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Die
Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung für ein optisches Element nach
der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur abrasiven Bearbeitung eines
optischen Elements.
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Aus
der WO 01/54861 A1 ist ein Aufnahmefutter für optische Bauteile zum Feinschleifen und/oder
Polieren derselben bekannt, das ein Deckelteil mit mehreren Ausnehmungen
aufweist, in denen jeweils die zu bearbeitenden optischen Elemente untergebracht
sind. In den Ausnehmungen befinden sich des weiteren jeweilige Membranen,
die mit Druck beaufschlagbar sind, um das zugehörige optische Element gegen
das Polierwerkzeug zu drücken.
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Ein ähnliches
Polierfutter beschreibt auch die
US
2,736,993 . Dabei sind unterschiedliche Versionen des Futters
für eine
konkave oder eine konvexe Seite des zu bearbeitenden optischen Elements
beschrieben.
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Bezüglich des
weiteren Standes der Technik bei derartigen Aufnahmevorrichtungen
für optische Elemente
wird des weiteren auf die WO 00/00324 A1 und die
DE 296 08 877 U1 verwiesen.
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Bei
sämtlichen
bekannten Aufnahmevorrichtungen ist jedoch nachteilig, dass die
optischen Elemente während
der Bearbeitung nur unzureichend und insbesondere auf undefinierte
Art und Weise unterstützt
werden, so dass sich eine unkontrollierbare Deformation des optischen
Elements ergibt, was letztendlich zu einem bezüglich der sphärischen Formgenauigkeit
mangelhaften Ergebnis bei der abrasiven Bearbeitung führt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahmevorrichtung
für ein
optisches Element zu schaffen, mit welcher bessere Bearbeitungsergebnisse
erzielbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Aufnahmevorrichtung für
ein optisches Element, mit einer Kraftaufbringungseinrichtung, welche
dafür vorgesehen
ist, das optische Element bei einer abrasiven Bearbeitung desselben
gegen ein Abrasionswerkzeug zu drücken, wobei die Kraftaufbringungseinrichtung
auf ein mit dem optischen Element in Kontakt stehendes, in Richtung
des Abrasionswerkzeugs bewegliches Druckstück wirkt, wobei das Druckstück an eine
bei der Bearbeitung des optischen Elements zu erwartende Kraftverteilung
innerhalb des optischen Elements angepasst ist.
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Die
erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung
weist somit ein auf das optische Element wirkendes, aus einem starren
Material bestehendes Druckstück
auf, wobei durch dessen Anpassung an die bei der Bearbeitung des
optischen Elements zu erwartende Kraftverteilung eine steuerbare
Druckverteilung und damit eine erheblich verbesserte Unterstützung des
optischen Elements gegeben ist, so dass sich dieses während der
Bearbeitung wesentlich geringer verformt. Durch diese geringeren
Deformationen sind bessere Bearbeitungsergebnisse möglich und
es können
optische Elemente mit einer sehr viel höheren Genauigkeit und/oder
einer geringeren Mittendicke gefertigt werden.
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Einer
solche Vorrichtung kann eine Kraftaufbringungseinrichtung aufweisen,
welche dafür
vorgesehen ist, das optische Element bei der abrasiven Bearbeitung
desselben gegen das Abrasionswerkzeug zu drücken. Hierbei ist es vorteilhaft,
wenn die Kraftaufbringungseinrichtung auf das in Richtung des Abrasionswerkzeugs
bewegliche Druckstück
wirkt, da hierdurch die zur abrasiven Bearbeitung erforderliche
Kraft aufgebracht werden kann.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen
sein, dass das Druckstück
an seiner dem optischen Element zugewandten Seite ein Material aufweist,
das eine Beschädigung
des optischen Elements durch das Druckstück verhindert. Auf diese Weise
ist eine sehr schonende Behandlung des optischen Elements während der Aufnahme
desselben in der Aufnahmevorrichtung gegeben. Dies ist insbesondere
dann angebracht, wenn diejenige Fläche, die mit dem Druckstück in Kontakt
steht, zu einem späteren
Zeitpunkt nicht bearbeitet wird. Des weiteren ergibt sich auf diese
Weise eine einfache Möglichkeit,
ein Mitdrehen des optischen Elements bei der Bearbeitung durch das
meist rotierende Abrasionswerkzeug zu verhindern.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
vorgesehen sein, dass das Druckstück an seiner dem optischen
Element zugewandten Seite mehrere separate Auflageelemente aufweist,
die dafür
vorgesehen sind, mit dem optischen Element in Kontakt zu treten.
Derartige, über das
Druckstück
verteilte Auflageelemente stellen eine besonders einfach umzusetzende
Ausführungsform
der Anpassung des Druckstücks
an die zu erwartende Kraftverteilung innerhalb des optischen Elements
bei der Bearbeitung desselben dar, da die Krafteinleitung aus dem
Druckstück
in das optische Element durch die Verteilung der Auflageelemente über die
Oberfläche
des Druckstücks
gesteuert werden kann.
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Eine
besonders einfache Anbringung der Auflageelemente an dem Druckstück ist gegeben, wenn
zumindest ein Teil der Auflageelemente im wesentlichen rund ausgebildet
ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass
mit runden Auflageelementen eine besonders genaue Kraftverteilung über die
Fläche
des Druckstücks
möglich ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass das Druckstück
einen an die bei der Bearbeitung des optischen Elements zu erwartende
Kraftverteilung innerhalb des optischen Elements angepassten Querschnitt
aufweist, wobei das Druckstück
in denjenigen Bereichen, in denen eine höhere Kraft zu erwarten ist,
eine größere Dicke
aufweist als in denjenigen Bereichen, in denen eine niedrigere Kraft
zu erwarten ist. Diese Ausführungsform,
bei der die Steifigkeit des Druckstücks in Abhängigkeit von dessen Dicke auf
das optische Element übertragen
wird, stellt eine praxistaugliche Alternative zu dem Einsatz der
oben beschriebenen Auflageelemente dar, wobei jedoch auch Kombinationen
dieser beiden Ausführungsformen
denkbar sind.
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Eine
sehr praxistaugliche Ausführungsform der
Kraftaufbringungseinrichtung ist gegeben, wenn diese eine auf das
Druckstück
wirkende Membran aufweist. Die mit dieser Ausführungsform erzielbaren Vorteile
können
noch gesteigert werden, wenn die Membran mit pneumatischem Druck
beaufschlagbar ist.
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In
Anspruch 14 ist ein Verfahren zur abrasiven Bearbeitung eines optischen
Elements angegeben, wobei das optische Element mittels einer Vorrichtung
gegen ein rotierendes Abrasionswerkzeug gedrückt wird. Mit einem derartigen
Verfahren lassen sich optische Elemente, wie beispielsweise Linsen, mit
geringen Deformationen und einer sehr hohen Genauigkeit herstellen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung
für ein
optisches Element, welches mit einem Abrasionswerkzeug bearbeitet
wird; und
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2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung aus 1.
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine Aufnahmevorrichtung 1 für ein optisches
Element 2. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem
optischen Element 2 um eine Linse, es wäre jedoch gegebenenfalls auch
möglich,
in der Aufnahmevorrichtung 1 andere optische Elemente 2,
wie beispielsweise Spiegel oder dergleichen, aufzunehmen. Die Größe des optischen
Elements 2 spielt hierbei nur eine sehr untergeordnete
Rolle. Die Aufnah mevorrichtung 1 weist eine Kraftaufbringungseinrichtung 3 auf,
welche dafür
vorgesehen ist, das optische Element 2 bei einer abrasiven
Bearbeitung desselben gegen ein durch eine strichpunktierte Linie
dargestelltes Abrasionswerkzeug 4 zu drücken und so die zur Bearbeitung erforderliche
Kraft aufzubringen. Unter der Bezeichnung "abrasive Bearbeitung" wird im vorliegenden Fall beispielsweise
eine Polier- oder Schleifbearbeitung verstanden, so dass es sich
bei dem Abrasionswerkzeug 4 um einen Schleif- oder Polierkörper handeln
kann, der von bekannter Bauart sein kann und daher im folgenden
nicht näher
beschrieben wird. Zur Erzielung einer Schnittgeschwindigkeit sollte
das Abrasionswerkzeug 4 um seine Längsachse rotieren.
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Die
Kraftaufbringungseinrichtung 3 weist eine in einem Grundkörper 5 der
Aufnahmevorrichtung 1 angeordnete Zuführbohrung 6 auf, die
dafür vorgesehen
ist, eine Membran 7 der Kraftaufbringungseinrichtung 3 mit
pneumatischem Druck zu beaufschlagen. Der über die Zuführbohrung 6 in die Aufnahmevorrichtung 1 eingebrachte
und die Membran 7 beaufschlagende, pneumatische Druck kann
in an sich bekannter, im vorliegenden Fall jedoch nicht dargestellter
Art und Weise erzeugt werden. Die zwischen dem Grundkörper 5 und
einem Stützring 8 eingespannte
Membran 7 wölbt
sich bei Druckbeaufschlagung in Richtung eines beweglichen Druckstücks 9,
welches mit dem optischen Element 2 in Kontakt steht und
in der Lage ist, dieses in Richtung des Pfeils "X" gegen
das Abrasionswerkzeug 4 zu drücken. Bei dieser Bewegung wird
das Druckstück 9 durch
den seitlichen Stützring 8 geführt. Des
weiteren dient der Stützring 8 dazu,
das optische Element 2 an seinem Umfang abzustützen. Um
eine Beschädigung des
optischen Elements zu verhindern, besteht der Stützring 8 vorzugsweise
aus Kunststoff, er könnte gegebenenfalls
jedoch auch aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall bestehen.
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Um
bei der abrasiven Bearbeitung des optischen Elements 2 eine
möglichst
geringe Deformation desselben zu erzeugen, ist das Druckstück 9 wie nachfolgend
anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben, an eine bei der Bearbeitung des optischen Ele ments 2 zu
erwartende Kraftverteilung innerhalb des optischen Elements 2 angepasst.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist das Druckstück 9 an
seiner dem optischen Element 2 zugewandten, also an seiner
der Membran 7 abgewandten Seite, mehrere separate Auflageelemente 10 auf,
die dafür vorgesehen
sind, mit dem optischen Element 2 in Kontakt zu treten.
Wie in 1 zu erkennen ist, bilden die Auflageelement 10 denjenigen
Teil des Druckstücks 9,
das mit dem optischen Element 2 in Kontakt steht. Dagegen
berührt
das Druckstück 9 in den
Zwischenräumen
zwischen den Auflageelementen 10 das optische Element 2 nicht.
Zur Aufnahme der Auflageelemente 10 ist das Druckstück 9 mit
entsprechenden Vertiefungen 11 versehen, in welche die
Auflageelemente 10 vorzugsweise eingeklebt sind.
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Wie
aus 2 deutlich wird, sind die Auflageelemente 10 im
wesentlichen rund ausgebildet, es wären jedoch auch ringförmige oder
eine andere geeignete Form aufweisende Auflageelemente 10 denkbar
und es wäre
selbstverständlich
auch möglich,
ringförmige,
ovale, runde und eine andere Form aufweisende Auflageelemente 10 an
ein und demselben Druckstück
einzusetzen. Die Auflageelemente 10 bestehen vorzugsweise
aus einem elastischen Material, das eine Beschädigung des optischen Elements 2 verhindert
und gleichzeitig dafür
sorgt, dass eine unerwünschte
Bewegung des optischen Elements 2 während der Rotation des Abrasionswerkzeugs 4 verhindert
wird. Bei dem vorzugsweise elastischen Material der Auflageelemente 10 kann
es sich beispielsweise um Gummi, jedoch auch um einen relativ weichen
Kunststoff handeln.
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Die
Verteilung bzw. Anordnung der Auflageelemente 10 über die
Fläche
des Druckstücks 9 sowie
die Form und die Größe derselben
erfolgt vorzugsweise über
eine Berechnung nach einer Finite-Elemente-Methode, mit welcher
diejenigen Punkte bzw. Bereiche des optischen Elements 2 bestimmt werden
können,
an welchen bei der Bearbeitung des optischen Elements 2 mit
dem Abrasionswerkzeug 4 eine höhere Kraft auftritt als in
anderen Bereichen des optischen Elements 2. Dadurch werden
gerade die höher
belasteten Bereiche des optischen Elements 2 stärker un terstützt, so
dass dort mit geringeren Deformationen als bei einer üblichen
Bearbeitung zu rechnen ist. Dies führt letztendlich zu einer gleichmäßigen Kraftverteilung
innerhalb des optischen Elements 2 bei einer abrasiven
Bearbeitung desselben, so dass sich nur sehr geringe Deformationen
des optischen Elements 2 ergeben. Die Auflageelemente 10 können bei
ein und demselben Druckstück 9 auch unterschiedliche
Härten
aufweisen, um eine bessere Anpassung an die bei der Bearbeitung
des optischen Elements 2 zu erwartende Kraftverteilung
innerhalb desselben zu erreichen. Da Finite-Elemente-Methoden an
sich bekannt sind, ist es nicht erforderlich, hierin näher auf
dieselben einzugehen.
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Die
dargestellte Verteilung der Auflageelemente 10 über die
Fläche
des Druckstücks 9 ist
als rein beispielhaft und für
ein bestimmtes optisches Element 2 geeignet anzusehen und
es ist bezüglich einer
möglichst
geringen Deformation des optischen Elements 2 bei der abrasiven
Bearbeitung desselben vorteilhaft, wenn für jede geometrisch unterschiedliche
Ausführung
des zu bearbeitenden optischen Elements 2 eine separate
Berechnung der erforderlichen Verteilung der Auflageelemente 10 durchgeführt wird.
Hierbei kann dass das Druckstück 9 in denjenigen
Bereichen, in denen eine höhere
Kraft zu erwarten ist, eine größere Anzahl
an Auflageelementen 10 aufweisen als in denjenigen Bereichen,
in denen eine niedrigere Kraft zu erwarten ist. Ergeben sich bei
der Berechnung der Verteilung der Auflageelemente 10 für unterschiedliche
optische Elemente 2 sehr ähnliche Ergebnisse, so ist
es selbstverständlich
möglich,
für diese
unterschiedlichen optischen Elemente 2 lediglich ein identisches
Druckstück 9 zu konzipieren.
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Alternativ
oder auch zusätzlich
zu der dargestellten Ausführungsform
wäre es
auch möglich,
den Querschnitt des Druckstücks 9 an
die bei der Bearbeitung des optischen Elements 2 zu erwartende Kraftverteilung
innerhalb des optischen Elements 2 anzupassen. Hierbei
wäre das
Druckstück 9 in
denjenigen Bereichen, in denen eine höhere Kraft zu erwarten ist,
mit einer größeren Dicke,
also einer größeren Ausdehnung
in x-Richtung, versehen als in denjenigen Bereichen, in denen eine
niedrigere Kraft zu erwarten ist. Um die von der Kraftaufbringungseinrichtung 3 auf
das Druckstück 9 übertragene
Kraft auf das optische Element 2 zu übertragen, ohne an demselben
unzulässig
hohe Deformationen zu erzeugen, wäre es in diesem Fall vorteilhaft,
das Druckstück
auf seiner dem optischen Element 2 zugewandten Seite an
die Oberfläche
des optischen Elements 2 anzupassen, d.h. das Druckstück 9 mit
einer der Krümmung
des optischen Elements 2 entsprechenden Krümmung zu
versehen. Eine Beschädigung
des optischen Elements 2 könnte dabei dadurch verhindert werden,
dass das Druckstück 9 an
seiner dem optischen Element 2 zugewandten Seite mit einem
entsprechenden, eine Beschädigung
des optischen Elements 2 verhindernden, vorzugsweise elastischen Materials,
wie z.B. Kunststoff oder Gummi, versehen wäre. Dies ist insbesondere dann
sinnvoll, wenn das Druckstück 9,
wie zu bevorzugen ist, aus Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium,
besteht. Gegebenenfalls kann auch Glas oder ein bezüglich seiner Härte geeigneter
Kunststoff für
das Druckstück 9 verwendet
werden.
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Statt
der oben beschriebenen Beaufschlagung der Membran 7 mit
pneumatischem Druck könnte
diese beispielsweise auch mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden
oder es wäre
in einer nicht dargestellten Ausführungsform auch möglich, auf
die Membran 7 zu verzichten und das Druckstück 9 rein
mechanisch, beispielsweise mittels einem oder mehreren Federelementen,
in x-Richtung zu bewegen. Denkbar wäre des weiteren auch ein Antrieb
des Druckstücks 9 mittels
eines Elektromotors oder jede andere Möglichkeit, mit der das Druckstück 9 dazu veranlasst
werden kann, das optische Element 2 gegen das Abrasionswerkzeug 4 zu
drücken.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführungsform
der Aufnahmevorrichtung 1 wäre es möglich, auf die Kraftaufbringungseinrichtung 3 zu
verzichten und das Abrasionswerkzeug 4 zur Aufbringung
der zur Bearbeitung erforderlichen Kraft zu verwenden. Das Druckstück 9 könnte dann
starr sein und das optische Element 2 gegen die von dem
Abrasionswerkzeug 4 aufgebrachte Kraft abstützen.
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Mit
der hierin beschriebenen Aufnahmevorrichtung 1 ist es möglich, das
optische Element 2 bei einem Verfahren zur abrasiven Bearbeitung
desselben gegen das rotierende Abrasionswerkzeug 4 zu drücken.