r∝I_i0.04I_i,当检测点Pi处有单体时，为I_r∝0.0001I_i。也就是说，有无单体的情况会引起大约400的光强变化量；

当没有单体时，入射光线入射角的增加会在S1上发生全内反射。当全内反射发生时，时，I_r∝I_i，这时如果有单体到达检测点Pi，全反射会破坏，I_r∝0.0001I_i。也就是这时Po的光强有10000倍的变化。

以上两种情况，这个反射光强变化可以作为有无液面的判断依据；反射光强变化也导致从模具外观察液面时和空气有一个明显的分解线，在图像处理和分析辅助下，可以得到液面的高度信息，如图4中的L1线位置。

据此，本发明中我们可应用两种方法发明液面探测器，来探测单体液面达到过模具工作面几何中心的水平线L1的位置：

一、是采用相机直接观察法，辅助图像获取和处理技术，直接得到单体有否到模具几何中心的位置信息，从而用于浇注控制，如图4中的L1线位置。为了避免通过玻璃模具观察液面时的折射误差，相机应水平观察，相机的光学系统的中心线应和观察的模具工作面的几何中心同高度，否则应通过校正的办法来修正误差。直接观察的液面模具可以透过A模，同样也可以透过B模，由于A模种类少，变化小，所以优选透过A模观察的液面位置。

二、是通过光强探测的方法。具体讲采用一束细的光束，或光束聚焦在入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，提高液面探测的精度；在反射光路上放置一光强探测器。如图2所示。光强探测器可以是光电二极管，PSD、CCD、CMOS等或其他可以探测光强的光电器件。因为A模有不同的规格，导致反射光点的位置会有变化。为了保证反射光点落在探测器上，探测器应有一定的尺寸。为了避免被测模的非工作面的反射光影响测量精度，入射光线可以选择离开模具表面法线入射，即入射角不为0。优选的入射角5度。入射角过大，发射全反射，虽然在全反射和不全反射之间光强变化更大，但是当A模变化时，反射光点Po的位置也变化比较大，就需要尺寸更大的探测器。我们优选动态范围大的Sony imx178的CMOS作为探测器。优选准直性好的LD泵浦的532nm激光为光源。为了隔离杂散光的影响，我们对光进行了调制和解调，确保检测的精度。

单体的液面位置探测点Pi位于A模具工作面和中心高水平面的交线上，如图2中的S1位置。上述全是选择只透过A模来探测液面。同样的液面探测也可以只透过B模用类似的方法来实现。当选择只透过B模时，单体的液面位置探测点Pi为B模具工作面和中心高水平面的交线上，如图2中的S2位置。由于A模种类少，变化小，所以优选只透过A模来探测。

上述方案一，直观，高度设置方便；上述方案二响应速度快，测量精度高，在实际应用中我们可同时选用或选择一种用于探测单体液面是否到达模具的几何中心位置。

自动浇注，单体必须100％充满，否则有会气泡遗留。业内能接受的最大不充满的液面标准为0.2mm。由于液面到模具空腔充满位置时的液面截面最小，而在模具几何中心时的液面截面最多。离0.2mm的液面截面面积要比模具几何中心时的水平液面截面大约小50倍。也就是说，如果要达到上述的精度要求，那么液面探测的精度要求必须到达0.004mm的程度。如果采用ZL 2017 1 0444340.7提出的办法，意味着模具的中心偏差要控制在0.004mm的精度，这在实现的自动化操作中是无法达到的一个精度。而如果采用本发明提出的方案，只要聚焦在模具工作面上的光点大小<0.004mm,或者液面观察精度达到0.004mm，就可以达到这个精度。而光点聚焦到0.004mm是可以轻易达到的，液面分界线在图像处理的辅助下，也是可以达到0.004mm的精度的。所以本发明更有实际的应用价值。

附图说明

图1：老化镜片的玻璃合模空腔

图2在模具几何中心的水平剖面上的液面检查示意图

图3直接观察液面示意图

图4显示屏上的液面图

图5镜片浇注框图

1是玻璃A模具，2是玻璃B模具，3是胶带，4浇注管，5是探测器，6是相机，7是真空吸管，8是比例阀，9是单体，10是比例阀控制器，L0是合模空腔的最低点，L1是模具几何中心高水平位置，L2是注满合模空腔的位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明：

一种镜片单体的自动浇注装置，包括计算机控制系统、浇注管4，与浇注管4连接的比例阀6及与计算机控制系统连接的比例阀6控制器，真空吸管和用于检测液面监测点有无单体的液面探测器，所述液面探测器用于探测过玻璃模具工作面几何中心的水平面上有无单体的充填。所述液面探测器包括光源和传感器5，所述传感器5可以是直接观察液面的CCD相机、CMOS相机等可以感知液面位置或像的器件，也可以是感知光强变化的光电二极、PSD、CCD相机、CMOS相机等可以感知光强的器件。光源为自然光，激光或LED光源或其他非黑体发光体。所述传感器5信号传输到计算机控制系统。还包括与计算机控制系统连接的计时器。

比例阀控制器10给比例阀8信号，电磁阀打开；同时启动计时器进行计时，此时液面探测器5不断感知到P0光强，并以1kHz的采样频率持续采集Po的光强变化；或直接用相机观察液面，经图像处理后得到液面的信息。当Po光强变化超过一个设定的值或者观察液面已经到达如图4中的L1水平线时，此时记录计时器的读数T。浇注继续进行，当计时器数值到2T时，我们认为已经浇注单体到100％的空腔位置，控制器关断比例阀6，单体浇注结束。

自动浇注，单体必须100％充满，否则有会气泡遗留。业内能接受的最大不充满的液面标准为0.2mm。由于液面到模具空腔充满位置时的液面截面最小，而在模具几何中心时的液面截面最多。离0.2mm的液面截面面积要比模具几何中心时的水平液面截面大约小50倍。也就是说，如果要达到上述的精度要求，那么液面探测的精度要求必须到达0.004mm的程度。如果采用ZL 2017 1 0444340.7提出的办法，意味着模具的中心偏差要控制在0.004mm的精度，这在实现的自动化操作中是无法达到的一个精度。而如果采用本发明提出的方案，只要聚焦在模具工作面上的光点大小<0.004mm,或者液面观察精度达到0.004mm，就可以达到这个精度。而光点聚焦到0.004mm是可以轻易达到的，液面分界线在图像处理的辅助下，也是可以达到0.004mm的精度的。所以本发明更有实际的应用价值。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：包括浇注管，与浇注管连接的比例阀，用于检测液面监测点有无单体的液面探测器，和用于记录浇注到液面监测点所用时间的计时器，所述液面监测点在设置在单个玻璃模具工作面的中心水平面上；所述液面探测器包括光源和传感器，光源和传感器位于单个玻璃模具的同一侧，所述传感器利用有无单体时光线反射的光强变化来观察液面或液面位置；

所述自动浇注装置还包括控制系统，所述比例阀连接有比例阀控制器，控制系统分别与比例阀控制器、计时器和位置传感器连接，控制系统给比例阀控制器信号，比例阀打开，开始对空腔灌注单体；同时启动计时器进行计时，此时液面探测器不断采集监测点的液面信息，当监测点光线的光强变化超过一个设定的值或液面到达模具工作面中心高时，此时记录计时器的读数T，浇注继续进行，当计时器数值到2T时，控制器关断比例阀，单体浇注结束。

2.根据权利要求1所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述单个玻璃模具为A模。

3.根据权利要求1所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述传感器为可以感知光强变化的器件。

4.根据权利要求3所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述传感器为光电二极管、PSD、CCD相机、CMOS相机、四象限探测器或光电阵列。

5.根据权利要求1所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述光源为自然光、激光，

LED光源或其他能发光的光源。

6.根据权利要求1所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：入射光线离开模具表面法线入射，即入射角不为0。

7.根据权利要求1所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述根据单体在模具工作面上的有无引起的光强变化来探测液面的位置，具体判断方法为以下两种：

(1)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，当入射光线在S1上不发生全内反射时，反射光强I_r∝0.04I_i，此时没有单体；

当反射光强为I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

(2)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，当入射光线在S1上发生全内反射时，I_r∝I_i，此时没有单体；

当全反射被破坏时，I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

其中，I_r为反射光的光强，I_i为入射光的光强。

8.采用权利要求1-7任一所述的镜片单体的自动浇注装置进行镜片单体的自动浇注方法，其特征在于：首先控制系统给比例阀控制器信号，比例阀打开；同时启动计时器进行计时，此时液面探测器不断采集监测点的液面信息，当监测点光线的光强变化超过一个设定的值或液面到达模具工作面中心高时，此时记录计时器的读数T，浇注继续进行，当计时器数值到2T时，控制器关断比例阀，单体浇注结束。

9.根据权利要求8所述自动浇注方法，其特征在于：所述根据单体在模具工作面上的有无引起的光强变化来探测液面的位置，具体判断方法为以下两种：

(1)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，当入射光线在S1上不发生全内反射时，反射光强I_r∝0.04I_i，此时没有单体；

当反射光强为I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

(2)入射光线直接射到模具工作面和过模具工作面几何中心的水平交线S1上，当入射光线在S1上发生全内反射时，I_r∝I_i，此时没有单体；

当全反射被破坏时，I_r∝0.0001I_i，则有单体到达监测点；

其中，I_r为反射光的光强，I_i为入射光的光强。