一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備及成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備及成型方法，目的在于解決國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備導(dǎo)致成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低，模具使用壽命短、利用率低，工件制造成本高的問題。其包括工作臺(tái)、下模座、上模座、加壓云臺(tái)、真空罩、真空連接管等。本發(fā)明在加熱、模壓、退火、冷卻工藝上具有并行的特點(diǎn)，將生產(chǎn)效率提高到原來的2至3倍，并且能夠?qū)⒚總€(gè)周期中模具的溫差波動(dòng)從500多攝氏度降低到80攝氏度，有效降低模具的冷熱疲勞，顯著延長模具的使用壽命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，將非球面玻璃透鏡的大規(guī)模生產(chǎn)向前推進(jìn)了一大步，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，市場前景廣闊。
【專利說明】一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備及成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于近凈成形、超精密加工、精密模壓成型【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種玻璃成型設(shè)備，具體為一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備及成型方法。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著數(shù)碼科技的發(fā)展、3C產(chǎn)業(yè)(Computing/計(jì)算、Communicat1n /通訊、Consumer electronic products / 消費(fèi)性電子產(chǎn)品)的快速成長，以及全球數(shù)碼產(chǎn)品(如數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、可穿戴產(chǎn)品等)需求量的逐年激增，高精度非球面透鏡、微透鏡、微透鏡陣列及衍射透鏡等玻璃光學(xué)元件的需求量越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2015年，各領(lǐng)域需求量如下:測量儀器領(lǐng)域，40億片左右；生產(chǎn)制造領(lǐng)域，36億片左右；醫(yī)療【技術(shù)領(lǐng)域】，40億片左右；信息【技術(shù)領(lǐng)域】，86億片左右；光電通信領(lǐng)域，38億片左右。另外，復(fù)雜非球面光學(xué)透鏡在汽車傳感器、汽車安全識(shí)別、攝像系統(tǒng)、汽車診斷設(shè)備等領(lǐng)域中，也以10-20%的年增長率增長。因此，如何高效率、低成本、大批量制造數(shù)量如此巨大、多尺度的精密玻璃光學(xué)元件，成為一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題！
與球面透鏡相比，玻璃非球面光學(xué)透鏡具有抑制色球差、透光性好、成像清晰明亮，以及具有較好的耐熱性、耐腐蝕性等抵抗環(huán)境變化的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中，單一的非球面透鏡可以取代多個(gè)球面透鏡，從而減少透鏡的數(shù)量，使光學(xué)系統(tǒng)變得更加緊湊、輕薄，從而滿足當(dāng)前數(shù)碼產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備向輕、薄、短、小、精的方向發(fā)展的需要。因此，隨著數(shù)碼科技的發(fā)展，3C(通訊、消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī))產(chǎn)業(yè)的快速成長，全球數(shù)碼產(chǎn)品的需求量激增，應(yīng)用于其中的非球面透鏡、微透鏡陣列、異型透鏡等光學(xué)元件供應(yīng)量不足的窘境將日益突顯。
[0003]現(xiàn)行的加工光學(xué)玻璃透鏡的方法主要為去除材料法，如單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)、超精密磨削技術(shù)、超精密研磨拋光技術(shù)。采用去除材料法并輔助以計(jì)算機(jī)控制，能夠高效地加工一些球面鏡。但對(duì)于非球面鏡而言，采用材料去除法則顯得比較困難。雖然采用新型的磁流變拋光技術(shù)可以改進(jìn)加工工藝，但是對(duì)比同樣相對(duì)可觀質(zhì)量的非球面的玻璃透鏡與球面玻璃透鏡，去除材料法加工非球面玻璃透鏡的造價(jià)則十分昂貴。
[0004]作為一種替代傳統(tǒng)光學(xué)玻璃透鏡的制造方法，光學(xué)玻璃非球面器件的超精密模壓成型技術(shù)是一個(gè)被證實(shí)了的最有吸引力的工藝。精密模壓成型技術(shù)是一種在高溫下對(duì)光學(xué)玻璃壓縮成型的工藝。在高溫下，玻璃材料的粘度將會(huì)降低，在壓力作用下，能夠很容易產(chǎn)生變形；然后利用經(jīng)過光學(xué)拋光的模具在無氧環(huán)境下對(duì)光學(xué)玻璃擠壓成型，以得到所需要的表面形貌或圖案，尤其是非球面、自由曲面或微透鏡陣列等。與材料去除加工方法相比，光學(xué)玻璃器件的熱壓成型不需要進(jìn)一步的機(jī)械加工，因而能夠顯著提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。
[0005]目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備如圖1所示，該裝置包括工作臺(tái)、設(shè)置在工作臺(tái)上的下模座、與下模座相配合的上模座、設(shè)置在上模座中的上模具、設(shè)置在下模座中的下模具、加壓云臺(tái)、與加壓云臺(tái)相連的玻璃罩、與玻璃罩相連的真空波紋管、鎢絲組件，上模座設(shè)置在玻璃罩內(nèi)，通過鎢絲組件對(duì)上模具、下模具和玻璃工件同時(shí)進(jìn)行加熱，通過加壓云臺(tái)能帶動(dòng)玻璃罩與工作臺(tái)貼合在一起，通過真空波紋管能夠使玻璃罩內(nèi)變?yōu)檎婵諣顟B(tài)。采用該設(shè)備進(jìn)行非球面玻璃透鏡模壓成型的過程如下:玻璃工件首先采用人工方式放在下模座的下模具上；然后，加壓云臺(tái)下降，抽取玻璃罩內(nèi)的空氣，使加壓環(huán)境為真空；隨后玻璃工件和模具一起被鎢絲組加熱(加熱溫度到玻璃軟化溫度600度左右)；接下來，完成非球面透鏡的壓力成型的轉(zhuǎn)制；最后，成型的透鏡被冷卻至室溫，制成產(chǎn)品。詳細(xì)的流程參見圖2，整個(gè)周期為5-7分鐘。
[0006]在上述過程中，玻璃的溫度變化和模具一致，整個(gè)加工工藝分為四個(gè)階段:加熱、壓型、退火和冷卻。完成一個(gè)工作周期所經(jīng)歷的加熱、壓型、退火、冷卻是嚴(yán)格按照時(shí)間的先后串聯(lián)順序，在成型室的同一個(gè)位置進(jìn)行，因而成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低。另外，在該方法中，高精度模具的工作溫度范圍變化大，導(dǎo)致模具的使用壽命短。非球面玻璃透鏡模壓成型的模具極為昂貴，模具使用壽命的縮短，導(dǎo)致制造成本大幅增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備需要在成型室的同一個(gè)位置，依次嚴(yán)格完成一個(gè)工作周期所經(jīng)歷的加熱、壓型、退火、冷卻工序，導(dǎo)致成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低，同時(shí)模具的工作溫度范圍變化大，其使用壽命短、利用率低，工件制造成本高的問題，提供一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備及成型方法。本發(fā)明革新設(shè)計(jì)一種非等溫玻璃模壓成型設(shè)備，采用一種全新的加工工藝思路，解決上述設(shè)備的缺陷。本發(fā)明在加熱、模壓、退火、冷卻工藝上具有并行的特點(diǎn)，將生產(chǎn)效率提高到原來的2至3倍，并且能夠?qū)⒚總€(gè)周期中模具的溫差波動(dòng)從500多攝氏度降低到80攝氏度，有效降低模具的冷熱疲勞，顯著延長模具的使用壽命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，將非球面玻璃透鏡的大規(guī)模生產(chǎn)向前推進(jìn)了一大步，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，市場前景廣闊。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，包括工作臺(tái)、設(shè)置在工作臺(tái)上的下模座、與下模座相配合的上模座、設(shè)置在上模座中的上模具、設(shè)置在下模座中的下模具、加壓云臺(tái)、與加壓云臺(tái)相連的真空罩、與真空罩相連的真空連接管、與真空連接管相連的抽真空裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行加熱的加熱器、控制系統(tǒng)，還包括能帶動(dòng)加壓云臺(tái)升降的云臺(tái)升降裝置、機(jī)械臂、升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、用于吸放工件的吸放裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱裝置、冷卻裝置，所述機(jī)械臂包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、與第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂，所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括輸出軸，所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置能通過輸出軸帶動(dòng)機(jī)械臂沿輸出軸的軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述吸放裝置分別設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，所述上模座設(shè)置在真空罩內(nèi)，所述云臺(tái)升降裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置分別設(shè)置在工作臺(tái)上，所述控制系統(tǒng)分別與抽真空裝置、加熱器、升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、預(yù)熱裝置、云臺(tái)升降裝置相連。
[0009]所述吸放裝置為吸盤。
[0010]所述吸放裝置包括真空吸盤、與真空吸盤相連的真空泵，所述真空泵與控制系統(tǒng)相連。
[0011]所述上模座上設(shè)置有與下模座相配合的定位銷。
[0012] 所述加熱器設(shè)置在真空罩內(nèi)。
[0013]所述真空連接管為真空波紋管。
[0014]所述預(yù)熱裝置包括用于放置工件的預(yù)熱盛放裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱腔。
[0015]所述預(yù)熱盛放裝置包括與預(yù)熱腔相配合的盛放盤、與盛放盤相連的轉(zhuǎn)動(dòng)桿、能帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，所述預(yù)熱腔包括放置工件的腔體、用于對(duì)工件加熱的預(yù)熱器，所述盛放盤上設(shè)置有工件放置的凹槽，所述腔體底邊與盛放盤所在平面之間的距離小于工件的厚度，所述腔體內(nèi)的工件能通過凹槽離開腔體。
[0016]所述冷卻裝置為用于放置工件的冷卻盤。
[0017]所述機(jī)械臂呈U型。
[0018]所述真空罩為玻璃罩。
[0019]所述加熱器、預(yù)熱器分別為鎢絲組件。
[0020]所述云臺(tái)升降裝置包括第一導(dǎo)軌、設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第一軸承座、設(shè)置在第一軸承座上的第一絲桿、與第一絲桿相配合的第一滾珠螺母、能帶動(dòng)第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第一動(dòng)力裝置，所述第一滾珠螺母與加壓云臺(tái)相連。
[0021]所述第一動(dòng)力裝置包括第一電機(jī)、第一聯(lián)軸器，所述第一電機(jī)通過第一聯(lián)軸器帶動(dòng)第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022]還包括連接桿、能帶動(dòng)連接桿升降的下模座升降裝置，所述連接桿與下模座相連。
[0023]所述連接桿與加壓云臺(tái)之間采用動(dòng)密封連接，所述工作臺(tái)上還設(shè)置有與真空罩相配合的密封圈。
[0024]所述下模座升降裝置包括第二導(dǎo)軌、設(shè)置在第二導(dǎo)軌上的第二軸承座、設(shè)置在第二軸承座上的第二絲桿、能帶動(dòng)第二絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第二動(dòng)力裝置、與第二絲桿相配合的第二滾珠螺母，所述第二滾珠螺母與連接桿相連。
[0025]所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括與機(jī)械臂相連的輸出軸、凸輪分割器、第三電機(jī)，所述第三電機(jī)通過凸輪分割器能帶動(dòng)輸出軸沿軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0026]所述工作臺(tái)上還設(shè)置有用于對(duì)加壓云臺(tái)進(jìn)行定位的夾緊裝置。
[0027]—種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型方法，包括如下步驟:
(O預(yù)熱
將工件放入預(yù)熱裝置內(nèi)，預(yù)熱至工件軟化點(diǎn)溫度以上；
(2)加熱模壓
將預(yù)熱裝置內(nèi)預(yù)熱后的工件放入下模具和上模具組成的成型模具內(nèi)進(jìn)行加熱模壓，并在模壓結(jié)束后保溫保壓一段時(shí)間，進(jìn)行慢速退火處理，完成工件的模壓成型及初步退火處理；
(3)冷卻
將經(jīng)模壓成型及初步退火處理的工件放入冷卻裝置中自然冷卻后，即得產(chǎn)品。
[0028]一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型方法，包括如下步驟:
(a)預(yù)熱模壓
將工件放入預(yù)熱裝置內(nèi)，進(jìn)行預(yù)熱；
采用機(jī)械臂將預(yù)熱裝置內(nèi)預(yù)熱后的一個(gè)工件放入下模座的下模具內(nèi)，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱，然后加壓云臺(tái)下降，上模座內(nèi)的上模具與下模具相配合，同時(shí)抽真空裝置將真空罩內(nèi)抽真空，再用加熱器對(duì)工件進(jìn)行加熱，保溫保壓一段時(shí)間后，再進(jìn)行退火處理，完成工件的模壓成型；
(b)三段處理
采用機(jī)械臂兩端的吸盤分別吸取模壓成型的工件和預(yù)熱后的工件，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂，機(jī)械臂的一端將模壓成型的工件放入冷卻裝置中進(jìn)行冷卻，機(jī)械臂的另一端將預(yù)熱后的工件放入下模座的下模具內(nèi)進(jìn)行模壓成型，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱；
(C)連續(xù)處理
重復(fù)步驟b，完成對(duì)多個(gè)工件的模壓成型處理。
[0029]圖1為現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備圖。采用該設(shè)備進(jìn)行加工時(shí)，首先將玻璃預(yù)制件放在下模具上，然后，隨著模具一起被加熱；接下來，完成非球面透鏡的壓力成型的轉(zhuǎn)制；最后，成型的透鏡在模具內(nèi)被冷卻至室溫。在該過程中，玻璃的溫度是和模具同升同降的，因此，該方法被稱為“等溫玻璃模壓成型(Isothermal Glass MoldingPress, IGMP)”。
[0030]根據(jù)熱的循環(huán)，一個(gè)典型的IGMP過程可以被分為四個(gè)階段:加熱、模壓、退火和冷卻，如圖2所示。因?yàn)樗兴膫€(gè)成型階段都是在成型室中同一個(gè)位置按照時(shí)間的先后串聯(lián)次序精確地控制，所以成型周期長，效率低。另外，具有高精度的模具的工作溫度在每個(gè)制造周期內(nèi)，都遵循著從室溫到幾百攝氏度的最高溫，然后再回到室溫，這樣一個(gè)歷程，當(dāng)此種工藝設(shè)備連續(xù)工作制造透鏡時(shí)，模具反復(fù)在幾百攝氏度的高溫和室溫之間頻繁交替，導(dǎo)致的結(jié)果是模具使用壽命短，加工非球面玻璃透鏡的成本高，從而嚴(yán)重制約該方法的進(jìn)一步推廣。
[0031]針對(duì)該問題， 申請(qǐng)人:提出一種全新的非球面透鏡的新方法一“非等溫玻璃模壓成型(Nonisothermal glass molding press, NGMP)”。在 NGMP 工藝中，將玻璃預(yù)制件的溫度控制從成型模具中分離出來。首先，將工件在預(yù)熱裝置中被加熱到成型溫度(即軟化點(diǎn)溫度)以上；其次，高溫的預(yù)熱工件被溫度稍低的成型模具壓成透鏡；再次，成型的透鏡在成型模具中被退火用來釋放內(nèi)應(yīng)力；最后，將退火的成型透鏡從成型模具中取出來，放在冷卻盤上被單獨(dú)冷卻至室溫。進(jìn)一步，首先，將工件放入預(yù)熱裝置內(nèi)，進(jìn)行預(yù)熱；其次，采用機(jī)械臂將預(yù)熱裝置內(nèi)預(yù)熱后的一個(gè)工件放入下模座的下模具內(nèi)，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱，然后加壓云臺(tái)下降，上模座內(nèi)的上模具與下模具相配合，同時(shí)抽真空裝置將真空罩內(nèi)抽真空，再用加熱器對(duì)工件進(jìn)行加熱，保溫保壓一段時(shí)間后，再進(jìn)行退火處理，完成工件的模壓成型；再次，采用機(jī)械臂兩端的吸盤分別吸取模壓成型的工件和預(yù)熱后的工件，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂，機(jī)械臂的一端將模壓成型的工件放入冷卻裝置中進(jìn)行冷卻，機(jī)械臂的另一端將預(yù)熱后的工件放入下模座的下模具內(nèi)進(jìn)行模壓成型，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱；最后，重復(fù)三段處理過程，從而完成對(duì)多個(gè)工件的連續(xù)模壓成型處理。在該NGMP方法中，當(dāng)一個(gè)工件處在模壓階段和退火階段，下一個(gè)工件正在預(yù)熱階段被加熱，與此同時(shí)，最后成型的透鏡在冷卻階段正在被冷卻，如圖3所示。本發(fā)明通過并行的方式控制這些階段，平均的制造周期的循環(huán)時(shí)間將會(huì)明顯地減少。同時(shí)，在該NGMP方法中，模具溫度的變化范圍只有幾十?dāng)z氏度，比在IGMP方法中要小得多，模具的冷熱疲勞有效降低，因此，模具的使用壽命顯著延長(至少提高2-3倍以上)，利用率顯著提高，模具的使用壽命得以有效延長。本發(fā)明中，上模座用于放置上模具，下模座用于放置下模具。
[0032]將本發(fā)明的預(yù)熱裝置，記為預(yù)熱工位；將本發(fā)明中的上模座、下模座組成的模具加熱加壓設(shè)備，記為成型工位；將本發(fā)明的冷卻裝置，記為冷卻工位。針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的缺陷，本發(fā)明將制造成型工位革新為三個(gè)連續(xù)的加工工位(即預(yù)熱工位、成型工位、冷卻工位)三個(gè)工位以機(jī)械臂為中心。機(jī)械臂通過升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置完成兩個(gè)方向的控制(上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng))。機(jī)械臂采用雙手結(jié)構(gòu)，包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、與第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂，機(jī)械臂可以同時(shí)在兩個(gè)工位上工作，這樣簡化了機(jī)械手的控制動(dòng)作同時(shí)保證成型工位處于空缺狀態(tài)。工件分別在三個(gè)連續(xù)的工位上經(jīng)歷熱模壓成型的三個(gè)主要工藝:預(yù)熱、成型、冷卻。
[0033] 與傳統(tǒng)的制造精密玻璃透鏡的方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1)對(duì)環(huán)境友好；
2)幾乎凈成形，原料利用率高；
3)采用本發(fā)明制備的透鏡具有更高的幾何精度、更低的軸偏和更均勻的中心厚度；
4)與塑料透鏡相比，本發(fā)明制備的玻璃透鏡具有更高的熱穩(wěn)定性，適用環(huán)境更廣；
5)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使本發(fā)明用于大批量的微透鏡、衍射透鏡和其他自由曲面透鏡生產(chǎn)，能夠滿足工廠化制造的需要；
6)本發(fā)明能夠顯著降低透鏡的生產(chǎn)成本，并且設(shè)備占地小，對(duì)場地的要求低；
7)本發(fā)明不需要進(jìn)行傳統(tǒng)的粗磨、精磨、拋光、磨邊定中心等一系列工序和工裝，對(duì)工人的要求低，能夠有效簡化生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期；
8)本發(fā)明將傳統(tǒng)的單一工位加工非球面玻璃透鏡，革新為三個(gè)連續(xù)的加工工位加工，充分的利用了高精度模具，并且延長了模具的使用壽命，提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本。
[0034]綜上，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非球面玻璃透鏡的連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，并且高精度模具工作溫度變化范圍大大縮小，有效延長了模具使用壽命，提高了模具利用率，顯著降低了生產(chǎn)成本，對(duì)于促進(jìn)非球面透鏡的加工制造，具有重要意義，是一種很有前途的新興技術(shù)，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1為現(xiàn)有熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備。
[0036]圖2為現(xiàn)有非球面玻璃透鏡等溫模壓成型流程及對(duì)應(yīng)溫度時(shí)間變化圖。
[0037]圖3為本發(fā)明的非等溫模壓成型流程及對(duì)應(yīng)溫度時(shí)間變化圖。
[0038]圖4為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖5為圖4的立體狀態(tài)示意圖。
[0040]圖6為圖4中云臺(tái)、云臺(tái)升降裝置及工件模壓成型組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041 ] 圖7是圖4中冷卻盤的俯視圖。
[0042]圖8為圖4中預(yù)熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖9為機(jī)械臂與升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖中標(biāo)記:1為工作臺(tái)，2為下模座,3為上模座,4為加壓云臺(tái)，5為真空罩,6為真空連接管，7為加熱器，8為機(jī)械臂，9為吸放裝置，10為第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂，11為第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂，12為定位銷，13為盛放盤，14為轉(zhuǎn)動(dòng)桿，15為腔體，16為預(yù)熱器，17為凹槽，18為冷卻盤，19為第一導(dǎo)軌，20為第一軸承座,21為第一絲桿,22為第一滾珠螺母,23為第一電機(jī),24為第一聯(lián)軸器，25為輸出軸，26為凸輪分割器，27為第三電機(jī)，28為夾緊裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0045]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0046]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0047]實(shí)施例1
如圖所示，本發(fā)明的裝置包括工作臺(tái)、設(shè)置在工作臺(tái)上的下模座、與下模座相配合的上模座、放置在上模座中的上模具、放置在下模座中的下模具、加壓云臺(tái)、與加壓云臺(tái)相連的真空罩、與真空罩相連的真空連接管、與真空連接管相連的抽真空裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行加熱的加熱器、控制系統(tǒng)、能帶動(dòng)加壓云臺(tái)升降的云臺(tái)升降裝置、機(jī)械臂、升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、用于吸放工件的吸放裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱裝置、冷卻裝置、夾緊裝置、連接桿、能帶動(dòng)連接桿升降的下模座升降裝置。本實(shí)施例中，真空罩采用玻璃罩，真空連接管采用真空波紋管，吸放裝置采用吸盤，上模座、加熱器分別設(shè)置在真空罩內(nèi)。上模座與下模座相配合，上模座上設(shè)置有與下模座相配合的定位銷，通過定位銷能夠使上模座與下模座更好的定位，上模具、下模具相配合，構(gòu)成成型模具。
[0048] 機(jī)械臂包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、與第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂，機(jī)械臂整體呈U型。升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括與機(jī)械臂相連的輸出軸、凸輪分割器、第三電機(jī)，第三電機(jī)通過凸輪分割器能帶動(dòng)輸出軸沿軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置能通過輸出軸帶動(dòng)機(jī)械臂沿輸出軸的軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，吸放裝置分別設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的吸附與移動(dòng)。
[0049]夾緊裝置設(shè)置在工作臺(tái)上，用于對(duì)加壓云臺(tái)進(jìn)行定位。連接桿與下模座相連，連接桿與加壓云臺(tái)之間采用動(dòng)密封連接，工作臺(tái)上還設(shè)置有與真空罩相配合的密封圈。下模座升降裝置包括第二導(dǎo)軌、設(shè)置在第二導(dǎo)軌上的第二軸承座、設(shè)置在第二軸承座上的第二絲桿、能帶動(dòng)第二絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第二動(dòng)力裝置、與第二絲桿相配合的第二滾珠螺母，第二滾珠螺母與連接桿相連。
[0050]預(yù)熱裝置包括用于放置工件的預(yù)熱盛放裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱腔。預(yù)熱盛放裝置包括與預(yù)熱腔相配合的盛放盤、與盛放盤相連的轉(zhuǎn)動(dòng)桿、能帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置。預(yù)熱腔包括放置工件的腔體、用于對(duì)工件加熱的預(yù)熱器，盛放盤上設(shè)置有工件放置的凹槽，腔體底邊與盛放盤所在平面之間的距離小于工件的厚度，腔體內(nèi)的工件能通過凹槽離開腔體。采用該結(jié)構(gòu)，只有凹槽正好位于腔體下端時(shí)，工件才能從腔體中離開，同時(shí)凹槽又起到對(duì)工件的定位作用，保持工件與盛放盤之間保持相對(duì)的靜止。
[0051]云臺(tái)升降裝置包括第一導(dǎo)軌、設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第一軸承座、設(shè)置在第一軸承座上的第一絲桿、與第一絲桿相配合的第一滾珠螺母、能帶動(dòng)第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第一動(dòng)力裝置，第一滾珠螺母與加壓云臺(tái)相連。第一動(dòng)力裝置包括第一電機(jī)、第一聯(lián)軸器，第一電機(jī)通過第一聯(lián)軸器帶動(dòng)第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0052]云臺(tái)升降裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置分別設(shè)置在工作臺(tái)上，控制系統(tǒng)分別與抽真空裝置、加熱器、升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、預(yù)熱裝置、云臺(tái)升降裝置相連。冷卻裝置為用于放置工件的冷卻盤。
[0053]本實(shí)施例中，加熱器、預(yù)熱器分別采用鎢絲組件，進(jìn)行加熱。
[0054]采用該裝置進(jìn)行超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型的過程如下。
[0055]( I)初始運(yùn)行時(shí)，先將工件放入預(yù)熱裝置內(nèi)，進(jìn)行預(yù)熱，至工件成型溫度以上；然后采用機(jī)械臂將預(yù)熱裝置內(nèi)預(yù)熱后的一個(gè)工件放入下模座的下模具內(nèi)，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱，然后加壓云臺(tái)下降，上模座內(nèi)的上模具與下模具相配合，同時(shí)抽真空裝置將真空罩內(nèi)抽真空，再用加熱器對(duì)工件進(jìn)行加熱，保溫保壓一段時(shí)間后，再進(jìn)行退火處理，完成工件的1吳壓成型，完成初始運(yùn)打;
(2)初始運(yùn)行結(jié)束后，進(jìn)入連續(xù)制作過程。機(jī)械臂兩端的吸盤分別吸取模壓成型的工件和預(yù)熱后的工件，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂，機(jī)械臂的一端將模壓成型的工件放入冷卻裝置中進(jìn)行冷卻，機(jī)械臂的另一端將預(yù)熱后的工件放入下模座的下模具內(nèi)進(jìn)行模壓成型。同時(shí)，預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱。待模具內(nèi)的工件完成模壓成型處理后，重復(fù)這一過程，即將模壓成型處理得到的工件通過機(jī)械臂帶入冷卻裝置中，同時(shí)將預(yù)熱后的工件放入下模具中進(jìn)行處理，預(yù)熱裝置內(nèi)的工件則繼續(xù)進(jìn)行預(yù)熱。
[0056]通過該過程，實(shí)現(xiàn)工件的連續(xù)生產(chǎn)。
[0057]采用該裝置，進(jìn)行非球面透鏡的模壓成型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分為五組，測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下所示。
[0058]第一組，加工35塊工件，總加工時(shí)間為90分鐘，平均單塊工件的加工時(shí)間
2.57min。經(jīng)測定，所制備的非球面透鏡復(fù)合相應(yīng)指標(biāo)，成品性能優(yōu)良，無報(bào)廢品、殘次品。
[0059]第二組，加工50塊工件，總加工時(shí)間為117分鐘，平均單塊工件的加工時(shí)間
2.34min。經(jīng)測定，所制備的非球面透鏡復(fù)合相應(yīng)指標(biāo)，成品性能優(yōu)良，無報(bào)廢品、殘次品。
[0060]第三組，加工20塊工件，總加工時(shí)間為54分鐘，平均單塊工件的加工時(shí)間2.7min。經(jīng)測定，所制備的非球面透鏡復(fù)合相應(yīng)指標(biāo)，成品性能優(yōu)良，無報(bào)廢品、殘次品。
[0061]第四組，加工45塊工件，總加工時(shí)間為112分鐘，平均單塊工件的加工時(shí)間
2.49min。經(jīng)測定，所制備的非球面透鏡復(fù)合相應(yīng)指標(biāo)，成品性能優(yōu)良，無報(bào)廢品、殘次品。
[0062]第五組，加工50塊工件，總加工時(shí)間為121分鐘，平均單塊工件的加工時(shí)間
2.42min。經(jīng)測定，所制備的非球面透鏡復(fù)合相應(yīng)指標(biāo)，成品性能優(yōu)良，無報(bào)廢品、殘次品。
[0063]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡的模壓成型加工，所制備的產(chǎn)品性能優(yōu)良，未發(fā)現(xiàn)工件報(bào)廢情況，同時(shí)單片工件的生產(chǎn)時(shí)間縮短至2-3min，能夠顯著縮短生產(chǎn)周期。
[0064]在此，對(duì)本發(fā)明的機(jī)械臂及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步說明。本發(fā)明中，機(jī)械臂的主要作用在于搬運(yùn)工件以及使工件到達(dá)指定的位置。為了更好的搬運(yùn)玻璃工件，本發(fā)明的機(jī)械臂采用具有上下位移運(yùn)動(dòng)和水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)的升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。本發(fā)明的升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置采用凸輪分割器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)的配合，實(shí)現(xiàn)上面兩個(gè)運(yùn)動(dòng)要求。同時(shí)，本發(fā)明的機(jī)械臂具有如下優(yōu)點(diǎn):1)工件可用很好的從一個(gè)工位搬運(yùn)到下一個(gè)工位，并且能保證下個(gè)工位是空缺狀態(tài)；
2)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)的角度不需要很大，就可以完成搬運(yùn)工作，從而使本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)小巧的特點(diǎn)；3)機(jī)械臂只需要旋轉(zhuǎn)一次就可以完成玻璃毛坯件從預(yù)熱工位搬運(yùn)到成型工位，加壓完成后的成品非球面玻璃透鏡可以搬運(yùn)到冷卻工位上。
[0065]本實(shí)施例中，工件首先在預(yù)熱裝置中預(yù)熱到玻璃軟化點(diǎn)溫度以上，預(yù)熱盛放裝置通過旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿帶動(dòng)盛放盤轉(zhuǎn)動(dòng)。盛放盤上設(shè)置有工件放置的凹槽，當(dāng)凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)到腔體正下方的時(shí)候，剛好一個(gè)預(yù)熱好的玻璃工件就掉入凹槽中，在一起隨著盛放盤轉(zhuǎn)動(dòng)(此過程為從預(yù)熱室取出預(yù)熱好的玻璃工件)。通過該結(jié)構(gòu)，能夠從預(yù)熱裝置中順利取出預(yù)熱好的工件。升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括與機(jī)械臂相連的輸出軸、凸輪分割器、第三電機(jī)，第三電機(jī)通過凸輪分割器能帶動(dòng)輸出軸沿軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)械臂上下運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，上下運(yùn)動(dòng)能更好的抓取和釋放玻璃工件，轉(zhuǎn)動(dòng)則能將玻璃工件搬運(yùn)到下一個(gè)工位上。機(jī)械臂上采用兩個(gè)吸盤，這樣可以同時(shí)在兩個(gè)工位上工作。機(jī)械臂下降抓取預(yù)熱工位上的玻璃工件，垂直上升一段距離，轉(zhuǎn)動(dòng)到加壓工位，下降，釋放玻璃工件。第一電機(jī)通過第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)第一滾珠螺母和加壓云臺(tái)下降，通過夾緊裝置夾緊定位云臺(tái)。為了防止模壓玻璃工件時(shí)，有空氣存在，影響模壓質(zhì)量，因此，把加壓云臺(tái)里面的玻璃罩內(nèi)抽成真空。第二動(dòng)力裝置通過連接桿使下模座垂直上升。上模座固定不動(dòng)，通過固定在上模座的定位銷釘，上、下模具吻合，模壓玻璃工件，使玻璃工件外表面和上下模具表面捏合。保壓降溫一段時(shí)間后，夾緊裝置松開，加壓云臺(tái)上升，下模座下降。機(jī)械臂繼續(xù)工作，一個(gè)吸盤抓取模壓好的非球面玻璃透鏡，另一個(gè)吸盤抓取預(yù)熱工位上的玻璃工件，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，釋放抓取物，使模壓好的非球面玻璃透鏡搬運(yùn)到冷卻工位冷卻，同時(shí)使預(yù)熱好的下一個(gè)玻璃工件搬運(yùn)到成型工位上，進(jìn)行下次模壓成型。設(shè)備即可連續(xù)高效的加工非球面玻璃透鏡。
[0066]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，包括工作臺(tái)、設(shè)置在工作臺(tái)上的下模座、與下模座相配合的上模座、設(shè)置在上模座中的上模具、設(shè)置在下模座中的下模具、加壓云臺(tái)、與加壓云臺(tái)相連的真空罩、與真空罩相連的真空連接管、與真空連接管相連的抽真空裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行加熱的加熱器、控制系統(tǒng)，還包括能帶動(dòng)加壓云臺(tái)升降的云臺(tái)升降裝置、機(jī)械臂、升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、用于吸放工件的吸放裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱裝置、冷卻裝置，所述機(jī)械臂包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、與第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂，所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括輸出軸，所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置能通過輸出軸帶動(dòng)機(jī)械臂沿輸出軸的軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述吸放裝置分別設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂、第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，所述上模座設(shè)置在真空罩內(nèi)，所述云臺(tái)升降裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置分別設(shè)置在工作臺(tái)上，所述控制系統(tǒng)分別與抽真空裝置、加熱器、升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、預(yù)熱裝置、云臺(tái)升降裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述上模座上設(shè)置有與下模座相配合的定位銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)熱裝置包括用于放置工件的預(yù)熱盛放裝置、用于對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)熱盛放裝置包括與預(yù)熱腔相配合的盛放盤、與盛放盤相連的轉(zhuǎn)動(dòng)桿、能帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，所述預(yù)熱腔包括放置工件的腔體、用于對(duì)工件加熱的預(yù)熱器，所述盛放盤上設(shè)置有工件放置的凹槽，所述腔體底邊與盛放盤所在平面之間的距離小于工件的厚度，所述腔體內(nèi)的工件能通過凹槽離開腔體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述云臺(tái)升降裝置包括第一導(dǎo)軌、設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第一軸承座、設(shè)置在第一軸承座上的第一絲桿、與第一絲桿相配合的第一滾珠螺母、能帶動(dòng)第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第一動(dòng)力裝置，所述第一滾珠螺母與加壓云臺(tái)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，還包括連接桿、能帶動(dòng)連接桿升降的下模座升降裝置，所述連接桿與下模座相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述下模座升降裝置包括第二導(dǎo)軌、設(shè)置在第二導(dǎo)軌上的第二軸承座、設(shè)置在第二軸承座上的第二絲桿、能帶動(dòng)第二絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第二動(dòng)力裝置、與第二絲桿相配合的第二滾珠螺母，所述第二滾珠螺母與連接桿相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述升降轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括與機(jī)械臂相連的輸出軸、凸輪分割器、第三電機(jī)，所述第三電機(jī)通過凸輪分割器能帶動(dòng)輸出軸沿軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)預(yù)熱 將工件放入預(yù)熱裝置內(nèi)，預(yù)熱至工件軟化點(diǎn)溫度以上； (2)加熱模壓 將預(yù)熱裝置內(nèi)預(yù)熱后的工件放入下模具和上模具組成的成型模具內(nèi)進(jìn)行加熱模壓，并在模壓結(jié)束后保溫保壓一段時(shí)間，進(jìn)行慢速退火處理，完成工件的模壓成型及初步退火處理；(3)冷卻 將經(jīng)模壓成型及初步退火處理的工件放入冷卻裝置中自然冷卻后，即得產(chǎn)品。
10.一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型方法，其特征在于，包括如下步驟: (a)預(yù)熱模壓 將工件放入預(yù)熱裝置內(nèi)，進(jìn)行預(yù)熱； 采用機(jī)械臂將預(yù)熱裝置內(nèi)預(yù)熱后的一個(gè)工件放入下模座的下模具內(nèi)，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱，然后加壓云臺(tái)下降，上模座內(nèi)的上模具與下模具相配合，同時(shí)抽真空裝置將真空罩內(nèi)抽真空，再用加熱器對(duì)工件進(jìn)行加熱，保溫保壓一段時(shí)間后，再進(jìn)行退火處理，完成工件的模壓成型； (b)三段處理 采用機(jī)械臂兩端的吸盤分別吸取模壓成型的工件和預(yù)熱后的工件，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂，機(jī)械臂的一端將模壓成型的工件放入冷卻裝置中進(jìn)行冷卻，機(jī)械臂的另一端將預(yù)熱后的工件放入下模座的下模具內(nèi)進(jìn)行模壓成型，同時(shí)預(yù)熱裝置繼續(xù)對(duì)其中的工件進(jìn)行預(yù)熱； (C)連續(xù)處理 重復(fù)步驟b，完成對(duì)多個(gè)工件的模壓成型處理。
【文檔編號(hào)】C03B11/00GK104176911SQ201410416942
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】臧紅彬, 周穎玥 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)