本發(fā)明涉及一種樹脂鏡片單體的自動(dòng)澆注的方法和裝置。具體的說,是利用光透過模具腔體后是否發(fā)生光點(diǎn)位移和或光強(qiáng)變化的原理來探測(cè)單體液面的中心高位置,并結(jié)合定時(shí)裝置來實(shí)現(xiàn)鏡片單體自動(dòng)澆注的一種鏡片單體的自動(dòng)澆注裝置和澆注方法。
背景技術(shù):
現(xiàn)在佩戴眼鏡的人員越來越多,有用眼疲勞帶來的近視人群,有年齡增大眼睛功能退化的中老年人,這些人群都需要佩服眼鏡來校正屈光度,這使得用于校正光學(xué)視力或用于保護(hù)視力的眼鏡片的需求量上升。人的一生,不可能離開眼鏡,或近視,或老化。正是因?yàn)槿巳穗x不開眼鏡,所以眼鏡的基數(shù)非常龐大。
絕大多數(shù)眼鏡鏡片如cr39,1.56材料,mr系列聚氨酯材料等,這些材料的初始狀態(tài)一般為粘稠性透明液體,我們稱之為單體。從單體到鏡片,一般要經(jīng)過合?!獫沧ⅰ袒撃!囘叺墓ば?。澆注工序就是將單體注滿兩片玻璃模具合模形成的腔體中,如圖1所示。單體注滿腔體后,經(jīng)受熱激發(fā)聚合反應(yīng)成為固體狀的鏡片胚料,后經(jīng)脫模和車邊后成為鏡片。目前除了澆注以外的所有工序都實(shí)行了自動(dòng)化。唯獨(dú)澆注工序目前因?yàn)闊o法精確探測(cè)液位而無法做到自動(dòng)化,只能靠人工充填來進(jìn)行完成。但是樹脂單體一般有刺激性揮發(fā)氣味和弱毒性,因而每個(gè)澆注車間的墻面都有一層粘粘的東西,這次粘粘的東西就是揮發(fā)出來的單體,這層物質(zhì)也一定進(jìn)入了操作者的肺葉中,這比霧霾還嚴(yán)重得多。因此澆注工序存在損害人身健康的侵害,需要新的技術(shù)革新來保護(hù)工作者的健康。
單體的澆注自動(dòng)控制目前分為兩種:一是基于液面探測(cè)技術(shù);二是體積法。專利cn105848844a專利提出了一種基于體積法的技術(shù),但是因?yàn)榭涨惑w積因鏡片改變而不同,所以實(shí)際中很難精確控制,也就沒有基于此技術(shù)的自動(dòng)澆注機(jī)面世。而液面探測(cè)技術(shù)主要有電容式測(cè)量、超聲測(cè)量、激光測(cè)距、白光干涉測(cè)量和機(jī)器視覺的方式。但遺憾的是這些常規(guī)手段在鏡片單體澆注過程中都無法有效感知或控制液面的精確地到100%充滿的位置,結(jié)果要么是液面充填不足,要么是過充填,液面溢出,導(dǎo)致自動(dòng)澆注失敗。這是因?yàn)樵趩误w澆注過程中,有幾個(gè)特殊的制約因素:
一、單體要填充的合??涨蝗莘e變化不定;
二、老化鏡片澆注口的寬度最窄只有1mm。
三、液面上升過程弧面彎曲上升。如圖2所示
四、單體是透明液體,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為1.523.cr39單體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%。機(jī)器視覺無法設(shè)別。
上述因素的制約,使得目前還沒有一種快速可靠的技術(shù)手段可以精確探測(cè)單體到100%充填的液面位置,并進(jìn)而做到自動(dòng)澆注。為了遠(yuǎn)離有毒作業(yè),我們迫切需要新的技術(shù)來革新,并發(fā)明應(yīng)運(yùn)而生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)鏡片單體自動(dòng)澆注的裝置。
一種鏡片單體的自動(dòng)澆注裝置,包括澆注管,與澆注管連接的比例閥和用于檢測(cè)液面監(jiān)測(cè)點(diǎn)有無單體的液面探測(cè)器,和用于記錄澆注到液面監(jiān)測(cè)點(diǎn)所用時(shí)間的計(jì)時(shí)器,所述液面監(jiān)測(cè)點(diǎn)在玻璃模具腔體的滿幅半值位置,且偏離腔體的光學(xué)中心區(qū)域(即空腔的偏離幾何中心的中心水平線上)。
優(yōu)選的,所述液面探測(cè)器包括光源和位置傳感器,所述位置傳感器可檢測(cè)光偏折和/或光衰減。
優(yōu)選的,所述位置傳感器為psd,ccd相機(jī)、cmos相機(jī)、四象限探測(cè)器或光電陣列等可以感知光點(diǎn)位置或光強(qiáng)的器件,所述位置傳感器信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。液面探測(cè)器是利用光透過腔體時(shí)是否發(fā)生光點(diǎn)位移或光強(qiáng)變化的原理來探測(cè)單體的有無,并依此來探測(cè)液面位置。
優(yōu)選的,所述光源為激光,led光源或其他能透過單體的準(zhǔn)直光源。
優(yōu)選的,所述自動(dòng)澆注裝置還包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),所述比例閥連接有比例閥控制器,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分別與比例閥控制器、計(jì)時(shí)器和位置傳感器連接,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)給比例閥控制器信號(hào),控制比例閥的打開程度,并按照?qǐng)D5的控制曲線開始對(duì)合模的空腔灌注單體;同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí),此時(shí)位置傳感器不斷感知到p1的位置和光強(qiáng),并持續(xù)采集p1的位置和光強(qiáng)變化(使得液面上升的檢測(cè)足夠靈敏,優(yōu)選的,灌注時(shí),真空吸管不斷吸走合模的空腔中的空氣);當(dāng)p1的位置和光強(qiáng)變化超過一個(gè)設(shè)定的值,此時(shí)記錄計(jì)時(shí)器的讀數(shù)t,澆注按照第二段控制曲線繼續(xù)進(jìn)行,當(dāng)計(jì)時(shí)器數(shù)值到2t時(shí),控制器關(guān)斷比例閥,單體澆注結(jié)束。
優(yōu)選的,所述澆注管有扁或橢圓形的非圓形出口。
優(yōu)選的,所述自動(dòng)澆注裝置還包括用于凈化工作室,吸附和過濾揮發(fā)單體的凈化系統(tǒng)。
另外本發(fā)明還提供了一種鏡片單體的自動(dòng)澆注方法。
一種鏡片單體的自動(dòng)澆注方法,首先計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)給比例閥控制器信號(hào),比例閥控制器通過pmw信號(hào)控制比例閥的打開程度,并按照?qǐng)D5控制曲線開始對(duì)合模的空腔灌注單體;同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí),此時(shí)位置傳感器不斷感知到p1的位置和光強(qiáng),并持續(xù)采集p1的位置和光強(qiáng)變化,使得液面上升的檢測(cè)足夠靈敏;與此同時(shí),真空吸管不斷吸走合模的空腔中的空氣;當(dāng)p1的位置和光強(qiáng)變化超過一個(gè)設(shè)定的值,此時(shí)記錄計(jì)時(shí)器的讀數(shù)t,澆注按照第二段控制曲線繼續(xù)進(jìn)行,當(dāng)計(jì)時(shí)器數(shù)值到2t時(shí),控制器關(guān)斷比例閥,單體澆注結(jié)束。
所述比例閥的流量在接近t和2t數(shù)值時(shí)減到最小,更優(yōu)選的流量曲線如圖5所示。
本發(fā)明組成部分包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、液面探測(cè)器、真空吸管、凈化系統(tǒng)、比例閥控制器、比例閥和澆注管組成。
玻璃模具合模后形成的空腔,不管是非球面,單光或散光鏡片,這個(gè)腔體的容積因不同的基彎或中心厚度會(huì)變,但是有一個(gè)規(guī)律,就是合??涨坏娜莘e總可以分為相同的兩等份。通過合模的空腔幾何中心的任一分界線度將合??涨环殖蓪?duì)稱的兩半。因?yàn)闈沧⒍际亲陨系较拢瑔误w液面從下到上水平上升。所以水平且通過合??涨恢行牡哪歉€是最理想的分界線,如圖3所示。如果我們能精確檢測(cè)到這個(gè)水平液面的位置,我們就可以知道合模的空腔被注滿一半時(shí)的花費(fèi)時(shí)間。在澆注流量一定或可以重新的情況下,那么我們就可以通過計(jì)時(shí)來精確控制充填起始和結(jié)束的時(shí)間,從而到達(dá)控制單體到100%充滿合模空腔的目的,自動(dòng)澆注也就實(shí)現(xiàn)。因此單體的液面探測(cè)成為本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)。
所述的液面探測(cè)器,是利用光通過透明腔體時(shí)發(fā)生光點(diǎn)位置改變或光強(qiáng)變化的原理來探測(cè)液面的位置,有光源和位置傳感器兩部分組成。
根據(jù)幾何光學(xué)的snell方程,當(dāng)一束光通過兩個(gè)玻璃模具合模的腔體后,光束會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)或位移。光線的偏轉(zhuǎn)滿足如下方程一
nisinθi=nrsinθr(1)
如圖4所示。ni和nr是入射和出射介質(zhì)的折射率。θi和θr分別是入射和出射角。根據(jù)這個(gè)原理,我們就可以進(jìn)行光線追蹤,從而知道光線落在psd(位置傳感器)上的位置。當(dāng)模具一定時(shí),出射光在psd上的位置和腔體中的介質(zhì)折射率有關(guān)。當(dāng)合模空腔中是空氣時(shí),光線位于p1點(diǎn),當(dāng)腔體中的單體剛好滿過如圖3所示的p點(diǎn)時(shí),出射光將位于p2點(diǎn)。當(dāng)然不同的玻璃模具,p1點(diǎn)和p2點(diǎn)位置會(huì)有變化。但是有一點(diǎn)是明確的,就是光線穿過合模的空腔時(shí),當(dāng)光路中從無單體到有單體變化時(shí),光點(diǎn)p1會(huì)比較明顯的偏轉(zhuǎn)到p2點(diǎn)。這種光點(diǎn)位置的變化,可以通過優(yōu)選的位置位移傳感器psd來感知,從而達(dá)到感知單體液面位置的目的。
同時(shí)光通過兩種折射率的界面時(shí),如果不考慮材料的吸收,則出射光的光強(qiáng)ir和入射光強(qiáng)ii的關(guān)系為:
模具合模的空腔存在兩個(gè)分界面。我們假定玻璃模具的折射率為1.523,單體的折射率為1.56.空氣當(dāng)光路中沒有單體時(shí),在忽略其他兩個(gè)玻璃模具非工作面和空氣的分界面的光反射的情況下。p1的光強(qiáng)為ir=0.916ii,p2的光強(qiáng)為ir≈ii
也就是說,有無單體的情況會(huì)引起大約8.5%的光強(qiáng)變化量,因此這個(gè)光強(qiáng)變化也可以作為液面的判斷依據(jù)。
位置傳感器可以是任何可以感知光點(diǎn)位置和/或光強(qiáng)變化的器件,如ccd、cmos、象限傳感器,psd等,也可以是光電傳感器陣列??梢允?維,也可以是一維。優(yōu)選傳感器是psd位置位移傳感器。因?yàn)閜sd位置傳感器可以同時(shí)感知光點(diǎn)強(qiáng)度的變化和光點(diǎn)重心的位移。作為優(yōu)先,將作為將和光源一起組成液面探測(cè)器。psd可以感知光點(diǎn)重心變化到1m的范圍。光點(diǎn)的偏移量和入射光線的角度有很大的關(guān)系,也就是說和探測(cè)的靈敏度有關(guān)。我們一般調(diào)整入射光線的角度到有無單體時(shí)的psd上光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)量在2-3mm左右。據(jù)此,我們選用10x10mm的兩維psd作為位置檢測(cè)元件。
本發(fā)明利用光通過透明腔體時(shí)發(fā)生光點(diǎn)位置和/或光強(qiáng)變化的原理來探測(cè)液面的位置。實(shí)際應(yīng)用中,可以利用光點(diǎn)位置移動(dòng)或光強(qiáng)變化的其中一種或兩種來作為光路中有無單體的依據(jù)。
為了提高測(cè)量精度,我們盡可能選用細(xì)的光束。原則上任何可以透過單體,在傳感器響應(yīng)波長范圍內(nèi)的光度可以做光源。但為了保證探測(cè)器有足夠光感量,我們優(yōu)選準(zhǔn)直性好的ld泵浦的532nm激光為光源。為了隔離雜散光的影響,我們對(duì)光進(jìn)行了調(diào)制和解調(diào),確保檢測(cè)的精度。為了減低誤差,psd和激光光源安放在同一個(gè)支架上,降低了震動(dòng)帶來的誤差。
檢測(cè)點(diǎn)的位置選擇是另外一個(gè)關(guān)鍵的因素。這是因?yàn)椋?/p>
一、如果光線沿中心線法線方向。根據(jù)上述公式1,p1點(diǎn)位置將不會(huì)變動(dòng)。
二、中間區(qū)域是液滴位置,液滴會(huì)影響液面的檢查精度。
所以液面點(diǎn)優(yōu)選放置在滿幅半值位置l1,但是離開合模的空腔的中心區(qū)域是。一般放置在φ50mm左右的區(qū)域上,如圖3所示的p點(diǎn)。
我們知道,滿幅半值位置l1的截面最大,在相同的注入流量下,液面上升的速度最慢。越過這個(gè)位置后,截面會(huì)越來越小。液面的上升速度會(huì)越來越快。l2處變化得最快。
為了提高注入速度,我們通過比例閥對(duì)澆注的流速進(jìn)行了變量控制,圖5示。這種變量控制是一定的,可以適應(yīng)于所有的鏡片。本發(fā)明采用流速可變的注入方式,一方面可以快速注入單體,當(dāng)接近滿幅半值附近,同時(shí)降低滿幅半值位置l1的注入速度,可以讓檢測(cè)系統(tǒng)有更多的響應(yīng)時(shí)間。同理,也可以降低接近注滿位置的液面上升速度。
由于半制片和現(xiàn)片的填充量差異比較大,比例閥的口徑可以選擇為兩種,一種采用4mm的口徑,一種采用2mm的口徑。
采用這個(gè)技術(shù)的另外一個(gè)好處是,可以控制殘留量到可以接受的程度。當(dāng)計(jì)時(shí)器給電磁閥信號(hào)切斷注入口時(shí),滴管里面殘留的單體會(huì)在重力的作用下繼續(xù)滴下來。如果假定我們前面的控制都是精確的,那么這些就是誤差。所以如果流速很小,滴管中的殘留多余物就很少。你可以比較方便的控制殘留物到你接受的范圍內(nèi)。
為了防止單體內(nèi)部殘留氣泡,本發(fā)明采用兩個(gè)措施,一是引入真空吸管,吸走合模的空腔中的空氣,形成負(fù)壓,使單體在快速注入的同時(shí)不容易產(chǎn)生氣泡;二是因?yàn)閱误w有粘性,單體內(nèi)的氣泡如果離液面距離過大也不容易逸出表面,為了增大單體內(nèi)的氣泡逸出表面的可能性,提高產(chǎn)品的成品率,我們采用非圓形的扁形滴管出口。一方面不降低流量,另一方面縮短氣泡到逸出單體表面的距離不大于0.5mm,使得單體中的氣泡容易溢出單體。真空吸管放置在模具的最高位置l3處附件,但是略低于模具邊緣。一般控制在0.5mm以內(nèi)。
為了避免真空吸附下的合模的空腔變形,在澆注過程中玻璃模具要被很好地夾持,同時(shí)真空都要控制在-10kpa以下
由于單體在澆注過程中會(huì)揮發(fā),會(huì)被人體吸入肺中,從而對(duì)操作人員的健康造成傷害。同時(shí)澆注環(huán)境的潔凈程度,直接影響鏡片的良品率。本發(fā)明給澆注工作室配置了凈化處理。凈化系統(tǒng)采用帶活性炭的過濾器,一方面可做到單體的揮發(fā)性氣體被凈化成干凈的空氣,保護(hù)操作者,另一方面可同時(shí)提供澆注工作室的潔凈度,從而提高產(chǎn)品的良品率。
附圖說明
圖1:老化鏡片的玻璃合模空腔
圖2近視鏡片玻璃模具內(nèi)的液面上升剖面圖
圖3鏡片澆注框圖
圖4圖3中滿幅半值l1水平剖面圖
圖5比例閥的流量控制圖
1是玻璃a模具,2是玻璃b模具,3是膠帶,4澆注管,5是單體,6是比例閥,7是真空吸管,8是光源,9是位置傳感器,10是風(fēng)機(jī),11是出風(fēng)口,12是帶過濾的進(jìn)風(fēng)口,13是比例閥控制器,l0是合??涨坏淖畹忘c(diǎn),l1是滿幅半值位置,l2是注滿合??涨坏奈恢谩?/p>
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明:
一種鏡片單體的自動(dòng)澆注裝置,包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、澆注管4,與澆注管4連接的比例閥6及與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接的比例閥6控制器,和用于檢測(cè)液面監(jiān)測(cè)點(diǎn)有無單體的液面探測(cè)器,所述液面監(jiān)測(cè)點(diǎn)在玻璃模具腔體的合模的空腔的偏離幾何中心的中心水平線上。所述液面探測(cè)器包括光源發(fā)生器和位置傳感器9,所述位置傳感器9可檢測(cè)光點(diǎn)位置和/或光強(qiáng)變化。光源為激光(或led光源或其他能透過單體的光源)。位置傳感器9為psd(也可以為ccd相機(jī)、cmos相機(jī)、四象限探測(cè)器或光電陣列等可以感知光點(diǎn)位置或光強(qiáng)的器件),所述位置傳感器9信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。還包括與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接的計(jì)時(shí)器、用于吸走合模的空腔中的空氣的真空吸管7、用于凈化工作室和吸附過濾揮發(fā)單體的凈化系統(tǒng)。澆注管4下方連接滴管,所述滴管有扁或橢圓形的非圓形出口。
比例閥控制器13給比例閥6信號(hào),電磁閥打開,并按照?qǐng)D5的控制曲線開始對(duì)合模的空腔灌注單體;同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí),此時(shí)位置傳感器9不斷感知到p1的位置和光強(qiáng),并以1khz的采樣頻率持續(xù)采集p1的位置和光強(qiáng)變化。與此同時(shí),真空吸管7不斷吸走合模空腔中的空氣。當(dāng)p1的位置和光強(qiáng)變化超過一個(gè)設(shè)定的值,我們認(rèn)為單體已經(jīng)到了合模的空腔的滿幅半值l1位置。此時(shí)記錄計(jì)時(shí)器的讀數(shù)t。澆注按照第二段控制曲線繼續(xù)進(jìn)行,如圖4。當(dāng)計(jì)時(shí)器數(shù)值到2t時(shí),我們認(rèn)為已經(jīng)澆注單體到100%的空腔位置,控制器關(guān)斷比例閥6,單體澆注結(jié)束。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明核心技術(shù)特征的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。