大直径菲涅尔透镜模具加工工艺的模拟实验研究

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大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望
大直径菲涅尔透镜模具加工是一项具有广泛应用前景的机械加工技术。

菲涅尔透镜模具通常用于聚焦太阳能光源、激光加工、显示技术以及图像传输等领域。

以下是该技术的发展现状和展望：
发展现状：
1. 数控加工技术：利用数控机床等先进设备对大直径菲涅尔透镜模具加工进行自动化生产，提高了加工精度和生产效率。

2. 新材料应用：利用陶瓷、光学玻璃等新材料制造透镜模具，增强其耐磨耐腐蚀性能，提高了透镜寿命与精度。

3. 精密加工技术：采用超精密加工技术，如电解加工、电抛光、电火花加工等，可以获得更高的加工精度和表面质量。

展望：
1. 大型制造：随着大型机械制造技术的不断发展，大尺寸菲涅尔透镜透镜模具的制造也将不断改进。

2. 复合材料应用：利用复合材料制造透镜模具，改善其抗振性和热稳定性能，减少变形和抗裂性。

3. 智能化制造：结合人工智能技术和成像传感技术，实现智能化制造，提高效率和精度。

综上所述，大直径菲涅尔透镜模具加工技术将在更广泛的领域得到应用，未来随着材料、制造技术的的不断拓展和完善，菲涅尔透镜模具加工技术将掀起更大的发展热潮。

大型菲涅耳透镜的设计和制造

第27卷第6期2001年11月光学技术OPT I CAL T ECHN IQU EVo l 27N o 6Nov 2001文章编号:1002 1582(2001)06 0499 02大型菲涅耳透镜的设计和制造杨力,阴旭,陈强,伍凡,吴时彬,刘云喜,高平起,许全益(中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209)摘要:介绍一种大口径六环组合光学玻璃大型菲涅耳透镜的光学设计原理、整体工艺方案、各个球面环带的工艺计算和加工方法;讨论了大型菲涅耳透镜的光学胶合以及整体扇型切割成型方法;给出了研制成功大型菲涅耳透镜的光学检测结果。

关键词:光学玻璃大型菲涅耳透镜;设计原理;工艺方案中图分类号:T H706 文献标识码:ALarge aperture Fresnel optical lens design and manufacturing YANG Li,YIN Xu,CH EN Qian,WU Fan,WU Shi bin,LIU Yu n xi,GAO Pin qi,XU Quan yi(I nstitute o f O ptics and Electronics,Chinese A cademy of Science,Chengdu 610209,China)Abstract:T he large aper ture six components F resnel optical lens design principle and overall manufacturing scheme ar e pre sented Calculating and fabr icating met hod for each spherical r ing are reported T he optical cement ing and final cutting method ar e discussed T he final testing results of the Fr esnel optical lens are givenKey words:Optical glass large aperture F resnel lens;design principle;manufacturing scheme1 前言在小尺寸范畴,采用塑料压形多环细齿菲涅耳透镜薄板技术已经成熟。

菲涅尔透镜、用于制造菲涅尔透镜的模具及其生产方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610627037.6(22)申请日 2016.08.03(71)申请人乐视控股（北京）有限公司地址 100025 北京市朝阳区姚家园路105号3号楼10层1102申请人乐视致新电子科技（天津）有限公司(72)发明人齐永红　郑旭君　(74)专利代理机构北京合智同创知识产权代理有限公司 11545代理人李杰(51)Int.Cl.B29C 45/26(2006.01)B23P 15/24(2006.01)G02B 3/08(2006.01)B29L 11/00(2006.01)(54)发明名称菲涅尔透镜、用于制造菲涅尔透镜的模具及其生产方法(57)摘要本发明实施例提供了一种菲涅尔透镜、用于制造菲涅尔透镜的模具及其生产方法，涉及光学技术领域。

该菲涅尔透镜包括菲涅尔面，所述菲涅尔面包括有效面和无效面；所述菲涅尔面的无效面经过了雾化处理，使得所述菲涅尔面的无效面的表面粗糙度得以提高，从而光线在所述菲涅尔的无效面的反射可以由镜面反射转变成漫反射，进而大幅降低了所述菲涅尔透镜引入的杂散光。

权利要求书1页说明书5页附图3页CN 106217776 A 2016.12.14C N 106217776A1.一种菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜包括菲涅尔面，所述菲涅尔面包括有效面和无效面；所述菲涅尔面的无效面经过了雾化处理，以减少所述菲涅尔透镜引入的杂散光。

2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔面的无效面的粗糙度为0.8～1.2微米。

3.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜的拔模角为3～8度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的菲涅尔透镜，其特征在于，用于虚拟现实头戴显示设备中。

5.一种用于制造菲涅尔透镜的模具，其特征在于，所述菲涅尔透镜包括菲涅尔面，所述菲涅尔面包括有效面和无效面；所述模具中用于形成所述菲涅尔面的无效面所对应的表面的粗造度满足预设粗糙度范围，以实现对所述菲涅尔面的无效面的雾化处理。

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

ＧＵｉ－ｉｎＣＮｈ— ｅ，ＡＯＣｅｇｇｏ，ＡＮＧＷｅ－ｈｎＡＮＪａｌｇ，ＨＥＺｉｄＣｈｎ－ｕＷａｎｃａｇ
（ＣｌｇｆｃａｉｌｎｌｃｏｉＡｐｉａｏ，ｅｉｇＵｉｅｓｙｆｅｈｏｇ，ｅｉｇ１０２，ｈｎ）。ｏｌｅｏＭｅｈｎｃｄＥｅｔｎｃｐｌｔｎＢｉｎｎｖｒｉＴｃｎｌｙＢｉｎ０１４Ｃｉａｅａａｒｃｉｊｔｏｏｊ
涅尔透镜模具加工的研究现状，展望了其未来的发展方向。ｊ
关键词：大直径；菲涅尔透镜；模具；超精密￣－；ｊｒ机床ａ
｛
【ｂｔｃ】ａｅｉｅｒｒｎｌｅｓｓｉＺｕｅｌｐｗｒｔｉ，ｅＬｐｏｃｎｄ一｛ＡｓａｔＬｒａｔｅｅｌｄｙｓｄｉｓａｏｅｓｔｎ￡ＰｒｅｔｉｒｇｄｍｅＦｓｎｉｗｅｎｏｒａｏ＾Ｄｊｉｓｏｐａｄｔｒ￣ｄ，ｔｈｏｌｐｏｅｓｇａｕｃｒｇｓｉｗｈｉｅｅａｈｉｕｍｎｊｌａｈｆＩｙｅｕｄｒｓｎｎｆｔｉｆｕ．ｍｄｔｃｉｎｅｉｅｔｙｎｏｅｓｅｔｍｃｉｍａｕｎｉｄｆＡｔａｈｍｎｇｑｐ
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菲涅尔透镜加工工艺

菲涅尔透镜加工工艺
菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯特·菲涅尔发明的一种具有角轮廓的透镜。

它的
外形看起来像一堆同心圆圆环，而不是传统的曲面透镜。

菲涅尔透镜由于具有极高的光学效率和简单制造工艺而被广泛应用。

它通常用于各种
应用中，例如车灯、手持灯、信号灯、灯塔等等。

第一步：制作模具
制作菲涅尔透镜的第一步是制作一个透镜模具。

这个模具通常由玻璃、石膏、硅胶等
制成。

根据透镜的尺寸和要求，模具的外形应与透镜的轮廓相对应。

第二步：制作透镜轮廓
制作透镜轮廓是菲涅尔透镜加工的关键步骤。

在玻璃板上，首先用铅笔或钻头画出同
心圆。

然后，用工业级铣床根据圆形切割刀具切削出透镜的轮廓。

第三步：抛光透镜
在制作完透镜轮廓后，需要进行透镜的抛光。

这可以通过机械抛光或手工抛光来完成。

在抛光过程中，透镜必须保持平整，以确保不会形成任何扭曲或凸缘。

第四步：涂层和表面处理
透镜制作完成后，需要对其进行涂层和表面处理。

这可以减少反射和折射，并确保透
镜在不同环境下（例如高温或湿度）下保持稳定。

涂层通常由金属或其他优质材料制成。

第五步：修整透镜边缘
最后一步是修整透镜边缘。

这可以使透镜适合不同的安装环境，并确保在安装期间不
会出现过多的漏光。

总之，要在生产中制造高质量的菲涅尔透镜，需要密切合作的工具和有经验的技术人员。

通过选用最合适的材料和工艺，确保生产出优质的菲涅尔透镜。

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望关佳亮;陈志德;曹成国;汪文昌【摘要】The development of large diameter Fresnel lens mould is deeply analyzed and further development ofrnlarge diameter Fresnel lens is discussed detailedly.%针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】4页(P37-40)【关键词】大直径;菲涅尔透镜;模具;超精密加工;机床【作者】关佳亮;陈志德;曹成国;汪文昌【作者单位】北京工业大学机电学院,北京100124;北京工业大学机电学院,北京100124;北京工研精机有限公司,北京101312;北京工业大学机电学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TH6菲涅尔透镜具有不逊于传统透镜的光学聚焦和光学成像性能，因其质量轻、厚度薄、口径大、结构紧凑等优点，在太阳能热水器、太阳能电站及显像领域有着广泛的应用［1－2］。

太阳能作为一种清洁能源，其开发利用已经受到人们的普遍重视。

目前，全球投入使用的太阳能发电站装机容量约有700 MW，在建项目1 200 MW，已经宣布建设的装机容量则为1.26万MW。

大直径菲涅尔透镜作为集热元件，是太阳能热发电系统的重要组成部分。

另外，激光背投电视在国外已经逐步成熟，其颜色表现能力是平板电视的2～3倍，消耗的电能为现有液晶电视的1/2，等离子电视、传统电视机的1/3。

一条背投电视生产线的造价仅为液晶的几十分之一，而且生产过程非常环保。

激光背投电视的核心部件显示屏为菲涅尔透镜，其规格尺寸逐步增大。

随着太阳能电站的发展和背投电视进入家庭，对大直径菲涅尔透镜的市场需求将会越来越大。

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

入家庭，大直径菲涅尔透对镜的市场需求将会越来越大。目前，直径菲涅尔透镜的制造，要通过超精密大主金刚石车削加工技术加工出模具，用模压成型工艺利制作大直径菲涅尔透镜Ｊ图１菲涅尔透镜模具。为
屏为菲涅尔透镜，其规格尺寸逐步增大。随着太阳能
太阳能作为一种清洁能源，开发利用已经受到其
人们的普遍重视。目前，球投入使用的太阳能发电全
站装机容量约有７０ＭＷ，０在建项目１００ＭＷ，２已经宣
ＳｅｉＩｅｏＩｐｃａＲＤｒｓ
综
述
大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望
关佳亮① 陈志德① 曹成国② 汪文昌①
（北京工业大学机电学院，京１０２；北京工研精机有限公司，京１１１） ① 北０１４ ② 北０３２
（Ｂｉｇｒｉｏａｈｅ＆ＥｇｅｒｇｅａｈＣ．Ｌｄ。ｅｉ１１，Ｈ￣ｅｉｅｓｎＭｃｉｒ）ｊＰｃｉｎｎｙｎｉｅｎｓｒｏ，ｔＢｉｇ１３２ＣＮ）ｎｉＲｅｃ．ｊ０ｎ
Ａｂｓｒｃ：ＴｅｅｏｔａｔｈｅｄｖｌｐｍｅｔｏａｇｉｍｅｅｅｎｌｌｎｓｍｏｌｓｄｅｌｎｌｚｄａｄｆｒｈｒｄｖｌｐｎｆｎｆｌｒｅｄａｔｒＦｒｓｅｅｕｄｉｅｐｙａａｙｅｎｕｔｅｅｅｏｍｅｔｏｌｒｅｄａｔｒＦｅｎｅｅｓｉｉｃｓｅｔｉｄｙａｇｉｍｅｅｒｓｌｌｎｓｄｓｕｓｄｄｅａｌｌ．ｅＫｅｗｏｄｓ：Ｌａｇａｔｒ；Ｆｅｎｅｅｓ；ＭｏｌｙｒｒｅＤｉｍｅｅｒｓｌＬｎｕｄ；ＨｉｈＰｅｉｉｎＭａｈｎｎｇｒｃｓｏｃｉｉｇ；ＭａｈｉｅＴｏｌｃｎｏ

菲涅尔透镜的微注塑实验研究

厚透镜的焦点上…。传统的菲涅尔透镜主要使用光
学玻璃制成，生产工艺复杂、工精度稳定性不高、加
无法形成批量生产，因而造成菲涅尔透镜价格较高，严重限制了其在各个领域进一步的应用。聚合物材料具有密度小、质轻、比强度／比刚度高、耐腐蚀等优点，且价格低廉、种类繁多，在微光学镜头及其它微小器件的制作中，已逐步取代光学玻
缩是比较常见且无法避免的成型缺陷，因而将翘
曲变形量和成型收缩率作为评价指标。（实验因素与水平的确定２）ｊ
依据前期菲涅尔透镜微注塑准备试验结果以及Ｍｏｆｗ对注塑材料库的指导，ｌｏ、熔体温度（）、注射速率（、Ｃ）保压压力璃等材料。微注塑作为聚合物微结构成型的主要成（、Ｄ）保压时间（）、冷却时间（），其水平取值如表型工艺，由于几乎不受塑料件几何形状的限制，制造工艺简单，生产成本低，易于实现大批量生产与自动化生产』因此微注塑被认为是复杂型面微透镜未，来能够被广泛应用的关键技术之一。由于微注塑的成型过程影响因素较多，工艺复
法不仅需要花费较长的时间同时需要操作人员具有深厚专业知识和经验，存在着试模时间长、物料浪费严重及工作效率低等缺陷Ｊ。
上述水平分布的特点是各个因素水平之间的
间隔合适，都在可调范围内，并依据实际微注塑经
验，具有一定的可信度，不至于因素水平差异过大导
杂，现在还没有成熟的理论能指导微注塑生产，因此

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１．２加工原理
限公司实际生产条件，自行设计一套模拟实验工艺系
统。实验数据采集系统包括ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器，振动
加速度传感器。模具材料为Ｈ６２黄铜圆盘，直径为
１００ｍｍ，Ｈ６２黄铜力学性能如表１所示。
２．２进给量对Ｊｊｕ－ｒ过程动态平稳性的影响
进给量是切削工艺参数中的重要元素，决定了工
件的加工精度和表面粗糙度。进给量的大小要根据工件材料，刀具几何参数和机床刚性等因素合理选择。实验采用单因素法，切削速度＝１２０ｍ／ａｒｉｎ，改
１实验条件及加工原理
１．１实验条件
２实验研究
菲涅尔透镜模具加工模拟实验采用聚晶金刚石车刀，以卧式数控车床为平台，参考德州宇影光学仪器有
本次模拟实验以卧式数控机床ＣＪＫ一１６３０为平
由图２可以看出，主轴转速的变化对刀具振动变化的影响不大；主轴转速在１８０～４５０ｒ／ｍｉｎ时，主轴振动幅值较小，当主轴转速大于４５０ｒ／ｍｉｎ时，主轴振动幅值增大，对加工状态的影响较大。
１一主轴；２一Ｈ６２黄铜；３一车刀；４一加速度传感器５一刀具加工角度调整装置；６一电动刀架。
转速凡＝１８０、２６０、３６０、４５０、９５０、１４００、２０００ｒ／ｍｉｎ。
本实验属于基础模拟研究。根据菲涅尔透镜结构特征，参考生产实际加工条件，设计了一套大直径菲涅尔透镜模具加工的模拟实验装置。实验中以环形直角锯齿沟槽特殊结构为加工目标，尺寸特征为深度ｈ＝０．５ｍｍ，倾斜角度０＝６４。。研究主轴转速、进给量、切削速度对环形直角锯齿沟槽特殊结构加工过程动态平稳性的影响规律，优化合理的切削工艺参数，达到提高加工过程动态平稳性的目地，为菲涅尔透镜模具加工提供理论依据。模拟实验工艺系统如图１所示。Ｈ６２黄铜盘装卡在机床主轴上，加工角度调整装置装卡在
８．４ｌＯ５３００ｌ５Ｏ４０
疲劳极限一，／ＭＰａ
１２０
崩刃），从而降低刀具耐用度
，影响模具加工效率
电动刀架上。通过加工角度调整装置使刀具切削刃动刀具对
台，根据菲涅尔透镜结构特征设计了加工角度调整装置。实验采用住友聚晶金刚石刀具，模具材料为Ｈ６２黄铜，数据采集系统包括Ｂ＆Ｋ４５０７Ｂ ’ ００４加速度传感器（灵敏度９５．８ｍｖ／ｇ），ＮＩ９２３４数据采集卡，Ｌａｂ－ＶＩＥＷ虚拟仪器，利用Ｍａｔｌａｂ软件对采集的数据分别进行时域和频域分析。
Ｔｅｃｈｎ０ＩｏｇｙａｎｄＴｅｓｌ工艺与检测
表１１＂１６２黄铜力学性能
名称
黄铜
合金符号
Ｈ６２
密度／（ｇ／ｃｍ）弹性模量Ｅ／ＧＰａ抗拉强度ｆ，６／ＭＰａ屈服强度０２／ＭＰａ伸长率６／（％）
性，保证菲涅尔透镜模具加工表面质量。
铜盘端面进行直角锯齿沟槽结构加工。加速度传感器粘贴在刀杆和机床主轴上，通过数据采集系统采集主轴振动信号和刀具振动信号，利用计算机系统进行数
据分析
２．１主轴转速对Ｊｊｎ－ｒ过程动态平稳性的影响
主轴转速的选择要充分考虑机床动特性，减小主
轴振动对加工状态的影响。实验采用单因素法，切削
速度＝１２０ｍ／ｍｉｎ，进给量ｆ＝１．２Ｉｘｍ／ｒ，改变主轴
记录主轴振动和刀具振动情况，如图２所示。
Ｏ．２
Ｏ．１５
Ｏ１
Ｏ．Ｏ５
Ｏ
１１＝
１８Ｏ２６０３６０４５０９５０１４００２０００
主轴转速／（ｒ／ｍｉｎ）
图２主轴振动和刀具振动随主轴转速变化图
和表面质量。本文通过大直径菲涅尔透镜模具加工工艺的模拟实验，进行切削工艺参数对环形直角锯齿沟槽特殊结构的加工过程动态平稳性影响规律的研究，优化合理的切削工艺参数，以提高加工过程动态平稳