Verfahren zur Herstellung optischer Elemente
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gießverfahren
und die zugehörige Gießvorrichtung zum Gießen eines optischen
Elementes durch Auftropfen und Anhaftenlassen eines durch
Aktivierungsenergie härtbaren Harzes auf ein aus einem
Glasmaterial gefertigtes Glasteil und zum Bilden eines Harzfilmes auf
einer Oberfläche des Glasteiles.
STAND DER TECHNIK
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In letzter Zeit ist ein Herstellungsverfahren für ein optisches
Element mittels Abformgießens zur Formung einer
Funktionsoberfläche des optischen Elementes mit einem Formteil, das eine
vorbestimmte Oberflächengenauigkeit hat, entwickelt worden. Es
wird beispielsweise Bezug genommen auf JP-A-48-26150 und JP-A-
52-25651. Wenn das optische Element mittels Abformgießens
hergestellt wird, wird eine Schicht von durch
Aktivierungsenergie härtbarem Harz auf einen Teil oder die gesamte Oberfläche
des optischen Glaselementes vorgesehen, die als optische
Funktionsoberfläche dient. Daher wird beim Gießen zuerst, wenn das
Guß-Mutterteil zugeführt wird, das flüssige, durch
Aktivierungsenergie härtbare Harz dem Formteil zugeführt, welches dann
geschlossen wird. Dann wird das Harz durch Bestrahlung mit der
Energie zur Bildung einer Harzschicht auf einer Oberfläche des
Guß-Mutterteils gehärtet.
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Die oben beschriebene Vorrichtung zur Herstellung des optischen
Elementes ist jedoch durch ein Formteil und eine diesem
entsprechende Energieguelle gebildet, wie beispielsweise in JP-A-
62-227711 oder JP-A-288030 beschrieben, und hat im Hinblick auf
die Produktivität die folgenden Nachteile:
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(1) Da die Vorgänge wie das Öffnen und Schließen des
Formteils, die Zufuhr von Harz, die Zufuhr des Guß-Mutterteils,
die Bestrahlung mit Energie und das Aufnehmen des optischen
Elements nach dem Gießen in Folge ausgeführt werden, wird eine
lange Zeit benötigt, was zu geringer produktivität führt.
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(2) Allgemein können, wenn das durch Aktivierungsenergie
härtbare Harz gehärtet wird, die inneren Spannungen infolge der
Härtung des Harzes anwachsen, wenn dieses nicht in einer langen
Zeit unter Verwendung einer Energieguelle mit schwacher
Leistung gehärtet wird, was zu dem Problem führt, daß die
gewünschte Gießgenauigkeit nicht erreicht werden kann. Daher
verbraucht die Härtungszeit einen großen Teil der gesamten
Herstellungszeit, was die Erhöhung der Produktivität behindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das
vorangehende verwirklicht und diente dazu, ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Elements mit verkürzter Leerzeit, verbesserter
Produktivität und einer besseren Ausbeute auf eine solche Weise
bereitzustellen, daß die Handlungen der Arbeitsmittel, etwa von
Robotern, die jeder Arbeit entsprechen, parallel ausgeführt
werden, während die zeitliche Zuordnung für den Arbeitsvorgang
bei der Herstellung der optischen Elemente in Betracht gezogen
wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Elements in einer Vorrichtung bereit, bei dem
eine Harzschicht auf einer Oberfläche eines Guß-Mutterteils
durch Aufbringen eines durch Aktivierungsenergie härtbaren
Harzes beim Zuführen des Guß-Mutterteiles zu einem Formteil,
welches dann geschlossen wird, und Einstrahlen der
Aktivierungsenergie auf dieses zur Härtung des Harzes gebildet wird, wobei
eine Mehrzahl von Formteilen endlos auf einem Indextisch
angeordnet sind, der interinittierend und drehbar in jede
Bewegungsposition angetrieben werden kann, in die die Formteile
intermittierend
auf dem Indextisch bewegt werden, wobei eine
Energiequelle zur Härtung des durch Aktivierungsenergie härtbaren
Harzes, ein erster Roboter zur Zuführung des Basismaterials zu
dem Formteil, ein zweiter Roboter zum Herausnehmen des
optischen Elements nach dem Gießen aus dem Formteil und ein dritter
Roboter zur Zuführung des durch Aktivierungsenergie härtbaren
Harzes zu dem Formteil vor der Zulieferung des Basismaterial
vorgesehen sind und ein Steuervorgang jedes Roboters so bewirkt
wird, daß er parallel mittels eines Steuermechanismus bei jeder
Bewegungsposition des Formteils ausgeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische
Gesamt-Draufsicht zur Erklärung einer
Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Fig. 2 ist eine schematische
Gesamt-Seitenansicht zur Erklärung der
Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Fig. 3 ist eine schematische Teilansicht
in seitlicher Darstellung zur
Erklärung der Ausführungsform.
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Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das den
Bedienvorgang des Steuermechanismus
bei der Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Herstellungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird
speziell entsprechend einer Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. In den Figuren 1 und 2 ist
Bezugsziffer 9 ein Rahmen zur Halterung eines scheibenförmigen
Indextisches 10, der intermittierend angetrieben wird und auf
dem eine Nehrzahl von Formteilen 11 (11a bis 11h) endlos in
gleichen Abständen (in diesem Beispiel 8 gleiche Teile) längs
einer Kreisbahn um ein Drehzentrum angeordnet sind. Weiterhin
sind auf dem Rahmen 9 und einem daneben angeordneten
Roboter-Rahmen 25 Ultraviolett-Strahlungsgeräte 12 (12b bis 12g) als
Energiequellen zur Härtung des durch Aktivierungsenergie
härtbaren Harzes, zum Beispiel eines UV-härtbaren Harzes, an
Bewegungspositionen der Formteile 11 angeordnet, die der
intermittierenden Bewegung des Indextisches 10 entsprechen, ein erster
Roboter 13 zur Zuführung eines Guß-Mutterteiles zum Formteil
11, ein zweiter Roboter 14 zum Aufnehmen eines optischen
Elementes nach dem Gießen aus dem Formteil 11 und ein dritter
Roboter 19 zur Zuführung des durch Aktivierungsenergie härtbaren
Harzes vor dem Zuführen des Guß-Mutterteiles zum Formteil 11.
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Weiterhin sind auf dem Rahmen 9 ein Hilfstisch 15 zum
zeitweiligen Aufnehmen der Guß-Mutterteile vor der Verarbeitung und
eine Petrischale 17 für das härtbare Harz angebracht. Weiterhin
ist der Roboter 19 mit einer Flüssigkeitszuführvorrichtung 16
zum Zuführen einer bestimmten Menge des flüssigen Harzes aus
der Petrischale 17 in das Formteil 11 bei einer vorbestimmten
position und ein Greifband 21 zum Ergreifen des Guß-Mutterteils
ausgestattet. Beim obigen Beispiel ist ein
Formöffnungs-/-schließmechanismus 18 zum Öffnen oder Schließen des Formteils
11 mit seinen Funktionsteilen 18a und 18b jeweils gegenüber den
Robotern 13 und 14 angeordnet.
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Neben dem Rahmen 9 ist eine Palettenzuführvorrichtung 22 in
einem Arbeitsbereich des Roboters 13 angeordnet und mit Paletten
20 versehen, die mit einer vorbestimmten Anzahl von
Guß-Mutterteilen beladen sind.
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Weiter wird in jeder Bewegungsposition des Formteils 11 der
Steuervorgang für jeden Roboter so gehandhabt, daß er parallel
ausgeführt wird. Es ist beispielsweise ein Steuermechanismus
23, etwa ein Computer, installiert, mit einer Steuertafel 24
mit einem Befehlsüberwachungssystem, das für den Steuerablauf
vorbereitet ist.
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Spezieller ist das Formteil 11 eines, bei dem eine Form 21 mit
einer Formoberfläche, die einer Funktionsfläche des optischen
Elementes entspricht, auf einer oberen Fläche derselben auf dem
Indextisch 10 unter Verwendung eines Halteteils 52 gehalten
ist, und ein Abdeckteil 50 ist vertikal gleitbar über dein
Halteteil 52 angebracht, wobei eine Fensteröffnung 55 zur
Einstrahlung der Energie in einem oberen Abschnitt des Deckteils
50 gebildet ist und eine seitliche Fensteröffnung 54 für die
Zuführung des Guß-Mutterteils in seinen Seitenabschnitt gebohrt
ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Auch ist eine Auswurfstange 56, die
als Formtrennmechanismus wirkt, auf der Gießfläche vorgesehen.
Der Formöffnungs-/-schließmechanismus 18 hat einen vertikal
relativ zu einem Gehäuse 60 bewegbaren Kopf 61 und einen
Öffnungs- oder Schließgreifer 62 zum vertikalen Anheben des
Deckteils 50, das am Kopf 61 angebracht ist. Weiterhin haben
die Roboter 13 und 14 einen Kopf 71, der vertikal bewegbar ist
und einen Revolvermechanismus 72 aufweist, der um eine
Horizontalachse drehbar ist und der wiederum ein Saugband 70 aufweist,
das mit seiner Drehung vertikal umkehrbar ist.
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Als nächstes wird der Arbeitsablauf des Steuermechanismus
entsprechend der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme
auf ein Flußdiagramm beschrieben, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
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Um diese Vorrichtung zu starten, wird eine erste
Schrittbewegung des Indextisches in (S1) ausgeführt. Weiterhin wird eine
Überprüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob ein vorbestimmter
Betrag an Drehbewegung beendet ist (S2). Damit wird im mit 11h
in Fig. 1 bezeichneten Formteil ein fertiggestelltes
Guß-Mutterteil
oder optisches Element von der Gießoberfläche mittels des
Formtrennvorganges durch die Wirkung der Auswurfstange 56
getrennt (S3), und dann wird eine Überprüfung ausgeführt, um zu
bestimmen, ob dieser Trennvorgang beendet ist oder nicht (S4).
Als nächstes beginnt der Formöffnungs-/-schließmechanismus 18
mit der Arbeit der Öffnung des Formteils mittels der
Öffnungs-/Schließklaue 62 des Arbeitsteils 18b (S5), und wenn dieser
Vorgang beendet ist (S6), wird das Saugband 70 des zweiten
Roboters 14 in das Formteil eingeführt, und das optische Element
wird herausgenommen (S7 und S8). In diesem Falle hat vor dem
Schritt (S7) der zweite Roboter 14 sein Saugband 70 in einem
Ständer umgedreht, um das optische Element herauszunehmen (S9
und S10). Und nach dem Schritt (S8) dreht der zweite Roboter 14
das Saugband 70 wiederum (S11 und S12) und liefert (was nicht
gezeigt ist) ein fertiggestelltes Produkt auf eine
Transportvorrichtung.
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Auf der anderen Seite startet parallel der
Formöffnungs-/-schließmechanismus 18 den Vorgang des Öffnens des Formteils,
wie bei 11a in Fig. 1 gezeigt, mittels des Öffnens oder
Schließens des Greifers 62 des Arbeitsabschnitts 18a (S13), und wenn
jener Vorgang beendet ist (S14), wird das Saugband 70 des
ersten Roboters 13 in das Formteil eingeführt, und das
Guß-Mutterteil wird auf der Gießoberfläche angeordnet (S15 und S16').
Zu diesem Zweck hat vor dem Schritt (S15) der erste Roboter 13
das Saugband 70 umgedreht, so daß das durch das Saugband 70
angesaugte Mutterformteil nach unten gerichtet sein kann. Wenn
das Guß-Mutterteil dem Formteil zugeführt worden ist und der
erste Roboter 13 das Saugband 70 vom Formteil (16) zurückzieht,
steuert der Formöffnungs-/-schließmechanismus 18 die
Öffnungs- oder Schließklaue 62 seines Arbeitsabschnittes 18a, um das
Formteil zu schließen und die Form zusammenzupressen (S17',
S18), während der erste Roboter 13 parallel dazu das Saugband
70 wieder umdreht (S19, S20).
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Nachdem der Schritt (S8) beendet ist, wird ein flüssiges, durch
Aktivierungsenergie härtbares Harz durch den dritten Roboter 19
dem Formteil zugeführt, wie bei 11h in Fig. 1 gezeigt (S21 und
S22). Zu diesem Zwecke sollte vor dem Schritt (S21) eine
Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 16, die auf dem Roboter 19 vorgesehen
ist, zwecks Zufuhr des Harzes zur Petrischale 17 gebracht
werden (S23 und S24). Nachdem das Harz zugeführt wurde (S22),
aktiviert der Formöffnungs-/-schließmechanismus 18 die
Öffnungs- oder Schließklaue 62 seines Arbeitsabschnitts 18b, um das
Formteil zu schließen (S25 und S26).
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In dieser Stufe wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu
bestimmen, ob der Zuführungsvorgang der Palette 20 mittels der
Palettenzuführvorrichtung ausgeführt worden ist (S27), und wenn
dies der Fall ist, wird unmittelbar nach dem Zuführvorgang
eines der Mehrzahl der Guß-Mutterteile auf der Palette 20 auf den
Hilfstisch 15 gebracht, um Platz auf der Palette 20 zu
schaffen, wozu der dritte Roboter 19 verwendet wird (S28 und S29).
Wenn der Schritt (S27) bereits einmal durchlaufen ist
(beispielsweise
wird im Steuermechanismus 23 der Zähler durch den
Betrieb der Palettenzuführvorrichtung 22 auf Null gesetzt, und
dann wird jedesmal, wenn der Schritt (S27) durchlaufen wird, um
eins nach oben gezählt, wobei jeweils der Wert ermittelt wird),
wird das optische Element als fertiggestelltes Produkt - wie
oben erwähnt - nach dem Schritt (S12) durch den zweiten Roboter
40 auf den freien Platz der Palette 20 zurückgebracht (S30,
S31, S32). Im Schritt (S30) übernimmt das Greifband 21 des
dritten Roboters 19 das optische Element vom zweiten Roboter
14, und nachdem das Greifband 21 auf eine vorbestimmte Position
angehoben wurde (S31), wird das Saugband 70 umgedreht (S9, S10)
und im Ständer zur Herausnahme des optischen Elements
angeordnet. Weiter liest in dieser Stufe der Steuermechanismus 23 den
Zähler, und es wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu
bestimmen, ob der Zähler die Anzahl (einen vorbestimmten Wert)
von auf der Palette 20 untergebrachten Mutterformteilen
erreicht hat oder nicht (S33). Wenn er den vorbestimmten Wert
erreicht hat, wird das vorher auf dem Hilfstisch 15 angeordnete
Guß-Mutterteil auf den Roboter 13 gebracht (S34), während, wenn
er unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, das nächste Guß-
Mutterteil von der Palette 20 aufgenommen wird (S35)
Wenn dieses Aufnehmen bestätigt worden ist (S36), liefert der
Roboter 19 das flüssige Harz dem Guß-Mutterteil auf dem
Saugband 70 des ersten Roboters zu, wie bei 70 durch die zweifach
strichpunktierte Linie in Fig. 3 angedeutet, mittels der
Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 16 (S37). Und nach Beendigung dieser
Zuführung (S38) kehrt der Ablauf zum Schritt (S23) zurück. Der
Roboter 13 kehrt zum Schritt (S16) zurück. Andererseits kehrt
der Roboter 14 zum Schritt (S9) in der Stufe zurück, in der der
Schritt (S31) beendet ist. Nachdem der
Formöffnungs-/-schließmechanismus 18 die Schritte (S18 und S26) beendet hat, richtet
der Steuermechanismus 23 den Indextisch 10 so aus, daß er um
eine Einheit gedreht werden kann. Der Ablauf kehrt somit zum
Schritt (S1) zurück.
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Im Vorgang des intermittierenden Drehbetriebes des Indextisches
10 wird die Aktivierungsenergie, zum Beispiel
Ultraviolettstrahlung, von jeder Bestrahlungsvorrichtung 12b bis 12g über
55 auf das Harz auf jedem Formteil in jeder mit 11b bis 11g in
Fig. 1 bezeichneten Position eingestrahlt, welches dann
gehärtet wird. Die Energieabgabe jeder Bestrahlungsvorrichtung in
diesem Falle hat unabhängige Ausgangswerte, so daß sie in der
ersten Hälfte der Abschnitte, 12b bis 12d, schwach und in der
letzten Hälfte, 12e bis 12g, stark ist.
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Obgleich beim obigen Beispiel die Harzschicht auf einer Seite
des Guß-Mutterteils gebildet wird, ist einzusehen, daß sie auf
beiden Seiten gebildet werden kann. Obgleich - wie in Fig. 2
gezeigt - eine sphärische Glaslinse als Guß-Mutterteil
eingesetzt wird, ist davon auszugehen, daß die vorliegende Erfindung
auch auf ein Guß-Mutterteil anzuwenden ist, das eine Mehrzahl
von Kerben auf der Glasplatte hat, wie etwa ein Beugungsgitter.
Weiterhin ist als das durch Aktivierungsenergie härtbare Harz
ein UV-härtbares Harz gewählt, aber außerdem kann ein mit einer
anderen einwirkenden Energie, wie etwa Wärmestrahlung,
sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung oder Röntgenstrahlung, härtbares
Harz verwendet werden.
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Wie oben detailliert ausgeführt, gestattet die vorliegende
Erfindung den parallelen Betrieb eines Arbeitsmittels, etwa eines
Roboters, entsprechend jeder Arbeit mit einer kürzeren
Leerzeit, verbesserter Produktivität und besserer
Herstellungs-Ausbeute auf solche Weise, daß Energiequellen zum Härten des durch
Aktivierungsenergie härtbaren Harzes, ein erster Roboter zur
Zuführung eines Mutterform-Materials zum Formteil ein zweiter
Roboter zum Herausnehmen eines optischen Elementes nach dem
Gießen aus dem Formteil und ein dritter Roboter zum Zuführen
des aktivierungshärtenden Harzes vor Zuführung des Mutterform-
Materials zum Formteil vorgesehen sind, wobei der Betrieb jedes
Roboters so gesteuert wird, daß er parallel für jede
Bewegungsposition des Formteils ausgeführt wird. Weiterhin kann der
Harzhärtungsprozeß so ausgeführt werden, daß er in eine
Mehrzahl von Schritten unterteilt ist, so daß es möglich ist, eine
zeitlich abgestimmte Steuerung des Härtens durchzuführen und
Produkte mit hoher Qualität ohne Spannungen mit einer besseren
Ausbeute herzustellen.