DE10112883A1 - Linsenbearbeitungsmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Linsenbearbeitungsmaschine beschrieben, bei der auf einem Schlitten (5) drei Werkzeuge angeordnet sind. Dabei handelt es sich um eine Grobschleifscheibe (10) und um eine Feinschleifscheibe (11) zur Bearbeitung der optisch aktiven Fläche einer Linse (8) sowie um eine Randbearbeitungsschleifscheibe (12) zur Bearbeitung des Linsenrandes. Dieses Werkzeug ist verschwenkbar auf dem Schlitten (5) gehalten, so dass es aus dem Arbeitsbereich herausgefahren werden kann, wenn die aktive Oberfläche der Linse (8) von einem der anderen Werkzeuge bearbeitet wird. Diese Anordnung ermöglicht einen kompakten Aufbau des Schlittens (5), wodurch die Präzision der Bearbeitung erhöht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine eine X- und eine Z- Achse aufweisende Linsenbearbeitungsmaschine mit einer Linsenaufnahme für eine zu bearbeitende Linse, deren Mit­ telachse in der Z-Achse liegt, und mit wenigstens drei in der X-Achse nebeneinander auf einem Schlitten ange­ ordneten Werkzeugen zum Bearbeiten der Linse, wobei der Schlitten und die Linsenaufnahme in der X- und der Z- Achse gegeneinander versetzt werden können, um eine Bear­ beitung der sich um ihre Mittelachse drehende Linse durchzuführen.

Eine solche Bearbeitungsmaschine ist in der DE 196 53 233 A1 beschrieben. Der Vorteil einer solchen Maschine be­ steht darin, dass mit mindestens drei Werkzeugen eine Linse aufeinanderfolgend bearbeitet werden kann, ohne dass - wie bei einer Maschine mit einem Wechselwerkzeug - für die verschiedenen aufeinander folgenden Bearbeitungs­ schritte jeweils das passende Werkzeug eingesetzt werden müsste, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit wegen der To­ leranzen in der Werkzeugaufnahme leiden würde. Wenn die Werkzeuge allerdings groß sind, es sich z. B. um Schleif­ scheiben handelt, stellt sich allerdings auch ein Nach­ teil ein: Die Werkzeuge müssen sehr entfernt voneinander auf dem Schlitten untergebracht werden, damit ein Werk­ zeug nicht mit der zu bearbeitenden Linse oder deren Auf­ nahme kollidiert, wenn ein anderes Werkzeug die Linse ge­ rade bearbeitet. Der Schlitten, der die Werkzeuge auf­ nimmt, muss daher in der X-Achse sehr ausgedehnt sein.

Er muss außerdem sehr stabil sein, da er das Gewicht al­ ler Werkzeuge und der sie antreibenden Antriebsmotoren tragen muss, ohne sich zu verziehen, was nämlich eben­ falls die Genauigkeit der Linsenbearbeitung verringern würde. Ungenauigkeiten können aber insbesondere dann nicht hingenommen werden, wenn die Linsenbearbeitungsma­ schine zur Freiflächenbearbeitung eingesetzt werden soll, was eine äußerst präzise und gesteuerte Führung der Linse und der Werkzeuge erfordert.

Die Erfindung beruht daher auf dem Problem, eine Bearbei­ tungsmaschine zu schaffen, die äußerst präzise arbeitet und daher zum Formen von Freiflächen einsetzbar ist, die darüber hinaus aber wenig Platz einnimmt und insbesondere eine geringe Ausdehnung in der X-Achse aufweist.

Zur Lösung des Problems wird eine Linsenbearbeitungsma­ schine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart aus­ gebildet, dass mindestens ein Werkzeug zumindest in Bezug zur Z-Achse eine feste Arbeitsposition auf dem Schlitten einnimmt und dass mindestens ein anderes Werkzeug zwi­ schen einer Bearbeitungsposition, in der eine Bearbeitung der Linse erfolgt, und einer Ruheposition auf dem Schlit­ ten verstellbar ist, in der sich das Werkzeug außerhalb der Bewegungsbahn der Linse und des Linsenhalters relativ zum Schlitten befindet.

Dies hat den Vorteil, dass die Werkzeuge sehr eng neben­ einander auf dem Schlitten angeordnet werden können, der damit nur eine kleine Ausdehnung aufzuweisen braucht und damit ohne großen Aufwand stabil ausgeführt werden kann. Da der Schlitten nur eine kleine Ausdehnung aufweist, kann die Ausdehnung der Maschine in der X-Achse eben­ falls klein gehalten werden. Die stabile Kompaktheit des Schlittens lässt es auch zu, dass das zusätzliche Gewicht einer Einrichtung, mit der eines der Werkzeuge zwischen seiner Bearbeitungsposition und Ruheposition auf dem Schlitten verstellbar ist, ohne Probleme aufgenommen wer­ den kann.

Die Linsenbearbeitungsmaschine wird nun so betrieben, dass das verstellbare Werkzeug in die Ruheposition ge­ bracht wird, so lange ein anderes Werkzeug die Linse be­ arbeitet. Kollisionen des verstellbaren Werkzeuges mit der Linse oder dem Linsenhalter sind nicht zu befürchten.

Die Linsenbearbeitungsmaschine soll eine möglichst kleine Aufstellungsfläche einnehmen. Die Ruheposition befindet sich daher vorzugsweise in der Z-Achse oberhalb der Ar­ beitsposition. Der für die Ruheposition bereitzustellende Platz befindet sich somit oberhalb der Bewegungsbahn der Linse und der Linsenaufnahme.

Es hat sich gezeigt, dass es ausreicht, nur ein Werkzeug verstellbar zu montieren, wobei dieses Werkzeug zwischen zwei festen, d. h. nicht verstellbaren Werkzeugen angeord­ net ist. Diese zuletzt genannten haben dadurch einen re­ lativ großen Abstand zueinander, so dass bei der Bearbei­ tung der Linse durch das eine Werkzeug das andere auf keinen Fall mit der Linse oder Linsenaufnahme kollidieren kann. Der durch den Abstand gebildete Freiraum ermöglicht außerdem einen leichten Zugang zu den Werkzeugen, so dass Montage-, Einstell- und Reparaturarbeiten einfach durch­ geführt werden können.

Vorzugsweise liegt die Arbeitsposition des verstellbaren Werkzeugs bezogen auf die Z-Achse unterhalb der fest mon­ tierten Werkzeuge, so dass bei der Bearbeitung der Linse durch das verstellbare Werkzeug sich die nicht verstell­ baren Werkzeuge oberhalb der Linse befinden. Dazu ist es ggf. notwendig, dass der Linsenhalter angehoben werden muss, damit eine Bearbeitung der Linse durch die nicht verstellbaren Werkzeuge erfolgen kann.

Um das verstellbare Werkzeug von der Arbeits- in die Ru­ heposition bringen zu können, wird die dazu notwendige Verstelleinrichtung so ausgebildet, dass die Bewegung li­ near in der Z-Achse erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass sich die Gewichtsverteilung auf dem Schlitten nicht än­ dert.

Insbesondere in den Fällen, in dem das verstellbare Werk­ zeug und dessen Antriebsmotor eine längliche Einheit bil­ den, kann die Verstelleinrichtung eine zusätzliche Schwenkbewegung vorsehen, so dass das Werkzeug in seiner Ruheposition quer über dem Schlitten liegt. Damit braucht der Raum, der für die Ruheposition zur Verfügung gestellt werden muss, sich nicht zu weit nach oben auszudehnen.

Die Probleme der oben genannten Art ergeben sich insbe­ sondere bei einer Linsenbearbeitungsmaschine mit zwei senkrecht in der X-Achse ausgedehnten Schleifscheiben zur Grob- und Feinbearbeitung der optisch aktiven Fläche der Linse und einer senkrecht dazu ausgedehnten Randschleif­ scheibe zur Bearbeitung der Linsenrandes. Für eine solche Linsenbearbeitungsmaschine ist es günstig, die Schleif­ scheiben zur Bearbeitung der optisch aktiven Fläche der Linse als nicht verstellbare Werkzeuge auf dem Schlitten anzuordnen und die Randschleifscheibe zur Bearbeitung der Linsenrandes verstellbar auszubilden. Dies hat den Vor­ teil, dass die Drehachse der Werkzeuge, bei denen es auf eine hohe Bearbeitungspräzision ankommt, in einer defi­ nierten Lage fest angeordnet sind, während die fehlerto­ lerante Bearbeitung des Linsenrandes mit einem verstell­ baren Werkzeug vorgenommen wird, wobei nicht auszuschlie­ ßen ist, dass sich durch eine Verstellung kleine, aber noch tolerierbare Ungenauigkeiten ergeben.

Zwar kommt es für die relative Verschiebung von Schlitten und Linsenhalter in der X-Achse nicht darauf an, ob sich der Linsenhalter oder der Schlitten relativ zur Maschine bewegt. Es lässt sich aber einfacher ein Schlitten reali­ sieren, der auf einem Tisch der Linsenbearbeitungsma­ schine in X-Achse verfahrbar ist.

Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Schlitten in einfacher Weise von einem auf dem Tisch unterhalb des Schlittens angeordneten Linearmotors angetrieben werden kann. Damit ergibt sich eine direkte Anbindung des Schlittens an den Antrieb, so dass die Bewegungen des Schlittens hochgenau ausgeführt werden können. Das große Beschleunigungspotential von Linearmotoren ermöglicht schnelle Lageänderungen, so dass trotz des hohen Gewich­ tes des Schlittens dieser lagegenau und schnell verstellt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels - dargestellt in zwei Figuren - näher erläu­ tert. Dazu zeigen

Fig. 1 eine Frontansicht einer Linsenbearbeitungs­ maschine und

Fig. 2 eine Seitenansicht derselben Maschine.

Eine Linsenbearbeitungsmaschine 1 ist wie folgt aufge­ baut. Auf einem stabilen Grundgerüst 2 ist über elasti­ sche Dämpfer 3 ein Tisch 4 gelagert. Dieser Tisch 4 be­ steht aus mehreren, einstückig zusammengesetzten Hohlqua­ dern, in denen weitere Teilaggregate, die zum Betrieb der Linsenbearbeitungsmaschine 1 notwendig sind, unterge­ bracht sind. Auf dem Tisch 4 ist ein Schlitten 5 in einer horizontal verlaufenden X-Achse verfahrbar angeordnet. Vor dem Tisch 4 befindet sich ein in einer vertikal verlaufenden Z-Achse mittels eines Linearmotors verfahrbarer Linsenhalter 6, der gesteuert um seine Längsachse drehbar ist. Diese Drehachse wird daher auch als C-Achse be­ zeichnet. An der Oberseite des Linsenhalters 6 befindet sich eine Linsenaufnahme 7 zur Aufnahme einer zu bearbei­ tenden Linse 8, wobei deren Mittelachse in der C- bzw. Z-Achse liegt. Die Mittelachse verläuft in etwa durch das Zentrum der Linse und steht im Wesentlichen senkrecht zur optisch aktiven Fläche der Linse 8. Der Linsenhalter 6 ist gedichtet durch eine Wanne 9, die einstückig an den Tisch 4 angeformt hindurchführt.

Auf dem Tisch 4 sind mehrere Werkzeuge angeordnet, mit denen sowohl die optisch aktive Oberfläche der Linse 8 als auch deren Rand bearbeitet werden kann. Hierbei han­ delt es sich um eine Grobschleifscheibe 10, eine Fein­ schleifscheibe 11 sowie eine Randbearbeitungsschleif­ scheibe 12. Die beiden erstgenannten Schleifscheiben 10, 11 liegen in einer von der X- und der Z-Achse aufgespann­ ten Ebene, so dass sich ihre Spindelachsen senkrecht dazu erstrecken. Die Randbearbeitungsscheibe 12 liegt in einer Ebene senkrecht zur Z-Achse, wenn sie ihre in der Darstellung gezeigte Arbeitsposition einnimmt. Alle drei Schleifscheiben 10, 11, 12 verfügen über einen gesonderten Antrieb.

Zur Grobbearbeitung wird der Schlitten 5 so weit in der X-Achse verfahren, dass sich die Grobschleifscheibe 10 oberhalb der Linse 8 befindet. Zur Bearbeitung der op­ tisch aktiven Fläche der Linse 8 wird der Schlitten 5 ge­ steuert in der X-Achse verfahren und der Linsenhalter 6 gesteuert um die C-Achse gedreht sowie ebenfalls gesteu­ ert in der Z-Achse auf und ab gefahren. Auf diese Weise kann jeder Punkt auf der Linsenoberfläche definiert er­ reicht werden, so dass dieser eine freie, zuvor defi­ nierte Form annehmen kann.

Die Steuerung der oben erwähnten Achsen erfolgt mittels eines Lageregelkreises. In Kenntnis der jeweiligen Raum- bzw. Winkelposition lässt sich das jeweils aktive Werk­ zeug exakt über die zu bearbeitende Fläche fahren, die damit jede vorprogammierte Kontur einnehmen kann.

Zur Durchführung der Feinbearbeitung wird der Schlitten 5 so verfahren, dass sich die Feinschleifscheibe 11 ober­ halb der Linse 8 befindet. Auch hier kann nun durch Steuerung der X-, der Z- und der C-Achse die frei ge­ formte Linsenoberfläche nachgearbeitet werden.

Die Grobschleifscheibe 10 und die Feinschleifscheibe 11 befinden sich von vorn gesehen an den äußeren Seiten des Schlittens 5, wobei ihre Drehlagerung auf den Schlitten 5 nicht verstellbar ist. In einem Freiraum zwischen der Grob- und der Feinschleifscheibe 10, 11 befindet sich die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 mit einem Antrieb 14. Die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 ist in der gezeig­ ten Arbeitsposition um eine parallel zur Z-Achse liegende Achse drehbar gelagert, deren Lagerung in der Z-Achse verfahrbar ist.

Zur Bearbeitung der Linse 8 wird die Randbearbeitungs­ schleifscheibe 12 seitlich neben die Linse 8 gebracht, so dass ihr Rand den Rand der Linse 8 bearbeiten kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Linsenhalter 6 und die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 in der Z-Achse auf gleiche Höhe gebracht werden und der Schlitten 5 in der X-Achse verstellt wird. Auch bei der Randbearbeitung wird die Linse 8 gesteuert um die C-Achse gedreht und der X- Schlitten entsprechend der gewünschten Außenkontur der Linse 8 hin und her gefahren. Wenn notwendig erfolgt eine Steuerung in der Z-Achse, indem der Linsenhalter 6 und/oder die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 vertikal verfahren werden.

Wie man erkennt, sind die drei Werkzeuge relativ eng ne­ beneinander auf dem Schlitten 5 aufgebaut, so dass sich, wenn die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 in der darge­ stellten Arbeitsposition bleiben würde, Kollisionen mit dem Linsenhalter 6 ergeben würden, während die Grob­ schleifscheibe 10 oder die Feinschleifscheibe 11 die Linse 8 bearbeiten. Es ist daher eine im Detail nicht nä­ her dargestellte Einrichtung vorgesehen, mit der die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 zusammen mit ihrem An­ trieb 14 auf eine durch den Pfeil 15 dargestellte Bahn seitlich verschwenkt werden kann, so dass die gestrichelt angedeutete Ruheposition eingenommen wird.

Die dargestellte Art der Verlagerung ist eine Möglich­ keit; denkbar wäre auch ein reines Anheben in der Z-Achse oder ein Verschwenken nach hinten. Entscheidend ist, dass die Randbearbeitungsschleifscheibe 12 aus dem Freiraum zwischen der Grob- und der Feinbearbeitungsschleifscheibe 10, 11 herausgefahren wird.

Da alle drei notwendigen Werkzeuge während eines Bearbei­ tungsvorganges präsent sind, kann die Bearbeitung einer Linse 8 sehr schnell und sehr genau durchgeführt werden, da jedes Werkzeug eine definierte Position in Bezug auf den Schlitten 5 einnimmt, so dass die sich durch einen Wechsel vom Werkzeug ergebende Ungenauigkeit eliminiert ist. Dazu muss aber der Schlitten 5 hochpräzise geführt werden. Er befindet sich dazu auf zwei oder mehreren sich selbst zentrierenden Schienen 16, die selbst äußerst ge­ ringe Toleranzen aufweisen, wobei die Gesamttoleranz durch die gegenseitige Verspannung noch weiter verringert wird. Der Antrieb erfolgt mittels eines ein Primärteil 21 und ein Sekundärteil 22 aufweisenden Linearmotors 20, der zwischen dem Tisch 4 und dem Schlitten 5 angeordnet ist. Dazu befindet sich das Spulen aufweisende Primärteil 21 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes an der Unterseite des Schlittens 5 und das auf das Wander­ feld reagierende, von Magneten gebildete Sekundärteil 22 am Tisch 4. Bekannterweise lassen sich Linearmotoren durch eine entsprechende Elektronik hochpräzise ansteu­ ern. Diese Präzision geht nicht durch Übertragungsglieder verloren, da sich das Primärteil 21 unmittelbar am Schlitten 5 befindet. Trotz des hohen Gewichtes des Schlittens 5 und der darauf sich befindenden Werkzeuge lässt sich dieser exakt gesteuert verfahren, so dass eine freie Formbearbeitung der optisch aktiven Linsenoberflä­ che ermöglicht ist.

Bezugszeichenliste

1

Linsenbearbeitungsmaschine

2

Grundgerüst

3

Dämpfer

4

Tisch

5

Schlitten

6

Linsenhalter

7

Linsenaufnahme

8

Linse

9

Wanne

10

Grobschleifscheibe

11

Feinschleifscheibe

12

Randbearbeitungsschleifscheibe

14

Antrieb

15

Pfeil

16

Schienen

20

Linearmotor

21

Primärteil

22

Sekundärteil

Claims (8)

1. Eine X- und eine Z-Achse aufweisende Linsenbearbei­ tungsmaschine mit einer Linsenaufnahme (7) für eine zu bearbeitende Linse (8), deren Mittelachse in der Z-Achse liegt, und mit wenigstens drei in der X-Achse, ne­ beneinander auf einem Schlitten (5) angeordneten Werkzeu­ gen (10, 11, 12) zum Bearbeiten der Linse (8), wobei der Schlitten (5) und die Linsenaufnahme (7) in der X- und der Z-Achse gegeneinander versetzt werden können, um eine Bearbeitung der sich um ihre Mittelachse drehende Linse (8) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Werkzeug (10, 11) zumindest in Bezug zur Z-Achse eine feste Arbeitsposition auf dem Schlitten (5) einnimmt und dass mindestens ein anderes Werkzeug (12) zwischen einer Bearbeitungsposition, in der eine Bearbei­ tung der Linse erfolgt, und einer Ruheposition auf dem Schlitten (5) verstellbar ist, in der sich das Werkzeug (12) außerhalb der Bewegungsbahn der Linse (8) und des Linsenhalters (6) relativ zum Schlitten (5) befindet.

2. Linsenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruheposition in der Z-Achse oberhalb der Arbeitsposition liegt.

3. Linsenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich verstellbare Werkzeug (12) in einem Freiraum zwischen zwei fest angeordneten Werkzeugen (10, 11) befindet.

4. Linsenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Werkzeug (12) in der Z-Achse verfahrbar ist.

5. Linsenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Werkzeug (12) in einer von der X- und der Z-Achse gebildeten Ebene ver­ schwenkbar ist.

6. Linsenbearbeitungsmaschine nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fest angeordneten Werkzeuge Schleifscheiben (10, 11) zur Grob- und Feinbearbeitung der optisch aktiven Fläche der Linse (8) sind, die in einer von der X- und Z-Achse gebildete Ebene liegen und jeweils um eine senkrecht dazu verlau­ fenden Achse drehbar gelagert sind, und dass das ver­ stellbare Werkzeug eine für die Randbearbeitung vorgese­ hen Randbearbeitungsschleifscheibe (12) ist, die in der Arbeitsposition um eine parallel zur Z-Achse liegende Achse drehbar ist.

7. Linsenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (5) auf einem fest in der Linsenbearbeitungsmaschine (1) angeordneten Tisch in X-Achse verfahrbar ist.

8. Linsenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (5) von einem auf dem Tisch (4) und unterhalb des Schlittens (5) angeordneten Linearmotor (20) in der X-Achse verfahrbar ist.