TWI656943B - 用於加工透鏡的製程 - Google Patents

Abstract

本發明關於用於加工透鏡的製程，包括以下步驟：透過吸力夾持力夾持半成品(20)，在半成品(20)的整個表面加工週期期間，吸力夾持力係有效的；在半成品(20)的將加工的表面(20b)上執行表面加工週期；及在表面(20b)上的表面加工週期期間，根據施於半成品(20)上的機械應力的程度而啟用壓力夾持力。

Description

用於加工透鏡的製程

本發明係關於用於加工透鏡的製程，具體言之，但不作為限制之目的，係關於用於產生透鏡的表面切割胚料的製程。

透鏡由可透光層製成，其可或可不著色，末端為帶有兩個完美研磨的光學表面的兩個前端與後端。如此表面可以根據所希望取得的特定光學結果而具有任意形狀，其從完美的球形到更複雜的構造變化。

在透鏡的加工中，除了製造單一表面的精度，此等表面與另一表面在軸上與角度上的完美對準亦係相當必要的。否則，透鏡無法提供其所被設計的光學效果。

用於製造透鏡的設備能夠得到帶有來自一胚料的未加工或半完成材料的特定預定光學元件之透鏡，即，只在前面或凸面完成，亦稱為半成品。

依照特定匹配與所希望達到的結果，此等設備照著預先計算的三維剖面圖而初始執行切割步驟，例如，光學表面的銑床(milling)或車削(turning)。其後，執行加工表 面的研磨與塗層步驟。

為了執行第二表面的加工，將半成品緊固夾持於精確位置中係必要的，使得確保兩表面間的完美校準係可能的。

在現在技術水準下，為了將半成品夾持於位置中，於精確角度及軸向位置處使用參考塊，該參考塊預先用於已完成表面(一般為前表面)。

此參考塊作為第二表面的切割步驟期間用於夾持系統的臥持表面，並進一步提供充足強度給半成品以抵消切割操作所施於的應力。此外，由於包含該塊的參考點，獲得所需的加工精準度係可能的。

雖然有前述的優點，但使用參考塊作為夾持系統的臥持表面仍產生若干缺點。

透過樹脂或黏膠的使用達成將該塊施用於已加工表面上的步驟，因此需要長時間以允許黏著材料凝固與冷卻。或者，透過鉛基低熔點合金施用該塊。

同樣地，當加工完成時，將該塊從透鏡中移除的步驟也需要充分的技術時間。因此，在加工過程期間有整體的延伸。

此外，黏著材料或鉛的使用導致廢棄材料的產生以及由於黏著材料與鉛本身可能毒性而對於每天參與透鏡加工的工人有之可能健康問題。

因此，申請人察覺到設計不需要施用參考塊於已完成表面之用於加工半成品的製程之重要性。

已知有嘗試減少使用該塊的解決方案，如文件WO 98/43778所述的方法。此方法預知在對立表面的完整加工步驟期間，透過施用於已完成表面或前表面的真空產生系統夾持半成品。亦預知加工半成品的周表面。在加工周表面期間，夾持系統專用壓力系統，預先解除吸力系統。

US 5,454,748描述用於加工透鏡的面與周表面的製程。

根據申請人，然而，在後表面(即前表面的對立表面)加工期間的吸力系統使用似乎無法確實地抵抗該後表面整個加工週期中半成品所受的機械應力。一般來說，半成品受趨於使其旋轉的切向應力，該切向應力使其無法對準，及(或)受趨於使其側向移動的徑向應力。

申請人觀察到半成品在後表面的表面加工期間所受的機械應力根據特定加工步驟(粗切割或加工、磨光與研磨切割)及特定工具的工作位置而變化。

特定言之，申請人發現相對於磨光與研磨步驟，在粗切割步驟中的機械應力較大。更特定言之，在粗切割步驟中，當切割工具靠近半成品的後表面的邊緣動作時，應力較大且當該工具靠近半成品的後表面的中心執行動作時，應力較小。

申請人亦發現機械應力亦根據隨著時間移除以產生後表面的材料量而變化。

因此，申請人注意到為了在短時間內移除大量材料，用於在後表面的表面加工步驟期間將半成品夾持在位置 中的吸力單獨動作可不係充足的以確保在整個加工週期中將其保持在位置中。

特定言之，在高應力的情況下，例如，在粗切割的步驟中，當該工具靠近半成品的後表面的邊緣動作時，此邊緣甚至可能從吸力系統分開。

基於本發明的問題係在於避免前述缺點，特別係藉由在沒有使用參考塊下，設計在整個加工週期中能夠同時確保位置的精準度及半成品的夾持可靠度之用於加工透鏡的製程。

因此，本發明係關於根據專利請求項1加工透鏡的製程。用於加工透鏡的製程之偏好特徵在依附項中。

更特定言之，本發明係關於加工透鏡的製程，包括以下步驟：- 透過吸力夾持力夾持半成品，在半成品的整個表面加工週期中，吸力夾持力係有效的；- 執行半成品的將加工表面的表面加工週期；- 根據該表面上的表面加工週期中施於半成品上的機械應力之程度啟用壓力夾持力。

由於選擇性使用吸力之外的壓力夾持力，不需參考塊下執行將處理的表面之加工係可能的。

根據本發明加工透鏡的製程實際確保整個表面加工週期中半成品的可靠夾持。

用於加工透鏡的製程之實施例可以透過以下可以依所需結合之額外的細節而有進一步改善。

根據加工工具在表面加工週期中所取相對於將加工表面的即時相對位置而偏好地啟用壓力夾持力。藉由根據即時表面加工位置啟用與解除壓力夾持力而根據前述工具的即時位置改變所給的機械應力，抵抗高機械應力並在同時間確保表面被處理係變得可能的。

當加工工具靠近將加工表面的外邊緣時，壓力夾持力更偏好地保持有效。

在此位置中，實際上，機械應力較高，根據本發明要求結合吸力與壓力動作以確保在沒有參考塊下半成品的可靠夾持。

在本發明的偏好實施例中，當機械工具接近將加工的表面的中央部分時，壓力夾持力不係有效的。

在該位置中，事實上，機械應力較低，使透過只有吸力的動作而穩固夾持半成品係可能的。因此，在不妨礙加工下而自由進入將處理的表面係可能的。

將加工的表面之中央部分最好具有約等於坯料的半徑之5%-10%的徑向延伸。

表面加工週期最好包括藉由吸力夾持力與壓力夾持力之施用而共同夾持半成品的第一步驟以及只藉由吸力夾持力之施用而夾持半成品的後續步驟。

特定言之，同時執行兩夾持力的第一步驟及只有吸力有效的後續步驟對於透鏡的生產係有利的，第一步驟抵抗第一表面加工步驟中相對的半成品在邊緣附近產生的高應力，後續步驟使半成品的剩餘表面部分可接近機械工具。

吸力夾持力最好作用於相對於將加工的表面之半成品的第一表面。

在此方法中，吸力夾持動作不妨礙將處理表面的加工。

壓力夾持力最好作用於半成品的第二表面上。

半成品的該第二表面最好係將加工的表面。如此一來，壓力夾持力係特別有效的，將其自身的效果加到同方向上作用的吸力的效果上。

或者，半成品的第二表面係半成品的周表面。在此情況下，壓力夾持力的施用沒有妨礙工具接近將加工的表面。

在本發明偏好的實施例中，藉由吸力夾持的步驟包括當半成品的第一前表面抵靠排列於第一旋轉軸中的吸力腔室而靜置時，啟用吸力群組。

該實施例係特別有利的，因為其預知於旋轉軸形式之透鏡的支撐件內直接執行適當的吸力手段，而使得實質上大量的節省。

啟用壓力夾持力的步驟最好包括將平行於第一旋轉軸的第二旋轉軸帶到其操作位置而與半成品的將加工表面接觸並在將加工表面上施於壓力。

根據有效的實施例，預知適當壓力夾持手段以將其直接與將加工的表面直接接觸的第二旋轉軸動作的形式施行，因此施了與吸力同方向的力。

在本發明的特定實施例中，在透過吸力夾持力夾持的步驟前係將可變形支撐元件調整到半成品的第一表面的形 狀之步驟。

最佳支撐表面為半成品的前表面製作，半成品的前表面的形狀與第一表面的形狀完美匹配。亦可達成在整個加工週期中半成品中的機械應力之平均分佈。

調整可變形支撐元件的步驟最好包括半成品的第一表面抵靠支撐元件而靜置以將匹配第一表面的形狀之形狀給予該支撐元件；及將支撐元件鎖定位置於此匹配形狀。

如此一來，支撐元件能夠使形狀初始設定成第一表面的形狀，提供在整個表面上的抵抗推力之平均分佈。

10‧‧‧夾持群組

10a‧‧‧吸力夾持裝置

10b‧‧‧壓力夾持裝置

11‧‧‧第一旋轉軸

12‧‧‧吸力腔室

13‧‧‧墊片

14‧‧‧第二旋轉軸

16‧‧‧支撐元件

16a‧‧‧同心環

16b‧‧‧彈性元件

16c‧‧‧圓形墊片

17‧‧‧鎖定裝置

20‧‧‧半成品

20a‧‧‧前表面

20b‧‧‧後表面

20c‧‧‧周表面

20d‧‧‧附加物

30‧‧‧切割工具

本發明的進一步特徵與優點將藉由參考所附圖示的以下某些偏好實施例的詳盡說明而變得更為清楚。如果有必要受惠于特別結合之優點，單一配置中的不同特徵可以根據之前說明而依所需結合。

在這些圖示中，- 第1圖係半成品的夾持群組的第一實施例之第一操作配置的概要示意圖，其用於根據本發明實施用於加工透鏡的製程；- 第2圖係以第二操作配置的第1圖的夾持群組之概要示意圖；- 第3圖係根據本發明用於實施加工透鏡的製程之半成品的夾持群組的第二實施例之概要示意圖。

在以下說明書中，相同的參考數字編號將用於代表具有相同功能的構造元件。

參考圖示，圖示了根據本發明實施加工透鏡之製程的半成品之夾持群組並用10代表。

進入所繪示示範實施例之細節，半成品20係用作成為透鏡的半成品材料之一塊。

此半成品20包括已家工的第一表面20a(稱為前表面或凸表面)及至少一個第二表面，例如後表面20b(其與前表面20a相對)，與(或)周側表面20c。

後表面20b一般作為被加工的表面。

夾持群組10包括吸力夾持裝置10a。此裝置最好包括第一旋轉軸或後心軸11，其為了與前表面20a接觸而在終端以吸力腔室12作端部。

吸力腔室12與吸力群組(未圖示出)連接以產生真空，及包括墊片13或其他類型的密封元件而能夠使流體緊密耦合，使得密封元件靜置在前表面20a上。

夾持群組10亦包括壓力夾持裝置10b。此裝置最好包括第二旋轉軸或前心軸14，其與第一旋轉軸11平行，適合用於將壓力施於後表面20b上。

第二旋轉軸14可在第一操作位置與第二操作位置之間移動，第一操作位置繪示於第1圖中，在第1圖中第一操作位置與後表面20b接觸，因此能夠將壓力直接施於此表面20b上，第二操作位置繪示於第2圖中，在第2圖中，第二操作位置與後表面20b距離得遠，因此能夠自由進入表面20b的機械工具，例如切割工具30(如車削板或銑刀)。圖 式圖示了車削板，純粹作為示範例。

在第1圖中，繪示了第二旋轉軸14抵靠半成品20的附加物20d而靜置，其係在切割工具30執行的第一周粗加工步驟的末端所殘留的。

第一與第二操作位置間的旋轉軸14之移動以及施於將加工表面20b上的壓力透過致動器(未圖示出)控制，例如氣動或液壓類型。

在未圖示出的替代實施例中，壓力夾持裝置以便施徑向壓力於半成品20的周表面20c上，因此包括在第一操作位置與第二操作位置間移動的元件，該等元件在第一操作位置與周表面20c接觸並施徑向壓力於其上，在第二操作位置此等元件未與周表面20c接觸。

根據第3圖中所示的實施例，但不作為限制，夾持群組10亦包括可變形的支撐元件16，偏好自鎖型，於吸力腔室12中製成。

可變形的支撐元件16有利地包括複數個同心環16a，其透過彈性元件16b(例如複數個彈簧)的介入抵靠吸力腔室12的基部12a而靜置。同心環16a以圓形墊片16c作終端，在其自由端經調整而抵靠透鏡20靜置。為了闡明圖示，第3圖中的參考數字編號16a與16b只有前述的同心環與彈性元件之一小部分。

基於前面所述構造，支撐元件16能夠調整其形狀以便形成半成品20的前表面20a的支撐表面，其形狀完美匹配前表面20a的形狀。

特定言之，當半成品20起始裝載到夾持群組10上時，其具有一厚度及而有一強度以充分抵抗彈性元件16b的作用，沒有此彈性元件16b的力導致半成品20破裂。

藉由將半成品20的前表面20a抵靠同心環16a的自由端靜置，其帶起由此前表面20a的特殊形狀決定的軸位置。

一旦形狀匹配前表面20a達成，複數個同心環16a透過鎖定裝置17(如機械或液壓類型)的作用而鎖定位置。

如此一來，當透鏡的厚度實質減少時，支撐元件16能夠保持形狀初始設定平滑，亦提供整個前表面20a上抗推力的平均分佈。

替代實施例預知流體或半流體類型的可變形支撐元件16使用作為彈簧支撐元件的替代。

根據本發明的用於加工透鏡之製程將在之後參考生產透鏡的製程而作描述，但作為非受限示範例。此用於加工透鏡的製程包括以下步驟。

當欲成為透鏡的半成品20裝載到夾持群組10上時，啟用吸力夾持裝置10a，在整個加工週期中將其保持操作。如此一來，在整個加工週期中，透過吸力夾持力夾持半成品20。

之後，加工週期開始，其中生產透鏡的特定情況包括：首先，半成品20的將加工表面20b的粗加工或粗表面切割，從靠近邊緣開始加工，到接著穿過到表面20b的中央部分之加工。

在靠近將加工表面20b的邊緣之粗加工步驟期間， 除了吸力夾持裝置10a，壓力夾持裝置10亦被啟用。

在繪示的實施例之細節中，當半成品20的前表面20a抵靠排列於第一旋轉軸11中的吸力腔室12而靜置時，夾持裝置10a的吸力群組被啟用。

然後，啟用壓力夾持裝置10b的制動器以便於將第二旋轉軸14帶到其與半成品20的將處理的表面20b接觸之操作位置，將其置放於一條件中以施壓力於此將加工的表面20b上。

因為吸力夾持與壓力夾持的結合允許在粗加工操作被抵抗期間透鏡承受較高的機械應力，因此，執行靠近半成品20的邊緣之將加工的表面20b之粗加工操作係可能的。

一旦靠近半成品20邊緣之將加工的表面20b之粗加工操作結束時，解除壓力夾持裝置10b以便自由進入將加工的表面20b的中央部分。

當第二旋轉軸14被帶入其遠離將加工的表面20b之位置時，半成品20的前進速度事實上可以保持在高速，因此包含有週期時間上的些微損失。

事實上，切割工具30現在有利地靠近半成品20的中心操作，包含有可以只用真空夾持力抵抗的低切割力。

因此，結束靠近半成品20中心的粗加工操作係可能的。

在此配置中，透過相關工具進行表面20b的磨光與研磨切割步驟亦係可能的。這些操作實際也產生可只用吸力夾持裝置10a的動作抵抗的低應力。

在第3圖中繪示的偏好實施例中，在啟用吸力夾持裝置10a的步驟前，有將可變形的支撐元件16調整到半成品20的前表面20a的形狀之步驟。

此步驟包括將半成品20的前表面20a抵靠支撐元件16靜置以給予支撐元件一配置，其經調整而匹配前表面20a的形狀並將支撐元件16鎖定位置於此一配置中。

從這些釐清本發明用於加工透鏡的製程之特徵的描述中，其相關優點亦得以明瞭。

特定言之，根據本發明用於加工透鏡的製程能夠完美地同時確保整個加工週期中位置的精確度與半成品的夾持可靠度，如此沒用到參考塊，而避免了因使用該塊衍生的全部缺點。

在不背離本發明的教示下，以上所述實施例的變化亦係可行的。

特定言之，本說明書所述非侷限的用於生產透鏡的製程之示範例。然而，可以根據本發明之製程而在任何用於加工透鏡的應用有所啟發，其中有效地夾持半成品以能夠同時進行加工係必須的。

此外，吸力夾持力與壓力夾持力啟用步驟的順序不受限於所述純作示範例的順序。

本進步性概念亦不同地延伸到預知帶有低應力的第一加工步驟與帶有高應力的第二加工步驟或該等步驟的任意結合之加工製程，只有吸力夾持立於第一加工步驟中操作，而壓力夾持力亦額外地於第二加工步驟中操作。

最後，可以清楚得知用於加工透鏡的製程可以因此有諸多改變與變化，其由本發明所涵蓋；此外，全部細節可以由技術性等效的元件取代。在實務中，所用的材料與尺寸可以根據技術需求而代換。

Claims (8)

1. 一種用於加工一透鏡的製程，包括以下步驟：透過一吸力夾持力夾持一半成品(20)，在該半成品(20)的一整個表面加工週期期間，該吸力夾持力係有效的，其中該半成品(20)包括一前表面(20a)、相對於該前表面(20a)的一後表面(20b)、及一周側表面(20c)，其中該吸力夾持力作用於該前表面(20a)上；在該後表面(20b)上執行該表面加工週期；及在該後表面(20b)上的該表面加工週期期間，根據施於該半成品(20)上的該機械應力的該程度而啟用一壓力夾持力，該壓力夾持力作用於該後表面(20b)上；其中在該後表面(20b)上的該表面加工週期的步驟包括一第一步驟及一後續步驟，在該第一步驟中，共同藉由在該前表面(20a)上的該吸力夾持力與在該後表面(20b)上的該壓力夾持力的該應用而夾持該半成品(20)，在該後續步驟中，只藉由在該後表面(20b)上的該吸力夾持力的應用夾持該半成品(20)。
2. 如請求項1所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於在該表面加工週期中，根據由一機械工具(30)取的該即時位置而啟用在該後表面(20b)上的該壓力夾持力。
3. 如請求項2所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於當該機械工具(30)接近該後表面(20b)的該外邊緣時，在 該後表面(20b)上的該壓力夾持力保持有效。
4. 如請求項2或3所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於當該機械工具(30)接近該後表面(20b)的一中央部分時，在該後表面(20b)上的該壓力夾持力不是有效的。
5. 如請求項1所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於透過在該前表面(20a)上的一吸力夾持力夾持的該步驟包括以下步驟：當該前表面(20a)抵靠著一吸力腔室(12)靜置時，啟用一吸力群組，該吸力腔室(12)安置於一第一旋轉軸(11)中。
6. 如請求項1或5所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於該步驟包括以下步驟：在透過在該前表面(20a)上的一吸力夾持力夾持的該步驟前，調整一可變形的支撐元件(16)為該前表面(20a)的該形狀之步驟。
7. 如請求項6所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於調整該可變形的支撐元件(16)的該步驟包括以下步驟：該前表面(20a)抵靠該可變形的支撐元件(16)而靜置以給予此一可變形的支撐元件(16)匹配於該前表面(20a)的該形狀之一形狀；及以此一匹配形狀將該支撐元件(16)鎖定位置。
8. 如請求項1所述之用於加工一透鏡的製程，其特徵在於啟用在該後表面(20b)上的該壓力夾持力的該步驟包括以下步驟：將平行於該第一旋轉軸(11)的一第二旋轉軸(14)帶到與該後表面(20b)接觸之該第二旋轉軸(14)的一操作位置並施一壓力於該後表面(20b)上。