EP3247519A1 - Method and device for manufacturing a fresnel freeform surface superposed on a planar or curved area - Google Patents

Method and device for manufacturing a fresnel freeform surface superposed on a planar or curved area

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EP3247519A1
EP3247519A1 EP16711961.9A EP16711961A EP3247519A1 EP 3247519 A1 EP3247519 A1 EP 3247519A1 EP 16711961 A EP16711961 A EP 16711961A EP 3247519 A1 EP3247519 A1 EP 3247519A1
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EP
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tool
workpiece
turning
diamond
optics
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Withdrawn
Application number
EP16711961.9A
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Rainer Klar
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Innolite GmbH
Original Assignee
Innolite GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B1/00Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B5/00Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/36Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/18Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for ultra-precision processing of a Fresnel lens which describes a non-rotationally symmetric free-form optical surface.
  • the Fresnel structure can be superimposed on a planar or arbitrarily curved surface.
  • Design algorithms and ray tracing programs used in the design of optics allow the efficient design of increasingly complex optics to realize functional integration, improved imaging, increased efficiency, or smaller overall space.
  • the result of the design results in free-form surfaces which, unlike conventional spherical or aspherical optics, have no symmetry along an optical axis.
  • the free-form surface optics should be defined in exactly the same way. Toric lenses, for example, thus also belong to the class of non-rotationally symmetrical free-form surfaces.
  • the Fresnelization of optics with rotation axis is an old known method.
  • the profile of the optics is cut into concentric ring segments each symmetrical to the optical axis and projected piecewise in a plane.
  • Well-known examples are foils from overhead projectors or optics from lighthouses.
  • the rounding in the bottom of the groove must be as slight as possible, since it represents an artifact that does not occur in the original, unsected appearance.
  • groove base roundings of ⁇ 10 ⁇ m are possible since diamond tools have minimum tool radii of up to 1 ⁇ m and smaller.
  • semi-radius tools are often used for Fresnel lens production.
  • the diamond tool is set at an angle such that the Fresnel side is cut with an outer edge of the tool and thus the kinematic roughness is bypassed.
  • Such small structure characteristics can not be realized by conventional optical production with polishing steps to set the lowest possible surface roughness.
  • the laser or electron beam writing is used to produce such fresnelarraer freeform surfaces.
  • Electron beam writing is widely used to introduce micro and nanostructures (binary) into a surface. Unlike continuous diamond cutting, a pulse of the electron beam vaporizes a very small volume of polymer or paint. If the combination of material to be processed, property of the electron beam or laser beam and the path of the electron beam (overlap of the individual pulses) is selected correctly from a process engineering point of view, not only binary structures (wells) but also so-called 2.5 D to 3D geometries can be achieved by this method produce.
  • the electron or laser writing does not achieve the Fresnel lens quality (smooth, precise edge, minimum groove root radius), which is possible by turning the diamond with Fresnel lenses with rotation axis.
  • a monocrystalline diamond tool with a tool radius of less than 50 ⁇ m or a corresponding half-radius tool is used.
  • usable manufacturing data from the optics design data CAD data or polynomial descriptions, or point clouds is generated in order to calculate production programs with highest interpolation point density.
  • FIG. 1 shows a strongly curved optic 1, which is formed symmetrically with respect to the axis of rotation 2,
  • FIG. 2 shows a Fresnelization of the optics shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a plan view of the fresnelized optical system shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows an example of a free-form optical system
  • Figure 5 is a Fresnelization of the optics shown in Figure 4.
  • FIG. 6 shows a device for producing fresnelized free-form surfaces.
  • FIGS. 1 and 2 show how the profile of the optic 1, which is rotationally symmetrical with respect to the axis 2, can be cut into concentric ring segments 3 and thereby projected piecewise into a plane 4.
  • This method is known as Fresnelization of optics with rotation axis.
  • a plan view of such a Fresnelized optics 5 is shown in FIG.
  • the optics 6 shown in FIG. 4 have no rotational symmetry. However, such an arcuate surface 7, as shown in Figure 5, according to can be fresnelized to a level 8 by projecting sections onto the plane.
  • FIG. 6 shows a device for processing such freeform surfaces.
  • a workpiece 9 is clamped centrally or decentrally in a chuck 10, wherein the chuck is rotatable on a rotation axis 11.
  • This axis of rotation 11 is mounted in a block 12 which is displaceable in the direction of the Y-axis 13 and the X-axis 14.
  • a tool 16 is mounted laterally displaceable.
  • This workpiece 16 is also pivotable about the axis 17 to perform on the workpiece 9 not only turning but also planing.
  • the axes must not be arranged orthogonal to each other and there are any combinations of rotational and translational axes conceivable. In this case, at least two and preferably more than two, such as three, four or five axes should be so controlled to be movable to each other that each individual component of motion is performed synchronously in dependence of one or more other components.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and a device for ultra-precision machining of a Fresnel lens describing a rotationally asymmetrical optical free-form surface superposed on a planar or curved area. In order to achieve said aim, the Fresnel lens is manufactured by having a diamond tool perform turning and planing operations.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer fresnelisierten Freiformoberfläche, die auf eine planare oder gekrümmte Fläche superponiert ist  Method and apparatus for producing a fresnelized freeform surface superposed on a planar or curved surface
[01] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ultrapräzisen Bearbeitung einer Fresnellinse, die eine nicht-rotationssymmetrische optische Freiformoberfläche beschreibt. Die Fresnelstruktur kann dabei auf einer planaren bzw. beliebig gekrümmten Fläche überlagert sein. [01] The present invention relates to a method and apparatus for ultra-precision processing of a Fresnel lens which describes a non-rotationally symmetric free-form optical surface. The Fresnel structure can be superimposed on a planar or arbitrarily curved surface.
[02] Auslegungsalgorithmen und Ray Tracing Programme, die für das Design von Optiken eingesetzt werden, ermöglichen die effiziente Gestaltung immer komplexerer Optiken, um funktionale Integration, verbesserte Abbildung, Effizienzsteigerung oder kleineren Gesamtbauraum zu realisieren. Als Auslegungsergebnis resultieren Freiformflächen, die anders als konventionelle sphärische bzw. asphärische Optiken keine Symmetrie entlang einer optischen Achse aufweisen. Im Weiteren soll die Freiformflächen- optik genau so definiert sein. Torische Linsen beispielsweise gehören somit auch zur Klasse der nicht rotationssymmetrischen Freiformflächen. [03] Abhängig von dem verwendeten Material einer Optik und dem zugehörigen Brechungsindex kann es gemäß dem Brechungsgesetz von Snellius notwendig sein, eine stark gewölbte Optik mit großem Volumen zu entwerfen, um eine große Umlenkung eines Lichtstrahls vornehmen zu können. Auch für Spiegel kann aus dem Optikdesign eine starke Wölbung resultieren, um gewisse optische Funktionalität zu realisieren. Um dennoch kompakt zu bauen bzw. Material zu sparen, ist die Fresnelisierung von Optiken mit Rotationsachse ein alt bekanntes Verfahren. Dabei wird das Profil der Optik in konzentrische Ringsegmente jeweils symmetrisch zur optischen Achse zerschnitten und stückweise in eine Ebene projiziert. Bekannte Beispiele sind Folien aus Overhead Projektoren bzw. Optiken aus Leuchttürmen. [02] Design algorithms and ray tracing programs used in the design of optics allow the efficient design of increasingly complex optics to realize functional integration, improved imaging, increased efficiency, or smaller overall space. The result of the design results in free-form surfaces which, unlike conventional spherical or aspherical optics, have no symmetry along an optical axis. In addition, the free-form surface optics should be defined in exactly the same way. Toric lenses, for example, thus also belong to the class of non-rotationally symmetrical free-form surfaces. [03] Depending on the material used in an optic and the associated refractive index, it may be necessary, according to Snell's law of refraction, to design a high-volume, highly curved optic in order to make a large deflection of a light beam. For mirrors too, a strong curvature can result from the optics design in order to realize certain optical functionality. In order to still be compact or to save material, the Fresnelization of optics with rotation axis is an old known method. Here, the profile of the optics is cut into concentric ring segments each symmetrical to the optical axis and projected piecewise in a plane. Well-known examples are foils from overhead projectors or optics from lighthouses.
BESTÄTIGUNGSKOPIE [04] Da diese Fresnellinsen, die aus Optiken mit einer Rotationsachse berechnet worden sind, ebenfalls rotationssymmetrisch sind, bietet sich Drehen als Fertigungsverfah- ren an, um derartige Optiken herzustellen. Nutzt man sogenannte Ultrapräzisionsmaschinen und monokristallinen Diamant als Schneidstoff, kann durch die Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide direkt eine optisch funktionale Oberfläche hergestellt werden (Rauheiten < 10 nm Ra, Formhaltigkeit < 2 μπι). Dies ist von großer Bedeutung für die Effizienz einer FresneUinse, da diese maßgeblich durch zwei Einflussfaktoren bestimmt wird. Zum einen müssen die Flanken der FresneUinse eine möglichst geringe Rauheit und eine bestmögliche Formhaltigkeit aufweisen. Zum anderen darf die Ver- rundung im Nutgrund nur so gering ausgeprägt sein, wie gerade möglich, da sie einen Artefakt darstellt, welcher in der ursprünglichen nicht zerschnittenen Optik nicht vorkommt. Nach derzeitigem Stand der Technik sind Nutgrundverrundungen von < 10 μπι möglich, da Diamantwerkzeuge minimale Werkzeugradien von bis zu 1 μηι und kleiner aufweisen. [05] Um den Kompromiss zwischen möglichst glatter Fresnelflanke (Einfluss der kinematischen Rauheit bei kleinem Werkzeugradius) und scharf ausgeprägtem Nutgrund bestmöglich umzusetzen, werden oftmals auch Halbradiuswerkzeuge für die Fresnellinsenfertigung genutzt. Alternativ wird mit einer zusätzlichen Rotationsachse auf einer Ultrapräzisionsdrehmaschine das Diamantwerkzeug je nach Fresnelnut vom Winkel her so eingestellt, dass mit einer Außenflanke des Werkzeugs die Fresnelflanke geschnitten wird und somit die kinematische Rauheit umgangen wird. Derartig kleine Strukturausprägungen lassen sich über konventionelle Optikfertigung mit Polierschritten zur Einstellung geringstmöglicher Oberflächenrauheiten nicht realisieren. CONFIRMATION COPY [04] Since these Fresnel lenses, which have been calculated from optics having a rotation axis, are also rotationally symmetric, turning is a production process to produce such optics. If one uses so-called ultra-precision machines and monocrystalline diamond as a cutting material, can be produced by machining with geometrically defined cutting directly an optically functional surface (roughness <10 nm Ra, shape retention <2 μπι). This is of great importance for the efficiency of a FresneUinse, as it is largely determined by two influencing factors. On the one hand, the flanks of the FresneUinse must have the lowest possible roughness and the best possible shape retention. On the other hand, the rounding in the bottom of the groove must be as slight as possible, since it represents an artifact that does not occur in the original, unsected appearance. According to the current state of the art, groove base roundings of <10 μm are possible since diamond tools have minimum tool radii of up to 1 μm and smaller. In order to best implement the trade-off between smooth Fresnel flank (influence of kinematic roughness with small tool radius) and sharp groove base, semi-radius tools are often used for Fresnel lens production. Alternatively, with an additional rotation axis on an ultra-precision lathe, depending on the Fresnel groove, the diamond tool is set at an angle such that the Fresnel side is cut with an outer edge of the tool and thus the kinematic roughness is bypassed. Such small structure characteristics can not be realized by conventional optical production with polishing steps to set the lowest possible surface roughness.
[06] Weist die zu fresnelisierende Optik keine Rotationssymmetrie auf, gilt dasselbe für die resultierende Fresnelstruktur. Da oftmals auch nur Teilsegmente einer Optik sich fresnelisieren lassen, existiert auch keine geschlossene Kontur entlang derer geschnitten werden könnte. Das ultrapräzise Drehen einer fresnelisierten Freiformfläche ist somit nicht möglich. Außerdem bestehen im Stand der Technik keine CAD/CAM Programme, um derartige Oberflächen in ausreichender Qualität als verwertbares CNC Maschinenprogramm zu erstellen. [06] If the optics to be fresnel do not exhibit rotational symmetry, the same applies to the resulting Fresnel structure. As often only partial segments of an optic can be fresnelized, there is no closed contour along which it could be cut. Ultra-precise turning of a fresnelised free-form surface is therefore not possible. Moreover, there are no CAD / CAM programs in the prior art, to create such surfaces in sufficient quality as a usable CNC machine program.
[07] Alternativ wird das Laser- bzw. Elektronenstrahlschreiben zur Herstellung derartig fresnelisierter Freiformflächen verwendet. Das Elektronenstrahlschreiben wird weit verbreitet eingesetzt, um Mikro- und Nanostrukturen (binär) in eine Oberfläche einzubringen. Anders als bei der kontinuierlich wirkenden Diamantzerspanung wird durch einen Puls des Elektronstrahls ein sehr geringes Volumen aus einem Polymer oder Lack verdampft. Wird aus prozesstechnischer Sicht die Kombination aus zu bearbeitendem Material, Eigenschaft des Elektronenstrahls bzw. Laserstrahls und der Bahnführung des Elektronenstrahls (Überlappung der Einzelpulse) richtig gewählt, lassen sich durch dieses Verfahren nicht nur binäre Strukturen (Näpfchen) sondern auch sogenannte 2.5 D bis 3D Geometrien herstellen. [07] Alternatively, the laser or electron beam writing is used to produce such fresnelisierter freeform surfaces. Electron beam writing is widely used to introduce micro and nanostructures (binary) into a surface. Unlike continuous diamond cutting, a pulse of the electron beam vaporizes a very small volume of polymer or paint. If the combination of material to be processed, property of the electron beam or laser beam and the path of the electron beam (overlap of the individual pulses) is selected correctly from a process engineering point of view, not only binary structures (wells) but also so-called 2.5 D to 3D geometries can be achieved by this method produce.
[08] Trotz Prozessoptimierung der oben beschriebenen Parameterbereiche erreicht das Elektronen- bzw. Laserstrahlschreiben nicht die Fresnellinsenqualität (glatte, präzise Flanke, minimaler Nutgrundradius), die durch Diamantdrehen bei Fresnellinsen mit Rotationsachse möglich ist. Weiterhin werden die Verfahren Elektronen- bzw. Laserstrahlschreiben i.d.R. für Fresnelstrukturen mit Tiefen < 100 μπι eingesetzt. Bei Strukturtiefen im Bereich von 500 μπι werden die Verfahren aufwändig, da mit einem sehr geringen Pulsüberlapp eine große Fläche bearbeitet und ein deutlich erhöhter Material- abtrag realisiert werden muss. Weiterhin sind diese Verfahren in der Regel für die Strukturierung in der Ebene. Die Überlagerung fresnelisierter Freiformflächen auf gekrümmten Oberflächen ist ohne Maschinenanpassungen ebenfalls nicht möglich. [08] Despite process optimization of the parameter ranges described above, the electron or laser writing does not achieve the Fresnel lens quality (smooth, precise edge, minimum groove root radius), which is possible by turning the diamond with Fresnel lenses with rotation axis. Furthermore, the methods of electron or laser writing i.d.R. used for Fresnel structures with depths <100 μπι. With structure depths in the region of 500 μm, the processes become complex, since a large area is machined with a very small pulse overlap and a significantly increased removal of material has to be realized. Furthermore, these methods are usually for structuring in the plane. The overlay of fresnelized freeform surfaces on curved surfaces is also not possible without machine adjustments.
[09] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzustellen, mit dem die Diamantzerspanung mit dem Vorteil der oben beschriebenen guten Oberflächenqualität auf Fresnelflanken und der gleichzeitig erzielbaren geringen Nut- grundverrundung ermöglicht wird, um nicht rotationssymmetrische, fresnelisierte, re- fraktive oder reflektive Freiformoptiken herzustellen. [10] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen. [ 1 1] Die Kombination der Verfahren Drehen und Hobeln bei der Bearbeitung mit einem Diamantwerkzeug ermöglicht es, die für die Herstellung von fresnelisierten Freiformoberflächen benötigten Oberflächenqualitäten bereitzustellen. [09] It is therefore the object of the present invention to provide a method by means of which diamond cutting with the advantage of the above-described good surface quality on Fresnel flanks and the simultaneously achievable low groove base rounding is made possible, in order not to be rotationally symmetrical, fresnelized, refractive or to produce reflective freeform optics. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and an apparatus having the features of claim 9. Advantageous embodiments of the invention are described in the respective subclaims, the description and the figures. [1 1] The combination of turning and planing processes with a diamond tool allows the surface qualities required for the production of fresnelized freeform surfaces to be achieved.
[12] Dabei ist es vorteilhaft, wenn kumulativ oder alternativ ein Fast Tool Drehen verwendet wird. Dies ermöglicht ein hochdynamisches Zustellen des Diamantwerk- zeugs abhängig von der jeweiligen Werkzeugposition auf dem Bauteil. Zusätzlich kann mit dem Werkzeug gefräst werden, um eine nicht rotationssymmetrische Fresnellinse herzustellen. It is advantageous if cumulative or alternatively a Fast Tool turning is used. This enables a highly dynamic infeed of the diamond tool depending on the respective tool position on the component. In addition, the tool can be milled to produce a non-rotationally symmetric Fresnel lens.
[13] Bei der Durchführung des Verfahrens ist eine synchrone Interpolation von zwei oder vorzugsweise sogar mehr als zwei 2 Achsen auf der verwendeten Ultrapräzisions- maschine vorteilhaft. Die in der Figur 6 dargestellte Anordnung der Achsen ist nur ein Beispiel und es ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass je nach Anwendungsfall die Anordnung der Achsen individuell ausgewählt werden muss. [13] In carrying out the method, a synchronous interpolation of two or preferably even more than two axes on the ultra-precision machine used is advantageous. The arrangement of the axes shown in Figure 6 is only an example and it is understood by those skilled in that depending on the application, the arrangement of the axes must be selected individually.
[14] Dadurch wird das beliebige Führen eines Diamantwerkzeugs auf einer Oberfläche entlang einer Kontur mit rotativer Orientierungsanpassung ermöglicht. Das heißt, je nach Drehwinkellage des Werkzeugs relativ zum Werkstück können Werkzeug und Werkstück derart zueinander geschwenkt und oder verschoben werden, dass eine nicht rotationssymmetrische Struktur auf der Oberfläche des Werkstücks entsteht. [14] This allows arbitrary guidance of a diamond tool on a surface along a contour with rotational orientation matching. That is, depending on the angular position of the tool relative to the workpiece tool and workpiece can be pivoted to each other and or shifted so that a non-rotationally symmetric structure is formed on the surface of the workpiece.
[15] Dabei wird vorzugsweise ein monokristallines Diamantwerkzeug mit einem Werkzeugradius kleiner 50 μπι oder ein entsprechendes Halbradiuswerkzeug verwen- det. [16] Um Werkzeug und Werkstück mittels einer Steuerung präzise relativ zueinander zu führen, werden verwertbare Fertigungsdaten aus den Optik Designdaten (CAD Daten bzw. Polynombeschreibungen, bzw. Punktewolken) generiert, um Fertigungsprogramme mit höchster Stützpunktdichte zu berechnen. In this case, preferably a monocrystalline diamond tool with a tool radius of less than 50 μm or a corresponding half-radius tool is used. [16] In order to precisely guide the tool and workpiece relative to one another by means of a control system, usable manufacturing data from the optics design data (CAD data or polynomial descriptions, or point clouds) is generated in order to calculate production programs with highest interpolation point density.
[17] Insbesondere werden für die Bearbeitung auf der Basis von Fertigungsdaten Werkzeugbahnen mit Stützpunkt- oder Bahnabständen von weniger als 40 μπι oder sogar von weniger als 20 oder 10 μπι berechnet. In particular, for the processing on the basis of manufacturing data tool paths with base or web distances of less than 40 μπι or even less than 20 or 10 μπι calculated.
[18] Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren, die nur als Ausführungsbeispiel dienen, erläutert. Es zeigt: [18] An embodiment of the method according to the invention will be explained with reference to the figures, which serve only as an exemplary embodiment. It shows:
Figur 1 eine stark gewölbte Optik 1, die symmetrisch zur Rotationsachse 2 ausgebildet ist, FIG. 1 shows a strongly curved optic 1, which is formed symmetrically with respect to the axis of rotation 2,
Figur 2 eine Fresnelisierung der in Figur 1 gezeigten Optik, FIG. 2 shows a Fresnelization of the optics shown in FIG. 1,
Figur 3 eine Draufsicht auf die in Figur 2 gezeigte fresnelisierte Optik, FIG. 3 shows a plan view of the fresnelized optical system shown in FIG. 2,
Figur 4 ein Beispiel einer Freiformoptik, FIG. 4 shows an example of a free-form optical system,
Figur 5 eine Fresnelisierung der in Figur 4 gezeigten Optik und Figure 5 is a Fresnelization of the optics shown in Figure 4 and
Figur 6 eine Vorrichtung zur Herstellung fresnelisierter Freiformflächen. FIG. 6 shows a device for producing fresnelized free-form surfaces.
[19] Die Figuren 1 und 2 zeigen, wie das zur Achse 2 rotationssymetrische Profil der Optik 1 in konzentrische Ringsegmente 3 zerschnitten werden kann und dadurch stückweise in eine Ebene 4 projiziert wird. Dieses Verfahren ist als Fresnelisierung von Optiken mit Rotationsachse bekannt. Eine Draufsicht auf eine derart fresnelisierte Optik 5 ist in Figur 3 dargestellt. FIGS. 1 and 2 show how the profile of the optic 1, which is rotationally symmetrical with respect to the axis 2, can be cut into concentric ring segments 3 and thereby projected piecewise into a plane 4. This method is known as Fresnelization of optics with rotation axis. A plan view of such a Fresnelized optics 5 is shown in FIG.
[20] Die in Figur 4 gezeigte Optik 6 weist keine Rotationssymmetrie auf. Auch eine derartige bogenförmige Oberfläche 7 kann jedoch, wie in Figur 5 gezeigt, entsprechend auf eine Ebene 8 fresnelisiert werden, indem jeweils Teilstücke auf die Ebene projiziert werden. [20] The optics 6 shown in FIG. 4 have no rotational symmetry. However, such an arcuate surface 7, as shown in Figure 5, according to can be fresnelized to a level 8 by projecting sections onto the plane.
[21] Eine Vorrichtung zur Bearbeitung derartiger Freiformoberflächen zeigt Figur 6. Dort ist ein Werkstück 9 in ein Futter 10 zentral oder dezentral eingespannt, wobei das Futter auf einer Drehachse 1 1 drehbar ist. Diese Drehachse 11 ist in einem Block 12 gelagert, der in Richtung der Y-Achse 13 und der X-Achse 14 verschiebbar ist. In Richtung der Z- Achse 15 ist ein Werkzeug 16 lateral verschiebbar gelagert. Dieses Werkstück 16 ist außerdem um die Achse 17 schwenkbar, um am Werkstück 9 nicht nur Dreh- sondern auch Hobelarbeiten zu verrichten. [22] Selbstverständlich müssen die Achsen nicht orthogonal zueinander angeordnet sein und es sind beliebige Kombinationen von rotatorischen und translatorischen Achsen denkbar. Dabei sollten zumindest zwei und vorzugsweise mehr als zwei, wie beispielsweise drei, vier oder fünf Achsen derart gesteuert zueinander bewegbar sein, dass jede einzelne Bewegungskomponente synchron in Abhängigkeit einer oder mehrerer weiterer Komponenten durchgeführt wird. FIG. 6 shows a device for processing such freeform surfaces. There, a workpiece 9 is clamped centrally or decentrally in a chuck 10, wherein the chuck is rotatable on a rotation axis 11. This axis of rotation 11 is mounted in a block 12 which is displaceable in the direction of the Y-axis 13 and the X-axis 14. In the direction of the Z-axis 15, a tool 16 is mounted laterally displaceable. This workpiece 16 is also pivotable about the axis 17 to perform on the workpiece 9 not only turning but also planing. Of course, the axes must not be arranged orthogonal to each other and there are any combinations of rotational and translational axes conceivable. In this case, at least two and preferably more than two, such as three, four or five axes should be so controlled to be movable to each other that each individual component of motion is performed synchronously in dependence of one or more other components.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur Herstellung einer fresnelisierten Freiformoberfläche, die auf einer planen oder gekrümmten Fläche superponiert ist, indem mit einem Diamantwerkzeug durch Drehen und Hobeln eine nicht rotationssymmetrische Fresnel- linse hergestellt wird. 1. A method for producing a fresnelisierten freeform surface, which is superposed on a plane or curved surface by using a diamond tool by turning and planing a non-rotationally symmetric Fresnel lens is made.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Diamantwerkzeug ein Fast- oder Slow-Tool Drehen durchgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that with the diamond tool a fast or slow tool turning is performed.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drehen der rotativen Komponente des Vorschubs des Drehens eine weitere lineare Komponente überlagert wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that when rotating the rotary component of the feed of the rotation, a further linear component is superimposed.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere lineare Komponente in Abhängigkeit der Drehwinkellage festgelegt ist. 4. The method according to claim 3, characterized in that the further linear component is determined as a function of the angular position.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Diamantwerkzeug auch eine Fräsbearbeitung durchgeführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that with the diamond tool and a milling is performed.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug oder das Werkstück auf mehr als zwei Achsen synchron bewegt werden. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tool or the workpiece are moved synchronously on more than two axes.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass ein monokristallines Diamantwerkzeug oder ein Halbradiuswerkzeug mit einem Werkzeugradius kleiner 50 μπι verwendet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized marked, that a monocrystalline diamond tool or a semi-radius tool with a tool radius less than 50 μπι is used.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bearbeitung auf der Basis von Fertigungsdaten Werkzeugbahnen mit Stützpunkt- oder Bahnabständen von weniger als 40 μπι, vorzugsweise weniger als 20 μηι und besonders bevorzugt von weniger als 10 μηι berechnet werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for machining on the basis of manufacturing data tool paths with base or web distances of less than 40 μπι, preferably less than 20 μηι and particularly preferably less than 10 μηι be calculated.
9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Spindel in der ein Werkstück einspannbar ist, einem Werk- zeug, das für die Bearbeitung des Werkstückes als Drehwerkzeug angeordnet ist, wobei der rotativen Komponente des Vorschubs des Drehens eine weitere lineare Komponente überlagert ist. 9. A device for carrying out a method according to one of the preceding claims with a spindle in which a workpiece is clamped, a tool, which is arranged for the machining of the workpiece as a turning tool, wherein the rotary component of the advance of the rotation another linear component is superimposed.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer Steuerung, die eine Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück auf mehr als zwei Achsen synchron steuert. 10. Apparatus according to claim 9, including a controller that synchronously controls movement of the tool relative to the workpiece on more than two axes.
EP16711961.9A 2015-01-23 2016-01-08 Method and device for manufacturing a fresnel freeform surface superposed on a planar or curved area Withdrawn EP3247519A1 (en)

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