DE19708540C2 - Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle.

Es sind Vorrichtungen zum Polieren oder Schleifen von Kristallen bekannt, die eine während des Betriebes ro­ tierende Fläche in Form einer Scheibe aufweisen. Auf der Scheibe ist ein Tuch aufgelegt und befestigt. Die Vorrichtung weist ferner eine schwenkbare Probenhalte­ rung auf. In diese wird der zu polierende Kristall ein­ gespannt. Die zu polierende oder zu schleifende Fläche des eingespannten Kristalls kontaktiert während seiner Bearbeitung das auf der Scheibe befestigte rotierende Tuch. Das Tuch fungiert also als Polier- oder Schleif­ mittel.

Es ist bekannt, daß zur Erzielung guter Polier- oder Schleifergebnisse die Polier- oder Schleifrichtung so­ wie -position des Kristalls auf dem Tuch gewechselt werden muß. Auf diese Weise werden Abweichungen von ei­ ner ebenen Kristallfläche minimiert. Des weiteren wer­ den durch den Schleif- oder Poliervorgang verursachte Defekte im Kristall gering gehalten.

Die Probenhalterung ist daher bei bekannten Polier- und Schleifvorrichtungen drehbar gelagert und mit einer elektrischen Antriebseinheit gekoppelt. Rotiert die Probenhalterung ebenfalls, so wird zwischen dem rotie­ renden Tuch und der zu polierenden Oberfläche eine ex­ zentrische Relativbewegung bewirkt. Aufgrund der Rela­ tivbewegungen kann die Erzeugung von Defekten im Kri­ stall während des Schleif- oder Poliervorgangs vermin­ dert werden.

Nachteilhaft ist die bekannte Vorrichtung relativ volu­ minös gebaut. Die Antriebseinheit muß zusammen mit der Probenhalterung zur Seite oder nach oben weggeschwenkt werden, um die zu polierende Probe ein- und ausbauen zu können. Die Zugänglichkeit und Handhabbarkeit der ein­ zelnen Elemente sind verhältnismäßig aufwendig.

Aus DE-GM 19 76 116 ist eine Vorrichtung zum Schleifen und Polieren von Proben bekannt, bei der ein Halter das zu schleifende Werkstück über einen rotierenden Tisch führt, wobei der Mittelpunkt des rotierenden Tisches ausgenommen ist.

Ferner ist aus US 3 077 706 eine automatische Po­ liereinrichtung bekannt, bei der die Werkstücke in os­ zillierenden Bewegungen über die rotierende Schleif­ scheibe geführt werden, wobei der Mittelpunkt der ro­ tierenden Schleifscheibe ebenfalls nicht zum Polieren der entsprechenden Werkstücke herangezogen wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einfa­ chen, bedienungsfreundlichen, leistungsfähigen Schleif- und Poliervorrichtung der eingangs genannten Art.

Die Aufgabe wird durch eine Schleif- und Poliervorrich­ tung insbesondere für Kristalle mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.

Die anspruchsgemäße Poliervorrichtung weist eine ro­ tierbar gelagerte Fläche mit einem auf der Fläche be­ findlichen Schleif- oder Poliermittel auf. Die Rotation der Fläche erfolgt z. B. mittels einer elektrisch be­ triebenen Antriebseinheit.

Oberhalb der rotierbaren Fläche befindet sich eine Ein­ richtung, die eine - vorzugsweise kreisförmige - Öff­ nung aufweist. Diese Öffnung ist parallel zur rotieren­ den Fläche angeordnet. Eine parallele Anordnung im Sin­ ne des Anspruchs liegt vor, wenn ein länglicher Gegen­ stand durch die Öffnung hindurch senkrecht auf die ro­ tierbar gelagerte Fläche gestellt werden kann.

Es sind Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwi­ schen der Öffnung der Einrichtung und der rotierenden Fläche vorgesehen. Die (Relativ-)Bewegung der Öffnung erfolgt parallel zur rotierenden Fläche.

Es ist ferner eine Probenhalterung mit einer vorzugs­ weise zylinderförmigen Mantelfläche vorgesehen. Diese Probenhalterung ist frei beweglich, das heißt, sie ist im Unterschied zum vorgenannten Stand der Technik nicht mit der Vorrichtung mechanisch verbunden. Der maximale Durchmesser der Mantelfläche der Probenhalterung ist kleiner als der minimale Durchmesser der Öffnung der Einrichtung.

Wesentlich bei der Dimensionierung der Durchmesser und bei den gewählten Formen (Kreis, Rechteck, Quadrat usw.) von Öffnung und Mantelfläche ist, daß die Proben­ halterung während des Polierens oder Schleifens inner­ halb der Öffnung um ihre Mittelachse rotieren kann. Die anspruchsgemäße Mittelachse verläuft senkrecht zur ro­ tierenden Fläche. Weitergehende Beschreibungen zur Ro­ tation der Probenhalterung während des Polierens oder Schleifens werden in den folgenden Absätzen beschrie­ ben.

Die Probe kann in die frei bewegliche Probenhalterung so eingespannt werden, daß die zu polierende Fläche des Kristalls auf die rotierende Fläche gestellt werden kann.

Um eine Kristalloberfläche zu polieren, wird der Kri­ stall bestimmungsgemäß in die frei bewegliche Proben­ halterung eingespannt. Die frei bewegliche Probenhalte­ rung wird derart in die Öffnung der Einrichtung einge­ setzt, daß die zu polierende Kristalloberfläche das auf der rotierenden Fläche befindliche Schleif- oder Po­ liermittel kontaktiert. Darüber hinaus muß sich dann die vorzugsweise zylinderförmige Mantelfläche in Höhe der vorzugsweise kreisförmigen Öffnung befinden, so daß der Rand der Öffnung die Mantelfläche zu berühren ver­ mag.

Rotiert die Fläche und wird die Relativbewegung zwi­ schen der Öffnung und rotierender Fläche erzeugt, so wird einerseits die Oberfläche des Kristalls geschlif­ fen oder poliert und andererseits eine nicht steuer­ bare, unregelmäßige, periodisch auftretende Rotations­ bewegung der Probenhalterung relativ zur kreisförmigen Öffnung bewirkt.

Die Probenhalterung kann einfacher und schneller ge­ handhabt werden im Vergleich zum vorgenannten Stand der Technik, da diese frei beweglich ist.

Die nicht steuerbaren, periodisch auftretenden Rotati­ onsbewegungen der Probenhalterung führen zu ständigen Änderungen der Polierrichtung. Diese Richtungsänderun­ gen sind zufälliger Natur, da die periodisch auftreten­ den Rotationsbewegungen der Probenhalterung unregel­ mäßig erfolgen.

Es hat sich gezeigt, daß die durch Schleifen oder Po­ lieren erzeugten Defekte im Kristall mittels der erzeug­ ten zufälligen Richtungsänderungen weiter verringert werden konnten im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik.

In einer vorteilhaft einfachen Ausgestaltung der Erfin­ dung sind Mittel zur Erzeugung einer pendelförmigen Re­ lativbewegung zwischen der vorzugsweise kreisförmigen Öffnung und der rotierenden Fläche vorgesehen.

Als einfaches und kostengünstiges Mittel zur Erzeugung der pendelförmigen Relativbewegung wird eine Exzenter­ scheibe eingesetzt, die mit einem Ausleger/einem frei­ tragenden Arm zusammenwirkt. Der Arm weist die vorzugs­ weise kreisförmige Öffnung auf. Das Zusammenwirken zwi­ schen der Exzenterscheibe und dem Arm ist derart, daß hierdurch der Arm und damit die Öffnung pendelförmig bewegt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung er­ folgt die Relativbewegung zwischen der Öffnung und der rotierenden Fläche aufgrund entsprechender Mittel der­ art, daß die frei bewegliche Probenhalterung wiederkeh­ rend durch den oder zumindest nahe an den Mittelpunkt des Kreises geführt wird. Diese Führung bewirkt und be­ zweckt zunehmende Rotationsbewegungen der Probenhalte­ rung relativ zur Öffnung, je näher die Probenhalterung zum Mittelpunkt geführt wird. Es lassen sich dann be­ sonders gute Polier- oder Schleifergebnisse erzielen.

Das Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung kann mit der Antriebseinheit z. B. einen gemeinsam genutzten Elektromotor aufweisen, um Komponenten und damit Kosten einzusparen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die außer­ mittige Befestigung der Exzenterscheibe an ihrer Welle variabel veränderbar. Durch Veränderung der außermitti­ gen Befestigung läßt sich die Größe der Pendelbewegung und damit die für den Schleif- oder Poliervorgang ge­ nutzte rotierende Fläche schnell und einfach verändern. Eine einfache und schnelle Anpassung an die zur Verfü­ gung stehende Fläche ist so möglich. Auch können so op­ timale Einstellungen zur Erzielung optimaler Ergebnisse leicht und schnell ermittelt und eingestellt werden.

Die Öffnung kann vieleckig ausgestaltet sein. Gleiches gilt für die Mantelfläche der Probenhalterung. Wesent­ lich ist lediglich, daß die in die Öffnung hineinge­ stellte Probenhalterung während des Poliervorgangs wie­ derkehrend um die eigene Achse gedreht wird bzw. ge­ dreht werden kann. Diese Drehbewegung wird am einfach­ sten und sichersten durch eine Kreisform von Öffnung und Mantelfläche der Probenhalterung sichergestellt.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der anspruchsgemäßen Schleif- und Polier­ vorrichtung in Aufsicht. Eine Schleif- oder Polierscheibe 1 stellt die ro­ tierende Fläche dar. Sie ist mit einem Poliermittel in Form eines Poliertuchs bespannt. Die Schleif- oder Polierscheibe 1 rotiert in Richtung des Pfeils 2. Oberhalb der Schleif- oder Polierscheibe 1 befin­ det sich ein Arm (Ausleger) 3, der an einem Ende eine kreisförmige Öffnung 4 aufweist. Die kreisförmige Öff­ nung 4 ist parallel zur sowie über der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 angeordnet. Der Arm 3 ist im Befestigungs­ punkt 5 drehbar gelagert. Der Arm 3 ist in die beiden Richtungen des Doppelpfeils 6 drehbar. Im anderen Ende des Arms 3 befindet sich ein Langloch 7. Eine Exzenter­ scheibe 8 wird vom Langloch 7 umgeben. Die Exzenter­ scheibe 8 rotiert um ihren außermittigen Befestigungs­ punkt 9 z. B. in Richtung des Pfeils 10. Dreht sich die Exzenterscheibe 8, so pendelt das gegenüberliegende En­ de des Arms 3 in Richtung der beiden Pfeile 11 hin und her und überstreicht dabei die rotierende Schleif- oder Polierscheibe 1. Der Mittelpunkt der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 wird während der Pendelbewegung durchlaufen. Die Exzenterscheibe 8 weist ein Langloch 12 auf. Der außermittige Befesti­ gungspunkt 9 der Exzenterscheibe 8 kann entlang des weiteren Langloches 12 verändert werden. Je näher der außermittige Befestigungspunkt 9 zur Mitte (zum Mittel­ punkt) der Exzenterscheibe 8 rückt, desto kleiner ist die Pendelbewegung des Arms 3.

In die ringförmige Öffnung 4 ist eine Probenhalterung 13 mit zylinderförmiger Mantelfläche hineingestellt worden. In der Probenhalterung 13 ist ein Kristall ein­ gespannt. Der eingespannte Kristall konnte in der Figur nicht dargestellt werden, da dieser von der Probenhal­ terung 13 verdeckt wird. Der Kristall steht mit seiner zu polierenden Fläche auf der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 auf.

Die Probenhalterung 13 wird aufgrund der Pendelbewegung des Arms 3 über die Fläche der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 geführt. Insbesondere nahe beim Mittelpunkt der rotie­ renden Schleif- oder Polierscheibe 1 wird die Probenhalterung 13 um die ei­ gene Mittelachse gedreht. Diese Drehung wird durch den auf der Probenhalterung 13 dargestellten Doppelpfeil ver­ deutlicht. Eine solche Drehung verändert die Polier- oder Schleifrichtung. Im Moment der Drehung der Proben­ halterung 13 wird nicht oder kaum geschliffen oder po­ liert. Befindet sich die Probenhalterung 13 infolge der Pendelbewegung des Arms 3 nahe am Rand der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1, so wird die Probenhalterung 13 praktisch nicht mehr um die eigene Mittelachse gedreht. Hier wird dann ausschließlich geschliffen oder poliert.

Erweist sich die Ausnutzung einer verkleinerten oder vergrößerten Polierfläche als vorteilhaft, so ist dies durch Verlagerung des außermittigen Befestigungspunktes 9 der Exzenterscheibe 8 auf einfache Weise möglich.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfin­ dung kann die Lage (Position) des Befestigungspunktes 5 des Arms oder die Lage (Position) der Welle, an der die Exzenterscheibe 8 befestigt ist, ebenfalls geändert werden, um so andere Bereiche der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe 1 zur Polierung ausnutzen zu können.

Mittels der Schleif- und Poliervorrichtung konnte eine Genauigkeit von 4/100 Grad von der verlangten Ebene er­ zeugt werden. Dieser Wert war deutlich besser im Ver­ gleich zu Werten, die bei der Anmelderin mit eingangs genannten Vorrichtungen erzielt wurden.

Claims (1)

1. Schleif- und Poliervorrichtung insbesondere für Kristalle

   • a) mit einer rotierbar gelagerten Schleif- oder Po­ lierscheibe (1), wobei eine Stirnfläche im we­ sentlichen horizontal ausgebildet ist,
   • b) mit einer oberhalb der rotierbar gelagerten Schleif- oder Polierscheibe (1) befindlichen Einrichtung, die eine Öffnung (4) für die Auf­ nahme einer Probenhalterung (13) aufweist,
   • c) wobei die Öffnung (4) parallel zur rotierenden Schleif- oder Polierscheibe (1) angeordnet ist,
   • d) mit Mitteln (3, 5, 8) zur Erzeugung einer Rela­ tivbewegung zwischen der Öffnung (4) der Ein­ richtung und der rotierenden Scheibe (1),
   • e) mit einem Querschnitt der Öffnung (4), der grös­ ser ist, als der Querschnitt der Probenhalterung (13), so daß die in die Öffnung (4) hineinge­ stellte Probenhalterung (13) um ihre Mittelachse rotieren kann, und
   • f) die Relativbewegung zwischen der Öffnung (4) und der rotierenden Schleif- oder Polierscheibe (1) derart erfolgt, daß die Probenhalterung (13) wiederkehrend durch den Mittelpunkt der rotie­ renden Schleif- oder Polierscheibe (1) geführt wird und sich dabei die Probenhalterung (13) um ihre Mittelachse dreht.