CN206938021U - 一种镜片单体的自动浇注装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种镜片单体的自动浇注装置，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和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，所述液面监测点在玻璃模具腔体的满幅半值位置，且偏离腔体的光学中心区域(即空腔的偏离几何中心的中心水平线上)。本实用新型给浇注工作室配置了净化处理。净化系统采用带活性炭的过滤器，一方面可做到单体的挥发性气体被净化成干净的空气，保护操作者，另一方面可同时提供浇注工作室的洁净度，从而提高产品的良品率。

Description

一种镜片单体的自动浇注装置

技术领域

本实用新型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，是利用光透过模具腔体后是否发生光点位移和或光强变化的原理来探测单体液面的中心高位置，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。

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两片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CN

105848844A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。这是因为在单体浇注过程中，有几个特殊的制约因素：

一、单体要填充的合模空腔容积变化不定；

二、老化镜片浇注口的宽度最窄只有1mm。

三、液面上升过程弧面弯曲上升。如图2所示

四、单体是透明液体，折射率和玻璃模具接近。如CR39的折射率是1.499.玻璃模具材料的折射率为1.523.CR39单体成了很好的折射率匹配液，使得液面和玻璃的分界面反射率不到0.01％。机器视觉无法设别。

上述因素的制约，使得目前还没有一种快速可靠的技术手段可以精确探测单体到100％充填的液面位置，并进而做到自动浇注。为了远离有毒作业，我们迫切需要新的技术来革新，并实用新型应运而生。

实用新型内容

本实用新型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和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，所述液面监测点在玻璃模具腔体的满幅半值位置，且偏离腔体的光学中心区域(即空腔的偏离几何中心的中心水平线上)。

优选的，所述液面探测器包括光源和位置传感器，所述位置传感器可检测光偏折和/或光衰减。

优选的，所述位置传感器为PSD，CCD相机、CMOS相机、四象限探测器或光电阵列等可以感知光点位置或光强的器件，所述位置传感器信号传输到计算机控制系统。液面探测器是利用光透过腔体时是否发生光点位移或光强变化的原理来探测单体的有无，并依此来探测液面位置。

优选的，所述光源为激光，LED光源或其他能透过单体的准直光源。

优选的，所述自动浇注装置还包括计算机控制系统，所述比例阀连接有比例阀控制器，计算机控制系统分别与比例阀控制器、计时器和位置传感器连接，计算机控制系统给比例阀控制器信号，控制比例阀的打开程度，并按照图5的控制曲线开始对合模的空腔灌注单体；同时启动计时器进行计时，此时位置传感器不断感知到P1的位置和光强，并持续采集P1的位置和光强变化，使得液面上升的检测足够灵敏；与此同时，真空吸管不断吸走合模的空腔中的空气；当P1的位置和光强变化超过一个设定的值，此时记录计时器的读数T，浇注按照第二段控制曲线继续进行，当计时器数值到2T时，控制器关断比例阀，单体浇注结束。

优选的，所述自动浇注装置还包括用于吸走合模空腔中的空气的真空吸管。

优选的，所述浇注管有扁或椭圆形的非圆形出口。

优选的，所述自动浇注装置还包括用于净化工作室，吸附和过滤挥发单体的净化系统。

另外本实用新型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，并按照图5控制曲线开始对合模的空腔灌注单体；同时启动计时器进行计时，此时位置传感器不断感知到P1的位置和光强，并持续采集P1的位置和光强变化，使得液面上升的检测足够灵敏；与此同时，真空吸管不断吸走合模的空腔中的空气；当P1的位置和光强变化超过一个设定的值，此时记录计时器的读数T，浇注按照第二段控制曲线继续进行，当计时器数值到2T时，控制器关断比例阀，单体浇注结束。

本实用新型组成部分包括计算机控制系统、液面探测器、真空吸管、净化系统、比例阀控制器、比例阀和浇注管组成。

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。所以水平且通过合模空腔中心的那根线是最理想的分界线，如图3所示。如果我们能精确检测到这个水平液面的位置，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新的情况下，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。因此单体的液面探测成为本实用新型的关键点。

所述的液面探测器，是利用光通过透明腔体时发生光点位置改变或光强变化的原理来探测液面的位置，有光源和位置传感器两部分组成。

根据几何光学的Snell方程，当一束光通过两个玻璃模具合模的腔体后，光束会发生偏转或位移。光线的偏转满足如下方程一

n_isinθ_i＝n_rsinθ_r (1)

如图4所示。n_i和n_r是入射和出射介质的折射率。θ_i和θ_r分别是入射和出射角。根据这个原理，我们就可以进行光线追踪，从而知道光线落在PSD(位置传感器)上的位置。当模具一定时，出射光在PSD上的位置和腔体中的介质折射率有关。当合模空腔中是空气时，光线位于P1点，当腔体中的单体刚好满过如图3所示的P点时，出射光将位于P2点。当然不同的玻璃模具，P1点和P2点位置会有变化。但是有一点是明确的，就是光线穿过合模的空腔时，当光路中从无单体到有单体变化时，光点P1会比较明显的偏转到P2点。这种光点位置的变化，可以通过优选的位置位移传感器PSD来感知，从而达到感知单体液面位置的目的。

同时光通过两种折射率的界面时，如果不考虑材料的吸收，则出射光的光强I_r和入射光强I_i的关系为：

模具合模的空腔存在两个分界面。我们假定玻璃模具的折射率为1.523，单体的折射率为1.56.空气当光路中没有单体时，在忽略其他两个玻璃模具非工作面和空气的分界面的光反射的情况下。P1的光强为I_r＝0.916I_i,P2的光强为I_r≈I_i

也就是说，有无单体的情况会引起大约8.5％的光强变化量，因此这个光强变化也可以作为液面的判断依据。

位置传感器可以是任何可以感知光点位置和/或光强变化的器件，如CCD、CMOS、象限传感器，PSD等，也可以是光电传感器阵列。可以是2维，也可以是一维。优选传感器是PSD位置位移传感器。因为PSD位置传感器可以同时感知光点强度的变化和光点重心的位移。作为优先，将作为将和光源一起组成液面探测器。PSD可以感知光点重心变化到1m的范围。光点的偏移量和入射光线的角度有很大的关系，也就是说和探测的灵敏度有关。我们一般调整入射光线的角度到有无单体时的PSD上光点偏转量在2-3mm左右。据此，我们选用10x10mm的两维PSD作为位置检测元件。

本实用新型利用光通过透明腔体时发生光点位置和/或光强变化的原理来探测液面的位置。实际应用中，可以利用光点位置移动或光强变化的其中一种或两种来作为光路中有无单体的依据。

为了提高测量精度，我们尽可能选用细的光束。原则上任何可以透过单体，在传感器响应波长范围内的光度可以做光源。但为了保证探测器有足够光感量，我们优选准直性好的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。为了减低误差，PSD和激光光源安放在同一个支架上，降低了震动带来的误差。

检测点的位置选择是另外一个关键的因素。这是因为：

一、如果光线沿中心线法线方向。根据上述公式1，P1点位置将不会变动。

二、中间区域是液滴位置，液滴会影响液面的检查精度。

所以液面点优选放置在满幅半值位置L1，但是离开合模的空腔的中心区域是。一般放置在φ50mm左右的区域上，如图3所示的P点。

我们知道，满幅半值位置L1的截面最大，在相同的注入流量下，液面上升的速度最慢。越过这个位置后，截面会越来越小。液面的上升速度会越来越快。L2处变化得最快。

为了提高注入速度，我们通过比例阀对浇注的流速进行了变量控制，图5示。这种变量控制是一定的，可以适应于所有的镜片。本实用新型采用流速可变的注入方式，一方面可以快速注入单体，当接近满幅半值附近，同时降低满幅半值位置L1的注入速度，可以让检测系统有更多的响应时间。同理，也可以降低接近注满位置的液面上升速度。

由于半制片和现片的填充量差异比较大，比例阀的口径可以选择为两种，一种采用4mm的口径，一种采用2mm的口径。

采用这个技术的另外一个好处是，可以控制残留量到可以接受的程度。当计时器给电磁阀信号切断注入口时，滴管里面残留的单体会在重力的作用下继续滴下来。如果假定我们前面的控制都是精确的，那么这些就是误差。所以如果流速很小，滴管中的残留多余物就很少。你可以比较方便的控制残留物到你接受的范围内。

为了防止单体内部残留气泡，本实用新型采用两个措施，一是引入真空吸管，吸走合模的空腔中的空气，形成负压，使单体在快速注入的同时不容易产生气泡；二是因为单体有粘性，单体内的气泡如果离液面距离过大也不容易逸出表面，为了增大单体内的气泡逸出表面的可能性，提高产品的成品率，我们采用非圆形的扁形滴管出口。一方面不降低流量，另一方面缩短气泡到逸出单体表面的距离不大于0.5mm，使得单体中的气泡容易溢出单体。真空吸管放置在模具的最高位置L3处附件，但是略低于模具边缘。一般控制在0.5mm以内。

为了避免真空吸附下的合模的空腔变形，在浇注过程中玻璃模具要被很好地夹持，同时真空都要控制在-10kPa以下

由于单体在浇注过程中会挥发，会被人体吸入肺中，从而对操作人员的健康造成伤害。同时浇注环境的洁净程度，直接影响镜片的良品率。本实用新型给浇注工作室配置了净化处理。净化系统采用带活性炭的过滤器，一方面可做到单体的挥发性气体被净化成干净的空气，保护操作者，另一方面可同时提供浇注工作室的洁净度，从而提高产品的良品率。

附图说明

图1：老化镜片的玻璃合模空腔

图2近视镜片玻璃模具内的液面上升剖面图

图3镜片浇注框图

图4图3中满幅半值L1水平剖面图

图5比例阀的流量控制图

1是玻璃A模具，2是玻璃B模具，3是胶带，4浇注管，5是单体，6是比例阀，7是真空吸管，8是光源，9是位置传感器，10是风机，11是出风口，12是带过滤的进风口，13是比例阀控制器，L0是合模空腔的最低点，L1是满幅半值位置，L2是注满合模空腔的位置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型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，和用于检测液面监测点有无单体的液面探测器，所述液面监测点在玻璃模具腔体的合模的空腔的偏离几何中心的中心水平线上。所述液面探测器包括光源发生器和位置传感器9，所述位置传感器9可检测光点位置和/或光强变化。光源为激光(或LED光源或其他能透过单体的光源)。位置传感器9为PSD(也可以为CCD相机、CMOS相机、四象限探测器或光电阵列等可以感知光点位置或光强的器件)，所述位置传感器9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、用于吸走合模的空腔中的空气的真空吸管7、用于净化工作室和吸附过滤挥发单体的净化系统。浇注管4下方连接滴管，所述滴管有扁或椭圆形的非圆形出口。

比例阀控制器13给比例阀6信号，电磁阀打开，并按照图5的控制曲线开始对合模的空腔灌注单体；同时启动计时器进行计时，此时位置传感器9不断感知到P1的位置和光强，并以1kHz的采样频率持续采集P1的位置和光强变化。与此同时，真空吸管7不断吸走合模空腔中的空气。当P1的位置和光强变化超过一个设定的值，我们认为单体已经到了合模的空腔的满幅半值L1位置。此时记录计时器的读数T。浇注按照第二段控制曲线继续进行，如图4。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。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。

Claims (8)

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，所述液面监测点在玻璃模具腔体的满幅半值位置，且偏离腔体的光学中心区域。

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：所述液面探测器包括光源和位置传感器，所述位置传感器可检测光点位置和/或光强变化。

3.根据权利要求2所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述位置传感器为位置传感器PSD，CCD相机、CMOS相机、四象限探测器或光电阵列等可以感知光点位置或光强的器件。

4.根据权利要求2所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述光源为激光，LED光源或其他能透过单体的光源。

5.根据权利要求1-4任一所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：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，此时位置传感器不断采集监测点光线的位置和光强变化，当监测点光线的位置和光强变化超过一个设定的值，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。

6.根据权利要求1-4任一所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述自动浇注装置还包括用于吸走空腔中空气的真空吸管，灌注的同时，真空吸管不断吸走空腔中的空气。

7.根据权利要求1-4任一所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述浇注管有扁或椭圆形的非圆形出口。

8.根据权利要求1-4任一所述的镜片单体的自动浇注装置，其特征在于：所述自动浇注装置还包括用于净化工作室用于吸附和过滤挥发单体的净化系统。