CN110303700A - 一种树脂透镜制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种树脂透镜制造方法，包括以下步骤，S1：利用注塑成型设备进行注塑成型，注塑成型所用模具的模具腔内设有若干个与树脂透镜形状相匹配的凸起或凹槽，成型得到具有多个透镜的树脂样品；S2：对成型后的树脂样品进行激光切割，利用激光切割光束扫描过树脂样品表面，将树脂样品表面的材料加热并熔化或气化，同时借助高压辅助气体吹走熔化或气化的材料，达到切割树脂样品的目的，得到单个透镜。具有效率高、一致性好和加工成本低的特点，与传统注塑成型加工方法相比，更适合大批量生产制造，降低生产成本，是一种高效的光学树脂透镜加工方法。
Description
技术领域
本发明涉及透镜制造技术领域，特别是涉及一种树脂透镜制造方法。
背景技术
随着光学产品推陈出新及光学技术日益精进，应用范围持续扩大，从早期的常规相机、望远镜、显微镜、扫瞄器、传真机等，到现在的数码相机、背投影电视、图像电话、DVD、照相手机、车载可视系统、生物医学工程图像设备等均大量采用光学组件产品。光学元件市场得到广泛拓展，未来光学行业深具潜力。光学透镜作为光学系统中的主要元器件，其内在质量与光学系统成像的像质清晰程度和影像层次丰富程度具有密切关系。光学树脂透镜具有重量轻、易于在光学系统安装等优势，在现在光学成像中得到越来越多的应用，在军事、摄影、医学、工业等领域具有非常广阔的应用前景。
目前光学树脂透镜的制造方法主要以注塑成型为主。注塑成型工艺过程主要包括合模、填充、保压、冷却、开模、脱模等6个阶段。它是指在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型光学树脂透镜的方法。
目前光学树脂透镜为单个注塑成型，加工效率较低，很难满足行业大批量生产的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种树脂透镜制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现了光学树脂透镜的高效大批量制造，极大地降低了制造成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种树脂透镜制造方法，包括以下步骤，
S1：利用注塑成型设备进行注塑成型，注塑成型所用模具的模具腔内设有若干个与树脂透镜形状相匹配的凸起或凹槽，成型得到具有多个透镜的树脂样品；
S2：对成型后的树脂样品进行激光切割，利用激光切割光束扫描过树脂样品表面，将树脂样品表面的材料加热并熔化或气化，同时借助高压辅助气体吹走熔化或气化的材料，达到切割树脂样品的目的，得到单个透镜。
优选地，注塑成型包括以下步骤，
S1：合模，合模系统产生高压使模具合拢锁紧；
S2：对聚合物进行加热，同时控制聚合物的加热温度，使加热后的聚合物能够充分软化流动；
S3：注射填充，将充分软化的聚合物挤推注入成型模具，依次注满多个模具腔；
S4：保压，将充分软化的聚合物逐步压实，排气；
S5：冷却，聚合物在模具型腔内冷却凝固；
S6：开模顶出，打开模具，取出注塑成型后具有多个透镜的树脂样品。
优选地，多个所述模具腔之间通过连通槽连接，使得通过注塑成型得到的多个所述透镜之间相互连接。
优选地，若干个所述凸起在所述模具腔内均匀分布且形状相同或不同，若干个所述凹槽在所述模具腔内均匀分布且形状相同或不同，所述模具腔为一个或多个，当所述模具腔为多个时，多个所述模具腔依次连通。
优选地，所述透镜为表面具有微沟槽或微金字塔或微透镜阵列的镜片。
优选地，激光切割包括以下步骤，
S1：将待切割的树脂样品装夹到激光切割平台上，利用在线CCD相机测量系统在线观测树脂样品上的透镜，进而精确确定每个透镜的位置坐标，将位置坐标输入移动激光器的位移平台，控制激光切割光束进行激光切割的范围；
S2：激光切割光束沿树脂样品表面的法线方向或与法线成夹角入射到树脂样品表面，在树脂样品表面聚焦或者产生离焦量，在树脂表面形成激光光斑，在激光光斑照射的位置树脂样品发生熔化或者气化。
优选地，所述激光切割光束的波长范围为355nm-1064nm，所述激光切割光束的脉冲宽度为100飞秒-100皮秒。
优选地，所述高压辅助气体为氮气。
优选地，所述激光切割光束和所述高压辅助气体同轴设置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、通过注塑成型工艺与激光切割工艺复合，实现了树脂光学元器件低成本批量制造。
2、多模注塑树脂透镜，成本降低且模铸元件的透镜的可重复性相当高。
3、激光切割技术采用热效应且无外力参与，具有热变形小、热影响区小等其他切割工艺不可比拟的技术优势，从而有效保证了切割质量。
4、在激光切割工艺过程中利用在线CCD相机测量系统对成形后树脂透镜镜片进行在位测量，确定激光切割的范围并保证切割过程中的定位精度，避免了切割时可能产生的定位误差。
5、树脂透镜制造方法具有效率高、一致性好和加工成本低的特点，与传统注塑成型加工方法相比，更适合大批量生产制造，降低生产成本，是一种高效的光学树脂透镜加工方法。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。
在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”和“右”指示的方位或位置关系仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的是提供一种树脂透镜制造方法，以解决现有技术存在的问题，实现了光学树脂透镜的高效大批量制造，极大地降低了制造成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供了一种树脂透镜制造方法，包括以下步骤，
S1：利用注塑成型设备进行注塑成型，注塑成型所用模具的模具腔内设有若干个与树脂透镜形状相匹配的凸起或凹槽，成型得到具有多个透镜的树脂样品；
S2：对成型后的树脂样品进行激光切割，利用激光切割光束扫描过树脂样品表面，将树脂样品表面的材料加热并熔化或气化，同时借助高压辅助气体吹走熔化或气化的材料，达到切割树脂样品的目的，得到单个透镜。
注塑成型包括以下步骤，
S1：合模，合模系统产生高压使模具合拢锁紧；
S2：对聚合物进行加热，同时控制聚合物的加热温度，使加热后的聚合物能够充分软化流动；
S3：注射填充，将充分软化的聚合物挤推注入成型模具，依次注满多个模具腔；
S4：保压，将充分软化的聚合物逐步压实，排气；
S5：冷却，聚合物在模具型腔内冷却凝固；
S6：开模顶出，打开模具，取出注塑成型后具有多个透镜的树脂样品。
更具体地，以PMMA塑料材料为例，注塑成型的具体工艺条件参见下表。
激光切割包括以下步骤，
S1：将待切割的树脂样品装夹到激光切割平台上，利用在线CCD相机测量系统在线观测树脂样品上的透镜，进而精确确定每个透镜的位置坐标，将位置坐标输入移动激光器的位移平台，控制激光切割光束进行激光切割的范围；
S2：激光切割光束沿树脂样品表面的法线方向或与法线成夹角入射到树脂样品表面，在树脂样品表面聚焦或者产生离焦量，在树脂表面形成激光光斑，在激光光斑照射的位置树脂样品发生熔化或者气化。
具体地，树脂样品表面的材料加热温度为几千至上万摄氏度，具体加热时间根据具体实际需要具体设置。若干个凸起在模具腔内均匀分布且形状相同或不同，若干个凹槽在所述模具腔内均匀分布且形状相同或不同。模具腔的数量优选为一个或多个，当模具腔为多个时，多个模具腔依次连通。同一个模具腔内可以仅设置若干个凸起，也可以仅设置若干个凹槽，还可以同时设置若干个凸起和凹槽。注塑成型的树脂透镜的形状是由模具腔内的凸起或凹槽的形状决定的，利用超精密刨削、铣削、飞切加工技术等在磷化镍镀层模具表面加工出所需要的形状，微透镜的口径可以从几十微米小到几百纳米。透镜优选为表面具有微沟槽或微金字塔或微透镜阵列的镜片，切割后可以作为棱镜使用。
激光切割光束的波长范围优选为355nm-1064nm，激光切割光束的脉冲宽度优选为100飞秒-100皮秒，激光切割光束的能量密度根据具体透镜材料的选择而具体设置。高压辅助气体优选为氮气。激光切割光束和高压辅助气体同轴设置。
本实施例中的树脂透镜制造方法具有效率高、一致性好和加工成本低的特点，与传统注塑成型加工方法相比，更适合大批量生产制造，降低生产成本，是一种高效的光学树脂透镜加工方法。通过注塑成型工艺与激光切割工艺复合，实现了树脂光学元器件低成本批量制造，成本降低且模铸元件的透镜的可重复性相当高，激光切割技术采用热效应且无外力参与，具有热变形小、热影响区小等其他切割工艺不可比拟的技术优势，从而有效保证了切割质量，在激光切割工艺过程中利用在线CCD相机测量系统对成形后树脂透镜镜片进行在位测量，确定激光切割的范围并保证切割过程中的定位精度，避免了切割时可能产生的定位误差。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种树脂透镜制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：利用注塑成型设备进行注塑成型，注塑成型所用模具的模具腔内设有若干个与树脂透镜形状相匹配的凸起或凹槽，成型得到具有多个透镜的树脂样品；
S2：对成型后的树脂样品进行激光切割，利用激光切割光束扫描过树脂样品表面，将树脂样品表面的材料加热并熔化或气化，同时借助高压辅助气体吹走熔化或气化的材料，达到切割树脂样品的目的，得到单个透镜。
2.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：注塑成型包括以下步骤，
S1：合模，合模系统产生高压使模具合拢锁紧；
S2：对聚合物进行加热，同时控制聚合物的加热温度，使加热后的聚合物能够充分软化流动；
S3：注射填充，将充分软化的聚合物挤推注入成型模具，依次注满多个模具腔；
S4：保压，将充分软化的聚合物逐步压实，排气；
S5：冷却，聚合物在模具型腔内冷却凝固；
S6：开模顶出，打开模具，取出注塑成型后具有多个透镜的树脂样品。
3.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：多个所述模具腔之间通过连通槽连接，使得通过注塑成型得到的多个所述透镜之间相互连接。
4.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：若干个所述凸起在所述模具腔内均匀分布且形状相同或不同，若干个所述凹槽在所述模具腔内均匀分布且形状相同或不同，所述模具腔为一个或多个，当所述模具腔为多个时，多个所述模具腔依次连通。
5.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：所述透镜为表面具有微沟槽或微金字塔或微透镜阵列的镜片。
6.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：激光切割包括以下步骤，
S1：将待切割的树脂样品装夹到激光切割平台上，利用在线CCD相机
测量系统在线观测树脂样品上的透镜，进而精确确定每个透镜的位置坐标，将位置坐标输入移动激光器的位移平台，控制激光切割光束进行激光切割的范围；
S2：激光切割光束沿树脂样品表面的法线方向或与法线成夹角入射到树脂样品表面，在树脂样品表面聚焦或者产生离焦量，在树脂表面形成激光光斑，在激光光斑照射的位置树脂样品发生熔化或者气化。
7.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：所述激光切割光束的波长范围为355nm-1064nm，所述激光切割光束的脉冲宽度为100飞秒-100皮秒。
8.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：所述高压辅助气体为氮气。
9.根据权利要求1所述的树脂透镜制造方法，其特征在于：所述激光切割光束和所述高压辅助气体同轴设置。
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