[实用新型]一种宏观光感应微阵列热压成型的实时控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及微透镜阵列聚合物基板热压微成型在线监控和智能故障诊断技术，具体涉及一种基于热压微阵列微成型的高效率和高精度的实时控制装置。

背景技术

高精度的微阵列结构基板可以应用于LED照明、微流控芯片、光伏发电、光电子等领域。微透镜阵列聚合物基板的低成本制造是产业化的主流。关键技术是如何快速将微米乃至纳米阵列结构形貌高精度复制到光学透镜阵列的聚合物基板表面。目前，微阵列形貌检测采用物理探针法和白光干涉法，但若检测宏观表面的微阵列成型精度会带来极低的工作效率，且无法在线检测识别。因此，在产品热压成型加工的生产过程中急需加入宏观表面的在线检测，实时调整热压成型工艺参数，实现微透镜阵列结构表面的宏观产品精密制造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有热压微阵列成型形貌检测方法效率低的缺点，提供一种宏观光感应微阵列热压成型的实时控制装置，该方法与装置可在线检测透明聚合物板表面微结构成型深度，并智能自主地调整工艺参数，实现宏观产品表面微阵列在热压成型过程中的智能控制，从而较大幅度地降低生产成本、人工调试的时间成本，同时提高加工质量和效率。

本实用新型实现上述目的的技术方案为：

一种宏观光感应微阵列热压成型的实时控制装置，包括设置在热压设备下模板上的光感应系统、实时分析及控制系统，所述的光感应系统包括光源、在线光感应器、夹具，所述的夹具固定在下模板上，所述的光源、在线光感应器固定在夹具上，其中，所述光源相对透明聚合物板厚度方向的入光面设置，在线光感应器分别相对透明聚合物板入光面的对面和两侧面设置，并与实时分析及控制系统电路连接；所述的实时分析及控制系统通过电路分别连接光源、在线光感应器及热压设备PLC,用于根据在线光感应器实时检测的光照调节热压设备的热压参数。

进一步地，所述的光源为LED灯条。

进一步地，所述在线光感应器与透明聚合物板的距离为10～30mm，其照度L最大为400000Lux，最小分辨率为0.01Lux。

进一步地，所述在线光感应器为数字照度计。

本实用新型的工作原理是：在热压成型过程中，即使采用相同表面结构的热压模芯，使用不同工艺参数加工的透明聚合物板表面微结构的成型高度亦会有所不同。当光束通过具有不同成型高度微阵列结构的透明聚合物板时，由于其宏观表面微阵列成型结构改变光束传播方向和路径，透明聚合物板另几侧所接收的照度会相应改变。利用多个方向实时采集的光感应大数据进行数据融合、特征化，与原始经验数据库进行比对，判断宏观薄板表面的微阵列高度、宏观成型质量，并预测宏观形变，而不需要压力、温度、位置等传感器及其闭环控制，直接优化热压微成型工艺及参数，判断和预测设备故障。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1.本实用新型通过利用在线光感应系统实时监测照度变化，实时反映出透明聚合物板表面微阵列的高度变化情况及加工后透明聚合物板的宏观形变情况，相较于使用轮廓仪检测轮廓形状及人工观察宏观形变的现状，极大地提高了观测效率，缩短调试周期，从而降低了用于检测的人力物力时间成本；

2.本实用新型通过利用实时分析及控制系统对在线光感应器的数据进行数据融合、特征化和比对，实时智能地调整工艺参数，实现了对产品宏观表面微阵列成型效果的自适应控制，从而降低了生产成本，提高了加工质量和效率；

3.本实用新型通过实时分析及控制系统对工艺参数进行智能选择和调整，不需要压力、温度、位置等传感器及其闭环控制，直接优化热压微成型工艺及参数，判断和预测设备故障。

附图说明

图1为光感应系统的连接示意图。

图2为光线在无微结构的透明聚合物板中的光路图。

图3为光线在有微结构的透明聚合物板中的光路图。

图4为光学模拟仿真结构示意图。

图5为透明聚合物板微结构成型高度与光源对侧照度之间关系的光学仿真结果图(包括散点仿真结果及拟合曲线)。

图6为典型的热压成型过程照度-时间曲线图。

图7为透明聚合物板微结构成型高度与光源对侧照度之间关系的实验结果图(包括散点实验数据及拟合曲线)。

图中：1-在线光感应器；2-夹具；3-光源；4-入射光线；5-透明聚合物板；6-微结构；7-光源模型；8-透明聚合物板模型；9-钢材质的上下模板模型；10-接收面模型；12-下模板。

具体实施方式