CN107597504A - 光学元件原位自动点胶装置和点胶方法 - Google Patents
光学元件原位自动点胶装置和点胶方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种光学元件原位自动点胶装置和点胶方法，包括点胶头、激光定位器、Y轴导轨、支撑滚轮、X轴导轨、Z轴导轨、胶点实时监控CCD、数控编程控制器以及底座等。本发明适用于不同口径光学元件传统点胶上盘加工过程中的点胶工序，可实现不同口径光学元件的自动化、定量化点胶上盘，点胶重复性、稳定性好，胶点均匀，大小、形状可控，可极大降低光学元件上盘过程的残余应力和面形变化，提高光学元件的加工效率，降低加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件上盘加工，特别是一种光学元件原位自动点胶装置和点胶方法，适用于不同口径光学元件传统点胶上盘加工过程中的点胶工序，可实现不同口径光学元件的自动化、定量化点胶上盘，具有点胶重复性、稳定性好、胶点均匀、大小、形状可控，可极大降低光学元件上盘过程的残余应力和面形变化，提高光学元件的加工效率，降低加工成本。
背景技术
光学元件主要指用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学元件在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。由于现代科技的发展，光学元件产业与市场发展迅速，从天文望远镜的大型镜头到光学读取头中的小型绕射光学元件已经精度要求各有所不同的玻璃镜片或塑胶镜片、球面镜片或非球面镜等。
目前大口径光学元件(尤其是厚度较小或者径厚比较大的光学元件)在加工过程中容易出现塌边塌角、翘边翘角等现象，避免上述现象的方法之一就是点胶上盘抛光。目前点胶上盘大多是是由工人师傅人工操作，胶点的大小全凭工人师傅的经验，无法做到胶点大小完全一致，同时在点胶过程中引入的应力对下盘后的光学元件面形有很大的影响，导致加工周期延长。
发明内容
本发明的目的是提出一种光学元件原位自动点胶装置和点胶方法，该装置适用于不同口径光学元件传统点胶上盘加工过程中的点胶工序，可实现不同口径光学元件的自动化、定量化点胶上盘，具有点胶重复性、稳定性好，胶点均匀，大小、形状可控，可极大降低光学元件上盘过程的残余应力和面形变化，提高光学元件的加工效率，降低加工成本。
本发明的技术解决方案如下：
一种光学元件原位自动点胶装置，其特点在于该装置包括点胶头、激光定位器、Y轴导轨、滚轮支撑、Z轴导轨、胶点实时监控CCD、X轴导轨、数控编程控制器以及底座；
所述的光学元件原位自动点胶装置呈三轴龙门式结构，其中点胶头固定在Z轴导轨上，可根据光学元件厚度沿Z方向上下运动；Z轴导轨固着在X轴导轨上，可沿X轴方向左右运动；胶点实时监控CCD与点胶头相连，且运动状态一致，便于实时监控点胶状态参数；X轴导轨固着在Y轴导轨上，可沿Y轴方向前后运动；上述各轴的运动位置和距离由激光定位器实时监控和和精确测量；
所述的光学元件放在支撑滚轮上，可实现重量较大工件的滚动移动；
所述的点胶头喷嘴处设有气泵压力阀门，并与气泵相连，当胶点从点胶头滴出后，气泵阀门打开，胶点在气压作用下滴到下方光学元件上；
所述的数控编程控制器设有显示屏和相关数控指令，并与点胶头、Y轴导轨、Z轴导轨、X轴导轨、胶点实时监控CCD通过控制线路相连，上述功能部件的运动状态受其控制；
所述的整个装置坐落在底座上；
所述的点胶头为圆柱形容器，可容纳一定量的胶体材料；
所述的点胶头内部设有电加热装置、温度传感器和点胶量控制系统，根据设计进行升温速度、加热温度的定量控制；
所述的点胶头经过通电加热后，内部的胶体材料被加热至设定温度；在点胶时，加热至液态的胶体材料通过喷嘴出来，并在气压作用下点到下方的光学元件上，完成点胶操作；
所述的点胶头可以根据不同胶体的性能参数进行选择，具体选择标准包括：胶体材料需不需要加热、胶体材料粘性大小、胶点剂量。
所述的胶点实时监控CCD为一个数字显微镜系统，可以实时监测点胶过程中胶点的形状、高度、大小等参数，并将胶点的实际数据反馈给数控编程控制器，数控编程控制器根据反馈数据对点胶头进行调控，对点胶量、温度等参数进行及时调节，最终实现整个点胶面的均匀、稳定点胶。
利用上述自动点胶装置的自动点胶方法，包括如下步骤：
1)利用所述的数控编程控制器将所述的点胶头移动到X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨的零点位置；
2)将待点胶的光学元件放置在所述的支撑滚轮上，使光学元件的初始位置处于所述的点胶头喷嘴的正下方；
3)打开点胶头的盖子，将胶体材料放到点胶头内，同时设定加热温度和升温速度；打开点胶头电源对所述的胶体材料进行加热，点胶头上的温度传感器实时将胶体材料的温度传给所述的数控编程控制器；
4)将所述的待点胶的光学元件在点胶过程中的点胶参数输入所述的数控编程控制器，上述点胶参数均根据胶体性能参数以及工件应力预期分布特点进行软件模拟计算以期点胶后工件应力状态最小，使工件的面形变化最小，所述的点胶参数包括：
点胶头的运动轨迹：指点胶头在点胶过程中的运动曲线，包括直线、圆弧、折线或曲线，由计算软件生成；
胶点阵列状：指工件表面由全部胶点形成的点阵分布形状，包括四边形、六边形、三角形、圆形或其它形状，由计算软件生成；
胶点距离：指两个胶点单元之间的距离，该参数直接决定工件表面的胶点分布密度；
胶点大小：指每个胶点单元在元件表面所形成的球冠面积和高度，该参数由胶点实时监控CCD直接监测；
点胶量：指每个点胶胶点单元的体积，与胶点大小直接相关；
点胶速度：指点胶头在点胶过程中的平均移动速度；
驻留时间；指点胶头在每个胶点位置驻留的时间；
5)待点胶头的胶体材料加热至设定温度后，所述的数控编程控制器驱动所述的点胶头沿着X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨按照输入的点胶参数进行点胶；加热至液态的胶体材料通过喷嘴并在气压作用下点到下方的光学元件上，完成一个点胶操作；所述的胶点实时监控CCD，实时监测点胶过程中胶点的形状、高度、大小，并将胶点的实际数据反馈给所述的数控编程控制器，所述的数控编程控制器根据反馈数据对所述的点胶头进行调控，对点胶量、温度等参数进行及时调节，最终实现光学元件整个面的均匀点胶。
本发明专利的优点是：
适用于不同口径光学元件传统点胶上盘加工过程中的点胶工序，可实现不同口径光学元件的点胶上盘的自动化、定量化，点胶重复性、稳定性好，胶点均匀，大小、形状可控，可极大降低光学元件上盘过程的残余应力和面形变化，提高光学元件的加工效率，降低加工成本。
附图说明
图1为本发明光学元件原位自动点胶装置的结构示意图；
图中：1-点胶头；2-激光定位器；3-Y轴导轨；4-光学元件；5-支撑滚轮；6-Z轴导轨；7-胶点实时监控CCD；8-X轴导轨；9-数控编程控制器；10-底座；
图2为采用本发明装置点胶的实际效果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参阅图1，图1为本发明光学元件原位自动点胶装置结构示意图，由图可见，本发明光学元件原位自动点胶装置，包括点胶头1、激光定位器2、Y轴导轨3、支撑滚轮5、Z轴导轨6、胶点实时监控CCD7、X轴导轨8、数控编程控制器9以及底座10；
所述的光学元件原位自动点胶装置呈三轴龙门式结构，其中点胶头1固定在Z轴导轨6上，可根据光学元件厚度沿Z方向上下运动；Z轴导轨6固着在X轴导轨8上，可沿X轴方向左右运动；胶点实时监控CCD7与点胶头1相连，且运动状态一致，便于实时监控点胶状态参数；X轴导轨8固着在Y轴导轨3上，可沿Y轴方向前后运动；上述各轴的运动位置和距离由激光定位器2实时监控和和精确测量；
所述的点胶头1喷嘴处设有气泵压力阀门，并与气泵相连，当胶点从点胶头滴出后，气泵阀门打开，胶点在气压作用下滴到下方光学元件4上；
所述的光学元件4放在支撑滚轮5上，该支撑滚轮可实现重量较大工件的滚动移动；
所述的数控编程控制器9设有显示屏和相关数控指令，并与点胶头1、Y轴导轨3、Z轴导轨6、X轴导轨8、胶点实时监控CCD7通过控制线路相连，上述功能部件的运动状态受其控制；
所述的整个装置坐落在底座10上；
所述的光学元件原位自动点胶装置，其点胶头1为圆柱形容器，可容纳一定量的胶体材料；
所述的点胶头1内部设有电加热装置、温度传感器和点胶量控制系统，可以根据程序设计进行升温速度、加热温度等参数的定量控制；
所述的点胶头1喷嘴处设有喷气模块，用于压出胶点；
所述的点胶头1经过通电加热后，内部的胶体材料被加热至设定温度；在点胶时，加热至液态的胶体材料通过喷嘴出来，并在气压作用下点到下方的光学元件4上，完成第一个点胶操作；
所述的点胶头1也可以根据不同胶体的性质进行更换，具体选择标准包括：胶体材料需不需要加热、胶体材料粘性大小、胶点剂量多少等等；
所述的光学元件原位自动点胶装置，其胶点实时监控CCD7为一个数字显微镜系统，可以实时监测点胶过程中胶点的形状、高度、大小等参数，并将胶点的实际数据反馈给数控编程控制器9，数控编程控制器9根据反馈数据对点胶头1进行调控，对点胶量、温度等参数进行及时调节，最终实现整个点胶面的均匀、稳定点胶。
所述的光学元件原位自动点胶装置，其工作过程如下：
首先利用数控编程控制器9将点胶头1移动到X轴导轨8、Y轴导轨3和Z轴导轨6的零点位置；
然后将光学元件4放置在支撑滚轮5上，并使光学元件4的初始位置处于点胶头1喷嘴的正下方；
然后打开点胶头1盖子，将胶体材料放到点胶头内部，同时设定加热温度和升温速度；
然后打开点胶头1电源对内部的胶体材料进行加热；
在等待加热过程中个，利用数控编程控制器9将计划的点胶参数进行设计编写，主要包括点胶过程的运动轨迹、胶点阵列形状、胶点距离、胶点大小、点胶量、点胶速度以及驻留时间等；上述点胶参数均根据胶体性能参数以及工件应力预期分布特点进行软件模拟计算以期点胶后工件应力状态最小，使工件的面形变化最小，点胶参数包括：
点胶头1的运动轨迹：指点胶头在点胶过程中的运动方式(直线、圆弧、折线、曲线等)，由计算软件生成；
胶点阵列状：指工件表面由全部胶点形成的点阵分布形状(四边形、六边形、三角形、圆形以及其它形状等)，由计算软件生成；
胶点距离：指两个胶点单元之间的距离，该参数直接决定工件表面的胶点分布密度；
胶点大小：指每个胶点单元在元件表面所形成的球冠面积和高度，该参数可由胶点实时监控CCD直接观测；
点胶量：指每个点胶胶点单元的体积，与胶点大小直接相关；
点胶速度：指点胶头在点胶过程中的平均移动速度；
驻留时间；指点胶头在每个胶点位置驻留的时间；
待加热至设定温度后，运行数控程序，带动点胶头1沿着X轴导轨8、Y轴导轨3和Z轴导轨6按照程序设定的要求进行点胶操作，最终实现光学元件4整个面的均匀点胶。
本发明适用于不同口径光学元件传统点胶上盘加工过程中的点胶工序，可实现不同口径光学元件的自动化、定量化点胶上盘，点胶重复性、稳定性好，胶点均匀，大小、形状可控，可极大降低光学元件上盘过程的残余应力和面形变化，提高光学元件的加工效率，降低加工成本。
Claims (3)
1.一种光学元件原位自动点胶装置，其特征在于该装置包括点胶头(1)、激光定位器(2)、Y轴导轨(3)、支撑滚轮(5)、Z轴导轨(6)、胶点实时监控CCD(7)、X轴导轨(8)、数控编程控制器(9)和底座(10)；
该装置呈三轴龙门式结构，所述的点胶头(1)固定在Z轴导轨(6)上，根据光学元件的厚度沿Z轴方向上下运动；所述的Z轴导轨(6)固着在所述的X轴导轨(8)上，可沿X轴方向左右运动；胶点实时监控CCD(7)与点胶头(1)相连，且运动状态一致，便于实时监控点胶状态参数；X轴导轨(8)固着在Y轴导轨(3)上，可沿Y轴方向前后运动；所述的点胶头(1)的位置由所述的激光定位器(2)实时监控和精确测量；
所述的点胶头(1)为圆柱形容器，可容纳一定量的胶体材料，所述的点胶头(1)的内部设有电加热装置、温度传感器和点胶量控制系统，根据所述的数控编程控制器(9)程序进行升温速度、加热温度的定量控制；
所述的点胶头(1)喷嘴处设有气泵压力阀门，并与气泵相连，当胶点从点胶头滴出后，气泵阀门打开，胶点在气压作用下滴到下方光学元件(4)上；
所述的待点胶的光学元件(4)置于所述的支撑滚轮(5)上，该支撑滚轮(5)可实现重量较大工件的滚动移动；
所述的数控编程控制器(9)设有显示屏和相关数控指令，并与点胶头(1)、Y轴导轨(3)、Z轴导轨(6)、X轴导轨(8)、胶点实时监控CCD(7)通过控制线路相连，上述功能部件的运动状态受其控制；
所述的整个装置坐落在底座(10)上。
2.根据权利要求1所述的光学元件原位自动点胶装置，其特征在于所述的点胶头(1)根据不同胶体的性能参数进行选择，具体选择标准包括：胶体材料需不需要加热、胶体材料粘性大小、胶点剂量。
3.利用权利要求1所述的光学元件原位自动点胶装置的点胶方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)利用所述的数控编程控制器(9)将所述的点胶头(1)移动到X轴导轨(8)、Y轴导轨(3)和Z轴导轨(6)的零点位置；
2)将待点胶的光学元件(4)放置在所述的支撑滚轮(5)上，使光学元件(4)的初始位置处于所述的点胶头(1)喷嘴的正下方；
3)打开点胶头(1)的盖子，将胶体材料放到点胶头内，同时设定加热温度和升温速度；打开点胶头(1)电源对所述的胶体材料进行加热，点胶头(1)上的温度传感器实时将胶体材料的温度传给所述的数控编程控制器(9)；
4)将所述的待点胶的光学元件(4)在点胶过程中的点胶参数输入所述的数控编程控制器(9)，上述点胶参数均根据胶体性能参数以及工件应力预期分布特点进行软件模拟计算以期点胶后工件应力状态最小，使工件的面形变化最小，所述的点胶参数包括：
点胶头(1)的运动轨迹：指点胶头在点胶过程中的运动曲线，包括直线、圆弧、折线或曲线，由计算软件生成；
胶点阵列状：指工件表面由全部胶点形成的点阵分布形状，包括四边形、六边形、三角形、圆形或其它形状，由计算软件生成；
胶点距离：指两个胶点单元之间的距离，该参数直接决定工件表面的胶点分布密度；
胶点大小：指每个胶点单元在元件表面所形成的球冠面积和高度，该参数由胶点实时监控CCD(7)直接监测；
点胶量：指每个点胶胶点单元的体积，与胶点大小直接相关；
点胶速度：指点胶头在点胶过程中的平均移动速度；
驻留时间；指点胶头在每个胶点位置驻留的时间；
5)待点胶头(1)的胶体材料加热至设定温度后，所述的数控编程控制器(9)驱动所述的点胶头(1)沿着X轴导轨(8)、Y轴导轨(3)和Z轴导轨(6)按照输入的点胶参数进行点胶；加热至液态的胶体材料通过喷嘴并在气压作用下点到下方的光学元件(4)上，完成一个点胶操作；所述的胶点实时监控CCD(7)，实时监测点胶过程中胶点的形状、高度、大小，并将胶点的实际数据反馈给所述的数控编程控制器(9)，所述的数控编程控制器(9)根据反馈数据对所述的点胶头(1)进行调控，对点胶量、温度等参数进行及时调节，最终实现光学元件(4)整个面的均匀点胶。
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