CN107877097A - 镜片模仁的加工方法及加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及镜片模仁的加工方法及加工设备，该加工方法包括以下步骤：软化模仁基材；以光照的方式对所述模仁基材的待加工表面进行表面处理；以去除材料的加工方式加工所述待加工表面。利用该加工方法加工镜片模仁时，由于对模仁基材进行软化处理以及对模仁基材的待加工表面进行光照式的表面处理，使得模仁基材在加工过程中，加工难度降低，这样一来，就可以采用更小的刀具半径以及更高的进给速率进行加工，更小的刀具半径可以加工出更加精细的结构，更高的进给速率可以使得待加工表面获得较小的粗糙度，从而保证了镜片模仁具有更高的加工精度。

Description

镜片模仁的加工方法及加工设备
技术领域
本发明涉及模具加工技术领域，尤其涉及一种镜片模仁的加工方法及加工设备。
背景技术
对于采用模具加工的产品而言，产品形状的正确性在很大程度上依赖于模具的制造精度，以晶圆级透镜中使用的镜片为例，该镜片的加工精度更加取决于镜片模仁的制造精度。
相关技术中，镜片模仁的加工通常采用超精密车床、高精度研磨机以及放电加工机等，上述设备的加工精度分别为0.1um、1um和20um。然而，上述精度的设备依然无法保证镜片的精度，因而在组立镜头模组时，常造成镜片光轴不对正，成像品质差等缺陷。
发明内容
本发明提供了一种镜片模仁的加工方法以及加工设备，可以提高镜片模仁的加工精度。
本发明提供了一种镜片模仁的加工方法，包括以下步骤：
软化模仁基材；
以光照的方式对所述模仁基材的待加工表面进行表面处理；
以去除材料的加工方式加工所述待加工表面。
可选地，所述光照的方式为红外光照射的方式或激光照射的方式。
可选地，所述表面处理以及所述以去除材料的加工方式对所述待加工表面的加工同时进行。
可选地，所述去除材料的加工方式为切削加工。
可选地，所述切削加工是以小于30°的切削角度加工所述待加工表面。
本发明还提供了一种镜片模仁的加工设备，该加工设备采用上述任一项所述的加工方法加工模仁，该加工设备包括：
软化装置，所述软化装置用于软化模仁基材；
光发生装置，所述光发生装置以光照的方式对所述模仁基材的待加工表面进行表面处理；以及
加工装置，所述加工装置以去除材料的加工方式加工所述待加工表面。
可选地，所述光发生装置为红外光发生器或激光发生器。
可选地，所述加工装置包括控制部分和加工部分，
所述控制部分用于输出控制信号，所述加工部分根据所述控制信号动作以加工所述待加工表面，
所述控制部分与所述加工部分通信连接。
可选地，所述加工部分包括切削刀具，所述切削刀具为金刚石刀具。
可选地，所述切削刀具的切削角度小于30°。
本发明提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本发明提供了一种镜片模仁的加工方法，利用该加工方法加工镜片模仁，由于对模仁基材进行软化处理以及对模仁基材的待加工表面进行光照式的表面处理，使得模仁基材在加工过程中，加工难度降低，这样一来，就可以采用更小的刀具半径(例如小于1mm)以及更高的进给速率进行加工，更小的刀具半径可以加工出更加精细的结构，更高的进给速率可以使得待加工表面的获得较小的粗糙度，从而保证了镜片模仁具有更高的加工精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的镜片模仁的加工方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的镜片模仁的加工示意图；
图3为本发明实施例提供的凸模仁不同次切割的形状误差值的曲线图；
图4本发明实施例提供的凹模仁不同次切割的形状误差值的曲线图。
附图标记：
2-模仁基材；
22-待加工表面；
4-光发生装置；
6-加工装置。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
请参考图1和图2，图1示出了镜片模仁的加工方法的流程图，图2示出了镜片模仁的加工示意图。
本发明提供了一种镜片模仁的加工方法，该加工方法用于加工镜片模仁，镜片模仁可以用来成型镜片，镜片通常用于镜头模组中，例如晶圆级镜头模组。
该加工方法具体包括以下步骤：
软化模仁基材2，软化模仁基材2的方法可以采用球化退火、正火、去应力退火等，上述软化方式可以改变基材材料的金相组织，从而改变基材材料的硬度，达到软化的目的。
将模仁基材2软化后，可以对模仁基材2的待加工表面22进行表面处理，表面处理的方式可以采用光照的方式，光照方式为非接触式的表面处理方式，可以对模仁基材2的表面有选择的进行处理，且能量作用集中，加工时间短，热影响区小，对模仁基材的变形影响小。
一种实施例，光照方式可以采用激光照射的方式，激光是一种相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波，激光与金属之间的相互作用可以快速、局部地加热模仁基材2的待加工表面22，并引起表面组织的改变，从而改变待加工表面22的力学性能，降低加工难度。
另一种实施例，光照方式可以采用红外光照射的方式，红外光是波长比可见光要长的电磁波，同理，红外光也可以快速、局部的加热模仁基材2的待加工表面22，以改变待加工表面22的力学性能，从而降低加工难度。
对待加工表面22进行表面处理还可以同时去除油污、杂质以及氧化皮等，在经过表面处理后，可以以去除材料的加工方式加工待加工表面22。
根据以上的描述，在加工待加工表面22时，由于对模仁基材2进行软化处理以及对模仁基材2的待加工表面22以光照的方式的进行表面处理，因此使得模仁基材2的加工难度降低，这样一来，就可以采用更小半径的刀具，以及选用更高的进给速率进行加工，更小的刀具半径可以加工出更加精细的结构，更高的进给速率可以使得待加工表面22获得较小的粗糙度，从而保证了镜片模仁具有更高的加工精度。
镜片模仁包括凸模仁、凹模仁和凸模仁和凹模仁共同形成的型腔，该型腔用于注入制作镜片的原材料，例如玻璃或树脂等。因此，需要在模仁基材2上去除材料，从而加工出想要的结构，去除材料的加工方式有多种，例如电火花加工、线切割等，本实施例中，去除待加工表面材料的方式为切削加工。
下面结合具体的加工实例说明切削加工时的加工精度，加工后的形状误差值可参见表1。
表1
由表1可知，加工后的凸模仁，具有非常低的形状误差值，一次切割与另一次切割的测量结果非常一致。
由表1可知，加工后的凹模仁，一次切割与另一次切割的形状误差值和粗糙度非常一致，来自五个连续切割的最大形状误差的差值为87nm。与凸模仁相比，较高的形状误差值位于凹模仁的中部，其原因是粗切割时，较小半径的刀具磨损引起的。
请参考图3和图4，图3示出了凸模仁不同次切割的形状误差值的曲线图，图4示出了凹模仁不同次切割的形状误差值的曲线图。
对待加工表面进行表面处理时，还有另外一种可选择的方案，即，对待加工表面的表面处理以及加工同时进行，也就是说，红外光光束和激光光束照射在待加工表面22上刀具正在加工的部位，这一方案使得表面处理与加工两个工序并行加工，节省了加工时间，提高了加工效率。
进一步，切削加工时，可选择的，切削刀具可以小于30°的切削角度切削待加工表面，当采用小于30°的切削角度切削加工待加工表面时，切削力可以分解出平行于待加工表面的第一分力和垂直于待加工表面的第二分力，根据力的平行四边形法则，第一分力大于第二分力，第一分力用于去除待加工表面的材料，且当切削角度越小，则第一分力越大，在切削加工时，较大的切削力可以降低待加工表面的粗糙度。
请参见表2，表2示出了切削角度分别设置为0°、10°、20°、30°时，凸模仁的微观不平度(Rms)和表面粗糙度(Ra)。
表2
切削角度 0° 10° 20° 30°
Rms(nm) 4.148 3.195 3.944 3.523
Ra(nm) 3.162 2.423 2.992 2.590
由表2可知，所有角度的微观不平度和表面粗糙度均小于5nm。
本发明还提供了一种镜片模仁的加工设备，该加工设备采用上述任一实施例中的加工方法加工镜片模仁，该加工设备包括软化装置(图中未示出)、光发生装置4以及加工装置6。
软化装置用于软化模仁基材2，该软化装置可以为球化退火装置或正火装置，该软化装置可以改变模仁基材2的金相组织，从而改变基材材料的硬度，达到软化的目的。
光发生装置4以光照的方式对模仁基材2的待加工表面22进行表面处理，例如对待加工表面22进行加热以及去除杂质、油渍以及氧化皮等，表面处理后的待加工表面22可以降低加工难度。
加工装置6用于加工待加工表面，且加工方式为去除材料的方式。
根据以上的描述，由于模仁基材2被软化以及待加工表面22经过表面处理后，加工难度的降低，因此，可以采用更小半径的刀具以及设置更高的进给速率进行加工，更小的刀具半径可以加工出更加精细的结构，更高的进给速率可以使得待加工表面的获得较小的粗糙度，从而保证了镜片模仁具有更高的加工精度。
光发生装置4可以采用红外光发生器或激光发生器，两者均可以发射光束，光束与金属表面相互作用，从而改变待加工表面22的力学性能，降低加工难度。
可选择的，加工工序和表面处理工序可以同步进行，例如，光发生装置4发生光束，该光束照射在待加工表面22上加工装置6正在加工的部位，这一方案使得表面处理与加工两个工序并行进行，节省了加工时间，提高了加工效率。
加工装置6可以包括控制部分和加工部分，控制部分与加工部分通信连接。其中，控制部分包括控制芯片，控制芯片内写有控制程序，加工部分根据控制程序动作，对待加工表面22进行切削操作，控制部分可以实现加工部分的精确动作，进一步提高镜片模仁的加工精度。
加工部分包括切削刀具，切削刀具设置为金刚石刀具，金刚石刀具具有较高的硬度和较好的耐磨性等优点。当然，在其它一些实施例中，切削刀具还可以选用其它材质。
进一步，切削刀具的切削角度可以设置成小于30°，当切削角度小于30°时，切削力可以分解出平行于待加工表面22第一分力和垂直于待加工表面22的第二分力，根据力的平行四边形法则，第一分力大于第二分力，第一分力用于去除待加工表面22的材料，且当切削角度越小，则第一分力越大，在切削加工时，较大的切削力可以降低待加工表面22的粗糙度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镜片模仁的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
软化模仁基材；
以光照的方式对所述模仁基材的待加工表面进行表面处理；
以去除材料的加工方式加工所述待加工表面。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述光照的方式为红外光照射的方式或激光照射的方式。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述表面处理以及所述以去除材料的加工方式对所述待加工表面的加工同时进行。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述去除材料的加工方式为切削加工。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述切削加工是以小于30°的切削角度加工所述待加工表面。
6.一种镜片模仁的加工设备，其特征在于，该加工设备采用如权利要求1-5任一项所述的加工方法加工镜片模仁，该加工设备包括：
软化装置，所述软化装置用于软化模仁基材；
光发生装置，所述光发生装置以光照的方式对所述模仁基材的待加工表面进行表面处理；以及
加工装置，所述加工装置以去除材料的加工方式加工所述待加工表面。
7.根据权利要求6所述的加工设备，其特征在于，所述光发生装置为红外光发生器或激光发生器。
8.根据权利要求6所述的加工设备，其特征在于，所述加工装置包括控制部分和加工部分，
所述控制部分用于输出控制信号，所述加工部分根据所述控制信号动作以加工所述待加工表面，
所述控制部分与所述加工部分通信连接。
9.根据权利要求8所述的加工设备，其特征在于，所述加工部分包括切削刀具，所述切削刀具为金刚石刀具。
10.根据权利要求9所述的加工设备，其特征在于，所述切削刀具的切削角度小于30°。
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