CN1962154A - 模仁加工装置及加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种模仁加工装置，用于对一胚料进行成型加工处理。模仁成型加工装置包括一光学系统，光学系统用于发出一激光束。该激光束照射在胚料表面并被反射。该模仁加工装置包括一反馈系统及一控制器。反馈系统对反射的光束进行处理，以形成电信号并传输至控制器。控制器根据反馈系统的电信号控制光学系统。上述模仁加工装置中使用了双透镜组合，调节聚焦系统的焦距，且增加了反馈系统及控制器，可以在较小点及阶梯式表面进行加工，提高了胚料表面的光滑度。本发明还提供一种使用上述模仁加工装置对模仁进行加工的方法。

Description

模仁加工装置及加工方法
【技术领域】
本发明涉及一种模仁加工装置及加工方法，尤其涉及一种光学元件成型模具加工装置及加工方法。
【背景技术】
光学元件在照相机、投影机、光碟机及手机镜头等产品中均有应用。随着该等产品的快速发展，光学元件的应用越来越广泛，人们对光学元件的要求也越来越高。因此，光学元件的加工技术也得到了迅速的发展。目前，光学元件的加工技术主要有压制成型法、研磨法、注塑成型法等。
模具的核心部分是模仁，模仁的形状决定产品的形状。加工模仁的方法很多，比如机械加工法、激光加工法等。机械加工法使用机床对模仁进行切削等加工。机械加工法所需时间长，且要采用大量的刀具及夹具，材料利用率也低。激光加工法以高能量激光直接对材料表面进行加工，以获得所需的表面。激光加工法所需的时间短，不必采用刀具和夹具，材料利用率高，克服了机械加工法的弊端。用激光加工法加工出来的模仁表面比以前的机械加工法加工出来的表面更光滑。
通常传统的模仁加工装置包含：一激光源、一光开关及一透镜。激光源发出用于加工胚料表面的激光。光开关用于调节激光源的照射光强度。透镜用于将经过光开关的激光会聚在胚料表面进行加工。然而，实际操作当中仅靠单一透镜很难很好地控制焦距，进而不能很好的控制操作点尺寸。而且，该模仁加工装置只依靠最初接收到的参数控制激光源，无法精确控制激光源的脉冲能量、脉冲持续时间及脉冲重复频率等参数，进而影响胚料表面的光滑度。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种可使胚料表面具有较高光滑度的模仁加工装置。
此外，还有必要提供一种使用上述模仁加工装置对模仁进行加工的方法。
一种模仁加工装置，用于对一胚料进行成型加工处理。模仁成型加工装置包括一光学系统，光学系统用于发出一激光束。该激光束照射在胚料表面并被反射。该模仁加工装置包括一反馈系统及一控制器。反馈系统对反射的光束进行处理，以形成电信号并传输至控制器。控制器根据反馈系统的电信号控制光学系统。
一种模仁加工方法，该方法包括如下步骤：
控制器产生控制信号传输至光学系统；
光学系统根据控制信号发出一激光束并将激光束会聚在胚料表面；
胚料表面反射至少部分光束；
反馈系统接收胚料表面反射的光束形成电信号传输至控制器。
上述模仁加工装置中增加了反馈系统及控制器，相应的增加了反馈系统对胚料表面的反射光进行处理的步骤，可以在较小点及阶梯式表面进行加工，提高了胚料表面的光滑度。
【附图说明】
图1为本发明模仁加工装置的较佳实施方式示意图。
图2为本发明模仁加工方法的较佳实施方式的流程图。
【具体实施方式】
请参阅图1，其为本发明一较佳实施方式的模仁加工装置99的示意图。模仁加工装置99用于对胚料80进行成型加工。模仁加工装置99包含：一光学系统10、一反馈系统20、一控制器30、一光源控制单元40及一冷却系统50。光学系统10产生光束并照射到胚料80表面。胚料80对入射光反射，反馈系统20接收胚料80表面的反射光并将光信号转化成电信号传输到控制器30。控制器30对反馈系统20传输的电信号进行处理产生不同控制信号，将该控制信号传输导光源控制单元40及光学系统10。冷却系统50连在胚料80上，用于消除激光成型时产生的热量。
光学系统10包含激光源11、光开关12及聚焦系统13。
激光源11用于发射一激光束。本实施例中激光源11采用波长为532nm的Nd:YAG激光二极管泵浦固体激光器。Nd:YAG具有1064nm或532nm波长。Nd:YAG固体激光器是掺有钕离子的钇酸榴石固体激光器。对胚料80进行激光加工时，波长为532nm的短波长Nd:YAG固体激光器具有较高的精确度和解析度。此外激光源11若采用波长为532nm的Nd:YVO4激光二极管泵浦固体激光器可达到同样效果。Nd:YVO4具有1064nm或532nm波长。Nd:YVO4固体激光器是掺有钕离子的钒酸钇固体激光器。
激光源11发出的光束传至光开关12。光开关12可以在控制器30的控制下调节光束的强度。如，光开关12处于完全打开的状态时，光束可以全部经过，从而有最大光强度。如，光开关12处于完全关闭的状态时可以使光束无法经过。从而具有最小光强度。调节控制激光源11发射的激光束，进而进行光强度调节。光开关12完全打开的时候可以使光束全部经过，关闭的时候使光束无法经过。光开关12根据控制器40传输的伺服信号对激光束进行调节。
聚焦系统13包含凸透镜131、凹透镜132及调节装置133。调节装置133位于凸透镜131与凹透镜132的外围，凸透镜131位于凹透镜132的上方。调节装置133可以在控制器30的控制下调节凸透镜131及凹透镜132之间的相对位置。凸透镜131对经过光开关12入射到聚焦系统13的激光束进行会聚。凹透镜132对经过凸透镜131的激光束进行发散。通过改变凸透镜131及凹透镜132的相对位置可以调节聚焦系统13的焦距的大小。
根据高斯公式：
1/p+1/q＝1/f                                        (1)
其中p表示物距，q表示像距，f表示焦距。由公式(1)中可知，在物距p不变的情况下，改变焦距f可以使像距q改变。故，调节上述凸透镜131与凹透镜132间距可以改变聚焦系统13的焦距，从而可改变聚焦系统13在胚料80表面上的会聚点。
胚料80包含NiP(磷化镍)表层810及不锈钢衬底811。经过光开关12后的光束经由聚焦系统13会聚在NiP表层810上，以对NiP表层810进行加工，从而获得所需的形状。同时，胚料80会对投射在其表面810的光束的部分光束反射形成一参考光束。
反馈系统20接收该参考光束，并将光信号转化成电信号。反馈系统20包含凹透镜21、凸透镜22及光检测元件23。光束进入反馈系统10后首先由凹透镜21对参考光束进行扩束，凸透镜22将扩束后的光束会聚在光检测元件23上。光检测元件23将照射其上的光信号转化成电信号，进而将该电信号传输到控制器30。
控制器30根据反馈系统20传输的电信号进一步确认及优化，并依此产生第一、第二、第三控制信号。第一控制信号传输至光源控制单元40，依次产生光源控制信号，将光源控制信号传输至激光源11，进行控制。第二控制信号传输至光开关12，控制光束的强度。第三控制信号传输至聚焦系统13，控制聚焦系统13的焦距的大小。
模仁加工装置99的工作过程如下：首先，控制器30接收加工胚料80所需的参数，依此产生第一、第二、第三控制信号依次传输到光源控制单元40、光开关12及聚焦系统13。然后，光源控制单元40根据控制器30传输的第一控制信号进行控制。激光源11发出相应的激光束。光开关12根据控制器30传输的第二控制信号调节光束的强度。聚焦系统13也根据控制器30传输的第三控制信号调节聚焦系统13的焦距大小，将激光束会聚到胚料80表面进行加工。之后，反馈系统20接收胚料80表面的参考光束，并将光信号转化成电信号传输至控制器30。控制器30根据反馈系统20传输的电信号进一步确认及优化。之后，重复上述步骤对胚料80表面进行加工。
模仁加工装置99中使用了双透镜组合，调节聚焦系统的焦距，且增加了反馈系统20及控制器30，可以在较小点及阶梯式表面进行加工，提高了胚料80表面的光滑度。
如图2所示，以模仁加工装置99对胚料80进行加工的方法包括如下步骤：
首先，步骤201中，控制器30根据接收的参数，依此产生第一、第二、第三控制信号各传输到光源控制单元40、光开关12及聚焦系统13。步骤202中，光源控制单元40根据控制器30传输的第一控制信号控制激光源11。然后，步骤203中，激光源11根据光源控制单元40传输的控制信号发出一光束，并入射到光开关12；之后，步骤204中，光开关12根据控制器30传输的第二控制信号调节光束的强度，并入射到聚焦系统13。之后在步骤205中，聚焦系统13之调节装置133根据控制器30传输的第三控制信号，调节凸透镜131与凹透镜132之间的相对位置，从而调节聚焦系统13的焦距大小，并调节焦距大小后的光束会聚在胚料80的NiP表层810，对NiP表层810进行加工。之后步骤206中，冷却系统50吸收激光加工时所产生的热量以便胚料80冷却。在步骤207中，胚料80表面将投射在其表面的部分光束反射形成的参考光束反射至反馈系统20。之后步骤208中，反馈系统20的凹透镜21与凸透镜22将参考光束会聚在光检测元件23上，光检测元件23对参考光束进行检测后将光信号转化成电信号，并传输至控制器30。最后，步骤209中，控制器30对反馈系统20传输过来的电信号进一步确认及优化，若胚料80表面还未结束加工，控制器30回到步骤201，重复上述步骤；若胚料80表面已加工好时，结束加工。
在上述方法中增加了反馈系统20，对胚料80表面的反射光进行处理的步骤及双透镜组合对焦距进行调节的步骤，实现了激光对较小点及阶梯式表面的加工，提高了胚料80表面的光滑度。

Claims (12)

1.一种模仁加工装置，用于对一胚料进行成型加工处理，该模仁成型加工装置包括一光学系统，该光学系统用于发出一激光束，该激光束照射在该胚料表面并被反射，其特征在于：该模仁加工装置还包括一反馈系统及一控制器，该反馈系统对反射光进行处理，以形成电信号并传输至控制器，该控制器根据反馈系统的电信号控制该光学系统。
2.如权利要求1所述的模仁加工装置，其特征在于：该光学系统包括一激光源、一光开关及一聚焦系统，该激光源可产生上述激光束，该光开关可以调节通过其后的激光束的强度，该聚焦系统可将光开关出射的激光束会聚在胚料表面。
3.如权利要求2所述的模仁加工装置，其特征在于：该模仁加工装置还包括一光源控制单元，上述控制器可产生第一控制信号，该光源控制单元根据第一控制信号控制激光源的脉冲能量、脉冲持续时间及脉冲重复频率。
4.如权利要求2所述的模仁加工装置，其特征在于：上述控制器可产生第二控制信号，光开关根据第二控制信号改变允许通过激光束的强度。
5.如权利要求2所述的模仁加工装置，其特征在于：该聚焦系统包括一透镜系统及一调节装置，该透镜系统包括一凸透镜及一凹透镜，凸透镜与凹透镜位于同一光轴上，上述控制器可产生第三控制信号，该调节装置可根据第三控制信号调节凸透镜和凹透镜之间相对位置进行控制，以调节聚焦系统的焦距的大小。
6.如权利要求1所述的模仁加工装置，其特征在于：该反馈系统包括一透镜系统及光检测元件，该透镜系统包含一凹透镜及凸透镜，凹透镜及凸透镜将胚料表面反射的反射光会聚在该光检测元件，该光检测元件根据照射的反射光形成上述电信号。
7.一种模仁加工方法，该方法包括如下步骤：
控制器产生控制信号传输至光学系统；
光学系统根据控制信号发出一激光束并将激光束会聚在胚料表面；
胚料表面反射至少部分光束；
反馈系统接收胚料表面反射的光束形成电信号传输至控制器。
8.如权利要求7所述的模仁加工方法，其特征在于：该光学系统包括一激光源、一光开关及一聚焦系统，该激光源可产生上述激光束，该光开关调节激光束的强度，该聚焦系统将经过光开关的激光束会聚在胚料表面。
9.如权利要求8所述的模仁加工方法，其特征在于：该模仁加工装置还包括一光源控制单元，上述控制器可产生第一控制信号，该光源控制单元根据第一控制信号控制激光源的脉冲能量、脉冲持续时间及脉冲重复频率。
10.如权利要求8所述的模仁加工方法，其特征在于：上述控制器可产生第二控制信号，上述光开关根据第二控制信号改变允许通过激光束的强度。
11.如权利要求8所述的模仁加工方法，其特征在于：该聚焦系统包括一透镜系统及一调节装置，该透镜系统包括一凸透镜及一凹透镜，凸透镜与凹透镜位于同一光轴上，上述控制器可产生第三控制信号，该调节装置可根据第三控制信号调节凸透镜和凹透镜之间相对位置进行控制，以调节聚焦系统的焦距的大小。
12.如权利要求7所述的模仁加工方法，其特征在于：该反馈系统包括一透镜系统及光检测元件，该透镜系统包含一凹透镜及凸透镜，凹透镜及凸透镜将胚料表面反射的反射光会聚在该光检测元件，该光检测元件根据照射的反射光形成上述电信号。
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