TWI656959B

TWI656959B - 自由曲面鏡片之模仁補償方法

Info

Publication number: TWI656959B
Application number: TW106141112A
Authority: TW
Inventors: 蔡元勛
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-04-21
Also published as: TW201924898A

Abstract

一種自由曲面鏡片之模仁補償方法，包含：在電腦建立包含自由曲面資訊的設計資料；透過電腦對設計資料進行建模以得到模具設計；由模具加工機台根據模具設計產生模具；由射出成型機台利用模具進行射出成型以產生射出品；透過表面量測儀量測射出品的表面，以產生射出品表面資料；由電腦貼合設計資料與射出品表面資料；由電腦根據設計資料及射出品表面資料的貼合結果產生精度值與補償路徑資料；當精度值高於門檻值，由模具加工機台根據補償路徑資料對模具重複加工；當精度值低於或等於門檻值，完成補償。

Description

自由曲面鏡片之模仁補償方法

本創作係有關一種補償方法，特別是指自由曲面鏡片之模仁補償方法。

光學鏡片依特徵可區分為球面(Spherical)鏡片、非球面(Aspherical)鏡片以及自由曲面(Freeform)鏡片，使用自由曲面鏡片可取代傳統多片球面鏡片組成的鏡片系統，且可依據各種光學需求而設計曲面型態。光學鏡片之成型，是於一射出成型機台安裝一模具，該模具之模仁為供射出成型光學鏡片的球面、非球面或自由曲面，於該射出成型機台的澆口注入塑料後，該射出成型機台即可透過該模具射出成型具有球面、非球面或自由曲面的光學鏡片射出品。

在塑膠射出成型的過程中，因為塑膠的收縮幅度受溫度及壓力的影響而有不同變化，例如越接近澆口位置的壓力越大，反之越小，導致塑膠在不同區域有收縮不均勻的現象發生，從而讓光學鏡片射出品無法滿足所需規格。基於前述問題，相關領域已開發出針對射出成型球面鏡片與非球面鏡片之模仁的補償技術，例如TW I273029號案"非球面塑膠透鏡及其模仁之製造方法"、CN104440385B號案"高精度非球面銑磨加工缺陷的補償方法"及TW I486247號案"非球面鏡模仁之製作方法"。

惟目前仍缺乏對於射出成型自由曲面鏡片之模仁補償技術，主要乃因自由曲面鏡片的形狀厚度差異較大，在射出成型的過程中，塑膠在不同區域的收縮幅度恐相當不均勻，多仰賴人工經驗以試誤方式修整模仁再射出成品進行功能性測試驗證，常常需要修模，無法有效控制製程與射出品的品質。

有鑒於此，本創作之主要目的是提供一種自由曲面鏡片之模仁補償方法，以期克服先前技術所述人工試誤方式所造成無法有效控制製程與射出品的問題。

本創作自由曲面鏡片之模仁補償方法，包含以下步驟： (a)在電腦建立包含一自由曲面資訊的一設計資料； (b)透過電腦對該設計資料進行建模以得到一模具設計； (c)由模具加工機台接收該模具設計，以根據該模具設計進行模具加工，產生一模具； (d)由射出成型機台利用該模具進行射出成型，以產生包含自由曲面的射出品； (e)透過表面量測儀量測該射出品的表面，以產生一射出品表面資料； (f)由電腦接收該射出品表面資料，並貼合該設計資料與該射出品表面資料； (g)由電腦根據該設計資料及該射出品表面資料的貼合結果產生一精度值與一補償路徑資料； (h)當該精度值高於一門檻值，由該模具加工機台根據該補償路徑資料對該模具重複加工，並執行執行步驟(d)~(g)； (i)當該精度值低於或等於該門檻值，完成補償。

根據本創作的方法，為了使射出品的自由曲面符合該設計資料的自由曲面資訊，本創作係透過表面量測儀量測該射出品之表面的自由曲面，將所得到的射出品表面資料與該設計資料進行貼合比對，故可得到該設計資料與射出品之間在自由曲面的差異性，由該補償路徑資料反映該差異性。如此一來，本創作根據該補償路徑資料對該模具再加工，透過再加工之模具所產出的射出品的自由曲面即更接近該設計資料的自由曲面資訊，降低該設計資料與射出品之間在自由曲面的差異性。

和先前技術相比，本創作是透過該補償路徑資料對模具的模仁進行補償，該補償路徑資料係一客觀資料並反映該設計資料與射出品之間在自由曲面的差異性，故本創作非採人工試誤方式，本創作能有效控管製程與射出品的品質。

請參考圖1，本創作自由曲面鏡片之模仁補償方法之實施例可於電腦10、模具加工機台20、射出成型機台30及表面量測儀40實施。舉例來說，該電腦10可為個人電腦(PC)，其根據使用者的操作建立一光學鏡片結構的設計資料，例如該設計資料可包含光學鏡片之曲面數學方程式、2D模型圖檔或3D模型圖檔，此外，該電腦10可執行一模流分析軟體，該模流分析軟體係根據該設計資料進行模流分析建模以得到一模具設計11；該模具加工機台20根據該模具設計11自動加工以產生一模具，該模具的模仁即可供射出成型自由曲面，例如該模具加工機台20可與該電腦10建立連線，供該電腦10將該模具設計11傳送到該模具加工機台20進行模具自動加工作業；該射出成型機台30可連接模具，該射出成型機台30的澆口供注入塑膠原料，並依據模具的構造進行射出成型以產生一射出品，該射出品即包含一自由曲面，其構造對應於模仁的自由曲面；該表面量測儀40用以量測模仁的加工表面或射出品的表面並產生一表面資料，例如該表面量測儀40可為接觸式(探針)或非接觸式(光學)表面量測儀，將所量測到包含座標值的複數資料點構成一曲面資料，該曲面資料即為表面資料以反映模仁的表面或射出品的表面，該表面量測儀40可採用型號為UA3P之儀器，該表面量測儀40可與該電腦10建立連線，由該電腦10接收該表面量測儀40所量測到的表面資料。需說明的是，前述為本發明所屬技術領域中的通常知識。

請配合參考圖2，本創作補償方法的實施例包含以下步驟：

(a)在電腦10建立包含一自由曲面資訊的一設計資料。本創作實施例中，使用者可透過自由曲面的數學方程式、2D模型圖檔或3D模型圖檔實現該自由曲面資訊。其中，請參考圖3，該設計資料12除了包含該自由曲面資訊121外，可包含複數定位點122，該等定位點122可分布於該自由曲面資訊121的外圍，但不以此為限，電腦10可透過三維座標值定義該設計資料12的自由曲面資訊121與定位點122。

(b)透過電腦10對該設計資料12進行建模以得到模具設計11。本創作實施例中，該模具設計11即包含對應於該自由曲面資訊121與定位點122的加工路徑參數。較佳地，於本步驟中可另以一模流分析軟體對該模具設計11進行模流分析，模流分析軟體進行模流分析所設定的澆口大小為肉厚的1/2，保壓時間為1.3秒。

(c)由模具加工機台20接收該模具設計11，以根據該模具設計11進行模具加工，產生一模具。本創作實施例中，該模具的模仁即具有可供產生自由曲面與定位點的表面，其分別對應於該設計資料12的自由曲面資訊121與定位點122。此外，亦可包含：(c-1)透過表面量測儀40量測該模仁的表面，以產生一模仁表面資料供備查。該模具的型式可為一模一穴之兩板式模具，該模具材料可為Royalloy，其模仁材料可為Stavax-ESR及無電解鎳，但不以此為限。

(d)由射出成型機台30利用該模具進行射出成型，以產生包含自由曲面的一射出品。本創作實施例中，因為該模具的模仁具有自由曲面與定位點的表面，故該射出品對應區域亦有相應的自由曲面與定位點。

(e)透過表面量測儀40量測該射出品的表面，以產生一射出品表面資料。本創作實施例中，請參考圖4，該射出品表面資料41包含該射出品的自由曲面資訊411與定位點412，可由三維座標值定義該射出品表面資料41的自由曲面資訊411與定位點412。

(f)由電腦10接收該射出品表面資料41，並貼合該設計資料12與該射出品表面資料41。本創作實施例中，該電腦10可根據該設計資料12的定位點122座標值及該射出品表面資料41的定位點412座標值，使該設計資料12與該射出品表面資料41彼此對應定位，例如透過座標轉換方式將該設計資料12的自由曲面資訊121及該射出品表面資料41的自由曲面資訊411彼此貼合，令該設計資料12之自由曲面資訊121的各資料點可對應該射出品表面資料41之自由曲面資訊411的各資料點。

(g)由電腦10根據該設計資料12及該射出品表面資料41的貼合結果產生一補償路徑資料13。本創作實施例中，該電腦10可利用SAL3D軟體進行該設計資料12及該射出品表面資料41的曲面精度比對而產生一精度值，並由SAL3D軟體建立該補償路徑資料13，該補償路徑資料13即反映該設計資料12及該射出品表面資料41之間的誤差，該補償路徑資料13可為一數學方程式，但不以此為限。一般來說，在第(d)步驟射出成型的過程中，請參考圖5，因為塑膠的收縮幅度受溫度及壓力影響會有不同變化(越接近澆口位置的壓力越大，反之越小)，導致塑膠體50有收縮不均勻的現象發生，例如塑膠體50的某些部位過度收縮，塑膠體50的表面因收縮而與模具60之模穴表面之間形成一間隙70，該補償路徑資料13的補償路徑長度即對應於該設計資料12與該塑膠體50表面之間的距離。該塑膠體50射出後即為射出品，以供在步驟(e)量測其射出品表面資料41。

(h)當該精度值高於一門檻值，代表該射出品為不合格的射出品，由該模具加工機台20根據該補償路徑資料13對該模具重複加工，並執行執行步驟(d)~(g)或步驟(c-1)~(g)。本創作實施例中，該門檻值可預設在電腦10，該門檻值可為10微米，該補償路徑資料可由電腦10輸入該模具加工機台20，且使用者可將該模具再組裝上該模具加工機台20，以由該模具加工機台20根據該補償路徑資料13對該模具重複加工，並執行步驟(d)~(g)或步驟(c-1)~(g)以產生新的射出品，及對該新的射出品進行表面量測與貼合作業，直到在步驟(g)判斷出該精度值低於或等於該門檻資料。

(i)當該精度值低於或等於該門檻值，代表該射出品為合格的射出品，完成補償。

綜上所述，本創作由該模具加工機台20根據該補償路徑資料13對該模具重複加工，以調整該模仁的表面形狀，例如讓其模穴的深度更深，如此一來，當利用調整後的模仁進行射出成型後，請參考圖6，因為補償後模具60'模穴的深度更深，塑膠體50'在射出成型過程中的收縮效應後仍產生間隙70'，可讓塑膠體50'表面更接近該設計資料12，故根據補償後模具60'射出成型的射出品可滿足期望之自由曲面鏡片射出品所需功能。

10‧‧‧電腦

11‧‧‧模具設計

12‧‧‧設計資料

121‧‧‧自由曲面資訊

122‧‧‧定位點

13‧‧‧補償路徑資料

20‧‧‧模具加工機台

30‧‧‧射出成型機台

40‧‧‧表面量測儀

41‧‧‧射出品表面資料

411‧‧‧自由曲面資訊

412‧‧‧定位點

50‧‧‧塑膠體

50'‧‧‧補償後塑膠體

60‧‧‧模具

60'‧‧‧補償後模具

70‧‧‧間隙

70'‧‧‧間隙

圖1：可實施本創作補償方法之電腦、模具加工機台、射出成型機台及表面量測儀的方塊示意圖。圖2：本創作補償方法之實施例的流程示意圖。圖3：本創作在步驟(a)中設計資料的示意圖。圖4：本創作在步驟(e)中射出品表面資料的示意圖。圖5：補償前射出成型示意圖。圖6：補償後射出成型示意圖。

Claims

一種自由曲面鏡片之模仁補償方法，包含以下步驟：(a)在電腦建立包含一自由曲面資訊的一設計資料；(b)透過電腦對該設計資料進行建模以得到一模具設計；(c)由模具加工機台接收該模具設計，以根據該模具設計進行模具加工，產生一模具；(d)由射出成型機台利用該模具進行射出成型，以產生包含自由曲面的一射出品；(e)透過表面量測儀量測該射出品的表面，以產生一射出品表面資料；(f)由電腦接收該射出品表面資料，並貼合該設計資料與該射出品表面資料；(g)由電腦根據該設計資料及該射出品表面資料的貼合結果產生一精度值與一補償路徑資料；(h)當該精度值高於一門檻值，由該模具加工機台根據該補償路徑資料對該模具重複加工，並執行步驟(d)~(g)；(i)當該精度值低於或等於該門檻值，完成補償；其中：在步驟(a)中，該設計資料包含複數定位點；在步驟(e)中，該射出品表面資料包含該射出品的自由曲面資訊與定位點；在步驟(f)中，係根據該設計資料的定位點及該射出品表面資料的定位點使該設計資料與該射出品表面資料彼此對應定位。
如請求項1所述之自由曲面鏡片之模仁補償方法，在步驟(a)中，係透過自由曲面的數學方程式、2D模型圖檔或3D模型圖檔實現該自由曲面資訊。
如請求項1所述之自由曲面鏡片之模仁補償方法，在步驟(b)中，以一模流分析軟體對該模具設計進行模流分析。
如請求項3所述之自由曲面鏡片之模仁補償方法，在步驟(b)中，該模流分析軟體進行模流分析所設定的澆口大小為肉厚的1/2，保壓時間為1.3秒。
如請求項1所述之自由曲面鏡片之模仁補償方法，在步驟(c)中，該模具的型式為一模一穴之兩板式模具，該模具材料可為Royalloy，其模仁材料可為Stavax-ESR及無電解鎳。
如請求項1所述之自由曲面鏡片之模仁補償方法，在步驟(g)中，該補償路徑資料為數學方程式。
如請求項1所述之自由曲面鏡片之模仁補償方法，在步驟(a)中，該等定位點分布於該自由曲面資訊的外圍。