DE102014114172A1

DE102014114172A1 - Methods and apparatus for processing optical workpieces

Info

Publication number: DE102014114172A1
Application number: DE102014114172.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Frank; Jana Löschner; Robert Liebold; Roland Mandler; Jochen Franz
Original assignee: OPTO TECH OPTIKMASCHINEN GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: OPTO TECH OPTIKMASCHINEN GmbH; Jenoptik AG
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Es werden eine Schleifvorrichtung und entsprechende Verfahren bereitgestellt. Dabei wird ein Werkzeug (21) sowohl in einer Bearbeitungsebene (22), als auch in einer Richtung senkrecht zu der Bearbeitungsebene (22) bewegt, um ein optische Werkstück (20) zu bearbeiten, insbesondere zu schleifen.There is provided a grinding apparatus and related methods. In this case, a tool (21) is moved both in a working plane (22) and in a direction perpendicular to the working plane (22) in order to machine, in particular grind, an optical workpiece (20).

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Bearbeiten, z.B. zum Schleifen, optischer Werkstücke, insbesondere zum Schleifen von Freiformflächen.The present application relates to methods and apparatus for processing, e.g. for grinding, optical workpieces, in particular for grinding freeform surfaces.

Die Herstellung vieler optischer Werkstücke, beispielsweise optischer Linsen, erfordert ein Schleifen eines Materials, beispielsweise eines sprödharten Materials wie eines optischen Glases, in eine gewünschte Form. Hierbei wird häufig ein sogenanntes Spiralschleifen verwendet. Dabei wird für eine gewünschte Sollfläche des optischen Werkstücks beispielsweise rechnergestützt eine Bahn eines Schleifwerkzeugs berechnet. Diese Bahn wird anschließend von einem Werkzeug einer Schleifmaschine ausgeführt wird, während das Werkstück rotiert wird. Die Berechnung der Bahn erfolgt herkömmlicherweise so, dass Werkzeugeingriffspunkte (Sollabtragspunkte) des Werkzeugs, d.h. Punkte, an welchen durch das Werkzeug Material von dem Werkstück abgetragen wird, auf einer Oberfläche des Werkstücks eine spiralförmige Bahn ergeben.The manufacture of many optical workpieces, such as optical lenses, requires grinding a material, such as a brittle-hard material, such as an optical glass, into a desired shape. Here, a so-called spiral grinding is often used. In this case, for example, a path of a grinding tool is calculated computer-assisted for a desired target surface of the optical workpiece. This web is then performed by a tool of a grinding machine while the workpiece is being rotated. The calculation of the path is conventionally done so that tool engagement points (target removal points) of the tool, i. Points at which material is removed from the workpiece by the tool result in a helical path on a surface of the workpiece.

Bei herkömmlichen derartigen Schleifverfahren rotiert das Werkstück während der Bearbeitung mit konstanter oder variabler Drehzahl (im sogenannten geregelten C-Achs-Betrieb), und das Werkzeug wird in einer vorgegebenen Bearbeitungsebene verfahren. Dabei erfolgt üblicherweise zum Einen eine Bewegung von außen nach innen (oder umgekehrt), zum Anderen erfolgt eine Bewegung des Werkzeugs in eine Richtung parallel zu einer Rotationsachse des Werkstücks (im Folgenden als z-Richtung bezeichnet), um ein gewünschtes Höhenprofil zu erzeugen. In conventional grinding methods of this type, the workpiece rotates during machining at a constant or variable speed (in so-called controlled C-axis mode), and the tool is moved in a predetermined machining plane. On the one hand, a movement of the tool takes place in a direction parallel to an axis of rotation of the workpiece (hereinafter referred to as the z-direction), in order to produce a desired height profile.

Bei Werkstücken, welche rotationssymmetrisch zur Rotationsachse des Werkstücks sind, liegt dabei bei herkömmlichen Herangehensweisen ein Mittelpunkt des Schleifwerkzeugs senkrecht über einem jeweiligen Werkzeugeingriffspunkt, d.h. auf einem jeweiligen Normalenvektor. Der Normalenvektor am gewünschten Werkzeugeingriffspunkt liegt dabei immer in der oben erwähnten Bearbeitungsebene. Beispiele für derart Werkstücke sind Sphären, Asphären oder nicht verkippte Planflächen.In the case of workpieces which are rotationally symmetrical to the axis of rotation of the workpiece, in conventional approaches a center point of the grinding tool lies vertically above a respective tool engagement point, i. on a respective normal vector. The normal vector at the desired tool engagement point always lies in the above-mentioned machining plane. Examples of such workpieces are spheres, aspheres or non-tilted planar surfaces.

Anders ist die Lage bei Werkstücken mit nicht rotationssymmetrischen Flächen, auch als Freiformflächen bezeichnet, oder rotationssymmetrischen Flächen, deren Symmetrieachse nicht mit der Rotationsachse des Werkstücks zusammenfällt (beispielsweise eine verkippte Planfläche oder versetzte Asphäre). Bei herkömmlichen Herangehensweisen, beispielsweise mittels herkömmlicher CAM(computer aided manufacturing)-Programme, wird auch für derartige nicht-rotationssymmetrische Flächen die Bewegung des Werkzeugs derart berechnet, dass der Werkzeugmittelpunkt stets in der oben erwähnten Bearbeitungsebene liegt. Hierdurch kann es zu sogenannten Konturverletzungen kommen, bei welchen es vorkommen kann, dass es neben einem gewünschten Werkzeugeingriffspunkt weitere Berührungspunkte oder Durchdringungen des Werkzeugs mit der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks gibt. In diesem Fall wird zum Beispiel eine Position des Werkzeugs solange in z-Richtung verschoben, bis nur ein einziger Berührungspunkt (Abtragspunkt) zwischen Werkzeug und zu bearbeitender Fläche vorliegt. Dieser Abtragspunkt (Istabtragspunkt) ist jedoch dann nicht unbedingt identisch mit dem gewünschten Werkzeugeingriffspunkt (Sollabtragspunkt). The situation is different for workpieces with non-rotationally symmetric surfaces, also referred to as free-form surfaces, or rotationally symmetric surfaces whose axis of symmetry does not coincide with the axis of rotation of the workpiece (for example, a tilted plane surface or offset asphere). In conventional approaches, for example by means of conventional computer-aided manufacturing (CAM) programs, the movement of the tool is also calculated for such non-rotationally symmetrical surfaces in such a way that the tool center point always lies in the above-mentioned working plane. This can lead to so-called contour violations, in which it can happen that, in addition to a desired tool engagement point, there are further points of contact or penetrations of the tool with the surface of the workpiece to be machined. In this case, for example, a position of the tool is moved in the z-direction until there is only a single point of contact (removal point) between the tool and the surface to be machined. However, this removal point (actual removal point) is then not necessarily identical to the desired tool engagement point (target removal point).

Diese herkömmliche Herangehensweise hat verschiedene Nachteile. Somit wird zum Detektieren von Konturverletzungen eine vergleichsweise hohe Rechenzeit benötigt, da die Überprüfung auf Konturverletzungen für jeden Punkt einer berechneten Werkzeugbahn durchgeführt werden muss. Zudem ergibt sich, wie oben erläutert, durch die Verschiebung in z-Richtung, dass der tatsächliche Werkzeugeingriffspunkt nicht mehr an einem gewünschten Werkzeugeingriffspunkt, d.h. einem gewünschten Sollabtragspunkt, auf der Werkstückoberfläche liegt. Dies kann zu einem ungleichmäßigen Raster der tatsächlichen Abtragspunkte führen. Zudem können Korrekturwerte für die z-Richtung, welche für den Sollabtragspunkt gelten, bei herkömmlichen Verfahren am Istabtragspunkt eingebracht werden, d.h. die örtliche Zuordnung von Korrekturwerten kann fehlerhaft sein. Dies kann zu einer Verschlechterung einer Korrektur der Oberflächenform führen. Zudem erfolgt die oben erwähnte Berechnung der Nachführung in z-Richtung gegebenenfalls nur mit begrenzter numerischer Genauigkeit, was zu Korrekturartefakten auf der geschliffenen Oberfläche führen kann. This conventional approach has several disadvantages. Thus, a comparatively high computation time is required for detecting contour violations, since the check for contour violations must be carried out for each point of a calculated tool path. In addition, as explained above, due to the z-direction shift, the actual tool engagement point no longer exists at a desired tool engagement point, i. a desired Sollabtragspunkt, lies on the workpiece surface. This can lead to an uneven grid of the actual removal points. In addition, correction values for the z-direction, which apply to the target removal point, can be introduced at the actual removal point in conventional methods, i. the local assignment of correction values can be incorrect. This may lead to a deterioration of a surface shape correction. In addition, the abovementioned calculation of the tracking in the z-direction may possibly only take place with limited numerical accuracy, which may lead to correction artefacts on the ground surface.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, Möglichkeiten bereitzustellen, optische Werkstücke, insbesondere mit nicht zu einer Werkstückrotationsachse symmetrischen Flächen, mit geringerem Rechenaufwand und/oder höherer Genauigkeit zu bearbeiten, insbesondere schleifen. It is therefore an object of the present application to provide ways of processing, in particular grinding, optical workpieces, in particular with surfaces that are not symmetrical with respect to a workpiece rotation axis, with lower computation complexity and / or higher accuracy.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 7 sowie ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele. This object is achieved by a device according to claim 1, a method according to claim 7 and a computer program product according to claim 13. The subclaims define further embodiments.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere Schleifen, eines Werkstücks bereitgestellt, umfassend:

– zur Aufnahme und Rotieren eines optischen Werkstücks,
– ein Werkzeug zum Bearbeiten des optischen Werkstücks, und
– eine Steuerung, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Bewegung des Werkzeugs während einer Rotation des optischen Werkstücks in einer Bearbeitungsebene, d.h. in zwei Dimensionen oder Raumrichtungen, welche eine Rotationsachse des optischen Werkstücks umfasst, und in einer Richtung senkrecht zu der Bearbeitungsebene, d.h. zusätzlich in einer dritten Dimension oder Raumrichtung zu steuern.

According to one embodiment, an apparatus for processing, in particular grinding, of a workpiece is provided, comprising:

For receiving and rotating an optical workpiece,
A tool for processing the optical workpiece, and
- A controller, wherein the control is arranged, the movement of the tool during rotation of the optical workpiece in a working plane, ie in two dimensions or spatial directions, which includes a rotation axis of the optical workpiece, and in a direction perpendicular to the working plane, ie in addition to control in a third dimension or spatial direction.

Durch die zusätzliche Steuerung in eine Richtung senkrecht zu der Bearbeitungsebene kann dabei eine günstigere Positionierung des Werkzeugs erfolgen als bei herkömmlichen Verfahren, bei welchen eine Bewegung nur in der Bearbeitungsebene erfolgt.The additional control in a direction perpendicular to the working plane can be a more favorable positioning of the tool than in conventional methods in which a movement takes place only in the working plane.

Insbesondere kann für jeden gewünschten Werkzeugeingriffspunkt das Werkzeug derart positioniert werden, dass ein Zentrum, beispielsweise ein Mittelpunkt, des Werkzeugs auf einer Flächennormale durch den Bearbeitungspunkt liegt. Unter einer Flächennormale ist dabei eine Gerade zu verstehen, welche senkrecht auf einer Tangentialfläche an einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks durch den gewünschten Werkzeugeingriffspunkt liegt. In particular, for each desired tool engagement point, the tool can be positioned such that a center, for example a center, of the tool lies on a surface normal through the machining point. A surface normal is to be understood as meaning a straight line which lies perpendicular to a tangential surface on a surface of the workpiece to be machined through the desired tool engagement point.

Somit kann sichergestellt werden, dass keine Konturverletzungen, wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben, auftreten.Thus, it can be ensured that no contour violations occur, as described in the introduction to the description.

Die Steuerung der Bewegung kann dabei insbesondere ein Steuern der Bewegung in einer Richtung in der Bearbeitungsebene senkrecht zu der Rotationsachse des Werkstücks umfassen, beispielsweise von einem Rand des Werkstücks zu der Rotationsachse hin oder umgekehrt, um so in Kombination mit der Rotation des Werkstücks eine gesamte Oberfläche des Werkstücks abzuarbeiten. The control of the movement may in particular comprise controlling the movement in a direction in the working plane perpendicular to the axis of rotation of the workpiece, for example from an edge of the workpiece to the axis of rotation or vice versa, so as to form an entire surface in combination with the rotation of the workpiece to work off the workpiece.

Das Werkzeug kann insbesondere ein Schleifwerkzeug, beispielsweise ein kugelförmiges Schleifwerkzeug, sein. The tool may in particular be a grinding tool, for example a spherical grinding tool.

Die gewünschten Positionen des Werkzeugs können in Form einer Werkzeugbahn im Voraus, beispielsweise durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, berechnet werden. Entsprechende Verfahren werden ebenfalls bereitgestellt. The desired positions of the tool can be calculated in the form of a tool path in advance, for example by a corresponding computer program product. Corresponding methods are also provided.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The present invention will be explained in more detail below by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a block diagram of a device according to an embodiment of the invention,

2 eine schematische Draufsicht auf eine Schleifvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, 2 a schematic plan view of a grinding apparatus according to an embodiment,

3 eine schematische Seitenansicht der Schleifvorrichtung der 2, und 3 a schematic side view of the grinding device of 2 , and

4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. 4 a flowchart illustrating a method according to an embodiment.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert. Es ist zu bemerken, dass diese Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung dienen und nicht als den Bereich der Erfindung einschränken auszulegen sind. Beispielsweise bedeutet die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen oder Elementen nicht, dass alle diese Merkmale oder Elemente zur Implementierung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung benötigt werden. Stattdessen können andere Ausführungsbeispiele weniger Elemente und/oder alternative Elemente aufweisen. Auch können zusätzlich weitere, nicht dargestellte oder beschriebene Merkmale oder Elemente bereitgestellt sein. Zudem können Merkmale oder Elemente verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Variationen und Abwandlungen, welche bezüglich eines der Ausführungsbeispiele diskutiert werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele in entsprechender Weise angewendet werden. In the following, various embodiments of the present invention will be explained in detail. It should be understood that these embodiments are for illustration only and are not to be construed as limiting the scope of the invention. For example, the description of an embodiment having a plurality of features or elements does not imply that all of these features or elements are needed to implement embodiments of the present invention. Instead, other embodiments may include fewer elements and / or alternative elements. Also, additional, not shown or described features or elements may be provided. In addition, features or elements of various embodiments may be combined with each other unless otherwise specified. Variations and modifications discussed with respect to one of the embodiments may also be applied to other embodiments in a corresponding manner.

Währen im Folgenden Schleifvorrichtungen als Beispiele für Bearbeitungsvorrichtungen für optische Werkstücke verwendet werden, können die dargestellten Techniken und Prinzipien auch andere Arten der Bearbeitung optischer Werkstücke mittels eines Werkzeugs angewendet werden, beispielsweise auf ein Polieren optischer Werkstücke. While in the following grinding devices will be used as examples of optical work tooling, the illustrated techniques and principles may be applied to other types of optical work piece machining by means of a tool, such as polishing of optical workpieces.

1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung der 1 umfasst eine Rechenvorrichtung 10, z.B. einen Computer, zur computerunterstützten Herstellung eines optischen Werkstücks (CAM, computer aided manufacturing) und eine Schleifvorrichtung 11. Mittels der Rechnervorrichtung 10, welche beispielsweise durch ein auf einem Rechner ausgeführtes Computerprogramm realisiert werden kann, kann bei dem Ausführungsbeispiel der 1 insbesondere eine Bahn eines Werkzeugs der Schleifvorrichtung 11 berechnet werden. Dabei kann die Bahn derart berechnet werden, dass das Werkzeug in drei Dimensionen, beispielsweise in einer Bearbeitungsebene und senkrecht dazu, gesteuert wird. Diese Berechnung der Werkzeugbahn kann basierend auf einer gewünschten Werkstückform erfolgen, welche beispielsweise durch ein Entwurfsprogramm für optische Komponenten ermittelt werden kann. Die berechnete Werkzeugbahn wird dann an eine Schleifvorrichtung 11 übergeben, in welcher das Werkzeug ein optisches Werkstück entsprechend der berechneten Werkzeugbahn bearbeitet, in diesem Fall schleift. Dabei können mit der Schleifvorrichtung 11 insbesondere Werkstücke mit nicht-rotationssymmetrischen Flächen (Freiformflächen) oder rotationssymmetrischen Flächen, deren Symmetrieachse zu einer Rotationsachse des Werkstücks in der Schleifvorrichtung 11 versetzt ist, beispielsweise einer verkippten Planfläche oder einer versetzten Asphäre, verwendet werden. Beispiele für eine derartige Steuerung eines Werkzeugs werden später noch detaillierter erläutert. 1 shows a block diagram of a device according to an embodiment. The device of 1 includes a computing device 10 For example, a computer for computer aided manufacturing (CAM) and a grinding apparatus 11 , By means of the computing device 10 , which can be realized, for example, by a computer program executed on a computer, can in the embodiment of the 1 in particular a web of a tool of the grinding device 11 be calculated. In this case, the path can be calculated such that the tool is controlled in three dimensions, for example in a working plane and perpendicular thereto. This calculation of the tool path can be based on a desired workpiece shape, which can be determined for example by a design program for optical components. The calculated tool path is then sent to a grinder 11 in which the tool is an optical workpiece according to the processed tool path processed, in this case grinds. It can with the grinding device 11 in particular workpieces with non-rotationally symmetrical surfaces (free-form surfaces) or rotationally symmetrical surfaces whose axis of symmetry to a rotation axis of the workpiece in the grinding device 11 offset, for example, a tilted plane or a staggered asphere used. Examples of such control of a tool will be explained later in more detail.

Ein Ausführungsbeispiel für eine entsprechende Schleifvorrichtung ist in 2 und 3 dargestellt, wobei die 2 eine Draufsicht und die 3 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 26 der 2 zeigen.An embodiment of a corresponding grinding device is in 2 and 3 shown, wherein the 2 a plan view and the 3 a cross-sectional view along a line 26 of the 2 demonstrate.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ist zur Vereinfachung der Erklärungen jeweils ein Koordinatensystem 25 dargestellt, um die im Folgenden verwendeten Bezeichnungen für Richtungen (x-, y- und z-Richtung) sowie Ebenen besser erläutern zu können. In the embodiment of the 2 and 3 is a coordinate system to simplify the explanations 25 in order to better explain the designations (x, y and z direction) and levels used below.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 umfasst die dargestellte Schleifvorrichtung eine Achse 28, beispielsweise eine Spindelachse, um welche das Werkstück 20, wie durch einen Pfeil 23 angedeutet, rotiert werden kann. Das rotieren kann mit konstanter, aber auch mit variabler Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden. Hierbei wird das Werkstück in von einem schematisch als Kreis dargestellten Werkstückhalter 210, welcher z.B. eine Spindel umfasst, gehalten. Das Werkstück 20 kann dabei insbesondere aus einem optischen durchlässigen Material, beispielsweise einem geeigneten optischen Glas, bestehen, um beispielsweise ein Linsenelement herzustellen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Achse 28 verläuft dabei in z-Richtung und wird auch als C-Achse bezeichnet. Des Weiteren umfasst die dargestellte Schleifvorrichtung ein kugelförmiges Schleifwerkzeug 21. Bei anderen Ausführungsbeispielen können andere Schleifwerkzeuge verwendet werden.In the embodiment of the 2 and 3 the illustrated grinding device comprises an axle 28 , For example, a spindle axis about which the workpiece 20 as if by an arrow 23 indicated, can be rotated. The rotation can be performed with constant, but also with variable rotation speed. Here, the workpiece is in by a workpiece holder schematically shown as a circle 210 , which for example comprises a spindle held. The workpiece 20 may in particular consist of an optically transmissive material, such as a suitable optical glass, to produce, for example, a lens element. However, the present invention is not limited thereto. The axis 28 runs in the z-direction and is also called C-axis. Furthermore, the illustrated grinding device comprises a spherical grinding tool 21 , In other embodiments, other abrasive tools may be used.

Eine Ebene 22, welche sich in x-z-Richtung erstreckt, wird im Folgenden auch als Bearbeitungsebene bezeichnet. Mit 27 ist ein Zentrum, in diesem Fall ein Mittelpunkt, des Werkzeugs 21 bezeichnet. Beim Schleifen rotiert das Werkzeug 21 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Achse 24. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine Rotation um andere Achsen erfolgen. Das Werkzeug 21 kann dabei sowohl in der Bearbeitungsebene 22, d.h. in x- und/oder z-Richtung, als auch in einer Richtung senkrecht hierzu, d.h. in y-Richtung, bewegt werden. Die Bewegung des Werkzeugs 21 kann dabei zusammen mit der Rotation des Werkstücks 20 durch eine Steuerung 29 gesteuert werden. Das Steuern kann dabei insbesondere derart erfolgen, dass der Mittelpunkt 27 des Werkzeugs 21 senkrecht über einem jeweiligen Werkzeugeingriffspunkt in einer Tangentialfläche einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 20 steht. Bei Werkstücken 20, deren gewünschte Oberflächenform rotationssymmetrisch zur Achse 28 ist, würde sich dabei das Werkzeug 21 nur in der Bearbeitungsebene 22 bewegen, was einer herkömmlichen Bearbeitung entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 wird das Werkzeug 21 bei der Bearbeitung nicht bezüglich der Achse 28 rotationssymmetrischer Werkstücke jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen Herangehensweisen auch in y-Richtung verfahren, z.B. um den Mittelpunkt 27 des Werkzeugs 21 auf einer Flächennormalen zu einer Tangentialfläche durch einen gewünschten Bearbeitungspunkt zu positionieren. Die Positionierung des Werkzeugs 21 erfolgt dabei synchronisiert mit der Rotation des Werkstücks 20, um für jeden gewünschten Werkzeugeingriffspunkt die entsprechende Positionierung des Werkzeugs 21 zu gewährleisten. A level 22 which extends in the xz-direction is also referred to below as a working plane. With 27 is a center, in this case a center, of the tool 21 designated. During grinding, the tool rotates 21 in the illustrated embodiment about an axis 24 , In other embodiments, a rotation about other axes can also take place. The tool 21 can do this both in the editing plane 22 , ie in the x and / or z direction, as well as in a direction perpendicular thereto, ie in the y direction, to be moved. The movement of the tool 21 can do this together with the rotation of the workpiece 20 through a controller 29 to be controlled. The control can be carried out in particular such that the center 27 of the tool 21 perpendicular over a respective tool engagement point in a tangential surface of a surface to be machined of the workpiece 20 stands. For workpieces 20 , Their desired surface shape rotationally symmetric to the axis 28 is, would be doing the tool 21 only in the working plane 22 move, which corresponds to a conventional processing. In the embodiment of the 2 and 3 becomes the tool 21 not with respect to the axis during machining 28 However, in contrast to conventional approaches, rotationally symmetrical workpieces also move in the y-direction, eg around the center 27 of the tool 21 to position on a surface normal to a tangential surface through a desired machining point. The positioning of the tool 21 takes place synchronized with the rotation of the workpiece 20 to locate the appropriate tool positioning for any desired tool engagement point 21 to ensure.

Die bevorzugte Positionierung auf einer Flächennormalen, welche senkrecht auf einer Tangentialfläche durch einen gewünschten Werkzeugeingriffspunkt steht und durch diesen verläuft, wird nun unter Bezugnahme auf 3 anhand eines Beispiels erläutert. Dabei zeigt die 3 ein Beispiel für ein Oberflächenprofil 31 des Werkstücks 20 entlang der gestrichelten Linie 26 der 2. Die Linie 26 verläuft dabei in Umfangsrichtung, d.h. in einem konstanten Abstand zur Rotationsachse 28. Das dargestellte Oberflächenprofil 31 ist dabei lediglich als Beispiel für ein Oberflächenprofil einer nicht zu der Rotationsachse 28 rotationssymmetrischen Form zu verstehen, und ein gewünschtes Oberflächenprofil kann je nach zu bearbeitendem Werkstück variieren. The preferred positioning on a surface normal which is perpendicular to and extends through a desired tool engagement point on a tangential surface will now be described with reference to FIG 3 explained with an example. It shows the 3 an example of a surface profile 31 of the workpiece 20 along the dashed line 26 of the 2 , The line 26 runs in the circumferential direction, ie at a constant distance from the axis of rotation 28 , The illustrated surface profile 31 is merely an example of a surface profile of a not to the axis of rotation 28 to understand rotationally symmetrical shape, and a desired surface profile may vary depending on the workpiece to be machined.

Mit 34 ist in 3 ein gewünschter Werkzeugeingriffspunkt in dem Profil 31 bezeichnet. Der Werkzeugeingriffspunkt 34 liegt dabei, wie in 3 dargestellt, in der Bearbeitungsebene 22. Mit 30 ist eine Tangentialfläche an dem Oberflächenprofil 31 durch den Werkzeugeingriffspunkt 34 bezeichnet. 33 bezeichnet eine Flächennormale durch den Werkzeugeingriffspunkt 34. Die Flächennormale 33 steht senkrecht auf der Tangentialfläche 30. Zur Bearbeitung, beispielsweise Materialabtrag, an dem Werkzeugeingriffspunkt 34 wird das Werkzeug bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel so positioniert, dass der Mittelpunkt 27 des Werkzeugs 21 auf der Flächennormalen 33 liegt. Hierzu wird der Mittelpunkt 27 um eine Auslenkung 32 in y-Richtung aus der Bearbeitungsebene 22 verschoben. Da das Werkstück 20 während der Bearbeitung rotiert, muss dabei die Positionierung des Werkzeugs 21, wie bereits erwähnt, während der Rotation laufend nachgeregelt oder gesteuert werden, um jeweils die passende Positionierung zu erreichen. With 34 is in 3 a desired tool engagement point in the profile 31 designated. The tool intervention point 34 lies in it, as in 3 shown, in the working plane 22 , With 30 is a tangential surface on the surface profile 31 through the tool engagement point 34 designated. 33 denotes a surface normal through the tool engagement point 34 , The surface normal 33 is perpendicular to the tangential surface 30 , For processing, for example material removal, at the tool engagement point 34 the tool is positioned in the illustrated embodiment so that the center 27 of the tool 21 on the surface normal 33 lies. This is the center point 27 a deflection 32 in y-direction from the working plane 22 postponed. Because the workpiece 20 while machining rotates, it must be the positioning of the tool 21 as already mentioned, during the rotation are continuously readjusted or controlled in order to achieve the appropriate positioning.

Der Abstand des Mittelpunkts 27 von dem Werkzeugeingriffspunkt 34 beträgt bei dem dargestellten Beispiel einen halben Durchmesser des Werkzeugs 21. Ein Radius des Werkzeugs 21 kann dabei kleiner als ein minimaler Krümmungsradius der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks 20 gewählt sein, um Konturverletzungen zu vermeiden. Zu bemerken ist, dass bei anderen Ausführungsbeispielen das Werkzeug 21 nicht exakt kugelförmig sein muss. Beispielsweise können auch nur Bereiche des Werkzeugs 21, welche bei der Bearbeitung mit dem Werkstück 20 in Kontakt treten, eine Kugelform oder eine anders gewölbte Form aufweisen. Auch in diesem Fall kann ein Zentrum des jeweiligen Werkzeugs auf der Flächennormale 33 positioniert werden, beispielsweise ein Mittelpunkt der Kugelflächenabschnitte, um so die eingangs erwähnten Konturverletzungen vermeiden zu können. The distance of the center 27 from the tool engagement point 34 is in the illustrated example, a half diameter of the tool 21 , A radius of the tool 21 can be smaller than a minimum radius of curvature of the surface to be machined of the workpiece 20 be selected to avoid contour violations. It should be noted that in other embodiments the tool 21 does not have to be exactly spherical. For example, only areas of the tool can be used 21 , which during machining with the workpiece 20 contact, have a spherical shape or a different curved shape. Also in this case, a center of each tool on the surface normal 33 be positioned, for example, a center of the spherical surface sections so as to avoid the aforementioned contour violations can.

Indem für jeden gewünschten Werkzeugpunkt 34, wie in 3 dargestellt, eine Position des Werkstücks 21 berechnet wird (durch Bestimmung der Flächennormalen und entsprechender Positionierung), kann insgesamt eine Werkzeugbahn berechnet werden, auf welcher sich das Werkzeug 21 zur Bearbeitung des Werkstücks 20 bewegt. Dabei kann beispielsweise eine Bewegung von einem Rand des Werkstücks 20 zu dem Mittelpunkt des Werkstücks 20, d.h. zur Achse 28 hin, erfolgen (oder umgekehrt vom Mittelpunkt zum Rand), und y- und z-Koordinate können, wie unter Bezugnahme auf 3 erläutert, für jeden Werkzeugeingriffspunkt justiert werden. Hieraus ergibt sich dann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel zusammen mit der Rotationsbewegung des Werkstücks 20 entsprechend dem Pfeil 23 eine im Wesentlichen spiralförmige Bahn des Werkzeugs 21 auf dem Werkstück 20.By for every desired tool point 34 , as in 3 shown, a position of the workpiece 21 is calculated (by determining the surface normal and corresponding positioning), a total tool path can be calculated, on which the tool 21 for machining the workpiece 20 emotional. In this case, for example, a movement of an edge of the workpiece 20 to the center of the workpiece 20 ie to the axis 28 can be made (or vice versa from the center to the edge), and y and z coordinates, as with reference to 3 explained, adjusted for each tool point of application. This then results in such an embodiment together with the rotational movement of the workpiece 20 according to the arrow 23 a substantially helical path of the tool 21 on the workpiece 20 ,

In 4 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Verfahren der 4 kann beispielsweise mittels der unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 diskutierten Vorrichtungen implementiert werden, kann jedoch auch unabhängig von diesen verwendet werden. In einem Schritt 40 wird bei dem Verfahren der 4 eine gewünschte Werkstückform bereitgestellt. Dies kann beispielsweise in Form eines Datensatzes aus einem Optikdesignprogramm geschehen, wobei der Datensatz beispielsweise eine gewünschte Form einer Fläche des optischen Werkstücks beschreibt. In 4 a flowchart illustrating a method according to an embodiment is shown. The procedure of 4 For example, by referring to FIGS 1 to 3 however, it may be used independently of these. In one step 40 is used in the process of 4 provided a desired workpiece shape. This can be done, for example, in the form of a data record from an optical design program, wherein the data record describes, for example, a desired shape of a surface of the optical workpiece.

In Schritt 41 wird eine Werkzeugbahn auf Basis der gewünschten Werkstückform in drei Raumrichtungen berechnet. Dabei werden insbesondere Bewegungen des Werkzeugs in einer Bearbeitungsebene wie der Bearbeitungsebene 22 der 2 und 3, als auch eine Bewegung in einer Richtung senkrecht dazu, beispielsweise in y-Richtung in den 2 und 3, berechnet. Die Berechnung kann dabei, wie unter Bezugnahme auf 3 erläutert, so erfolgen, dass ein Zentrum des Werkzeugs für jeden gewünschten Werkzeugeingriffspunkt auf einer Flächennormale, wie der Flächennormale 33 der 3, liegt. Die Schritte 40 und 41 können beispielsweise mittels eines Computerprogrammprodukt auf einem Rechner, beispielsweise der Rechnervorrichtung 10 der 1, realisiert werden.In step 41 a tool path is calculated on the basis of the desired workpiece shape in three spatial directions. In particular, movements of the tool in a working plane such as the working plane 22 of the 2 and 3 , as well as a movement in a direction perpendicular thereto, for example in the y direction in the 2 and 3 , calculated. The calculation may be as described with reference to 3 explained, such that a center of the tool for each desired tool engagement point on a surface normal, such as the surface normal 33 of the 3 , lies. The steps 40 and 41 For example, by means of a computer program product on a computer, such as the computing device 10 of the 1 , will be realized.

In Schritt 42 wird dann das Werkzeug entsprechend der in Schritt 41 berechneten Werkzeugbahn bewegt, wobei diese Bewegung mit einer Rotation des Werkstücks koordiniert durchgeführt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Steuern einer Schleifvorrichtung, wie der Schleifvorrichtung 11, mittels einer Steuerung, wie der Steuerung 29 der 2, durchgeführt werden. In step 42 then the tool will be the same as in step 41 calculated tool path, said movement can be performed coordinated with a rotation of the workpiece. This can be done, for example, by controlling a grinding device, such as the grinding device 11 , by means of a controller, such as the controller 29 of the 2 , be performed.

Die oben diskutierten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen.The embodiments discussed above are for illustration only and are not to be construed as limiting.

Claims

Device for processing an optical workpiece ( 20 ), comprising: - a workpiece holder ( 210 ) for picking up and rotating the optical workpiece ( 20 ), - a tool ( 21 ) for machining the workpiece ( 20 ), and - a controller ( 29 ), whereby the controller ( 29 ), a rotation of the workpiece ( 20 ) and a movement of the tool ( 21 ) in a working plane extending in a direction of a rotational axis of the tool and in a direction perpendicular to the rotational axis of the tool and including the rotational axis, and in a direction perpendicular to the machining plane (FIG. 22 ) to control.

Apparatus according to claim 1, wherein the controller ( 29 ), a movement of the tool ( 21 ) in the direction perpendicular to the working plane ( 22 ) such that a center ( 27 ) of the tool ( 21 ) on a surface normal ( 33 ) which passes through a desired tool engagement point ( 34 ) on a surface of the workpiece to be machined ( 20 ), where the surface normal ( 33 ) perpendicular to a tangential surface ( 30 ) on the surface of the workpiece ( 20 ) through the tool engagement point ( 34 ) stands.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the controller ( 29 ), a position of the tool ( 21 ) based on a precalculated tool path.

Device according to one of claims 1-3, wherein the tool ( 21 ) is spherical.

Device according to one of claims 1-4, wherein the tool ( 21 ) is a grinding tool.

Device according to one of claims 1-5, wherein the tool ( 21 ) about a tool axis of rotation ( 24 ) is rotatable.

Method for processing an optical workpiece ( 20 ), comprising: - providing a desired workpiece shape, and - calculating a tool path, wherein calculating the tool path comprises calculating a positioning of the tool in a working plane ( 22 ), which comprises an axis of rotation of the workpiece, and in a direction perpendicular to the working plane for a plurality of desired tool engagement points ( 34 ).

Method according to claim 7, wherein the positioning is determined such that a center ( 27 ) of the tool ( 21 ) on a surface normal ( 33 ) by a respective tool engagement point ( 34 ), where the surface normal ( 33 ) perpendicular to an imaginary tangential surface ( 30 ) on a surface of the workpiece ( 20 ) through the respective tool engagement point ( 34 ) runs.

Method according to claim 7 or 8, wherein calculating the tool path for a spherical tool ( 21 ) is carried out.

Method according to one of claims 7 to 9, wherein the provision of the desired workpiece shape, a provision of a desired workpiece shape, which non-rotationally symmetrical surfaces or not to a rotational axis of the workpiece ( 20 ) has symmetrical surfaces in a grinding device.

Method according to one of claims 7-10, further comprising: machining the workpiece ( 20 ) with a tool ( 21 ), the tool ( 21 ) is controlled to move on the calculated tool path.

The method of claim 11, further comprising: rotating the workpiece ( 20 ).

Computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to one of the claims 7-10, when the program is stored in a computer ( 10 ) is performed.