KR100805524B1 - Apparatus and method for grinding and polishing without tilting axis - Google Patents

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KR100805524B1
KR100805524B1 KR1020060056608A KR20060056608A KR100805524B1 KR 100805524 B1 KR100805524 B1 KR 100805524B1 KR 1020060056608 A KR1020060056608 A KR 1020060056608A KR 20060056608 A KR20060056608 A KR 20060056608A KR 100805524 B1 KR100805524 B1 KR 100805524B1
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Abstract

본 발명은 틸팅(tilting) 축 또는 경사축이 없는 비구면 연삭/연마 장치와 가공 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 틸팅축이 없는 직선 이송계만으로 비구면 연삭/연마 장치를 구성하는 방법과 공구 경로 생성방법을 그 특징으로 한다.The present invention relates to an aspherical grinding / polishing apparatus and a machining method without a tilting axis or inclined axis. Specifically, a method for constructing an aspherical grinding / polishing apparatus using only a linear feed system without a tilting axis and a method for generating a tool path It is characterized by.

이와 같은 본 발명의 장점은 하드웨어적으로는 공구의 접촉각을 주는 틸팅축을 없앨 수 있으므로 제어요소와 장치의 단가를 낮추고, 소프트웨어적으로는 가공 속도와 위치에 따라 공구 경로의 분할 간격을 자유롭게 조절할 수 있으므로 가공 정밀도를 높일 수 있다는 것이다.The advantage of the present invention is that the hardware can eliminate the tilting axis giving the contact angle of the tool, so that the cost of the control element and the device, and the software can freely adjust the division interval of the tool path according to the processing speed and position Machining precision can be increased.

비구면 연마, 곡면 연삭, 광학, 렌즈, 다축 Aspheric Polishing, Surface Grinding, Optics, Lenses, Multi-Axis

Description

비구면 연삭/연마 가공 기구에 대한 비구면 가공 경로를 생성하는 방법{apparatus and method for grinding and polishing without tilting axis}{Apparatus and method for grinding and polishing without tilting axis}

도 1은 공구와 비구면의 접촉점에서 기하학적 관계를 보이고 있는 도면.
도 2는 렌즈 좌표의 일정 분할과 공구 경로의 분할 간격의 변화를 보이고 있는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 경사축이 없는 마이크로 비구면 렌즈의 연삭/연마 장치의 구성을 보이고 있는 도면.
도 4는 도 3에서 도시하고 있는 연삭/연마 장치의 구성을 구체적으로 보이고 있는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경사축이 없는 마이크로 비구면 렌즈의 연삭/연마 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 6은 공구 경로 분할의 개념을 보이고 있는 도면.
도 7은 비구면 렌즈의 연삭/연마 작업을 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 가상 비구면 102: 원형 단면의 공구
103: 공구와 비구면의 접촉점 104: 접촉점에서 접선
105: 공구 경로 106: 비구면의 반경 방향
107: 비구면의 축 방향 301: 공구
302, 411, 511: 공구스핀들 303: 공작물
304, 410, 510: 워크스핀들 305: 수직축
306: 직각축 307: 베드
308: 수평축 309: 연삭/연마제
310: 공급장치 401, 501: 수평이송지지부
402, 502: 수평이송부 403, 503: 수평이송모터
404, 504: 직각이송지지부 405, 505: 직각이송부
406, 506: 직각이송모터 407, 507: 수직이송지지부
408, 508: 수직이송부 409, 509: 수직이송모터
1 shows a geometric relationship at the point of contact between the tool and the aspherical surface.
FIG. 2 is a diagram showing a change in a constant division of lens coordinates and a division interval of a tool path. FIG.
Figure 3 is a view showing the configuration of the grinding / polishing apparatus of the micro aspherical lens without the tilt axis according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a view showing in detail the configuration of the grinding / polishing apparatus shown in FIG.
5 is a view showing the configuration of the grinding / polishing apparatus of the micro aspherical lens without the tilt axis according to another embodiment of the present invention.
6 illustrates the concept of tool path splitting.
7 is a view schematically showing a grinding / polishing operation of an aspherical lens.
<Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101: virtual aspherical surface 102: circular cross section tool
103: contact point between the tool and aspherical surface 104: tangent at the contact point
105: Tool path 106: Radial direction of the aspherical surface
107: axial direction of the aspherical surface 301: tool
302, 411, 511: tool spindle 303: workpiece
304, 410, 510: work spindle 305: vertical axis
306: right angle axis 307: bed
308: horizontal axis 309: grinding / polishing agent
310: feeder 401, 501: horizontal feed support
402, 502: horizontal feed unit 403, 503: horizontal feed motor
404, 504: right angle transfer part 405, 505: right angle transfer part
406, 506: right angle feed motor 407, 507: vertical feed support
408, 508: vertical feed unit 409, 509: vertical feed motor

본 발명은 틸팅(tilting)축 또는 경사축이 없는 비구면 렌즈의 연삭/연마 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비구면 연삭/연마 가공 기구에 대한 비구면 가공 경로를 생성하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 넓은 의미의 비구면 형상은 구면 이외의 곡면으로 포물형, 타원형, 하이퍼볼릭형 등의 곡선을 회전시켜 얻어지는 3차원 곡면이다. 광학 분야에서 비구면 형상이라 함은 비구면 방정식을 회전시켜 얻어진 3차원 형상으로, 비구면 방정식은 구면 수식에 곡률과 수차 보정항을 넣어 수학식 1과 같이 표현된다.

Figure 112007075999527-pat00014

여기서, 비구면 축 방향(107) 높이 z는 비구면 반경방향(106) 좌표 x에 대한 비선형 함수로 표현되며, R, k, Ai는 비구면 설계 인자로서 형상에 따라 결정되어 가공에서는 상수로 주어진다.
한편, 비구면의 형상은 수차를 보정할 수 있으므로 구면 제품에 비해 크기가 작고 광학계를 구성하는 광학 제품의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다. 이러한 비구면의 형상을 가진 대표적인 제품은 비구면 거울과 비구면 렌즈가 있다. 상기 비구면 거울과 렌즈를 응용한 제품은 군사용 관측장치, 레이져 발진장치, 반도체 생산장비, 카메라 폰, DVD, 디지털 카메라 등과 같이 실생활과 밀접한 IT 제품에까지 사용되고 있다. 그러나 비구면 형상은 복잡한 비선형 수식으로 구성되어 있고, 일반적인 기하학 도형이 아니므로 명시적인 수식에 의해 최적 가공 위치나 속도를 결정하는데 한계가 있다. 비구면 렌즈가 요구하는 정밀도와 표면 조도는 수 나노-서브 마이크로 수준으로 가공 공차가 작아서 가공 조건도 까다로운 편이다. 하지만 관련 IT 제품의 폭발적인 수요에 비하여 가공 방법의 발전 속도는 느린 편이여서 시장의 수요에 신속하게 대응하기가 어려운 실정이다.
또 한편으로, 비구면 형상을 만들어 내는 방법으로는 프레스 성형법, ER 유체를 사용하는 방법, 전기장을 이용하는 방법, 이온 빔을 이용하는 방법, 엑시머 레이져를 이용하는 방법 등이 있으나 가장 보편적인 방법은 연삭/연마에 의한 방법이다. 상기 방법은 이론적인 비구면 형상을 수치화하여 공구가 수치화된 형상을 따라서 추종하면서 회전하는 공구에 의하여 표면의 요철을 제거하는 것이다. 또한 상기 방법의 핵심은 공구가 계산된 위치로 정확하게 제어되는가의 여부와 공구의 궤적이 속도의 단속없이 부드럽게 움지이는가에 있다.
현재 상용으로 시판되고 있는 대부분의 비구면 연삭/연마 장치는 4축으로 구성되어 있다. 공구와 공작물을 각각 상대적으로 전후/상하로 움직이는 축이 서로 직각으로 설치되어 있으며, 상기 축들과 3차원 상에서 직각을 이루며, 공구 또는 공작물을 좌우로 이동시키는 축 및 공구 혹은 공작물을 접촉각에 의해 경사시키는 틸팅(tilting)축으로 구성된다. 공구와 공작물의 상대적인 위치를 전후 및 상하 방향으로 이동시키며, 동시에 접촉점에서 법선 각도로 틸팅축을 경사시킨다.
이와 같은 연삭/연마기를 구동하기 위해서는 상용 소프트웨어에서 발생된 코드를 NC 또는 PC 컨트롤러에 다운로드하여 그 궤적을 추종하는 방식으로 작업하고 있다. 프로그램 세팅을 완료한 다음, 렌즈를 가공 시작점에서 위치시켜 놓고 가공을 시작하면, 공구가 접촉면을 따라서 수평-수직-경사 3방향으로 동시에 움직인다.
부가적으로, 비구면 가공 장치에 대한 선행기술들을 살펴보면, 대한민국 특허등록 제10-0301948호(비구면 연마장치 및 방법)가 있으며, 상기 연마장치는 직선 운동축과 틸팅축에 의하여 3축 동시 제어로 제품을 연마하며, 연마량을 제안된 수식에 의하여 NC 코드로 발생시켜 시스템에 다운로드 시킨다. 또한 비취성 물질을 비구면 가공하는 방법(United States Patent 6,991,525)에서도 가공물을 회전시키면서 틸팅축을 이용하여 공구에 경사각을 주는 방법으로 내측 가공을 하고 있다. 그리고 대한민국 특허등록 제0162717호(허용공차를 정확히 맞출 수 있는 트라이아크 보간 방법)에 의하면 틸팅축 없이 공구는 직선 운동을, 공작물은 회전 운동을 사용하여 비구면을 생성한다. 그러나 이와 같은 방법의 문제점은 틸팅 각도 대신에 공구와 공작물 사이의 회전각을 형상에 따라 제어해야 하므로 공작물을 스핀들 위에 올릴 수 없다는 것이다. 또한 이온 빔을 이용하여 비구면을 제조하는 방법(공개특허번호 제10-2004-0036356호)에 의하면, 가공물인 렌즈 소재를 회전시켜 직진하는 이온 빔에 노출시키는 방법이 있다. 상기 가공 방법에서도 가공물을 회전시키는 축을 발명한 수식에 따라서 틸트하도록 되어 있다. 비구면 공구 경로는 일반적으로 비구면 방정식과 공구의 기하학적 형상으로부터 유도된다. 그러나 비구면 방정식은 비선형이므로 공구 경로 자체를 구하는 것도 상당히 복잡한 과정을 거쳐서 계산된다. 전술한 수학식 1의 제곱근 항을 g로 치환하고 비구면상의 접선각을 계산하기 위해 미분하면 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112007075999527-pat00015

도 1과 같이 일반적인 비구면(101) 상을 반경이 Dt인 원형 단면의 공구(102)가 접촉하고 있다고 가정한다. 상기 공구(102)의 중심(xt, zt)은 접촉점(103)의 접선(104)으로부터 접촉각과 기하학적 관계를 이용하여 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007075999527-pat00016

계산된 공구 경로(105)는 수평 방향과 수직 방향 두 개의 좌표로 구성되는데, 매개변수를 소거하여 zt를 xt만으로 표현되는 수식을 구하는 것은 수식의 복잡성 때문에 불가능하다. 따라서 비구면상의 좌표를 매개 변수 x와 θ를 이용하여 공구 경로를 계산하는데, 여기서 발생하는 문제는 x를 일정하게 분할하여도 공구 경로 xt의 간격이 일정하지 않게 분할된다. 또한 사용자가 x를 가지고 가공상 변화가 급격한 곳은 잘게 분할하고 완만한 구간에서는 크게 분할하더라도 공구 경로는 원하는 간격으로 분할되지 않는다. 도 2에 의하면, 예시된 비구면 렌즈 상의 변수 x를 일정 분할을 해도 렌즈에 따라서 0.65~1.9배까지 공구 경로의 간격이 변하는 단점을 보여준다.
부가적으로, 공구 경로 생성 방법에 관한 선행기술은 트라이 아크 보간 방법(국내 공개특허번호 제1997-5522호)이 있다. 상기 방법은 원호 보간법을 응용한 것으로 주어진 수식에 의해 허용 공차를 만족시키는 범위 내에서 최적의 경로를 생성시켜주는 것이다. 그러나 이러한 방법은 일반적인 곡선에 관한 보간법이고, 비구면 방정식 자체를 이용한 방법이 아니므로 효율성이 떨어질 수 있다.The present invention relates to a grinding / polishing apparatus for an aspherical lens without a tilting axis or tilting axis, and more particularly, to a method for generating an aspherical machining path for an aspheric grinding / polishing tool.
In general, the aspherical shape in a broad sense is a three-dimensional curved surface obtained by rotating a curve such as a parabolic shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, and the like on a curved surface other than a spherical surface. In the optical field, an aspherical shape is a three-dimensional shape obtained by rotating an aspherical equation. The aspherical equation is expressed as Equation 1 by adding a curvature and aberration correction term to a spherical equation.
Figure 112007075999527-pat00014

Here, the aspheric axial direction 107 height z is expressed as a nonlinear function for the aspherical radial direction 106 coordinate x, where R, k, and A i are determined according to the shape as an aspherical design factor and given as constants in machining.
On the other hand, since the aspherical shape can correct aberration, the size is smaller than that of spherical products, and there is an advantage of reducing the number of optical products constituting the optical system. Representative products having such aspherical shape include aspherical mirror and aspherical lens. Products using the aspherical mirror and lens have been used in IT products that are closely related to real life, such as military observation devices, laser oscillation devices, semiconductor production equipment, camera phones, DVDs, and digital cameras. However, since the aspherical shape is composed of complex nonlinear equations and is not a general geometric figure, there is a limit in determining the optimum machining position or speed by explicit equation. The precision and surface finish required by aspherical lenses are in the order of several nano-sub micros, and the machining tolerances are difficult due to small machining tolerances. However, the development of processing methods is slow compared to the explosive demand of related IT products, so it is difficult to respond quickly to market demand.
On the other hand, aspherical surface forming methods include press molding, ER fluid, electric field, ion beam, and excimer laser, but the most common method is grinding / polishing. By the way. The method involves quantifying the theoretical aspherical shape to remove surface irregularities by the tool rotating while the tool follows the digitized shape. The key of the method is also whether the tool is accurately controlled to the calculated position and whether the tool trajectory is smoothly gripped without interruption of speed.
Most of the aspherical grinding / polishing devices currently on the market consist of four axes. The axes for moving the tool and the workpiece up and down / rear up and down are respectively installed at right angles to each other, perpendicular to the axes, and inclined by the contact angle and the axis for moving the tool or the workpiece from side to side. It consists of a tilting axis. The relative position of the tool and the workpiece is moved back and forth and up and down, while at the same time tilting the tilting axis at the normal angle at the contact point.
In order to drive such a grinding / grinding machine, a code generated from commercial software is downloaded to an NC or a PC controller to work on a path following the trajectory. After the program setting is completed, the lens is positioned at the starting point of machining and machining begins, and the tool moves simultaneously along the contact surface in three horizontal, vertical and inclined directions.
In addition, looking at the prior art for the aspheric processing apparatus, there is a Republic of Korea Patent Registration No. 10-0301948 (aspheric polishing apparatus and method), the polishing apparatus is a product of three-axis simultaneous control by a linear motion axis and a tilting axis The grinding amount is generated by NC code by the proposed formula and downloaded to the system. In addition, in the method of aspheric processing of non-odorous material (United States Patent 6,991,525), the inside processing is performed by giving a tilt angle to the tool by using a tilting axis while rotating the workpiece. In addition, according to Korean Patent Registration No. 0162717 (triarch interpolation method for precise tolerance), a tool generates a aspherical surface using a linear motion and a workpiece using a rotational motion without a tilting axis. The problem with this method, however, is that the workpiece cannot be placed on the spindle because the angle of rotation between the tool and the workpiece must be controlled according to the shape instead of the tilting angle. In addition, according to a method of manufacturing an aspherical surface using an ion beam (Patent Publication No. 10-2004-0036356), there is a method of rotating a lens material as a workpiece and exposing it to a straight ion beam. Also in the said processing method, the axis | shaft which rotates a workpiece is made to tilt according to the invention formula. Aspheric tool paths are generally derived from aspherical equations and tool geometry. However, aspheric equations are nonlinear, so finding the tool path itself is a very complicated process. Substituting the square root term of Equation 1 above with g and calculating the tangential angle on the aspherical surface, it is expressed as Equation 2 below.
Figure 112007075999527-pat00015

It is assumed that a tool 102 having a circular cross section having a radius D t is contacted on a general aspherical surface 101 as shown in FIG. 1. The center (x t , z t ) of the tool 102 can be expressed by Equation 3 using the contact angle and the geometric relationship from the tangent 104 of the contact point 103.
Figure 112007075999527-pat00016

The calculated tool path 105 consists of two coordinates in the horizontal direction and in the vertical direction. It is impossible to obtain a formula expressing z t by only x t by eliminating the parameter due to the complexity of the formula. Therefore, the tool path is calculated by using the parameters x and θ as the aspherical coordinates. The problem that arises here is that even if x is divided regularly, the distance of the tool path x t is not fixed. In addition, the tool path is not divided at the desired interval even if the user divides the area where the change is abrupt with x and divides it largely in the gentle section. According to FIG. 2, even if the variable x on the illustrated aspherical lens is divided at a predetermined time, the distance of the tool path varies by 0.65 to 1.9 times depending on the lens.
In addition, the prior art related to the tool path generation method is a tri-arc interpolation method (Korean Patent No. 1997-5522). The above method is an application of circular interpolation to generate an optimal path within a range that satisfies the tolerance by a given equation. However, since this method is a general curve interpolation method and not an aspherical equation itself, the efficiency may be reduced.

따라서, 본 발명은 틸팅축 없이 직선 운동축만으로 비구면 연삭/연마를 하기 위한 장치를 구성하고, 아울러 비구면 공구 경로를 사용자가 원하는 방식으로 분할하는 방법과, 상기 방법에 의해 장치를 제작하고 발생된 공구 경로로 제어하면 공구와 공작물의 상대운동에 의하여 비구면 형상이 가공될 수 있도록 하는 기술적 구성을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바를 달성하기 위한 제1 견지에 있어, 본 발명은 비구면 반경 방향으로 공구와 공작물 간의 상대위치를 직선 운동으로 이송시키는 수평축과, 상기 비구면 축 방향으로 공구와 공작물 간의 상대위치를 직선으로 이송시키는 수직축과, 상기 수평축 및 수직축과 3차원적으로 각각 직각을 이루어 지면방향(도 1 참조)으로 공구와 공작물 간의 상대위치를 직선운동으로 이송시키는 직각축과, 상기 비구면축 방향으로 공작물을 회전시키는 워크스핀들과, 공구의 회전축 방향이 상기 비구면 반경 방향으로 향하여 회전하는 공구스핀들과, 공작물의 표면과 접촉하여 공작물 표면의 요철을 제거하고 상기 직각축 방향 단면에서 접촉점 주변이 하나의 원호 형상을 갖는 공구와, 상기 워크스핀들과 공구스핀들을 구동하고 상기 수평축과 수직축 및 직각축을 이송시키고 공구 경로를 따라 위치를 제어하는 제어 컴퓨터를 포함하여 구성된 경사축이 없는 마이크로 비구면 렌즈의 연삭/연마 장치를 제안한다.
또한 상기한 바를 달성하기 위한 제2 견지에 있어, 본 발명은 틸팅축을 포함하지 않는 비구면 공구 경로를, 바람직하게는 공구 경로 함수를 사용자가 원하는 방법으로 분할하여 공구 경로를 계산하고, 제어 컴퓨터에 의해 이동하여 상기 공구와 상기 공작물이 직선 운동축의 상대적인 위치에 의하여 비구면 연마/연삭 가공을 하는 단계로 이루어진 비구면 공구의 경로 생성 방법을 제안한다.
Therefore, the present invention constitutes an apparatus for aspheric grinding / polishing with a linear axis without tilting axes, and also divides the aspheric tool path in a manner desired by the user, and manufactures the apparatus by the method and generates the tool. It is an object of the present invention to provide a technical configuration that allows the aspherical shape to be processed by the relative motion of the tool and the workpiece.
In a first aspect to achieve the above, the present invention provides a horizontal axis for linearly conveying the relative position between the tool and the workpiece in the aspherical radial direction, and to linearly transfer the relative position between the tool and the workpiece in the aspheric axis direction. A vertical axis, a right angle axis for transferring the relative position between the tool and the workpiece in a linear direction at a right angle to the horizontal axis and the vertical axis in three dimensions, and a workpiece for rotating the workpiece in the aspheric axis direction; A tool spindle having a spindle, a tool spindle rotating in a radial direction of the aspheric surface of the tool, a tool having a circular arc shape in contact with the surface of the workpiece to remove unevenness of the workpiece surface, and a contact point around the rectangular cross section; Driving the work spindles and the tool spindles; The transmission was proposed a grinding / polishing of the micro-aspheric lens does not have the inclined axis by a control device consisting of a computer for controlling the position along the tool path.
Also in a second aspect for achieving the above, the present invention divides an aspherical tool path not including a tilting axis, preferably by dividing the tool path function in a manner desired by the user, calculating the tool path, and It proposes a path generation method of an aspherical tool comprising the step of moving the tool and the workpiece aspheric polishing / grinding process by the relative position of the linear axis of motion.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.
본 발명에서는 회전 방향 단면상에 최소한 하나의 원호 단면을 갖는 공구를 사용하며, 회전하는 공작물 상에 연삭/연마제를 도포하면서 원호 단면과 공구를 접촉시켜 표면을 가공하는 장치를 구현하고자 한다. 또한 설계된 비구면 표면을 얻기 위하여 비구면 중심에 공구와 공작물이 접촉한 상태에서 계산된 공구 경로를 따라서 수평축과 수직이송축을 동시에 제어한다. 모든 축의 제어와 스핀들의 회전은 제어 컴퓨터에 의해 구동되며, 공구 경로는 사용자가 원하는 대로 분할할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 경사축이 없는 마이크로 비구면 렌즈의 연삭/연마 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 발명의 장치는 워크스핀들을 수평축 상에 설치하고 공구스핀들을 수직축 및 직각축 상에 설치한 것이다.
상기 도 3을 참조하면, 공구(301)는 공구스핀들(302)에 장착되며, 공작물(303)은 워크스핀들(304)에 장착된다. 상기 공구스핀들(302)은 직선운동하는 수직축(305)에 설치되고, 상기 수직축(305)은 직각축(306)과 수직으로 운동할 수 있도록 설치되며, 상기 직각축(306)은 베드(307) 상에 올려진다. 상기 워크스핀들(304)은 수평축(308) 상에 설치되며, 상기 수평축(308)은 베드(307) 상에 올려진다. 연삭/연마제(309)는 공급장치(310)로부터 공급된다.
전술한 공구(301)는 공구스핀들(302)에 의해 회전하며, 공작물(303)은 워크스핀들(304)에 의하여 회전한다. 가공이 시작되면 공구스핀들(302)과 워크스핀들(304)를 회전시키고, 공구(301)를 공작물(303)의 표면에 접촉시킨 다음, 연삭/연마제(309)를 접촉점 주변에 분사한다. 가공 중 공구(301)와 공작물(303)의 접촉점은 비구면 함수 상에 위치하며, 이는 비구면 가공은 구평축(308)과 수직축(305)을 동시에 제어하여 상대운동에 의하여 수행된다.
도 4는 도 3에서 도시하고 있는 연삭/연마 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다. 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 수평이송지지부(401)는 베드(307) 상에 고정되어 있으며, 수평이송부(402)를 직선 왕복운동으로 구속한다. 수평이송모터(403)는 수평이송부(402)를 구동하고, 수평이송부(402)에는 워크스핀들(410)이 설치되어 있다. 직각이송지지부(404)는 베드(307) 상에 고정되어 있으며, 직각이송부(405)를 직선 왕복운동으로 구속한다. 직각이송모터(406)는 직각이송부(405)를 구동하고, 수직이송지지부(407)가 설치되어 있다. 상기 수직이송지지부(407)는 수직이송부(408)를 직선 왕복운동으로 구성하고, 수직이송모터(409)에 의해 구동되며, 공구스핀들(411)이 장착되어 있다. 이때 상기 수평 이송계, 수직 이송계, 직각 이송계는 회전모터-볼스크류-LM 가이드-감속기 구조나 리니어 모터 구조를 이용하여 구성할 수 있다. 그리고 엔코더나 스케일 같은 위치 검출장치를 설치하여 현재 이송 위치를 검출하고, 제어 컴퓨터가 위치 제어를 수행하는데 사용한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연삭/연마 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 도면으로서, 즉 워크스핀들(510)을 베드(307)에 고정하고 공구스핀들(511)을 수평축과 수직축 및 직각축 상에 설치한 일례를 도시한 구성도이다.
상기 도 5를 참조하면, 수평이송지지부(501)는 베드(307) 상에 고정되어 있으며, 수평이송부(502)를 직선 왕복운동으로 구속한다. 직각이송지지부(504)는 수평이송부(502) 상에 고정되어 있으며, 직각이송부(505)를 직선 왕복운동으로 구속한다. 직각이송모터(506)는 직각이송부(505)를 구동하고, 수직이송지지부(507)가 설치되어 있다. 상기 수직이송지지부(507)는 수직이송부(508)를 직선 왕복운동으로 구속하고, 수직이송모터(509)에 의해 구동되며, 공구스핀들(511)이 장착되어 있다.
한편, 공구 경로 함수를 분할하여 공구 경로를 계산하는 단계는 상기 공구 경로 함수를 분할하는 방법이다. 상기 공구의 중심(xt, zt)과 접선각 θ는 x라는 매개변수를 사용하여 표현된다. 공구 경로를 분할하기 위해서는 xt를 사용하자 원하는 방식으로 분할하고, 해당하는 zt를 계산해야 한다. 이와 같이 하기 위해서는 중심(xt, zt)이 독립 변수로 표현되어야 하지만, 관련 수식이 복잡하므로 실질적으로 불가능하다. 따라서 사용자가 분할한 xt좌표에 해당하는 매개변수 x를 수치해법을 이용하여 해를 구한 다음, zt를 구한다. 도 6에 도시한 바와 같이 렌즈의 x를 분할하면 해당되는 xt가 구해진다. 렌즈의 가공 시작점과 끝점은 알고 있으므로, 역으로 정해진 xt로부터 수치 해법을 이용하여 x를 구할 수 있다.
사용자가 원하는 공구 경로의 분할 간격을 δ로 정의하면 절대분할간격 δt과 상대분할간격 δr을 다음과 같이 구할 수 있다.

Figure 112007075999527-pat00017

일반적인 상용 비구면 가공의 경우 상대분할간격 δr은 가공면 전체에 대하여 δ의 m배수를 초과하지 않는 범위 내에서 변하므로, 수학식 5와 같이 제어 간격의 범위를 한정할 수 있다. m은 거의 대부분 1~9 이내에 위치한다.
Figure 112007075999527-pat00018

공구 경로 함수가 x라는 매개 변수로 표현할 수 있으므로 이것을 xt=p(x)로 정의하고, δt=δ로 만드는 것이 목적이므로 조건을 만족시키는 임의의 x 값을 x*라고 정의한다. 그리고 상대분할간격의 범위와 유사하게 x*의 범위도 한정하는 것이 가능하므로 수학식 6과 같은 관계가 성립한다.
Figure 112007075999527-pat00019

p(x)는 상기 범위 내에서 연속이고 미분 가능하므로 주어진 범위 내에서 수치 해법인 root-finding 방법을 사용하면 x*를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 x*ix가 되며, 그 지점으로부터 다음 분할면의 근을 찾는다.
이와 같이 공구 경로에 대하여 xt를 사용하자 원하는 간격으로 분할을 하고, 각 분할면에 대하여 매개변수 x의 위치를 예상하여 한정한 다음, 그 범위 내에서 x*의 값을 찾으면 해당 zt의 위치를 계산할 수 있다. 그리고 x*를 다음 간격에서 해를 찾을 때 시작점으로 설정한다. 또한 비구면 경로 전체에 대하여 상기 과정을 반복하면 사용자가 원하는 대로 비구면 가공 경로를 분할하여 제어 코드를 발생시킬 수 있다.
이러한 성질을 이용하여, 공구 경로 함수를 분할하여 공구 경로를 계산하는 단계는 공구 경로를 사용자가 원하는 공구 분할 간격으로 분할하는 단계와, 각 분할면에서 해당하는 매개 변수의 해의 범위를 한정하고 범위 내에서 root-finding 방법을 사용하여 매개 변수의 해를 찾는 단계와, 분할된 비구면 전체에서 계산된 매개 변수의 값으로 각 분할 간격에 대한 수직축의 위치를 계산하는 단계와, 상기 계산된 공구 경로를 상기 제어 컴퓨터에 입력하여 제어를 수행하여 비구면 연삭/연마하는 단계를 포함한다.
위와 같은 비구면 가공 경로는 PC를 사용하여 계산하며, 제어 컴퓨터에 의한 제어 단계에서, NC 머신의 경우 NC 코드로 변환하여 가공 프로그램을 머신에 다운로드시키고, 상기 NC 머신의 경우 가공 좌표를 PC에 내장된 위치 제어장치로 보내어 가공을 수행한다.
한편, 가공 작업의 개념은 도 7과 같다. 비구면 설계 데이터와 가공 조건을 입력하여 상기 방법에 의한 비구면 공구 경로를 형성한다. 방향을 고려하여 xt는 수평축에 적용되며, zt는 수직축에 적용된다. 비구면 공구 경로는 제어 컴퓨터로 전달되어 제어 컴퓨터가 스핀들을 회전시키면서 각 축을 이송시킨다. 가공 후 형상 오차를 측정하여 공구 경로에 반영시키면서 만족할만한 정밀도가 나올 때까지 가공을 수행한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description will be presented a representative embodiment in the present invention to achieve the above technical problem. And other embodiments that can be presented with the present invention are replaced by the description in the configuration of the present invention.
In the present invention, using a tool having at least one arc cross section on the cross section in the direction of rotation, and implements a device for processing the surface by contacting the arc cross section and the tool while applying a grinding / polishing agent on the rotating workpiece. In addition, to obtain the designed aspherical surface, the horizontal and vertical feed axes are simultaneously controlled along the calculated tool path with the tool and the workpiece in contact with the aspherical center. The control of all axes and the rotation of the spindle are driven by the control computer, and the tool path can be divided as desired by the user.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
3 is a view showing the configuration of the grinding / polishing apparatus of the micro-aspherical lens without the tilt axis according to an embodiment of the present invention. The device of the present invention is to install the work spindles on a horizontal axis and the tool spins on a vertical axis and a perpendicular axis.
Referring to FIG. 3, the tool 301 is mounted to the tool spindles 302, and the work piece 303 is mounted to the work spindles 304. The tool spindles 302 are installed on a vertical axis 305 that moves linearly, and the vertical axis 305 is installed to move perpendicular to the right angle axis 306, and the right angle axis 306 is a bed 307. Is put on. The work spindles 304 are installed on the horizontal axis 308, the horizontal axis 308 is mounted on the bed 307. Grinding / abrasive 309 is supplied from feeder 310.
The tool 301 described above is rotated by the tool spindles 302, and the workpiece 303 is rotated by the work spindles 304. When machining begins, the tool spindles 302 and the work spindles 304 are rotated, the tool 301 is brought into contact with the surface of the workpiece 303, and then the grinding / polishing agent 309 is sprayed around the contact point. The contact point of the tool 301 and the workpiece 303 during machining is located on an aspherical surface function, which is performed by relative motion by controlling the spherical axis 308 and the vertical axis 305 simultaneously.
4 is a view showing in detail the configuration of the grinding / polishing apparatus illustrated in FIG. 3. As shown in FIG. 4, the horizontal transport support 401 is fixed on the bed 307, and restrains the horizontal transport 402 by linear reciprocating motion. The horizontal feed motor 403 drives the horizontal feed unit 402, and the work spindles 410 are installed in the horizontal feed unit 402. The right angle transfer support part 404 is fixed on the bed 307, and restrains the right angle transfer part 405 by linear reciprocation motion. The right angle transfer motor 406 drives the right angle transfer part 405, and the vertical transfer support part 407 is provided. The vertical conveying support 407 constitutes a vertical conveying part 408 in a linear reciprocating motion, and is driven by the vertical conveying motor 409, and is equipped with tool spindles 411. At this time, the horizontal feed system, the vertical feed system, the right angle feed system may be configured using a rotary motor-ballscrew-LM guide-decelerator structure or a linear motor structure. A position detection device such as an encoder or scale is installed to detect the current transfer position and used by the control computer to perform the position control.
5 is a view illustrating in detail the configuration of the grinding / polishing apparatus according to another embodiment of the present invention, that is, the work spindles 510 are fixed to the bed 307 and the tool spindles 511 are horizontal, vertical, and perpendicular axes. It is a block diagram which shows the example installed in the phase.
Referring to FIG. 5, the horizontal transport support 501 is fixed on the bed 307, and restrains the horizontal transport 502 by linear reciprocating motion. The right angle transfer support part 504 is fixed on the horizontal transfer part 502, and restrains the right angle transfer part 505 by linear reciprocating motion. The right angle transfer motor 506 drives the right angle transfer part 505, and the vertical transfer support part 507 is provided. The vertical feed support 507 restrains the vertical feed 508 in a linear reciprocating motion and is driven by the vertical feed motor 509, and is equipped with tool spindles 511.
Meanwhile, the step of calculating the tool path by dividing the tool path function is a method of dividing the tool path function. The center of the tool (x t , z t ) and the tangential angle θ are expressed using the parameter x. To split the tool path, use x t , split it the way you want, and calculate the corresponding z t . In order to do this, the center (x t , z t ) must be represented as an independent variable, but since the related equation is complicated, it is practically impossible. Therefore, the numerical solution of the parameter x corresponding to the x t coordinate divided by the user is solved using the numerical method, and then z t is obtained. As shown in FIG. 6, when x of the lens is divided, a corresponding x t is obtained. Since the processing start and end points of the lens are known, x can be found from the inversely determined x t using a numerical solution.
If the user defines a desired division interval of the tool path as δ, the absolute division interval δ t and the relative division interval δ r can be obtained as follows.
Figure 112007075999527-pat00017

In the case of general commercial aspheric processing, the relative division interval δ r changes within a range not exceeding m multiples of δ with respect to the entire processed surface, so that the range of the control interval can be limited as shown in Equation (5). m is almost always located within 1-9.
Figure 112007075999527-pat00018

Since the tool path function can be expressed as a parameter of x, we define it as x t = p (x), and since we want to make δ t = δ, we define any x value that satisfies the condition as x * . Similarly, since it is possible to limit the range of x * similarly to the range of the relative division interval, the relationship shown in Equation 6 is established.
Figure 112007075999527-pat00019

Since p (x) is continuous and differentiable within the above range, x * can be obtained by using the root-finding method, which is a numerical solution within a given range. Thus calculated becomes the x * x i, to find the roots of the next dividing surface from that point.
Thus let using x t with respect to the tool path is split to the desired interval, for limiting in anticipation of the position of the parameter x, for each divided surface, and then find the value of x * the extent that the position of the z t Can be calculated. Then set x * as the starting point when looking for solutions in the next interval. In addition, if the above process is repeated for the entire aspherical path, the control code may be generated by dividing the aspherical surface machining path as desired by the user.
Using this property, the step of dividing the tool path function to calculate the tool path is to divide the tool path into the desired tool division intervals, and to define and range the solution of the corresponding parameter in each division plane. Using the root-finding method to find the solution of the parameter, calculating the position of the vertical axis for each division interval with the value of the parameter calculated over the divided aspherical surface, and calculating the calculated tool path. Aspheric grinding / polishing by inputting to the control computer to perform control.
The above aspheric machining path is calculated using a PC.In the control step by the control computer, the NC machine converts it into NC code and downloads the machining program to the machine. Send it to the position control device to perform machining.
In addition, the concept of a machining operation is the same as FIG. Aspherical design data and machining conditions are input to form an aspherical tool path according to the above method. Considering the direction, x t is applied to the horizontal axis and z t is applied to the vertical axis. Aspheric tool paths are transmitted to the control computer so that the control computer traverses each axis as the spindle rotates. After machining, the shape error is measured and reflected in the tool path, and machining is performed until satisfactory precision is obtained.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 하드웨어적으로는 공구의 접촉각을 주는 틸팅축을 없앨 수 있기 때문에 제어 요소를 줄일 수 있고, 장비의 단가를 저감시킬 수 있다. 뿐만 아니라 공구와 공작물이 모두 회전하므로 회전 대칭형 렌즈에 적합하고, 절삭 부하가 적어지게 되며, 또한 소프트웨어적으로는 공구의 분할 간격을 자유롭게 조절할 수 있다.
그리고, 위와 같은 방법을 이용하여 사용자가 분할 간격을 일정하게 만들 수 있으며, 형상에 따라서 분할 간격을 조절할 수도 있다. 또한 상기 분할 방법에서 각 분할면상의 접촉 각도는 계산 과정에서 구해지므로 틸팅축이 있는 비구면 연삭/연마 장치에도 적용할 수 있을 뿐만 아니라 공구 경로 발생시에 경로를 사용자가 원하는 방식으로 분할함으로써 종래의 가공 방법에 비해 가공 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
As described above, according to the present invention, since the tilting axis giving the contact angle of the tool can be eliminated in hardware, the control element can be reduced and the cost of the equipment can be reduced. In addition, since both the tool and the workpiece are rotated, they are suitable for rotationally symmetrical lenses, reduce cutting forces, and can be freely adjusted in the tool division.
In addition, the user may make the division interval constant by using the above method, and the division interval may be adjusted according to the shape. In addition, since the contact angle on each divided surface in the dividing method is obtained in the calculation process, it is not only applicable to an aspheric grinding / polishing device having a tilting axis, but also a conventional machining method by dividing the path in a manner desired by the user when the tool path is generated. Compared with this, the processing accuracy can be increased.

Claims (3)

삭제delete 삭제delete 비구면 연삭/연마 가공 기구에 대한 비구면 가공 경로를 생성하는 방법에 있어서,A method of creating an aspherical surface machining path for an aspheric grinding / polishing tool, 공구 경로(105) 함수를 분할하여 공구 경로(105)를 계산하는 단계와;Calculating a tool path 105 by dividing a tool path 105 function; 상기 공구 경로(105)를 사용자가 원하는 공구 분할 간격으로 분할하는 단계와;Dividing the tool path (105) at a tool division interval desired by a user; 각 분할면에서 해당하는 매개 변수의 해의 범위를 한정하고 범위 내에서 root-finding 방법을 사용하여 매개 변수의 해를 찾는 단계와;Defining a range of solutions of corresponding parameters in each partition and finding a solution of the parameters using a root-finding method within the range; 분할된 비구면 전체에서 계산된 매개 변수의 값으로 각 분할 간격에 대한 수직축(305)의 위치를 계산하는 단계와;Calculating the position of the vertical axis 305 for each division interval with the value of the parameter calculated across the divided aspherical surfaces; 상기 계산된 공구 경로(105)를 제어 컴퓨터에 입력하여 제어를 수행하여 비구면 연삭/연마하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 비구면 공구 경로 생성 방법.And aspheric grinding / polishing by inputting the calculated tool path (105) to a control computer to perform control.
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