DD281030A1 - Anordnung zum justierdrehen gefasster optischer bauelemente - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Justierdrehen gefasster optischer Bauelemente. Erfindungsgemaess besitzt eine auf der Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine angeordneten Drehlagerung, welche als Doppelkegelgleitlager ausgebildet ist, ein internes Drehlager sowie zwei um 180 Grad zueinander angeordneten Aufnahmen fuer gefasste optische Bauelemente. Die Rotoren der Drehlagerung sind ueber eine steuerbare Magnetkupplung miteinander verbunden. Weiterhin ist jede Aufnahme mit einer Kalottenjustiereinheit und einem Planschlittenelement verbunden, deren Kupplung dadurch charakterisiert ist, dass eine Bewegungsaenderung der ersten Aufnahme eine um 180 Grad versetzt wirkende Bewegung der zweiten Aufnahme realisiert. Ueber ein an sich bekanntes optisches Justiergeraet wird ein gefasstes optisches Bauelement zentriert und justiergedreht. Gleichzeitig erfolgt die Vorfertigung des zweiten gefassten optischen Bauelementes unabhaengig von dessen Relativlage. Das Entnehmen und Aufnehmen der gefassten optischen Bauelemente erfolgt bei voller Rotation der Arbeitsspindel und abgebremster innerer Drehlagerung nach Betaetigung der Magnetkupplung. Die Anordnung kann bei der Herstellung optischer Baugruppen des wissenschaftlichen Geraetebaus, des Justiermittelbaus sowie der Konsumgueterindustrie eingesetzt werden. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Justierdrehen gefaßter optischer Bauelemente. Sie kann bei der Herstellung von optischen Baugruppen, Objektiven und optischen Geräten des wissenschaftlichen Gerätebaus, des Justiermittelbaus und der Konsumgüterindustrie eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standet der Technik

Bekannt sind Anordnungen, bei denen das optische Bauelement mit der Fassung auf einen Kugelstempel, dessen Kugel radial verschiebbar ist, lagefixiert ist (SU-PS 1365015). Dabei kann der Kugelstempel in einer zweiten Ebene durch laterale Versetzung in der Kugelpfanne gekippt werden.

Verschiebeeinheiten werden durch von außen bewegbare Schlagstempel betätigt. Die gesamte Anordnung wird auf der Spindel einer Bearbeitungsmaschine montiert.

Nachteilig bei derartigen Anordnungen ist, daß bei auftretenden mechanischen Belastungen, beispielsweise bei Unwucht, die Lagefixierung der Verstellelemente nicht mehr hinreichend gegeben ist und somit ungewollte DeJustierungen bei Rotation auftreten können. Weiterhin lassen sich aerostatische Lager nur bedingt einsetzen. Die Aufnahme von relativ großen und schweren Elementen erfordert eine aufwendige mit großen Platzbedarf verbundene konstruktive Veränderung der Vorrichtung.

Des weiteren ist bei jedem Teilewechsel ein An· und Auslauf der Maschinenspindel erforderlich, so daß in diesen Betriebszuständen eine hohe Belastung der Lagerelemente sowie &in hoher Energieverbrauch zu verzeichnen sind.

In SU-PS 1282 042 wird eine Anordnung beschrieben, bei welcher ein gefaßtes optisches Bauelement in eine Justiereinheit, welche auf einer Drehspindel montiert ist, eingeschraubt wird. Die Aufnahme besteht dabei aus einem ersten Kegel, der über einen Adapter mit aem gefaßten optischen Bauelement verbunden ist. Dieser Kegel ist in einem Ring gelagert, welcher mittels Federstiften auf der Aufnahmebasis kraftschlüssig, aber verschiebbar angeordnet ist. Ein zweiter Kegel, der über eine sphärische Trenn- bzw. Koppelfläche kraft- und formschlüssig sowie kippbar damit verbunden ist, realisiert eine Kippung über einen angekoppelten Ring, welcher ebenfalls federstiftbelastet an der Aufnahmebasis positioniert ist. Die Verstellung erfolgt über von außen wirkende Stellmittel.

Die Nachteile der Anordnung in SU-PS 1365015 sind auch für diese Anordnung charakteristisch. Im rotatorischen Betrieb ist eine Betätigung der Sieliringe für feinfühlige Justierungen sehr kompliziert. Eine Fixierung und Konservierung eines erreichten,

eingestellten Justierzustandes ist sehr schwierig zu realisieren. Das An- und Auslaufverhalten bedingt aufwendige Drehlagerungen sowie hohen Zeitbedarf.

In DE-OS 1797270, DD-WP 80998 sowie SU-PS1363113 werden Einrichtungen, die durch Kalotten-und Planschlittenverstellung charakteristisch sind, beschrieben. Die Verstellung erfolgt durch von außen angreifende Schlagwerke während der Rotation bzw. manuell durch Schlagwerke. Das gefaßte optische Bauelement wird mittels Schraubgewinde auf einem Stellrohr befestigt. Als nachteilig bei derartigen Ausführungen erweist sich, daß die Fixierung eines erreichten Justierzustandes durch Verspannen von Gewindeschrauben (Stellelemente) realisiert werden muß, so daß bei Rotation eine Entspannung der Gewindeflanken zu DeJustierungen führen kann. Weiterhin führen hohe Unwuchten zu starken Belastungen der Verstellelemente und somit ebenfalls zur Gefahr von DeJustierungen. Zum Auf· und Abnehmen der gefaßten optischen Bauelemente ist das Abbremsen und Anlaufenlassen der Arbeitsspindel erforderlich. Aerostatische Lagerungen lassen sich auch bei derartigen Einrichtungen nur bedingt einsetzen.

Weiterhin ist eine Aufnahme zum Justierdrehen von gefaßten optischen Bauelementen bekannt (US-PS 3427703), die als Flansch mnit konzentrischer Nut ausgebildet und mit der Drehlagerung einer Bearbeitungsmaschine gestellfest verbunden ist. Der Flansch besitzt im Zentrum eine Ringschneide. Die Fassung des optischen Bauelementes weist einen konzentrisch ausgebildeten Zylinder auf, dessen Abmaße so dimensioniert sind, daß er in die Nut des Flansches eingefügt werden kann. In der Nut befindet sich ein thermoplastischer Werkstoff, der über eine integrierte Heizeinrichtung in seiner Viskosität veränderbar ist und somit eine Justierung der gefaßten optischen Bauelemente ermöglicht. Nach dem Justierdrehvorgang wird der Zylinder mechanisch abgetrennt.

Wesentliche Nachteile dieser Aufnahme sind der hohe Materialverbrauch bzgl. der Fassung (abzutrennender Zylinder), das Gewicht der gefaßten Optik beim Drehen und die verminderte Genauigkeit der Zentrierung durch die Nichtjustierbarkeit einer optischen Fläche (die auf der Ringschneide der Aufnahme aufliegt). Weiterhin bedingen optische Bauelemente mit relativ großen Abmessungen aufwendige Drehlagerungen mit entsprechendem großen Platzbedarf einschließlich leistungsfähiger Antriebe. Zur Aufnahme der gefaßten optischen Bauelemente muß die Arbeitsspindel abgetrennt bzw. neu in Rotation gebracht werden, so daß ein hoher Energieverbrauch auftritt. Weiterhin können durch den Abtrennvorgang Beschädigungen an der justiergedrehten Fassung auftreten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, neben der Verringerung des Energieverbrauches beim Justierdrehen sowie Reduzierung der Aufwendungen für die Ausbildung der Drehlagerung den Automatisierungsgrad bei hoher Effektivität des technologischen Prozesses zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Justierdrehen von gefaßten optischen Bauelementen zu entwickeln, die das An- und Auslaufen der Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine bei Wechsel der gefaßten optischen Bauelemente vermeidet, Unwuchten kompensiert und den Einsatz von gasstatischen oder gasdynamischen Arbeitsspindeln sowie Gasturbinenantrieben ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung mit einer auf der Arbeitsspindel eine Bearbeitungsmaschine angeordneten Drehlagerung mit Bauelomentaufnahmeeinheit, die Bauelementaufnahmeeinheit mit einer Justiereinrichtung, bestehend aus Kalotten- und Planschlittenverstellelementen sowie ansteuerbaren Stelleinheiten, verbunden ist, einem optischen Zentriergerät sowie positionierbaren Zerspanwerkzeugen, dadurch gelöst, daß die Drehlagerung als aerostatisches Doppelkegelgleitlager ausgebildet ist, die Bauelementaufnahmeeinheit mit zwei um 180 Grad versetzt angeordneten Aufnahmen, die mit jeweils einer Kalottenjustiereinheit und einem Planschlittenelement gekoppelt sind, besieht, das Doppelkegelgleitlager ein aus einer Kugellageranordnung bestahendes internes Gleitlager aufweist, der Rotor des Doppelkegelgleitlagers und der Rotor der Kugellageranordnung über eine einen Kraft- und Formschluß bewirkende steuerbare Magnetkupplung miteinander verbunden sind, im Rotor der Kugellageranordnung eine über eine Stelleinheit radial und kreisbogenförmig verstellbare Masse angeordnet ist, die Kalottenjustiereinheit und das Planschlittenelement der ersten Aufnahme mit der Kalottenjustiereinheit und dem Planschlittenelement der zweiten Aufnahme derart gekoppelt sind, daß jede Bewegungsänderung der ersten Aufnahme mit einer entgegengesetzt gerichteten adäquaten Bewegungsänderung der zweiten Aufnahme verbunden ist und die dem in der ersten Aufnahme fixierten gefaßten optischen Bauelement zugeordneten Zerspanwerkzeuge als Justierdreh- sowie die dem in der zweiten Aufnahmo fixierten gefaßten optischen Bauelement zugeordneten Zerspanwerkzeuge als Vorfertigungswerkzeuge ausgebildet sind.

Vorteilhafterweise ist ein mit einem Sauggreifer versehener Bestückungs- und Entnahmemanipulator eingesetzt. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Aufnahme mit Abbremseinheiten gekoppelt sind.

Nach dem Aufnehmen von zwei gefaßten optischen Bauelementen erfolgt über das optische Justiergerät die Erfassung der relativen Justierlage des ersten optischen Bauelementes. Anschließend erfolgt die Ableitung der Stellgrößen zur Verstellung der zugeordneten Kalortenjustiereinhoit sowie des Planschlittenelementes, so daß die Stelleinheiten entsprechend angesteuert werdon können. Gleichzeitig wird die dem zweiten gefaßten optischen Bauelement zugeordnete Kf lottenjustiereinheit sowie das Planschlittenelement um den gleichen Betrag sowie im gleichen Azimut um 180 Grad versetzt verstellt. Die Magnetkupplung wird eingeschaltet, so daß zwischen den Rotoren ein Kraft- und Formschluß hergestellt wird. Nach einer anschließenden Unwuchtkompensation auf der Grundlago von geeigneten Lage· bzw. Schwingungsmessungen wird das erste gefaßte optische Bauelement justiergedreht, während das zweite optische Bauelement unabhängig von seinem relativen Justierzustand vorboarbbitet wird.

Nach dem Fertigbearbeiten des ersten gefaßten optischen Bauelementes und dem Ausschalten der Magnetkupplung verbleibt der Süßere Rotor in voller Rotation, während der innere Rotor abgebremst wird und das fertigbearbeitete optische Bauelement entnommen werden kann. Somit braucht die Arbeitsspindel zur Entnahme und Aufnahme der gefaßten optischen Bauelemente nicht abgeschaltet zu werdon. Nachdem ein zweites optisches Bauelement aufgenommen wurde, erfolgt das Justieren und Fertigbearbeiten dos zweiten gefaßten optischen Bauelementes, während das nächste gefaßte optische Bauelement wieder einem Vorfeitigungsvorgang unterzogen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht somit, daß das An- und Auslaufen der Arbeitsspindel beim Wechsel der gefaßten optischen Bauelemente vermieden wird, das bedeutet gegenüber konventionellen Anordnungen eine Verringerung des Energiebedarfs. Weiterhin lassen sich problemlos gasdynamische oder gasstatische Arbeitsspindeln so v/i θ Gasturbinenantriebe einsetzen.

Ausführungcbeisplel

In einem nachstehenden Aueführungebeispiel soll die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert werde·!. Die dazugehörige Figur zeigt eine gestellfeste Basis 1, an welcher die gesamte Anordnung eine Drehlagerung mittels Schraubelementen 2 befestigt ist. Sie besteht aus zwei Grundkörpern 3 und 4, die Ober die Schraubelemente 2 kraft· und formschlüssig miteinander verbunden sind, in den miteinader verbundenen Grundkörpern 3 und 4 sind Kalottenjustiereinheiten 5 und 6 integriert, auf denen wioderum Planschlittenelemente 7 und 8 befestigt sind. Die Planschlittenelemente 7 und 8 tragen !n eine axiale Richtung verstellbare Aufnahmen 9 und 10 mit den gefaßten optischen Bauelementen 11 und 12. An den Kalottenjustiereinheiten 5 und β und den Planschlittenelementen 7 und 8 befinden sich motorisch angetriebene Stelleinheiten 13,1415,16,17,18,19,20 und 21, die von nicht dargestellten Steuerleitungen aktiviert werden, die wiederum Ober nicht dargestellte Schleifringkombinationen innerhalb der Grundkörper 3 und 4 mit einer externen Auswerte- und Ansteuereinheit in Verbindung stehen. In den Grundkörpern 3 und 4 sind Doppelkegelgleitlager 22 mit nicht dargestellten Antrieben angeordnet, die aus aerostatischen Lageranordnungen mit ebenfalls nicht dargestellter Druckgasversorgung bestehen. In einem Rotor 23 sind Kugellageranordnungen 24 sowie eine nicht dargestellte Magnetkupplung befestigt, die einen Kraft- und/oder Formschluß zwischen dem Rotor 23 und einem inneren Rotor 25 herstellt. Die Kugellageranordnung 24 stützt sich auf den äußeren Rotor 23 ab. Zur Justierung der gefaßten optischen Bauelemente 11 und 12 sind optische Justiergeräte 26 angeordnet. Weiterhin sind zur Bearbeitung der mechanischen Außenflächen 27 und 28 der gefaßten optischen Bauelemente 11 und 12 Zerspanungswerkzeuge 29 und 30 einstellbar und radial verschiebbar positioniert. Ein Manipulator mit einem Sauggreifer 31 ist so angeordnet, daß ein Erfassen der gefcßten optischen Bauelemente 11 und12ermöglichtwird. Zum Abbremsen der rotierenden gefaßten optischen Bauelemente 11 und12wirdeine nicht dargestellte Abbremseinrichtung wirksam.

Nach dem Aufbringen der gefaßten optischen Bauelemente 11 und 12 auf den Aufnahmen 9 und 10 mittels Sauggreifer 31 erfolgt über das optische Justiergerät 26 eine Erfassung der relativen Justierlage des gefaßten optischen Bauelementes 12. Anschließend erfolgt eine Ableitung von Stellgrößen zur Verstellung der Kalottenjustiereinheit 6 bzw. des Planschlittenelementes 8. Dazu werden die Stelleinheiten 13,14,15 und 16 entsprechend verstellt. Gleichzeitig wird Ober die Stelleinheiten 17,18,19,20 und 21 die Kalottenjustiereinheit 5 bzw. das Planschlittenelement 7 genau um den gleichen Betrag im gleichen Azimut, um 180 Grad versetzt, versteilt. Die Magnetkupplung wird dabei eingeschaltet, so daß der Kraft- und Formschluß zwischen dem Rotor 23 und dem inneren Rotor 25 hergestellt wird. Eine auf diese Weise in eine Ebene 32 verlagerte Unwuchtkraftkomponente wird durch Verschieben einer Masse 33 mittels einer Stelleinheit 34 auf der Grundlage von geeigneten Lage- bzw. Schwingungsmessungen in einem Azimut von 180 Grad dazu weitgehendst kompensiert. Mit dem Zerspanwerkzeug 29 wird eine Bearbeitung der mechanischen Außenfläche 28 vorgenommen. Gleichzeitig wird mit dem Zerspanwerkzeug 30 eine Vorbearbeitung der mechanischen Außenfläche 27 vorgenommen, unabhängig vom relativen Justierzustand des gefaßten optischen Bauelementes 11.

Nach der Fertigbearbeitung des gefaßten optischen Bauelementes 12 wird die Magnetkupplung ausgeschaltet, so daß sich der innere Rotor 25 in der Kugellageranordnung 24 unabhängig von der Drehung des äußeren Rotors 23 drehen kann. Der nicht dargestellte Antrieb, bestehend aus einer Gasturbine, wird nicht abgeschaltet.

Die Abnahme des gefaßten optischen Bauelementes 12 von der Aufnahme 10 erfolgt nach dem Abbremsen. Anschließend wird die Magnetkupplung wieder eingeschaltet, so daß die volle Drehzahl erreicht wird. Daraufhin erfolgt ein Justieren des gefaßten optischen Bauelementes 11 bzw. eine adäquate Verstellung der Kalottenjustiereinheit β sowie des Planschlittenelementes 8 um 180 Grad versetzt zu der von der Kalottenjustiereinheit 5 und dem Planschlittenelement 7 ausgeführten Bewegung. Diese Bewegung erfolgt unabhängig vom relativen Zentrierzustand des gefaßten optischen Bauelementes 12, welches mit dem Zerspanwerkzeug 29 vorgearbeitet wird, während das gefaßte optische Bauelement 11 mit dem Zerspanwerkzeug 30 der Endbearbeitung unterzogen wird. Anschließend erfolgt nach dem Abschalten der Magnetkupplung und dem Abbremsen des gefaßten optischen Bauelementes 11 mittels Sauggreifer 31. Dieser Zyklus wiederholt sich ständig.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1. Anordnung zum Justierdrehen von gefaßten optischen Bauelementen mit einer auf der Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine angeordneten Drehlagerung mit Bauelementaufnahmeeinheit, die Bauelementaufnahmeeinheit mit einer Justiereinrichtung, bestehend aus Kalotten- und Planschlittenverstellelementen sowie ansteuerbaren Stelleinheiten, verbunden ist, einem optischen Zentriergerät sowie positionierbaren Zerspanwerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagerung als aerostatisches Doppelkegelgleitlager (22) ausgebildet ist, die Bauelementaufnahmeeinheit mit zwei um 180 Grad versetzt angeordneten Aufnahmen (9, 10), die mit jeweils einer Kalottenjustiereinheit (5,6) und einem Planschlittenelement (7,8) gekoppelt sind, besteht, das Doppelkegelgleitlager (22) ein aus einer Kugellageranordnung (24) bestehendes internes Gleitlager aufweist, der Rotor (23) des Doppelkegelgleitlagers und der Rotor (25) der Kugellageranordnung (24) über eine einen Kraft- und Formschluß bewirkende steuerbare Magnetkupplung miteinander verbunden sind, im Rotor (25) der Kugellageranordnung (24) eine über eine Stelleinheit (34) radial und kreisbogenförmig verstellbare Masse (33) angeordnet ist, die Kalottenjustiereinheit (5) und das Planschlittenelement (7) der ersten Aufnahme (9) mit der Kalottenjustiereinheit (6) und dem Planschlittenelement (8) der zweiten Aufnahme (10) derart gekoppelt sind, daß jede Bewegungsänderung der ersten Aufnahme (9) mit einer entgegengesetzt gerichteten adäquaten Bewegungsänderung der zweiten Aufnahme (10) verbunden ist und die dem in der ersten Aufnahme (9) fixierten gefaßten optischen Bauelement (11) zugeordneten Zerspanwerkzeuge (29) als Justierdreh-sowie die dem in der zweiten Aufnahme (10) fixierten gefaßten optischem Bauelement (12) zugeordneten Zerspanwerkzeug6 (30) als Vorfertigungswerkzeuge ausgebildet sind.
2. 2. Anordnung zum Justierdrehen gefaßter optischer Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Sauggreifer (31) versehener Bestückungs- und Entnahmemanipulator eingesetzt wird.
3. 3. Anordnung zum Justierdrehen gefaßter optischer Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (9,10) mit Abbremseinheiten gekoppelt sind.