DE102007050470A1

DE102007050470A1 - Verfahren zum Herstellen von optisch aktiven Oberflächen durch Polieren von vorgeschliffenen Linsen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007050470A1
Application number: DE102007050470A
Authority: DE
Inventors: Roland Mandler
Original assignee: Optotech Optikmaschinen GmbH
Current assignee: Optotech Optikmaschinen GmbH
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2008-09-04

Abstract

Bei dem Verfahren zum Herstellen von optisch aktiven Oberflächen durch Polieren von vorgeschliffenen Linsen werden großflächige Polierwerkzeuge und 5-achsige CNC-Poliermaschinen benutzt. Diese verfügen über eine Werkstückspindel und eine Werkzeugspindel. Es wird dabei ein druckbeaufschlagtes Kappenwerkzeug (26) benutzt, dessen elastische Poliermembran (39) vor dem eigentlichen Poliervorgang mit seiner grob vorgeformten Polierfläche (35) mit der zu polierenden Fläche der Linse (10) in Kontakt gebracht wird. Dabei wird die Polierfläche (35) infolge der Druckbeaufschlagung an der Linse (10) als Negativabdruck abgeformt. Dieser Negativabdruck wird während der Polierbewegungen an jeder neuen Position der Polierfläche (35) immer wieder neu erzeugt. Ungenauigkeiten in den Winkelgeschwindigkeiten und den Phasenwinkeln der Drehachsen C<SUB>1</SUB> und C<SUB>2</SUB> werden mittels zweier Rutschkupplungen ausgeglichen. Zwängungen in axialer Richtung werden durch eine ebenfalls druckbeaufschlagte Ausgleichsvorrichtung (6) abgefedert. Diese erlaubt einen Längenausgleich durch axial verschiebliche Bauteile und erzeugt über das Druckmedium den einstellbaren Polierdruck.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optisch aktiven Oberflächen durch Polieren von vorgeschliffenen Linsen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend den in den Oberbegriffen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 16 genannten Merkmalen.
Ziel der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit und die Qualität beim Polieren von optisch aktiven Oberflächen zu steigern. Die Qualitätsverbesserung bezieht sich sowohl auf die Genauigkeit, als auch auf die Rautiefe der erzeugten Flächen. Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 16 gelöst. Die Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik werden damit vermieden.
Die genannten optisch aktiven Oberflächen können sich sowohl an Linsen, als auch an Spiegeln mit räumlich gekrümmten Oberflächen befinden. Zur sprachlichen Vereinfachung wird nachstehend nur noch von Linsen gesprochen, da sich das vorgeschlagene Verfahren vorwiegend auf die Herstellung von Linsen beziehen soll. Es ist vorgesehen, mit dem Verfahren Linsen aus allen Bereichen der Optik zu bearbeiten. Dies können z. B. Linsen der Feinoptik, aber auch Brillengläser sein. Gemeint sind aber immer auch Spiegel.
Verfahren zum Polieren von Linsen mit Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren sind an sich bekannt. Diese weisen im Vergleich mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren jedoch mehrere Nachteile auf.
Bei allen Polierverfahren muss versucht werden, das Optimum zwischen wirtschaftlicher Fertigung und möglichst hoher Qualität der erzeugten optischen Oberflächen zu finden. Dies läuft aus technischen Gründen stets auf einen Kompromiss hinaus, da sich beide Forderungen bei ein und demselben Verfahren nur teilweise erfüllen lassen.
Polierverfahren mit hohem Materialabtrag und damit guter Wirtschaftlichkeit, eignen sich verfahrensbedingt weniger zum Erzeugen von komplizierten und qualitativ hochwertigen Oberflächen. Umgekehrt erlauben Polierverfahren, mit denen komplizierte Oberflächen guter Qualität erzeugt werden können, nur einen geringen Materialabtrag und damit auch nur eine geringe Wirtschaftlichkeit.
Diese Zusammenhänge lassen sich verdeutlichen, wenn man die Verfahren zum Polieren von Linsen, entsprechend dem Stand der Technik, mit den zugehörigen Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren näher betrachtet.
Optische Linsen werden aus Rohlingen in mehreren Arbeitsschritten hergestellt. Zunächst werden die gewünschten Geometrien der Linsenoberflächen mittels verschiedener Schleifvorgänge erzeugt, an die sich das Polieren dieser Oberflächen anschließt, wodurch sie ihre optisch aktiven Eigenschaften erhalten.
Zum Polieren von Linsen werden Poliermaschinen eingesetzt, die über mindestens zwei Spindeln verfügen. An einer wird das Polierwerkzeug festgespannt (Werkzeugspindel), während an der anderen das Werkstück (Linse) mittels einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung befestigt wird (Werkstückspindel). Die beiden Spindeln sind übereinander angeordnet und verfügen über senkrechte Rotationsachsen mit Antrieben.
Damit die zum Polieren mittels Formwerkzeugen erforderlichen Relativbewegungen zwischen Linse und Polierwerkzeug als kleine Kreisbewegungen erzeugt werden können, wird eine der beiden Spindeln, einschließlich ihres Rotationsantriebs, aus der senkrechten Position in eine schräge Lage schwenken.
Beim Polieren von sphärischen Linsen wird der Schwenkwinkel so gewählt, dass sich die Achsen der senkrechten und der geschwenkten Spindel im Krümmungsmittelpunkt der zu bearbeitenden sphärischen Linsenoberfläche schneiden. Bei Linsen mit mehreren Krümmungsradien muss für den Schwenkwinkel ein entsprechender Mittelwert gebildet werden.
Dies führt zu weiteren Ungenauigkeiten an der Werkstückoberfläche und damit zu einem Qualitätsverlust. Bei dem Kompromiss zwischen Qualität und Wirtschaftlichkeit spielen insbesondere auch die hohen Werkzeugkosten eine große Rolle.
Als Polierwerkzeuge kommen wegen der guten Wirtschaftlichkeit überwiegend Formwerkzeuge zum Einsatz. Diese haben eine große Polierfläche und dementsprechend eine große Polierleistung. Abstriche bei der Linsenqualität werden in Kauf genommen, da die Oberflächenform der aktiven Polierfläche aus Kostengründen der Linsengeometrie nur angenähert oder abgestuft angepasst werden kann.
Seltener sind Polierverfahren, bei denen Werkzeuge mit kleiner Polierfläche (Polierstifte) zum Einsatz kommen. Sie dienen zur Herstellung von sehr genauen Speziallinsen. Wegen der kleinen Polierfläche ist die Polierleistung jedoch nur gering und damit auch die Wirtschaftlichkeit.
Das Polierwerkzeug und die Linse werden dann zum Polieren durch Verfahren einer der Spindeln in der Z-Achse miteinander in Kontakt gebracht und während des Poliervorgangs mit einem festgelegten Arbeitsdruck gegeneinander gedrückt. Werkzeug und Linse werden von den beiden Spindeln rotatorisch und im gleichen Drehsinn angetrieben. Dabei stimmen üblicherweise die Drehzahl und die Phasenlage der beiden Spindeln überein.
Der Poliervorgang läuft dann unter Zugabe von Poliersuspension ab, die auf Grund ihrer Zusammensetzung (Polierkörper und chemisch aktive Stoffe) für den erwünschten Materialabtrag sorgt und gleichzeitig als Kühlflüssigkeit dient. Poliersuspension wird bei allen Polierverfahren eingesetzt und daher bei dem nachfolgenden Text nicht immer genannt.
Wie erwähnt, kommt es bei der Entwicklung moderner Polierverfahren darauf an, den genannten Kompromiss zwischen Wirtschaftlichkeit und Qualität zu finden. Die hierbei auftretenden Problemfelder lassen sich weiter verdeutlichen, wenn man aus der Vielzahl der bekannt gewordenen Verfahren die zwei möglichen Extremfälle herausgreift und betrachtet.
Dies sind:

1. Polierverfahren, bei denen Formwerkzeuge zur Anwendung kommen (Nachteil: Die Polierfläche ist groß und damit die Poliergenauigkeit klein. Außerdem ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Polierwerkzeugen erforderlich. Diese Werkzeugart eigenet sich nur für sphärische und torische Flächen).
2. Polierverfahren, bei denen sogenannte Polierstifte benutzt werden (Nachteil: Die Polierfläche ist klein und damit auch die Polierleistung).

Zu 1.:
Bei diesem Verfahren werden zum Polieren Formwerkzeuge benutzt, die auf CNC-Poliermaschinen eingesetzt werden. Diese Poliervorrichtungen verfügen an ihrem einen Ende über einen Zapfen zur Befestigung an der Werkzeugspindel, während sich am anderen Ende die Polierfläche befindet. Diese hat die Form eines negativen Abdrucks der zu polierenden Linsenoberfläche und ist mit einer Polierfolie belegt.
Die Linse ist mittels einer Befestigungsvorrichtung an der anderen Spindel (Werkstückspindel) befestigt. Damit die nötige Relativbewegungen (kleine Kreisbewegungen) zwischen Linse und Werkzeug stattfinden, wird eine der beiden Spindeln durch Schwenken schräg gestellt. Dies ist üblicherweise die oben angeordnete Werkzeugspindel. Der Schwenkwinkel wird so gewählt, dass der Schnittpunkt der beiden Spindelachsen im Krümmungsmittelpunkt (Mittelwert) der Linsenoberfläche liegt. Nach dem Zusammenfahren von Linse und Werkzeug erfolgt das großflächige Polieren unter Zugabe von Poliersuspension.
Da das Polierwerkzeug den größten Teil der Linsenoberfläche abdeckt, wird diese an vielen einzelnen Flächenelementen gleichzeitig poliert. Dementsprechend ist die Polierleistung gut und damit die Wirtschaftlichkeit. Solche Verfahren werden daher bevorzugt eingesetzt, wenn größere Stückzahlen von Linsen mit gleicher Oberflächengeometrie poliert werden sollen, da dann die Werkzeugkosten nicht mehrfach anfallen.
Das Polieren mit Formwerkzeugen hat jedoch auch mehrere Nachteile, insbesondere wenn sehr unterschiedlich Linsen (z. B. Brillengläser) poliert werden sollen.
Diese Nachteile sind wie folgt:

– Wenn die Kontur der zu polierenden Linse auch im Feinbereich erhalten werden soll, muss das Formwerkzeug ein exakter Negativabdruck der Linsenoberfläche sein. Dies führt wegen der verschiedenen Linsenformen zu einer Vielzahl von verschieden geformten Werkzeugen. Dementsprechend hoch sind die Fertigungs- und Lagerkosten für die Werkzeuge. Hinzu kommt, dass das Werkzeug praktisch bei jeder neu zu polierenden Linse ausgewechselt werden muss. Für die Herstellung von a-sphärischen und a-torischen Flächen sowie von Freiformflächen kann diese Werkzeugart nicht genutzt werden. Die Linse muss beim Einlegen in die Halterung der Werkstückspindel außerdem genau auf das Formwerkzeug ausgerichtet werden, da sie sich ja genau in den dort vorhandenen Negativabdruck (nicht rotationssymmetrisch!) ihrer Kontur einfügen muss. Auch die hier genannten Besonderheiten erhöhen die Kosten
– Eine andere Möglichkeit mit Formwerkzeugen zu arbeiten besteht darin, dass man aus Gründen der Kostenersparnis nicht für jede Linsenform und jeden Radius ein solches Polierwerkzeug anfertigt, sondern die Werkzeuge mit abgestuften Krümmungsradien an der Bearbeitungsfläche herstellt. Da aber bereits torische Linsen zwei unterschiedliche Radien haben, muss hier für jeden ersten Radius (R₁) eine abgestufte Reihe von zweiten Radien (R₂) vorgesehen werden.

Zu 2.:
Bei diesem Verfahren werden als Polierwerkzeug Polierstifte benutzt, die auf mehrachsigen CNC-Poliermaschinen eingesetzt werden. Diese Polierstifte sind im wesentlichen zylindrische Körper, die mit ihrem einen Ende an der Werkzeugspindel (meist die obere) befestigt werden, während sich an dem anderen Ende die Polierfläche mit der Polierfolie befindet. Hierbei handelt es sich um eine weiche Folie, welche in Kontakt mit der zu polierenden Oberfläche gebracht wird und die Polierarbeit bei Zugabe von Poliersuspension leistet.
Die zu polierende Linse befindet sich an der anderen Spindel (Werkstückspindel). Ihre Oberfläche wird von dem rotierenden Polierstift Punkt für Punkt abgefahren und dabei poliert. Je kleiner der Polierstift ist, um so feinere Konturen können auf der Linsenoberfläche poliert werden, ohne dass es zum Einebnen von Feinstrukturen kommt, die beim Schleifen unter Umständen erzeugt wurden.
Es ist verständlich, dass mit einem Polierstift keine hohe Wirtschaftlichkeit erzeugt werden kann, da seine Vorteile nur dann zur Geltung kommen, wenn sein Durchmesser, gemessen an dem Linsendurchmesser, klein ist. Mit einer kleinen Polierfläche lassen sich aber keine hohen Polierleistungen bezogen auf die Zeiteinheit erzielen. In der Praxis werden daher vielfältige Kompromisse eingegangen, was den Durchmesser des Polierstifts und seine Formgebung betrifft.
Bei Betrachtung der beiden vorgenannten Extrembeispiele wird sichtbar, dass erhebliche Probleme entstehen, wenn die Polierleistung (Wirtschaftlichkeit) und die Oberflächenqualität der polierten Linse optimiert werden sollen.
Es wurde daher ein weiteres Verfahren bekannt, das die Nachteile beim Arbeiten mit Formwerkzeugen zum Teil vermeiden soll. Dieses Verfahren wird in der DE 101 06 007 A1 beschrieben.
Zur Minderung der hohen Werkzeugkosten und Begrenzung der großen Anzahl von benötigen Formwerkzeugen wurde in der DE 101 06 007 A1 ein Polierverfahren vorgeschlagen, bei dem mit einem variablen Formwerkzeug gearbeitet wird.
Auch bei diesem Verfahren wird die fertiggeschliffene Linse als vorhanden vorausgesetzt. Das variable Formwerkzeug ist so aufgebaut, dass es im Arbeitsbereich über eine nachgiebige, weiche Struktur (Arbeitsfläche) verfügt, die sich beim Andrücken an die Linsenoberfläche an dieser abformt und so die Form eines Negativabdrucks der Linse annimmt. Danach wird die Arbeitsfläche in dieser Form fixiert.
Diese fixierte Arbeitsfläche des variablen Formwerkzeugs behält die Form des Negativabdrucks der Linse, für die Dauer des Poliervorgangs, bei. Der Poliervorgang wird dann auf einer geeigneten CNC-Poliermaschine, wie bei Formwerkzeugen üblich, durchgeführt. Danach kann die Fixierung der Arbeitsfläche des variablen Formwerkzeugs wieder aufgehoben und wie vorbeschrieben die neue Gestalt der nächsten Linse angeformt werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens unter Benutzung des variablen Formwerkzeugs ergibt sich gegenüber den Verfahren mit einfachen Formwerkzeugen eine Einsparung bei den Werkzeugkosten.
Das Verfahren entsprechend der DE 101 06 007 A1 hat aber auch einige Nachteile wie folgt:

– Das Polierwerkzeug hat nur eine geringe Lebensdauer, da insbesondere seine aktive Polierfläche (inkl. Polierfolie) einem starken Verschleiß unterworfen ist. Dies hängt damit zusammen, dass die Arbeitsfläche einen starr fixierten Abdruck der Linsenoberfläche darstellt und nicht beweglich ist. So entstehen starke Zwängungen zwischen Werkzeug und Linse, wenn die Polierbewegungen stattfinden.
– Wegen der starr fixierten Arbeitsfläche des Polierwerkzeugs entspricht die erzeugte Oberflächenqualität nicht dem gewünschten Optimum. Es besteht die Gefahr, das feinere Konturen wegpoliert werden.
– Mit Rücksicht auf den vorgenannten Verschleiß und die Linsenqualität können die Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Linse nicht so groß gewählt werden, wie dies unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten wünschenswert wäre. Die Folge ist, dass die Polierleistung nicht optimal eingestellt werden kann.
– Das variable Formwerkzeug ist wegen seines komplizierten Aufbaus deutlich teurer als die üblichen, einfachen Formwerkzeuge, was sich ebenfalls nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit des entsprechenden Verfahrens auswirkt.

Bei dem hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren werden die Nachteile bzgl. Wirtschaftlichkeit und Qualität vermieden, wie sie bei den Polierverfahren nach dem Stand der Technik gegeben sind. Das Verfahren lässt sich anwenden zum Polieren von Linsenoberflächen jeder Art. Unter anderem können auch a-sphärische und a-torische sowie auch Freiformflächen hergestellt werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ergeben sich minimale Werkzeug- und Bearbeitungskosten, bei sehr guter Qualität der erzeugten Linsen.
Dies wird erreicht durch die folgenden drei Besonderheiten des Verfahrens:

1. Es wird ein besonderes Polierwerkzeug (Kappenwerkzeug) mit elastischer Polierkappe benutzt, das über eine grob vorgeformte Polierfläche und zwei Rutschkupplungen verfügt. Dabei wird die Polierfläche mit der daran befestigten Polierfolie von einem Druckmedium gegen die zu polierende Linsenoberfläche gedrückt und an dieser abgeformt, jedoch nicht fixiert.
2. Es wird eine Vorrichtung zum dynamischen Längenausgleich (Ausgleichsvorrichtung) zwischen der Werkstückspindel und dem Linsenhalter mit der Linse angeordnet. Auch bei dieser Ausgleichsvorrichtung werden die beweglichen Teile, welche die Linse tragen, mit einem Druckmedium beaufschlagt, wodurch u. a. der zum Polieren benötigte Anpressdruck erzeugt wird.
3. Es wird eine besondere Anordnung von Polierwerkzeug und Linse an der CNC-Poliermaschine vorgesehen. Dabei steht die Linse mit der oberen, vertikalen Werkstückspindel in Verbindung, während sich das Kappenwerkzeug an der unteren schräggestellten Werkzeugspindel befindet. Die Linse stützt sich dabei auf das im Durchmesser größere Werkzeug ab. Nach dem Stand der Technik wird üblicherweise die umgekehrte Anordnung gewählt.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können Linsen jeder Art poliert werden, d. h., der Anwendungsbereich umfasst nicht nur einfache sphärische Linsen sondern auch und insbesondere Linsen mit a-sphärischen, torischen und a-torischen Flächen aber auch Linsen mit noch komplizierteren Oberflächen.
Ganz besonders gut eignet sich das vorgeschlagene Verfahren zum Polieren von Linsen mit individuellen Freiformflächen (z. B. an Brillengläsern), die als Unikate hergestellt werden. Hier ergeben sich besonders große Vorteile.
Das Kappenwerkzeug kann auf den bekannt gewordenen CNC-Poliermaschinen, wie bereits beschrieben, eingesetzt werden. Da Linsen mit den vorgenannten komplizierten Oberflächen (z. B. mehrere Krümmungsradien) poliert werden sollen, muss die CNC-Poliermaschine für diese Arbeiten über 5 Maschinenachsen verfügen. Beide Spindeln (Werkzeug- und Werkstückspindel) müssen über Einrichtungen verfügen, die das Zuführen von Druckmedien erlauben.
Die genannten 5 Maschinenachsen verfügen über eine gemeinsame Steuerung und sind dadurch miteinander verknüpft. Die Steuerung wird mit einem mathematischen Modell programmiert, welches jeweils der zu polierenden Linse entspricht. Der Arbeitsablauf erfolgt mit diesen CNC-gesteuerten Poliermaschinen voll automatisch.
Die 5 Maschinenachsen sind wie folgt:

– Eine X-Achse für das Querverfahren der oben angeordneten Werkstückspindel mit der daran befestigten Linse.
– Eine Z-Achse für das vertikale Verfahren der Werkstückspindel.
– Eine C₁-Achse als gesteuerte Drehachse der Werkstückspindel.
– Eine B-Achse für das Schwenken (Schrägstellen) der unten angeordneten Werkzeugspindel.
– Eine C₂-Achse als gesteuerte Drehachse der Werkzeugspindel.

Ein wesentliches Erfindungsmerkmal des hier vorgeschlagenen Polierverfahrens besteht in der Benutzung des neuartigen Kappenwerkzeugs. Dieses passt sich mit seiner aktiven Polierfläche der Linsengeometrie an, wie dies bereits in der DE 101 06 007 A1 beschrieben wurde.
Im Gegensatz zu der dort vorgesehenen Poliervorrichtung wird die Polierfläche bei dem erfindungsgemäßen Kappenwerkzeug jedoch nach dem Abformen nicht fixiert.
Hierzu ist das Kappenwerkzeug wie folgt aufgebaut:
Ein Basiswerkzeug verfügt über einen hohlgebohrten Befestigungszapfen, mit dem es an der ebenfalls hohlen Werkzeugspindel der CNC-Poliermaschine befestigt werden kann. Auch der Innenraum des Basiswerkzeugs ist hohl und mit einer Innenkappe aus einem elastischen Material (z. B. Gummi) verbunden. Diese Innenkappe hat eine umgekehrte Becherform und besteht dementsprechend aus einem zylindrischen Teil und an ihrer oberen Seite über eine runde Membran (Innenmembran), die leicht gewölbt und der Linse zugewandt ist.
Mit dem unteren, verbreiterten Rand ihres zylindrischen Teils ist die Innenkappe mit dem Basiswerkzeug verbunden. Hierzu ist ein Befestigungsring vorgesehen, der in eine Nut am unteren Rand des zylindrischen Teils der Innenkappe eingreift. Der Befestigungsring wird von einem Außenzylinder gehalten, der seinerseits mittels Schraubenverbindung mit dem Basiswerkzeug verbunden ist.
Dieser Außenzylinder ist an den beiden Stirnseiten offen und in den Durchmessern (innen und außen) mehrfach abgesetzt. Dadurch wird eine Ringfläche gebildet, welche, wie erwähnt, mit dem Befestigungsring in Verbindung steht. Der Außenzylinder deckt die Innenkappe an ihrem zylindrischen Teil weitgehend ab, wodurch diese stabilisiert wird.
Die Polierkappe wurde so benannt, weil sie eine Kappenform (Becherform) hat, d. h. sie besteht aus einem Zylinderteil (Hohlzylinder) und einem flächigen, runden Teil (Poliermembran) an der oberen Stirnseite.
Sie ist mit ihrem Zylinderteil über den Außenzylinder gestülpt und wird dort nur von Reibungskräften, nicht aber von Befestigungsteilen gehalten. Ihre Poliermembran liegt auf der Innenmembran der Innenkappe auf.
Da die Polierkappe nur von Reibungskräften in ihrer Lage gehalten wird, kann sie sehr schnell und ohne Werkzeug ausgewechselt werden. Die damit verbundene Zeitersparnis ist ein großer Vorteil und verbessert die Wirtschaftlichkeit. Dies um so mehr, als das Kappenwerkzeug speziell für das Polieren von sehr unterschiedlichen Linsenformen vorgesehen ist und damit die Polierkappen mit ihren vorgeformten Polierflächen sehr häufig gewechselt werden müssen.
Die Verbindung zwischen dem Zylinderteil der Polierkappe und dem Außenzylinder bildet eine 1. Rutschkupplung, deren Bedeutung später noch beschrieben wird. Zur Verstärkung der Reibkräfte ist die Wanddicke im unteren Bereich des Zylinderteils vergrößert.
Da die Innenmembran von der ebenfalls elastischen Poliermembran der Polierkappe spaltfrei abgedeckt wird, treten auch zwischen der Außenseite der Innenmembran und der Innenseite der Poliermembran Reibungskräfte auf. Diese 2. Rutschkupplung kann dadurch ein zusätzliches Drehmoment übertragen und die Wirkung der genannten 1. Rutschkupplung unterstützen.
Die Polierkappe einschließlich der Poliermembran besteht homogen aus einem elastischen Werkstoff (z. B. Gummi). An der Außenseite der Poliermembran befindet sich die Polierfläche, welche die Polierfolie trägt. Die Polierfläche und damit auch die Polierfolie haben z. B. zum Polieren von Brillengläsern eine torische Oberfläche mit zwei unterschiedlichen Radien R₁ und R₂, wobei sich die beiden Radien um ca. 2 bis 3 dpt unterscheiden.
Radien zwischen 120 mm und 50 mm haben sich als vorteilhaft erwiesen. Eine besonders vorteilhafte Radienkombination ist gegeben, wenn folgende Radien gewählt werden: R₁ = 100 mm und R₂ = 70 mm.
Es sind jedoch auch andere als torische Geometrien an der Polieroberfläche vorgesehen. Ebenso sind auch andere Radien und Radienkombinationen geplant.
Da die meisten Linsen (z. B. Brillengläser) üblicherweise torische oder angenähert torische Oberflächen haben (üblich sind Zylinder zwischen 0,5 dpt und 6 dpt), passt sich die vorgeformte Poliermembran mit ihrer Polierfläche bereits annähernd formschlüssig an die Oberfläche der Linse an. Wenn das Kappenwerkzeug dann mit einem Druckmedium beaufschlagt wird, legt sich die Poliermembran mit ihrer Polierfläche vollständig und exakt an die Linse an.
Dies ist einer der Gründe für die sehr guten Polierergebnisse bezüglich Qualität und Polierleistung. Diese werden erreicht, ohne dass die Polierfläche des Kappenwerkzeugs bereits vor der Druckbeaufschlagung einen genauen Negativabdruck der Linsengeometrie darstellen muss. Es genügt, wenn die Polierflächen in relativ groben Abstufungen entsprechend der Linsengeometrien vorgeformt werden.
Da ein genaues Anpassen des Werkzeugs an die Linsengeometrie nicht erforderlich ist, kann die Anzahl der benötigten Werkzeuge stark reduziert werden, woraus sich weitere, erhebliche Kosteneinsparungen ergeben.
Das Kappenwerkzeug wird erfindungsgemäß an der im unteren Teil der Poliermaschine angeordneten Werkzeugspindel befestigt. Diese kann zur Erzeugung der Polierbewegung durch Schwenken in der B-Achse schräggestellt werden und rotiert mit einer gesteuerten Drehbewegung in der C2-Achse.
Da sowohl die Spindel als auch das mit ihr verbundene Kappenwerkzeug hohl ausgebildet sind, kann die Innenkappe einschließlich ihrer Innenmembran mit dem genannten Druckmedium beaufschlagt werden. Durch diese Druckbeaufschlagung wölbt sich die Innenmembran nach außen und nimmt dabei die an ihr anliegende Poliermembran der Polierkappe mit.
Durch diese Verformung wird die elastische Poliermembran mit ihrer Polierfläche und der Polierfolie an die zu polierende Linsenoberfläche angedrückt, wobei sie deren Geometrie annimmt. Wenn während des Poliervorgangs dann infolge der schräggestellten Werkzeugspindel zwischen dem Kappenwerkzeug und der Linse die erwähnten Relativbewegungen (kleine Kreisbewegungen) auftreten, ergibt sich der große Vorteil, dass sich das Kappenwerkzeug mit seiner Polierfläche zu jedem Zeitpunkt immer wieder genau der Linsenkontur anpasst.
Auch wenn sich die berührenden Flächenelemente von Linse und Werkzeug infolge der Polierbewegungen gegeneinander verschieben, kann so doch immer wieder die Linsenkontur an dem Werkzeug von neuem abgebildet werden.
Daraus ergibt sich eine sehr gute Oberflächenqualität, denn es entsteht keinerlei Zwängung zwischen der Linse und der Werkzeugoberfläche, die sich ständig von neuem an die Linsengeometrie anpasst. Außerdem wird die hohe Polierleistung, wie sie für Formwerkzeuge üblich ist, erreicht. Kleine Unstetigkeiten in den beiden Spindeldrehzahlen und im Phasenwinkel werden von den beiden genannten Rutschkupplungen ausgeglichen. Auch dadurch wird die Linsenqualität weiter verbessert.
Durch das Vermeiden von Zwängung zwischen der vorgeformten Polieroberfläche und der fertig geschliffenen Linsenoberfläche, wird das Werkzeug weniger stark beansprucht. Hieraus resultiert eine längere Lebensdauer für das Werkzeug und damit ein wirtschaftlicher Vorteil.
Sehr vorteilhaft ist es auch, dass die Linse und die aktive Polieroberfläche des Kappenwerkzeugs beim Einrichten der Poliermaschine nicht zueinander phasenrichtig ausgerichtet werden müssen, auch wenn die Polieroberfläche entsprechend der Linsengeometrie grob vorgeformt ist.
Wenn Linse und Werkzeug zusammengefahren werden, so verdreht sich die Polierkappe des Werkzeugs so lange, bis beide Flächen (Linsenoberfläche und Polierfläche) genau phasenrichtig und formschlüssig übereinander liegen. Bei diesem Verdrehen findet der erforderliche Schlupf an den beiden erwähnten Rutschkupplungen statt, was ein weiterer Vorteil dieser Bauweise ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Werkstückspindel über eine X- und Z-Achse verfügt, mit denen sie in horizontaler und vertikaler Richtung linear verfahren werden kann. Die Drehbewegung der Spindel wird von der C₁-Achse kontrolliert.
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, eine Vorrichtung zum dynamischen Längenausgleich (Ausgleichsvorrichtung) an der Werkstückspindel vorzusehen. Diese Ausgleichsvorrichtung wird vorzugsweise zwischen der oben liegenden, senkrechten Werkstückspindel und der Aufnahmevorrichtung für die Linse angeordnet und hat die Aufgabe, kleine Wegdifferenzen in Z-Richtung auszugleichen und den erforderlichen Polierdruck zu erzeugen. Hierzu wird sie mit einem Druckmedium beaufschlagt.
Die Ausgleichsvorrichtung besteht aus einem hohlgebohrten Basisteil, das zur Befestigung an der ebenfalls hohlgebohrten Werkstückspindel über einen Flansch oder einen Aufnahmezapfen verfügt. In der zentralen Bohrung des Basisteils ist der Führungszylinder des mit ihm verbundenen Adapterteils leicht beweglich geführt.
Dadurch können das Adapterteil mit Führungszylinder und die mit ihm verbundene Linsenaufnahme (z. B. Blockstück) kleine axiale Bewegungen ausführen. Da vorgesehen ist, die Ausgleichsvorrichtung auch mit einem Druckmedium zu beaufschlagen, welches den erforderlichen Polierdruck erzeugt, wird zur Abdichtung zwischen Basis- und Adapterteil eine Manschette aus elastischem Material (z. B. Gummi) vorgesehen. Die Manschette überträgt auch das zum Polieren erforderliche Drehmoment von dem Basisteil auf das Adapterteil
Der Führungszylinder verfügt über Bohrungen, die es gestatten, das Druckmedium, das über die Werkstückspindel zugeführt wird, auf die Oberseite des Adapterteils zu leiten. Durch diese Druckbeaufschlagung wird das Adapterteil mit Linsenhalter und Linse gleichförmig in Richtung Polierfläche gedrückt.
Die Linse legt sich ohne Zwang (keine statische Überbestimmung) auf die Polierfläche auf. Dies steigert die Qualität der erzeugten Linsenoberfläche und schont das Werkzeug, welches dadurch eine deutlich längere Lebensdauer erreicht. Auch hierdurch ergeben sich wirtschaftliche Vorteile.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch eine besondere Anordnung von Werkzeug und Linse an den Spindeln der CNC-Poliermaschine vorgesehen. Dabei steht die Linse unter Zwischenschaltung der genannten Ausgleichsvorrichtung mit der oberen, vertikalen Werkstückspindel in Verbindung, während sich das Kappenwerkzeug an der unteren schräggestellten Werkzeugspindel befindet.
Eine Besonderheit besteht auch darin, dass das Werkzeug bei dem vorgeschlagenen Verfahren größer als die Linse ist. Es ist jedoch auch vorgesehen, dass die Linse größer als das Werkzeug oder gleichgroß ist.
Die Linse stützt sich während des Poliervorgangs auf das im Durchmesser größere Werkzeug ab. Dadurch wird die Linse sehr sicher geführt und es können auch sehr kleine Werkstücke poliert werden. Auch dies sind vorteilhafte Eigenschaften des vorgeschlagenen Verfahrens.
Bei Verfahrensvarianten ist jedoch auch vorgesehen, dass die Linse größer als das Werkzeug ist, falls sich daraus im Einzelfall Vorteile ergeben.
Bei den bisher bekannt gewordenen Polierverfahren ist die Anordnung von Linse und Werkzeug üblicherweise genau umgekehrt, d. h. das oben angeordnete, kleinere Werkzeug stützt sich auf die unten angeordnete größere Linse ab.
Wenn die Linse sehr klein ist, muss auch das Werkzeug sehr klein werden, da es ja kleiner als die Linse ist. Hierdurch wird bei den Verfahren entsprechend dem Stand der Technik zusätzlich die Anzahl der benötigten Werkzeuge vergrößert und damit Kosten verursacht, die bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren entfallen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Durchmesserverhältnisse zwischen Werkzeug und Linse wie folgt zu wählen:
Werkzeugdurchmesser zu Linsendurchmesser = 1,1 bis 1,5. (Bei den bisher bekannt gewordenen Verfahren liegt das Verhältnis bei ca. 0,6). Es sind jedoch auch andere Durchmesserverhältnisse vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft dann wie folgt ab:
Die Ausgleichsvorrichtung mit der damit verbundenen Linse (Werkstück) wird an der oberen, senkrechten Werkstückspindel einer 5-achsigen CNC-Poliermaschine befestigt. An der unteren ebenfalls senkrechten Werkzeugspindel wird das Kappenwerkzeug befestigt und die Werkzeugspindel dann durch Schwenken in der B-Achse schräggestellt.
Der Schwenkwinkel wird so gewählt, dass der Achsenschnittpunkt der beiden Maschinenspindeln mit dem Krümmungsmittelpunkt der Linsenoberfläche zur Deckung gebracht werden kann und sich dabei eine genügende Überdeckung von Linse und Werkzeug ergibt.
Das Ausrichten des Achsenschnittpunkts auf den Krümmungsmittelpunkt erfolgt durch Verfahren der Werkstückspindel in der X-Achse. Wenn die Linsengeometrie an der zu polierenden Oberfläche mehrere Krümmungsradien aufweist, so wird ein Mittelwert gebildet und der Krümmungsmittelpunkt danach ausgewählt.
Danach wird die gesteuerte Rotation der Spindeln in der C₁ und C2-Achse gestartet. Dabei ist die C₁-Achse der Werkstückspindel und die C₂-Achse der Werkzeugspindel zugeordnet. Die Rotation der beiden achsgesteuerten Spindeln erfolgt gleichsinnig und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit (ω₁ = ω₂). Die Phasenlage der beiden Spindeln ist beim Start der Spindelrotation beliebig, da sich die Polierkappe mit ihrer Polierfläche durch Verdrehen auf die Linsengeometrie ausrichtet. Dies wird durch die beiden Rutschkupplungen ermöglicht. Die Phasenausrichtung der beiden Spindeln bleibt nach dem Start allerdings erhalten.
Nach dem Einschalten der Einrichtung für die Zufuhr der Poliersuspension wird durch Verfahren der Werkstückspindel in der Z-Achse anschließend die zu bearbeitende Linsenoberfläche bis auf eine kurze Distanz an die Polierfläche des Kappenwerkzeugs herangefahren. Die Polierfläche ist mit einer Polierfolie belegt.
Anschließend wird die Ausgleichsvorrichtung mit einem leichten Vordruck beaufschlagt, wodurch ihre beweglichen Teile mit der daran befestigten Linse nach unten fahren und diese dabei in Kontakt mit dem Kappenwerkzeug kommt.
Das Kappenwerkzeug wird dann ebenfalls mit einem Druckmedium beaufschlagt, wodurch sich die Polierfläche der Poliermembran an der Geometrie der Linse abformt, nachdem sich die Polierkappe soweit verdreht hat (ermöglicht durch Rutschkupplung), dass ihre vorgeformte Kontur mit der Linsengeometrie zur Deckung gebracht ist.
Der Poliervorgang beginnt, wenn anschließend auch die Ausgleichsvorrichtung mit dem vollen Druck beaufschlagt wurde und dadurch der erforderliche Anpressdruck (Polierdruck) zwischen Linse und Kappenwerkzeug vorhanden ist.
Während des Polierens formt sich die Polieroberfläche ständig neu an der Linsengeometrie ab. Kleine Ungenauigkeiten in Drehzahl und Phasenwinkel der Spindeln werden von den beiden Rutschkupplungen ausgeglichen, während Zwängung an der Werkstückspindel und der Linse in axialer Richtung mit Hilfe der Ausgleichsvorrichtung vermieden wird.
Durch dieses Polieren mit sehr genauer Werkzeuggeometrie (abgeformte Polieroberfläche) und das Vermeiden von Zwängungen aller Art, ergibt sich ein sehr gutes Arbeitsergebnis sowohl bezüglich der Oberflächengeometrie der erzeugten Linse, als auch bezüglich der erzeugten Rautiefe. Auch der Werkzeugverschleiß ist nur gering, da keine Zwängung zwischen Linse und Werkzeug auftritt.
Da es sich bei dem Kappenwerkzeug um die Weiterentwicklung eines Formwerkzeuges handelt, werden auch deren hohe Polierleistungen erreicht. D. h. nicht nur die Qualität sondern auch die Wirtschaftlichkeit sind deutlich besser, als bei den bisher bekannt gewordenen Polierverfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens werden nachstehend anhand eines Beispiels und der 1 bis 3 beschrieben. Es sind jedoch auch andere Varianten und Ausführungen dieser Vorrichtungen vorgesehen.
1 zeigt die wesentlichen Bauteile einer schematisch dargestellten CNC-Poliermaschine, die an ihrer oberen Werkstückspindel die Ausgleichsvorrichtung mit Linse trägt, während an der unteren, schräggestellten Werkzeugspindel das Kappenwerkzeug befestigt ist.
2 zeigt das Kappenwerkzeug in vergrößerter Darstellung.
3 zeigt die Ausgleichsvorrichtung ebenfalls in vergrößerter Darstellung.
Zu 1
1 zeigt die schematische Darstellung einer 5-achsigen CNC-Poliermaschine (1), auf der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Sie verfügt im oberen Maschinenteil (2) über eine Werkstückspindel (3) und im unteren Maschinenteil (4) über eine Werkzeugspindel (5). Beide Spindeln rotieren von oben gesehen im Uhrzeigersinn mit gleicher Winkelgeschwindigkeit (ω₁ = ω₂) und in gleicher Phasenlage. Dabei ist der Werkstückspindel (3) die Drehachse C₁ zugeordnet (C₁-Achse), während die Werkzeugspindel (5) über die Drehachse C₂ (C₂-Achse) verfügt.
Die Werkstückspindel (3) ist so mit der CNC-Poliermaschine (1) verbunden, dass sie mittels Linearführungen (nicht dargestellt) in der horizontalen X-Achse und der vertikalen Z-Achse gesteuert verfahren werden kann.
Die Werkzeugspindel (5) hingegen verfügt über eine Schwenkvorrichtung (nicht dargestellt), mit der sie aus der senkrechten Position um 30°Grad nach beiden Seiten schräggestellt werden kann. Die Schwenkbewegung erfolgt ebenfalls gesteuert und in der B-Achse.
Alle Bewegungen in den Achsen der CNC-Poliermaschine (1) erfolgen gesteuert und nach einem mathematischen Modell, dass auf die Linsengeometrie abgestimmt ist. Die Maschinenachsen sind dadurch miteinander verbunden und führen ihre Bewegungen gleichzeitig oder auch hintereinander aus.
Die Werkstückspindel (3) trägt an ihrem unteren Ende die Ausgleichsvorrichtung (6), die mittels einer Schraubenverbindung (7) an dem Flansch (8) der Werkstückspindel (3) befestigt ist. Am unteren Ende der Ausgleichsvorrichtung (6) befindet sich die Linsenaufnahme (9), an der die zu bearbeitende Linse (10) befestigt ist.
Die Werkzeugspindel (5) trägt an ihrem oberen Ende das Kappenwerkzeug (26), das mittels eines Befestigungszapfens (27) mit der Werkzeugspindel (5) verbunden ist. Der Befestigungszapfen (27) ist Teil des Basiswerkzeugs (28), an dem alle weiteren Funktionsteile befestigt sind.
Das erwähnte Druckmedium wird der zentralen Bohrung (19) in der Werkstückspindel (3) über eine Zuleitung (22) und eine Drehdurchführung (23) zugeführt. Bei der Werkzeugspindel (5) wird das Druckmedium der zentralen Bohrung (41) über die Drehdurchführung (42) zugeleitet, die ihrerseits mit der Zuleitung (43) verbunden ist. Der Druck des Druckmediums kann so eingestellt werden, dass sich ein optimales Polierergebnis bezüglich Qualität und Wirtschaftlichkeit ergibt.
Zu 2
(Die Linse (10) ist in 2 nicht dargestellt. Details hierzu siehe 1)
Das Kappenwerkzeug (26) ist mittels eines Befestigungszapfens (27) an der Werkzeugspindel (5) befestigt. Dieser Befestigungszapfen (27) ist fest mit einem Basiswerkzeug (28) verbunden.
Auf der oberen Flanschfläche (29) des Basiswerkzeugs (28) liegt die Innenkappe (30) mit ihrem unteren Rand auf. Sie hat die Form eines umgekehrten Bechers und besteht aus einem elastischen Material (z. B. Gummi). Die Innenkappe (30) weist an ihrer oberen Seite eine kreisförmige Innenmembran (45) auf.
Bei Beaufschlagung mit einem Druckmedium hat diese Innenmembran (45) die Aufgabe, die eigentliche Poliermembran (39) des Kappenwerkzeugs (26) mit ihrer Polierfläche (35) gegen die zu bearbeitende Fläche der Linse (10) zu drücken.
Die Innenkappe (30) wird auf der oberen Flanschfläche (29) des Basiswerkzeugs (28) von einem Befestigungsring (31) festgehalten, der in die Nut (32) der Innenkappe (30) eingelegt ist. Der Befestigungsring (31) wird seinerseits von einer Ringfläche (44) des Außenzylinders (33) gehalten, der mittels einer Schraubenverbindung (34) mit der oberen Flanschfläche (29) des Basiswerkzeugs (28) verbunden ist.
An die Innenseite des Außenzylinders (33) legt sich bei Druckbeaufschlagung der zylindrische Teil (36) der elastischen Innenkappe (30) an. Über die Außenseite des Außenzylinders (33) wird die Polierkappe (37) mit ihrem Zylinderteil (46) geschoben. Dieses Zylinderteil (46) verfügt an seinem unteren Teil über eine Wandverdickung (38). Diese ist erforderlich, um eine genügend große Anpresskraft zwischen der Polierkappe (37) und dem Außenzylinder (33) zu erzeugen, da beide Bauteile in diesem Bereich eine Rutschkupplung bilden.
Eine zweite Rutschkupplung wird gebildet zwischen der Außenseite der Innenmembran (45) und der Innenseite der Poliermembran (39). Diese zweite Rutschkupplung überträgt ebenfalls ein Drehmoment und unterstützt damit die Wirkung der ersten Rutschkupplung.
Da die Polierkappe (37) ohne alle Befestigungsteile über den Außenzylinder (33) geschoben wird, kann sie sehr leicht ausgetauscht werden, wenn eine andere Linsenform poliert werden soll, die eine Polierkappe (37) mit anders vorgeformter Poliermembran (39) erfordert.
Der obere Abschluss der Polierkappe (37) wird von der Poliermembran (39) gebildet. Diese ist an ihrer Polierfläche (35) mit einer Polierfolie (40) belegt.
Die Poliermembran (39) wird beim Polieren infolge der Druckbeaufschlagung des Kappenwerkzeugs (26) mit ihrer Polierfläche (35) und der Polierfolie (40) gegen die Linse (10) gedrückt und an dieser abgeformt. Durch die Drehbewegungen der schräggestellten Werkzeugspindel (5) und der vertikalen Werkstückspindel (3) ergibt sich die Polierbewegung in Form kleiner Kreise zwischen der Linse (10) und der Poliermembran (39) mit der Polierfolie (40).
Während des Poliervorgangs wird der Polierfolie (40) Poliersuspension zugeführt, welche für den gewünschten Materialabtrag sorgt und auch die erzeugte Reibungswärme abführt. Die Vorrichtung für die Zufuhr der Poliersuspension ist nicht dargestellt, da nicht Gegenstand dieser Erfindung.
Durch die Druckbeaufschlagung der Innenkappe (30) und damit indirekt auch der Poliermembran (39) mit der Polierfolie (40) legen sich diese beiden Komponenten sehr genau an die Oberfläche der Linse (10) an. Die Polierfläche (35) der Poliermembran (39) sowie auch die Polierfolie (40) nehmen damit, wie gewünscht, die Form eines Negativabdrucks der Oberflächengeometrie der Linse (10) an.
Sehr vorteilhaft ist es dabei, dass dieser Negativabdruck immer wieder neu gebildet wird, wenn sich das Kappenwerkzeug (26) infolge der Polierbewegungen relativ zu der Linse (10) bewegt. Zu jedem Zeitpunkt des Poliervorgangs hat daher die Polierfläche (35) und mit ihr die Polierfolie (40) die ideale Form (Negativabdruck) für das sehr genaue Polieren der Linse (10).
Da sich die Poliermembran (39) infolge der Druckbeaufschlagung des Kappenwerkzeugs (26) zwar mit dem erforderlichen Polierdruck jedoch elastisch an die Oberfläche der Linse (10) anlegt, entsteht auch keine Zwängung zwischen beiden Komponenten.
Dadurch wird nicht nur die Qualität der erzeugten Linsenoberfläche wesentlich verbessert, sondern auch die Werkzeugabnutzung ist deutlich kleiner, als dies bei Polierwerkzeugen mit starrer (fixierter) Kontur der Fall ist. Unterstützt wird dieser Effekt noch durch die in 2 nicht dargestellte Ausgleichsvorrichtung (6). Diese sorgt dafür, dass auch in axialer Richtung keine Zwängung entsteht.
Zu 3
Die Werkstückspindel (3) mit ihrer zentralen Bohrung (19) und ihrem Flansch (8) sind in 3 nicht dargestellt, Details hierzu siehe 1) Die Ausgleichsvorrichtung (6) ist mit ihren Basisteil (14) mittels einer Schraubenverbindung (7) mit einem Flansch (8) der Werkstückspindel (3) verbunden. Die Linsenaufnahme (9) mit der zu bearbeitenden Linse (10) ist am unteren Ende der Ausgleichsvorrichtung (6) befestigt.
Unten an der Ausgleichsvorrichtung (6) ist ein Adapterteil (11) angeordnet, dass mittels eines Führungszylinders (12) in einer zentralen Bohrung (13) des Basisteils (14) axial verschieblich geführt wird. An dem Adapterteil (11) ist ein Zwischenstück (15) mittels Schraubenverbindung (16) befestigt. Das Zwischenstück (15) trägt die Linsenaufnahme (9) mit der Linse (10) und dient zum schnellen Wechsel der Linsenaufnahme (9) mit Linse (10).
Der Führungszylinder (12) verfügt über eine axiale Bohrung (17) und eine waagrechte Bohrung (18). Beide Bohrungen stehen mit der zentralen Bohrung (19) der Werkstückspindel (3) in Verbindung, über die der Ausgleichsvorrichtung (6) ein Druckmedium zugeführt werden kann. Dieses gelangt über die genannten Bohrungen in den Innenraum (20) der Ausgleichsvorrichtung (6), der von einer Manschette (21) aus elastischem Material (z. B. Gummi) umschlossen wird. Diese erlaubt durch Verformung axiale Bewegungen und ist mit dem Basisteil (14) und dem Adapterteil (11) druckdicht verbunden.
Die Manschette (21) überträgt auch das zum Polieren erforderlichen Drehmoment von dem Basisteil (14) auf das Adapterteil (11), ohne dass dabei die axiale Beweglichkeit der mit ihrem unteren Teil verbundenen Bauteile behindert wird.
Das Druckmedium übt seinen Druck unter anderem auf die obere Stirnfläche (24) des Führungszylinders (12) und auf die Ringfläche (25) des Adapterteils (11) aus. Die dadurch erzeugte Kraftwirkung bewegt das Adapterteil (11) mit den damit verbundenen Bauteilen sowie die Linse (10) in axialer Richtung nach unten, bis sich die Linse (10) auf das Kappenwerkzeug (26) auflegt (Das Kappenwerkzeug ist in 3 nicht dargestellt, Details siehe 1). Die dabei erzeugte Anpresskraft zwischen der Linse (10) und dem Kappenwerkzeug (26) wird bei dem nachfolgenden Poliervorgang zur Erzeugang des Polierdrucks benötigt.

1: CNC-Poliermaschine
2: oberer Maschinenteil
3: Werkstückspindel
4: unterer Maschinenteil
5: Werkzeugspindel
6: Ausgleichsvorrichtung
7: Schraubenverbindung
8: Flansch
9: Linsenaufnahme
10: Linse
11: Adapterteil
12: Führungszylinder
13: zentrale Bohrung
14: Basisteil
15: Zwischenstück
16: Schraubenverbindung
17: axiale Bohrung
18: waagrechte Bohrung
19: zentrale Bohrung
20: Innenraum
21: Manschette
22: Zuleitung
23: Drehdurchführung
24: Stirnfläche
25: Ringfläche
26: Kappenwerkzeug
27: Befestigungszapfen
28: Basiswerkzeug
29: obere Flanschfläche
30: Innenkappe
31: Befestigungsring
32: Nut
33: Außenzylinder
34: Schraubenverbindung
35: Polierfläche
36: zylindrischer Teil
37: Polierkappe
38: Wandverdickung
39: Poliermembran
40: Polierfolie
41: zentrale Bohrung
42: Drehdurchführung
43: Zuleitung
44: Ringfläche
45: Innenmembran
46: Zylinderteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10106007 A1 [0028, 0029, 0033, 0042]

Claims

Verfahren zum Herstellen von optisch aktiven Oberflächen durch Polieren von vorgeschliffenen Linsen unter Verwendung großflächiger Polierwerkzeuge und 5-achsiger CNC-Poliermaschinen, die über eine Werkstückspindel und eine Werkzeugspindel verfügen, dadurch gekennzeichnet, dass ein druckbeaufschlagtes Kappenwerkzeug (26) benutzt wird, dessen elastische Poliermembran (39) vor dem eigentlichen Poliervorgang mit seiner grob vorgeformten Polierfläche (35) und der Polierfolie (40) mit der zu polierenden Fläche der Linse (10) in Kontakt gebracht wird und dass die Polierfläche (35) mit der Polierfolie (40) infolge der Druckbeaufschlagung an der Linse (10) als Negativabdruck abgeformt wird, wobei dieser Negativabdruck während der Polierbewegungen an jeder neuen Position der Polierfläche (35) immer wieder neu erzeugt wird und dass Ungenauigkeiten in den Winkelgeschwindigkeiten und Phasenwinkeln der Drehachsen C₁ und C₂ mittels zweier Rutschkupplungen ausgeglichen werden und dass Zwängungen in axialer Richtung durch eine ebenfalls druckbeaufschlagte Ausgleichsvorrichtung (6) abgefedert werden, die einen Längenausgleich durch axial verschiebliche Bauteile ermöglicht und über das Druckmedium den einstellbaren Polierdruck erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das als Kappenwerkzeug (26) ausgebildete Polierwerkzeug im unteren Maschinenteil (4) an der Werkzeugspindel (5) befestigt wird, während die Ausgleichsvorrichtung (6) mit der Linse (10) im oberen Maschinenteil (2) an der vertikalen Werkstückspindel (3) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (5) in der B-Achse geschwenkt wird und in der C2-Achse rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (3) in der X- und in der Z-Achse verfahren wird und in der C₁-Achse rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die 5 Maschinenachsen von einer CNC-Einrichtung entsprechend einem mathematischen Modell angesteuert werden, wobei das mathematische Modell entsprechend der Linsengeometrie erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Maschinenspindeln in den Achsen C₁ und C₂ im gleichen Sinn und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit ohne Verschiebung der Phasenwinkel rotieren.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass dem Kappenwerkzeug (26) über die zentrale Bohrung (41) der Werkzeugspindel (5) ein Druckmedium zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsvorrichtung (6) über die zentrale Bohrung (13) der Werkstückspindel (3) ein Druckmedium zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhöhen der beiden Druckmedien an dem Kappenwerkzeug (26) einerseits bzw. der Ausgleichsvorrichtung (6) andererseits während des Poliervorgangs unabhängig voneinander so eingestellt werden, dass sich eine optimale Linsenqualität bei maximaler Wirtschaftlichkeit ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass eine Polierfläche (35) benutzt wird, deren Durchmesser größer als derjenige der Linse (10) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Linse (10) während des Poliervorgangs auf die Poliermembran (39) des Kappenwerkzeugs (26) abstützt, wobei die Poliermembran (39) mit einer Polierfolie (40) belegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Polierfläche (35) an der Poliermembran (39) so gewählt wird, dass das Durchmesserverhältnis von Durchmesser der Polierfläche (35) zu Durchmesser der Linse (10) in dem Bereich von 1,1 bis 1,5 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass zum Polieren von torischen Brillengläsern Kappenwerkzeuge (26) benutzt werden, deren torische Oberfläche zwei Radien aufweist, die sich um 2 bis 3 dpt unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass zum Polieren von torischen Brillengläsern Kappenwerkzeuge (26) benutzt werden, deren beide Radien zwischen 50 mm und 120 mm liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass zum Polieren von torischen Brillengläsern Kappenwerkzeuge (26) benutzt werden, bei denen ein Radius 70 mm und der andere Radius 100 mm beträgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Maschinenteil (4) einer CNC-Poliermaschine (1) eine um die B-Achse schwenkbare Werkzeugspindel (5) vorhanden ist, mit der das als Kappenwerkzeug (26) ausgeführte Polierwerkzeug verbunden ist, während im oberen Maschinenteil (2) eine senkrechte Werkstückspindel (3) vorhanden ist, die mit der Ausgleichsvorrichtung (6) verbunden ist, welche die Linse (10) trägt,
Vorrichtung nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die CNC-Poliermaschine (1) über 5-Maschinenachsen verfügt, die mit einer CNC-Einrichtung verbunden sind, welche mit einem mathematischen Modell programmiert ist und dass die Werkzeugspindel (5) und die Werkstückspindel (3) mit je einem elektrischen Antrieb verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16 und 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (5) mit der B- und mit der C₂-Achse verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (3) mit der X- und Z-Achse sowie mit der C1-Achse verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugspindel (5) eine zentrale Bohrung (41) vorhanden ist, die mit der Drehdurchführung (42) in Verbindung steht, die ihrerseits mit der Zuleitung (43) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 20 dadurch gekennzeichnet dass an der Werkstückspindel (3) eine zentralen Bohrung (19) vorhanden ist, die mit der Drehdurchführung (23) in Verbindung steht, die ihrerseits mit der Zuleitung (22) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass das Kappenwerkzeug (26) mittels eines Befestigungszapfens (27) mit der Werkzeugspindel (5) verbunden ist und dieser ein Teil des Basiswerkzeugs (28) ist und dass das Basiswerkzeug (28) mit seiner oberen Flanschfläche (29) einerseits mit der Innenkappe (30) und andererseits mittels einer Schraubenverbindung (34) mit dem Außenzylinder (33) verbunden ist und dass die Innenkappe (30) mit einem Befestigungsring (31) in Verbindung steht und dieser seinerseits mit dem Außenzylinder (33) verbunden ist und dass die Polierkappe (37) mit ihrem Zylinderteil (46) mit der Außenseite des Außenzylinders (33) in Verbindung steht und in diesem Bereich eine Rutschkupplung vorhanden ist, wozu die Wandverdickung (38) beiträgt und dass die Poliermembran (39) der Polierkappe (37) mit der Innenmembran (45) der Innenkappe (30) in Verbindung steht und in diesem Bereich eine Rutschkupplung vorhanden ist und dass die Polierfläche (35) der Poliermembran (39) mit einer Polierfolie (40) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (6) mittels ihrem Basisteil (14) und der Schraubenverbindung (7) mit einem Flansch (8) der Werkstückspindel (3) verbunden ist und dass in dem Basisteil (14) eine zentrale Bohrung (13) vorhanden ist, in der ein axial verschieblicher Führungszylinder (12) angeordnet ist, der an seinem unteren Ende mit einem Adapterteil (11) verbunden ist, welches seinerseits über eine Schraubenverbindung (16) mit dem Zwischenstück (15) in Verbindung steht, das wiederum mit der Linsenaufnahme (9) und der Linse (10) verbunden ist und dass zwischen dem Basisteil (14) und dem Adapterteil (11) eine Manschette (21) vorhanden ist, welche den Innenraum (20) bildet und dass in dem Führungszylinder (12) eine axiale Bohrung (17) und eine waagrechte Bohrung (18) vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (43), der Drehdurchführung (42) und der zentralen Bohrung (41) sowie im Inneren der Innenkappe (30) ein Druckmedium vorhanden ist
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (22), der Drehdurchführung (23) und der zentralen Bohrung (19) sowie in der axialen Bohrung (17), der waagrechten Bohrung (18) und dem Innenraum (20) ein Druckmedium vorhanden ist.