KR100301948B1 - 비구면 렌즈 연마장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전대칭 형상의 비구면 렌즈나 렌즈 금형을 연마하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 비구면 렌즈 연마방법은, 공작물 이동수단과, 연마공구, 공작물 회전수단, 및 제어용 컴퓨터를 포함하는 비구면 렌즈 연마장치의 연마방법에 있어서, 상기 공작물의 형상과 표면거칠기를 측정하는 제1단계와; 상기 공작물의 표면형상을 목표 표면형상과 비교하여 그 형상오차를 구하는 제2단계; 상기 형상오차를 연마가공모델과 체재시간 알고리즘에 적용하여 연마경로와 각 연마경로에 따른 체재시간을 구하는 제3단계; 상기 공작물 연마위치의 수평위치값(x축)과 틸트회전된 각도값(θ)과, 연마공구 회전속도와, 공작물 회전속도, 및 그 위치에서의 체재시간을 수치제어코드로 저장하는 제4단계; 및 상기 제어용 컴퓨터가 상기 수치제어코드를 해석하여 상기 공작물 이동수단과 상기 연마공구와 공작물 회전수단을 제어하는 제5단계를 포함한다.

Description

비구면 렌즈 연마장치 및 방법{ Apparatus and method of polishing aspherical surface lens }

본 발명은 렌즈나 렌즈 금형을 연마하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 회전 대칭 형상의 비구면 렌즈의 연마방법에 관한 것이다.

비구면 렌즈는 여러 매의 구면 렌즈 조합을 대체할 수 있는 렌즈로서, 광학계를 경량화, 고정밀화, 저가격화할 수 있는 렌즈이다.

이러한 비구면 렌즈를 제조하기 위하여, 현재 정밀 절삭 가공기나 정밀 연삭기를 많이 사용하고 있으나, 이는 재료나 형상에 따라서 많은 제약 조건을 가지며, 비구면 형상의 창성 후에는 공구의 흔적이 남아있기 때문에 표면 거칠기를 개선하기 위해 별도의 정밀 연마를 해주어야 한다. 또한, 이러한 정밀 절삭 가공기나 정밀 연삭기는 상당히 고가의 장비이기 때문에 비구면 렌즈의 제조 가격을 상승시키는 요인이 되기도 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 구면을 이용하는 비구면 연마장치가 개발되어 사용되고 있다. 이때, 비구면은 구면과는 달리 동일한 곡률 반경을 가지고 있지 않기 때문에 새로운 연마장치가 필요하다.

따라서, 비구면 연마장치는 비구면의 크기보다 작은 소형의 연마공구를 이용하여 공작물의 형상을 추종하면서 연마하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다. 이때 연마 가공량은 주로 체재시간 제어방식을 이용하여 조절하는데, 이 체재시간 제어방식은 공작물에 가한 압력과 상대 속도의 곱을 일정하게 유지하면서 공구의 연마 체재시간으로 조절하는 방식이다.

어떠한 방식을 이용하든지 연마 가공량을 원하는대로 제어하기 위해서는 공작물의 임의 위치에서의 단위 가공량을 알아야 한다. 이 단위 가공량은 연마공구의 형상, 공구의 회전운동의 형태, 공작물의 회전, 형성된 압력 분포형태에 따라서 달라지기 때문에 연마장치의 설계, 제작에서 이를 고려하여야 한다.

비구면 연마장치의 종래기술로서, 미국특허 제4,768,308호, '유니버셜 렌즈 폴리싱 툴, 폴리싱 아파라쳐스 앤드 매소드 오브 폴리싱(UNIVERSAL LENS POLISHING TOOL, POLISHING APPARATUS AND METHOD OF POLISHING)'에는 환(circular ring) 형태의 공구에 탄성있는 연마 부직포를 붙힌 후 공구가 회전하면서 왕복운동하면서 비구면 렌즈의 표면을 연마하는 방법이 기술되어 있다.

일반적으로 공구가 공작물에 비해서 아주 작을 때에는 공구와 공작물간의 압력 분포는 거의 일정하게 유지되지만, 공구가 공작물에 비해서 아주 클 때에는 압력 분포의 변화가 아주 심하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이 장치는 공구를 그 크기에 따라 접촉영역 10%, 50%, 80%의 3종류로 나누었다. 비구면 렌즈의 경우 아주 작은 공구를 사용하여 연마하여야 하는데, 상기한 환 형태의 연마공구를 이용하면 지름 30mm 이하인 작은 크기의 비구면 렌즈를 연마하기에는 어려움이 많다.

한편, 미국특허 제5,347,763호, '폴리싱 아파라쳐스(POLISHING APPARATUS)'에는 공구를 연마액 속에 담아서 고속 회전시키는 동수압(hydrodynamic) 방식을 이용하여 소형 비구면 렌즈를 연마하는 장치가 기술되어 있다. 이 장치는 연마공구와 공작물의 비접촉 회전에 의해서 연마 입자가 연마공구와 공작물 사이에서 공작물의 요철에 부딪쳐서 제거함으로써, 공작물을 연마한다. 이러한 비접촉식 연마장치는, 가공조건에 의한 가공량을 보다 정확하게 예측할 수 있으나, 접촉식 방법에 비해서 가공효율이 낮은 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가공조건에 의한 가공량을 정확하게 예측하면서 가공효율이 증가하는 구 형태의 연마공구를 사용한 비구면 렌즈 연마장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 비구면 렌즈 연마장치를 도시한 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 이송기구부를 상세하게 도시한 구성도,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수치제어방식의 비구면 연마방법을 도시한 개략도,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 수치제어 프로그램 생성방법을 도시한 흐름도,

도 5는 연마공구와 공작물의 상호 회전에 따른 가공량을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 연마공구 2 : 공작물

3 : 혼합액 4 : 공급기

5 : 이송기구부 6 : 균형추

7 : 회전요소 8 : 수직줄

9 : 회전모터 10 : 수직이송기구부

11 : 수직안내부 12 : 회전요소 지지대

13 : 수직이송기구지지대 14 : 수평지지대

15 : 수직지지대 16 : 이송부지지대

17 : 직선이송모터 18 : 직선이송부

19 : 모터 20 : 경사이동기구지지대

21 : 경사이동기구부 22 : 모터

23 : 회전축 24 : 하우징

25 : 벨트 31 : 컴퓨터

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비구면 렌즈 연마방법은, 공작물의 기하학적 표면형상을 따라 x축의 수평이동과 y축의 틸트(tilt)회전을 동시에 수행하여, 연마공구를 통해 상기 공작물에 가해지는 하중이 항상 일정한 방향으로 작용하도록 하는 공작물 이동수단과;

상기 공작물의 표면형상을 추종하면서 회전하여 상기 공작물을 연마하는 구형의 상기 연마공구;

상기 연마공구에 의해 상기 공작물이 연마되는 동안에 상기 공작물을 연마경로를 따라 회전시키는 공작물 회전수단;

상기 연마공구의 수직방향으로의 움직임만을 비구속하여 상기 연마공구를 통해 상기 공작물에 가해지는 하중이 항상 일정하게 유지되도록 하는 비동력 연마공구 이동수단; 및

상기 공작물의 이동량과, 공작물과 연마공구의 회전상태를 제어하여 원하는 형상의 비구면 렌즈가 형성되도록 하는 제어용 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 비동력 연마공구 이동수단은,

상기 연마공구가 고정되고 수직방향으로 이동할 수 있도록 가이드되는 수직이송 지지대와,

상기 공작물에 가해지는 하중에 따른 무게의 균형추,

상기 수직이송 지지대와 상기 균형추를 연결하는 줄, 및

상기 수직이송 지지대와 상기 균형추 사이의 줄을 지지하는 롤러를 포함하여,

상기 공작물의 표면형상을 따라 연마공구가 수직방향으로 움직이면 그 이동력이 줄을 통해 균형추로 전달되어 상기 롤러를 기준으로 줄의 양쪽이 힘의 균형을 이루도록 함으로써 공작물에 항상 일정한 하중이 가해지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 비구면 렌즈의 연마방법에 있어서, 공작물의 기하학적 표면형상을 따라 x축의 수평이동과 y축의 틸트(tilt)회전을 동시에 수행하는 공작물 이동수단과, 상기 공작물의 표면형상을 추종하면서 회전하여 상기 공작물을 연마하는 구형의 상기 연마공구, 상기 연마공구에 의해 상기 공작물이 연마되는 동안에 상기 공작물을 연마경로를 따라 회전시키는 공작물 회전수단, 및 상기 공작물의 이동량과 공작물과 연마공구의 회전상태를 제어하여 원하는 형상의 비구면 렌즈가 형성되도록 하는 제어용 컴퓨터를 포함하는 비구면 렌즈 연마장치의 연마방법에 있어서,

상기 공작물의 형상과 표면거칠기를 측정하는 제1단계와;

상기 공작물의 표면형상을 목표 표면형상과 비교하여 그 형상오차를 구하는 제2단계;

상기 형상오차를 연마가공모델과 체재시간 알고리즘에 적용하여 연마경로와 각 연마경로에 따른 체재시간을 구하는 제3단계;

상기 공작물 연마위치의 수평위치값(x축)과 틸트회전된 각도값(θ)과, 연마공구 회전속도와, 공작물 회전속도, 및 그 위치에서의 체재시간을 수치제어코드로 저장하는 제4단계; 및

상기 제어용 컴퓨터가 상기 수치제어코드를 해석하여 상기 공작물 이동수단과 상기 연마공구와 공작물 회전수단을 제어하는 제5단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 제3단계는,

상기 공작물의 접촉영역 계수값을 구하는 제1서브단계와,

상기 공작물의 접촉영역 계수값과 상기 공작물에 가해지는 압력과 상기 공작물과 연마공구의 상대속도를 이용하여, 연마공구가 공작물과 접촉할 때의 순간 공작물 제거율을 구하는 제2서브단계,

상기 순간 공작물 제거율을 이용하여 공작물의 연마경로에서 단위시간당 단위제거량을 구하는 제3서브단계, 및

상기 형상오차를 '0'으로 수렴하기 위한 총 가공량 함수와 상기 단위시간당 단위제거량을 이용하여, 각 연마위치에서의 체재시간을 구하는 제4서브단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 제3단계는,

상기 공작물의 각 연마위치에서의 체재시간은 공작물 회전주기의 정수배 회전이 가능하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 접촉식 방법으로서 구(spherical) 형태의 연마공구를 사용한다. 회전하는 공작물위에 연마입자를 도포 또는 첨가하면서 고속 회전의 구형 연마공구를 밀착시켜서, 공작물 표면의 요철을 제거하도록 한다. 전 표면에 대해 원하는 가공량을 얻기 위해, 공작물은 2축의 동시 제어에 의해 움직이고, 연마공구는 수직으로만 자유롭게 움직여서 공작물의 진동에 대응하도록 한다. 모든 이동량과 회전은 수치 제어 기능을 가진 컴퓨터에 의해 조정되고, 연마공구와 공작물의 접촉 시간은 공작물 회전 주기의 양의 정수배가 되도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

앞서 설명하였듯이, 연마 가공량에 대한 조절은 공작물에 일정한 압력과 상대속도를 부가하면서 연마공구의 체재시간으로 조절하는 체재시간 제어방식이 주로 이용되는데, 본 발명에서는 이 체재시간 제어방식을 소형 회전대칭 비구면에 적용한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 비구면 렌즈 연마장치를 도시한 구성도이다. 연마공구(1)와 공작물(2) 사이에는 연마입자와 윤활유의 혼합액(3)이 공급기(4)로부터 공급된다. 연마공구(1)는 공기 공급에 의한 회전 모터기구(9)에 장착되어 회전된다. 공작물(2)은 이송 기구부(5) 위에 장착되어 회전되는데, 이 이송 기구부(5)는 도 2에 상세하게 도시되어 있다. 여기서, 상기 연마공구(1)와 공작물(2)의 회전 운동에 의해 공작물(2)의 요철이 제거된다.

이송 기구부(5)는 수평 지지대(14) 위에 장착되고, 공작물(2)인 비구면 렌즈의 기하학적 곡선을 고려하여 공작물(2)과 연마공구(1)가 접촉하는 영역에서 법선방향으로 가해지는 하중이 일정하게 유지되도록 상기 공작물(2)을 2축 제어한다.즉, 공작물(2)은 x축으로 수평이동하고 동시에 y축으로 틸트(tilt)회전한다. 수직 지지대(15)는 수평 지지대(14) 위에 장착되고, 수직 이송기구 지지대(13)는 수직 지지대(15)에 연결되며, 수직 안내부(11)는 수직 이동기구 지지대(13)에 형성된다.

공작물(2)이 2축 제어되어 움직이면 연마공구(1)는 수직방향으로 비구속되어 있기 때문에 연마공구(1)가 수직 방향으로 이동하고, 수직 이송기구부(10)에 고정된 회전모터기구(9)는 수직 안내부(11)에 의해 가이드되어 수직 방향으로 움직인다. 연마공구(1)는 공작물(2)의 표면에 접촉한 상태로 회전모터기구(9)에 의해 회전한다. 수직 이송기구부(10)에 고정된 수직줄(8)은 회전요소 지지대(12)에 의해 지지되는 회전요소(7)에 끼워지며, 회전요소(7)를 따라 균형추(6)와 힘의 평형을 이루도록 움직인다. 즉, 상기 수직줄(8)과 균형추(6)에 의해 연마공구(1)는 공작물의 표면에 항상 일정한 하중을 가하면서 공작물을 연마할 수 있다. 이송 기구부(5)가 움직이면 수직방향으로의 비구속기구인 수직이송 기구부(10)에 의해 연마공구(1)가 자동으로 움직인다.

도 2는 도 1에 도시된 이송기구부(5)를 상세하게 도시한 구성도이다. 이송 기구부(5)는 수평 지지대(14) 위에 장착되어 있고, 수직 지지대(15)도 수평 지지대(14) 위에 장착된다. 직선 이송모터(17)는 이송나사 등의 기구를 이용하여 이송부 지지대(16) 위에서 직선 이송부(18)를 수평방향으로 이동시킨다. 경사이동 기구부(21)는 모터(19)에 의해 회전하여 공작물에 일정한 법선력이 인가되도록 한다. 모터(19)는 경사이동 기구 지지대(20)에 의해 지지된다. 회전축(23)은 베어링 등에 의해 하우징(24)에 의해 지지되며, 공작물은 회전축(23) 위에 장착되어 벨트(25)를 통해 모터(22)의 회전력을 전달받는다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수치제어방식의 비구면 연마방법을 도시한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 수치제어방식으로 제어되는 비구면 연마장치는 컴퓨터(31)에 의해 제어된다. 컴퓨터(31)는 연마장치(32)의 4개의 회전축을 제어한다. 이 중에서 공작물의 x축 방향으로의 수평이동과 y축 방향으로의 틸트회전은 각각의 모터(17,19)에 의해 비구면 렌즈의 기하학적인 면을 고려하여 동시에 움직이는 직선 보간(interpolation)에 의해 제어된다. 공작물 회전제어는 온/오프(on/off) 제어이며, 일정 속도로 제어 가능하다. 연마공구 회전제어는 온/오프 제어이며 회전모터(9)에 의해 연마공구가 회전된다.

정밀한 형상과 표면거칠기를 가지는 비구면 렌즈를 만들기 위해서는, 먼저 측정기를 이용하여 비구면 렌즈의 표면 형상을 측정하고, 목표 표면 형상과 비교하여 형상 오차를 구한다. 그 다음, 형상 오차를 수정하는 수치제어(NC:numerical control) 코드를 생성한다. 이 수치제어 코드는 연마가공모델과 체재시간 분포 계산을 통해 만들어지고, 컴퓨터는 이 수치제어 코드를 이용하여 연마장치를 제어한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 수치제어 프로그램 생성방법을 도시한 흐름도이다. 체재시간 제어는 균등하게 이산화된 각 반경 격자위치에서의 위치 이동량과 체재시간 계산을 필요로 한다.

측정된 비구면 렌즈의 표면형상이 입력되고(S41) 목표 표면형상이주어지면(S42), 측정된 비구면 렌즈의 표면형상과 목표 표면형상을 비교하여(S43) 오차 표면형상을 구한다(S44). 또한, 여러가지 가공 변수들(속도, 하중, 연마입자 등)(S45)과, 목표 표면형상을 단위제거함수모델에 적용하여 단위제거함수를 모델링한다(S46).

연마 가공변수와 재료 제거율에 관한 관계는 프레스톤(Preston)에 의해서 수학식 1과 같이 표현된 바 있다.

연마공구가 비구면과 반경방향의 한 위치에서 접촉할 때의 재료 제거율을 단위제거함수(dh(x,y)/dt)라고 하며, 이는 압력(P)과 상대속도(V), 및 프레스톤계수(Kwear)에 의해 결정된다. 이 프레스톤계수(Kwear)는 평면의 시편에 일정시간 연마한 후에 그 영역 연마크기와 깊이를 측정함으로써 구할 수 있다.

이와 같이 단위제거함수가 구해지면, 이를 체재시간 알고리즘에 적용하여 체재시간 분포를 구한다(S47). 체재시간 알고리즘의 상세한 내용은 후술하기로 한다. 이와 같이 구해진 체재시간 분포는 수치제어코드로 저장된다(S48).

상기와 같이 구해진 수치제어코드에서 연마위치 1에서의 체재시간이 T1이고, 연마위치 2에서의 체재시간이 T2로 구해질 때, 도 5는 연마공구와 공작물의 상호 회전에 따른 가공량을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면서 체재시간을 설정하는 과정을 설명하기로 한다.

체재시간 T1, T2는 각각 공작물의 회전주기의 정수배로 설정된다. 따라서,임의의 한 연마위치에 의해 결정되는 접촉영역에서의 연마량은 시간에 의존하는 가공량이 된다. 또한, 임의의 연마위치 1에 연마공구가 T1 시간동안 머물면 공작물이 회전하기 때문에 연마공구는 폐곡선의 접촉영역 1을 지난다. 이때, 공작물의 회전 각속도가 Ω일 경우, 연마공구는 T1/(2π/Ω)의 횟수만큼 접촉영역 1을 지나게 되며, 이 횟수가 정수가 되도록 T1이 설정된다.

단위 접촉영역 1 내의 단위 시간당 제거량이 R1이면, 공작물의 반경위치 x1 주위의 접촉영역 1의 가공량 H1은 수학식 2와 같이 구해진다.

여기서,R1은 접촉영역 1에서 단위 회전당 가공량이고, N1은 연마공구가 접촉영역 1을 지나는 횟수이다.

접촉영역 2에서도의 식이 성립되며, 총 가공량(H)은 각 접촉영역에서의 가공량 H1, H2,... 을 모두 합한 결과가 된다.

도 5에 도시된 바와 같이 모든 접촉영역에서 가공량 행렬(R)은 각 접촉영역에서의 단위 회전당 가공량 행렬(R1,R2,...)을 확장한 행렬의 합행렬이 된다.

예를 들어, 하나의 접촉영역에서 구형의 연마공구를 이용하여 연마하면, 그 접촉영역의 중앙부는 주변부보다 더 많은 양이 연마된다. 따라서, 인접한 접촉영역이 서로 중첩되도록 연마위치를 설정하는데, 이때 모든 연마영역 특히 두 연마위치의 중첩부분에서도 균일한 연마량을 얻을 수 있도록 체재시간을 설정하여야 한다. 즉, 접촉영역 1에서의 단위 회전당 가공량 행렬(R1)과 접촉영역 2에서의 단위회전당 가공량 행렬(R2)이 수학식 4와 같이 주어지면, 접촉영역 1과 접촉영역 2의 가공량 행렬(R)은 수학식 5와 같다.

여기서,의 원소의 갯수는 추출하고자 하는 가공량 함수(H)의 추출갯수(m=5)에서 행렬R1의 원소의 갯수(3) 또는 행렬R2의 원소의 갯수(3)를 감산한 값과 같다.

가공량 함수(H)의 총 추출갯수는 수학식 6과 같이 표현된다.

즉, 총 가공량(H)이 반경방향으로 추출된 임의의 위치 m개에서의 값으로 주어지면(상기의 예에서 m=5), 모두 n개의 연마위치에서의 체재시간(상기의 예에서 n=2)을 구해야 한다. 이때, n개의 연마위치에서의 회전수 N(N1, N2,...,Nn)은의 식을 만족시켜야 한다.

수학식 6과 같이 비구면 렌즈의 표면형상과 목표 표면형상과의 형상오차에 의해 구해진 가공량 함수(H)와 단위 회전당 가공량 함수(R)가 주어지면, 최소자승법에 의해 해를 구하여 회전수 함수를 구한다. 이때 가공량 함수는 수학식 7과 같이 표현된다.

이때, E는 오차함수이다. 구해진 회전수 함수(N)는 사사오입에 의해 양의 정수로 치환되며 최종적으로 n개의 격자위치에서의 회전수 함수(N) 및 체재시간 T1,T2,...이 얻어진다.

컴퓨터가 연마를 실행하려면 작성된 수치제어 코드를 처리해야 하는데, 입력되는 수치제어 코드를 한 단락씩 분석하여 이를 실행한다. 공작물인 비구면 렌즈의 기하학적 관계에서의 연마위치 좌표값이 (x1,θ1), (x2, θ2),...으로 구해지고, 그 위치에서의 체재시간이 T1, T2...으로 주어지며, 연마공구 회전속도가 P, 공작물 회전속도가 Q로 주어지면, 예컨대 수치제어 코드는 다음과 같이 주어진다.

N10 G01 x1 θ1 P200 Q300 ...

N20 G04 T40

N30 G01 x2 θ2

여기서, N은 지령번호이고, G01은 직선 보간에 의한 위치이동지령이며, P, Q는 각각 초기에 주어지는 연마공구와 공작물의 회전속도이다.

이러한 수치제어 코드에서, 지령 N10에서는 (x1, θ1)의 좌표값으로 주어지는 위치 1에서 T40동안 체재한 후, 지령 N30에서 (x2, θ2)의 좌표값으로 주어지는 위치 2로 이동하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 공작물 위에 연마입자를 도포 또는 첨가하면서 고속 회전의 구형 연마공구를 밀착시켜서 공작물 표면의 요철을 연마하기 때문에 가공효율이 증가하고, 연마공구와 공작물의 접촉시간이 공작물 회전주기의 양의 정수배가 되도록 설정되기 때문에 회전대칭의 렌즈에 적합하며, 공작물의 이동량과 회전 상태등의 가공변수들이 수치제어 코드로 작성되어 컴퓨터에 의해 조정되기 때문에 여러가지 가공조건에 의한 가공량을 정확하게 예측할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 공작물의 기하학적 표면형상을 따라 x축의 수평이동과 y축의 틸트(tilt)회전을 동시에 수행하여, 연마공구를 통해 상기 공작물에 가해지는 하중이 항상 일정한 방향으로 작용하도록 하는 공작물 이동수단과;

   상기 공작물의 표면형상을 추종하면서 회전하여 상기 공작물을 연마하는 구형의 상기 연마공구;

   상기 연마공구에 의해 상기 공작물이 연마되는 동안에 상기 공작물을 연마경로를 따라 회전시키는 공작물 회전수단;

   상기 연마공구의 수직방향으로의 움직임만을 비구속하여 상기 연마공구를 통해 상기 공작물에 가해지는 하중이 항상 일정하게 유지되도록 하는 비동력 연마공구 이동수단; 및

   상기 공작물의 이동량과, 공작물과 연마공구의 회전상태를 제어하여 원하는 형상의 비구면 렌즈가 형성되도록 하는 제어용 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈 연마장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비동력 연마공구 이동수단은,

   상기 연마공구가 고정되고 수직방향으로 이동할 수 있도록 가이드되는 수직이송 지지대와,

   상기 공작물에 가해지는 하중에 따른 무게의 균형추,

   상기 수직이송 지지대와 상기 균형추를 연결하는 줄, 및

   상기 수직이송 지지대와 상기 균형추 사이의 줄을 지지하는 롤러를 포함하여,

   상기 공작물의 표면형상을 따라 연마공구가 수직방향으로 움직이면 그 이동력이 줄을 통해 균형추로 전달되어 상기 롤러를 기준으로 줄의 양쪽이 힘의 균형을 이루도록 함으로써 공작물에 항상 일정한 하중이 가해지도록 하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈 연마장치.
3. 공작물의 기하학적 표면형상을 따라 x축의 수평이동과 y축의 틸트(tilt)회전을 동시에 수행하는 공작물 이동수단과, 상기 공작물의 표면형상을 추종하면서 회전하여 상기 공작물을 연마하는 구형의 상기 연마공구, 상기 연마공구에 의해 상기 공작물이 연마되는 동안에 상기 공작물을 연마경로를 따라 회전시키는 공작물 회전수단, 및 상기 공작물의 이동량과 공작물과 연마공구의 회전상태를 제어하여 원하는 형상의 비구면 렌즈가 형성되도록 하는 제어용 컴퓨터를 포함하는 비구면 렌즈 연마장치의 연마방법에 있어서,

   상기 공작물의 형상과 표면거칠기를 측정하는 제1단계와;

   상기 공작물의 표면형상을 목표 표면형상과 비교하여 그 형상오차를 구하는 제2단계;

   상기 형상오차를 연마가공모델과 체재시간 알고리즘에 적용하여 연마경로와 각 연마경로에 따른 체재시간을 구하는 제3단계;

   상기 공작물 연마위치의 수평위치값(x축)과 틸트회전된 각도값(θ)과, 연마공구 회전속도와, 공작물 회전속도, 및 그 위치에서의 체재시간을 수치제어코드로 저장하는 제4단계; 및

   상기 제어용 컴퓨터가 상기 수치제어코드를 해석하여 상기 공작물 이동수단과 상기 연마공구와 공작물 회전수단을 제어하는 제5단계를 포함한 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 연마방법.
4. 제3항에 있어서, 제3단계는,

   상기 공작물의 접촉영역 계수값을 구하는 제1서브단계와,

   상기 공작물의 접촉영역 계수값과 상기 공작물에 가해지는 압력과 상기 공작물과 연마공구의 상대속도를 이용하여, 연마공구가 공작물과 접촉할 때의 순간 공작물 제거율을 구하는 제2서브단계,

   상기 순간 공작물 제거율을 이용하여 공작물의 연마경로에서 단위시간당 단위제거량을 구하는 제3서브단계, 및

   상기 형상오차를 '0'으로 수렴하기 위한 총 가공량 함수와 상기 단위시간당 단위제거량을 이용하여, 각 연마위치에서의 체재시간을 구하는 제4서브단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 연마방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 제3단계는,

   상기 공작물의 각 연마위치에서의 체재시간은 공작물 회전주기의 정수배 회전이 가능하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 연마방법.