by:** 2004/2/4
1. 塑料鏡片用模具及其結構
1. 塑料在注射機內加熱成熔融狀態並射出到模具中﹐塑料在模具中冷卻後形成固態的鏡片。塑料鏡片的模具對鏡片的質量影響非常大﹐是生產中的關鍵因素。
塑料鏡片模具有如下幾個特點:1.結構簡單﹐但加工精度要求高。
2.公母模座都設計有冷卻水道來控制公母模具溫度。3.
模具要求不可有油﹐潔淨度要求比較高。4.模仁精度高﹐表面鎳層非常脆弱﹐容易受損。
模具結構圖如下﹕
圖一 )
圖二 )
2. 模具用零件材料表﹕
3.模仁的製造
鏡片的鏡面為模仁成型﹐模仁鍍鎳(厚度約0.1mm)﹐在鎳層上採用超精密加工車床車削出需要的鏡面迴轉曲面。新模具一般先製做一套鏡面模仁﹐並把該模仁組立入模具後﹐試模並在射出的最佳狀態下射出試模鏡片﹐並對試模的鏡片進行鏡片的面精度測量﹐如果誤差太大則在成品測量資料的基礎上計算出對模仁修正所需要的加工量﹐模仁進行二次超精密加工補正作業﹐以使最終產品精度進入圖面範圍。
如果一次補正不行則進行二次補正﹐直至圖面要求。當首套模仁確認ok後﹐再對其它穴的模仁進行複製作業﹐複製的模仁再進行實際射出並確認﹐如果不符合圖面則進行補正修改直到符合要求為止。模仁的曲面外形與最終射出完成品的曲面外形不一定完全相同﹐其取決於鏡片的結構狀況等。
因模仁製造使用了超精密加工車床加工﹐故可以製造出非球面的軸迴轉曲面塑料鏡片﹐這是球面磨鏡片所無法達到的。而非球面鏡片對於光學元件改善球差等像差是非常重要的﹐故射出鏡片的重要性得到了肯定。
二．塑料鏡片射出成型
成型過程在很大程度上會影響塑料產品的質量。ocbu/pim使用的是日本fanuc的射出機台﹐公母模都使用水溫機進行模具溫度控制﹐溫度可以控制在-/+1度內。使用的塑料顆粒在射出前先進行乾燥處理﹐確保成型品的質量穩定。
成型條件及設定引數包括以下﹕1.公母模模具溫度﹔2.射出料管溫度(噴嘴﹐料管1﹐料管2﹐料管3﹐進料口)﹔3.
射出及保壓引數﹔4.模具動作設定﹔5.頂板動作設定﹔6.
計量條件設定
其中第1﹐3項對成型鏡片影響最大。
射出的整個迴圈如下﹕1.合模﹐2.射出﹐3.保壓﹐4.計量﹐5.開模﹐6.推頂中
射出及保壓引數中﹕射出段數一般4~5段﹐各段表示射出的塑料充填到模具的料頭﹐料杆﹐進料口﹐鏡片主體各部位時的塑料料流速﹑壓力及活塞活動距離等數值。當設定的切換條件(位置或壓力)達到設定值的時候﹐進入保壓狀態。保壓也可分多段保壓﹐每段保壓有相應的壓力設定及保壓時間。
常用的2~~3段保壓﹐後段的保壓比前段的壓力下降。
射出穩定後﹐機器手把射出的鏡片從模具中夾出﹐並用離子風扇吹至室溫。射出的鏡片溫度降低為室溫後放在相應治具上﹐用表面輪廓儀測量面形精度(抽檢)﹐如果發現與圖面要求有差異﹐修改射出條件待射出穩定後再進行成品測量。一般情況下射出可以改善的精度範圍在1μm以內。
現在pim所使用到的塑料材料有﹕1.pmma(00134-000 日本三菱)﹔2.pc(00134-100 日本帝人化成)﹔3.
ps(00134-200) ﹔4.zeonex (00134-300) ﹔5.pmma(00134-001日本旭化成)。
在成型過程中既需要注意測量鏡片的面形精度也需要注意測量鏡片的機械尺寸﹐因每次模仁的修正皆要拆卸模仁﹐每次組裝模仁後都需要從新調整鏡片的中心肉厚和r1/r2面高度﹐以達到圖面要求。 因模具上無法確定產品的中心肉厚等﹐故試模的時候就需要通過射出的鏡片資料來反饋調整模具上中心肉厚及r1/r2高的數值。
在成型過程中有一些客觀的因素會導致產品的不良﹐常見的有黑白點﹑白霧﹑刮傷線﹑流痕﹑紅線等等﹐部分與模具有關﹐部分與射出條件有關﹐具體原因需要具體分析。
三.塑料鏡片的鍍膜
塑料鏡片鍍膜為真空冷鍍﹐通過鍍膜材料汽化及離子化後打擊在鏡片表面以形成非常薄的薄膜。pim現在可以在塑料鏡片上鍍的膜有:全反射鋁膜﹑半反射膜﹑增透膜。
其中pim現在所鍍的半反射膜﹑增透膜都為多層膜﹐每面5~~7層。
因pmma塑料不耐高溫﹐故鍍膜時溫度必須控制的比較低(45度以內)﹐否則容易在鏡片表面形成裂紋狀的膜。pc耐候性較好﹐可以承受的溫度較高一些。塑料鍍膜較玻璃鍍膜裝置多個低溫度冷凍機﹐用於降低鍍膜室溫度和抽取水分和氮氣的功能。
塑料鏡片鍍膜後有幾項評價專案﹕1.透過率﹔2.外觀(膜欠﹑膜不﹑燒蝕﹑白點﹑其它外觀不良)﹔3.
膜強度﹔4.環境測試等。pim塑料鏡片鍍增透膜後﹐420~680奈米波長的透過率大於95%。
因直接測試鏡片誤差較大﹐故每爐鍍膜時放置一片玻璃測試片作為對當爐鏡片鍍膜***壞的評價。鍍膜過程對所鍍膜的透過率影響很大﹐首先膜層厚度監控失靈所鍍產品透過率將嚴重降低﹐其次鍍膜過程中氧氣壓如果發生異常﹐所鍍產品顏色無異常﹐但透過率也會大幅度降低。半反射膜一般沒有具體的透過率要求﹐以實際肉眼顏色來做判定﹐建立顏色限度樣品來做規範。
全反射膜理論透過率為零﹐一般以目視檢查透過率狀況﹐以肉眼觀察不到透過可見光為準。機台的執行狀況對產品質量也有很大影響。膜強度以tape膠剝落測試為基本方法﹐pim所鍍的三種膜都應該能達到抗2次tape測試﹐並無任何膜的脫落和變異。
也可以用酒精擦拭或熱鹽水浸泡來檢查膜的強度﹐但這些檢查都只能作為參考。影響鍍膜產品外觀的因子比較多,如鍍膜環境﹐機台內部潔淨程度﹐鏡片受潮狀況﹐治具狀況﹐人員作業狀況等等這些都在很大程度上影響鏡片外觀質量。
四.塑料鏡片的測試評價方法
1. 表面輪廓儀測試非球面﹐及球面精度。表面輪廓儀可以測量非球面的迴轉曲線﹐並與圖面設計曲線做出對比﹐兩條曲線對比的差異值即為rt值(pv值)。
一般圖面都會對rt值做出要求﹐一般在0.5~1.5μm範圍內。
一般圖面上非球面曲線的中心r值都會給出乙個公差範圍﹐在此公差範圍內選擇不同的r值﹐所測的rt值也有所不同﹐在公差範圍內選擇r值以使測得的rt值最小為所謂的優化動作。ra值表示整條測試曲線的粗糙程度﹐一般要求在0.3~0.
1μm左右。pim的表面輪廓儀測量精度為0.0001μm。
對於鏡頭鏡片每個面測量兩次﹐與進料方向平行的為x軸﹐與進料方向垂直的為y軸﹐只有在x與y方向同時到達圖面要求的時候﹐才說明鏡片符合要求。對於方形的目視鏡鏡片﹐只測量乙個軸方向即與進料點平行的方向(因目視鏡鏡片要求較低﹐故測試要求也沒那麼高)。表面輪廓儀測量出來的資料列印出來資料圖形﹐x軸即y=0的紅線表示理想的非球面曲線﹐綠色曲線為鏡片非球面曲線經過分析過的資料線。
當綠線為」w」或」m」狀況的時候﹐基本上在成型上是不可能再有所改善精度了。當綠線為」n」或」u」型時﹐還有在成型上改善精度的可能。表面輪廓儀器也可在一定程度上用於對球面進行分析。
2. 干涉儀測量鏡片球面亞斯﹐球面半徑等。干涉儀可用於測量塑鏡片的亞斯等﹐多數時候塑料鏡片的亞斯資料會低於圖面要求﹐以實配為準進行確認。
干涉儀也可測量鏡片的球面半徑﹐但準確度並不很高。
3. 鏡片機械尺寸的測量﹐鏡片機械尺寸同樣為鏡片的重要效能引數。其中中心肉厚﹐r1/r2面高度﹐邊厚﹐目鏡鏡片的導孔內經及其垂直度等等都非常重要﹐如果不能達到圖面要求亦可造成解析不良或後焦不良等。
機械尺寸可通過卡尺﹐厚薄規﹐工具顯微鏡﹐塞規﹐高度規等進行測量。邊厚誤差應在0.005mm範圍內﹐中心肉厚r1/r2面高度一般在圖面上都有做要求﹐一般公差多為正負0.
03mm。
4. 投解機(傳統﹑數碼)﹕投解機為鏡片組立成鏡頭後﹐通過鏡頭的投解狀況來確認塑料鏡片的質量的。pim現在具有數碼投解機及傳統投解機各一台。
在生產過程中對鏡片投解用於確定鏡片生產的穩定性﹐但目鏡鏡片確無法使用此種方法進行確認。
5. 偏振光片﹕可用偏振光片對鏡片的應力狀況進行分析﹐找出應力集中的地方並加以改善。也可通過應力的分析來做出一些對策。一般情況下pc材料鏡片的應力會比較集中。
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