KR101155055B1 - 안경 렌즈용 래스터 절단 기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 품질 표면 마무리를 가진 정확하게 형성된 비구면 안경 렌즈를 생산하기 위한 래스터 절단 도구 및 방법이다. 정확한 형태와 우수한 표면 마무리는 큰 반경을 가진 실질적으로 구형 모양의 절단 도구를 사용하여 얻어진다. 본 방법은 일정한 표면 절단 속도 래스터 패턴과 같은 실질적으로 일정한 절단력을 제공하는 절단 경로를 사용하는 것을 포함한다.

래스터 패턴, 안경 렌즈

Description

안경 렌즈용 래스터 절단 기술{Raster cutting technology for ophthalmic lenses}

본 발명은 절단에 의한 고품질, 3차원 표면의 가공에 관한 것이며 특히 래스터 패턴(raster pattern)에 사용된 일정한 절단력을 사용하는 절단에 의한 안경 렌즈의 가공에 관한 것이다.

절단 기술은 안경 렌즈의 제조, 특히 비구면 렌즈를 가져 통상적인 광학 연마에 의해 제조할 수 없는 맞춤형 프로그레시브 렌즈의 생산에 사용된다. 그러나, 렌즈를 절단하는데 현저한 단점들이 있는데, 주로 표면형태를 필요한 광학적 정밀도로 제어하는 것에 있어서의 어려움과 표면 마무리의 품질에 관한 것이다.

이런 단점들을 이해하기 위해서, 상세하게는 통상적인 절단 선반에서, 표면의 기하학적 배열을 만들기 위해 사용되는 나선 절단 작용을 고려하는 것이 유용하다. 전형적인 3-축 선반은 도 1에 개략적으로 도시된다. 가공품(10)은 척(14)에 의해 스핀들(12)에 부착되어 스핀들 축(16)(또한 "C" 축으로 공지) 주위로 회전한다. 가공품(10)의 표면은 스핀들 축에 평행한 "Z-축" 방향으로 절단 도구(18)의 위치를 조절하면서 축(16)("X-축" 방향을 따라)을 향해 절단도구(8)를 이동시킴으로써 가공된다. 컴퓨터 수치 제어("CNC") 3-축 선반은 밀링 장치와 유사하게 통상적인 단일점 절단 도구 또는 다중홈, 고속 회전 절단기를 가질 수 있다. 양자의 경우, 표면의 기하학적 배열은 나선 절단 경로를 따라 도구에 의해 절단되고 절단되는 재료의 마지막 조각은 회전 가공품(10)의 바로 중앙에 위치한다.

선반 스핀들(12)은 통상적으로 일정한 속도로 회전한다. 이것이 절단 도구(18)가 가공품(10)의 중심을 향해 이동함에 따라 표면 절단 속도의 감소를 일으키고, 도구와 형성되는 렌즈 사이의 절단력에 상응하는 변화를 일으킨다. 절단력의 변화는 형성되는 표면의 형태에 점진적인 에러를 유발한다. 비록 선반은 연속적으로 가변 스핀들 속도를 가질지라도, 선반은 그 속도의 최대 한계가 있고 따라서 그 이상에서는 일정한 표면-절단-속도를 유지할 수 없는 반경을 가진다. 그러한 반경에서, 절단력은 변할 것이고 에러가 일어나기 시작할 것이다.

다른 문제는 렌즈 디자인이 가공품(10)의 중심 끝까지 재료를 제거하는 것이 필요한 경우에 발생하는 특징적인 중심 결함이다. 이 중심 결함은 재료의 최종 조각이 제거될 때 절단력이 갑자기 영으로 떨어지기 때문에 발생하는 작은 강하이다. 절단력은 절단하는 동안 도구의 끝을 렌즈 표면으로부터 약간 굽힌다. 절단력이 갑자기 영으로 떨어지면, 절단 도구 홀더는 느슨해지고, 도구는 아직 회전하는 렌즈를 향해 이동하여, 렌즈 중심에 작은 홈을 형성한다. 비록 매우 높은 정밀도의 선반일지라도 1 내지 5 마이크론 깊이로 중심 결함을 일으켜서, 주로 눈에 띄며 심미적으로 바람직하지 않은 흠을 생성한다.

중심 부위가 평평한 프리즘 형태의 렌즈 디자인에서, 절단력의 급격한 손실은 더 큰 반경에서 일어나며, 프리즘의 위쪽에 융기부 및 아래쪽에 구멍을 형성하는데 현저한 효과를 가진다. 융기부는 통상 약 2 마이크론 높이이며, 구멍은 통상적으로 약 2 마이크론 깊이이다.

상기의 절단력 손실 결함은 도구 날카로움, 표면의 기하학적 배열, 재료 특성 및 장치 특성의 복합 작용이기 때문에, 본질적으로 예상이 불가능하다. 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 결함을 보상하려는 시도는 종종 더 나쁜 결함을 일으킨다.

선반을 사용하여 렌즈를 절단하는 다른 문제는 절단 속도의 함수가 되는 절단 표면의 품질로부터 발생한다. 최적의 효과를 위해서, 표면 속도는 필수 렌즈 반경에서 단지 최고 품질의 마무리를 하도록 조절되어야 한다. 종래의 선반에서, 절단 속도는 반경의 고정 함수이고 변할 수 없다.

선반에 관한 다른 문제는 절단 도구("형태 불완전성")의 모양의 불완전성이 렌즈 표면에 전달된다는 것이다.

선반에 사용된 통상적인 고품질 절단 도구는 약 2mm의 반경으로 연마된 단일점 다이아몬드 칩이다. 그러나, 이런 다이아몬드의 모서리의 정밀도는 단지 약 2 마이크론이다. 이런 부정밀도는 물결모양 형태(또한 "파도모양"으로 공지)를 가지며 렌즈에 직접 전달되는데, 즉, 절단 도구 상의 2 마이크론의 파도모양 결함은 2 마이크론의 렌즈 표면 파도모양 결함이 된다. 파도모양 결함은 충분히 예상할 수 없으며 소프트웨어에 의해 보상될 수 없다. 제어된 파도모양 도구는 상당한 비용으로 이용할 수 있다. 또한 이 도구는 규격의 외부에 있는 지점에 대해 빠르게 마모되거나 깎여져서, 이들의 단점은 값이 비싸고 수명이 짧다.

이런 절단 결함은 통상적으로 절단 렌즈를 연마하여 극복되나, 최적 렌즈 모양으로부터 더욱 벗어나게 한다(렌즈 표면에서 "형성 에러"로 공지). 실제로, 발생된 형성 에러의 양과 제거되는 가시적인 성형 중심 결함의 양 사이에 절충이 요구된다.

표면 가공의 다른 통상적인 형태는 밀링이다. 통상적인 밀링 장치는 도 2에 개략적으로 도시된다. 도 2a는 가공품(10)이 밀링 척(20)에 고정되고 X-Y 평면에서 래스터 패턴으로 이동하고, 회전 절단 도구(22)는 Z 축을 따라 위 아래로 이동하는 측면도를 보여준다. 도 2b는 가공품(10)에 대한 절단 도구의 유효 경로인 래스터 패턴(24)을 나타내는 평면도이다. 비록 통상적인 밀링이 표면 절단 속도와 위치의 독립 제어를 허용하고 절단력이 갑자기 영으로 떨어짐으로 인해 발생되는 문제를 갖지 않을지라도, 매우 낮은 품질의 마무리를 하게 된다. 확대 단면도인 도 2c는 통상적인 밀 절단 표면(26)은 주로 높은 물결모양의 마무리를 갖게 된다는 것을 보여준다. 밀링된 표면의 물결모양("파도모양"으로 공지)은 통상적으로 밀리미터의 크기로 크다. 이런 이유로, 래스터 절단 기술은 광학제품을 생산하는데 통상적으로 사용되지 않는다.

렌즈, 특히 맞춤형 프로그레시브 렌즈 또는 다른 비구면 렌즈 디자인을 효과적으로 절단하기 위해 매우 바람직한 것은 필요한 범위의 비구면의 3차원 표면을 만들 수 있고 통상적인 절단 기술과 관련된 하나 이상의 표면 품질 문제를 극복하는 절단 방법이다.

도 1은 통상적인 3축 선반을 개략적으로 나타낸다.

도 2a는 통상적인 3축 밀링 장치를 개략적으로 나타낸다.

도 2b는 래스터 패턴의 개략적인 평면도이다.

도 2c는 래스터 패턴을 사용하는 통상적인 3축 밀링 장치에 의해 물결모양 표면 절단의 개략적 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명의 절단 장치의 한 실시예를 개략적으로 나타낸다.

도 4는 본 발명의 절단 방법의 한 실시예를 개략적으로 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 절단 도구의 경로를 나타내는 개략적인 측면 상승이다.

도 6은 안경 렌즈를 절단하기 위해 조절되는 래스터 패턴의 정면도이다.

도 7은 X 축을 따라 일정한 표면 단계를 나타내는 개략적인 측면 입면도이다.

도 8은 Y 축 방향을 따라 일정한 표면 단계를 나타내는 개략적인 측면 입면도이다.

도 9는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 구체 도구 드레싱 장치를 나타내는 개략적인 측면 입면도이다.

도 10은 본 발명의 한 실시예를 나타내는 원통형 절단 도구의 개략도이다.

도 11a는 직선 래스터 경로가 투영되는 비구면의 등각 투상도이다.

도 11b는 투영된 직선 래스터 경로를 따르는 균일하게 이격된 세 점에서 표면과 접촉하는 법선 벡터를 나타내는 구형 표면의 등각 투상도이다.

도 11c는 직선을 따라 절단하기 위해 절단 도구의 중심이 따라가는 "드렁큰 라인(drunken line))"을 나타내는 비구면의 평면도이다.

본 발명은 실질적으로 일정한 표면 절단 장치 및 소정의 표면 규격에 대해 높은 정밀도와 광학 산업계에서 사용하기 위한 매우 높은 품질의 표면 마무리를 가진 표면을 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다. 이런 절단 방법과 장치는 특히, 프로그레시브 안경 렌즈의 생산에서 필요한 것과 같은 제품화된 비구면을 대량 생산하는 저렴한 방식으로 광학 산업계에서 매우 바람직하다.

소정의 바람직한 실시예에서, 실질적으로 일정한 절단력 장치는 비교적 큰 반경, 바람직하게는 대략 30mm의 반경을 가진 실질적으로 구체인 절단 도구를 포함하고, 상기 절단 도구로 필수적으로 이루어지고, 상기 절단 도구로 이루어진다. 바람직한 방법의 실시예는 형성되는 표면에 대해 래스터 패턴에서 이동하며 스핀들 축 주위로 회전하는 바람직한 절단 도구를 사용한다. 바람직한 절단 도구의 비교적 큰 반경 때문에, 이런 바람직한 방법에서 절단 도구의 경로는 절단 도구의 구면의 중심이 소정의 3차원 표면상에 실질적으로 형성되는 가공품 사이에 접촉점이 되는 곳을 계산하여 결정된다. 절단 헤드는 절단 헤드의 중심이 필수 경로를 따라가도록 컴퓨터 제어 서보 모터(servo-motors)에 의해 래스터 패턴으로 이동하는 것이 바람직하다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명은 가공 공정의 상당 부분 및 더욱 바람직하게는 실질적으로 전체 가공 공정에 대해 실질적으로 일정한 표면 절단 속도를 유지하는 단계를 포함하고, 이 단계로 필수적으로 이루어지고, 이 단계로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 유지 단계는 절단 도구의 회전 속도를 조절하는 단계를 포함하고, 이 단계로 필수적으로 이루어지고, 이 단계로 이루어진다. 예를 들어, 절단 도구의 유효 반경은 모든 절단 위치에 대해 계산될 수 있고, 유효 반경과 회전 속도의 곱이 가공 공정을 통해 실질적으로 일정하게 유지되도록 절단 도구의 회전 속도는 조절되어야 한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 실질적으로 일정한 표면 속도로 절단 도구를 이동하는 단계를 포함하고, 필수적으로 이 단계로 이루어지고, 이 단계로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 이 이동 단계는 절단 도구의 구면과 절단되는 3차원 표면 사이의 접촉점의 지도를 계산하는 단계 및 두 개의 연속된 접촉점 사이를 이동하는 시간이 이들 사이의 거리에 실질적으로 일정하게 비례하도록 유지되는 단계를 포함하고, 필수적으로 이 단계로 이루어지고, 이 단계로 이루어진다.

매우 높은 정밀도를 가진 절단 도구를 이동시킬 수 있는 서보 모터 구동 장치가 주지되어 있다. 이런 장치는 컴퓨터 제어될 수 있고, 예를 들어, 일반적으로 컴퓨터 파일의 형태인 소정의 규격으로부터 복잡한 3차원 표면을 형성할 수 있고, 3차원 공동 좌표의 맵("포인트 파일"로 공지됨)으로 표면의 형태를 상세하게 한다.

본 발명은 자유형 절단 장치 및 필요한 모양과 정확하게 일치하고 광학 품질의 표면 마무리를 가진 표면을 형성할 수 있는 방법을 제공하기 위해서, 상기 컴퓨 터 구동, 서보모터 장치 및 적절한 모양과 정밀한 절단 도구와 함께 사용하는데 매우 적합하다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 동일한 번호가 동일한 요소를 기술하는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 3축, 두 개의 스핀들 컴퓨터 제어 장치 중심의 개략적 도면이다. 장치는 바람직하게는 절단된 렌즈(32)가 놓이는 렌즈 고정대(30), 러프컷 스핀들(rough cut spindle)(36) 및 파인컷 스핀들(fine cut spindle)(38)이 장착된 스핀들 고정대(40), 및 제어 모듈(41)을 포함한다. 렌즈 고정대(30)는 X축(34) 방향으로 정확한 컴퓨터 제어 운동을 할 수 있다. 스핀들 고정대(40)는 Y축(42) 및 Z축(44) 방향 모두에서 정확한 컴퓨터 제어 운동을 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 러프컷 스핀들(36)과 파인컷 스핀들(38)은 적절한 절단 도구를 고정할 수 있고 컴퓨터 제어하에서 적절한 전기 모터에 의해 가변의 고속에서 회전될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 러프컷 스핀들(36) 또는 파인컷 스핀들(38)에 장착된 절단 헤드는, 바람직하게는 컴퓨터 제어하에서, Z축(44) 방향으로의 이동에 적합한 반면, 스테이지는 X축(34) 및 Y축(42)과 평행한 평면에서 래스터 패턴에서의 이동에 적합하다. 이런 배열은 절단 헤드가 렌즈(32)의 상부 표면상에 3차원 표면을 형성하게 한다. 임의의 적절한 컴퓨터 모듈일 수 있는 제어 모듈(41)은 렌즈(32) 상에서 절단되는 표면에 대한 절단 도구의 절단 경로 또는 절단 도구의 임의의 지점을 계산할 수 있고 스테이지(30 및 40)의 필요한 이동을 일으킬 수 있는 서보-모터(도시되지 않음)를 제어할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 러프컷 스핀들(36)은 바람직하게는 적어도 중간의 정밀도인 다결정 다이아몬드("PCD") 비트를 가진 러프컷 밀링 도구를 고정한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 정교한 절단 도구(46)를 도시한다. 정교한 절단 도구(46)는 구면(48)을 가지며, 스핀들 축(50) 주위로 회전할 수 있는 파인컷 스핀들(38)에 부착된다. 바람직한 실시예에서, 정교한 절단 도구(46)는 황동 소결 다이아몬드 그라인딩 휠, 바람직하게는 최소 물결모양의 구면(48)을 갖도록 손질된 그라인딩 휠을 포함한다. 매우 바람직한 실시예에서, 구면(48)은 구면의 적어도 일부, 더 바람직하게는 약 0.5 마이크론 보다 크지 않은 물결모양을 가진 구면의 일부를 포함한다. 하기에서 더 상세하게 기술한 것과 같이, 정교한 절단 도구(46)의 손질은 바람직하게는 자동화되고 정교한 절단 도구가 파인컷 스핀들(38)에 부착되어 있는 동안 수행되어, 유지보수 비용을 감소시킨다. 절단 도구가 절단 스핀들에 부착되는 동안 절단 도구의 손질(종종 "온 보드, 자동 손질"로 불림)은 제 3 회전 스핀들을 가진 드레싱 스테이션(46)에 대해 정교한 절단 도구(46)를 이동시키고, 바람직하게는 회전시켜 수행할 수 있다. 다른 재료들은 전기도금 다이아몬드 휠을 포함하나 이에 한정되지 않는 정교한 절단 도구(46)를 위해 사용될 수 있으나, 비록 이들 모두는 제 위치에서 손질할 수는 없다.

절단되는 표면(52)은 3차원 좌표의 집단("포인트 파일"로 알려짐)에 의해 기술될 수 있어서, 여러 개의 구별된 점들에서 표면을 구체화한다. 구면(48)의 반경은 통상적인 선반 회전 도구의 도구 선단 반경, 바람직하게는 약 20mm과 비교해서 크고, 절단 공정에 의해 형성된 표면(52)에서 발견된 반경과 필적할 만하기 때문에, 통상적인 CNC 가공에서 행해진 것과 같이 절단 도구가 쉽게 이동되어 도구의 중심 또는 선단이 원하는 표면에 실질적으로 평행한 경로를 따라가게 된다면, 상당한 에러들이 발생할 것이다.

도 5는 소정의 3차원 표면(54)을 절단하는 동안 두 위치에 있는 본 발명의 한 실시예의 정교한 절단 도구를 도시한다. 첫 번째 위치에서, 도구는 지점(56)에서 표면(54)을 절단하고 두 번째 위치에서, 도구는 지점(58)에서 표면(54)을 절단한다. 도 5로부터, 절단 도구(60)의 중심이 따라가는 절단 경로(60)는 절단되는 표면(54)과 관련이 있다는 것을 볼 수 있다. 절단 경로(60)는 구면과 절단되는 가공품(51) 사이의 각 접촉점이 절단되는 소정의 3차원 표면(54)상에 실질적으로 놓인다면, 예를 들어, 정교한 구면(48)과 동일한 반경의 구체의 중심이 어디가 될지를 결정함으로써 계산할 수 있다. 예를 들어, 절단 경로(60)는 구면(48)이 필수 표면(54)의 지점(56)과 접촉할 때 구면(48)과 일치하는 구체의 중심 위치인 지점(62)을 통과한다. 유사하게, 절단 경로(60)는 구면(48)이 필수 표면(54)의 지점(58)과 접촉할 때 구면(48)의 중심 위치인 지점(64)을 통과한다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 정교한 절단 도구에 의해 절단되는 안경 렌즈(66)의 평면도이다. 렌즈(66)는 스테이지(68)에 의해 지지되고, 절단점은 래스터 패턴(70)에서 표면 위로 이동한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 절단 도구의 중심을 제어하여 구면과 렌즈 표면 사이의 접촉점이 실질적으로 직선을 따라가게 제어하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 형성되는 렌즈(66)의 반경에 변화가 있는 실시예에서, 구면(48)의 중심은 구면과 렌즈 표면 사이의 접촉점이 직선을 따라가도록 하기 위해서 직선에서 약간 벗어나게 제어하는 것이 바람직하다. 이런 실시예에서, 절단 도구는 주로 "드렁큰" 라인 또는 "드렁큰" 래스터 패턴으로 불린다. 구면(48)과 절단되는 가공품(51) 사이의 접촉점의 경로가 상기 실시예에서 직선을 가진 래스터 패턴이 되도록 하기 위해서, 본 방법은 구면(48)의 중심의 "드렁큰" 래스터 패턴을 계산하는 단계 및 이런 계산을 기초로 하여 서보 모터 구동 플랫폼(30 및 40)을 제어하는 단계를 포함한다.

도 11a-11c는 "드렁큰" 경로를 보다 상세하게 기술한다. 도 11a는 필수 직선 래스터 경로(102)가 투영되는 비구면(100)의 등측도이다. 도 11b는 필수 표면(100)에 직각이고 구면(48)의 반경과 동일한 길이(R)를 가진 벡터(104)가 도시된 등축도이다. 따라서, 벡터 말단(106)은 구면(48)의 중심 위치이다. 벡터(104)는 비구면(100) 상에 투영된 직선 래스터 경로(102)를 따라, 세 개의 동일하게 이격된 지점(108, 110 및 112)에서 비구면(100)과 접촉하는 것으로 보여진다. 도 11c는 비구면(100)의 평면도이고, 직선 래스터 경로(102)와 직각 벡터(104)는 세 개의 동일하게 이격된 지점(108, 110 및 112)에서 접촉하고 있는 도시한다. 드렁큰 라인(114)은 접촉 지점(108, 110 및 112)이 직선이 되도록 하기 위해 구면(48)의 중심이 따라가는 경로이다.

본 발명에 따른 렌즈 절단 공정의 바람직한 실시예는 도 3-4를 참조하여 기술될 것이다. 필수 렌즈 표면(52)은 컴퓨터 포인트 파일의 형태로 소정의 규격에 의해 형성된다. 이 컴퓨터 파일은 공지된 기술에 따라 컴퓨터에 의해 거친 절단 도구와 정교한 절단 도구(46)를 위한 절단 경로를 형성하는 제어 신호를 발생시키는 데 사용되는 도구 경로 파일로 번역된다. 러프컷 스핀들(36)에 장착될 수 있는 거친 절단 도구는 이의 도구 경로 파일과 생성된 제어 신호를 기초로 하여 렌즈를 절단하여, 정교한 절단 도구(46)에 의해 제거되는 재료의 적은 양인 소정의 양을 남긴다. 장치는 좌표 방식으로, 바람직하게는 서보모터를 사용하여 거친 절단 도구를 X, Y 및 Z 축을 따라 제어 테이블(30 및 40)로 이동시키는 것이 바람직하다. 거친 절단대에서, 일반적으로 높은 정확도는 필요하지 않다. 본 발명의 한 실시예에서, 거친 절단은 표준 3축 선반을 사용하여 이루어질 수 있는데, 이미 논의한 모든 결함들은 주로 거친 절단대에서 허용가능할 수 있기 때문이다.

본 발명의 많은 실시예는 상기한 대로 정교한 절단대의 중요한 태양에 의존한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 정교한 절단 도구가 경로, 및 바람직하게는 컴퓨터는 실질적으로 래스터 패턴인 CNC 도구 경로를 따라가도록 제어한다. 많은 바람직한 실시예에서, 절단 단계는 단일 직선 축을 따라 절단되고, 바람직하게는 실질적으로 모든 조각들은 실질적으로 동일하게 이격된 평행선이 된다. X, Y 및 Z 운동은 절단 도구(46)의 구면(48)의 접촉점(56)이 렌즈의 표면을 가로질러 이동하여, 재료를 실질적으로 열도 균일하게 절단하도록 계산되고, 제어되고 조화되는 것이 바람직하다. 이런 실질적으로 균일한 재료 제거는 절단 양을 실질적으로 일정하게 유지하여, 바람직하게는 포인트 파일에 의해 형성된 것과 같이 표면을 원하는 표면과 일치하게 한다. 최대 효율이 필요한 실시예들의 경우에, 절단 단계는 전진 스트로크와 후진 스트로크 모두에서 절단하는 것이 바람직하다. 래스터 크기는 본 발명의 범위 내에서 크게 변할 수 있고, 예를 들어, 어떻게 물결모양이 되도록 정교한 절단 표면이 허용되는 지에 의존한다는 것이 고려된다. 일반적으로 더 작은 크기의 래스터를 사용하는 것이 더 작은 물결모양 표면을 얻는데 바람직하나, 공정 시간이 더 오래 걸리고, 그 반대도 마찬가지이다. 마찬가지로, 스트로크의 속도는 공지된 공학원리와 협력하여 본 명세서에 포함된 교시들과 함께 정교한 트림의 재료의 바람직한 속도, 알갱이 거침도, 절단 도구의 분당회전수(rpm), 절단 깊이 및 래스터 크기와 같은 인자들에 따라 본 발명의 범위 내에서 넓게 변할 수 있다.

특정 바람직한 실시예에서, 방법은 아치형 절단 도구에 의해 실질적으로 일정한 절단력을 유지시킴으로써 정밀한 자유형 표면을 형성한다. 바람직하게는, 실질적으로 일정한 절단력을 유지하는 단계는 단위시간당 실질적으로 일정한 부피의렌즈 재료를 제거한다. 많은 실시예에서, 실질적으로 일정한 절단력 단계의 사용은 렌즈 표면 형태에서 단일 마이크론 에러는 렌즈의 기능과 미용 형태를 실질적으로 변화시킬 수 있기 때문에 중요하다. 만일 절단력이 일정한 경우, 시스템 편향은 일정하고 렌즈 표면은 일정하게 유지된다. 바람직한 실시예에서, 일정한 절단력 단계는 바람직하게는 일정한 절단 경로 속도, 더욱 바람직하게는 실질적으로 일정한 표면 절단 속도로 실질적으로 일정한 경로 넓이로 자른다.

도 7은 어떻게 일정한 절단 경로(72)가 직선 데카르트 좌표가 아닌 절단되는 표면(54) 상에서 측정되는 지를 도시하는데, 절단 경로는 간격(74)과 같다. 원환체 렌즈와 같은 복합 렌즈 형태에서, 반경은 일정하게 변할 수 있고 각 순간점의 경우, 반경은 정교한 절단 도구(46)의 구면(48)의 중심을 위한 일정한 절단 경로(60)를 결정하는데 계산되고 사용되어야 한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에서, 일정한 절단 속도는 Y축 데카르트 좌표에서 측정한 간격(78)이 아닌 절단되는 표면(54)을 따라 커버된 간격을 측정함으로써 유지된다. 서모모터의 직선 속도는 조절되어 표면(54)을 따라가는 속도는 일정하게 유지된다.

도 5는 한 바람직한 실시예에서, 정교한 절단 도구(46)의 표면 절단 속도는 실질적으로 일정하게 유지된다. 표면 지점(56)에서 절단될 때, 유효 절단 반경(80)은 축으로부터 접촉 지점(56)까지 정교한 스핀들 축(50)에 직각인 라인이다. 선택적으로, 유효 절단 반경(80)은 탄젠트 각(82)의 사인에 의해 곱해진 구체의 반경으로 계산될 수 있다. 접촉 지점(58)에서 절단될 때, 유효 절단 반경은 구체의 반경이다. 유효 절단 반경과 회전 속도를 곱한 곱이 일정하도록 정교한 절단 도구의 회전 속도를 변화시킴으로써, 표면 절단 속도는 일정하게 유지된다. 유효 반경은 스핀들 축으로부터 절단 도구의 구면이 형성되는 3차원 표면과 접촉되는 지점까지의 법선을 취함으로써 발견할 수 있다.

많은 실시예에서, 수정된 절단 경로, 일정한 경로 넓이, 일정한 도구 속도 및 일정한 절단 속도 모두는 구체 및 절단되는 표면 사이의 접촉점에 대한 구면(48)의 중심이 어디 인지에 대한 계산에 어느 정도 의존한다. 따라서, 많은 이런 실시예에서, 정확한 형태와 치수의 구면(48)을 유지하는 것이 중요하다. 도 9는 정확한 구면(48)을 유지하기 위한 절단 도구(46)의 손질의 바람직한 방법을 도시한다. 정교한 도구 스핀들(50)에 직각인 스핀들(86) 상에서 회전하는 연마지석(84) 상의 구면(48)을 손질함으로써, 구면(48)은 형태와 표면 마무리 모두에서 정확하게 구형을 유지한다.

바람직한 실시예에서, 연마지석(84)은 알루미늄으로 제조될 수 있다. 연마지석(84)은 회전하면서 동시에 소결 다이아몬드 구형 도구(46)를 회전시키고 도구(46)를 Z축 방향에서 낮추어서, 두 가지가 함께 마모되어 정확한 구체가 되게 한다. 구면(48)의 최종 반경은 절단 흔적을 일부 렌즈 재료에 형성하고 구체를 측정하는 주지된 광학 기술을 사용하여 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있다. 유사하게 구면의 품질은 표준 표면 추적 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 측정된 도구 반경은 다양한 필수 경로를 계산하기 위해서 CNC 장치에 의해 사용될 수 있다.

도 10은 정교한 절단 도구(88)가 원통의 일부인 표면을 가진 다른 실시예를 도시한다. 원통은 가장 낮은 중심(92)을 가진 최소 원통(90)을 가지며, 본 명세서에 함유된 교시들에 따라, 동일한 방식으로 다양한 필수 절단 경로를 계산하는데 구체의 중심에 사용될 수 있다.

렌즈를 절단하는데 래스터 접근의 다른 효과는 최종 생성물에 필요한 렌즈의 모양만이 도 6에 도시된 대로 절단될 되어야 한다는 것이다. 이것은 원형 렌즈와 같이 완전히 마무리처리되고, 프레임 모양으로 절단된 통상적인 렌즈와 상반된다. 대부분의 절단되고 연마된 렌즈는 프레임 모양에 맞도록 갈려질 때 통상적으로 제거된다. 최종 렌즈 형태만을 절단하면 공정 시간을 줄이고 최종 형태에서 제거될 결함 때문에 검사자가 렌즈를 불합격 처리하는 것을 막는다.

비록 본 발명은 구조적 특징과 방법론적 작용에 대해 특이적인 언어로 기술되었지만, 첨부된 청구항에 정의된 본 발명은 기술된 구체적 특징 또는 작용에 반 드시 한정되지 않는 것으로 이해해야 한다. 또한, 구체적인 특징과 작용은 본 발명을 실시하기 위한 예시적 형태로 개시된다.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있음

Claims (17)

1. 가공품 상에 3차원 표면을 형성하는 방법으로서,

   스핀들 축을 가진 스핀들을 제공하는 단계;

   구면을 가진 절단 도구를 제공하는 단계;

   상기 구면과 일치하는 외부 표면을 가진 구체의 중심을 결정하는 단계;

   상기 구체와 상기 가공품 사이의 접촉점이 상기 3차원 표면상에 놓이도록 상기 구체의 중심의 위치를 계산하는 단계;

   상기 절단 도구를 상기 스핀들 축 주위로 회전시키는 단계; 및

   상기 계산된 위치에 상기 구면의 중심을 배치해서, 상기 3차원 표면을 형성하고, 상기 중심을 래스터 패턴 내의 위치로 이동시키는 단계를 포함하고,

   상기 스핀들 축의 지점으로부터 상기 절단도구의 구면과 상기 3차원 표면 사이의 접촉점까지의 상기 스핀들 축에 대한 법선과 동일한 길이인 상기 절단 도구의 유효 반경을 계산하는 단계; 및 회전 속도와 상기 유효 반경의 곱이 일정하게 유지되도록 상기 절단 도구의 회전 속도를 조절하는 단계를 더 포함하는 가공품 상에 3차원 표면을 형성하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절단 도구의 구면과 상기 3차원 표면 사이의 복수의 접촉점을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 중심을 이동시키는 단계는 상기 복수의 접촉점 중 두 개의 접촉점 사이를 이동하는 시간이 상기 두 접촉점 사이의 거리와 일정하게 비례하도록 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 래스터 패턴은 상기 스핀들 축을 포함하는 평면에 존재하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 래스터 패턴은 상기 스핀들 축과 평행한 Y축을 따르는 이동 및 상기 스핀들 축에 직각인 X축을 따르는 이동을 포함하고, 상기 구면과 상기 3차원 표면 사이의 접촉은 단지 X축을 따라 이동하는 동안만 발생하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 구면은 20mm 및 30mm 사이의 반경을 갖는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 절단 도구는 원통의 일부인 표면을 포함하고, 상기 원통의 최소 원의 최저 중심이 구면의 상기 중심과 동일하게 작용하는 방법.
7. 3차원 표면을 형성하는 장치로서,

   스핀들 축을 가진 스핀들;

   구면을 가진 절단 도구;

   가공품을 고정하고, 상기 절단 도구에 대해 제어된 3차원 이동을 할 수 있는 지지대;

   상기 구면이 상기 3차원 표면과 접촉할 때 상기 구면의 중심의 복수의 위치들을 포함하는 절단 경로를 계산할 수 있고, 상기 구면의 중심이 상기 가공품에 대해 상기 절단 경로를 따라가도록 상기 지지대와 상기 절단 도구를 추가로 제어할 수 있는 제어 모듈; 및

   가변 회전 속도로 상기 절단 도구를 회전시킬 수 있는 회전 구동 수단을 포함하고,

   상기 절단 경로는 래스터 패턴을 포함하며,

   상기 제어 모듈은 상기 스핀들 축의 지점으로부터 상기 절단 도구의 구면과 상기 3차원 표면 사이의 접촉점까지의 상기 스핀들 축에 대한 법선과 동일한 길이인 상기 절단 도구의 유효 반경을 더 계산할 수 있고,

   상기 회전 속도와 상기 유효 반경의 곱이 일정하도록 상기 회전 속도가 조절되는 3차원 표면을 형성하는 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제어 모듈은 상기 절단 도구의 구면 및 상기 3차원 표면 사이의 복수의 접촉점을 추가로 계산할 수 있고, 상기 절단 경로는 상기 복수의 접촉점 중 두 개의 접촉점 사이를 이동하는 시간이 상기 두 접촉점 사이의 거리와 일정하게 비례하도록 조절된 도구 속도를 더 포함하는 장치.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 레스터 패턴은 상기 스핀들 축을 포함하는 평면에 발생하는 장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 래스터 패턴은 상기 스핀들 축과 평행한 Y축을 따르는 이동 및 상기 스핀들 축에 직각인 X축을 따르는 이동을 포함하고, 상기 구면과 상기 3차원 표면 사이의 접촉은 단지 X축을 따라 이동하는 동안만 발생하는 장치.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 구면은 20mm 및 30mm 사이의 반경을 가진 장치.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 절단 도구는 원통의 일부인 표면을 포함하고, 상기 원통의 최소 원의 최저 중심이 구면의 상기 중심과 동일하게 작용하는 장치.
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치의 구동, 서보모터 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체.
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