簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳必凱
Pi-Kai Chen
論文名稱: 閉迴路微射出壓縮成形於複合式光學元件製作之研究
Research on Closed-Loop Micro Injection Compression Molding of Hybrid Optical Elements
指導教授: 陳炤彰
Chao-Chang A. Chen
口試委員: 郭中豐
Chung-Feng Jeffrey Kuo
江茂雄
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 154
中文關鍵詞: 微射出壓縮成形閉迴路控制複合式光學元件微結構複製率壓電致動器
外文關鍵詞: Micro injection compression molding, Closed-loop control, Hybrid optical elements, Groove filling ratio (GFR), Piezoelectric actuator.
相關次數: 點閱:399下載:12
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

本研究發展一閉迴路微射出壓縮成形技術,並探討多尺度複合式光學元件之Fresnel繞射結構複製性。研究中以LabVIEW與電腦系統建立一控制發展平台,在此平台上控制器的設計、模擬與應用皆可整合於同一架構下完成。模穴壓力控制則採用PI控制法則,以LabVIEW實現之,並比較模擬和實驗結果。在複合式光學元件製造部份,本研究使用FANUC ROBOSHOT α15-ίA全電式射出成形機及Asahi Kasei 80NH PMMA塑料進行實驗,由實驗結果可用已發展之模穴壓力控制方法將複合式光學元件以閉迴路微射出壓縮成形技術製造,並在模穴壓力響應比對上,模擬分析結果與實際射出充填結果相似,最後實驗結果顯示出閉迴路微射出壓縮成形技術,在模具溫度100°C時,可提高微結構轉寫率達98.27%。未來可應用於含有微結構與非球面表面之光學元件,以提高模造光學元件之光學性質。


This research is to develop a novel Closed-Loop micro injection compression molding (CLMICM) process for fabricating the multi-scale hybrid optical elements with Fresnel diffraction structure. The research adopts the LabVIEW and PC-Based control system to construct a controller developing platform. In this Study performance analysis, controller design, simulation, and system application have been completed and tested on this platform. The cavity pressure controller uses a mold-based PI controller for closed-loop control scheme. Experimental results have demonstrated the feasibility of the proposed system. Results show that the HOEs can be fabricated successfully by the CLMICM. The cavity pressure response is similar as show in simulation and experiment. Moreover, the groove filling ratio (GFR) has been achieved as 98.27% by CLMICM with mold temperature 100°C. Further research focuses on the CLMICM for optical elements with micro structures and aspheric surface to increase the optical performances.

摘 要 I Abstract II 致 謝 III 目 錄 IV 圖目錄 IX 表目錄 XV 第一章 導論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 4 1.3 研究方法 6 1.4 論文架構 7 第二章 文獻回顧 9 2.1 射出壓縮成形相關文獻回顧 9 2.2 壓電致動器控制相關文獻回顧 14 2.3 相關文獻回顧總結 18 2.4 相關專利回顧 23 第三章 閉迴路微射出壓縮成形 25 3.1 傳統射出壓縮成形(ICM)製程 26 3.2 模內微壓縮成形(IMMC)製程 30 3.3閉迴路微射出壓縮成形(CLMICM)製程 35 3.3.1 CLMICM動態建模 37 3.3.2 PID閉迴路控制理論 42 3.3.3 CLMICM控制器設計與模擬 46 3.4模穴壓力控制 56 第四章 實驗設備與規劃 59 4.1 實驗設備 61 4.1.1 光學設計與模仁加工 61 4.1.2 模具設計 64 4.1.3 射出成形設備 69 4.1.4 閉迴路射出壓縮成形製程設備 71 4.1.5 模溫控制設備 73 4.1.6 控制系統 74 4.1.7 量測設備 75 4.2 控制方法 78 4.2.1 閉迴路微射出壓縮成形控制 78 4.2.2 控制電路配置與程式介面 79 4.2.3 模具設置 84 4.3實驗參數與實驗流程設定 85 4.3.1 取樣方法 85 4.3.2 實驗參數設定 85 4.3.3 實驗步驟設定 86 4.4 複合式光學元件成形檢測 89 4.4.1 Fresnel微結構複製性量測 89 4.4.2 殘留應力之光彈量測 92 第五章 實驗結果與討論 94 5.1 閉迴路微射出壓縮成形(CLMICM)實驗 95 5.1.1 CLMICM實驗規劃 95 5.1.2 CLMICM實驗結果分析 99 5.2 微結構複製率 109 5.2.1 模仁量測 109 5.2.2 微結構複製率 111 5.2.3 微結構複製性觀察 115 5.3 殘留應力之光彈量測 116 5.4 結果與討論總結 117 第六章 結論與建議 119 6.1 結論 119 6.2 建議 120 參考文獻 122 附錄A 射出機FANUC ROBOSHOT α15-iA 128 附錄B 壓克力塑料特性表Asahi Delpet 80NH 129 附錄C 石英壓力感測器KISTLER 9204B 130 附錄D 壓電致動器Piezomechanik PSt 150/20/36 131 附錄E 多功能訊號擷取控制卡NI-PCI 6221 132 附錄F 表面輪廓量測儀規格 133 附錄G 實驗模具BOM 134 附錄H-1 實驗模具設計圖 135 附錄H-2 實驗模具設計圖 136 附錄H-3 實驗模具設計圖 137 附錄H-4 實驗模具設計圖 138 附錄H-5 實驗模具設計圖 139 附錄H-6 實驗模具設計圖 140 附錄I-1 Fresnel 微結構量測資料 141 附錄I-2 Fresnel 微結構量測結果 146 作者簡介 154

[1]李豐吉,"多尺度複合式光學元件射出成形研究",國立台灣科技大學,機械工程研究所碩士論文,2009。
[2] W. Knappe and A. Lampl, "Optimum Processing Conditions In The In Jection/Compression Moulding Of Thermoplastics," Kunststoffe - German Plastics, Vol.74 (1984)
[3] G. Klepek, "Moulds For Manufacturing Optical Lenses," Kunststoffe, German plastics, Vol.77 (1987)
[4] S. Y. Yang and M. Z. Ke, "Influence of Processing on Quality of Injection Compression Molding Disks," Polymer Engineering and Science, Vol.35 (1995)
[5]陳永徵,"射出壓縮成型製程特性暨雙折射率差值模擬計算與量測",中原大學,機械工程研究所博士論文,1998。
[6]廖俊郎,"射出壓縮成型對微型製品光學品質之影響研究",國立雲林科技大學,機械工程技術研究所碩士論文,2000。
[7]陳宗平,"微射出模溫控制系統及微結構轉寫能力探討",國立台灣大學,機械工程研究所碩士論文,2001。
[8]簡惠民,"不等行程射出壓縮應用於楔形板件及表面微結構成型性探討",國立台灣大學,機械工程研究所碩士論文,2002。
[9] C. Yan, M. Nakao, T. Go, K. Matsumoto and Y. Hatamura, "Injection molding for microstructures controlling mold-core extrusion and cavity heat-flux," Microsystem Technologies, Vol.9 (2003)
[10]張宏榮,"微射出壓縮成型於背光模組導光板微結構之研究",龍華科技大學,機械工程學系碩士論文,2004。
[11]W. B. Young, "Effect of process parameters on injection compression molding of pickup lens," Applied Mathematical Modelling, Vol.29 (2005)
[12]高旭麒,"繞射光學元件微射壓成形之研究",國立台灣科技大學,機械工程研究所碩士論文,2006。
[13] W. Michaeli, S. HeBner , F. Klaiber and J. Forster, "Geometrical Accuracy and Optical Performance of Injection Moulded and Injection-compression Moulded Plastic Parts," CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol.56 (2007)
[14]林先明,"複合式光學元件微射壓成形之研究",國立台灣科技大學,機械工程研究所碩士論文,2008。
[15] S. H. Lee, S. Y. Kim, J. R. Youn and B. J. Kim, "Warpage of a Large-Sized Orthogonal Stiffened Plate Produced by Injection Molding and Injection Compression Molding," Journal of Applied Polymer Science, Vol.116 (2010)
[16] T. S. Low and W. Guo, "Modeling of a Three-Layer Piezoelectric Bimorph Beam with Hysteresis," IEEE of Journal Microelectromechanical Systems, Vol.4 (1995)
[17] J. M. T. A. A. Han, L. d. K. Willem and B. Reinder, "Modeling Piezoelectric Actuators," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.5 (2000)
[18]陳承賢,"線性步進馬達結合壓電致動器之次微米定位控制",國立中興大學,機械工程研究所碩士論文,2000。
[19]張瑛淑,"智慧型長行程次微米之氣壓-壓電定位系統設計及控制",國立台灣科技大學,工程技術研究所自動化及控制學程碩士論文,2002。
[20]陳信達,"壓電致動器之適應控制",國立台灣科技大學,機械工程研究所碩士論文,2004。Sin- Da Chen, " Adaptive Control of Piezoelectric Actuators,"National Taiwan University of Science and Technology, "Mechanical Engineering Research Institute Master's thesis,(2004)
[21]謝明峰,"應用模糊自調式比例積分微分控制器於壓電致動器之微定位控制研究",國立東華大學,電機工程學系碩士論文,2005。
[22]張博懷,"運用有限元素法設計單軸短行程微奈米定位系統",國立台灣科技大學,機械工程研究所碩士論文,2006。
[23]江詩堯,"模糊滑動模式控制器於壓電致動平台之精密控制",明志科技大學,機電工程研究所碩士論文,2007。
[24] H.-J. Shieh and C.-H. Hsu, "An Adaptive Approximator-Based Backstepping Control Approach for Piezoactuator-Driven Stages," IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol.55 (2008)
[25]邱韻仁,"應用於二維式壓電定位平台之最佳控制器設計",國立東華大學,電機工程學系碩士論文,2008。
[26]吳培輔,"設計具有基因演算法之模糊比例積分控制器於壓電定位平台",國立東華大學,電機工程學系碩士論文,2009。
[27] R. F. Fung and W. C. Lin, "System Identification and Contour Tracking of a Plane-Type 3-DOF Precision Positioning Table " IEEE Transactions On Control Systems Technology Vol.18 (2010)
[28] Taniguchi Yoshiya, Hirayama Nobuyuki and Hara Yoshiaki, "Method of Controlling A Compression Injection Molding Machine," United Satent Patent 6562264 (2000)
[29] P.-S. Kuo, S.-C. Chen and S.-J. Chao, "Pressure-Controlling Device for An Injecton Mold," United Satent Patent 20040142057 (2004)
[30]K.Ogata, "Modern Control Engineering, "Prentice-Hall, Inc, 2002,Fourth Edition
[31]陳天青,廖信德與戴任詔,機電整合,高立圖書有限公司,2000年,二版。
[32]陳克昌,"射出成形機射出切換保壓控制方法之研究",國立高雄第一科技大學,機械與自動化工程研究碩士論文,2001。
[33] J.-R. Chen, C.-C. Chen and H.-S. Chiou, "A White-Light Photoelastic Method for Residual Stress Analysis of PMMA Thin Plates by Injection Molding," International Symposium on Precision Mechanical Measurements (2008)

QR CODE