DE1577429A1 - Verfahren zur Oberflaechenbehandlung sphaerischer Gegenstaende und Geraet zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

PazbixaB· 13 4881

Ho.rton Stanley LipkirtA, Malverne, H.Y. / UoA

Verfahren zur Oberflächenbehandlung sphärlnoher Gegenstände and Gerät Bur Durchführung dee Verfahrene·

Die Erfindung bezieht sioh auf Verfahren zur Oberflächenbehandlung sphüsischer Gegenstände sowie auf ein Gerät zur Durchführung des Verfahrene» insbesondere auf das Läppen und Polieren solcher Gegenstände. Die Erfindung kann besondere zur Oberflächenbehandlung von harten Materialien, wie beispielsweise Glas, Quarz, kristallines Silizium, synthetischen Saphir, Metallen uew. bei dor Herstellung von Linsen, Kuppen und anderen Gegenständen nlt sphärischen Pläohen angewendet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eine« neuen Verfahrens und Gerätes zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen, das von besondere» Vorteil ist, wenn die Gegenstände ein groSes sphärisches AusaaU aufweisen, das einer Halbkugel nahekönrat oder eine solche sogar Überschreitet. Die Erfindung kann beispielsweise zum Läppen und Polieren der inneren und äußeren ' Flächen von apärisohen Kuppen oder dergleichen auf ein· Weis«; angewendet werden, daü eine sphärische Oberfläche alt optischer Genauigkeit erreicht und beibehalten wird. Mittels der Erfindung können kleine sphärische Teile, wie beispielsweise. Line an, geläppt und poliert worden. Eine jede einzelne Linse kann ein kleines sphärinohes Ausmaä aufweisen, bei der Durchführung der Erfindung warden jedoch viele Linsen mit einer Halterung derart verbunden oder verklebt, daü eine zusammengeoetäte sphärische Pläohe von großem Ausmaß vorliegt, die einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden kann.

aus der nachstehenden ins einzelne gehenden Beschreibung hervorgeht, enthalten die dargestellten AusfUhrungsbeisplule

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der Erfindung, die zur Lösung der obigen und weiterer Aufgaben bevorzugt werden, obere und untere .teile mit einander gegenüberliegenden sphärischen flächen, von denen das eine ein Werkzeug und das andere eine Halterung ist, die einen oder mehrere (regemitände trugt, deren Oberfläche zu behandeln ist· Da3 obere Teil ist so gelagert, dal) es um eine im wesentlichen vertikale Achse umlaufen kann, und das untere x'eil iat so gelagert, daJi es sich um eine schräg verlaufende Achse drehen kann» Die Neigung der Achse 1st einstellbar, und sie wird entweder von }5eit zu Zeit während der Behandlung eines be stimmten Gegenstandes eingestellt, oder die Neigung der Achse wird bin- und herverändert, wenn die Oberflächenbehandlung fortschreitet^ Bei dar bevorzugten Anordnung iut das Werkzeug das obere teil und es wird nicht eigens angetrieben, sondern aufgrund seiner Herünrung mit den Arbeitegegenstand in Drehung versetzt» Das Werkzeug iat gegen eine seitliche Verschiebung zurückgehalten oder gesiohert, aber es kann eich ungehindert verschwenken, derart, dali en in voller Plaohenberüh* rung mit dem gegenüberliegenden teil dee Arbeitsgegenstande· kommt, wobei sein Gewicht auf dem werkstück aufliegt» während das Werkstück um seine unterschiedlich geneigte Achse gedreht wird. Das (rewicht des Werkzeuges wird somit symmetrisch oder nahezu symmetrisch aufgebracht, wobei die Fläche dos v/erkzeuges mit maximalem Wirkungegrad und maximaler Gleichförmigkeit eingesetzt wird. Das Werkstück besitzt ein groüee sphärisches Ausmaß, und wenn das Werkstück das untere Teil ist, wird es gedreht. Das 'Yerkxeug 1st in der Hegel da« obere teil und weist einen wesentlich kleineren Abschnitt einer Kugaloberflache auf, als das Werkstück. Die gesamte Oberfläche des WerkstUcks wird im Verlauf des Arbeitevorganges in Keibberührung mit dem Werkzeug gebracht.

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Di· Kugelform ocUr sphärische Form dur geläppten oder polierten Oberfläche kann dadurch beeinfluHfc werden, daß die neigung der Drehachse des Werkstücks periodisch verstellt wird· Es kann aber auch während .der Oberflächenbehandlung der Neigungswinkel eykliaoh verändert werden. In nanoheu Fällen kann es sich sogar als vorteilhaft herausstellen, die Achse des Werkstücks nit einer grüneren Frequenz hin- und heraubewegen, als diejenige der "Drehung des Werkstückes beträgt.

Pas Verfahren und das Gerät sind sehr leistungsfähig bei der Oberflächenbehandlung von Gegenständen, die einen großen teil einer Kugel aufweisen* sie gestalten den Abeohluß der Behandlung einfacher» gewährleisten tine ausgezeichnet· Steuerung in Besug auf die Beibehaltung der Kugelfona, und sie verkürsen furner die Zeitspanne, die bisher nur oberflächenbehandlung solcher Gegenstände benötigt wurde. Bei der Anwendung auf Linsen oit jeweils kloinea sphärischen Winkel können viele solcher Linsen auf. «iner Halterung derart befestigt werden» daß ein großer sphärischer Winkel vorliegt. OeaäB der Erfindung kann eine wesentlich größere Eahl von Linsen auf einmal" einer Oberflächenbehandlung unterwerfen werden, als dies bisher möglich war. Bekannte Verfahren sind in der riegel auf kleinere Kahlen von Linsen beschränkt, die einen kleineren susanaengesetsten sphärischen Winkel der befestigten Linsen einschließen. -

Die Erfindung wird nun auch anhand der beillegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Hinsselheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Pillen tsur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

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BAD OfiiülNAL

Se «eigenί

Figur 1 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform mit gewissen Merkaalen der Erfindung» teilweise im Schnitt und in einem Zustand» in den das Werkzeug und der Werkstücksupport aufgenommen werden können, die in den Figuren 3, 4 und 6 geseilt eindj

Figur 2 einen !ffellojiereehnltt des Geräts entlang der Linie 2^2 in Figur 1 ;

Figur 3 und 4 Teil-tfeitenaneiohten, teilweise im üchnitt, die das Zusammenwirken einte Werkzeugββ und eines Werkstüokte in dta ftorfct naoh den Figuren 1 und 2 darstellen!

Figur 5 oine Teil-Yorderaneloht eines gegenüber dea Gerät

naoh den Figuren 1- bis 4 abgeänderten Gerätes, teilweise im Schnitt und

Figur 6 eine !Seitenansicht« teilweise in Bohnitt, die das

Zusammenwirken des Vferkeeuges und des Werkstückes in der Auaführunßsfonn naoh Figur ü darstellt.

Ee wird nunmuhr auf die Figuren 1 und ? Bezug genommen. Bas Unterteil 1o weist &W4i aufrechte WHnde 12 auf, die einen Support 14 tragen. Eine Lagerplatte 16 ist um eine horisontale Achse im Lager 18 drehbar

Ein Arm ί?ο wird von einem Lag;;rboleen 7? getragen, der durch einen Block 24 gehaltert ist. Kine Schraube 26 erstreckt eich von den Block 24 nach unten und verlUuft weiter durch eine

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Mutter ?8, die auf dem Boden eines Bchlitsss 3o im Support 14 aufliegt. Bin Fortsatz 32 erstreckt sich vom Arn 2o weg. Der Fortsatz 3? ist zum komplementären Eingriff mit der Aufnahme eines Werkzeuges vorgesehen, das in Verbindung mit den Figuren >5 und 4 noch beschrieben wird. Die Schraube 26 und Mutter 28 ermöglichen eine vertikale iäins teilung des Fortsatzes 3? in Bezug Auf die horizontale Aohse der Platte 16, wodurch das Werkzeug relativ zu den Werketück eingestellt werden kann, das »loh in Eingriff mit dem Werkzeug befindet.

Ein Bügel 34 erstreckt eich von der VIatte 16 weg. Der Bügel H ist an der Hatte 16 mittels Schrauben 36 einstellbar, ange bracht* Sie Köpfe der «mtspreohenden tiohrauben 36 werden von einem hintersohnittenen üehlitft 38 in der Hatte 16 aufgenommen, und der Bügel 34 wird durch Nuttern 4o auf den Sohrauben 36 an der blatte 16 festgeklemmt.

Der Bügel 34 trägt einen Motor 4? und eine Qntersetsungsgetrlebeeinheit 44. Der Bügel 34 .trägt ferner ein Lager 46, das eine Antriebswelle 48 enthüll. Bine von der Untersetsungsgetriebeeinheit 44 getragene Riemenscheibe 5o treibt über einen Riemen 54 ein J Ulenenaoheibe 5? Auf der ^eIIe 48.

Das obere Ende der v/slle 48 weist einen Abschnitt 48b auf« der mit einem Gewinde versehen 1st und an der Halterung 56 für ein konvexes Werkstück W (Figur 3) oder an einar Halterung 56a eines Werkstückes W* (Figur 4) befentigt werden kann« das eine konkave su behandelnde Oberfläche aufweist! es wird hervorgehoben, daü beide Werkstücke W und W* in der Fora einer Matrix oder eines i'rägors vorliegen können, mit dem eine große Zahl von kleineren Werkstücken w (Figur 6) vereinigt werden können.

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G.

BAD ORiGiNAL

Dae lager 46 trügt eine kombinierte Abschirmung und Behälter 58 zum Auffangen τοπ flüssigen Hchielfmittel, da· nach Wahl bein Betrieb de· beschriebenen rtnrftte verwendet wird·

Aa Unterteil 1o iut ebenfalls eine llntdreetzunjsgetriebeeinheit 6o mit einet» Motor 62 gekuppelt, der da· Getriebe antreibt. Die Antriebswelle 64 dor Einheit -6o trägt eine Kurbel 66· line Verbindungsstange 68 let duroh einen Lagerbolsen 7o mit der lurbel 66 verbunden· Die Stelle, an dar die Verbindung··tang· 68 nlt der Kurbel 66 verbunden 1st» 1st τοränderbar, beispielsweise turoh ein· .teihe τοη Löchern in der Kurbel 66 eur Aufnahme das Lagorbolzens 7o, Ein« Stange 1? verläuft etnrr von dem Bügel >4 weg und trägt ein Lagerteil Ti· In einer Bohrung in feil 73 eitet die Stang· 68 verschiebbar, damit dl· effektive Länge der Stange 68 vervtellt werden kann, und eine Schraube 73a fixiert die stange 68 in jeder Elnetellage. Eine Drehung der eile 64 und der Kurbel 66 bewirkt, daß die.Platt« 34 und die von dieser getragene Velle 48 um die horizontale Lageraohae dur !latte 16 hin- und hernchwingen·

las wird beraerkt, dnU die Aohse 4üa d»r .'eile 48 in der Figur einen schiefen V/inkel einnimmt, und dieser schiefe Winkel Hndjrt sich in Abhängigkeit von dor Ut«ll\jng der I urbel 66 und den jünstellungon an den ünden d«>r ütan/;e 68.

In Verlauf der Drehung der Kurbel 66 bewegt sich die Aohee der ^Helle 48 swiechen einen extrenon von der Vertikalen versetzten Winkel, und sie nähert sich einer vertikalen Lage oder schwingt sogar an der Vertikalen vorbei. Der Winkel, durch den die »'eile 48 hindurchachv/injt, hängt von den Einstellungen am !tode der Htange 6ϋ ab.

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Wenn der 'fragur 56 (Figur 3) auf der V'elle 48 befestigt und ein Werkstück W beispielsweise mittels eineo 1-lebonittele an den Träger 56 feat angebracht ist, int die äuiiere sphärische Flächt des Werkstückes W einem Wärkaeug 74 gegenübergestellt. Bas Werkstück 74 kann in verschiedenen Körnen bzw. Ausführungen vorliegen* was von der Art des ausssuführanlen Arbeitsvorganges abhUngt. Das Verkeeug 74 kann s. ). eine konkave innere Fläche aufweisen, die in Eingriff mit den .'erkstUok V steht, wobei die Verkzeugoberflüche genutet und dasWerkaeug aus QuS* eisen hergestellt lot. Min Schleifmaterial in der Form eines flüssigen üehleifmittels oder einer Uohleifpaste kann zwischen dem Werkstück und dem V'erkseug auf irgendeine geeignete Veiee eingeführt werden js.B. durch Aufbringen der Öohleifpaste auf die oberflUchv} des Werkstückes W an der tttelle, an der sich das V/erkstüok auütrhalb des Werkseuges 74 erstreckt« oder dl« Bohlelfpaste kann auch durch ein Loch la Werkzeug 74 hindurohgeführt werden. Uine glockenförmige Aufnahme des Werkseüges 74· die in Anlage mit den Werkstück W steht, ist sphärisch und komplementär in Jeeug auf das Werkstück ausgeführt, und die WerkgeugoberflUchtf weist einen großen sphärischen Winkel auf, der sich in Ausmaß einor Halbkugel nähern kann, eine solche jedoch nicht üb *r schrei te' t. Der durch das Werkstüok W eingenommene räumliche Winkel kann dagegen einer Halbkugel nahekommen oder diese überschreiten. Die Verbindung 56, 38, 4o «wischen den Bügel ;>4 und der Platte 16 wir! vorteilhaft so eingestellt, dall die räumliche Mitte dur zu behandelnden Oberfläche auf dir horizontalen <kohae des Lagers 18 liegt, um die der Bü^el 5A hin- und herBchwingt. Die Höhe des J*agerbolssens 2? kann so eingestellt werden» daü die Byrametrie achse des Werkzeuges 74 vertikal und durch die Bohwenkachse de& Lagere 1Θ verläuft.

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Bei der Vorbereitung eineo Läpparbeitagnnges wird ein sphürischeo Werkstück W oder W¹ an dar Halterung 56 oder 56a angeklebt, die eich auf dem Gewindeende 40b der '/eile 48 befindet, und ein sphärisches Werkzeug 74 oder 74a, das zumindest nahezu der Korn des '-/srkstüokes entspricht, wird auf dem Werk-■ stück angeordnet. Der Fortsatz 3? wird in die LageraufflHhme eingesetzt. Durch entsprechende liinstellung dor i'eile ?6 und 36 - 38 - 4o (als auch anderer Teile, sofern dies erwttnsoht ist ) werden die Symmetrieachse 76a des Werkzeug·· und die Drehachse 48a des Werkstückes so beeinfluUt, daß sie sich an minen Punkt schneiden, der vertikal unterhalb der Lageraufnahme 76 liegt. Auf dies· Weise ruht du» Verkzeuf stabil 'auf den Werkstück und sein Auflajtdruok Auf des Werkstück wird •,yiMwtrieoh un dl· vertikal« Aohe· verteilt. D··. Werkstück wird durch die Antriebsmittel 4?« 44» 48, 5o, 52, 54 tu sein· Achs· gedreht. 01· iberfläeh· des Werkzeug·· 74 kann al· Schleiffläche ausgeführt sein, und das Werkzeug 74 kann s.B« aus Metall bestehen, das alt Dianantteilchen oder Diamantsplitter belegt 1st. In einen anderen Anwendungefall wird flUnsiges uchlelfnlttel oder Uchleifpaste auf die in Anlage befindlichen Pläohen des Werkzeuges und des Werkstückes gebracht, /enn sich das Werkstück dreht, hat dies ein UmIa* fen des Werkzeugen zur Folge, jedoch mit einer niedrigeren Drehzahl, und zwar solange, wie die Achse des Werkstückes in Bezug auf die V;?rkzeugachB· geneigt ist; hierbei wird die Oberfläche des Werkstückes geläppt.

Eine genaue Beeinflussung bzw. ülnhitiUung dar Kugelfon wird dadurch erreicht, daß der Mcljuajswlnkel der Well· 48 verändert wird. Dies wird nach einen von swei 9&9n erreicht, näelich entweder durch Fortschalten der Kurbel 66 von Zeit su Zeit wiihrend der Drehung der alle 48 oder durch fortlaufendes

t«.

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Dre> en der Kurbel 66. Beide Verfahren sind aneinandergereiht nützlich, wenn der Läppvorgang schnell zu Ende geführt werden soll und Ungenauigkeiten korrigiert werden sollen, die anfänglich vorliegen oder während des Fortschreitene der Behandlung auf ·, ret en können. Die Hin- und Herbewegung der Achse 48a kann schnell erfolgen, und die Drehung Uta die Achse 48a kann verhält· nisraäfiig langsam verlaufen. Ve rauche haben gezeigt, daß jede dieser Bewegungen sum aohnellen Luppen der nahesu sphärischen Oberfläche des VerkatUekee auf die gewünschte Oberflächenglätte, den rtadiue und die sphärische Oleiohfurni^elt ntltslich ist. Hierauf können die gleichen Bewegungen angewendet werden, wenn die geläppt« Oberfläche poliert werden soll, bsi· apieleweise mit Polierrot und eines alt Stoff Ubersogenea Verkseug, wie ee beispielsweise In figur 6 s«***f* *·*·

In Abhängigkeit von den AbaoBSungen den Werkzeuges und de» Werkstüokee kann der Bereich der Hin- und Herbewegung der Ή·11· 48 vorteilhaft daduroh verändert werden, daß die Länge der · Utange 68 »wischen den Lagerbolsen 7o und ti und dl·"radiale Lage dos Lagerbolzena 7o auf der l.urbel 66 verstellt werden· Wenn di<i '.'eile 4ö ihren maximalen Neigungswinkel einniomt, hat dies in der.iegel zur Foljr», dall der kreisförmige Rand des Werkzeuges nit dom kreisförmigen iand des Werkstückes tangiert» wenngleich ein etwas größerer Neigungawinkdl zulässig ist, wie dies in Pißur A dar^eotellt ist.

Das beschriebene Verfahren und Gerät sind nütslich bei der Objrfli'ichenbehandlunj von konvexen sphärischen Oegonstlindin W und konkaven '»eßenetHnden W. Das Verfahren und Gerät werden mit besonderem Vorteil auch dann angewendet, wenn der sphärische Winkel des regenntandes so ^rοId ist, daß er einer Halbkugel nahekonnt od';r diese BO_£;ar überschreitet· Bad Ver-

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fahron. und Gerät bringen forner spezielle Vorteile, wenn viele Gegenstände w (Fi^ur 6) in einen Arbeitsgang zu Läppen und/ oder zu polieren sind. Infolge des grotfen sphärischen Winkele der oberflächenbehandlung kann eine vorhäl tnisBäJii£ große Zahl Ton Linaen in einem Arbeitsgang an der Oberfläche behandelt werden, und zwar eine viel gröJJere Zahl als. bei Oberflächen-Behandlung s anordnungen, die auf kleinere sphärische Winkel beschränkt sind. Die Behandlung äohraitfet aufgrund der eyaaetrischen Druckverteilung des V.'erk zeuge» schnell und nit äuüergewöhnlioh guter Steuerung voran, und die veränderliche Neigung des Werkstück·« (entweder durch aufeinanderfolgende Einstellungen oder durch fortlaufende Veränderung ) schafft eine Steuerung, die den B«diener unttfrstütst, na anifHnglich vorhandene fehler au Iterrigi«ren und «In« Kngelfor» «At eines hohen Genauigkeitsgrad beiBubehalten.

Figur 5 «eißt eine Abänderung de« Oeräte βββίϊβ den Figuren 1 . und 2, wobei eine abgeändert« Vorrichtung sob Hin* und Herber wegen der Achse der Platt« 16 und sue entsprechenden Yer ··-!;% schwenken der Orehache« der Well« 48 in einer vertikalen JSbenf vorgeHi)h<m ist. Die Volle in Figur 5t Wälohe denjenigen in den Figuren 1 und ? entsprechen, sind duroh Besugszahlen mit strichen versehen und im Hinblick auf eine kurze Beschreibung werden aie im Folgenden nicht wiederholt. Die durch die Purbel 66° betätigte atanje 6Θ' trägt eine Zahnstange 8o, die in Eingriff nit einem .Utxel 8? an der liUckseit« der äupportplatte 14* steht. Die Zahnstang· öo wird durch ein« Führung 84 in Ein-riff nit den Ritzel 8? gehalten. Das Bit«el BP treibt eine .eile 86 an, die an dor Platte 16· starr angebracht iot. Oiβ in Figur 1 gezeigte Vorrichtung erzeugt eine begrenzte Hin- ^und tier bewegung der Achoe der -eile 48 «wischen Winkelbeßrenzunjen, die von einur maximalen Schräge bis zur vertikalen Achse reichen (und bin ku einem beschränkten

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Ausmaß bei manchen iSins tellunjen quer übor die vertiknle Achse) _Λ Dae Gerät gemäß Pigur 5 enthält eine abgeänderte Vorrichtung zur Hin- und Herbe%<egung, die einen größeren Schwenkwinkel der Vfelle 48 erzeugt.

Das in Figur 6 gesso igte werkzeug liegt auf einer Anzahl von kleinen Werkstücken w auf, etwa auf Linsen« die in einem Bindemittel odar einer Matrix im Abstand voneinander auf der Werkstückhalterung 56* vereinigt sind. Xn der Figur β weist die oberfläche des "Orkseuges 74* einen Gewebe- oder Pils-Überzug 88 auf und sie ist xur Verwendung ait FoIiermitteln, wie beispieleweise tolierrot, geeignet·

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur ( berfliiohenbehandlung eines ephäriochen Gegenstandes mit einem komplenentüren sphärischen Werkzeug, bei den der Gegenstand und daa Werkzeug in Berührung miteinander gehalten werden und jedes Teil so gehaltert wird, daß es sich um einen geineinsamen sphärischen Mittelpunkt drehen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das eine .Cell auf das andere aufgelegt wird und sich dns obere Teil ungehindert um eine vertikale, Achs« drehen kann, während dae untere Teil um eine Achse angetrieben wird, die eine Mittelstellung aufweist, die während der Behandlung gegen die eine Seite der vertikalen Achse geneigt wird. "^Ολ^^^

2. «Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die untere Achse während der Behandlung um die mittlere Schräglage hin- und herbewegt wird«

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und ?, dadurch gekennzeichnet , daii der eu bearbeitende Gegenstand aus einer Anordnung von sphärinehen Teilen (W) gebildet wird, die auf einer gemeinsamen Halterung (56·) befestigt sind·

4. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daü das Werkzeug (74) das obere Teil darstellt und Kleiner als eine Halbkugel ist, Während der zu behandelnde Gegenstand (M) nahezu eine Halbkugel iat oder eine Halbkugel überschreitet und das untere Teil darstellt.

BAD ORIGINAL

«· *ÜL —

5ο Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Teil (W) konvex und das obere Teil (74) konkav ist_a

6o Gerät nach den Ansprüchen 4 und 5t dadurch gekennzeichnet, daß das untere feil (W₁ W¹) während einer jeden Hin- und Herbewegung aeiner Achse (4üa) viele Umdrehungen ausführt,

7· Gerat nach den Ansprüchen 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daU das untere Teil (W, W¹) während einer jeden Umdrehung viele Hin- und Herbewegungen ausfuhrt.

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