La presente invención se refiere a una herramienta para pulir superficies ópticas que comprende un cuerpo rígido provisto de una cara de pulido, al menos tan grande como una superficie óptica a pulir, y una lámina elástica dispuesta entre dicha cara de pulido y Ia superficie óptica a pulir. La invención también se refiere a un procedimiento que utiliza una herramienta de este tipo.

ANTECEDENTES DE LAINVENCIÓN

En el campo de Ia fabricación de lentes ópticas es conocido el pulir una superficie de una lente, previamente mecanizada, mediante una herramienta de pulido.

Un tipo convencional de herramienta de pulido comprende una superficie de soporte esférica con un diámetro similar al de Ia lente a pulir, sobre Ia cual se aplica un material de pulido, tal como fieltro. La herramienta se pone en contacto con Ia lente, y Ia superficie de Ia lente se pule mediante el efecto combinado de una presión entre Ia herramienta y Ia lente y un movimiento orbital entre ambas, con Ia ayuda de un abrasivo en suspensión.

Gracias a los desarrollos que se han producido durante los últimos años en las técnicas de mecanización, ahora Ia operación de mecanizado puede proporcionar una superficie de lente que se ajusta con bastante precisión a Ia forma final deseada; como resultado, Ia operación de pulido de estas lentes está destinada a reducir Ia rugosidad media Ra de Ia superficie hasta valores de entre 0,002 y 0,005 μn, pero sin alterar o deformar Ia forma mecanizada. Por consiguiente el efecto de Ia operación de pulido debe estar muy bien controlado.

Se han desarrollado algunas herramientas de pulido en las cuales Ia superficie de pulido puede adaptarse en cierta medida a Ia forma de Ia lente a pulir: por ejemplo, Ia patente US3583111 describe una herramienta para una operación de afinado que tiene una superficie curvada de base, sobre Ia cual se aplica una almohadilla elástica; y Ia patente EP1249397 describe una herramienta para pulir superficies ópticas atóricas, en Ia cual una superficie de base rígida dispuesta bajo una capa de material elástico es de forma tórica, Io cual permite hacer coincidir de modo más ajustado con una superficie de lente atórica a pulir, y por consiguiente en general permite un mayor grado de precisión.

Sin embargo, a fin de evitar cualquier cambio en Ia forma mecanizada tendría que haber un contacto perfecto entre Ia superficie de pulido y Ia superficie de Ia lente, y esto es posible sólo con lentes que tienen simetría de revolución: superficies esféricas y tóricas.

Incluso Ia herramienta conocida por EP1249397, que en general mantiene bastante bien Ia forma original mecanizada de una lente atórica, tiende a frotar demasiado o demasiado poco en ciertas zonas, especialmente cerca de los bordes de Ia lente y en Ia zona más cercana al centro, y por consiguiente Ia lente tiende a quedar ligeramente deformada, o bien a quedar demasiado rugosa, en estas zonas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de Ia presente invención es proporcionar una herramienta para pulir superficies ópticas, y un procedimiento para pulir superficies ópticas complejas tales como superficies atóricas y formas libres ("free forms"), es decir, superficies progresivas y superficies de este tipo a las que además se superpone una superficie tórica o atórica, con los cuales al menos se reduzcan los inconvenientes mencionados.

En particular, sería deseable mantener en Io posible Ia forma original de Ia superficie a pulir en toda Ia extensión de Ia superficie de Ia lente, incluidos los bordes y/o Ia zona central de Ia misma.

También sería deseable proporcionar una herramienta y un procedimiento con los cuales Ia operación de pulido pueda llevarse a cabo de manera fiable y rápida sobre una amplia variedad de superficies ópticas.

De acuerdo con un primer aspecto, Ia presente invención se refiere a una herramienta para pulir superficies ópticas del tipo definido en Ia introducción, que se caracteriza por el hecho de que Ia cara de pulido del cuerpo rígido está configurada como una porción de una superficie geométrica, quedando definida dicha superficie geométrica por al menos tres parámetros.

Gracias a estas características, Ia herramienta puede adaptarse de modo más ajustado a Ia forma de una superficie óptica a pulir, sobre todo en el caso de superficies con formas libres, y puede ser más precisa que las herramientas existentes en el pulido uniforme de toda Ia superficie de Ia lente, incluyendo las zonas cerca de los bordes y el centro de Ia superficie óptica.

En realizaciones de Ia invención, dicha superficie geométrica es una superficie atórica.

Preferiblemente dicha superficie atórica es una superficie de revolución; en una realización ventajosa, Ia generatriz de dicha superficie atórica es una elipse.

La lámina elástica puede comprender una primera capa de material flexible, de un espesor de al menos 3 mm, y una segunda capa de material de pulido; Ia primera capa de material flexible tiene preferiblemente un espesor de entre 3 y 15 mm, por ejemplo de entre 3 y 8 mm.

En realizaciones preferidas de Ia invención, Ia lámina elástica se proporciona separada de dicho cuerpo rígido y comprende una película adhesiva cubierta con un papel de protección retirable.

Esto permite almacenar las láminas elásticas antes de su uso, y aplicarlas a una herramienta de pulido cuando sea necesario, de forma rápida y simple. A fin de facilitar el cambio de Ia lámina elástica aplicada a una herramienta, dicha lámina elástica puede comprender medios para su retirada de Ia cara de pulido después de su uso.

De acuerdo con un segundo aspecto, Ia invención se refiere a un procedimiento para pulir superficies ópticas, que se caracteriza por el hecho de que comprende las siguientes etapas:

(A) proporcionar una herramienta de pulido que comprende un cuerpo rígido, estando provisto dicho cuerpo de una cara de pulido al menos tan grande como una superficie óptica a pulir y configurada como una porción de una superficie geométrica que queda definida por al menos tres parámetros; (B) aplicar una lámina elástica a dicha cara de pulido; (C) pulir al menos una superficie óptica con dicha herramienta, a base de poner en contacto una superficie óptica con Ia herramienta y provocar un movimiento relativo entre ambas mientras se aplica una presión predeterminada, durante un tiempo predeterminado; y (D) cambiar dicha lámina elástica antes de pulir otras superficies ópticas. Dicha etapa (A) de proporcionar una herramienta de pulido preferiblemente comprende determinar mediante el método de mínimos cuadrados los parámetros de Ia superficie atórica que se ajusta con más precisión a Ia superficie óptica a pulir, y seleccionar de un conjunto de herramientas disponibles Ia herramienta que tiene una cara de pulido con parámetros más próximos a los determinados por el métodos de mínimos cuadrados.

En algunas realizaciones de Ia invención, dicha etapa (B) de aplicar una lámina elástica a Ia cara de pulido se lleva a cabo por medio de una herramienta que comprende un soporte para el cuerpo rígido y medios para presionar Ia lámina elástica contra el cuerpo con una presión predeterminada. El uso de esta herramienta facilita Ia operación de montaje y evita el riesgo de que haya una desigual adherencia entre Ia lámina elástica y el cuerpo, debido a una presión insuficiente.

Preferiblemente, dichos medios para presionar Ia lámina elástica contra el cuerpo rígido comprenden un bloque cilindrico de silicona de dureza media; con este sistema un solo bloque de silicona basta para ejercer presión contra todo un conjunto de cuerpos rígidos, sin que sea necesario disponer de un contracuerpo para cada cuerpo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, a continuación Ia invención se describirá con referencia a los dibujos adjuntos, que muestran realizaciones de Ia invención de forma esquemática y a título de ejemplo no limitativo. En dichos dibujos:

las figuras 1a y 1 b muestran una herramienta de acuerdo con una realización de Ia invención, respectivamente con los dos componente separados y montada; Ia figura 2 muestra un detalle de Ia lámina elástica de Ia herramienta de las figuras 1a y 1 b; y Ia figura 3 es una representación gráfica de una superficie atórica con una generatriz elíptica, que muestra los parámetros necesarios para su definición.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERIDAS

Como muestran las figuras 1a y 1 b, una herramienta de pulido de acuerdo con Ia invención comprende un cuerpo rígido 10 esencialmente cilindrico que tiene un lado de montaje 11 , destinado a montar Ia herramienta con medios convencionales en un dispositivo de pulido, y una cara de pulido 12, opuesta al lado de montaje.

El diámetro del cuerpo rígido 10 es similar al de Ia superficie óptica a pulir, o preferiblemente mayor.

La cara de pulido 12 del cuerpo rígido es una superficie curvada, que está configurada como una porción de una superficie geométrica compleja que queda definida por al menos tres parámetros.

En Ia realización mostrada en las figuras 1a y 1 b Ia cara de pulido es convexa y es una porción de una superficie atórica. Los parámetros que definen dicha superficie atórica dependen de Ia forma de Ia superficie óptica a pulir; su determinación se describirá más adelante.

El experto en Ia materia entenderá que Ia cara de pulido también puede ser cóncava, dependiendo de Ia curvatura de Ia superficie óptica a pulir.

Encima de Ia cara de pulido 12 se aplica al cuerpo rígido una lámina elástica 20; Ia lámina elástica 20 comprende una primera capa de material flexible 21 , que es relativamente gruesa y queda aplicada sobre Ia superficie de pulido 12, y una segunda capa de material de pulido 22, que es más fina que dicha primera capa 21 y constituye Ia superficie exterior de Ia lámina 20, destinada a entrar en contacto con Ia superficie óptica a pulir.

Un material adecuado para Ia primera capa 21 es una espuma de poliolefina físicamente reticulada, por ejemplo una espuma con una densidad de 40 kg/m3 y una resistencia a un 50% de compresión de 95 kPa. Otro material adecuado para dicha primera capa 21 es una espuma de poliuretano de celda cerrada de dureza Shore 00 menor de 50 espumada químicamente.

Con estos materiales, Ia primera capa 21 tiene idealmente un espesor de al menos 3 mm; un espesor de menos de 8 mm debería ser suficiente para Ia gran mayoría de aplicaciones, aunque dependiendo de Ia dureza del material se podría llegar a espesores de hasta 15 mm, Io cual permitiría emplear un menor número de herramientas diferentes.

La segunda capa 22 está hecha de fieltro o de otro material similar, que puede ser natural o sintético. Estos materiales son bien conocidos en el pulido de lentes ópticas, y tienen Ia función de retener las partículas de abrasivo contenidas en suspensión en el líquido de pulido.

La segunda capa 22 está firmemente fijada a Ia primera capa flexible 21 , por ejemplo por medio de un adhesivo 23.

Como se muestra en Ia vista en perspectiva de Ia figura 2, en Ia que las distintas capas de Ia lámina elástica 20 se han separado en parte para una mejor comprensión de su estructura, en esta realización Ia lámina elástica 20 también comprende una película adhesiva 24 aplicada en Ia superficie destinada a estar en contacto con Ia cara de pulido 12 del cuerpo rígido 10, y una capa de protección 25 que se retira cuando Ia lámina elástica 20 debe aplicarse a Ia cara de pulido 12 del cuerpo rígido 10.

Como se puede ver en Ia figura 2, el contorno de Ia lámina elástica es esencialmente cilindrico, como el del cuerpo rígido 10, pero Ia lámina tiene en un lado una pestaña 26 que sobresale, para permitir retirar fácilmente Ia lámina 20 del cuerpo rígido 10 después del uso, como se describirá más adelante. En esencia, un procedimiento para pulir una superficie óptica con esta herramienta comprende seleccionar un cuerpo rígido 10 que tiene una cara de pulido atórica que es apropiada para Ia superficie óptica a pulir, de entre un conjunto de cuerpos rígidos; aplicar una lámina elástica 20 a Ia cara de pulido del cuerpo rígido 10 seleccionado y colocarlo en una máquina de pulido; y aplicar una presión y un movimiento relativo predeterminados entre Ia herramienta y Ia superficie óptica, durante un periodo de tiempo predeterminado. Después de esto, se puede retirar Ia lámina elástica 20 del cuerpo rígido y sustituirla por otra lámina. Este cambio puede hacerse después de pulir cada lente óptica, o bien se puede pulir con Ia misma lámina 20 un pequeño número de lentes, por ejemplo entre dos y cinco, antes de cambiarla.

A continuación se explicará cada etapa del procedimiento con Ia ayuda de ejemplos.

Se proporciona un conjunto de cuerpos rígidos destinados a ser utilizados en el procedimiento de pulido, cada uno de los cuales presenta una cara de pulido configurada como una porción de una superficie geométrica que queda definida por al menos tres parámetros; para simplificar, en general sólo se utilizarán superficies atóricas de revolución, y más particularmente aquellas generadas por una elipse que recorre una circunferencia.

Una superficie de este tipo requiere tres parámetros para quedar definida: los semiejes (a,b) de Ia elipse que genera Ia superficie atórica, y el radio (R) de Ia circunferencia. Una representación de los parámetros de una superficie de este tipo se muestra en Ia figura 3.

Se ha comprobado que para pulir lentes progresivas con prescripciones de entre -6 y +6 dioptrías de esfera, de 0 a -4 dioptrías de cilindro, y adiciones de entre 0,75 y 3,50 dioptrías, un conjunto de 108 cuerpos rígidos es suficiente para obtener un buen resultado en el pulido, es decir, una proporción muy elevada de lentes correctamente pulidas.

A partir de Ia prescripción de un usuario, se determina por el método de mínimos cuadrados Ia superficie atórica que se ajusta con más precisión a Ia forma de Ia lente ("mejor superficie atórica"). La siguiente tabla resume los resultados de esta determinación, para tres prescripciones distintas Pr1 , Pr2 y Pr3.

A cada prescripción se superpone además el diseño particular de Ia lente progresiva; Ia lente resultante se define por medio de un cierto número de puntos, para cada uno de los cuales se representa Ia distancia de un plano determinado. En estos ejemplos Ia determinación se hizo en base a superficies definidas por 90000 puntos.

La última columna de Ia tabla muestra el valor de chi-cuadrado para cada ejemplo, es decir, Ia suma de los cuadrados de los errores entre los puntos de Ia superficie a pulir y los correspondientes puntos de Ia mejor superficie atórica.

En base a los valores de los parámetros obtenidos, se selecciona una herramienta de entre una pluralidad de herramientas disponibles que tienen caras de pulido atóricas; en cada caso, se seleccionará una herramienta que tenga parámetros a,b y R tan cercanos como sea posible a los que se han determinado con el método de los mínimos cuadrados.

Hay que tener en cuenta que Ia lámina elástica proporciona un cierto grado de adaptación entre Ia cara de pulido del cuerpo rígido y Ia superficie óptica a pulir, y por consiguiente permite proporcionar muy buenos resultados en Ia operación de pulido sin necesidad de proporcionar un número muy elevado de herramientas con diferentes superficies atóricas.

Se ha llevado a cabo un ejemplo comparativo, para mostrar Ia ventaja de utilizar una superficie de pulido atórica.

En este ejemplo comparativo se ha determinado también Ia mejor superficie tórica, es decir, Ia superficie tórica que se ajusta con más precisión a Ia forma de Ia lente a pulir, para las mismas prescripciones y los mismos diseños de lentes progresivas indicados más arriba, también por el método de mínimos cuadrados; Ia tabla siguiente resume los resultados, es decir, los parámetros a1 y b1 (radios de las dos circunferencias) de Ia mejor superficie tórica para cada ejemplo, y el correspondiente valor de chi-cuadrado.

Como se puede ver en Ia última columna de Ia tabla, en este caso los valores de chi-cuadrado para cada ejemplo Pr1 , Pr2 y Pr3 son notablemente mayores que en el caso de superficies atóricas; esto muestra claramente que Ia mejor superficie atórica se ajusta con más precisión a Ia superficie de lente deseada que Ia mejor superficie tórica.

Por consiguiente, Ia operación de pulido con una herramienta que tiene una superficie atórica de este tipo proporcionará un mejor resultado en términos de mantener Ia forma de Ia lente mecanizada que si Ia operación de pulido se llevara a cabo utilizando una herramienta tórica.

Una vez que se ha seleccionado el cuerpo rígido de superficie de pulido atórica apropiado, tal como se explica en el ejemplo descrito, se aplica a dicho cuerpo una lámina elástica 20. Esta operación puede llevarse a cabo manualmente, pero para un mejor resultado es preferible aplicar Ia lámina 20 mediante una pequeña prensa: el cuerpo rígido se coloca en Ia prensa y Ia lámina 20, de Ia cual se ha previamente desprendido Ia capa de protección 25, se coloca en posición sobre Ia cara de pulido 21 ; entonces Ia prensa se hace descender, de modo que un cilindro de goma curvado que se ajusta sólo de modo aproximado a Ia curvatura del cuerpo rígido y que tiene un diámetro mayor que el de cuerpo rígido, o preferiblemente un bloque cilindrico de silicona de dureza media, presiona Ia lámina elástica 20 contra el cuerpo rígido 10 haciendo que se adhiera firmemente. El diámetro de dicho bloque de silicona es preferiblemente mayor que el del cuerpo rígido 10 y el extremo del bloque que presiona Ia lámina es de forma cóncava, en caso de que Ia superficie 12 sea convexa; de este modo un solo bloque de silicona basta para todo un conjunto de cuerpos rígidos convexos. Dicho bloque de silicona es, como se ha indicado, de dureza media y preferiblemente de unos 50 mm de alto.

La operación de retirar Ia lámina elástica del cuerpo rígido después del uso puede realizarse manualmente, estirando de Ia pestaña saliente 26, o por medio de una herramienta sencilla.

El cuerpo rígido 10 con Ia lámina elástica 20 aplicada al mismo se coloca en una máquina de pulir, junto con Ia lente a pulir, y se inicia Ia operación de pulido. El tiempo de pulido puede ser inferior a un minuto para Ia mayoría de operaciones, y Ia presión de pulido es relativamente pequeña.

Por ejemplo, los parámetros del proceso de pulido para pulir una lente de material orgánico de 70 mm de diámetro pueden ser los siguientes: - inclinación entre el eje de rotación de Ia lente y el eje de Ia herramienta: 0o a 5o, preferiblemente 3o - descentramiento entre ejes: 14,0 mm - desplazamiento entre ejes: 7 mm - fuerza entre lente y pulidor: 4,5 kg - velocidad de rotación: entre 960 y 1000 rpm, preferiblemente 960 rpm - tiempo de pulido: 45 a 60 segundos, preferiblemente 45 segundos - mezcla de pulido: suspensión de AI2O3 en agua a 70C, con una concentración de 18° (Beaumé) a 2O0C.

A pesar de que en Ia presente memoria se han descrito y representado únicamente realizaciones concretas de Ia invención, el experto en Ia materia podrá introducir modificaciones y sustituir cualquier característica técnica de las mismas por otras técnicamente equivalentes, dependiendo de los requerimientos particulares de cada caso, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, Ia lámina elástica 20 podría aplicarse y mantenerse sobre el cuerpo rígido por otros medios apropiados, distintos de una película adhesiva.