DE1004516B

DE1004516B - Verfahren und Maschine zum Zentrieren von optischen Linsen

Info

Publication number: DE1004516B
Application number: DEV10275A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Friedrich Papke
Original assignee: Voigtlander AG
Current assignee: Voigtlander AG
Priority date: 1956-03-02
Filing date: 1956-03-02
Publication date: 1957-03-14

Description

Verfahren und Maschine zum Zentrieren von optischen Linsen In der optischen Fertigung spielt das Zentrieren der einzelnen Linsen für die Qualität der aus diesen Linsen herzustellenden Objektive eine entscheidende Rolle. Es dient der Herstellung einer äußeren Begrenzung der Linse, die bei sphärischen Linsen zur optischen Achse symmetrisch, und zwar in der Regel rotationssymmetrisch ist. Vorzüglich werden zylindrische und keglige oder auch wulstförmige Begrenzungsflächen des Linsenrandes angewandt. Es ist dabei unerläßlich, die Rotationsachse der Linse mit der optischen Achse weitgehendst in Übereinstimmung zu bringen. Dieses Ausrichten der Linse an oder in einer Haltevorrichtung wird im Fachgebiet häufig auch schon als Zentrieren bezeichnet. Um diesen Vorgang des Ausrichtens, nachfolgend der Einfachheit halber »Zentrieren« genannt, handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung.
Dafür sind zwei verschiedene Verfahren im Gebrauch: einmal das Kitt- oder Handzentrieren, bei dem die Linse am Halter einer Spindel mit Pech od. dgl. angeklebt, das Pech erwärmt, die Spindel in langsame Rotation versetzt und die Linse auf ihm von Hand so lange verschoben wird, bis die Ausrichtung ihrer optischen Achse zur Rotationsachse der Machinenspindel vollzagen ist. Dies kontrolliert man durch Beobachtung der Spiegelbilder, welche die optisch wirksamen Flächen der Linse von einem entfernten Gegenstand entwerfen. Wenn bei der Rotation der Spindel diese Spiegelbilder vollkommen stillstehen, fallen beide Achsen zusammen. Man läßt das Pech erkalten, setzt die Spindel mit der auf ihr ausgerichteten Linse' in eine Schleifmaschine ein und führt die erwähnte Randbearbeitung durch. Dieses Verfahren ist sehr genau, wegen des hohen Zeitaufwandes aber aufwendig.
Bei dem anderen Verfahren, der sogenannten Glockenzentrierung, wird -die Linse zwischen zwei Glocken eingespannt, deren Achsen genau gleichlaufend angeordnet sind. Meist steht die eine Glocke fest; die an. -der anderen Linsenseite angreifende Glocke ist für das Ein- und Auslegen des Werkstückes axial beweglich. Die Glockenränder drücken die sphärische Linse selbsttätig .in die genaue Achslage zur Glockenachse. Die Zentrierung geschieht also automatisch. Dieses Verfahren; ist- fertigungstechnisch sehr vorteilhaft, zumal der Zeitaufwand sehr gering ist. Es arbeitet aber .nicht in allen vorkommenden Fällen genau genug. Die Zentrierbarkeit der Linse nach dem Glockenspannverfahren hängt nämlich von einer Reihe von Faktoren ab, wobei die Krümmungsradien der Flächen, der Durchmesser der Glocken und die Reibung zwischen Glocke und Linse die wichtigsten, sind. Je flacher .die Linsen sind; .desto weniger genau, wird die Ausrichtung erreicht. Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat zum Ziel, die genannten Grenzen des Glockenspannverfahrens zu erweitern, und besteht darin, daß während des Ausrichtvorganges die wesentlich an der Zentrierung beteiligten Maschinen- und Werkstoffelemente einer intensiven Ultraschallschwingung ausgesetzt werden. Dabei wird die ruhende Reibung in eine Bewegungsreibung umgewandelt, die erheblich niedriger ist.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist es, daß die Ultraschallerregung nur während des Ausrichteprozesses erfolgt. Hat sich die Linse zwischen den Glocken unter dem Einfluß des Ultraschalls ausgerichtet, so wird der Ultraschall abgestellt, worauf die normale ruhende Reibung zwischen den Glocken und der Linse wirksam ist. Man hat versucht, die Reibung durch verschiedene Mittel; Wie Öle, Fette und Seifen, herabzumindern. Die so erzielte Reibungsverminderung verbessert zwar den Ausrichtevorgang, verschlechtert aber andererseits die Beständigkeit der Lage der Linsen gegen radiale und tangentiale Druckbeanspruchungen, die beim Randschleifen der Linse mittels der Schleifscheibe auftreten.
Um die Ultraschallanlage im Rahmen der Zentrierarbeit wirtschaftlich zu gestalten, kann der Ultraschallkopf transportabel ausgebildet sein, so daß sich ein und dasselbe Schallaggregat für mehrere Zentriermaschinen verwenden läßt. Das ist möglich., da die Ultraschallenergie für den Ausrichteprozeß ja nur während des relativ kurzen Zeitraumes nach der Neubeschickung des Zentrierautomaten benötigt wird. Die Zentriermaschine kan4 aber, auch derart eingerichtet sein,- daß eine Reihe fest eingebauter Schallgeber vom, ein und demselben Hochfreq.uenzgenerator jeweils für den Aüsrichteprpze$ durch einen einfachen Unischalter gespeist wird. ' ' Bei sehr flachen Linsen spielt das Eigengewicht der Linse beim Ausrichtevorgang schon eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Es kann daher zweckmäßig sein, die Zentriermaschine im Falle der Erfindung in an sich bekannter Weise mit senkrechter Glockenachse auszubilden.
Die Erfindung läßt verschiedenartige Ausführungsformen der Vorrichtungen und Maschinen für ihre Durchführung zu. Die nachfolgend beschriebenen Beispiele stellen nur eine beliebige Auswahl der horizontalen Bauart dar. Andere Konstruktionen, insbesondere - solche mit vertikaler Anordnung, sind im Rahmen der Erfindung durchführbar.
Fig. 1 zeigt schematisch im Aufriß eine Glocken, zentriermaschine, die mit einer Ultraschalleinrichtung ausgerüstet ist; Fig.2 zeigt in gleichartiger Darstellung eine abgewandelte Bauform einer Maschine; in Fig. 3 und 4 ist gegenüber Fig. 1 eine andere räumliche Anordnung vorgesehen, die im Grundriß dargestellt wurde; Fig. 5 verdeutlicht die Anordnung eines Koppelschwingers Fig. 6 gibt eine abgewandelte Bauart zu Fig. 5 an. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist die Linse 1 zwischen die Glocken 2 und 3 eingeklemmt. Die Glocke 2 sitzt an der Achse 4, die in. der Wange 5 der Maschine koaxial zur Achse 6 der Glocke 3 gelagert ist. Beide Achsen sind durch die Zahnräder 7 und 8 über die Ritzel 9 und 10 und die Welle 11 gemeinsam angetrieben. Im Gegensatz zur Achse 4 ist die Achse 6 in axialer Richtung verschiebbar und wird durch die Feder 12 in Richtung gegen die Achse 4 gedrückt. Die Schleifscheibe 13, die auf die Achse 4 und 6 zu beweglich ist, dient dem Abschleifen (Abzentrieren) des Linsenrandes. Die Feder 12 kann durch an sich bekannte Mittel, die in der Fig. 1 nicht näher erläutert sind, mit variablem Druck eingestellt werden. Während des Ausrichtens wird im allgemeinen ein kleinerer Andruck der Glocke 3 gegen die Linse erforderlich sein als während des Abschleifens.
Der Ultraschall wird in diesem Beispiel durch den Schallkopf oder Schallgeber 14 in an sich bekannter Weise durch die Flüssigkeit 16, die in dem Gefäß 17 untergebracht ist, an die Wange 5 angekoppelt. 15 ist ein Hochfrequenzgenerator für die Erzeugung des Ultraschalls.
In Fig. 2 ist die Bauweise der erfindungsgemäßen Maschine insofern abgewandelt, als der Ultraschall nicht über eine Flüssigkeit angekoppelt wird; vielmehr ist der Ultraschallgeber 14 als ein Teil des Joches 5 ausgebildet und erregt auf diese Weise das Joch mit den zur Ausrichtung notwendigen hochfrequenten Schwingungen.
In Fig. 3 und 4 geschieht die Ankopplung des Ultraschalls in ähnlicher Weise wie in Fig. 1, jedoch ist die räumliche Anordnung des Schallgebers 14 anders getroffen, und zwar derart, daß die Hauptintensität des vom Schallgeber abgestrahlten Ultraschalls nicht auf das Joch übertragen wird, sondern direkt auf die Glocken und die zu zentrierende Linse gerichtet ist.
Fig. 5 zeigt.eine Anordnung, bei welcher der Schallgeber 18 als. _ Koppelschwinger ausgebildet ist und direkt an der Achse Oder Glocke 2 angekoppelt ist. In diesem Fall ist die Abstimmung der Ultraschallfrequenz an die Eigenfrequenz der Achse des gedämpft mitschwingenden gesamten Systems erforderlich. Der Hochfrequenzgenerator 19 erlaubt es vermöge seiner Freqüenzregelbarkeit, die Eigenresonanz des schwingenden Systems, bestehend aus Zentriervorrichtung und Linse, derart anzupassen., daß ein Schwingungsbauch in den Übergang zwischen den. Glocken 2, 3 und der Linse 1 gelegt werden kann. Dabei ist diese Frequenzregelbarkeit vorteilhaft derart ausgedehnt, daß auch beim Einsatz anderer Glocken und Linsen der gleiche genannte Schwingungsbauch erzielt werden kann.
Zweckmäßigerweise werden die Lagerstellen so gelegt, daß sie in Schwingungsknoten des schwingenden Systems Schallgeber-Achse-Linse und der eventuellen mitschwingenden. Jochteile stehen.
Eine ähnliche Ausführungsform zeigt Fig. 6. Der Unterschied zu der Anordnung zu Fig. 5 beruht darin, daß der Koppelschwinger 18 hier an seinem hinteren Ende nicht frei schwingt, sondern in einer Verlängerung des Joches 20 eingespannt ist.
Die Erregung des Ultraschalls für die oben beschriebenen Zwecke kann in sehr verschiedener Weise erfolgen. In der Regel werden magnetostriktive Schwinger angewandt werden. Es ist aber auch möglich, mit Schwingquarzen oder Schallpfeifen durch Schlag, Stoß, Detonationen und ähnlichen Mitteln die für die Ausrichtung erforderliche hochfrequente elastische Materialschwingung herbeizuführen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE. 1. Verfahren zum Zentrieren von optischen Linsen im Glockenspannverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausrichtens der Linse die Spannvorrichtung in hochfrequente Schwingungen versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ultraschalleinwirkung in einem Maße ausgeübt wird, daß die Reibung an den für den Ausrichtevorgang wesentlichem: Stellen, also insbesondere den Aufsetzrändern der Spannglocken, vermindert wird, und zwar nur so lange, bis die Ausrichtung der Linse erfolgt ist; worauf der Ultraschall abgestellt und die ruhende Reibung zwischen den Glocken und der Linse zur Wirkung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall durch, einen magnetostriktiven Schwinger erregt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall über eine Flüssigkeit auf die Glockenspannvorrichtung übertragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall direkt auf die Glockenzentriermaschine übertragen wird.
6. Glockenzentriermaschine zum Zentrieren optischer Linsen unter Anwendung hochfrequenter Schwingungen gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zeitweilig einschaltbarer Ultraschallerreger so angeordnet ist, daß die Halteorgane hochfrequenten Schwingungen ausgesetzt werden.
7. Maschine nach Anspruch 6; dadurch gekennrzeichnet, daß der Ultraschallgeber (14) in einem Flüssigkeitsbad (16) angeordnet ist, in welches zumindest das die Achsen (4, 6) der Zentrierglocken (2,3). tragende Joch. (5) od. dgl. eintaucht (Fig. 1). $.
Maschine nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (14) im Flüssigkeitsbad (16) so angeordnet ist, daß die Hauptintensität der hochfrequenten Schwingungen auf die Glocken (2, 3) und die zu zentrierende Linse (1) gerichtet sind (Fig. 3 und 4).
9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber an das die Achsen (4, 6) der Zentrierglocken (2, 3) tragende Joch (5) od. dgl. angekoppelt ist (Fig. 2).
10. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (18) an eine der Glocken (2) axial angekoppelt ist.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch. gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber als Koppelschwinger ausgebildet ist und, koaxial und fliegend auf der Achse (4) der einen, vorzugsweise der unverschiebbaren Spannglocke (2) sitzt (Fig. 5).
12. Maschine nach Anspruch 6, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der als Koppelschwinger ausgebildete Ultraschallgeber (18) koaxial zur Achse (4) der einen Glocke (2) sitzt und von einer Verlängerung des Maschinenjoches (20) getragen ist.
13. Maschine nach Anspruch 6 und 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen so an geordnet sind, daß sie in Schwingungsknoten des schwingenden Systems (Schallgeber-Achse-Linse) liegen.
14. Maschine nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator (19) eine so weitgehende Frequenzregelbarkeit besitzt, daß es ermöglicht ist, einen Schwingungsbauch in die Berührungsstellen der Spannglocken (2, 3) mit der Linse (1) zu legen.
15. Maschine nach Anspruch 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator (19) eine so weitgehende Frequenzregelbarkeit besitzt, daß er es auch beim Einsatz von Spannglocken anderer Größe oder Bauart gestattet, in die Berührungsstellen der Spannglocken (2, 3) mit der Linse (1) einen Schwingungsbauch zu legen.
16. Maschine nach Anspruch 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator (15, 19) so bemessen ist, daß er mehrere in je eine Glockenzentriermaschine eingebaute Ultraschallgeber (14, 18) mit dem zur Schallerregung notwendigen Hochfrequenzstrom zu versorgen vermag.
17. Maschine nach Anspruch 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Aufnahme zum Ansetzen eines als transportable Einheit ausgebildeten; Ultraschallgebers ausgerüstet ist.
18. Maschine nach Anspruch. 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Glockenspindeln in an sich bekannter Weise vertikal angeordnet sind..