一種光場微透鏡陣列多軸加工裝置及方法與流程

本發明涉及光場微透鏡加工，特別是涉及一種光場微透鏡陣列多軸加工裝置及方法。

背景技術：

1、光場成像技術的發展為顯微成像提供了新的思路，通過對二者進行結合可以實現對微觀物體的三維信息和光學信息的獲取。光場微透鏡陣列是由通光孔徑及浮雕深度為微米級的透鏡組成的陣列，其單元尺寸小、集成度高。可以代替傳統透鏡應用在各種輕量化、小型化的系統之中，起到傳統光學無法獲得的效果。光場微透鏡列陣包括四邊形微透鏡列陣，矩形微透列陣，六邊形微透列陣，圓形微透鏡列陣，柱透鏡列陣還有隨機微透鏡列陣等。這些任意排布的，不同類型的，不同口徑，不同深度的都是能加工設計的，材料的選擇為可見光通常選擇石英材料，紅外波段選擇硅和鍺。

2、微透鏡列陣在航空航天，工業檢測，激光加工等領域都有著良好的應用。可以運用到哈特曼傳感器，微透鏡在其中主要起到波面分割的作用。并且對入射波前進行聚焦，利用焦點的位置信息，可以反推獲得入射波前的信息，從而在天文觀測以及工業檢測中，起到像差矯正的作用，進一步提高觀測檢測精度。

3、在光場微透鏡陣列的加工過程中，由于玻璃基板尺寸偏大，加工效率較低。為了提高光場微透鏡陣列的加工效率，通常采取多軸同時加工的方式。光場微透鏡陣列的尺寸通常為1~10μm，因此其尺寸非常小，精度較高，對玻璃基板尺寸精度和位置精度要求非常高，每塊玻璃基板在加工過程中均存在一定的微小誤差，無法保證絕對的重復一致性，所以每塊玻璃基板在加工微透鏡前，需要對玻璃基板進行掃描，多軸加工裝置結合掃描數據自動調節，從而保證光場微透鏡的加工精度。

4、中國專利文獻上公開了“一種微透鏡陣列兩軸聯動加工方法”，其公告號為cn112935849a，該方法通過在機床主軸上安裝x向和y向精密位移平臺，實現工件相對機床主軸的精密位移進給，從而實現微透鏡陣列的兩軸聯動超精密車削加工。解決傳統慢刀伺服車削加工存在的刀具后角的限制、加工路徑優化問題以及加工效率低等問題，超精密銳削需要x軸、z?軸、c軸和一個高精銳削軸，加工成本過高等問題。可以高效實現大深徑比微透鏡陣列的超精密車削加工。但是，產品在傳輸和吸附過程中，產品容易產生較大位置偏差，且該方法只能實現兩軸加工，微透鏡陣列加工精度低，無法實現多軸加工，如果產品位置和角度偏差較大，容易超出視野范圍，導致標定失敗。

技術實現思路

1、鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種光場微透鏡陣列多軸加工裝置及方法，用于解決現有光場微透鏡陣列的加工精度低，無法保證產品一致性的問題。

2、為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種光場微透鏡陣列多軸加工裝置，包括：

3、視覺標定系統，用于對基板的加工位置進行位置標定和角度標定；

4、高度位移系統，用于測量基板的加工點位，生成高度路徑，在微透鏡陣列的加工過程中進行高度方向的自動調整以及實時高頻補償；

5、陣列加工機構，用于在基板表面打印出微透鏡陣列；

6、自動調節機構，用于根據視覺標定系統和高度位移系統的反饋數據，自動調節陣列加工機構與基板的相對位置。

7、優選地，所述高度位移系統采用高度位移傳感器。

8、為了提高加工精度，保證產品的一致性，本技術創造性地采用上述技術方案來實現，在加工之前，先通過視覺標定系統對基板的加工位置進行位置標定和角度標定，確保基板位置的放置準確性，避免搬運過程中產生位置的偏差；采用高度位移系統測量基板的加工點位，生成高度路徑，在微透鏡陣列的加工過程中進行高度方向的自動調整以及實時高頻補償，具體可以通過高度位移傳感器測量基板多點位置。在光場微透鏡陣列的加工過程中，為了提高光場微透鏡陣列的加工效率，通常采取多軸同時加工的方式。光場微透鏡陣列的尺寸通常為1~10μm，因此其尺寸非常小，精度較高，對玻璃基板尺寸精度和位置精度要求非常高，每塊玻璃基板在加工過程中均存在一定的微小誤差，無法保證絕對的重復一致性，所以每塊玻璃基板在加工微透鏡前，需要對玻璃基板進行掃描，多軸加工裝置結合掃描數據自動調節，從而保證光場微透鏡的加工精度。為了確保加工精度，本技術采用自動調節機構通過視覺標定系統和高度位移系統的數據反饋自動進行位置調整。

9、優選地，所述陣列加工機構包括若干個間隔設置的打印單元，每個打印單元獨立供料和供氣，提高打印的可控性，可以確保打印精度。

10、優選地，每個打印單元設有視覺觀測及調節單元，所述視覺觀測及調節單元用于實時觀測打印單元的加工狀態，并調整打印單元的位置。

11、通過視覺觀測及調節單元可以實時觀測打印單元的加工狀態，并調整打印單元的位置，確保每個打印單元的打印精度，從而提高光場微透鏡陣列多軸加工裝置整體的加工精密度。

12、優選地，所述打印單元包括打印閥、供料料筒、供氣系統以及液位傳感器，所述液位傳感器用于實時檢測打印閥的出料狀態及供料料筒的液位。

13、每個打印單元配置獨立的打印閥、供料料筒、供氣系統以及液位傳感器，通過液位傳感器可以實時檢測打印閥的出料狀態及供料料筒的液位，保證每個打印單元的打印狀態順暢，當單個打印單元發生故障時能夠及時發現，提高產品加工效率和合格率，提高產品的一致性。

14、優選地，所述視覺觀測及調節單元包括視覺觀測模組、自動移動模組和第一輔助光源，所述視覺觀測模組用于實時觀測打印單元的加工狀態，所述自動移動模組用于調整打印單元的位置，所述第一輔助光源用于為視覺觀測模組提供補償光。

15、在本技術的上述技術方案中，通過視覺觀測模組和自動移動模組相結合的方式，結構簡單，與設備整體兼容性好，實現實時觀測打印單元的加工狀態，并調整打印單元的位置的功能，確保每個打印單元的打印精度，從而提高光場微透鏡陣列多軸加工裝置整體的加工精密度。

16、優選地，所述視覺標定系統包括第一視覺標定單元和第二視覺標定單元，所述第一視覺標定單元的視野范圍大于所述第二視覺標定單元的視野范圍；所述第一視覺標定單元用于粗標定；所述第二視覺標定單元用于精密標定。

17、更優選地，所述第一視覺標定單元包括第一視覺相機和第二輔助光源，所述第二輔助光源用于為第一視覺相機提供補償光。

18、更優選地，所述第二視覺標定單元包括第二視覺相機和第三輔助光源，所述第二輔助光源用于為第二視覺相機提供補償光；所述第二視覺標定單元包括第二視覺相機和第三輔助光源，所述第三輔助光源用于為視覺相機提供補償光。

19、由于基板在傳輸和吸附過程中，容易產生較大位置偏差，如果只采用第二視覺標定單元，由于第二視覺標定單元的精度較高，視野非常小，一旦基板位置和角度偏差較大，容易超出第二視覺標定單元的視野范圍，導致標定失敗。為了解決上述問題，本技術創造性地先采用視野較大的第一視覺標定單元進行粗標定，然后通過視野較小的第二視覺標定單元進行精密標定，逐步確認范圍，確保標定的效率和準確度，為后續的加工精度提供給了前期的保障。

20、優選地，所述高度位移系統設有輔助固定夾具，所述高度位移系統通過輔助固定夾具固定于視覺標定系統的側下方。高度位移系統與視覺標定系統配合使用，確保測量數據的準確度，為自動調節機構的調節實時提供數據反饋。

21、優選地，所述自動調節機構包括x軸移動模組、y軸移動模組、z軸移動模組，所述x軸移動模組用于調節陣列加工機構與基板在x軸方向的相對位置；所述y軸移動模組用于調節陣列加工機構與基板在y軸方向的相對位置；所述z軸移動模組用于調節陣列加工機構與基板在z軸方向的相對位置。

22、優選地，所述自動調節機構還包括位移傳感器，所述位移傳感器用于實時檢測陣列加工機構與基板在x軸方向、y軸方向和z軸方向的相對位置。

23、更優選地，所述位移傳感器采用高分辨率光柵尺。

24、在本技術的上述技術方案中，通過x軸移動模組、y軸移動模組、z軸移動模組實現陣列加工機構與基板在x軸方向、y軸方向和z軸方向的相對位置的自動調節，調節效率高，避免陣列加工機構與基板的位置發生偏差，提高光場微透鏡陣列的加工精度。

25、本技術還提供了一種光場微透鏡陣列多軸加工方法，采用上述光場微透鏡陣列多軸加工裝置，包括以下步驟：

26、s1：將基板放置于吸附載具上，并移動至視覺標定系統的下方，采用視覺標定系統對基板的加工位置進行位置標定和角度標定；確保基板位置的放置準確性，避免搬運過程中產生位置的偏差；

27、s2：采用高度位移系統測量基板的加工點位，生成高度路徑；具體可以通過高度位移傳感器測量基板多點位置；

28、s3：采用陣列加工機構在基板表面打印出微透鏡陣列；

29、在微透鏡陣列的加工過程中，采用自動調節機構根據視覺標定系統和高度位移系統的反饋數據，自動調節陣列加工機構與基板的相對位置，保證陣列加工機構精準適應加工區域的位置、角度和高度的偏差，并結合高度位移系統測量的數據，實時做高度方向高頻補償，保證微透鏡陣列的高度尺寸一致。

30、優選地，所述視覺標定系統包括第一視覺標定單元和第二視覺標定單元，所述第一視覺標定單元的視野范圍大于所述第二視覺標定單元的視野范圍；步驟s1中，先采用第一視覺標定單元進行粗標定，然后通過第二視覺標定單元進行精密標定。

31、由于基板在傳輸和吸附過程中，容易產生較大位置偏差，如果只采用第二視覺標定單元，由于第二視覺標定單元的精度較高，視野非常小，一旦基板位置和角度偏差較大，容易超出第二視覺標定單元的視野范圍，導致標定失敗。為了解決上述問題，本技術創造性地先采用視野較大的第一視覺標定單元進行粗標定，然后通過第二視覺標定單元進行精密標定，逐步確認范圍，確保標定的效率和準確度，為后續的加工精度提供給了前期的保障。

32、優選地，所述陣列加工機構包括若干個間隔設置的打印單元，每個打印單元設有視覺觀測及調節單元；步驟s3中，采用視覺觀測及調節單元實時觀測打印單元的加工狀態，并調整打印單元的位置，確保每個打印單元的打印精度，從而提高光場微透鏡陣列多軸加工裝置整體的加工精密度。

33、如上所述，本發明的光場微透鏡陣列多軸加工裝置及方法，具有以下有益效果：

34、（1）通過視覺標定系統對基板的加工位置進行位置標定和角度標定，確保基板位置的放置準確性，避免搬運過程中產生位置的偏差；采用高度位移系統測量基板的加工點位，生成高度路徑，在微透鏡陣列的加工過程中進行高度方向的自動調整以及實時高頻補償；采用自動調節機構通過視覺標定系統和高度位移系統的數據反饋自動進行位置調整，確保加工精度；

35、（2）視覺標定系統先采用視野較大的第一視覺標定單元進行粗標定，然后通過視野較小的第二視覺標定單元進行精密標定，逐步確認范圍，確保標定的效率和準確度，為后續的加工精度提供給了前期的保障；

36、（3）通過x軸移動模組、y軸移動模組、z軸移動模組實現陣列加工機構與基板在x軸方向、y軸方向和z軸方向的相對位置的自動調節，調節效率高，避免陣列加工機構與基板的位置發生偏差，提高光場微透鏡陣列的加工精度。