一种上盘模具及在上盘模具上形成微透镜模组的方法与流程

本发明实施例涉及光学加工技术领域，尤其涉及一种上盘模具及在上盘模具上形成微透镜模组的方法。

背景技术：

c-lens是一种圆柱形轴向通光的微型平凸透镜，其两端一端是球面，另一端是平面，在光纤通信、内窥镜、激光雷达等光学器件的制造中被广泛应用。其典型的尺寸是：直径1.40mm，轴线长度2.00mm，一端是r1.500的球面，一端是与轴线成8°倾斜的平面。

在现有的制作c-lens的过程中，首先需要将微透镜原料的一端打磨成球面，再对另一端进行平面研磨。为了提高工效和增大研磨面积以获得更好的研磨面型，平面研磨通常是将微透镜原料成捆束状密集排列在一起形成模组，多个模组整体固定在抛光盘上研磨的。

然而，由于制作c-lens的微透镜原料体积小，若仅依靠人工用镊子进行单件装夹形成模组，装夹过程费时费力；同时，为了保证c-lens研磨后的透镜端面与轴线的夹角的公差在预设范围内(如公差在±0.5°以内)，在装夹排列原理的限制下，一个模组中微透镜原料的装夹数量通常不超过100只，导致加工效率低。

技术实现要素：

本发明提供一种上盘模具及在上盘模具上形成微透镜模组的方法，能够提高微透镜原料的加工效率，降低生产成本，便于获得更好的研磨面型。

第一方面，本发明实施例提供了一种上盘模具，包括：模具主体、至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片、至少一个挤压片和紧固件；其中，

模具主体的中部开有凹槽，凹槽内密集排布有微透镜原料，微透镜原料呈圆柱形，微透镜原料的球面一端靠近凹槽、待研磨一端远离凹槽；

至少两个第一陪磨围片贴附在模具主体上，第二陪磨围片的个数等于挤压片的个数，第二陪磨围片在挤压片的挤压下，与至少两个第一陪磨围片围绕凹槽设置，用于固定微透镜原料；

紧固件，用于将挤压片固定在模具主体上。

可选的，微透镜原料在凹槽内呈蜂窝状或者类蜂窝状自适应密集排布。

可选的，凹槽呈矩形，第一陪磨围片的个数为两个，第二陪磨围片的个数为两个，挤压片的个数为两个；

其中，两个第一陪磨围片分别沿第一方向和第二方向设置；两个第二陪磨围片分别沿第一方向和第二方向设置，第一方向与第二方向垂直。

可选的，沿第一方向设置的第一陪磨围片和第二陪磨围片与凹槽底平面垂线的夹角为0°；沿第二方向设置的第一陪磨围片和第二陪磨围片与凹槽底平面垂线的夹角在0°至20°的范围内。

可选的，凹槽呈三角形，第一陪磨围片的个数为两个，第二陪磨围片的个数为一个，挤压片的个数为一个。

第二方面，本发明实施例还提供了一种在上盘模具上形成微透镜模组的方法，上盘模具包括：模具主体、至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片、至少一个挤压片和紧固件；方法包括：

从原料盒中逐一吸取微透镜原料，并将微透镜原料摆放在模具主体中部的凹槽中，其中，微透镜原料呈圆柱形，微透镜原料的球面一端靠近凹槽、待研磨一端远离凹槽；

在微透镜原料摆放完毕后，安装至少一个第二陪磨围片和至少一个挤压片，第二陪磨围片在挤压片的挤压下与至少两个第一陪磨围片围绕凹槽设置，以使得微透镜原料自适应密集排布，其中，第二陪磨围片的个数等于挤压片的个数；

安装紧固件，将挤压片固定在模具主体上。

可选的，微透镜原料在凹槽内呈蜂窝状或者类蜂窝状自适应密集排布。

可选的，在将挤压片固定在模具主体上之后，还包括：

将上盘模具放置在抛光盘上进行研磨。

可选的，在将挤压片固定在模具主体上之后，还包括：

在至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片和微透镜原料上涂布固定材料；

将至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片和微透镜原料组成的微透镜模组从上盘模具上取下，并放置在抛光盘上进行研磨。

可选的，固定材料为蜂蜡、松香、石蜡、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯中的任意一种或者多种的组合。

本发明提供一种上盘模具及在上盘模具上形成微透镜模组的方法，上盘模具包括模具主体、至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片、至少一个挤压片和紧固件。通过在模具主体的凹槽内密集排布微透镜原料，并利用第二陪磨围片和第一陪磨围片固定微透镜原料，使微透镜原料在凹槽内自适应密集排布，形成微透镜模组以便于后续的研磨。由于微透镜原料依靠机械手进行装夹，改变了依靠人工用镊子进行单件装夹的模式，节约了装夹时间；另外，微透镜原料在凹槽内自适应密集排布，一个模组的微透镜原料的数量可远远大于现有的100只，例如直径1.4mm的微透镜原料数量可达300至400只，能够在保证研磨面型的同时，提高微透镜原料的加工效率，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种上盘模具的俯视结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种上盘模具沿图1中aa’方向的截面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种上盘模具的俯视结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种微透镜原料的局部排布示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种微透镜原料的局部排布示意图；

图6是本发明实施例提供的一种上盘模具沿图1中bb’方向的截面结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种上盘模具沿图1中bb’方向的截面结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种上盘设备的俯视结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种在上盘模具上形成微透镜模组的方法的流程示意图；

图10是本发明实施例提供的另一种在上盘模具上形成微透镜模组的方法的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的一种抛光盘的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

同时，附图和实施例的描述是说明性的而不是限制性的。贯穿说明书的同样的附图标记表示同样的元件。另外，出于理解和易于描述，附图中可能夸大了一些结构、区域等的大小。另外，除非明确地描述为相反，否则词语“包括”和诸如“包含”或“具有”的变形将被理解为暗示包含该元件，但不排除任意其它元件。

本发明实施例中用“第一”、“第二”等来描述各种组件，但是这些组件不应该受这些术语限制。这些术语仅用来将一个组件与另一组件区分开。并且，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该()”也意图包括复数形式。

当可以不同地实施某个实施例时，具体的工艺顺序可以与所描述的顺序不同地执行。例如，两个连续描述的工艺可以基本上在同一时间执行或者按与所描述顺序相反的顺序来执行。

下面，对上盘模具、在上盘模具上形成微透镜模组的方法及其技术效果进行详细描述。

图1示出了本发明实施例提供的一种上盘模具的俯视结构示意图。该上盘模具包括：模具主体10、至少两个第一陪磨围片11、至少一个第二陪磨围片12、至少一个挤压片13和紧固件14。其中，图1所示的上盘模具是以包括两个第一陪磨围片11、两个第二陪磨围片12和两个挤压片13为例进行绘制的。

如图1所示，模具主体10的中部开有凹槽(图1中虚线框所标注的区域)，凹槽的底部为一平面，凹槽呈矩形，通过上盘设备的机械手(图1中未画出)装夹微透镜原料20，使得凹槽内密集排布有微透镜原料20。具体的，图2示出了本发明实施例提供的一种上盘模具沿图1中aa’方向的截面结构示意图。如图2所示，微透镜原料20呈圆柱形，微透镜原料的球面一端靠近凹槽、待研磨一端远离凹槽，微透镜原料20是按照一定的顺序被机械手依次摆放在凹槽中的。

结合图1和图2可知，两个第一陪磨围片11贴附在模具主体10上，另外，两个第一陪磨围片11可以从模具主体10上拆卸，两个第一陪磨围片11分别沿第一方向x和第二方向y设置；第一方向x与第二方向y垂直。

第二陪磨围片12的个数等于挤压片13的个数，两个第二陪磨围片12分别沿第一方向x和第二方向y设置。两个第二陪磨围片12在分别在两个挤压片13的挤压下，示例性的，挤压片13可以沿着模具主体10上的挤压槽挤压第二陪磨围片12，使得两个第二陪磨围片12分别向凹槽移动。

图3示出了本发明实施例提供的另一种上盘模具的俯视结构示意图。如图3所示，在两个第二陪磨围片12被挤压到位后，最终两个第二陪磨围片12与两个第一陪磨围片11围绕凹槽设置，形成一个矩形框，用于固定微透镜原料20。

紧固件14，用于将挤压片13固定在模具主体10上。

可选的，紧固件14可以为螺钉，也可以为螺栓和螺母。

进一步地，微透镜原料20在凹槽内呈蜂窝状或者类蜂窝状自适应密集排布，能够保证数百只透镜同时挤紧，从而在保证研磨面型的同时，提高微透镜原料的加工效率，降低生产成本。

可选的，若微透镜原料20的直径在1.40mm至2.00mm的范围内，凹槽内的微透镜原料的数量可以为300只至400只。可以理解的是，对于不同规格的微透镜原料20，凹槽内可摆放的微透镜原料的数量可以发生变化，本发明实施例对此不作具体限制。

另外，至少两个第一陪磨围片11、至少一个第二陪磨围片12，以及凹槽内密集排布的微透镜原料20可以固定、粘结成整体后从上盘模具中取下，其整体可以称为微透镜模组。

图4示出了本发明实施例提供的一种微透镜原料的局部排布示意图。如图4所示，微透镜原料20在凹槽内呈蜂窝状自适应密集排布，即微透镜原料20-1、20-2、20-3和20-4排为一排，微透镜原料20-5、20-6和20-7排为另一排，微透镜原料的排与排之间错位紧靠，如此排列可以使得中央的微透镜原料从周边获得6个方向的依靠，容易控制其挤紧姿态，便于保证微透镜原料的研磨角度。

考虑到微透镜原料之间存在直径公差，以及图4所示的排布方式存在单一模组的透镜装夹数量受限的问题，图5示出了本发明实施例提供的另一种微透镜原料的局部排布示意图。如图5所示，微透镜原料20在凹槽内呈类蜂窝状自适应密集排布，即微透镜原料20-1、20-2、20-3和20-4排为一排，微透镜原料20-5、20-6和20-7排为另一排，微透镜原料的排与排之间错位紧靠，同一排微透镜原料之间有微小缝隙。示例性的，微透镜原料的直径为1.8±0.005mm，微透镜原料20-1和微透镜原料20-2之间存在微小缝隙(例如0.02mm)，微透镜原料20-2和微透镜原料20-3之间也存在微小缝隙，微透镜原料20-5可以挤进微透镜原料20-1和微透镜原料20-2之间，微透镜原料20-6可以挤进微透镜原料20-2和微透镜原料20-3之间，从而产生自适应挤压的效果。微透镜原料20-1和微透镜原料20-2之间的缝隙可能与微透镜原料20-2和微透镜原料20-3之间的缝隙大小不等。如此排列可以使存在直径公差的微透镜原料都能与上下相邻的四只微透镜原料靠紧，从而使得整个微透镜模组都能挤紧。并且在保证微透镜原料研磨角度的同时，增加了单一模组的透镜装夹数量。

需要说明的是，本发明实施例提供的上盘模具可以制作各种规格的c-lens。结合图2可以看出，沿第一方向x设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角为0°。

沿第二方向y设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角在0°至20°的范围内。示例性的，沿第二方向y设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角不同，可以制作与轴线成不同倾斜角度的平面，如0°、4°、8°或者9°。

以沿第二方向y设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角为0°为例，图6示出了本发明实施例提供的一种上盘模具沿图1中bb’方向的截面结构示意图。考虑到上盘模具各部件本身的公差，沿第二方向y设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角可以为±0.2°，模具主体10的角度公差可以为±0.05°，以保证研磨完工后的c-lens的平端面与c-lens的轴向之间的垂直度达到±0.5°，即c-lens的平端面与c-lens的轴向之间的夹角在89.5°至90.5°的范围内。

以沿第二方向y设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角为8°为例，图7示出了本发明实施例提供的另一种上盘模具沿图1中bb’方向的截面结构示意图。考虑到上盘模具各部件本身的公差，沿第二方向y设置的第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与凹槽底平面垂线的夹角可以为8.0±0.2°，以保证研磨完工后的c-lens的平端面与c-lens的轴向之间的夹角在81.5°至82.5°的范围内。另外，从图7可以看出，模具主体10的槽边与凹槽底平面垂线的夹角也为8°，公差在±0.05°的水平，保证第一陪磨围片11和第二陪磨围片12与模具主体10凹槽贴合后的角度精度。

还需要说明的是，第一陪磨围片11、第二陪磨围片12和微透镜原料20的高度略高于模具主体10、挤压片13和紧固件14的高度，以便于研磨。

另外，凹槽的形状除了上述实施例所描述的矩形，还可以呈三角形。示例性的，若凹槽呈三角形，第一陪磨围片11的个数可以为两个，第二陪磨围片12的个数可以为一个，挤压片13的个数也为一个。

本发明提供一种上盘模具，包括模具主体、至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片、至少一个挤压片和紧固件。通过在模具主体的凹槽内密集排布微透镜原料，并利用第二陪磨围片和第一陪磨围片固定微透镜原料，使微透镜原料在凹槽内自适应密集排布，形成微透镜模组以便于后续的研磨。由于微透镜原料依靠机械手进行装夹，改变了依靠人工用镊子进行单件装夹的模式，节约了装夹时间；另外，微透镜原料在凹槽内自适应密集排布，一个模组的微透镜原料的数量可远远大于现有的约100只的微透镜原料的数量，例如直径1.4mm的微透镜原料数量可达300至400只，能够在保证研磨面型的同时，提高微透镜原料的加工效率，降低生产成本。

图8示出了本发明实施例提供的一种上盘设备的俯视结构示意图。该上盘设备包括：上盘模具1、原料盒2、机械手3和操控装置4。

从图8中可以看到，上盘模具1可以在上盘设备上利用上盘模具平移导轨50沿y轴方向移动，原料盒2可以在上盘设备上利用原料盒平移导轨51沿y轴方向移动，机械手3可以在上盘设备上利用机械手平移导轨52沿x轴方向移动，机械手3还可以在上盘设备上利用机械手平移导轨53沿z轴方向移动，机械手3包括吸嘴30，吸嘴30可从原料盒2中逐一吸取微透镜原料，并将微透镜原料摆放在模具主体1中部的凹槽中。可选的，上盘设备由可编程控制器plc操控，还可以包括安装有启动、急停功能的按钮。

图9示出了本发明实施例提供的一种在上盘模具上形成微透镜模组的方法的流程示意图，该方法适用于上述实施例所描述的上盘模具，上盘模具包括：模具主体、至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片、至少一个挤压片和紧固件。该方法包括如下步骤：

s101、从原料盒中逐一吸取微透镜原料，并将微透镜原料摆放在模具主体中部的凹槽中，其中，微透镜原料呈圆柱形，微透镜原料的球面一端靠近凹槽、待研磨一端远离凹槽。

具体的，上盘设备利用可移动的机械手带动吸嘴从原料盒中逐一吸取微透镜原料，并将微透镜原料摆放在模具主体中部的凹槽中。示例性的，一个原料盒可以容纳100个微透镜原料，微透镜原料是球面一端抛光完毕、另一端待研磨成平面的透镜胚料，微透镜原料的长度可以为4mm，待研磨成长度符合规格(如2mm)的c-lens。

可选的，可移动的机械手带动吸嘴从原料盒中逐一吸取微透镜原料时，微透镜原料的姿态不是垂直的，而是带有倾斜角度的，吸嘴的方向也是带有倾斜角度的，放进模具主体的凹槽中的姿态也是倾斜的，以保证取放微透镜原料的成功率。

s102、在微透镜原料摆放完毕后，安装至少一个第二陪磨围片和至少一个挤压片，第二陪磨围片在挤压片的挤压下与至少两个第一陪磨围片围绕凹槽设置，以使得微透镜原料自适应密集排布，其中，第二陪磨围片的个数等于挤压片的个数。

在微透镜原料摆放完毕后，可以利用机械手或者人工放置至少一个第二陪磨围片，并推动挤压片，使第二陪磨围片在挤压片的挤压下与至少两个第一陪磨围片围绕凹槽设置，在此过程中，微透镜原料能够自适应密集排布。

具体的，微透镜原料在凹槽内呈蜂窝状或者类蜂窝状自适应密集排布，能够在保证研磨面型的同时，提高微透镜原料的加工效率，降低生产成本。

s103、安装紧固件，将挤压片固定在模具主体上。

在本发明上述实施例的基础上，图10示出了本发明实施例提供的另一种在上盘模具上形成微透镜模组的方法的流程示意图，除了上述步骤s101-s103外，还包括s104或者s105和s106：

s104、将上盘模具放置在抛光盘上进行研磨。

步骤s104适用于将整个上盘模具放置在抛光盘上进行研磨的场景。在该场景下，为了提高研磨效率，可以将多个上盘模具放置在抛光盘上共同研磨。

s105、在至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片和微透镜原料上涂布固定材料。

固定材料为蜂蜡、松香、石蜡、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯中的任意一种或者多种的组合。

s106、将至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片和微透镜原料组成的微透镜模组从上盘模具上取下，并放置在抛光盘上进行研磨。

步骤s105和s106适用于仅将第一陪磨围片、第二陪磨围片和微透镜原料放置在抛光盘上进行研磨的场景。在该场景下，为了提高研磨效率，也可以将多个微透镜模组放置在抛光盘上共同研磨。图11示出了本发明实施例提供的一种抛光盘的俯视结构示意图。从图11中可以看出，抛光盘60上放置有多个微透镜模组61，可以同时磨抛数千只透镜。

相应的，在研磨完成后，还需要去除在至少两个第一陪磨围片、至少一个第二陪磨围片和微透镜原料上涂布的固定材料，以得到加工好的c-lens。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。