專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置及方法，尤其是一種
針對(duì)光學(xué)玻璃高次非球面元件精密熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置。適用于自動(dòng)控制完成各種光電系統(tǒng)的光學(xué)玻璃非球面、棱鏡和組合件的精密熱壓成型工序。
背景技術(shù)：
光學(xué)玻璃高次非球面元件如采用冷工工藝來(lái)完成，需要一系列工序毛坯加工、粗加工、粗磨、精磨、拋光；定中、磨邊、膠合。致使加工誤差較高，制造困難、調(diào)試麻煩，費(fèi)用高。
為了簡(jiǎn)化加工工藝、采用光學(xué)玻璃高次非球面元件熱壓成型的制作工藝，將光學(xué)元件一次熱壓成型。光學(xué)玻璃高次非球面元件熱壓成型技術(shù)是一種高精度光學(xué)元件的加工技術(shù)，常用的光學(xué)玻璃高次非球面元件熱壓成型法有如下三種 1)將熔融狀態(tài)的光學(xué)玻璃毛坯倒入高于玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)50°C以上的低溫模具中加壓成形。該方法容易發(fā)生玻璃粘連在非球面模具的模面上，而且產(chǎn)品容易產(chǎn)生氣孔和皺紋，不易獲得理想的形狀和面形精度。 2)將玻璃與模具一起實(shí)施等溫加壓的辦法叫等溫加壓法，容易獲得高精度，但加熱升溫、冷卻降溫需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此生產(chǎn)速度很慢。如在一個(gè)熱壓裝置中使用數(shù)個(gè)高次非球面模具，可以提高生產(chǎn)效率。但采用多個(gè)高次非球面模具勢(shì)必造成成本過(guò)高，制約了精密模壓成型非球面玻璃透鏡的廣泛應(yīng)用。 3)非等溫加壓法(將一部分功能分配到熱壓成型機(jī)外的裝置中去完成)，提高每一個(gè)模具的生產(chǎn)速度和模具的使用壽命，但在解決熱壓成型工序中，需解決如何精確地自動(dòng)控制成型和脫模時(shí)的壓力、速度、溫度、壓型時(shí)間，高速自動(dòng)地完成一個(gè)完整的壓型工序；需解決玻璃粘連在高次非球面模具的模面上的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置及方法，該裝置應(yīng)能夠精確地控制光學(xué)玻璃高次非球面元件精密熱壓成型和脫模時(shí)的準(zhǔn)確位置、速度、成型時(shí)間、壓力等工藝參數(shù)，確保光學(xué)玻璃高次非球面元件的尺寸精度、面形精度和重復(fù)精度。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置，其特征在于，所述裝置包括 操作終端，用于通過(guò)手動(dòng)信號(hào)給入裝置設(shè)置參數(shù)值或執(zhí)行操作；
顯示終端，用于工作狀態(tài)顯示及報(bào)警顯示； 定位傳感器，安裝于傳動(dòng)設(shè)備上，用于感應(yīng)熱壓成型機(jī)運(yùn)行的位置；
編碼器，用于反饋伺服電機(jī)的運(yùn)行情況； 伺服放大器，用于接收定位傳感器所感應(yīng)的熱壓成型機(jī)運(yùn)行的位置信號(hào)及編碼器傳輸過(guò)來(lái)的伺服電機(jī)運(yùn)行信號(hào)并傳輸給控制器，同時(shí)，伺服放大器根據(jù)控制器傳輸過(guò)來(lái)的
3高速脈沖和其它控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并產(chǎn)生控制電流，通過(guò)編碼器控制伺服電機(jī)的動(dòng)作；
控制器，用于接收操作終端傳輸過(guò)來(lái)的操作指令或設(shè)置的參數(shù)，以及從伺服放大器傳輸過(guò)來(lái)的伺服電機(jī)運(yùn)行信號(hào)和模壓成型機(jī)運(yùn)行的位置信號(hào)，進(jìn)行綜合邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生高速指令脈沖及相關(guān)的控制信號(hào)并傳輸給伺服放大器，同時(shí)在顯示終端顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 所述控制器包括可編程邏輯控制器、高速計(jì)數(shù)模塊和模擬量輸入輸出模塊。 所述編碼器連接伺服電機(jī)。 所述傳動(dòng)設(shè)備包括模壓成型機(jī)的導(dǎo)軌和主軸。 采用本裝置來(lái)控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的方法包括以下步驟 步驟1 ，系統(tǒng)上電啟動(dòng)并自檢成功后，控制器根據(jù)伺服放大器的RD信號(hào)及ALM信號(hào)
狀態(tài)判斷系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如是，轉(zhuǎn)入步驟2 ; 步驟2，通過(guò)操作終端設(shè)定熱壓成型機(jī)工作參數(shù)，包括參考點(diǎn)設(shè)定值50-100mm，快慢速轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置100-180mm，最大轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置130-200mm，低速返回緩沖距離0-30mm，快速度180-333mm/s，慢速度10-50mm/s， 1-4段的壓型時(shí)間0-100s及壓力0-3. 3T的設(shè)定值；
步驟3，通過(guò)操作終端上的按鈕執(zhí)行原點(diǎn)回歸和復(fù)位的操作，此時(shí)，熱壓成型機(jī)初始化完成，系統(tǒng)處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)； 步驟4，當(dāng)外部給出工作信號(hào)時(shí)，所述裝置收到運(yùn)行指令，高速下壓，當(dāng)下壓行程到達(dá)所設(shè)置的快慢速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置時(shí)，繼續(xù)慢速下壓，直到系統(tǒng)壓力達(dá)到一段壓型壓力，轉(zhuǎn)入步驟5 ; 步驟5，計(jì)時(shí)開(kāi)始，分別根據(jù)設(shè)定的l-4段的壓型時(shí)間和壓力大小進(jìn)行壓制，當(dāng)?shù)谒亩螇盒陀?jì)時(shí)到時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟6 ; 步驟6，系統(tǒng)切換到位置控制模式，依次經(jīng)低速返回和高速返回，回到參考位置。
本發(fā)明的有益效果是可自動(dòng)控制熱壓成型機(jī)的裝置通過(guò)設(shè)置非球面光學(xué)件熱壓成型和脫模時(shí)的準(zhǔn)確位置、速度、成型時(shí)間、壓力等參數(shù)，達(dá)到精確地控制模壓成型過(guò)程中的溫度、壓力和速度，保證了模壓成型光學(xué)零件的尺寸精度和重復(fù)精度，解決了玻璃與模具的粘連問(wèn)題。系統(tǒng)控制方便，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好。


圖1是本發(fā)明熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置的接線圖。
圖3是本發(fā)明熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置的面板布置圖。
圖4是本發(fā)明熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置的工作流程圖。
圖5是本發(fā)明熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置采用的轉(zhuǎn)矩控制模式。
圖6是本發(fā)明熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置采用的位置控制模式。
圖7是圖6位置控制模式中脈沖輸入的連接方式。 圖8是本發(fā)明控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制模式轉(zhuǎn)換為位置控制模式的切換時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置包括
4
操作終端l，本例的操作終端為一控制面板，如圖3所示，面板上設(shè)有各操作按鈕，
如手動(dòng)、自動(dòng)、上行、下行、原點(diǎn)回歸、復(fù)位、報(bào)警等，通過(guò)操作人員給出的手動(dòng)信號(hào)設(shè)置參數(shù)
值或執(zhí)行操作，如光學(xué)件成型和脫模時(shí)的準(zhǔn)確擱置、速度、成型時(shí)間、壓力等。 顯示終端2，可與操作終端1 一起設(shè)置在控制面板上(見(jiàn)圖3)，本顯示終端為數(shù)字
顯示屏，用于工作狀態(tài)顯示及報(bào)警顯示。 定位傳感器3，本例未給出附圖，定位傳感器及外部電路安裝于傳動(dòng)設(shè)備上，如模壓機(jī)的導(dǎo)軌和主軸等，用于感應(yīng)模壓成型機(jī)運(yùn)行的位置。 編碼器4，采用高性能的伺服電機(jī)編碼器，分辨率為262144脈沖/轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置編碼器，速度環(huán)路頻率響應(yīng)高，具有高精度控制的能力，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。編碼器與伺服放大器配套，用于反饋伺服電機(jī)的運(yùn)行情況。編碼器4通過(guò)電纜連接伺服電機(jī)7。
伺服放大器5，如圖2所示，本例選用三菱電機(jī)生產(chǎn)的型號(hào)為MR-J3S-350A (還可以選用MR-J2-A)的伺服放大器，其控制模式有位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，三種控制模式之間可以切換，并具有USB和RS-422串行通訊功能。伺服放大器5用于接收定位傳感器3所感應(yīng)的模壓成型機(jī)運(yùn)行的位置信號(hào)及編碼器4傳輸過(guò)來(lái)的伺服電機(jī)7運(yùn)行信號(hào)并傳輸給控制器6，同時(shí)，伺服放大器5根據(jù)控制器6傳輸過(guò)來(lái)的高速脈沖和其它控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并產(chǎn)生控制電流，通過(guò)編碼器4控制伺服電機(jī)7的動(dòng)作。 控制器6，本例控制器6包括可編程邏輯控制器6-l(FXlN)、高速計(jì)數(shù)模塊6-2(FX2N-lHC)和模擬量輸入輸出模塊6_3 (FX0N-3A)。控制器用于接收操作終端1傳輸過(guò)來(lái)的操作指令、設(shè)置的參數(shù)，以及從伺服放大器5傳輸過(guò)來(lái)的伺服電機(jī)運(yùn)行信號(hào)和模壓成型機(jī)運(yùn)行的位置信號(hào)，進(jìn)行綜合邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生高速指令脈沖及相關(guān)的控制信號(hào)并傳輸給伺服放大器5，同時(shí)在顯示終端2顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 本發(fā)明用于自動(dòng)控制生產(chǎn)光學(xué)玻璃高次非球面元件的精密熱壓成型機(jī)(設(shè)備)，主要完成光學(xué)玻璃高次非球面元件的精密熱壓成型工序。被控制的熱壓成型機(jī)的工作臺(tái)上安裝有需加工光學(xué)元件的模具，將模具預(yù)先安裝到熱壓成型機(jī)的上加熱底座盤(pán)和下加熱底座盤(pán)上，上下加熱底座盤(pán)同時(shí)加溫達(dá)到800-1000°C ，將軟化好的光學(xué)元件坯料準(zhǔn)確地放到已升溫的模具上，溫度范圍在300-80(TC左右，進(jìn)行壓制成型，壓力在5-1噸左右，根據(jù)被加工元件的材料、尺寸、重量和熔點(diǎn)的不同要求，確定該壞料支承臺(tái)的最高位置，確定精密熱壓成型設(shè)備的工作參數(shù)(包括成型和脫模時(shí)的壓力、速度、溫度、壓型時(shí)間)。具體工藝參考圖4包括以下步驟 步驟l，本裝置上電啟動(dòng)并自檢成功后，控制器6根據(jù)伺服放大器5的RD信號(hào)及ALM信號(hào)狀態(tài)判斷系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如是，轉(zhuǎn)入步驟2 ;
步驟2，操作人員通過(guò)操作終端1設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，包括參考點(diǎn)設(shè)定值50-100mm，快慢速轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置100-180mm，最大轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置130-200mm，低速返回緩沖距離0-30mm，快速度180-333mm/s，慢速度10-50mm/s， 1-4段的壓型時(shí)間0-100s及壓力0-3. 3T的設(shè)定值；
步驟3，設(shè)定完成后，操作人員通過(guò)操作終端1上的按鈕執(zhí)行原點(diǎn)回歸和復(fù)位的操作，如系統(tǒng)重新上電，或機(jī)械位置被人為地進(jìn)行更改后，需要做原點(diǎn)回歸和復(fù)位操作。此時(shí)，系統(tǒng)初始化完成，系統(tǒng)處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)； 步驟4，當(dāng)操作人員按動(dòng)運(yùn)行按鈕，給出工作信號(hào)時(shí)，本裝置(熱壓成型機(jī)的自動(dòng)控制裝置)收到運(yùn)行指令，可編程邏輯控制器6-1 定伺服放大器5的LOP (控制切換)信號(hào)狀態(tài)為OFF，伺服系統(tǒng)處于轉(zhuǎn)矩控制模式，再通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制模式中的內(nèi)部速度限制1方式，即置SP1為0N，置SP2為OFF,轉(zhuǎn)矩的大小由TC (模擬量輸出)進(jìn)行控制，系統(tǒng)高速下壓，當(dāng)下壓行程到達(dá)所設(shè)置的快慢速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置時(shí)，通過(guò)對(duì)SP1置OFF, SP2置ON選擇內(nèi)部速度限制2，繼續(xù)慢速下壓，直到系統(tǒng)壓力達(dá)到一段壓型壓力(或最大轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置)時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟5 ; 步驟5，熱壓成型機(jī)計(jì)時(shí)開(kāi)始，第一段壓型時(shí)間到后，轉(zhuǎn)矩的控制輸出量將更新為第二段壓力大小，并開(kāi)始第二段壓型計(jì)時(shí)；第二段壓型時(shí)間到后，轉(zhuǎn)矩的控制輸出量將更新為第三段壓力大小，并開(kāi)始第三段壓型計(jì)時(shí)；第三段壓型時(shí)間到后，轉(zhuǎn)矩的控制輸出量將更新為第四段壓力大小，并開(kāi)始第四段壓型計(jì)時(shí)；當(dāng)?shù)谒亩螇盒陀?jì)時(shí)到時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟6 ;
步驟6，此時(shí)可編程邏輯控制器6-1給定伺服放大器5的LOP信號(hào)狀態(tài)為0N，系統(tǒng)切換到位置控制模式，根據(jù)低速返回緩沖距離及慢速度的設(shè)定值，產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量及頻率的高速脈沖指令，通過(guò)PP(脈沖信號(hào))及NP(控制方向)與伺服放大器5進(jìn)行連接，從而控制傳動(dòng)設(shè)備低速返回；然后，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)際位置與參考位置的距離及快速度設(shè)定值，產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量及頻率的高速脈沖，控制傳動(dòng)設(shè)備返回參考位置，這樣就完成了一個(gè)完整的壓型工序。 圖5是本發(fā)明控制熱壓成型機(jī)在下壓過(guò)程采用轉(zhuǎn)矩控制模式的接線圖，轉(zhuǎn)矩的大小由模擬量輸入輸出模塊6-3來(lái)控制，其范圍為0-8V。 圖6是本發(fā)明控制熱壓成型機(jī)采用的位置控制模式的脈沖圖，其輸入的指令脈沖為負(fù)邏輯的脈沖串+符號(hào)的形式。。 圖7是圖6位置控制模式中脈沖輸入的連接方式，接線中采用集電極開(kāi)路的方式。位置控制模式下，其速度的快慢由輸入脈沖的頻率高低來(lái)控制。 圖8是本發(fā)明控制熱壓成型機(jī)轉(zhuǎn)矩控制模式轉(zhuǎn)換為位置控制模式的切換時(shí)序圖。
權(quán)利要求
一種用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置，其特征在于，所述裝置包括操作終端(1)，用于通過(guò)手動(dòng)信號(hào)給入裝置設(shè)置參數(shù)值或執(zhí)行操作；顯示終端(2)，用于工作狀態(tài)顯示及報(bào)警顯示；定位傳感器(3)，安裝于傳動(dòng)設(shè)備上，用于感應(yīng)熱壓成型機(jī)運(yùn)行的位置；編碼器(4)，用于反饋伺服電機(jī)的運(yùn)行情況；伺服放大器(5)，用于接收定位傳感器(3)所感應(yīng)的熱壓成型機(jī)運(yùn)行的位置信號(hào)及編碼器(4)傳輸過(guò)來(lái)的伺服電機(jī)運(yùn)行信號(hào)并傳輸給控制器(6)，同時(shí)，伺服放大器(5)根據(jù)控制器(6)傳輸過(guò)來(lái)的高速脈沖和其它控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并產(chǎn)生控制電流，通過(guò)編碼器(4)控制伺服電機(jī)的動(dòng)作；控制器(6)，用于接收操作終端(1)傳輸過(guò)來(lái)的操作指令或設(shè)置的參數(shù)，以及從伺服放大器(5)傳輸過(guò)來(lái)的伺服電機(jī)運(yùn)行信號(hào)和熱壓成型機(jī)運(yùn)行的位置信號(hào)，進(jìn)行綜合邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生高速指令脈沖及相關(guān)的控制信號(hào)并傳輸給伺服放大器(5)，同時(shí)在顯示終端(2)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置，其特征在 于所述控制器(6)包括可編程邏輯控制器(6-l)、高速計(jì)數(shù)模塊(6-2)和模擬量輸入輸出 模塊(6-3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置，其特 征在于所述編碼器(4)連接伺服電機(jī)(7)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置，其特 征在于所述傳動(dòng)設(shè)備包括模壓成型機(jī)的導(dǎo)軌和主軸。
5. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置來(lái)控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的方法，其特征在于包括步驟步驟l，所述裝置上電啟動(dòng)并自檢成功后，控制器(6)根據(jù)伺服放大器(5)的RD信號(hào) ALM信號(hào)狀態(tài)判斷系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如是，轉(zhuǎn)入步驟2 ;步驟2，通過(guò)操作終端(1)設(shè)定熱壓成型機(jī)工作參數(shù)，包括參考點(diǎn)設(shè)定值50-100mm，快 慢速轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置100-180mm，最大轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置130-200mm，低速返回緩沖距離0-30mm，快速 度180-333mm/s，慢速度10-50mm/s， 1-4段的壓型時(shí)間0-100s及壓力0-3. 3T的設(shè)定值；步驟3，通過(guò)操作終端(1)上的按鈕執(zhí)行原點(diǎn)回歸和復(fù)位的操作，此時(shí)，熱壓成型機(jī)初 始化完成，系統(tǒng)處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)；步驟4，當(dāng)外部給出工作信號(hào)時(shí)，所述裝置收到運(yùn)行指令，高速下壓，當(dāng)下壓行程到達(dá)所 設(shè)置的快慢速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置時(shí)，繼續(xù)慢速下壓，直到系統(tǒng)壓力達(dá)到一段壓型壓力，轉(zhuǎn)入步驟 5 ;步驟5，計(jì)時(shí)開(kāi)始，分別根據(jù)設(shè)定的1-4段的壓型時(shí)間和壓力大小進(jìn)行壓制，當(dāng)?shù)谒亩?壓型計(jì)時(shí)到時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟6 ;步驟6，系統(tǒng)切換到位置控制模式，依次經(jīng)低速返回和高速返回，回到參考位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置及方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于控制光學(xué)玻璃非球面元件熱壓成型機(jī)的裝置及方法，該裝置應(yīng)能夠精確地控制光學(xué)玻璃高次非球面元件精密熱壓成型和脫模時(shí)的準(zhǔn)確位置、速度、成型時(shí)間、壓力等工藝參數(shù)，確保光學(xué)玻璃高次非球面元件的尺寸精度、面形精度和重復(fù)精度。所述裝置包括操作終端、顯示終端、定位傳感器、編碼器、伺服放大器和控制器；方法主要包括啟動(dòng)自檢、設(shè)定參數(shù)、原點(diǎn)回歸和復(fù)位、壓制和返回。本發(fā)明可用于自動(dòng)控制完成各種光電系統(tǒng)的光學(xué)玻璃非球面、棱鏡和組合件的精密熱壓成型工序。
文檔編號(hào)G05B19/4062GK101794137SQ201010105608
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者姚祖義, 張平, 朱偉, 黃羅生 申請(qǐng)人:杭州永瑩光電有限公司