DE10237485A1

DE10237485A1 - Verfahren zum Fräsen einer otpischen Linse und/oder eines Formteils hierfür

Info

Publication number: DE10237485A1
Application number: DE10237485A
Authority: DE
Inventors: Takashi Tohara; Takashi Numao
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Seiko Optical Products Co Ltd
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2022-08-17
Also published as: JP4374161B2; DE10237485B4; JP2003053602A; US20030034574A1; US6887405B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Fräsen einer optischen Linse und/oder eines hierfür bestimmten Formteils wird die Linse bzw. das Formteil um die optische Achse gedreht, eine Fräsklinge senkrecht zur optischen Achse bewegt, um die Linse bzw. das Formteil zu fräsen, und die Vorschubstrecke der Fräsklinge senkrecht zur optischen Achse in Abhängigkeit der radialen Position auf der Linse bzw. dem Formteil in radialer Richtung variiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fräsen einer optischen Linse und/oder eines Formteils hierfür.

Um eine optische Linse oder ein Formteil hierfür zu fräsen, wird üblicherweise eine Schneid- oder Fräsklinge in vorbestimmten Vorschubschritten, d. h. regelmäßigen Vorschubstrecken, senkrecht zur optischen Achse bewegt, während die zu fräsende Linse und/oder das Formteil um die optische Achse rotiert. Die so erhaltene gefräste Oberfläche der Linse und/oder des Formteils ist im Zentralbereich tendenziell rauer als im Randbereich. Wenn dies so ist, muss der Zentralbereich nach dem Fräsen stärker geschliffen werden als der Randbereich, so dass der Zentralbereich bei schon vollständig geschliffenem Randbereich noch nicht vollständig geschliffen ist. Soll die gesamte gefräste Oberfläche gleichmäßig geschliffen werden, so ist der Schleifvorgang zeitaufwendig, wodurch die Produktivität herabgesetzt wird. Ist die Vorschubstrecke der Fräsklinge klein eingestellt, so kann zwar die gefräste Oberfläche hinsichtlich ihrer Oberflächenrauhigkeit verbessert werden. Der Fräsvorgang zieht sich aber in die Länge, wodurch die Produktivität verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fräsen einer optischen Linse und/oder eines Formteils hierfür anzugeben, deren bzw. dessen gesamte Oberfläche innerhalb kurzer Fertigungszeit gleichmäßig und genau gefräst werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fräsen einer optischen Linse,
Fig. 2 den Zusammenhang zwischen der Vorschubstrecke einer Fräsklinge und der radialen Position auf einer Kunststofflinse,
Fig. 3 Messergebnisse für den Schnittformfehler des Zentralbereichs der gefrästen Kunststofflinse, und
Fig. 4 Messergebnisse für den Schnittformfehler des Randbereichs (in radialer Richtung 30 mm von der Mittelachse) der gefrästen Kunststofflinse.
Fig. 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Fräsen einer Kunststofflinse 1, die für eine Brille bestimmt ist. Die Kunststofflinse 1 ist auf einem nicht gezeigten Frästisch montiert und wird von einer Fräsklinge 2 gefräst, während sie um eine Rotationsachse C gedreht wird, die identisch mit der optischen Achse der Linse ist. Die Fräsklinge 2 wird in einer kombinierten Bewegung in einer zur Rotationsachse C parallelen Richtung Z (in Fig. 1 nach rechts und links) und in einer zur Rotationsachse C senkrechten Richtung X bewegt. Ist an der Oberfläche der Kunststofflinse 1 eine sphärische oder eine rotationssymmetrische, asphärische Fläche auszubilden, so wird die Fräsklinge 2 in einer kombinierten Bewegung in den Richtungen X und 21 bewegt. Soll jedoch die Kunststofflinse 1 so gefräst werden, dass sie ein torische Fläche, eine nicht rotationssymmetrische, asphärische Fläche oder eine progressive Fläche bildet, so wird die Bewegung der Fräsklinge 2 in Richtung Z synchron, d. h. in zeitlicher Abstimmung mit der Rotationsphase der Kunststofflinse 1 durchgeführt.
Ein Merkmal des gezeigten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Vorschubstrecke der Fräsklinge 2 in Richtung X, d. h. die Versetzung (mm/Umdrehung) der Fräsklinge 2 in Richtung X während einer Umdrehung der Kunststofflinse 1, entsprechend der radialen Position der Kunststofflinse 1 variiert wird. So wird die Vorschubstrecke der Fräsklinge 2 zwecks Verringerung der Fräszeit erhöht, wenn der Randbereich, in dem die Umfangs- oder Umlaufgeschwindigkeit hoch ist, geschnitten wird. Dagegen wird die Vorschubstrecke zwecks Verringerung des Fräswiderstandes und damit zwecks Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit verringert, wenn der Zentralbereich, in dem die Umlaufgeschwindigkeit möglicherweise nicht ausreichend ist, gefräst wird.
Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Vorschubstrecke (mm) der Fräsklinge 2 und der radialen Position (mm) auf der Kunststofflinse 1. In diesem Ausführungsbeispiel nimmt die Vorschubstrecke der Fräsklinge 2 vom Randbereich der Kunststofflinse 1 zu deren Zentralbereich hin linear ab. Ist die Vorschubstrecke der Fräsklinge 2 proportional zur radialen Position auf der Kunststofflinse 1, so kann die gesamte Oberfläche der Kunststofflinse 1 mit im Wesentlichen gleichmäßiger Oberflächenrauhigkeit gefräst werden, wodurch eine gute Oberflächenendbearbeitung, auch als Oberflächenfinish bezeichnet, erreicht wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorschubstrecke der Fräsklinge 2 im Zentralbereich auf mehr als etwa das Fünffache der Vorschubstrecke im Zentralbereich eingestellt, um die Fräszeit zu verringern.

Ausführungsbeispiel 1

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Radius r der Kunststofflinse 1 gleich 40 mm, die Rotationsgeschwindigkeit der Kunststofflinse 1 gleich 600/min. die Vorschubstrecke im Randbereich gleich 0,07 mm und die Vorschubstrecke im Zentralbereich gleich 0,01 mm, wobei die Vorschubstrecke wie in Fig. 2 gezeigt, kontinuierlich variiert wird.
Nimmt man an, dass die mittlere Vorschubstrecke 0,04 mm beträgt, so ist die Fräszeit gegeben durch (r/mittlere Vorschubstrecke) × (1/Rotationsgeschwindigkeit), d. h. (40/0,04) × (1/600) = 1,67 min. Die unter diesen Bedingungen erhaltene Oberflächenrauhigkeit der Kunststofflinse 1 ist vom Zentralbereich bis zum äußeren Randbereich im Wesentlichen gleichmäßig und hat einen Fehler von etwa 0,5 µm im Mittel.
Die Fig. 3 und 4 zeigen die Messergebnisse der in der Schnittflächenform vorhandenen Fehler (Oberflächenrauhigkeit und Ungleichmäßigkeit) der Kunststofflinse 1, die mittels einer Formmessvorrichtung erhalten werden. Die in dem erläuterten Ausführungsbeispiel eingesetzte Formmessvorrichtung ist eine Vorrichtung mit der Bezeichnung Form Talysurf Series 2, die von Taylor Hobson, Ltd., Großbritannien, gefertigt wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen tatsächlich erhaltene Beispiele des von dieser Formmessvorrichtung angezeigten Bildes und die dabei erhaltenen Messergebnisse. In den Fig. 3 und 4 gibt jeweils die horizontale Achse eine gemessene Strecke von etwa 4 mm längs der Oberflächenform an, während jeweils die vertikale Achse einen vergrößerten Oberflächenmessbereich von 2 µm (in einer Richtung normal zur Oberflächenform) angibt. Ein geringerer Unterschied zwischen den hohen und den tiefen Anteilen des die Oberflächenform angebenden Graphen deutet auf eine glattere Oberfläche hin.
Fig. 3 zeigt die in dem Zentralbereich der Kunststofflinse vorgenommenen Messungen und Fig. 4 die in dem Randbereich der Kunststofflinse in einer radialen Position von 30 mm vorgenommenen Messungen. Der Wert PRt gibt die Differenz zwischen dem maximalen Messwert und dem minimalen Messwert an. Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, beträgt der Wert PRt im Zentralbereich 1,3559 µm und im Randbereich 1,8283 µm. Daraus kann geschlossen werden, dass die Glätte der gefrästen Oberfläche im Zentralbereich besser als die im Randbereich ist.

Vergleichsbeispiel 1 (Stand der Technik)

In dem Vergleichsbeispiel 1 sind der Radius r und die Rotationsgeschwindigkeit (Anzahl der Umdrehungen je Minute) der Kunststofflinse 1 gleich denen des Beispiels 1. Dagegen hat die Vorschubstrecke einen konstanten Wert von 0,07 mm.
Die Fräszeit ist hier gegeben durch (40/0,07) × (1/600) = 0,95 min. Die Oberflächenrauhigkeit der gefrästen Oberfläche der Kunststofflinse 1 beträgt im Zentralbereich etwa 2 µm und im äußeren Randbereich etwa 0,05 µm. Im Vergleichsbeispiel 1 ist die Fräszeit kürzer als die in dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Jedoch ist auch die Oberfläche des Zentralbereichs der Kunststofflinse 1 rauer als die des erläuterten Ausführungsbeispiels.

Vergleichsbeispiel 2 (Stand der Technik)

Der Radius r und die Drehgeschwindigkeit der Kunststofflinse 1 sind gleich denen des Beispiels 1, und die Vorschubstrecke hat einen konstanten Wert von 0,01 mm.
Die Fräszeit ist gegeben durch (40/0,01) × (1/600) = 6,67 min. Die Oberflächenrauhigkeit der gefrästen Oberfläche der Kunststofflinse 1 ist von dem Zentralbereich bis zum äußeren Randbereich im Wesentlichen gleichmäßig und beträgt etwa 0,05 µm. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Verschlechterung der Oberflächenglätte im Zentralbereich nicht festzustellen. Jedoch ist die Fräszeit erhöht.
Verglichen mit den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ermöglicht es die Erfindung, die gesamte Oberfläche der Kunststofflinse 1 mit im Wesentlichen gleichmäßiger Oberflächenrauhigkeit (Glätte) zu fräsen, ohne Fräszeit zu verschwenden.
Die in dem Ausführungsbeispiel und den Beispielen nach dem Stand der Technik angegebenen numerischen Werte sind lediglich beispielhaft gewählt. Die Vorschubstrecken im Zentralbereich und im Randbereich sind auf diese Werte nicht beschränkt. In vorstehender Beschreibung ist die Vorschubstrecke als Strecke je einer Umdrehung (mm/Umdrehung) definiert. Unter der Voraussetzung, dass die Rotationsgeschwindigkeit konstant ist, kann die Vorschubstrecke jedoch ebenso durch mm/Zeit definiert werden.
Vorstehende Beschreibung ist auf ein Verfahren zum Fräsen einer für eine Brille bestimmten Kunststofflinse gerichtet. Die Erfindung ist jedoch ebenso auf ein zum Ausbilden einer Kunststofflinse bestimmtes Formteil wie eine Guß- oder Pressform anwendbar. Außerdem kann die Erfindung nicht nur auf eine für eine Brille bestimmte optische Linse, sondern auch auf optischen Linsen für andere Zwecke angewendet werden.
Wie aus vorstehender Beschreibung hervorgeht, gestattet es die Erfindung, eine optische Linse und/oder ein Formteil zum Formen einer solchen optischen Linse mit im Wesentlichen gleichmäßiger Oberflächengenauigkeit in kurzer Zeit zu fräsen.

Claims

1. Verfahren zum Fräsen einer optischen Linse und/oder eines Formteils hierfür, mit folgenden Schritten:
Drehen der Linse bzw. des Formteils um die optische Achse,
Bewegen einer Fräsklinge senkrecht zur optischen Achse zum Fräsen der Linse bzw. des Formteils und
Variieren der Vorschubstrecke der Fräsklinge senkrecht zur optischen Achse in Abhängigkeit der radialen Position auf der Linse bzw. dem Formteil.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubstrecke der Fräsklinge verringert wird, wenn diese vom äußeren Randbereich der Linse bzw. des Formteils zu deren bzw. dessen Zentralbereich hin bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubstrecke im Randbereich mindestens fünf mal größer als die im Zentralbereich gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Linse bzw. des Formteils zu einer sphärischen Fläche oder einer rotationssymmetrischen, asphärischen Fläche gefräst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Linse bzw. des Formteils zu einer torischen Fläche, einer nicht rotationssymmetrischen, asphärischen Fläche oder einer progressiven Fläche gefräst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es für eine optische Linse bzw. ein Formteil angewendet wird, die bzw. das für eine Brille bestimmt ist.