Der Stand der Technik ist in folgenden Literaturstellen wiedergegeben:
New Procedure for Making Schmidt Corrector Plates, Applied Optics , Band 11, Nr.7, Juli 1972 1972. The Vacuum Method of Making Corrector Plates, Sky and Telescope , Juni 1972. Making Corrector Plates by Schmidt's Vacuum Methods, Applied Optics , Mai 1966, Band 5, Nr. 5, Seiten 713-715. USA-Patentschrift Nr. 3 693 301. Study of the Fabrication of Aspherical Surfaces, Sakurai & Shishido, Applied Optics, November 1963.
Es sind zwei Verfahren zur Herstellung von Schmidtschen
Korrektionsplatten in der Literatur bekannt. Das erste Verfahren bezeichnet man häufig als klassische Annäherung und das zweite Verfahren wird als Vakuumdeformationstechnik bezeichnet, wie dies teilweise aus den oben zitierten Literaturstellen hervorgeht.
Die erste Annäherung, die klassische Annäherung, verwendet einen Glasrohling hoher optischer Qualität und so ausreichender Dicke, dass eine Seite bearbeitet werden kann, ohne dass der Glasrohling durch die Bearbeitungstemperatur oder den Bearbeitungsdruck während des Schleifens und Polierens gebogen wird. Die Korrektionskrümmung wird in die Oberfläche eingeschliffen, indem der Glasrohling um seine Mittelachse gedreht wird. Die Bereiche, wo mehr Glas abgetragen werden muss, werden mit einer Schleifscheibe behandelt. Für dieses Verfahren ist es wesentlich, dass der grösste Teil der Schleif- und Formarbeit durchgeführt wird, während sich der Glasrohling um seine Mittelachse dreht und wobei das Schleifwerkzeug die ganze Fläche des Rohlings erfasst.
Die Schleifscheibe ist ebenfalls starr, und dies trägt dazu bei, dass der Glasrohling ständig einen idealen Rotationskörper bildet, was wesentlich ist. Nach dem Vorschleifen der Form mit einem gröberen Schleifmittel wird die Schleifscheibe sorgfältig gereinigt und ein feineres Schleifmittel angewandt. Dies wird fortlaufend mit feineren Schleifmitteln wiederholt, bis die Glasplatte zum Polieren fertig ist. Während des Feinschleifvorganges wird die Form der herzustellenden Korrektionsplatte optisch geprüft. Hierzu wird die Korrektionsplatte im optischen System geprüft, in dem sie verwendet werden soll, wobei die Überprüfung mit einem optischen Kollimator vorgenommen wird. Die Nulltestmethode und die Interferometermethode sind bekannt. Die erlauben es einem Arbeiter, die Fehler am Glas abzulesen und die Zonen zu bestimmen, die nachgearbeitet werden müssen.
Bei Anwendung dieser klassischen Annäherungsmethode ist es erforderlich, dass der Arbeiter einen hohen Ausbildungsstand und sehr viel Erfahrung besitzt, um die Fehler zu erkennen und sie geeignet zu interpretieren.
Das zweite Verfahren, die Vakuumdeformationstechnik, geht auf Schmidt zurück, dem Erfinder der Schmidtschen Korrektionsplatte. Dieses Verfahren besteht aus der Verwendung eines dünnen Glasrohlings als Abdeckung einer vakuumdichten Kammer. Wenn der Unterdruck einwirkt, so biegt sich die dünne Glasplatte eher in Form einer Kettenlinie als in einer spärischen Form. In diesem gebogenen Zustand wird die Oberseite des Glasrohlings sphärisch geschliffen und poliert.
Wird der Unterdruck aufgehoben und war die Bearbeitung erfolgreich, so erhält man eine perfekte Korrektionsplatte. Die Vakuumderformationstechnik geht von der Voraussetzung aus, dass man einen dünnen Glasrohling ausreichend genau biegen kann und er in diesem gebogenen Zustand ausreichend stabil ist, um den Schleifvorgang auszuhalten und eine brauchbare Korrektionsplatte zu ergeben. Für ein optisches Teleskop sind die Anforderungen an eine Korrektionsplatte so einschneidend, dass Restfehler lediglich einen kleinen Bruchteil der Wellenlänge des Lichts ausmachen dürfen bzw. die Genauigkeit etwa 10-5 mm betragen muss.
Wird einO-Ringverwendet,wie dies in der Sky and Telescope-Abhandlung vorgeschlagen wird, wirken sich kleine Inhomogenitäten im Glas derart aus, dass eine ungleichmässige Biegung des Rohlings erfolgt, was Astigmatismus oder fehlende Konzentrizität des Rohlings um seinen Mittelpunkt zur Folge hat. Dieses Näherungsverfahrens ist deshalb nur für Kameras geeignet und kaum dafür, wenn die Korrektionsplatte beispielsweise in einem für die direkte Beobachtung dienenden Schmidt-Cassegrainsystem verwendet werden soll.
Wird bei der Vakuumdeformationstechnik der O-Ring durch einen starren Ring ersetzt, so müsste dieser Ring ausserordentlich genau hergestellt sein, und selbst dann würden kleinste Staubteilchen oder ein Film an der Zwischenfläche zwischen dem Glasrohling und dem Ring zu einer Korrektionsplatte schlechter Qualität führen.
In dem in Applied Optics, November 1963, erschienenen Artikel wurde vorgeschlagen, dass der dünne Glasrohling über eine Form gebogen werden solle, die das Negativ der Schmidtschen Kurve darstellt. In dieser gebogenen Stellung sollte die entgegengesetzte Seite eben geschliffen und poliert werden. In dem Artikel sind allerdings keine Hinweise dafür zu finden, wie der Glasrohling in der gebogenen Form gehalten werden soll und mit welcher Genauigkeit die Form herzustellen wäre.
Ferner sind keine Hinweise dafür enthalten, wie festgestellt werden kann, ob der Glasrohling tatsächlich mit der Form übereinstimmt. Der Artikel enthält ferner keinerlei Hinweis für das Material, aus welchem die Form gemacht werden solle.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Schmidtschen Korrektionsplatte zu schaffen, das die obigen Nachteile nicht aufweist und das es ermöglicht, Korrektionsplatten hoher Qualität relativ schnell mit hoher Genauigkeit herzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer Schmidtschen Korrektionsplatte ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
A) Herstellung einer Matrize auf einem Glasblock durch Schleifen und Polieren eines Negativs für die herzustellende Korrektionsplatte an einem Glasblock;
B) Anordnung einer dünnen Glasplatte auf der Matrize;
C) Erzeugung eines Unterdruckes zwischen der Glasplatte und der Matrize, um die Platte über ihre ganze Fläche in innigem Glas-zu-Glas-Kontakt mit der Matrize zu bringen;
D) Gemeinsames Drehen der Glasplatte und der Matrize und Ebenschleifen und -polieren der oberen Fläche der Platte; und
E) Aufheben des Unterdruckes und Entfernen der fertigen Korrektionsplatte.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
Fig. 1 einen Glasblock zur Herstellung der Matrize in Seitenansicht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schleif- und Poliermaschine zur Herstellung der Matrize, in schematischer Darstellung, in Seitenansicht und teilweise geschnitten;
Fig. 3 eine dünne Testglasplatte zur Überprüfung der Matrize, in Seitenansicht;
Fig. 4 die Testglasplatte der Fig. 3 in Draufsicht;
Fig. 5 eine auf der Matrize angeordnete Testglasplatte, in schematischer Darstellung und in Seitenansicht;
Fig. 6 die von einer Matrize abgenommene geschliffene Testglasplatte in Seitenansicht;
Fig. 7 die Prüfung einer Testglasplatte auf ihre Ebenheit, in schematischer Darstellung und in Seitenansicht;
;
Fig. 8 die abschliessende Prüfung der Testglasplatte auf ihre Ebenheit, in schematischer Darstellung;
Fig. 9 eine auf einer Matrize hergestellte Korrektionsplatte, die einseitig profiliert ist, in Seitenansicht;
Fig. 10 die Korrektionsplatte der Fig. 9 auf einer weiteren Matrize zur weiteren Bearbeitung in schematischer Darstellung und in Seitenansicht; und
Fig. 11 eine Korrektionsplatte, die beiderseitig jeweils mit dem halben Profil versehen ist, in Seitenansicht.
Ein vergüteter und stabiler dicker Glasblock 20, der einen grösseren Durchmesser aufweist als die herzustellende Korrektionsplatte (Schmidt Platte), wird sorgfältig so profiliert, dass er ein Negativ der Korrektionsplatte erhält. Das spezielle Verfahren zur Herstellung eines Negativs, d. h. der Matrize, wird nachfolgend näher erläutert. Der Glasblock, der später diese Matrize 22 bilden soll, wird mit einer Durchgangsbohrung 24 versehen und auf einer Grundplatte 26 befestigt, die ihrerseits auf einer hohlen Spindel 28 einerSchleif- undPoliermaschine 30 angeordnet ist. Ein Antriebsrad 34 dient zum Antrieb der Spindelanordnung. Die Hohlwelle 32 ist in Lagern 36 drehbar gelagert. Eine Rotationskupplung 38 zum Anlegen eines Unterdrucks verbindet die Spindel 28 über eine Leitung 40, die ein Schliessventil 42 enthält, mit einer Vakuumpumpe.
Eine dünne Testglasplatte 44 wird zur Verwendung vorbereitet. Die Oberfläche muss sehr gut und frei vom Apfelsinenschaleneffekt, der typisch für schnelles Polieren ist, sein.
Ferner muss die Platte eben sein, z. B. einen Interferenzstreifen je 5 cm aufweisen. Einige flache Nuten 46 werden speichenradförmig in die Testglasplatte geschnitten. Eine Testglasplatte für eine 200 mm f/2-Korrektionsplatte hat in der Regel einen Durchmesser von 250 mm, und die Umfangsnut liegt in einem Umfangskreis von 225 mm Durchmesser konzentrisch in der Testglasplatte.
Das Negativ der Korrektionsplatte wird auf der Matrize 22 eingeschliffen und poliert. Die dünne Testglasplatte 44 wie auch die Matrize 22 werden sorgfältig gereinigt und die Testglasplatte auf der Matrize so angeordnet, dass die flachen Nuten innen liegen. Daraufhin wird an die Vorrichtung ein Vakuum angelegt. Die dünne Testglasplatte verformt sich entsprechend der Profilierung der Matrize. Jeglicher Film, Schmutzteilchen oder Bereiche, in denen keine Übereinstimmung besteht, lassen sich an Interferenzstreifen erkennen, die an der Zwischenfläche zwischen der Testglasplatte und der Matrize entstehen. Eine herkömmlich verwendete Methode, um zu bestimmen, ob eine sphärische Fläche auf einem Glas die erforderliche Genauigkeit erreicht hat, besteht darin, eine Schablone herzustellen, die die entgegengesetzte Profilierung aufweist.
Dann werden das Glas und die Schablone aufeinandergelegt und in diesem Zustand unter eine Lichtquelle gehalten, die in der Regel reflexionsfrei und monochromatisch ist. Die Reflexionen aller Zwischenschichten zwischen der Schablone und dem Werkstück werden beobachtet. Stimmen die Profile sehr stark überein, so interferiert das Licht von einer der Oberflächen mit der anderen und es entstehen Newton'sche Ringe oder Interferenzstreifen, die beobachtet werden können. Der Charakter dieser Interferenzstreifen ist so, dass der Hersteller genau bestimmen kann, wieweit die Schalblone mit dem Werkstück übereinstimmt.
Stimmen die beiden Glasflächen genau überein und sind sie vollständig sauber, dann verschwindet jegliche Reflektion an der Zwischenfläche. Die zwei Glasstücke gehen in diesem Falle eine halbmolekulare Bindung ein, und es bereitet Schwierigkeiten, sie voneinander zu trennen. Die Verbindung ist in diesem Falle derart stark, dass einige Glashersteller eine Anzahl kleiner Glasstücke, die alle parallel und die gleiche Dicke haben, zu einer grösseren flachen Schablone verbinden. Zusätzlich kann ein Kitt an den Kanten der schmalen Stücke vorgesehen sein.
Die einzelnen Stücke halten derart fest zusammen, dass sie als Einheit geschliffen und poliert werden können. Zum Trennen der Stücke wird in der Regel die Temperatur der Schablone in einer Kühlvorrichtung herabgesetzt, bis das Werkstück abspringt.
Wie die Fig. 5 zeigt, kann die auf einer Matrize 22 angeordnete Testglasplatte am Rand mit einem Wachssiegel 48 versehen sein. Eine vollständige Übereinstimmung des Werkstückes mit der Matrize ist dann erreicht, wenn alle Reflexionen an der Zwischenschicht verschwinden. Dann ist ein enger Glas Zu-Glas-Kontakt hergestellt.
Daraufhin wird die Oberfläche der Testglasplatte durch Rotieren der Spindel und Verwendung einer flachen Schleifscheibe, die über einen Arm der Maschine betrieben wird, flach geschliffen. Ferner kann die Testglasplatte gegebenenfalls poliert werden. Das Vakuum wird dann entfernt, wie aus Fig. 6 hervorgeht, und die Testglasplatte 44 hebt sich von der Matrize ab. Da das Werkstück die Tendenz hat, dort an der Matrize haften zu bleiben, wo ein inniger Glas-Zu-Glas-Kontakt erzielt worden ist, muss beim Abnehmen des Werkstückes besondere Sorgfalt angewandt werden. Wird beispielsweise Pressluft durch die Spindel eingebracht, so löst sich das Werkstück zu schnell, da der Druck langsam ansteigt.
Die beste Methode zum Trennen der Testglasplatte von der Matrize besteht darin, ein dünnes Metallstück, wie beispielsweise eine Rasierklinge, an den Kanten anzusetzen, und die Testglasplatte langsam abzuheben. Nach dem Schleifen und Abnehmen weist die Testglasplatte 44 mindestens annähernd das Profil 50 auf.
Die Testglasplatte kann nun mit einem ersten und einem zweiten Spiegel versehen und getestet werden. Jene Zonen, die zuviel Glas aufweisen, werden bezeichnet und die Matrize wird daraufhin erneut durch Schleifen und Polieren oder nur durch Polieren bearbeitet, je nachdem wie gross die verbleibenden Fehler nach jedem Test sind. Zonen, an denen zuviel Glas an der Testglasplatte ist, sind Bereiche, an denen die Matrize Ausnehmungen aufweist, da der Glasblock eine Negativform darstellt. Nach einer solchermassen überarbeiteten Matrize erfolgt ein weiteres Überprüfen, indem die Testglasplatte erneut auf der Matrize angeordnet und ihre Oberfläche flach geschliffen wird. Das Testen und wieder neu Schleifen wird so oft wiederholt, bis die Matrize das gewünschte Profil erreicht hat.
Ist schliesslich die Matrize mit ausreichender Genauigkeit hergestellt, so wird sie selbst mit einem Nutenmuster gemäss Fig. 4 versehen. Diese Nuten haben normalerweise eine Tiefe von 0,25 mm und eine Breite von 0,25 bis 0,5 mm. In jedem
Falle muss die Breite der Nuten sehr klein sein, verglichen mit der Dicke der herzustellenden Korrektionsplatte. Wäre dies nicht der Fall, so würde ein gewisses Einbiegen der Glasplatte in die Nuten erfolgen, was zu Fehlern in der Korrektionsplatte führen würde. Nuten von 0,5 mm Breite sind dann brauchbar, wenn die herzustellende Korrektionsplatte eine Dicke von mindestens 3,2 mm aufweist.
Es sei hier betont, dass die Herstellung einer Matrize wesentlich mehr Arbeit erfordert, als die Herstellung einer einzigen Korrektionsplatte nach der klassischen Methode. Ist jedoch einmal eine solche Matrize hergestellt, so lassen sich Korrektionsplatten mit hoher Genauigkeit sehr schnell herstellen. So benötigt man beispielsweise zur Herstellung einer Korrektionsplatte vier Stunden. Ein einzelner Arbeiter kann überdies bei einiger Geschicklichkeit 12 Maschinen gleichzeitig bedienen. Die einzige kritische Phase bei der Herstellung der Korrektionsplatten nach dem vorliegenden Verfahren besteht in der Säuberung des Werkstückes und der Matrize, um eine innige Glas-Zu-Glas-Berührung über die ganze Oberfläche zu erhalten. Der Arbeiter muss sich ein sauberes Arbeiten angewöhnen, um ein Verkratzen des Werkstückes während des Einschleifens und Polierens zu vermeiden.
Zweckmässigerweise überprüft ein Arbeiter die Oberfläche des Werkstückes nach jedem grösseren Feinschliff mit einem Sphärometer, das eine Genauigkeit von 0,0025 mm aufweist. Die Basis des Sphärometers sollte sich über ungefähr 2/3 des Durchmessers des Werkstückes erstrecken, wie dies an einem typischen Beispiel der Fig. 7 gezeigt ist. Das Sphärometer wird zunächst an einer Bezugsebene geprüft und dann die Abweichung der Ebenheit des Werkstückes abgelesen. Während des Schleifens der Korrektionsplatte auf der Matrize wird ein Sphärometer dazu verwendet, die Ebenheit der Oberseite des Werkstückes zu überprüfen. Ein Werkstück ist dann zum endgültigen Polieren bereit, wenn nach dem feinsten Schleifen die Ebenheit innerhalb von 0,0125 mm des Sphärometers liegt.
Während des Polierens wird die Ebenheit ebenfalls mehrmals überprüft, um sicherzustellen, dass die Oberfläche auch gleichmässig flach bleibt.
Ein abschliessender Test für die Flachheit kann so durchgeführt werden, dass eine kleine optische Scheibe 54 (Fig. 8) auf die Oberfläche einer Korrektionsplatte gelegt wird, während diese noch auf der Matrize angeordnet ist. Eine typische Korrektionsplatte liegt dann vor, wenn sie 100 Interferenzstreifen sphärisch, d. h., dass die gewünschte Abweichung von einer ebenen Fläche der Korrektionsplatte 100 Interferenzstreifen oder ungefähr 0,025 mm beträgt. Bei der Überprüfung der endgültigen Ebenheit liegt dann eine brauchbare Korrektionsplatte vor, wenn die Oberfläche gesamthaft nicht mehr als 3 oder 4% abweicht und diese Abweichung leicht sphärisch ist.
Am dargestellten Beispiel einer 200 mm Korrektionsplatte, die eine 100-Interferenzstreifen-asphärische Gestalt aufweist, sollte die Oberfläche derart flach sein, dass sie plus oder minus einen Interferenzstreifen je 5 cm aufweist. Diese Abweichung sollte überdies über die ganze Oberfläche konstant sein. Die optische Scheibe wird auf die Oberseite der geschliffenen und polierten Korrektionsplatte gelegt, während diese sich noch auf der Matrize befindet. Es erscheinen dann Interferenzstreifen an der Zwischenfläche zwischen der optischen Scheibe und der Platte, wenn diese sorgfältig gereinigt sind und ungefähr die gleiche Kurvenform aufweisen. Die Gestalt und die Anzahl dieser Interferenzstreifen geben dem Hersteller einen Hinweis auf die Form der zu bearbeitenden Glasplatte.
Wird diese Technik über die Grenzen ausgedehnt, die durch die maximale Glasverformung vor eintretendem Bruch bestimmt sind, so ist das folgende Vorgehen empfehlenswert.
Vom optischen Standpunkt aus braucht die Korrektionsplatte lediglich so dick zu sein, dass sie ihr eigenes Gewicht im Instrument trägt und bei normaler Verwendung eines Instrumentes nicht bricht. Unter diesen Bedingungen liegt die optimale Dicke einer 200 mm Korrektionsplatte im Bereich von 3,75 bis 5 mm. Es kann nun erforderlich werden, eine Korrektionsplatte herzustellen, die eine Krümmung aufweist, die grösser ist als das Glas aushalten würde. Als Beispiel sei eine 200 mm f/1,5 Schmidtkamera genannt, die eine Korrektionsplatte benötigt, deren Krümmung grösser ist als es ein 3 mm dickes Glas aushalten würde. In diesem Falle wird ein Teil der Korrektion auf einer Seite der Platte angeschliffen und dann der Rest der Korrektion auf der anderen Seite der Platte angeschliffen, d. h. angeschliffen und poliert.
In diesem Falle kann eine Matrize 56 (Fig. 9) verwendet werden, die zur Herstellung einer 200 mm f/2-Korrektionsplatte geeignet ist. Diese Matrize wird dann gewendet, (Fig. 10) und auf einer Matrize angeordnet, die zur Herstellung einer 200 mm f/1,5 Korrektionsplatte geeignet ist. Die maximale Abweichung, die man dann auf einer Korrektionsplatte erhält, ist dann jeweils zur Hälfte auf jeder der beiden Seiten angeordnet.
Nachdem die Korrektionsplatte in der in Fig. 10 dargestellten Weise angeordnet ist, wird die Oberfläche der Korrektionsplatte 56 wiederum flach geschliffen, wie oben ausgeführt, und es ergibt sich eine Korrektionsplatte 58, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, die jeweils eine Hälfte der Krümmung auf jeder Seite aufweist.
The state of the art is given in the following references:
New Procedure for Making Schmidt Corrector Plates, Applied Optics, Volume 11, No. 7, July 1972 1972. The Vacuum Method of Making Corrector Plates, Sky and Telescope, June 1972. Making Corrector Plates by Schmidt's Vacuum Methods, Applied Optics, May 1966 , Volume 5, No. 5, pages 713-715. U.S. Patent No. 3,693,301. Study of the Fabrication of Aspherical Surfaces, Sakurai & Shishido, Applied Optics, November 1963.
There are two methods of making Schmidt's
Correction plates known in the literature. The first method is often referred to as the classical approximation and the second method is referred to as the vacuum deformation technique, as can be seen in part from the literature references cited above.
The first approach, the classical approach, uses a glass blank of high optical quality and sufficient thickness that one side can be machined without the glass blank being bent by the machining temperature or the machining pressure during grinding and polishing. The correction curvature is ground into the surface by rotating the glass blank around its central axis. The areas where more glass needs to be removed are treated with a grinding wheel. For this method it is essential that most of the grinding and shaping work be carried out while the glass blank is rotating about its central axis and with the grinding tool covering the entire surface of the blank.
The grinding wheel is also rigid, and this helps ensure that the glass blank constantly forms an ideal body of revolution, which is essential. After pre-grinding the shape with a coarser abrasive, the grinding wheel is carefully cleaned and a finer abrasive is used. This is repeated continuously with finer abrasives until the glass plate is ready to be polished. During the fine grinding process, the shape of the correction plate to be produced is checked optically. For this purpose, the correction plate is checked in the optical system in which it is to be used, the checking being carried out with an optical collimator. The zero test method and the interferometer method are known. These allow a worker to read the defects on the glass and determine the zones that need to be reworked.
When using this classic approximation method, it is necessary that the worker has a high level of training and a lot of experience in order to recognize the errors and to interpret them appropriately.
The second process, the vacuum deformation technique, goes back to Schmidt, the inventor of Schmidt's correction plate. This method consists of using a thin glass blank to cover a vacuum-tight chamber. When the negative pressure acts, the thin glass plate bends in the form of a chain line rather than a spherical shape. In this bent state, the top of the glass blank is ground and polished spherically.
If the vacuum is removed and the processing was successful, a perfect correction plate is obtained. The vacuum deformation technique is based on the assumption that a thin glass blank can be bent with sufficient accuracy and that it is sufficiently stable in this bent state to withstand the grinding process and result in a usable correction plate. For an optical telescope, the requirements for a correction plate are so drastic that residual errors may only make up a small fraction of the wavelength of the light or the accuracy must be around 10-5 mm.
If an O-ring is used, as suggested in the Sky and Telescope paper, small inhomogeneities in the glass have such an effect that the blank bends unevenly, resulting in astigmatism or a lack of concentricity of the blank about its center. This approximation method is therefore only suitable for cameras and hardly for when the correction plate is to be used, for example, in a Schmidt-Cassegrain system serving for direct observation.
If the O-ring is replaced by a rigid ring in the vacuum deformation technique, this ring would have to be manufactured extremely precisely, and even then the smallest dust particles or a film at the interface between the glass blank and the ring would result in a correction plate of poor quality.
In the article published in Applied Optics, November 1963, it was suggested that the thin glass blank should be bent over a shape that is the negative of Schmidt's curve. In this bent position, the opposite side should be ground and polished flat. In the article, however, there are no indications of how the glass blank should be held in the curved shape and with what accuracy the shape should be produced.
Furthermore, there are no indications as to how it can be determined whether the glass blank actually corresponds to the shape. The article also contains no indication of the material from which the mold is to be made.
The object of the invention is to provide a method for producing a Schmidt correction plate which does not have the above disadvantages and which makes it possible to produce high quality correction plates relatively quickly with high accuracy.
The method according to the invention for producing a Schmidt correction plate is characterized by the following method steps:
A) Production of a matrix on a glass block by grinding and polishing a negative for the correction plate to be produced on a glass block;
B) placing a thin glass plate on the die;
C) creating a negative pressure between the glass plate and the die in order to bring the plate over its entire surface in intimate glass-to-glass contact with the die;
D) Rotating the glass plate and die together, and level grinding and polishing the top surface of the plate; and
E) Removal of the negative pressure and removal of the finished correction plate.
Embodiments of the method according to the invention are described in more detail below with reference to the drawings, which show:
1 shows a glass block for producing the die in side view;
2 shows a schematic representation of a grinding and polishing machine for producing the die, in a schematic representation, in side view and partially in section;
3 shows a thin test glass plate for checking the die, in side view;
FIG. 4 shows the test glass plate from FIG. 3 in plan view; FIG.
5 shows a test glass plate arranged on the die, in a schematic representation and in side view;
6 shows the ground test glass plate removed from a die in a side view;
7 shows the inspection of a test glass plate for its evenness, in a schematic representation and in side view;
;
8 shows the final inspection of the test glass plate for its evenness, in a schematic representation;
9 shows a correction plate produced on a die, which is profiled on one side, in side view;
FIG. 10 shows the correction plate from FIG. 9 on a further die for further processing in a schematic representation and in a side view; FIG. and
11 shows a correction plate, which is provided with half the profile on both sides, in a side view.
A tempered and stable thick glass block 20, which has a larger diameter than the correction plate to be produced (Schmidt plate), is carefully profiled so that it receives a negative of the correction plate. The special process for making a negative, i.e. H. the die is explained in more detail below. The glass block, which is later to form this die 22, is provided with a through-hole 24 and fastened on a base plate 26, which in turn is arranged on a hollow spindle 28 of a grinding and polishing machine 30. A drive wheel 34 is used to drive the spindle assembly. The hollow shaft 32 is rotatably supported in bearings 36. A rotary coupling 38 for applying a negative pressure connects the spindle 28 via a line 40, which contains a closing valve 42, to a vacuum pump.
A thin test glass plate 44 is prepared for use. The surface must be very good and free from the orange peel effect that is typical for quick polishing.
Furthermore, the plate must be flat, e.g. B. have an interference fringe every 5 cm. Some shallow grooves 46 are cut in the shape of a spoke wheel in the test glass plate. A test glass plate for a 200 mm f / 2 correction plate generally has a diameter of 250 mm, and the circumferential groove lies concentrically in the test glass plate in a circumferential circle of 225 mm diameter.
The negative of the correction plate is ground on the die 22 and polished. The thin test glass plate 44 as well as the die 22 are carefully cleaned and the test glass plate is arranged on the die in such a way that the shallow grooves are on the inside. A vacuum is then applied to the device. The thin test glass plate deforms according to the profile of the die. Any film, debris or areas that do not match can be identified by interference fringes that appear at the interface between the test glass plate and the die. One commonly used method to determine whether a spherical surface on a glass has achieved the required accuracy is to make a template that has the opposite profile.
The glass and the template are then placed on top of one another and held in this state under a light source that is usually non-reflective and monochromatic. The reflections of all intermediate layers between the template and the workpiece are observed. If the profiles match very closely, the light from one of the surfaces interferes with the other and Newtonian rings or interference fringes are created that can be observed. The character of these interference fringes is such that the manufacturer can precisely determine to what extent the formwork matches the workpiece.
If the two glass surfaces match exactly and are completely clean, any reflection at the interface disappears. In this case, the two pieces of glass enter into a semi-molecular bond and it is difficult to separate them from one another. The bond in this case is so strong that some glass manufacturers join a number of small pieces of glass, all parallel and of the same thickness, to form a larger flat template. In addition, a putty can be provided on the edges of the narrow pieces.
The individual pieces hold together so tightly that they can be ground and polished as a unit. To separate the pieces, the temperature of the template is usually lowered in a cooling device until the workpiece pops off.
As FIG. 5 shows, the test glass plate arranged on a die 22 can be provided with a wax seal 48 on the edge. A complete match between the workpiece and the die is achieved when all reflections on the intermediate layer disappear. Close glass-to-glass contact is then established.
The surface of the test glass plate is then ground flat by rotating the spindle and using a flat grinding wheel operated by an arm of the machine. Furthermore, the test glass plate can optionally be polished. The vacuum is then removed, as shown in Figure 6, and the test glass plate 44 lifts from the die. Since the workpiece has a tendency to stick to the die where an intimate glass-to-glass contact has been achieved, special care must be taken when removing the workpiece. If, for example, compressed air is introduced through the spindle, the workpiece loosens too quickly because the pressure increases slowly.
The best way to separate the test glass plate from the die is to place a thin piece of metal, such as a razor blade, on the edges and slowly lift the test glass plate off. After grinding and removal, the test glass plate 44 has at least approximately the profile 50.
The test glass plate can now be provided with a first and a second mirror and tested. Those zones that have too much glass are identified and the die is then processed again by grinding and polishing or just by polishing, depending on how large the remaining defects are after each test. Zones in which there is too much glass on the test glass plate are areas in which the die has recesses, since the glass block represents a negative shape. After a matrix that has been reworked in this way, a further check is carried out in that the test glass plate is again placed on the matrix and its surface is ground flat. The testing and regrinding are repeated until the die has reached the desired profile.
If the die is finally produced with sufficient accuracy, it is itself provided with a groove pattern according to FIG. These grooves are typically 0.25mm deep and 0.25-0.5mm wide. In each
Case, the width of the grooves must be very small compared to the thickness of the correction plate to be produced. If this were not the case, there would be a certain bending of the glass plate into the grooves, which would lead to errors in the correction plate. Grooves of 0.5 mm width can be used if the correction plate to be produced has a thickness of at least 3.2 mm.
It should be emphasized here that the production of a die requires considerably more work than the production of a single correction plate using the classic method. However, once such a die has been produced, correction plates can be produced very quickly with high accuracy. For example, it takes four hours to make a correction plate. A single worker can also operate 12 machines at the same time with some skill. The only critical phase in the manufacture of the correction plates according to the present process consists in cleaning the workpiece and the die in order to obtain an intimate glass-to-glass contact over the entire surface. The worker has to get used to clean work in order to avoid scratching the workpiece during grinding and polishing.
A worker expediently checks the surface of the workpiece after each major fine-tuning with a spherometer, which has an accuracy of 0.0025 mm. The base of the spherometer should extend over approximately 2/3 the diameter of the workpiece, as shown in a typical example of FIG. The spherometer is first checked on a reference plane and then the deviation in the flatness of the workpiece is read off. While the correction plate is being ground on the die, a spherometer is used to check the flatness of the top of the workpiece. A workpiece is ready for final polishing when, after the finest grinding, the flatness is within 0.0125 mm of the spherometer.
During the polishing, the evenness is also checked several times to ensure that the surface remains evenly flat.
A final flatness test can be performed by placing a small optical disk 54 (FIG. 8) on the surface of a correction plate while it is still on the die. A typical correction plate is when it has 100 interference fringes spherical, i.e. that is, the desired deviation from a flat surface of the correction plate is 100 interference fringes, or approximately 0.025 mm. When checking the final flatness, a usable correction plate is available if the total surface does not deviate by more than 3 or 4% and this deviation is slightly spherical.
In the example shown of a 200 mm correction plate, which has an aspherical shape of 100 interference fringes, the surface should be so flat that it has plus or minus one interference fringe every 5 cm. This deviation should also be constant over the entire surface. The optical disc is placed on top of the ground and polished correction plate while it is still on the die. Interference fringes then appear at the interface between the optical disk and the disk if these are carefully cleaned and have approximately the same curve shape. The shape and number of these interference fringes give the manufacturer an indication of the shape of the glass plate to be processed.
If this technique is extended beyond the limits determined by the maximum glass deformation before breakage occurs, the following procedure is recommended.
From the optical point of view, the correction plate only needs to be thick enough to support its own weight in the instrument and not break during normal use of an instrument. Under these conditions, the optimum thickness of a 200 mm correction plate is in the range of 3.75 to 5 mm. It may now be necessary to produce a correction plate that has a curvature that is greater than the glass would withstand. An example is a 200 mm f / 1.5 Schmidt camera, which requires a correction plate whose curvature is greater than a 3 mm thick glass would withstand. In this case, part of the correction is sanded on one side of the plate and then the rest of the correction is sanded on the other side of the plate, i.e. H. sanded and polished.
In this case a die 56 (FIG. 9) suitable for making a 200 mm f / 2 correction plate can be used. This die is then turned over (Fig. 10) and placed on a die that is suitable for producing a 200 mm f / 1.5 correction plate. The maximum deviation that is then obtained on a correction plate is then half on each of the two sides.
After the correction plate has been arranged in the manner shown in FIG. 10, the surface of the correction plate 56 is ground flat again, as stated above, and a correction plate 58 results, as shown in FIG. 11, each one half of the Has curvature on each side.