DE19832724A1 - Verfahren zum Herstellen torischer Linsen und Zweispindel-Schleifmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen po­ lierfähiger, im wesentlichen torischer Linsen durch Schleifen mittels eines topfförmigen, umlaufenden Schleifwerkzeugs, wobei zur Erzeugung einer Basiskrümmung in einem ersten Schleifdurchgang oder mehreren das Schleifwerkzeug über die Linse oder die Linse über das Schleifwerkzeug geschwenkt wird und der dabei entstehende Ellipsenfehler im Anschluß daran in weiteren Schleif­ durchgängen mit demselben Schleifwerkzeug korrigiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zweispin­ del-Schleifmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren der vorstehenden Art ist Gegenstand der EP 0 176 894. Bei dem in dieser Schrift erläuterten Verfah­ ren wird der Ellipsenfehler der Basiskrümmung dadurch korrigiert, daß man im Anschluß an einen Schleifdurch­ gang zur Erzeugung der Basiskrümmung einen weiteren Schleifdurchgang mit einem flacheren Neigungswinkel des Werkzeugs relativ zur Linse vorsieht. Bei diesem weite­ ren, der Korrektur des Ellipsenfehlers dienenden Schleif­ durchgang wird die Linse gleichzeitig auf beiden seitli­ chen Bereichen des Torus bearbeitet. Eine solche Fehler­ korrektur ist jedoch nur unvollkommen, da bei jedem Nei­ gungswinkel statt einer gewünschten Zylinderkurve eine Ellipse entsteht.

Durch die DE 26 59 489 ist auch schon eine Zweispin­ del-Schleifmaschine bekannt geworden, bei der ein Werkstück­ träger durch gleichzeitiges Verfahren in zwei Koordina­ tenrichtungen eine bogenförmige Bewegung um eine virtu­ elle Schwenkachse ausführt und bei der zur Minimierung des Ellipsenfehlers der Neigungswinkel des Schleifwerk­ zeuges für die einzelnen Schleifdurchgänge verändert wird. Dem Schleifverfahren nach dieser Schrift ist mit dem nach der erstgenannten Schrift gemeinsam, daß das Schleifwerkzeug stets auf beiden Seiten des Torus gleich­ zeitig arbeitet.

Die US 3,624,969 beschreibt bereits ein Verfahren zum Herstellen torischer Linsen, bei dem zur Korrektur des Ellipsenfehlers die Linse während des Schleifvorgangs um­ laufend angetrieben wird, so daß eine spiralige Schleif­ spur entsteht. Auch bei diesem Schleifverfahren kann der Ellipsenfehler nicht gezielt nur an einer Seite der Ba­ siskurve korrigiert werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches eine möglichst genaue Korrektur des Ellipsenfehlers beim Schleifen torischer Linsen erlaubt. Weiterhin soll eine möglichst wirtschaftlich arbeitende Zweispindel-Schleif­ maschine zur Durchführung des Verfahrens geschaffen wer­ den.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß nach dem Erzeugen der Basiskrümmung zur Kor­ rektur des Ellipsenfehlers die Lage der Linse und des Schleifwerkzeugs zueinander so verstellt wird, daß das Schleifwerkzeug in Querrichtung zur Bewegungsrichtung beim Erzeugen der Basiskrümmung für zumindest einen wei­ teren Schleifdurchgang zunächst zur einen Seite hin und dann für wiederum zumindest einen weiteren Schleifdurch­ gang zur anderen Seite hin versetzt ist.

Durch diese Verfahrensweise wird es möglich, mit einem Werkzeug, mit welchem man bislang zur Korrektur des El­ lipsenfehler stets auf beiden Seiten des Torus gleichzei­ tig arbeitete, zunächst nur einseitig zu korrigieren. Da­ durch hat man die Möglichkeit, den Korrekturradius für die Ellipsenfehlerbeseitigung frei zu wählen. Das Werk­ zeug wirkt bei der Korrekturbearbeitung nicht mehr ent­ lang einer relativ langen Linie auf die Linse, vielmehr nähert man sich bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungs­ weise eher einem punktförmigen Angriff des Werkzeugs. Dank der Erfindung läßt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik weitergehende und obendrein raschere Korrek­ tur des Ellipsenfehlers erreichen. Letzteres wird möglich, weil die erfindungsgemäße Korrektur insgesamt mit weniger Schleifdurchgängen möglich wird.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ forderliche Schleifmaschine kann besonders einfach und stabil ausgebildet sein, wenn bei den Schleifdurchgängen zur Korrektur des Ellipsenfehlers die die Linse aufneh­ mende Werkstückaufnahme um ihre koaxial zur optischen Achse der Linse verlaufende Achse zunächst in eine und nach dem halben Schleifdurchgang in die entgegengesetzte Richtung geringfügig verdreht wird.

Eine solche Verdrehbarkeit um die sogenannte C-Achse hat neben der Möglichkeit der Korrektur des Ellipsenfehlers den Vorteil, daß mit der Schleifmaschine auch eine Rand­ bearbeitung der Linse möglich wird. Man kann zum Beispiel durch Nutzung der C-Achse am Rand einer Linse eine umlau­ fende Fase anbringen.

Der zusätzliche Programmieraufwand für die Steuerung der Schleifmaschine wird im Vergleich zu dem Aufwand bei Nut­ zung einer C-Achse besonders gering, wenn gemäß einer an­ deren Weiterbildung der Erfindung bei den Schleifdurch­ gängen zur Korrektur des Ellipsenfehlers die Werkstück­ aufnahme zunächst in eine Richtung quer zur Bewegungs­ richtung beim Schleifdurchgang und dann quer in die ent­ gegengesetzte Richtung verstellt wird.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Zweispindel-Schleifmaschine zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Werkstückaufnahme um eine in Richtung der optischen Achse einer in ihr eingespannten Linse NC-gesteuert verdrehbar ist. Eine solche Schleifmaschine er­ laubt durch die C-Achse eine Randbearbeitung optischer Linsen, beispielsweise die Anbringung einer umlaufenden Fase am Rand der Linse. Diese zu diesem Zweck ohnehin vorhandene Verdrehbarkeit der Achse der Werkstückaufnahme kann für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden, so daß die vorgesehene C-Achse doppelten Nutzen bringt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch durchführ­ bar, wenn die Werkzeugaufnahme oder die Werkstückaufnahme quer zur Basiskrümmung verstellbar ausgebildet ist. Bei einer solchen Werkzeugmaschine ist der Programmieraufwand für die Korrektur des Linsenfehlers geringer, als wenn man hierzu die C-Achse benutzt, weil während der einzel­ nen Schleifdurchgänge die Verstellung in Querrichtung nicht verändert werden muß.

Die Verstellung ist mit besonders hoher Genauigkeit und geringem konstruktiven Aufwand an der Maschine möglich, ohne daß durch die Verstellmöglichkeit die Steifigkeit der Schleifmaschine unerwünscht abnimmt, wenn zur Ver­ stellung der Werkstückaufnahme oder der Werkzeugaufnahme ein Piezotranslator vorgesehen ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Zweispindel-Schleifmaschine ohne Linse in Grundstellung,

Fig. 2 die Zweispindel-Schleifmaschine mit Linse, eingerichtet zum Anschleifen eines Anschnitts und zum Grobschleifen,

Fig. 3 die Zweispindel-Schleifmaschine, eingerichtet zum Feinschleifen und zur Ellipsenkorrektur.

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht die erfindungsgemäße Zwei­ spindel-Schleifmaschine aus einem Grundgestell 1, an dem ein Z-Schlitten 2 und ein X-Schlitten 3 befestigt sind. Außerdem ist eine Wasserauffangwanne 20 mit dem Grundge­ stell 1 verbunden, die das beim Schleifen benutzte Kühl­ mittel auffängt.

Der Z-Schlitten 2 ist mittels Führungsbüchsen 4 und Füh­ rungsholmen 5 so an dem Grundgestell 1 befestigt, daß er vertikale Linearbewegungen (Z-Richtung) ausführen kann. In dem Z-Schlitten 2 ist eine Werkstückspindel 6 (C-Achse) drehbar gelagert, wobei sowohl fortlaufende als auch gesteuerte Rotation, aber auch das Anfahren von be­ stimmten Winkelpositionen mit anschließendem Arretieren vorgesehen sind. Hierzu dient ein entsprechender Elektro­ antrieb 18. Die Werkstückspindel 6 trägt an ihrem oberen Ende eine Werkstückaufnahme 7.

Der X-Schlitten 3 ist mittels Führungsbüchsen 8 und Füh­ rungsholmen 9 so an dem Grundgestell 1 befestigt, daß er horizontale Linearbewegungen (X-Richtung) ausführen kann. An dem X-Schlitten 3 ist ein Schwenkkopf 10 mittels Schwenklager 11 so befestigt, daß er um die horizontale Achse des Schwenklagers 11 nach beiden Seiten in einem gewissen Winkelbereich ausgeschwenkt werden kann. In dem Schwenkkopf 10 sind zwei Werkzeugspindeln 12, 13 drehbar gelagert und können mittels getrennter Elektromotoren 14, 15 angetrieben werden. An ihrem unteren Ende trägt die Werkzeugspindel 13 ein Grobschleifwerkzeug 16, während die Werkzeugspindel 12 ein Feinwerkzeug 17 trägt.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist eine Linse 19 in der Werkstückaufnahme 7 der Werkstückspindel 6 befestigt, wobei die Werkstückspindel 6 arretiert ist. Der Schwenk­ kopf 10 wurde so geneigt, daß sich der gewünschte Schleifdurchmesser in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel und vom Durchmesser des Grobschleifwerkzeugs 15 ergibt. Die Schwenkrichtung wurde so gewählt, daß das Grobschleif­ werkzeug 16 in Arbeitsstellung ist. Durch gleichzeitiges Verfahren des Z-Schlittens 2 und X-Schlittens 3 in Z- und X-Richtung wird die Linse 19 mit dem Grobschleifwerkzeug 16 in Kontakt gebracht und ein kurzer Anschnitt erzeugt, der bereits die Radien und die Lage der zu erzeugenden Torusform hat. Anschließend werden die Linse 19 und das Grobschleifwerkzeug 16 durch Verfahren in der Z- und X-Richtung wieder voneinander getrennt. Die Werkstückspin­ del 6 mit der Werkstückaufnahme 7 und der Linse 19 wird dann um 180° gedreht und anschließend arretiert.

Durch erneutes, gleichzeitiges und gesteuertes Verfahren des Z-Schlittens 2 und X-Schlittens 3 in Z- und X-Rich­ tung wird die Linse 19 mit dem Grobschleifwerkzeug 16 wieder in Kontakt gebracht und die torische Linsenober­ fläche hergestellt. Durch die Addition dieser Bewegungen in Z- und X-Richtung wird ein Kreisbogen erzeugt, dessen Radius dem Außenradius des Torus entspricht. Ein Ausbre­ chen der Linsenkante gegen Ende des Schleifvorganges wird durch den vorher erzeugten Anschnitt verhindert.

Das Feinschleifen und die Ellipsenkorrektur wird nunmehr anhand der Fig. 3 beschrieben. Wie zuvor beim Grob­ schleifen erläutert, wird auch hier durch gleichzeitiges und gesteuertes Verfahren des Z-Schlittens 2 und des X-Schlittens 3 die gewünschte Bahnkurve abgefahren. Das Feinschleifwerkzeug 17 sorgt in diesem Fall für eine Ver­ minderung der Rauhtiefe des Werkstückes, so daß eine po­ lierfähige Oberfläche entsteht. An das Feinschleifen schließt sich die Ellipsenkorrektur an. Hierzu werden die Linse 19 und das Feinschleifwerkzeug 17 durch Verfahren in X- und Z-Richtung wieder voneinander getrennt. An­ schließend wird der Schwenkwinkel am Schwenkkopf 10 neu eingestellt und das Feinschleifen mit anderen Parametern wiederholt. Die Ellipsenkorrektur kann einmal oder mehr­ fach durchgeführt werden.

Die beschriebene Zweispindel-Schleifmaschine ermöglicht es nicht nur, zur Ellipsenkorrektur mit einem geringeren Schwenkwinkel über die Linse 19 zu fahren, um beidseitig der Basiskurve Material abzuschleifen, vielmehr kann man auch für einen außermittigen Angriff des Feinschleifwerk­ zeugs 17 sorgen. Hierzu kann man mittels des Elektroan­ triebs 18 die Werkstückaufnahme 7 um einen geringen Win­ kelbetrag verdrehen. Bei einem anschließenden Schleif­ durchgang wird dann zunächst an einer Seite der Basis­ krümmung und an der gegenüberliegenden Seite der Linse 19 an der anderen Seite der Basiskrümmung Material abgetra­ gen. Möglich ist es jedoch auch, nach dem halben Schleif­ durchgang die Werkstückaufnahme in eine entgegengesetzte Winkellage zu drehen, um an derselben Seite der Basis­ krümmung, jedoch an der beim Schleifdurchgang in der zweiten Hälfte erreichten Seite der Linse 19 Material ab­ zutragen.

Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Feinschleifwerkzeug 17 oder die Werkstückauf­ nahme 7 durch einen Piezotranslator quer zur Richtung des Schleifdurchganges verstellbar ist. Auch durch einen sol­ chen Piezotranslator ergibt sich die Möglichkeit, wahl­ weise nur auf der einen oder anderen Seite der Basiskurve Material abzutragen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen polierfähiger, im Wesentli­ chen torischer Linsen durch Schleifen mittels eines topfförmigen, umlaufenden Schleifwerkzeugs, wobei zur Er­ zeugung einer Basiskrümmung in einem ersten Schleifdurch­ gang oder mehreren das Schleifwerkzeug über die Linse oder die Linse über das Schleifwerkzeug geschwenkt wird und der dabei entstehende Ellipsenfehler im Anschluß daran in weiteren Schleifdurchgängen mit demselben Schleifwerkzeug korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erzeugen der Basiskrümmung zur Korrektur des Ellipsenfehlers die Lage der Linse und des Schleif­ werkzeugs zueinander so verstellt wird, daß das Schleif­ werkzeug in Querrichtung zur Bewegungsrichtung beim Er­ zeugen der Basiskrümmung für zumindest einen weiteren Schleifdurchgang zunächst zur einen Seite hin und dann für wiederum zumindest einen weiteren Schleifdurchgang zur anderen Seite hin versetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schleifdurchgängen zur Korrektur des Ellip­ senfehlers die die Linse aufnehmende Werkstückaufnahme um ihre koaxial zur optischen Achse der Linse verlaufende Achse zunächst in eine und nach dem halben Schleifdurch­ gang in die entgegengesetzte Richtung geringfügig ver­ dreht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Schleifdurchgängen zur Korrektur des Ellip­ senfehlers die Werkstückaufnahme oder das Schleifwerkzeug zunächst in eine Richtung quer zur Bewegungsrichtung beim Schleifdurchgang und dann quer in die entgegengesetzte Richtung verstellt wird.

4. Zweispindel-Schleifmaschine zur Durchführung des Ver­ fahrens nach den vorangehenden Ansprüchen, welche zwei zueinander parallele Werkzeugspindeln für topfförmige Werkzeuge und eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme einer Linse aufweist und die zum Erzeugen einer Schwenkbewegung zwischen der Werkstückaufnahme und den Werkzeugspindeln ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk­ stückaufnahme (7) um eine in Richtung der optischen Achse einer in ihr eingespannten Linse (19) NC-gesteuert ver­ drehbar ist.

5. Zweispindel-Schleifmaschine zur Durchführung des Ver­ fahrens nach den vorangehenden Ansprüche, welche zwei zu­ einander parallele Werkzeugspindeln für topfförmige Werk­ zeuge und eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme einer Linse aufweist und die zum Erzeugen einer Schwenkbewegung zwi­ schen der Werkstückaufnahme und den Werkzeugspindeln aus­ gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk­ zeugspindel (12) oder die Werkstückaufnahme (7) quer zur Basiskrümmung verstellbar ausgebildet ist.

6. Zweispindel-Schleifmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der Werkstückauf­ nahme (7) oder der Werkzeugspindel (12) ein Piezotransla­ tor vorgesehen ist.