DE1803095A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung,zum Schleifen und Polieren von Rotationsflaechen aus optischem Material aus Glas,Kunststoff oder Metall - Google Patents

Description

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Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-lng. Gottfried Leiser

Patentanwalt· David Volk 1803093

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Unser Zeichen: V 635

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung, zum Schleifen und Polieren von Rotationsflächen aus optiachem Material aus Glas, Kunststoff oder Metall.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen, zum Schleifen und Polieren von Rotationsflächen aus optischem Material aus Glas, Kunststoff oder Metall, insbesondere von konkaven, asphärischen Rotationsflächen, die einen Scheitel- oder Spitzennabelpunkt aufweisen und die gestreckte Ellipsoide, Paraboloide und Hyperboloide umfassen und als Grenzfall der gestreckten Ellipsoiden die Kugel und ferner Oberflächen, die den konikoiden Oberflächen zweiter Ordnung sehr ähnlich sind und die glockenförmige Hotationsoberfläohen mit eine* Scheitelnabelpunkt umfassen und bei denen ein Meridianschnitt der Oberflächen einen Wendepunkt aufweist, wobei die Oberfläche negative Krümaungen innerhalb des Kreises der Wendepunkte hat und positive Krümmungen meridional und negative Krümmungen transmeridional peripher zu dem Kreis von Wendepunkten«

Das

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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgeinäße Vor-.-, richtung können ebenfalls verwendet werden, um negative Rotationsoberflächen zu erzeugen, zu schleifen und zu polieren, die einen bestimmten zentralen Bereich haben, der entweder sphärisch oder asphärisch ist, wobei dieser Bereich mit einem Umfangsbereich verbunden ist, der entweder sphärisch oder asphärisch sein kann, sich jedoch von diesem Umfängst bereich optisch unterscheidet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor- w richtung können zur Herstellung von Glas-und Metallrotationsoberflächen verwendet werden, die als Formen zum Ausformen und Gießen von Kunststofflinsen dienen sowie zur Erzeugung, zum Schleifen und Polieren von Linsenoberflächen, und zwar direkt aus optischem Material.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können ebenfallß verwendet werden, um iiotationsoberflächen von positiver Krümmung zu erzeugen, zu schleifen und zu polieren, die im allgemeinen eine torische Form haben, und die Beschreibung dieses Aspektes der Erfindung folgt der zur Erzeugung, zum Schleifen und Polieren von Rotationsoberflächen, die im allgemeinen konkav sind.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind insbesondere zum Polieren von konkaven Hotationskonikoiden geeignet, die als Kornea-Oberflache asphärischer Kontaktlinsen dienen.

Die Form eines Hotationskonikoides einschließlich der gestreckten ^llipeoide, der Paraboloide und der Hyperboloide kann durch die Exzentrizität e spezifiziert werden, wobei e die Änderung des Brennpunktradius eines Meridianschnittes

des 009810/0383

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des Konikoides bezüglich der Scheiteltiefe der Oberfläche ist. Als Differentialgleichung ausgedrückt ergfct sich folgende Beziehung:

e = df/dx (i),

in der f der Brennradius des konischen Abschnittes ist und χ die Koordinate längs der Rotationsachse des Konikoids, wobei der Scheitel des Konikoids der Nullpunkt ist. Die Rotationsflächen zweiter Ordnung oder die Rotationskonieide sind eine spezielle Klasse von Oberflächen, deren Formen durch die Exzentrizitäten bestinet werden können, wobei die Exzentrizität für irgendein gegebenes Konikoid ein Konstante ist.

Charakteristisch für die eben genannten Konikoicle ist die Tatsache, daß die aeridionalen und transneridionalen Krümmungen kontinuierlich und regelnätiig vom Scheitel nach außen als Funktion des Spitzenradius der Krümmung und der Exzentrizität eines jeden Konikoids abnehmen. Dies gilt auch flir das gestreckte Ellipsoid bis zum Schnittpunkt der Meridionalkurve und der kleinen Achse des elliptischen Meridiansohnittes.

Es gibt zahlreiche andere Hotationsoberfläclien mit Spitzennabelpunkten, die den Kotationskonikoiden ähnlich sind, und für einen Bereich in deren Spitzen oder Scheiteln kann man die Form dieser Oberflächen in Teraien der Exzentrizität bestimmen.

Wenn jedoch das volle Ausmaß einer derartigen überfläche in Betracht gezogen wird, so kann deren Form nicht durch eine einzelne Zahl, beispielsweise die Exzentrizität, bestimmt werden. Diese nicht konikoideu Ilotationsoberflachen können an ihren Spitzen oder Scheiteln durch Konikoide berührt werden, und eine spezielle

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zielle nicht konikoidische Oberfläche wird durch ein spezielles Konikoid berührt, das durch seinen Spitzenkrümmungsradius und die Exzentrizität bestimmt ist. Über den Berührungsbereich hinaus und bis zur Umfangsgrenze hin kann die Rate der Abnahme der meridialen Krümmung der nicht konikoidisehen Oberfläche gegenüber der des berührenden Konikoides zunehmen, so daß das Konikoid unterhalb der nicht konikoidisehen Oberfläche liegt oder die Rate der Ahnahme der meridionalen Krümmung der nicht konikoidischen Überfläche kann bezüglich der des berührenden Konikoides abnehmen, so daß, obwohl die nicht konikoi-} dische Oberfläche eine solche ist, deren meridionale Krümmung zum Umfang hin abnimmt, das berührende Konikoid außerhalb dieser Oberfläche liegt.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen*

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die modifizierte Konikoidbögen zeigt, die von einem Konikoid und einem Kreis berührt werden,

Fig.2A, 2B und 2B Schnitte glockenförmiger Oberflächen, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine im allgemeinen konvexe

torische Oberfläche,

' Fig. 4 eine schematische Darstellung der Fig. 3, an der die

Prinzipien der Erfindung erläutert werden,

Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche die sich berührenden im allgemeinen konvexen und im allgemeinen konkaven Oberflächen zeigt,

Fig. 6a - 6f Darstellungen der Veränderungen der Kontaktbereiche am Werkstück, wenn eine relative Dreh- oder Schwingbewegung zwischen einem konkaven Werkstück und eine» konvexen Werkzeug stattfindet,

Fig. 7

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Fig. 7 eine Seitenansicht des in Fig.5 dargestellten konvexen Werkzeuges, welche eine Folge von Abschleifbereichen zeigt, wenn das Werkstück eine Schwenkbewegung durchführt,

Fig. 8 eine Draufsicht auf das in Fig.5 dargestellte Werkzeug, welches die gleiche Folge von Schleifbereichen während der Schwenkbewegung des Werkstücks zeigt,

Fig. 9 eine Schnitt ansicht durch ein Linsenwerkstück und dessen Halter, wobei gezeigt werden kann, wie dieses Werkstück gehalten werden kann, während es sich in Kontakt mit dem Werkzeug befindet,

Fig.10 und Ii schematische Ansichten, die der Fig.4 entsprechen, wobei die Erfindung erläutert wird, wenn der Semimeridianschnitt des Werkzeugs einen elliptischen Bogen enthält, wobei Fig.10 den Krümmungsmittelpunkt des elliptischen Bogens in der äquatorialen Symmetrieebene des Werkzeugs unterhalb der Rotationsachse des Werkzeugs zeigt und Fig.11 den gleichen Mittelpunkt oberhalb der Achse,

Fig.12, 13 und 14 schematische Darstellungen ähnlich wie Fig. 4, die die Erfindung erläutern, wenn der Semimeridianschnitt des Werkzeugs ein Zykloid ist, wobei der Krümmungsmitte lpunkt des zykloidalen Bogens an der äquatorialen Symmetrieebene des Werkzeugs auf, unterhalb oder oberhalb der Rotationsachse des Werkzeugs liegt, Fig. 15, 16 und 17 schematische Darstellungen, die der Darstellung in Fig.4 entsprechen und die die Erfindung erläutern, wenn der Semimeridianschnitt des Werkzeugs die Involute eines Kreises ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Involute an der äquatorialen Symmetrieebene des Werkzeugs auf, unterhalb und oberhalb der Rotationsachse des Werkzeugs liegt,

Fig,

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Fig.18, 19 und 20 schematische Darstellungen, die den Fig. 15, 16 und 17 entsprechen, wobei hier lediglich eine kleinere Kreisevolute CF und CF¹ vorgesehen ist,

Fig.21 eine schematische Darstellung, die einen Grenzfall der Fig.18, 19 und 20 zeigt, bei dem die Kreisevolute auf Null vermindert ist,

Fig.22 einen Meridianschnitt eines Werkzeugs ähnlich wie Fig.21, wobei jedoch der Meridianschnitt ein elliptischer Bogen ist,

Fig.23 einen Meridianschnitt ähnlich wie Fig.22, mit der Ausnahme, daß die Rotationsachse des Werkzeugs die Hauptachse des elliptischen Abschnittes in einem Abstand schneidet, der größer ist als die halbe Hauptachse ,

Fig.24 einen Meridianschnitt ähnlich wie Fig.22 mit der Ausnahme, daß die Rotationsachse des "Werkzeugs die Hauptachse des elliptischen Abschnittes in einem Abstand schneidet, der geringer ist als die halbe Hauptachse,

Fig.25 und 26 Ansichten von Vorrichtungen zur Durchführung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die beiden Ansichten um 90° gegeneinander versetzt sind,

Fig.27 eine Teilschnittansicht, gesehen von der Linie 27-27 der Fig.25 aus,

Fig.28 eine Seitenansicht des Werkzeugs der ersten Ausführung sform der Erfindung, wobei ein Poliertuch im Schnitt gezeigt ist,

Fig.29 Elemente, die bei der Vorrichtung von Fig.25 und 26 verwendet werden können, um die zweite Ausführungsform der Erfindung zu verwirklichen,

Fig.30 eine vergrößerte Ansicht des unteren linken Abschnittes der Fig.29,

Fig.31 eine Draufsicht auf den Werkstückhalter, der in Fig.29 verwendet werden kann

und

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und

Fig.32 eine Draufsicht auf Teile, die auf der rechten Seite der Fig.26 verwendet werden können.

In Fig,l sind die Meridianschnitte von zwei nicht konikoidbaohen Oberflächen Y und Z dargestellt und ein diese berührendes Konikoid, welches innerhalb einer der Meridianschnitte Y und außerhalb des anderen Z liegt. Weiterhin wurde der Berührungskreis W dargestellt, dessen Radius gleich dem Scheitel- oder SpifczenkrUmmungsradius der drei Meddianschnitte ist. Die Meridianschnitte der nicht konikoidischen Oberflächen, die in Fig. 1 dargestellt sind, entsprechen denen anderer Rotationsoberflächen, die den Rotationskonikoiden ähneln, die eben beschrieben sind. Derartige nicht konikoidischen Oberflächen, deren MeidionalkrUjuning kontinuierlich und regulär vom Scheitel zum Umfang hin abnimmt und die den berührenden Konikoiden sehr ähnlich sind, wurden als modifizierte Konikoide bezeichnet,

Die Form der Meridianschnitte dieser nicht konikoidischen Rotationsoberflächen kann in Termen der Exzentrizität, jedoch in allgemeiner Form wie beispielsweise in Form einer Taylor-Reihe ausgedrückt werden, welche die Änderungsrate der Exzentrizität berücksichtigt. Unter Verwendung der MacLaurin'sehen Formen ergibt sich:

e = df/dx + (d²r/dx²)x + (d³f/dx³)x² + d⁴f/dx⁴)x³ ..., (2)

wobei e als generalisierte oder effektive Exzentrizität bezeichnet werden kann. Es sei bemerkt, daß, wenn die Ableitungen von e = df/dx verschwindet, die verallgemeinerte Exzentrizität die einfacue Exzentrizität wird, wie sie in der Gleichung (i) gekennzeichnet wurde, so daß die Exzentrizität ein Grenzfall der verallgemeinerten Exzentrizität ist.

Mittels

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Mittels der Gleichung (2) kann die Form oder die volle Erstreckung eines Meridianschnittes eines modifizierten Konikoides in Termen der Exzentrizität und deren Ableitungen bestimmt werden. Wenn die Ableitungen ein negativer Beitrag zur verallgemeinerten Exzentrizität sind, so liegt das modifizierte Konikoid innerhalb d·« Berührungskonikoides. Eine derartige verallgemeinerte Exzentrizität soll als Hypoexzentrizität bezeichnet werden, und das modifizierte Konikoid als hypoexzentrisch. Wenn die Ableitungen ein positiver Beitrag zur verallgemeinerten Exzentrizität sind, so liegt das

fe modifizierte Konikoid außerhalb des Berührungskonikoides.

Eine derartige verallgemeinerte Exzentrizität soll als Hyperexzentrizität bezeichnet werden, und das modifizierte Konikoid als hyperexzentrisch. Wenn die Ableitungen der verallgemeinerten Exzentrizität verschwinden, 1st die Oberfläche ein Konikoid, welches entsprechend der vorstehenden Terminologie eine exzentrische Oberfläche ist, deren Form durch deren Exzentrizität bestimmt ist. Alle hypoexzentris'chen und hyperexzentrischen modifizierten Konikoide, die von einem Konikoid mit spezieller Exzentrizität berührt werden, bilden eine Familie von isoexzentrischen Oberflächen, die ebenfalls die exzentrischen Oberflächen umfassen, deren Exzentrizität die Familie bestimmt, und irgendeine gegebene Familie von isoexzentrischen

* Oberflächen ist ferner durch einen Größenfaktor bestimmt, der der Scheitelkriimmungsradius ist. In einer Familie von isoexzentrischen Oberflächen kann der Grad der Hypoexzentrlzität oder Hyperexzentrizität eines modifizierten Konikoides in allgemeinen Ausdrücken als minimal, schwach oder stark bezeichnet werden, und zwar in Abhängigkeit vonÄer Rate, mit der das modifizierte Konikoid in der Krümmung von dem berührenden Konikoid abweicht,,

Glockenförmige Rotationsoberflächen können an ihren Scheiteln ebenfalls von Rotationskonikoiden mit gegebenen Scheitel«

krümmunga-

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krümmungsradius und Exzentrizitäten berührt werden, sich jedoch von modifizierten Konikoiden dadurch unterscheiden, daß der Meridiansohnitt einer kugelförmigen Oberfläche einen Wendepunkt hat, d.h. einen Punkt, an dem sioh die Krümmung umkehrt. Die Formen von Meridianschnitten der glockenförmigen Oberflächen können ebenfalls mittels der Gleichung (2) ausgedrückt werden, und zwar in Termen der allgemeinen Exzentrizität. Die Fig. 2A Und 2B und 2C sind Beispiele von glockenförmigen Oberflächen.

Später sollen derartige glockenförmigen Rotationsoberflächen als allgemeine Konikoide behandelt werden.

Die Anfangsstufe der Erzeugung einer optischen Oberfläche umfaßt das verhältnismäßige schnelle Entfernen einer relativ großen Menge des optischen Materials, wobei-jedoch nicht notwendigerweise- dies im allgemeinen mit Werkzeugen erfolgt, die Schleifdiamantteilchen aufweisen, um eine rauhe Oberfläche von gewünschter Kontur zu erhalten, und zwar im Gegensatz zum Schleifen einer optischen Oberfläche, wobei verhältnismäßig geringe Mengen des Materials entfernt werden, um die Oberfläche zu glätten und um die Kontur zu vervollständigen, und zwar als Vorarbeit für das Polieren. Alternativ kann die gewünschte Kontur auch daduroh an einem optischen Material erzeugt werden, daß anfangs mit großen Schleifteilchen geschliffen wird, bis die gewünschte Oberflächenkontur erhalten ist und daß sich daran ein Sohleifen mit viel feineren Schleifsuspensionen anschließt, um eine sehr glatte Oberfläche zu erhalten, die dann poliert werden kann. Die Verwendung von mit Diamanten besetzten Läppwerkzeugen zum Sohleifen optischer Oberflächen anstelle einer abrasiven Suspension zwischen dem 'Läppwerkzeug und dem Werkstück macht es möglich, die optische Oberfläche in einem Arbeitsgang zu formen und zu glätten, und zwar so weit, daß dann mit dem Polieren begonnen werden kann.

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In diesen Fällen kann das Erzeugen und Schleifen als ein Arbeitsgang betrachtet werden. Die kombinierten Verfahren sind insbesondere bei der Formung von Kunststoff von Bedeutung, wobei Methyl-Methaorylat ein Beispiel eines derartigen Kunststoffes ist, wobei bei diesem Verfahren das Werkstück schnell abgetragen werden kann und ferner sind diese Verfahren bei der Formung von Glas von Bedeutung, welches bereits fast die gewünschte Form hat, und zwar durch den vorhergehenden Gießvorgang. Bezüglich des Polierens einer geglätteten optischen Oberfläche sei bemerkt, daß dieser Vorgang dem SchleifVorgang P entsprechen kann mit der Ausnahme, daß das Schleifwerkzeug oder Schleifläppwerkzeug aus einer verhältnismäßig nachgiebigen Substanz hergestellt oder mit dieser bedeckt ist, wie beispielsweise Pech, Kanada - Balsam oder Filz. Das Schleifmittel ist eine Suspension von außerordentlich feinen Teilchen, wie beispielsweise Ceriumoxyd, Zinnoxyd oder Polierrot, Das Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen, Schleifen und Polieren gemäß der Erfindung können im wesentlichen gleich sein.

Gemäß der Erfindung werden beia E_rzeugen, beim Schleifen und Polieren das gleiche Verfahren und die gleiche Vorrichtung verwendet. Zum Erzeugen und Schleifen kann das erfindungs gemäße Werkzeug aus Gußeisen oder einem anderen iMetall bes tehen oder aus Kunststoff oder aus einem Hartfasermaterial und dieses Werkzeug kann mit losen Schleifteilchen, wie beispielsweise Karbοrundum oder Schmiergel verwendet werden. Alternativ können die Erzeugungs- und Schleifwerkzeug aus einem Metall gefertigt sein,welches mit Diamantteilchen beladen ist, wobei diese Werkzeuge mit einem flüssigen Schraier- und Kühlmittel verwendet werden, so daß lose Schleifteilchen oder eine Schleifteilchensuspension dem Werkzeug nicht während der Erzeugung und des Schleifens zugeführt werden muß. Bevorzugt werden diamantenbeladene Werkzeuge verwendet, da diese

wiederholt

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-Ii-

wiederholt verwendewt werden können, um eine außerordentlich große Anzahl von optischen Oberflächen zu erzeugen und zu schleifen, ohne daß ein beträchtlicher Verschleiß auftritt, während nicht diamantbeechickte Werkzeuge sehr schnell verschleißen» In folgenden sollen die Erzeugungs- und Schleifwerkzeug« als solche betrachtet werden, die mit Diamanten beschickt sind, obwohl bemerkt sei, daß das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung auch die Verwendung von sowohl diamantenbeschickten Werkzeugen als auch Werkzeugen ohne Diaaantteilchen umfassen« Zum Polieren wird das Werk- ■ zeug mit einem anhaftenden weichen Tuch bedeckt, wie beispielsweise Velveteen, das von der Firma Econ-O-Cloth, Cicago, Illinois hergestellt wird. Eine Suspension von Polierteil- ' ohen, wie beispielsweise Zinnoxyd, wird dauernd dem Polier- , erkzeug während des Poliervorganges zugeführt, <

Wenn eine schnelle Erzeugung einer optischen Fläche gewünscht j wird, weisen die Diamantenteilchen des Werkzeuges relativ große Abmessungen auf. Die erzeugte Oberfläche ist dann rauh und ι ist mit Spitzen und Kratzern Übersät* Bisher hat das Entfernen dieser Spitzen und jÜatzer, die nach dem Erzeugen einer

fr

asphärischen konkaven optischen Rotationsoberfläche verbleiben) ein Schleifen erforderlich gemacht, daß

1. ein exakt passendes, koaxial starres Schleif- und Läppwerkzeug benötigt, welches sich gegen die Linsenoberfläohe dreht, wobei eine dünne Schicht einer abrasiveh Suspension zwischen den beiden Oberflächen vorhanden ist, -wobei es sich um ein Verfahren handelt, welches dazu » neigt, konzentrische Nuten in der optischen Oberfläche \ zu erzeugen sowie Fehler am Scheitel und ;

2. Sciileifeinrichtungen erfordert, die von der Elastizität oder Flexibilität des verwendeten Schleifmaterials als Werkzeugoberfläche abhängig sind, wobei noch die Halterungsbauteile in Betracht gezogen werden müssen, und

3.

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3« die Verwendung einer Vielzahl von kleinen Metallfacetten als Schleifmittel erfordert, wobei jede Facette unabhängig gegenüber Ar benachbarten Facette verschiebbar ist.

Bei den beiden zuletzt genannten Bedingungen mußj obowhl ein Glätten der Oberfläche erreicht werden kann, größte Sorgfalt beachtet werden, um die erzeugte Oberfläche nicht zu deformieren. Weiterhin 1st es unmöglich, die beiden zuletzt genannten Schritte bei kleinen stark gekrümmten, konkaven Oberflächen von Kontaktlinsen zu verwenden, ohne ganz erheblich die Oberfläche zu deformieren.

Beim Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung kann ein Werkzeug alle diese Verfahrensstufen durchführen, wenn es, wie noch beschrieben werden soll, verwendet wird» Mit einem einzigen Werkzeug kann eine große Anzahl von konkaven, asphärischen Rotationsoberflächen erzeugt und geschliffen werden und andere ähnliche glockenförmige Oberflächen, die noch beschrieben werden sollen, ohne daß konzentrische Nuten in der Oberfläche erzeugt werden oder Beschädigungen an der Scheiteloberfläche. Ein einziges starres Werkzeug, welches zum Polieren eingerichtet ist, wird mit einem anhaftenden weichen Poliertuch bedeckt und mit diesem kann eine große Anzahl von gemäß dem Vorstehenden geschliffenen Oberflächen poliert werden, ohne daß deren Oberflächenkontur durch das Polieren wesentlich verändert wird. Im folgenden soll, um Wiederholungen zu vermeiden, beim Verfahren und derVorriehtung nach der Erfindung lediglich vom Schleifen gesprochen werden, obwohl bemerkt werden muß, daß diese Umschreibung auch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung zur Erzeugung optischer Oberflächen und zum Polieren optischer Oberflächen mit umfaßt.

Das Schleifwerkzeug nach der ersten Ausführungsform der Erfindung weist eine kappenförmige Rotationsoberfläche auf, die symmetrisch um eine Ebene senkrecht zur Drehachse ver-

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läuft. Diese Ebene soll im folgenden als Äquatorialebene bezeichnet werden und der kreisförmige Schnitt der Oberfläche und dieser Ebene soll als Äquatorialkreis oder Äquator bezeichnet werden. Ein Meridianschnitt des Schleifwerkzeuges kann eine von verschiedenen Formen haben. Das wesentliche Merkmal aller erfindungsgemäßen Werkzeuge ist jedoch das, daß der transmeridionale Krümmungsradius kontinuierlich und regulär von einem Minimalwert-am Äquator des Werkzeuges oder an einem vorbestimmten Kreis in der Nähe des Äquators des Werkzeuges aus zunimmt bis zu einem maximalen Wert_; an dem vom Äquator am weitesten entfernten Kreis, Der meridionale Krümmungsradius kann kontinuierlich und regulär von einem maximalen Wert am Äquator bis zu einem minimalen Wert an dem Punkt abnehmen, der von der Äquatorialebene am weitesten entfernt ist oder er kann konstant bleiben oder er kann kontinuierlich oder regulär von einem Minimalwert am Äquator zu einem maximalen Wert zunehmen, und zwar an dem Punkt, der von der Äquatorialebene am weitesten entfernt ist. In jedem Fall ist der transmeridionale Krümmungsradius zwischen den nahe-liegenden und entfernt liegenden Breitenkreisen größer als der meridionale Krümmungsradius.

Eine Ausführungsform eines Schleifwerkzeuges nach der Erfindung,welche erfolgreich zum Schleifen und Polieren von konkaven, asphärischen Rotationsoberflächen verwendet wurde, ist in Fig. 3 dargestellt, Fig. 4 ist eine Ansicht senkrecht zu einer Schnittebene von Fig. 3, beispielsweise einer Meridianschnittebene des Werkzeuges. Dieser Schnitt enthält die Rotationsachse X¹X des Werkzeuges. Da das Werkzeug symmetrisch um X'X ist, woll die Geometrie lediglich des gebogenen Abschnittes der oberen Hälfte der Fig. 4 erläutert werden. Dieser gebogene Abschnitt soll im folgenden als Semimeridianschnitt des Werkzeuges beschrieben werden. Es sei bemerkt,

daß

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daß alle Meridianschnitte einer Rotationsoberfläche identisch und symmetrisch zur Rotationsachse sind. Der Bogen AΒλ ist eine Hälfte einer Ellipse, deren Hauptachse A¹A ist und deren kleine Achse B¹B ist. Diese beiden Achsen verlaufen parallel und senkrecht zur Achse X¹X und schneiden sich an einem Punkt 0, der geometrischen Mitte der Ellipse, deren halbe Hauptachse OA die Länge Qt hat und deren halbe kleine Achse OB die Länge ρ hat. Der Punkt C an einem Ende der Evolute des elliptischen Bogens A¹BA befindet sich am senkrechten Schnittpunkt der ^ kleinen Achse B¹B der Ellipse.und der Rotationsachse X¹X des Werkzeuges und befindet sich deshalb in der Mitte des äquatorialen Breitenkreises des V/erkzeuges. Die Punkte B und E liegen an entgegengesetzten Seiten des Werkzeuges.

Der Bogen CP ist der Zweig der Evolute des Meridiansßhnittes des Werkzeuges, der dem elliptischen Bogensegment BA entspricht, und wegen der Symmetrie um die Äquatorialebene ist der Bogen CP· der Zweig der Evolute des Meridianschnittes des Werkzeuges, der dem elliptischen Bogensegment BA¹ entspricht. Da der Krümmungsradius eines jeden Punktes auf einem elliptischen Bogen der Abstand längs der Normalen von diesem Punkt auf dem Bogen zum tangentialen Berührungspunkt der Normalen f mit der Evolute des Bogens ist, ist der Krümmungsradius r = CB des elliptischen Bogens am Äquator des Werkzeuges, d.h. der meridionale Krümmungsradius des Werkzeuges an diesem Punkt exakt gleich dem transmeridionalen oder äquatorialen Krümmungsradius, uer Äquatorkreis des Werkzeuges ist eine Nabellinie. An allen Punkten längs des elliptischen Meridianbogens in zunehmenden Abständen vom Äquator nimmt der transmeridiohale Krümmungsradius des Werkzeuges zu, während der meri-dionale Krümmungsradius abnimmt» Dies ist in Fig. 4 durch eine Reihe von Punkten 1, 2, 3 und 4 längs des elliptischen Mer-idianbogens veranschaulicht. Aufeinanderfolgende Senkrechte von diesen Punkten verlaufen tangential zur Evolute CF, und es

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ergeben sich fortlaufend abnehmende Abstände, während die Senkrechte die Rotationsachse des Werkzeuges X¹X an Punkten I¹, 2¹, 3' und 4* schneiden, wobei diese Schnittlinien fortlaufend an Länge zunehmen, und es handelt sich hierbei um die Abstände 1-i·, 2-2', 3-3· und 4-4' und dies sind die transmeridionalen Krümmungsradien der Punkte 1, 2_t 3 und 4 am Werkzeug.

Die kontinuierliche Zunahme des transmeridionalen Krümmungsradius des Werkzeuges tob Äquator oder einem naheliegenden Breitengrad nach außen ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Werkzeuges. Im folgenden soll dieser Aspekt der Werkzeuggestaltung als trans-mondsichelförmig bezeichnet werden. Ein Werkzeug mit einem geringen Grad an Transmondsichelförmigkeit verändert verhältnismäßig langsam den transmeridionalen Krümmungsradius längs eines Meridians des Werkzeuges vom Äquator oder einem vorbestimmten Breitenkreis aus, während ein etwa ähnliches Werkzeug, welches einen höheren Grad von Transmondsichelförmigkeit aufweist, verhältnismäßig schnell den transmeridionalen Krümmungsradius längs eines Meridians ändert, und zwar vom Äquator oder einem vorbestimmten Breitenkreis aus.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel eines V.erkzeuges, welches gemäß der Beschreibung der Fig. 3 und 4 verwendet wurde, ist das folgende: r = 4?B, d.h. der Radius des Äquatorkreises betrug 7,5 min und diese Größe ist gleich der meridionale Krümmungsradius am Äquator. Der elliptische Bogen des Halbmeridianschnittes ist der einer Ellipse mit einer Exzentrizität e = 0,5. Die Länge des Werkzeuges A¹A = 2 Qt , wobei <£ die Länge der halben Hauptachse der Ellipse ist, beträgt 13 mm, während $ die Länge der halben kleinen Achse der Ellipse ist und 5,63 mm betragt.

Die

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180309§

Die Beziehung zwischen Ot ι r und e wird durch die folgende Gleichung gegeben;

OC₅₅ r (i - B²m (3)

Die Beziehung zwischen fl , «6 und r wird durch die folgende Gleichung gegeben:

fi ⁼ et⁸/»

Mittels der Gleichungen (3) und (4) kann ein großer Bereich Ψ von Werkzeugfonnen der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Grund-* form gestaltet werden.

In Fig. 5 ist das Werkzeug des vorstehenden Beispiels zusammen mit einem Werkstück dargestellt, welches als Schleiffläche eine negative Conicoid-Rotationsflache hat, die in zwei verschiedenen Stellungen aufgebracht 1st. Diese negative Oberfläche, die im folgenden als Arbeitsoberfläche bezeichnet werden soll, λτεist einen Scheitelkrümmungsradius von 7,5 mm und eine Exzentrizität von 0,7 und einen Durchmesser von Ii mm auf. Das Werkstück kann aus Methylmethacrylat bestehen und ist etwa in der Mitte 3 mm dick. Diese zusätzliche Materialstärke wird später bei der Fertigbearbeitung der vorderen Oberfläche der Linse entfernt. Das Werkstück wird in einem Werkstückhalter gehalten, der noch beschrieben werden soll und dem Werkzeug zugeführt, wobei die Achse der Arbeitsoberfläche in der Ä uatorialebene liegt, so daß das Werkzeug die negative conicoidische Arbeitsoberfläche am Scheitel berührt. Das Werkstück kann gegen das Werkzeug durch Einwirkung der Schwerkraft oder mittels mechanischer Einrichtungen gehalten werden. Das Werkzeug wird um seine Rotationsachse mit etwa 1000 u/min gedreht und zwar durch Einrichtungen, die noch beschrieben werden sollen und das Werkstück und dessen Halter werden gleichfalls um ihre gemeinsame Rotationsachse mit einer etwas geringeren Dreh zahl gedreht, und zwar mit Einrichtungen, die noch beschrieben

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werden

werden sollen. Die Drehzahl liegt zwischen etwa 60 bis zu etwa 300 U/min. Gleichzeitig schwingen das sich drehende Werkstück und derHalter glatt längs des Werkzeuges in einer Meridianrichtung des Werkzeuges mit einer Frequenz von etwa 60 Schwingen pro Sekunde. Der Bereich der Schwingungen, der im folgenden als Hub bezeichnet werden soll, erstreckt sich von der Anfangsstelle oder der dem Äquator zunächst liegenden Stelle zu einer Endstellung, an der der Umfang der Werkstückoberfläche geschliffen wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Lediglich eine Hälft* des Werkzeuges, d.h. eine Seite des Äquators wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Bei dem AusfUhrungsbeispiel erstreckt, sich der Hub über eine Strecke von etwa 5 mm längs eines Meridians der Sohleifoberfläche des Werkzeuges und während dieses Hubes hat die Auswanderung der Rotationsachse der Werkoberfläche ihre Neigung um etwa 50 gegenüber der Anfangslage geändert.

Bei diesem Schleifverfahren ist das Glätten der bearbeiteten Oberfläche ein kontinuierlicher Vorgang, bei dem der Bereich der Werkstückoberfläche zwischen dem Scheitel und dem Umfang in kontinuierlich nach außen und nach innen sich bewegenden Zonen entsprechend den in Breitenrichtung verlaufenden Gleitbewegungen des Werkstückes am Werkzeug geschliffen wird und zwar vom Äquator fort und zum Äquator hin.

Die Fig. 6a bis 6f zeigen auf der Arbeitsoberfläche sechs aufeinanderfolgende Stellungen der sich nach aufwärts bewegenden Schleifkontaktzähne, die sich bei einem einzelnen Hub des Werkstückes ergeben. Wenn sich das drehende Werkstück über dem Äquator des sich drehenden Werkzeuges befindet, wird der Scheitelbereich der Arbeitsoberfläche geschliffen (Fig.6a) und wann sich die Werkstückoberfläche glatt längs des Werkzeuges vom Äquator fortbewegt, wird der stärker gekrümmte Scheitelbereich der Arbeitsfläche allmählich vom Werkzeug abgehoben und dies führt zu einen gekrümmten Bereich des Schleifkontaktes zwischen dem Werkzeug und der Werkstüokober-

009810/0383 fläche

fläche, der abgeflacht ist. Dieser gekrümmte Bereich des Kontaktes ist etwas nach oben konvex gekrümmt, wie Fig. 6b zeigt. Bei einer weiteren Bewegung des Werkstückes in Breitenrichtung (Fig, 6c und 6d) unterteilen sich die Bereiche des Schleifkontaktes zwischen der Werkstückoberfläche und dem Werkzeug allmählich in zwei symmetrisch gekrümmte Schleifkontaktbereiche, zwischen dem sich drehenden Werkzeug und der sich drehenden Yferkstückoberfläche, die sich weiter ausbreiten, wodurch die Werkstückoberfläche weiterhin vom Werkzeug abgehoben wird« Diese gekrümmten Schleifkontaktbereiche (Fig. 6d) sind stärker nach oben gekrümmt sowie auf der Werkstückoberfläche, die gekippt ist, weiter nach oben verschoben. Als eine Folge der Mondsichelförmigkeit des Werkzeuges und der Bewegung in Breitenkreisrichtung der Werkstückoberfläche wird der mittlere Bereich der sich drehenden Werkstückoberfläche, der außer Kontakt mit der Oberfläche des sich drehenden Werkzeuges gelangt, vergrößert. Mit einer weiteren Bewegung in Breitenkreisrichtung der Werkstückoberfläche verschieben sich, wie die Fig. 6e und 6f zeigen, die beiden symmetrischen gebogenen Schleifkontaktbereiche zwischen dem sich drehenden Werkzeug und der sich drehenden Werkstückoberfläche kontinuierlich zum Umfang auf der Werkstückoberfläche hin, wo diese gekrümmten Schleifkontaktbereiche obwohl sie wtwas kürzer sind, stärker nach oben gekrümmt sind. Die gesamte Werkstückoberfläche wurde kontinuierlich und regulär einem Schleifvorgang unterzogen wonach die Hubrichtung umgekehrt wird, wobei die Folge der Schleifkontaktbereiche ebenfalls umgekehrt wird.

Fig. 7 ist eine Seitenansicht des in Fig. 5 dargestellten Werkzeuges, wobei die Folge von Schleifkontaktbereichen auf der Werkzeugoberfläche mit a bis f bezeichnet sind, wobei diese Folge der Folge von Schleifkontaktbereichen auf der Werkstückoberfläche entspricht, die in den Fig. 6a bis 6f dargestellt sind. Es sei bemerkt, daß ein Blick auf die Werkstückoberfläche von der entgegengesetzten Richtung ein Spiegelbild der Fig. 7 ergibt, da die Schleifkontaktbereiche auf

der

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der Werkzeugoberfläche symmetrisch um die senkrechte Meridianebene verlaufen, die der Zeichnungsebene der Fig. 7 entspricht, da die Rotationsachse der Werkstückoberfläche in einer senkrechten Ebene liegt«

In Fig. 8 ist eine Draufsicht auf das in Fig. 5 dargestellte Werkzeug gezeigt, wobeidie gleiche Folge von symmetrischen Schleifkontaktbereichen dargestellt ist, die auf einer Seite der Symmetrieebene in Fig. 7 gezeigt ist. Es sei bemerkt, daß diese Schleifkontaktbereiche augenblickliche Stufen während des Schleifverfahrens darstellen, welches tatsächlich kontinuierlich und glatt verläuft. Bei dem neuen Schleifverfahren und der neuen Schleifvorrichtung nach dieser Au sf Uli rungs form der Erfindung bewegen sich bei jeder Schwingungsbewegung die Schleifkontaktbereiche zwischen der Werkstückoberfläche und dem Werkstück kontinuierlich und regulär von einem einzigen Schleifkontaktbereich zentral auf der Werkstückoberfläche zu einem Paar symmetrisch angeordnete periphere gebogene Schleif- ■ kontak tbere iclit» auf der Werkstückoberfläche und dann zu einem einzelnen Schleifkontaktbereich zurück, während auf der Oberfläo he des Werkzeuges die zugeordneten Schleifkontaktbereiehe sich kontinuierlich und regulär in Breitenkreisrichtung auf dem Werkzeug bewegen.

Zum Schleifen von kontinuierlichen asjlürischen Oberflächen nuß der Hub glatt und kontinuierlich sein, d.h. es darf dem Werkstück nicht erlaubt werden, irgend einer Stelle während des Hubes zu verweilen, mit Ausnahme des Momentes an den Enden des Hubes, wenn die Hubrichtung umgedreht wird. Für die Zwecke der Erfindung sind die Schwingungen des Werkstückes hauptsächlich im wesentlichen einfache harmonische Bewegungen, die sich von einer eehten harmonischen Bewegung dadurch unterscheidet, daß das Werkstück einer gebogenen Bahn folgen muß, wenn sich dieses in Breitenkreisrichtung längs des Werkzeuges bewegt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Art der Schwingungen verändert werden kann, um eine Anpassung an spezielle Schleifbedingunsen

zu 009810/0383

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zu erreichen* Beispielsweise soll noch gezeigt werden, daß in bestimmten Fällen es der Werkstückoberfläche erlaubt werden kann» in bestimmten Lagen zu verweilen, um Oberflächen zu erzeugen, die in zwei oder mehr unterschiedliche Zonen unterteilt sind. Die Schwingungen, die regulär und kontinuierlich sind, können sieh merkbar von einer einzigen harmonischen Bewegung unterscheiden, um bestimmte Bereiche der Werkstückoberfläche einer ungewöhnlich starken Sehleifbearbeitung zu unter-* ziehen·

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung zum

Schleifen von kontinuierlichen asphärischen Oberflächen ist ψ nicht nur das Schleifen ein kontinuierlicher Vorgang, der sich über die gesamte Werkstückoberfläche hinbewegt, sondern die Schwingbewegung hat die Wirkung, daß der Verschleiß über die Oberfläche des Werkzeuges hinweg verteilt wird. Da sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück sich drehen und da zusätzlich' das Werkstück schwingt, liegen weiterhin die Kontaktpunkte auf den beiden Oberflächen immer auf sich kreuzenden Bewegungsbahnen, so daß zu keiner Zeit währnd des Schl©ifvorgang©s eine parallele Bewegung zwischen einem Funkt, auf dem sich drehenden Werkzeug und einem Kontaktpunkt auf der Werkstückoberfläche stattfindet« Demzufolge wird der Scheitel der Werkstückoberfläche nicht deformiert noch werden konzentrische Nur :_t ten oder Ringe in der Werkstückoberfläche ausgebildet«

Die Hublänge, die zum Schleifen einer gesamten Werkstückoberfläche erforderlich ist, ist eine Punktion von verschiedenen untereinander zusammenhängenden Variablen, die sich sowohl auf das Werkzeug als auch auf die Werkstückoberfläche beziehen. Die Variablen und ihre Beziehungen und Wirkungen können im allgemeinen wie folgend beschrieben werden!

1. die Größe der Werkstückoberfläche, d.h„deren Spitzenkrümmungsradius und deren Durchmesser. Ik allgemeinen ist der Hub proportional zur Größe der Oberfläche. Kleine, stark gekrümmte Oberflächen benötigen einea klelße» Hub verglichen mit großen weniger stark gekrümmten Oberflächen.

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ORtälNAL. INSPECTED

. Der Durchmesser der Werkstückoberfläche. Im allgemeinen daß, Je größer der Durchmesser einer speziellen Oberfläche ist, um so größer der erforderliche Hub sein muß und umgekehrt.

. Die Exzentrizität oder Hyperexzentrizität oder Hypoexzentrizität der Werkstückoberfläche. Im allgemeinen gilt, daß je größer die Exzentrizität ist, um so länger der erforderliche der erforderliche Hub ist. Wenn eine exzentrische Oberfläche die einen gegebenen Spitzenkrümmungsradius, eine gegebene Exzentrizität und einen gegebenen Durchmesser hat, eine spsifisohe Hublänge benötigt, dann benötigt eine Hypoexzentrisohe Oberfläche der gleichen isoexzentrisehen Familie vom gleichen Durchmesser einen kürzeren Hub, während eine hyperexzentrische Oberfläche der gleichen isoexzentrischen Familie einen längeren Hub benötigt.

Glockenförmige Oberflächen. Im allgemeinen benötigen glockenförmige Oberflächen einen längeren Hub als conicoide und modifizierte Coniooide von gleicher Höhe und mit gleichen Durchmesser.

Die Mondsichelförmigkeit des Werkzeuges. Für ein gegebenes Conicoid, ein modifiziertes Coniooid oder eine glockenförmige Oberfläche mit einem gegebenen Durohmesser und mit einem gegebenen Spitzenkrümmungsradius existiert eine Mondsichelförmigkeit des Werkzeuges, die nioht geringer sein kann als ein bestimmtes Minimum, wenn die gesamte Werkstückoberfläche geschliffen werden soll. Werkzeuge mit einer Mondsichelförmigkeit, die größer ist als dieses Minimum, schleifen diese Oberflächen und der Hub muß nicht maximal sein. Es wurde festgestellt, daß eine Mondsichelförmigkei^, die etwas größer ist als die minimal erforderliche verhältnismäßig lange Hubstrecken ermöglicht und ferner eine gewisse Bewegungsfreiheit zuläßt, um die Hublänge so einzustellen, daß das gleiche Werkzeug zum Sohleifen einer Reihe von Rotationsoberflächen verwendet werden kann, wobei dieser Bereich von hypoexzentrisohen zu hyperexzentrisehen verläuft, wobei die Hublänge kürzer oder länger ist, je nachdem

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ob die Oberflächen hypoexzentrisch oder hyperexzentrisch sind* Ein Bereich von glockenförmigen Oberflächen kann in gleicher Weise vom gleichen Werkzeug geschliffen werden, wenn die Mondsichelförmigkeit ausreichend ist.

6, Die Größe des Werkzeuges. Werkzeuge mit großem Gesamtdurchmesser werden zum Schleifen von optischen Oberflächen von großen Gesamtabmessungen verwendet und umgekehrt. Die Länge des Hubes ist im allgemeinen proportional zur Größe des Werkzeuges.

Es wurde dargelegt, daß die Hublänge unter anderen Variablen eine Punktion des Durchmessers der Werkstückoberfläche ist. Die tatsächliche Werkstückoberfläche kann jedoch übermäßig groß sein, so daß die gesamte Werkstückoberfläche nicht geschliffen werden muß, da das überschüssige Material später dadurch entfernt wird, daß der Durehmesser der Oberfläche vermindert wird. Sollte es zu irgend einer Zeit wünschenswert sein, den Bereich der Werkstückoberfläche, die geschliffen wird, zu vergrößern, so kann die Hublänge durch Einstellung der Vorrichtung vergrößert werden.

Wenn der Hub derart eingestellt ist, daß die Werkstückoberfläche bis zum Umfang hin geschliffen wird, dann sollte das Werkstück im Umfang kreisförmig sein und die Rotationsachse des Werkstückes und des Werkstückhalter müssen zusammenfallen. Es wurden Vorkehrungen getroffen, um das Werkstück genau zu zentrieren und auszufluchten und zwar dadurch, daß Werkstückhalter entwickelt und hergestellt wurden, die einen ausgesparten kreisförmigen Bereich aufweisen, in dem das Werkstück sitzt, daß dieses zentriert ist und koaxial zum Werkstückhalter verläuft. Das Werkstück und der Werkstückhalter werden dann um die gemeinsame Werkstück - Werkstückhalterachse während des Schleifvorganges gedreht. In Fig. 9 ist ein Meridianschnitt eines Werkstückhalters und eines zugeordneten Werkstückes dargestellt, wobei dieses Werkstück ein Kontaktlinsenrohling aus Kunststoff ist. Der verhältnismäßig große Durchmesser des

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Workstückhaltβrs ist vorteilhaft, um eine verhältnismäßig gleichförmige Drehzahl des Werkstückhalters und des Werkstückes während der Schwingung aufrecht zu erhalten, wenn diese Drehung als Ergebnis der Reibung der Werkstückoberfläche gegen die Oberfläche des sich drehenden Werkzeuges erzeugt wird, anstatt durch einen getrennten Mechanismus, der den Werkstückhalter und Sas Werkstück antreibt. Der Werkstückhalter besteht aus Metall wie beispielsweise Messing oder Eisen und wegen seines verhältnismäßig großen Durohmessers wi&fc der Drall, der auf den Werkstückhalter einwirkt, während dieser Werkstückhalter und das Werkstück über das Werkzeug hinweggeht, daß der Halter und das Werkstück mit einer im wesantlichen gleichförmigen Drehzahl während aller Phasen der Schwingung gedreht werden. Ss wurde ein Werkstückhalter verwendet, wie er in Pig. 9 gezeigt ist, um konkave aspbürisohe Rotationsoberfläohen von Kontaktlinsen zu schleifen, wobei der Werkstückhalter und das Werkstück gegen das Werkzeug mittels eines spitzen Metallstiftes gehalten werden, wobei die Spitze dieses Stiftes in einer konischen Aussparung 30 auf der Rückseite des Werkstückhalters sitzt, wobei Raum vorhanden ist, damit ein Schwingen um die Spitze herum stattfinden kann. Keine weitere Antriebskraft als die, dl-β durch die Reibung der Werkstückoberfläche an den sich drehenden Werkzeug erzeugt wird, war erforderlich, um die relativ gleiohförmige Drehzahl des Werkstückes und dessen Halter zu erzeugen, wobei diese Drehzahl während der Schwingung aufrecht erhalten wird. Bei der in den Fig. 25 bis 32 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Vorkehrungen getroffen, um den Werkstückhalter und des Werkstück mittels eines Drehantriebes zu drehen, wenn diese Drehung nicht durch die Reibung des Werkstückes in Kontakt mit dem sich drehenden Werkzeug erzeugt wird.

Wenn für eine gegebene Werkstückpberflache der Hub langer als erforderlich ist, so ist an einem Ende des Hubes die gesamte Werkstückoberfläche vom Werkzeug frei mit Ausnahme von den Kontaktpunkten an der Endkante der Werkstückoberfläche, die das Werkzeug berührt· Das Ergebnis ist eine Abstumpfung der

Kante 00981C/0383

ORlQiNALlNSPECTED

- 24 - ' /' ' . . . Kante der Werkstückoberfläche, Jedoch wird der Best der Werk-

Stückoberfläche so lange nicht deformiert,, als dieser Best frei vom Werkzeug bleibt. Um ein derartiges Abstumpfen der Kante der Werkstückoberfläche zu verhindern, wird die Hublänge bis zu einer Stelle vermindert, wo das Schleifen gerade an der Kante der Werkstückoberfläche stattfindet.

Für ein Werkzeug von gegebener MondsiehelfUrmigkeit und für eine gegebene asphärische Werkstückoberfl-äche mit einem bestimmten Durchmesser wird die Hublänge derart eingestellt, daß die gesamte Werkstückoberfläche geschliffen wird. Wenn das gleiehe Werkzeug verwendet wird, um eine andere Werkstückoberfläche mit gleichem Durchmesser zu schleifen, deren Krümmungsänderungsrate vom Scheitel zum Umfang hin jedoch kleiner ist, als die der ersten Werkstückoberfläßhe, so kann der Hub vermindert werden. Bei einer weiteren Werkstückoberfläche mit einer noch kleineren Krümmungsänderungsrate kann' der Hub weiterhin vermindert werden, und falls endlich eine Oberfläche, bei der keine Änderung in der Krümmung auftritt, geschliffen wird, kann der Hub auf Hull verändert werden. Folglich kann das gleiche Werkzeug verwendet werden, tue.irgend eine Anzahl von verschiedenen asptiirisehen Oberflächen einschließlich sphärischer Oberflächen, durch eine entsprechende Einstellung der Hublänge zu schleifen* Bei dem früheren Ausführungsbeispiel, bei dem eine konkave asphärische Rotationsfläche, einer Kontaktlinse "geschliffen wird,, wobei der Äquatorkrümtnungsradius der Werkzeuge 7,5-mm betrug, wobei dieser Radius auch der Meridionalradius der Krümmung des

IC-

Werkzeuges am Äquator war, und wobei der Semimeridlanschnitt des Werkzeuges ein elliptisches Profil hatte, wobei diese Ellipse eine Exzentrizität von 0,5 ha$te_r wurde das Werkzeug verwendet, um ein konkaves gestrecktes Ellipsoid zu schleifen, dessen Spitzenkrünunungsradius 7,5 mm betrug and dessen Exzentrizität 0,7 betrug« Bas gleiche Werkzeug kann verwendet werden, um andere gestreckte Ellipsalde mi& dere gleichen Spitzenkrümmungsradius zu schleifen, wobei Jedoch die Exzentrizität 0,6, 0,5, 0»4 .,.» O betrug, wobei die Hub-

.000810/03·? -''

QFMStNAL JN$PECTED

länge mit abnehmender Exzentrizität vermindert wurde, bis bei einer Exzentrizität von Null keine Schwingung des Werkstückes mehr auftrat.

Es sei auf Fig. 4 Bezug genommen. Wenn der Scheitel der Werkstückoberfläche sich am Punkt 3 längs eines Meridianschnittes des Werkzeuges befindet, so hat die erzeugte Oberfläche einen Krümmungsradius, der gleich der Länge von 3 bis 3' ist. Das gleiche Werkzeug,, kann also verwendet werden, um Oberflächen zu schleifen, die sich nicht nur in der Exzentrizität oder verallgemeinerten Exzentrizität unterscheiden, sondern die auch unterschiedliche Scheitelkrümmungsradien haben. Beispielsweise kann eine spezielle asphärische Werkstückoberfläche einen Schwingungsbereich haben, der sich bei der Darstellung in Fig. 4 vom Punkt 2 bis etwa zürn Punkt 4 längs des Meiidians des Werkzeuges erstreckt. Der Spitzenkrümmungsradius der Werkstückoberfläche entspricht dann der Strecke 2-2'.

Es sei weiter auf Fig. 4 Bezug genommen. Wenn die Werkstückoberfläche zuerst derart geschliffen wird, daß der Scheitel am Punkt 4 längs des Meridians des Werkzeuges liegt, so hat die erzeugte Oberfläche einen Krümmungsradius, der der Strecke 4-4' entspricht. Das Werkstück kann dann über dem Äquator des Werkzeuges hinweg bewegt werden und in einem Bereich zwischen dem Äquator und etwa dem Punkt 2 längs des Meridians verschwenkt werden, um einen zentralen asphärischen Bereich zu schleifen, der sich an die periphere sphärische Zone anschließt, wobei der Spitzenkrümmungsradius derjenige des Äquators des Werkzeuges ist. Das Werkstück kann auch zwischen dem Punkt 1 und dem Punkt 2 verschwenkt werden, um einen zentralen asphärischen Bereich zu schleifen, dessen Spitzenkrümmungsradius gleich der Strecke 1-1" ist. Dieser zentrale Bereich schließt sich an die periphere sphärische Zone an. Das Werkstück kann auch über dem Äquator angeordnet werden oder an jedem gewünschten Punkt zwischen dem Äquator und dem Punkt 4 und nicht verschwenkt werden, woduroh ein zentraler

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sphärischer Bereich mit einem bestimmten Radius geschliffen wird, der sich an die periphere sphärische Zone anschließt, die einen anderen Radius hat.

Es sei weiterhin auf Pig. 4 Bezug genommen. Das Werkstück kann an einer spezfellen Stelle längs eines Meridians, beispielsweise am Äquator, angeordnet werden und nicht verschwenkt werden, und dadurch wird eine sphärische Oberfläche geschliffen und dann kann das Werkstück in einem Bereich von etwa dem Punkt längs des Meridians bis etwa zum Punkt 4 verschwenkt werden und dadurch wird eine periphere asphärische Zone ggachliffen, die mit der zentralen sphärischen Zone verbunden ist.

Es sei weiterhin auf Fig. 4 Bezug genommen. Das Werkstück icann zuerst zwischen dem Äquator und etwa dem Punkt 2 längs des Meridians des Werkzeuges verschwenkt werden und dadurch wiid eine asphärische Oberfläche geschliffen, die einen Spitzenkrüminungsradius hat, der gleich dem des Äquators des Werkzeuges ist. Dann kann das Werkstück im Bereich von etwa dem Punkt 3 bis etwa zum Punkt 4 verschwenkt werden und dadurch wird eine periphere asphärische Zone geschliffen, die mit der zentralen asphärischen Zone verbunden ist.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, die große Vielseitigkeit dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Schleifen von konkaven asphärischen Rotationsoberflächen an einem optischen Material, wobei ein einziges Werkzeug in der Lage ist, zahlreiche verschiedene Oberflächen mit einer sehr großen Perfektion zu schleifen.

Wie bereits ausgeführt ist ein wesentliches Merkmal des Werkzeuges dieses AusfBhrungsbeispiel.der Erfindung, dessen Tirana-Mond sichelförmigkeit die einen kontinuierlich und regulär zunahmenden tjrans- meridional en Krümmungsradius in Richtung der abnehmenden Surchmesser der Breitenkreise des Werkzeuges aufweist, wobei der transmeridionale Krümmungsradius langer

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ist als der meridionale Krümmungsradius für eine Zone des Werkzeuges, die zwischen dem Äquator des Werkzeuges und einem entfernten Mreitenkreis liegt oder für die Zone der Werkzeugoberfläche, die zwischen einem Breitenkreis des Werkzeuges in der Nähe des Äquators und einem Breitenkreis des Werkzeuges liegt, der vom Äquator des Werkzeuges entfernt angeordnet ist. Das Werkzeug, das bei den vorstehend beschriebenen Schleifbeispielen verwendet wird, ist jedoch nicht die einzige Werkzeugform, die gemäß der Erfindung verwendet werden kann.

Um das wesentliche Merkmal der Transmondsichelförmigkeit in einer Zone eines Werkzeuges zu erreichen, istes, wie Fig. 4 zeigt, erforderlich, daß der geometrische Ort der Krümmungsmittelpunkte des Abschnittes BA eines Semimeridianschnittes der durch diese Zone begrenzt ist, d.h. also der Evolutenabschnitt CV auf der gleichen Seite der ßotationsachse des Werkzeuges X¹X liegt, wie der betrachtete Semimeridianabschnitt. Verschiedene Ausführungsbeispiele von Werkzeugformen sind voneinander verschieden jedoch weisen alle diese das wesentliche Merkmal der Transmondsichelförmigkeit auf und diese Beispiele sollen nun beschrieben werden.

Fig» IO ist eine Ansicht senkrecht zu einer Schnittebene eines Werkzeuges, welches dem in Fig. 4 dargestellten ähnlich ist. Der Unterschied liegt darin, daß der Äquatorkreis des Werkzeuges, das in Fig. 4 dargestellt ist, nicht umbilikal ist da die Rotationsachse X-X des Werkzeuges senkrecht von der Spiegelaohse BB* des elliptischen Semimeridianschnittes in einem Abstand vom Punkt B auf dem elliptischen Bogen geschnitten wird, ,der kleiner ist als de-r Meridionalkrümmungsradius am Punkte B« Sie Achse X¹X des Werkzeuges schneidet die Evolute des elliptischen Bogen* am Punkte i^f, so daß der Breitenkreis durch den Punkt i umbilikal ist, wobei der Krümmungsradius am Punkte 1 gleich der Strecke Hl' entspricht. Die Werkzeugoberfläche von dem umbilikalen Breitenkreis aus bis zu ent

fernt

INSPECTED

■ö098tQ/Qm

mit
fernt liegenden Breitenkreisen abnehmenden Durohmessern, weist die wesentliche Eigenschaft der Transmondsichelförmigkeit auf, da der geometrische Ort der Krümmungsmittelpunkte für den Abschnitt 1-A des Semimeridianschnittes, der der Werkzeugzone zwischen dem umbilikalen Breitenkreis durch den Punkt 1 und dem Breitenkreis des Werkzeuges entspricht, welcher am weitesten vom Äquator entfernt liegt, d.h. dem Breitenkreis am Punkte A, auf der gleichen Seite der Achse X¹X liegt. Die Zone der Werkzeugoberfläche zwischen dem Äquator und dem zentralen Breitenkreis weist jedoch nicht die Transmondsichelförmigkeit auf und deshalb wird diese Zone nicht zum Schleifen gemäß dem AusführungsbeiEMpiel der Erfindung verwendet. Der Schwingungsbereich der Werkstückoberfläche ist deshalb derart, daß dessen Scheitel sich nicht in die Zone des Werkstückes zwischen dem Äquator und dem umbilikalen Breitenkreis erstreckt«

Fig. 11 ist eine Ansicht senkrecht zu einer Schnittebene eines Werkzeuges, welches dem in Pig* 4 dargestellten ähnlich 1st* Der Unterschied liegt darin, daß der Äquatorkreis nicht umbilikal ist, da die Rotationsachse X¹X des Werkzeuges senkrecht durch die Spiegelachse BB* des elliptischen Bogens in einem Abstand vom Punkte B an dem Bogen geschnitten wird, der größer ist als der raeridionale Krümmungsradius an diesem Punkte B. Die Achse X¹X schneidet deshalb nicht die Evolute des elliptischen Semimeridianschnittes an irgend einem Punkt, so daß das Werkzeug keine umbilikale Linie hat, jedoch das wesentliche Merkmal der Transmondsichelförmigkeit an allen Punkten aufweist, da die Evolute, die der geometrische Ort derKrümmungsmittelpunkte diesesSemimeridianseimittes ist, auf üergleichen Seite der Achse X¹X liegt, wie des· Semimeridiansotoitt. Dei* ^ v, Schwingungsbereich der Werkstückoberfläche kann sich demzufolge vom Äquator des Werkzeuges über alle Breitenkreise des Werkzeuges hinweg erstrecken. /

Fig. 12, 13 und 14 entsprechen den Fig. 4, 10 und 11 mit der Ausnahme, daß der Bogen A¹BA der Bogen eines Sykloides ist«

ORIGINAL SNSPECTED

Bei einer Betrachtting der Fig. i2, i3 und i4 ist zu erkennen, daß- die Werkzeugaohse X¹X die gleiche relative Lage bezüglich der Evolute des Zykloids CA und CA¹ hat, wie die Evolute des elliptischen Bogens in den Fig. 4, 1Θ und 11* Demzufolge entspricht der Schwingungsbereich der Werkzeugoberfläche für die drei Werkzeuge, deren Hauptschnitte in den 12, 13 und dargestellt sind, dem Schwingungsbereich für die Werkstückoberfläche bei den Werkzeugen, deren Hauptschnitte in den Fig. 4, 10 und 11 dargestellt sind.

Die Fig. 15, 16 und 17 entsprechen den Fig. 4, 10 und 11 mit der Ausnahme, daß der Bogen A¹BA der einer Involvente eines Kreises ist. Bei einer Betrachtung der Fig. 15, 16 und 17 ist zu erkennen, daß die Werkzeugaohse X^fX die gleiche relative Lage gegenüber der Kreisevolute CF und CF¹ hat, wie es bei

O,

der evolute der elliptischen Bögen in den Fig. 4, 10 und 11 der Fall ist. Der Oscillationsbereich der Werkstückoberfläche für die drei Werkzeuge, deren Hauptschnitte in den Fig. 15, 16 und 17 dargestellt sind, entspricht im wesentlichen dem Bereich der Schwingungen der Werkstückoberfläche für die drei Werkzeuge, deren Hauptschnitte in den Fig. 4, 10 und 11 dargestellt sind.

Die Fig. 18, 19 und 2Θ entsprechen den Fig. 15, 16 und 17 mit der Ausnahme, daß der Grad der Transmondsichelförmigkeit durch eine Veränderung der Größe der Kreisevolute CF und CF¹ verändert wurde,

Fig. 21 stellt den Grenzfall der Fig. 18, 19 und 20 dar, beiwelcheja die Kreisevolute auf den Punkt Null reduziert wurde, wobei der Punkt auf der gleichen Seite der Achse X¹X liegt wie der kreisförmige Halbraeridianbogen.. Durch eine Betrachtung der Fig. 21 ist zu erkennen, daß das wesentliche Merkmal der Transmondsichelförmigkeit an allen Stellen vom Äquator bis zum am meist entfernt liegenden Breitenkrds vorhanden ist.

OÖ9g1O/Ö3il

Pig. 22 ist eine Ansicht senkrecht zu einer Seiinittefoene, eines Werkzeuges, dessen Semimeridianschnitt ein elliptischer Bogen ist, wobei die Rotationsachse X-X senkrecht zur Hauptachse des elliptischen Bogens am Mittelpunkt liegt und zwar an der geometrischen Mitte des Werkzeuges. Durch eine Betrachtung ist zu erkennen, daß das wesentliche Merkmal der Transmondsichelförmigkeit bei diesem Werkzeug vorhanden ist, dessen Meridianschnitt in Fig. 22 dargestellt ist, obwohl der meridionale Krümmungsradius kontinuierlich und regulär mit den transmeridionalen Krümmungsradius zunimmt«

) Fig. 23 ist eine Ansieht senkrecht zu einem Meridianschnitt eines Werkzeuges, welches dem ähnlich ist, dessen Meridianschnitt in Fig. 22 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß die Achse X¹X die Hauptachse des elliptischen Semimeriäianschnittes in einem Abstand schneidet, der größer ist als OA. Das wesentliche Merkmal der Transmonclsiefaelförmigkeit ist deshalb an allen Punkten längs des Werkzeuges vom Äquator bis zum am weitest entfernt liegenden Breitenkreis vorhanden»

Fig. 24 ist eine Ansicht senkrecht zu einem ifeiaäiansehnitt eines Werkzeuges, welches dem entspricht, dessen Meridianschnitt in Fig. 22 dargestellt ist mit der Ausnahme, daß die . Achse X¹X die Hauptachse des elliptischen Semimeridianschnittes in einem Abstand schneidet_f der geringer ist als OA« Demzufolge ist das wesentliche Merkmal der Transmondsiehelförmigkeit auf eine Zone der Werkzeugoberfläctie zwischen dem Äquator des Werkzeuges und einem Breitenkreis durch einen Punkt (Punkt 4 in Fig, 24) feegrenzt, en welchem die normale duroh diesen Punkt sich vom Schnitt der Evolute und der

Achse X'X aus erstreckt. (Fig. 24_S Punkt-4')·

Der vorstehenden Besehreibung von Werkzeugen dieses ersten Ausführungsbeispiels ist zu entnehmen, daß zahlreiche Änderungen in der Gestaltung möglieh sind, wobei das wesentliche

Merkmal

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Merkmal der Transmondsichelförmigkeit aufrecht erhalten wird. Im allgemeinen werden Werkzeuge bevorzugt, die so ausgebildet, sind, wie die, die in den Fig. 4, 10 und Ii dargestellt sind und zwar wegen deren Einfachheit in der Gestaltung und im Aufbau. Es ist ebenfalls bevorzugt, Werkzeuge zu verwenden, die so aufgebaut sind, wie das in Fig. 21 gezeigte und zwar während der Einfachheit der Gestaltung und der einfachen Konstruktion. Es sei bemerkt, daß die vorstehend beschriebenen Abänderungen der Werkzeuggestaltung und andere nicht beschriebene Abänderungen im Rahmen der Erfindung liegen, wenn das wesentliche Merkmal der Transmondsielielförmigkeit vorhanden ist.

Fig. 25 ist eine Vorderansicht und Fig. 26 eine Seitenansicht einer erfindungagemäffen Vorrichtung. Die Basis 10 der Vorrichtung besteht aus einem schweren Metalltisch, dessen Oberfläche im wesentlichen horizontal ist. Teile der Ober- und der Vorderseite wurden herausgeschnitten, um andere Teile des Ge- j rates einzusetzen und um die Einstellbarkeit dieser Teile | zu gewährleisten. An der Vorderseite der Basis ist mittels Schrauben 20a und 2ob, die eine senkrechte Einstellung ermöglichen, eine in senkrechter Richtung einstellbare Platte 23 befestigt. Sine obere Verlängerung 23a dieser Platte trägt einen horizontalen Schwenkzapfen 24, der als Schwenklager für den Ar« 25 dient, dessen Neigung um den Zapfen 24 herum eingestellt werden kann« An der Innenseite des Armes 25 ist drehbar eine Präzisionswelle 26 gelagert, die im wesentlichen parallel au den Kanten des Armes 25 verläuft und die mittels eines Elektromotors 27 gedreht wird, der ebenfallsam Arm 25 befestigt ist. Die Einstellung der Neigung des Armes 25 erzeugt deshalb eine gleiche Neigung der Welle 26. Am Arm 25 sind mittels Schrauben 31a, 31b und 32a, 32b gebogene Arme 33 und 34 befestigt, die gebogene Schlitze 33a und 34a aufweisen, die um die Schwenkachse 21 herum zentriert sind. Um die Neigung der Welle 26 einzustellen, werden verriegelung sschrauben 35, 36, die sich durch die Schlitze hindurch

erstrecken

-009910/0111.

INSPECTED

erstrecken und die in die Vorderseite der Basis 10 eingeschraubt sind, gelöst, und der Arm 25 wird in die gewünschte Stellung eingestellt und die Schrauben 35 und 36 werden dann festgezogen.

An der Welle 26 ist mittels eines Gewindes das Werkzeug 37 befestigt und zwar koaxial zur Welle 26. Gegen die Oberseite des Werkzeuges 37 liegt das Werkstück 38 an und wird durch die Schwerkraft in Anlage gehalten. Das Werkstück 38 wird in einer Aussparung im Werkstückhalter 39 gehalten. Dieser Werk-. stockhalter wird in seiner Lage durch einen Stift 40 gehalten, ψ der eine konische Spitze aufweist. Diese Spitze sitzt mit Schwingung in einer konischen Aussparung 4i auf der oberen Seite des Werkstückhalters 39, wie es im Querschnitt in Fig.9 dargestellt ist. Die Spitze der Aussparung 39 liegt auf der Rotationsachse des Werkstückes 38. Die Welle 40 wird gleitbar von einem horizontalen Wellenträger 42 gehalten. Mittels einer Einstellschraube ist am oberen Ende der Welle 40 ein einstellbares Gewicht 43 angeordnet, welches angehoben und abgesdnkt werden kann, um den Druck zwischen der Werkstückoberfläche und dem Werkzeug zu erhöhen oder zu erniedrigen. Die horizontale Welle 42 ist mittels einer Platte 44 und einer Einstellschraube 45 an einem Schwenkarm 46 gelagert und dieser Schwenk-arm ist an einer horizontalen Schwenkachse 48 befestigt und kann mittels einer Einstellschraube 47 verriegelt werden. Die Drehachse der Welle 48 verläuft, senkrecht zur senkrechten Ebene, die die Drehachse der Welle 26 enthält und im wesentlichen koaxial zum Schwenkzapfen 24. Die Welle 48 ist drehbar in einem Block 49 montiert, der an der Basis 10 befestigt ist. Am anderen Ende der Schwenkwelle 48 ist ein Schwenkarm 50 montiert. Die Welle 48 erstreckt sich in den Arm 50 hinein und ist mittels einer Einstellschraube 51 verriegelt. Vom Schwenkarm 50 aus erstreckt sich eine horizontale Stange 52, die einen kreisförmigen Querschnitt hat. Die Achse dieser Stange verläuft parallel zur Achse der

Schv/enkwelle

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ORiGlNALlNSPECTED

Schwenkwelle 48. Die Stange 52 wird fest gegen eine senkrechte Stange 53 gehalten» die einen kreisförmigen Querschnitt hat und zwar mittels Federn 54, die sich vom oberen Arm des Schwenkarms 50 zu einer senkrechten Stange 55 erstrecken, die an der Basis iO befestigt ist. Die senkrechte Stange 53 ist an einem horizontalen Schlitten 56 befestigt, der längs einer horizontalen Gleitbahn 57 einstellbar ist. Eine Einstellung ist mittels einer Einstellschraube 58 möglich. Der horizontale Schlitten 57 ist an einer senkrechten Welle 59 befestigt, die ihrerseits an einer Drehwelle 60 mittels einstellschrauben 60a bebefestigt ist. Diese Welle erstreckt sich senkrecht vom Übersetzungsgetriebe 61 aus, welches von einem Motor 62 angetrieben wird. Dadurch wird die Welle 59 gedreht und zwar mit einer Drehzahl von etwa 60 U/min.

Es ist zu erkennen, daß der Hub der Winkelbewegung der Schwenkarme 46 und 50 dadurch einstellbar ist, daß der Abstand der Achse der senkrechten Stange 53 und der senkrechten Welle 59 eingestellt wird, wodurch die Hubbewegung der Werkstückoberfläche längs des Werkzeuges eingestellt wird.

Es ist ein nicht dargestellter Widerstand vorgesehen/ der die Drehzahl des Motors 27 regelt und zwar derart, daß sich das Werkzeug mit etwa 1000 U/min dreht. Geringere oder größere Drehzahlen können bei dem Werkzeug verwendet werden. Die Dauer des Schleifens wird durch eine Zeitsteuerung 63 überwacht, die so eingestellt werden kann, daß ein Schleifen in ausgewählten Zeitabschnitten möglich ist.

Um einen gleichförmigen Druck zwischen der Werkstückoberfläche und dem Werkzeug während des gesamten Hubes sicherzustellen, wird die Neigung des Armes 25 derart eingestellt, daß für die erforderliche Bogenbahn der Werkstückoberfläche längs des Werkstückes die Rotationsachse der Werkstückoberfläche und des Werkstückhalters etwa gleich gegenüber derSenkrechten an jedem

Ende

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Ende des Hubes geneigt sind. Wenn es gewünscht ist, einen größeren Druck zwischen der Werkstückoberflädhe und dem Werkzeug an einem Ende des Hubes zur Verfügung zu stellen, so kann der Arm 25 derart eingestellt werden, daß die Rotationsachse der Werkstückoberfläche und des Werkstückhalters an dem gewünschten Ende des Hubes etwa senkrecht steht. Der Schwenkarm 46 muß gleichzeitig eingestellt werden, so daß der Hub, der für die Werkstückoberflächen und für das Werkzeug geeignet ist, verwendet werden kann«

Die Schwenkachsen 24 und 48 sind parallel und koaxial oder W befinden sich ziemlich dicht in dieser Stellung. Wenn diese Teile nicht koaxial sind, werden die Achsen dadurch eingestellt, daß diePlatte 23 eingestellt wird. Durch diese Einstellung wird das Werkzeug 37 angehoben oder abgesenkt, so daß die Achse der Schwenkwelle 48 durch das Werkzeug hindurch geht und zwar in der Nähe der geometrischen Mitte. Diese Einstellung wird durchgeführt, um den Unterschied in der Neigung zu vermindern, der sich während eines Hubes entwickelt und zwar zwischen der gemeinsamen Rotationsachse der Werkstückoberfläche und des Werkstückhalter und der Achse der Welle 40. Dadurch wird sichergestellt, daß die geringste Reibung zwischen der Spitze der Welle 40 und der konischen Aussparung 41 in der Lagerfläche am Werkstückhalter 39 auftritt« Die Welle 40, die im wesentlichen koaxial zur Rotationsachse des Werkstückes 38 verläuft, schwingt in einer Ebene, welche die Rotationsachse des Werkzeuges 37 enthält oder in einer Ebene, die sehr dicht bei einer derartigen Ebene liegt. Die Achse des Werkstückes 38 verläuft immer unter einem Winkel zur Achse des Werkzeugkopfes 37. .

Allgemein gesagt, verlaufen die Schwenkarme 46 und 50 parallel. Wie oben ausgeführt, können diese jedoch eingestellt werden und zwar um die Wellenachse 48 herum, und zwar derart, ; daß sie nioht mehr parallel verlaufen.

Die Vorrichtung kann auf verschiedene Weise abgeändert wer*-

den und diese Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung, Eine derartige Abänderung besteht in der Verwendung von Nocken zur Steuerung der Schwingung der Werkstückoberfläche anstelle der Verwendun.'i der Kurbel 53 und der Gleitbacke 57, Diese Nocken können sich direkt von der Welle 59 aus erstrecken und gegen die Stange 52 anliegen. Die Verwendung von Nocken anstelle des dargestellten Kurbelbetriebes 52, 57, ergibt eine größere Veränderung sinöglichkeit der Schwingungsbewegungen, die andere Bewegungen als rein harmonische Bewegungen sein können wodurch die Einsatzfähigkeit der Vorrichtung verbreitert und erhöht wird.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird das W'^Yrk;;tUck um eine Drehachse gedreht, die senkrecht zum Scheitel der erzeugten oder geschliffenen Oberfläche verläuft und zwar durch einen Reibungskontakt, mit dem sich drehenden Werkzeug 37,

Die Vorrichtung kann noch dadurch verändert werden, daß ein Kraftantrieb zur Drehung des Werkstückes während aller Schwingung sphaseη des Werkstückes vorgesehen ist und zwar anstelle des Reibungsanlriebes zwischen der Werkstückoberfläche und dem Werkzeug, wobei dieser Antrieb vorgesehen ist, um das Werkstück und den Werkstückhalter zu drehen. Zu diesem Zweck ist lediglich ein Motor am Arm 42 erforderlich, der eine Riemenscheibe antreibt, die in der Höhe des Gewindes 43 vorgesehen wird.

Es wurde ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei welchem das Werkzeug die im allgemeinen konvexe Rotationsoberfläche ist und bei welchem die Werkstückoberflache die im allgemeinen konkave Rotationsoberfläche ist. Durch eine Umkehr der Teile derart, daß die im allgemeinen konvexe RotationsOberflache die Werkstückoberflache wird, während die im allgemeinen konkave Oberfläche das Werkzeug ist, erhält man das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel können Werkstückoberflächen, die

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Hauptschnitte haben, die denen entsprechen, die in den Fig. 3, 4, 7, 8 und Io bis 24 dargestellt sind, erzeugt, geschliffen und poliert werden und zwar in den Zonen solcher Oberflächen, welche das wesentliche Merkmal der Transmondsichelfb'rmigkeit aufweisen und zwar durch Werkzeuge, die im allgemeinen die konkave Form haben, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Diese Werkzeuge sind dadurch gekennzeichnet, daß es sich hierbei um Rotationsoberflächen handelt, die eine Exzentrizität oder eine verallgemeinerte Exzentrizität, wie im vorstehenden beschrieben, aufweisen, wobei die meridionale Krümmung vom Scheitel zum Umfang der Oberfläche hin abnimmt« Die Rotationsconicoide oder Rotationsflächen zweiter Ordnung sind Beispie-™ Ie für diese Werkzeuge und sindzur Erzeugung derartiger Oberflächen geeignet.

Die Vorrichtung und die Bewegungen zur Erzeugung dieser im allgemeinen torischen konvexen Rotationsoberflächen unterscheiden sich lediglich gering von denen, die für die allgemeinen konkaven Rotationsoberflächen verwendet werden, die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurden. Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird das im allgemeinen konkave Werkzeug sehr oft in gleichen Abständen über dem Äquator der Werkstückoberfläche für eine verhältnismäßig breite Zone verschwenkt, die den Äquator enthält, wenn es sich k um eine umbilicale Form handelt oder wenn eine Transmondsichelförmigkeit vorhanden ist. Wenn das Werkstück in wesentlichen in gleichen Abständen zu beiden Seiten des Äquators bei dieser Ausführungsform der Erfindung zu schleifen ist, so wird die Äquatorebene durch die Einstellwelle 26 senkrecht zu einer horizontalen Lage angeordnet. Dies sichert einen im wesentlichen gleichförmigen Druck des Werkzeuges auf das Werkstück auf beiden Seitin des Äquators. Sehr oft ist der Äquator der Werkstückoberfläche einer der Hauptmeridiane dieser Oberfläche, wenn diese als fertige optische Oberfläche einer Linse oder eines Linsensystems verwendet wir&i

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Wenn eine Zone der Werkstückoberfläche den Äquator enthalten soll, so werden bevorzugt zwei der im allgemeinen konkaven Polierwerkzeuge des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet, wobei diese Werkzeuge in entgegengesetzten Richtungen schwingen und wobei diese Werkzeuge in entgegengesetzten Richtungen durch* einen Motorantrieb angetrieben werden, um die Erzeugung oder das Schleifen und Polieren auf beiden Seiten des Äquators gleichmäßig zu gestalten. Wenn jedoch die gewünschte fertige Oberfläche eine Zone lediglich auf einer Seite desÄquators des Werkstückes enthalten soll, so wird lediglich ein Werkzeug verwendet und dieses Werkzeug kann um seine Rotationsachse durch die Reibungswirkung der Werkstückoberfläche gedreht werden, oder das Werkzeug kann ebenfalls angetrieben werden. In diesem Fall ist die Rotationsachse des Werkstückes so geneigt, um einen gleichförmigen Druck zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in dieser Zone zu gewährleisten.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht derjenigen, die in Verbindung mit den Fig. 25 und 26 und 27 beschrieben wurde mit Ausnahme von Unterschieden, die nun erörtert werden sollen. Fig.29 zeigt die Änderungen, die erforderlich sind, und die bei der Vorrichtung vorgenommen werden müssen, die in den Fig. 25, und 27 dargestellt sind. Der Block 49 entspricht dem in Fig. 26 dargestellten Block, das gleiche gilt für die Schwenkwelle 48. Die Einrichtung, die an der Schwenkwelle 48 mittels der Einstellschraube 47 befestigt wird, ist jedoch verschieden. Anstelle des Armes 46 ist an der Welle 48 ein Arm 46.' befestigt, der ein oberes Vierkantende 7Θ aufweist, welches sich durch eine Vierkantöffnung 71 im Arm 42· hindurch erstreckt. Eine Schraubenfeder 72 ist zwischen dem Arm 42* und einem Bund 73 angeordnet, der am oberen Ende der Armverlängerung 70 befestigt ist. Diese Feder nimmt teilweise die Belastung des Armes 42' auf. Am Arm 42' ist ein kleiner Elektromotor 74 montiert, dessen Antriebswelle 75 eine Riemenscheibe 76

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antreibt, die über einen Treibriemen 77 mit einer Riemenscheibe 78 verbunden ist, welche am oberen Ende eine, Welle 79 befestigt ist. Diese Welle 79 erstreckt sich durch Drucklager 80 im Arm 42' nach unten und ist integral mit der Stange 40' ausgebildet, wobei diese Stange der Stange 40 in Fig. 26 entspricht. Ein konvexes Werkstück 37' wird von der Welle 26' in der Lage der Teile 37 und 26 des ersten Ausführungsbeispieles gedreht. Das konkave Werkzeug 38· nimmt nun die Stelle des Werkstückes 38 am unteren Ende der Stange ein, 38' ist am unteren Ende der Stange 40' geführt, die zu diesem Zweck eine Spitze aufweist, wobei das spitze Ende in eine konische Öffnung 41' im Werkzeug 38^! hineinragt und zwar in der Mitte des Werkzeuges, Ein Bügel 81 ist am unteren Ende der Stange40' befestigt und weist gegabelte Arme auf, die sich nach unten und lose in Aussparungen 82 im Werkzeug 38' hinein erstrecken. Dadurch wird eine zwangsläufige Drehung des Y/erkzeuges 38^! mittels des Motors 74 ermöglicht und diese Verbindung ermöglicht gleichzeitig eine Anpassung des Werkzeuges 38' an das Werkstück 37', wenn das Werkzeug durch die Welle-48 und die Arme 46¹ und 42' verschwenkt wird. Es sei bemerkt, daß bei dieser Ausführungsform wie bei der ersten Ausführungsform die Maschine so aufgebaut ist, daß das Werkstück mit dem Bauteil 38 der ersten Ausführungsform oder 38' in der zweiten Ausführung sform betätigt wird. Danach erhält die Schwerkrafteinen Kontakt zwischen den Teilen 38 und 37 in der ersten Ausführungsform in 38' und 37» in der zweiten Ausführungsform aufrecht.

Anstelle des beschriebenen Werkstückes 37' beim Zweiten Ausführungsbeispiel kann eine Anzahl von Werkstücken angeordnet sein, wie es in Fig. 31 dargestellt ist. An der Welle 26 ist ein Rad 82 befestigt, an deren Umfangsflache beispielsweise· mittels Klebstoff oder mechanisch eine Anzahl von Werkstücken 83 befestigt ist. Jedes dieser Werkstücke kann ein Rohling zur Ausbildung einer im allgemeinen torischen Linse sein, wie sie sehr allgemein verwendet wird. Wenn diase Wertstücke 83

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durch die Welle 26^f in der in Fig. 29 dargestellten Vorrichtung gedreht werden, kann eine Anzahl von im allgemeinen konvexen Werkstücken hergestellt werden, wobei ein im algemeinen konkaves Werkzeug 38' verwendet wird.

Zum Polieren von Linsen, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt sind, wird der Werkzeugkopf 37 vorzugsweise über dem Hauptteil mit einem weichen Tuch bedeckt, wie es in Fig· 28 gezeigt ist. Dieses Tuch wird durch einen Klebstoff gehalten. Das weiche Tuch oder der weiche Stoff ist mit dem Poliermedium imprägniert. In gleicher ^eise ist es beim zweiten Ausführungsbeispiel beim Polieren bevorzugt, ein weiches Stück Stoff an der konkaven Seite des Werkzeuges 38' anzukleben und den Stoff mit dem Poliermittel zu imprägnieren. '

In Fig. 32 ist der Ersatz einer Schwingsteuerung dargestellt, die in Verbindung mit den Fig. 25, 26 beschrieben wurde, wo- _{m ;} bei die Schwingsteuerung durch die Teile 52, 53, 56, 57 und 59 bewirkt wird. In Fig* 32 ist am oberen Ende der Welle 59 starr ein Nocken 85 befestigt, der eine Fläche aufweist, die gegen die Stange 52' anliegt, welche am Arm 5o in der Stellung der Stange 52 des ersten Ausführungsbeispiels befestigt ist. Die Feder 54 hält den Kontakt zwischen der Stange 52* und dem Nocken 85 aufrecht. Es ist klar, daß durch diesen Nocken- _; aufbau andere verschiedene Bewegungen als harmonische Bewegungen, falls dies gewünscht ist, für die relative Schwin- j gung zwischen dem "Werkstiick und dem Werkzeug erzeugt werden J können« \

In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird der Ausdruck j "Schleifen" verwendet und dieser Ausdruck soll ganz allgemein ■ auch die Erzeugung von Flächen und das Polieren von Flächen enthalten.

Patentansprüche

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Claims (15)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung einer relativen Abriebwirkung zwischen zwei einander berührenden Rotationsoberflächen, die sich um ihre Rotationsachsen drehen, wobei die erste der Oberflächen eine positive Rotationsoberfläche von im allgemeinen torischer Form ist und wobei der Kontaktbereich der beiden Oberflächen in einer Zone der Oberfläche liegt, die durch zwei Breitenkreise begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb dieser Zone der transmeridionale

^ Krümmungsradius für einen gegebenen Punkt innerhalb dieser Zone immer größer ist als der meridionale Krümmungsradius mit Ausnahme des Falles, wenn der meridionale und der transmeridionale Krümmungsradius an einem gegebenen umbilicalen Breitenkreis gleich sind, wobei das zusätzliche Merkmal vorgesehen ist, daß der transmeridionale Krümmungsradius kontinuierlich und regulär von einem minimalen Wert am größten Breitenkreis innerhalb der Zone oder die Zone begrenzen, bis zu einem maximalen Wert an kleinerem Breitenkreis, der die Zone begrenzt, zunimmt, wobei die zweite dieser Oberflächen im allgemeinen eine konkave Rotationsoberfläche von im allgemeinen concoider Form ist, und das Merkmaljaufweist, daß der meridionale Krümmungsradius kontinuierlich und regulär von einem Minimalwert am Scheitel dieser Oberfläche bis zu einem Maximalwert am Umfang dieser Oberfläche zunimmt, wobei die Kontaktbereiche der zweiten Oberfläche innerhalb des Bereichs der Oberfläche zwischen dem Scheitel und dem Umfang liegt und wobei die Rotationsachsen der beiden Oberflächen sich zu allen Zeiten schneiden und wobei eine relative Verschwenkung der konkaven Oberfläche in einer Richtung im allgemeinen meridional zur konvexen Oberfläche durchge-! führt wird, wobei die Rotationsachse der im allgemeinen konkaven Oberfläche zuallen Zeiten etwa senkrecht zu dieser konvexen Oberfläche liegt,

2. 0098 10/0383

2. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die erste der einander berührenden Rotationsoberflächen eine im allgemeinen konvexe Abriebrotationsoberfläche eines Werkzeuges ist und daß die zweite der einander berührenden Rotationsoberflächen eine im allgemeinen konkave Oberfläche eines optischen Materials oder Werkstückes ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsbereich der Werkstückoberfläche in Bezug auf die Werkzeugoberflächen auf die eine Seite des Äquators der Werkzeugoberfläche begrenzt ist, welcher der größte Breitenkreis ist«

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite der einander berührenden Rotationsoberflächen eine im allgemeinen konkave Abrieboberfläche eines Werkzeuges ist und daß die erste der einander berührenden Rotationsoberflächen die im allgemeinen konvexe Oberfläche eines optischen Materials oder Werkstückes ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsbereich der Werkzeugoberfläche gegenüber der Werkstückoberfläche auf eine Seite des Äquatorö der Werkstückoberfläche begrenzt ist, welcher der größte Breitenkreis ist,

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsbereich der Werkzeugoberfläche bezüglich der Werkzeugoberfläche eine Zone umfaßt, die den Äquator der Werkstückoberfläche im Bereiche auf beiden Seiten umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Breitenkreis der positiven Rptationsoberfläche von im allgemeinen torischer Form ein umbilikaler Äquatorialkreis ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ;

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größte Breitenkreis, der die Zone der Kontaktbereiche der ersten und zweiten Oberflächen begrenzt, ein umbilikaler Breitenkreis ist»

9. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Breitenkreis, der die Zone der einander berührenden Bereiche der ersten und zweiten Oberfläche begrenzt, ein umbilikaler Breitenkreis ist. ·

10. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der relativen Schwingungen zwischen der Werkstückoberfläche und der Werkzeugoberfläche auf eine Zone zwischen zwei vorbestimmten Breitenkreisen begrenzt ist,

11. Verfahren nach Anspruch 10_t dadurch gekennzeichnet, daß der größere dieser vorbestimmten Breitenkreise der Äquator ist.

12. Vorrichtung zum Schleifen und Polieren asphärischer Rotationsflächen an einem optischen Material, wobei eine Abriebwirkung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeugstück verwendet wird, von denen eines eine im allgemeinen konvexe Rotationsoberfläche aufweist und das andere eine im allgemeinen konkave Rotationsoberfläche, gekennzeichnet durch eine Basis, eine erste Welle, die drehbar an der Basis montiert ist und die das im allgemeinen konvexe Stück drehbar trägt, wobei einrichtungen vorgesehen sind, um die erste Welle zu drehen, eine ZAveite Welle, die an der Basis etwa koplanar zur ersten Welle montiert ist, wobei die Achse der zweiten Welle unter einem Winkel zur Achse der ersten Welle verläuft und wobei Einrichtungen vorgesehen sind, welche das im allgemeinen konkave Stück drehbar im wesentlichen um die Achse der zweiten Welle in einer Stelle halten, damit das im allgemeinen konvexe Stüok berührt wird, Einrichtungen, um einen relativen Druck zwischen diesen Stücken oder Teilen zu erzielen und Einrichtungen, die an der Basis montiert

sind

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sind, um eine Schwingung der zweiten Welle in einer Ebene zu erzeugen, welche die Achsen beider Wellen enthält und um einen Punkt, der etwa auf der Achse der ersten Welle und in
der geometrischen Mitte des im allgemeinen konvexen Stückes liegt.

13,Vorrichtung nacli Anspruch 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen um die Neigung der Achse der ersten Welle zu verändern..

14.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um geringfügig die Lage des Schwingungspunktes in
dieser Welle zu verändern.

15.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtungen zur Halterung des im allgemeinen konkaven Teiles drehbar an der zweiten Welle ein Lager mit geringer
Reibung ist, so daß das konkave Stück im allgemeinen lediglich durch den Eingriff mit dem sich drehenden im allgemeinen konvexen Stück gedreht werden kann.

IG.Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um zwangsläufig das im allgemeinen konkave Stück zu drehen.

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