一種曲面復眼透鏡的制作方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種曲面復眼透鏡的制作方法及裝置，具體涉及一種基于微滴噴射與光固化技術在曲面基底上獲得復眼透鏡的制作方法及裝置。
【背景技術】
[0002]曲面仿生復眼具有體積小、重量輕、視場大、靈敏度高等優(yōu)點，在軍事、醫(yī)療、航天航空、特殊目標搜索與跟蹤、身份識別、測速和均勻照明等領域都有廣闊的應用前景，其中，曲面復眼透鏡的制作是實現(xiàn)仿生復眼成像系統(tǒng)上述優(yōu)點的關鍵技術。
[0003]曲面復眼透鏡的制作瓶頸主要體現(xiàn)在如何在曲面基底上實現(xiàn)微透鏡陣列的制造。傳統(tǒng)的曲面復眼透鏡制作技術，采用單個小眼透鏡獨立制作，然后拼接組合成曲面排布的微透鏡陣列，其制造過程復雜、效率低、而且裝調(diào)困難，難以實現(xiàn)小型化和集成化?，F(xiàn)有較為先進的曲面復眼透鏡制作技術:如直接加工法，采用特殊設備在三維曲面基底上直接進行激光刻蝕或單點金剛石加工，實現(xiàn)微米級復眼透鏡制造，但工藝復雜，效率低，成本高。薄膜變形法是基于光刻技術首先在彈性材料的基底上制作平面復眼透鏡，然后通過氣壓差使得基底薄膜產(chǎn)生變形，從而獲得曲面復眼透鏡，由于密封性能及基底變形程度等原因，導致無法獲得精確的曲率和較為復雜的形狀。因此，曲面復眼透鏡的高效率、高精度及低成本的制作技術，已成為目前制約人工曲面復眼發(fā)展和應用的瓶頸。
[0004]另一方面，利用噴射點膠技術制造微透鏡陣列操作簡單、高效率，例如于2013年8月28日授權公告的公告號為CN102253437B、名稱為“一種微透鏡陣列的制備方法”的中國發(fā)明專利，然而利用該技術制造的微透鏡陣列只僅能實現(xiàn)平面微透鏡的制造，仍然無法突破在曲面基底上直接成型微透鏡陣列的屏障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有曲面復眼透鏡制作技術中存在的上述不足，提供了一種利用微滴噴射和光固化技術實現(xiàn)在曲面基底上制作曲面復眼透鏡的方法及裝置，通過該方法及裝置制作曲面復眼透鏡具有操作簡單、高效率、高精度和低成本等優(yōu)點，且可根據(jù)需要獲取具有不同曲率及形狀的曲面微復眼透鏡。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術解決方案是:
一種曲面復眼透鏡的制作方法，將欲加工的曲面基底固定在一個可以在三維空間內(nèi)多軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺上；調(diào)節(jié)曲面基底與噴射裝置的噴嘴之間的相對位置，令噴嘴沿法線方向正對曲面基底頂部的外表面；啟動噴射裝置，在曲面基底外表面的頂部形成微液滴，再利用光固化裝置使該微液滴固化為微透鏡；之后，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，將曲面基底的下一個噴射工位旋轉(zhuǎn)至頂部，經(jīng)過微滴噴射及光固化再次形成微透鏡；最后，按照事先規(guī)劃好的噴射路徑如此循環(huán)操作，在整個曲面基底的外表面形成按照一定規(guī)則排列的微透鏡陣列，即為所述曲面復眼透鏡。
[0007]優(yōu)選地，該制作方法利用CCD圖像傳感器采集曲面基底的圖像，通過控制系統(tǒng)處理得到曲面基底頂點的坐標，以此為依據(jù)將所述噴嘴沿法線方向正對曲面基底頂部的外表面。
[0008]一種曲面復眼透鏡的制作裝置，包括框架、用于固定欲加工的曲面基底的轉(zhuǎn)臺、直接或間接安裝在框架上可帶動轉(zhuǎn)臺在三維空間內(nèi)多軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置、安裝在框架上位于轉(zhuǎn)臺上方的噴射裝置、安裝在框架上也位于轉(zhuǎn)臺上方的光固化裝置以及控制系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選地，進一步包括可帶動旋轉(zhuǎn)裝置及其上轉(zhuǎn)臺或者噴射裝置平移或升降的XY運動平臺或/和Z軸升降平臺；還包括CCD圖像傳感器，該CCD圖像傳感器安裝在所述框架上，位于所述轉(zhuǎn)臺的上方，其用以采集所述曲面基底的圖像，并將該圖像傳輸給控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)處理得到曲面基底頂點的坐標。
[0010]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)裝置包括至少兩根伸縮機構、旋轉(zhuǎn)工作臺以及旋轉(zhuǎn)電機；每根伸縮機構的下端直接或間接鉸接安裝在框架上，上端鉸接在旋轉(zhuǎn)工作臺上，且各根伸縮機構在圓周方向均勻分布，該伸縮機構包括固定桿及可相對固定桿伸縮的移動桿；該旋轉(zhuǎn)電機的定子部分與所述的旋轉(zhuǎn)工作臺連接，動子部分與所述的轉(zhuǎn)臺連接。
[0011]優(yōu)選地，所述的伸縮機構進一步包括可起到導向作用的導向桿。
[0012]優(yōu)選地，所述的伸縮機構通過一直線電機實現(xiàn)伸縮，該直線電機的定子即為所述的固定桿，該直線電機的動子即為所述的移動桿，且該直線電機的定子通過一個鉸鏈直接或間接連接在框架上，該直線電機的動子通過一個球鉸鏈連接在所述的旋轉(zhuǎn)工作臺上。
[0013]優(yōu)選地，所述的XY運動平臺安裝在所述框架上，所述的旋轉(zhuǎn)裝置安裝在該XY運動平臺上，該XY運動平臺用以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)裝置在X、Y方向上的移動；所述的Z軸升降平臺安裝在所述框架上，所述的噴射裝置安裝在該Z軸升降平臺上，該Z軸升降平臺用以實現(xiàn)該噴射裝置沿著Z向進行運動。
[0014]優(yōu)選地，所述的轉(zhuǎn)臺上安裝有一個用以裝夾曲面基底的裝夾機構，該裝夾機構采用特殊夾具或者真空吸盤；該真空吸盤可以作為所述的轉(zhuǎn)臺。
[0015]一種根據(jù)上述裝置制作曲面復眼透鏡的制作方法，包括如下步驟:
首先，進行裝夾，將清洗干凈的曲面基底裝夾在所述轉(zhuǎn)臺上；
其次，進行初始定位，在初始定位過程中，控制系統(tǒng)的計算機控制各伸縮機構的電機驅(qū)動器，使各直線電機工作，保證曲面基底的頂點處的法線剛好沿豎直方向；然后利用CCD圖像傳感器采集曲面基底的圖像，通過計算機處理得到曲面基底頂點的坐標，計算機控制XY運動平臺的XY直線電機工作，保證曲面基底的頂點正好位于噴射裝置的噴嘴下方；接著，由計算機控制Z軸升降平臺的Z電機驅(qū)動器，使Z軸升降平臺的Z伺服電機工作，保證噴嘴距離曲面基底頂點的高度合適；
第三，噴射與固化，在單個微透鏡噴射及固化過程中，系統(tǒng)根據(jù)噴射軌跡判斷下一個噴射位置，計算機控制旋轉(zhuǎn)裝置、XY運動平臺及Z軸升降平臺的電機驅(qū)動器，使對應的驅(qū)動電機工作，保證微滴噴射模塊噴嘴在適合高度上沿曲面基底法線方向噴射形成微液滴，然后控制光固化模塊形成微透鏡；最后所有位置的微滴噴射與光固化完成后，即可得到所述曲面復眼透鏡。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1.本發(fā)明通過設置可以在三維空間內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺，帶動曲面基底轉(zhuǎn)動，使曲面基底的各個噴射工位可以按照預定的軌跡旋轉(zhuǎn)到噴射裝置的噴嘴下方，從而可以利用微滴噴射及光固化技術結合多軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺制作曲面復眼透鏡，不僅操作簡單、周期短、精度高，而且制作成本低廉。
[0017]2.本發(fā)明可以根據(jù)需要選擇不同曲率及形狀的基底材料，滿足各種特殊曲面復眼透鏡的制作要求，具有良好的適應性及穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明所述曲面復眼透鏡制作裝置的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明所述曲面復眼透鏡制作裝置的控制系統(tǒng)示意圖；
圖3是本發(fā)明所述曲面復眼透鏡制作流程示意圖；
圖4是曲面復眼透鏡排列方式示意圖一；
圖5是曲面復眼透鏡排列方式示意圖二 ；
圖6是本發(fā)明加工其中一種曲面復眼透鏡微滴噴射軌跡示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
[0020]本發(fā)明所揭示的是一種曲面復眼透鏡的制作方法，具體步驟為:將欲加工的曲面基底固定在一個可以