DE19750428A1

DE19750428A1 - Verfahren und Vorrichtung zum beidseitigen Polieren optischer Linsen

Info

Publication number: DE19750428A1
Application number: DE19750428A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Mandler
Original assignee: OPTO TECH OPTIKMASCHINEN GmbH
Current assignee: OPTO TECH OPTIKMASCHINEN GmbH
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: EP0916448A3; EP0916448B1; DE19750428B4; EP0916448A2; US6155911A

Description

Die nachstehende Erfindung hat zum Ziel optische Linsen kostengünstiger und präziser herzustellen, als dies nach dem Stand der Technik bisher möglich ist.

Optische Linsen werden durch mehrere Schleifvorgänge oder andere spannehmende Bearbeitungsmethoden aus transparenten Materialien hergestellt. Es kann sich dabei um Mineralglas oder geeignete Kunststoffe handeln. An die genannten formgebenden Bearbeitungsvorgänge schließt sich in jedem Fall mindestens ein Poliervorgang an, mit dem die Oberflächenrauhigkeit der Linse soweit herabgesetzt wird, daß die Lichtstreu ung an der Oberfläche vernachlässigbar wird.

Bei den heute üblichen Verfahren wird für das Polieren der Linsen etwa die doppelte Zeit benötigt, als für die davorliegenden, formgebenden Bearbeitungsvorgänge. Es ist daher ein besonders wichtiges Entwicklungsziel die Polierzeiten zu verkürzen. Da die eigentliche Polierzeit bei der das Polierwerkzeug an der Linse im Eingriff ist, verfah rensbedingt nicht ohne weiteres gekürzt werden kann, kommt der Reduzierung der Nebenzeiten besondere Bedeutung zu.

Nach dem Stand der Technik werden Linsen mit folgender Technologie poliert:

Die Poliermaschinen verfügen über einen oben liegenden Schwenkkopf, der die Werk zeugspindel trägt an deren unterem Ende das Polierwerkzeug - üblicherweise ein Formwerkzeug - befestigt ist. Der Schwenkkopf seinerseits ist, um die sogenannte B-Achse schwenkbar, an einem X-Schlitten befestigt, der horizontale Bewegungen senkrecht zur B-Achse ausführen kann. Im unteren Teil der Poliermaschine befindet sich ein Z-Schlitten, der sich vertikal bewegen kann und die Werkstückspindel mit ver tikaler Achse trägt. Die Achsen von Werkzeugspindel und Werkstückspindel liegen in einer gemeinsamen Ebene, die auf der B-Achse senkrecht steht. Beide Spindeln ver fügen über einen eigenen Antrieb, der sie in Rotation versetzen kann.

Damit die Relativgeschwindigkeit zwischen Formwerkzeug und Linse an jeder Stelle der Linsenoberfläche möglichst optimal ist, muß eine der beiden Spindelachsen beim Polieren schräg gestellt werden. Bei den heute üblichen Poliermaschinen wird dies durch Schwenken des vorgenannten, oben liegenden Schwenkkopfes mit der daran befestigten Werkzeugspindel erreicht, die damit schräg steht. Das Formwerkzeug hat dabei etwa den doppelten Durchmesser wie die Linse, die so an das Werkzeug ange legt wird, daß ihr Rand nicht über das Drehzentrum des Formwerkzeuges hinausreicht. Aus geometrischen Gründen muß der Schnittpunkt der beiden Spindelachsen mit dem Krümmungsmittelpunkt der Linse zusammenfallen, was nach dem Schrägstellen des Schwenkkopfes durch Verfahren des X-Schlittens und des Z-Schlittens erreicht wer den kann.

Die Formwerkzeuge sind auf der Seite, die beim Polieren an der Linse an liegt, mit einem weichen Material belegt. Durch Zugabe einer Poliersuspension, die feine Fest stoffpartikel enthält, wird der erwünschte Materialabtrag erreicht. Wenn auch beim Polieren im wesentlichen nur die Oberflächenrauhigkeit vermindert wird, so findet doch im Feinbereich noch eine gewisse Korrektur der Linsenform statt. Aus diesem Grund müssen die Polierwerkzeuge sehr präzise gearbeitet sein und wegen dem beim Polie ren auftretenden Verschleiß immer wieder mit einem sogenannten Abrichtwerkzeug nachgearbeitet werden. Früher mußte hierzu die Werkstückaufnahme von der Werk stückspindel entfernt werden, damit das Abrichtwerkzeug an dieser Spindel befestigt werden konnte. Bei diesem Umwechseln der Bauteile kam es zu Toleranzfehlern be züglich der Achslage von Werkstückaufnahme, Abrichtwerkzeug und Kontur des Form werkzeuges bedingt durch die natürlichen Toleranzen an den beteiligten Bauteilen. Diese Toleranzfehler in der Achslage der beteiligten Bauteile führte zu einer Minderung der Linsengenauigkeit.

Neuerdings gibt es Abrichtwerkzeuge, die mit einer Werkstückaufnahme kombiniert sind, nachstehend Kombiwerkzeug genannt. Eine entsprechende Vorrichtung wurde unter dem amtlichen Aktenzeichen 961 07 870.6 beschrieben und zum Patent ange meldet. Bei Verwendung dieser Kombiwerkzeuge werden die vorgenannten Toleranz probleme vermieden, da ein Auswechseln der Werkstückaufnahme gegen ein Abricht werkzeug zum Abrichten des Formwerkzeuges nicht mehr nötig ist.

Als wesentlicher Nachteil bleibt jedoch bei den heute üblichen Polierverfahren (auch bei Verwendung der Kombiwerkzeuge), daß die zu bearbeitende Linse nach dem Polieren der ersten Oberfläche aus der Werkstückaufnahme entnommen und gedreht werden muß, damit sie in eine zweite Poliermaschine mit dem entsprechenden Formwerkzeug für die zweite Linsenoberfläche eingelegt werden kann. Dieser Vorgang ist zeitaufwen dig und birgt außerdem die Gefahr von Beschädigungen an der bereits fertiggestellten ersten Linsenoberfläche.

Damit die erste, bereits fertiggestellte Linsenoberfläche beim Polieren der zweiten Oberfläche nicht von der Werkstückaufnahme beschädigt wird, muß sie mit einem Schutzlack versehen werden. Das Aufbringen dieses Lackes ist zeitaufwendig, ebenso wie das spätere Entfernen des Schutzlackes. Hinzu kommen unerwünschte Trocknungszeiten und Umweltprobleme beim Verwenden von lösungsmittelhaltigen Lacken. Desweiteren ist das Aufbringen von Lackschichten sehr homogener Dicke im Hinblick auf die Linsengenauigkeit wünschenswert, in der Praxis jedoch nur schwer zu realisieren.

Bei den heute üblichen Verfahren zum Polieren von Linsen werden Werkstückaufnah men benutzt, die im wesentlichen aus einem Hohlzylinder aus Kunststoff bestehen, der in seinem inneren Durchmesser der Linse angepaßt ist, so daß sie in diesen eingelegt werden kann. Im Inneren weist der Hohlzylinder üblicherweise eine Gummimembran auf, die mit Druck beaufschlagt werden kann und sich dann flächig an die Linse an legt. Dadurch wird diese gegen das Formwerkzeug gedrückt. Wegen der besonderen Eigenschaften und Ungenauigkeiten der Membran ist dieser Anpressdruck zwischen Linse und Formwerkzeug über der Fläche gesehen mit kleinen Unregelmäßigkeiten behaftet. Dies ist ein Nachteil bei den bekannten Vorrichtungen zum Linsenpolieren, der sich ungünstig auf die Linsengenauigkeit auswirkt.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen auf diese Membran verzich tet wird. Statt dessen liegt die Linse in der Werkzeugaufnahme zunächst mit ihrem Rand auf einem kleinen Bund auf. Bei Beaufschlagung der Linsenrückseite mit Preßluft hebt sie sich von diesem Bund ab und wird gegen das Formwerkzeug gedrückt. Die Druckverteilung ist jetzt zwar gleichmäßiger, als dies bei Verwendung einer Membran der Fall ist, dafür ergeben sich jedoch andere Nachteile. Da Luft kompressibel ist, ist die Anpressung der Linse an das Formwerkzeug nicht so stabil, wie dies wünschens wert wäre. Außerdem kommt es durch die Luft, die durch den Spalt zwischen Linse und Werkstückaufnahme strömt zum Antrocknen von Poliersuspension an dem Linsenrand, was wegen des erforderlichen Reinigungsaufwandes sehr nachteilig ist. Ungünstig ist auch, daß die beim Polieren entstehende Reibungswärme beim Arbeiten mit Preßluft nur ungenügend abgeführt werden kann, so daß sich die Linse ungleichmäßig erwärmt, was zu Verzug infolge Wärmedehnung und damit zu Ungenauigkeiten führen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung (Maschine) zur Durchfüh rung des Verfahrens werden die vorgenannten Nachteile vermieden.

Hierzu ist vorgesehen, daß bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit vier oder sechs Spindeln gearbeitet wird.

Dabei werden bei der Vierspindel-Version im oberen und auch im unteren Teil der Poliermaschine je eine Werkzeug- und eine Kombispindel angeordnet. Die beiden Kombispindeln werden in diesem Fall mit dem vorerwähnten Kombiwerkzeug bestückt, daß sowohl über ein Abrichtwerkzeug, als auch über eine Werkstückaufnahme verfügt.

Bei der Sechsspindel-Version sind im oberen und auch im unteren Teil der Polier maschine je eine Werkzeug-, Werkstück- und Abrichtspindel angeordnet. In diesem Fall kann ohne das Kombiwerkzeug gearbeitet werden, d. h. die Werkstückspindel wird mit einer Werkstückaufnahme ausgerüstet, während an der Abrichtspindel ein übliches Ab richtwerkzeug befestigt wird.

Der nachstehende Text nimmt auf die Vierspindel-Version Bezug, sinngemäß das gleiche gilt jedoch auch für die Sechsspindel-Version.

Bei einer der Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich im oberen Teil der Maschine ein sogenannter Schwenkkopf, der um die B-Achse geschwenkt werden kann, wobei die B-Achse horizontal angeordnet ist. An dem Schwenkkopf sind die oben liegende Kombispindel und die Werkzeugspindel befestigt, deren beider Achsen parallel sind, in Ruhelage senkrecht stehen und in einer Ebene liegen, die senkrecht zu der B-Achse angeordnet ist. Durch Schwenken des Schwenkkopfes um die B-Achse können die genannten beiden Spindeln gemeinsam schräg gestellt werden. Sie verfügen über einen Antrieb mit dem sie in Rotation versetzt werden kön nen.

Im unteren Teil der Maschine befinden sich ebenfalls eine angetriebene Kombi- und eine Werkzeugspindel, deren beider Achsen parallel sind, senkrecht stehen und in der gleichen Ebene liegen, wie die beiden darüber liegenden Spindeln. Die beiden unten liegenden Spindeln sind gegenüber den beiden oben liegenden Spindeln rechts-links vertauscht, d. h. paarweise ist immer eine Werkzeugspindel einer Kombispindel in verti kaler Richtung gesehen, zugeordnet.

Die beiden unten liegenden Spindeln sind an einem Z-Schlitten befestigt, der vertikale Bewegungen erlaubt, wodurch die Spindeln ebenfalls in dieser Richtung verstellt werden können. Der Z-Schlitten seinerseits ist an einem X-Schlitten befestigt, der es gestattet, horizontale Bewegungen senkrecht zur B-Achse auszuführen. Damit ist es möglich, die beiden unten liegenden Spindeln in der X- und Z-Richtung zu verfahren.

Bei der sechsspindeligen Ausführung wird den beiden oben liegenden und den beiden unten liegenden Spindeln jeweils als dritte Spindel noch eine Abrichtspindel zugeord net. Von den Vorschubschlitten bzw. dem Schwenkkopf werden dann die angehängten drei Spindeln in der gleichen Art und Weise bewegt wie vorher bei der vierspindeligen Maschine beschrieben.

Es sind auch weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorge sehen. So könnten z. B. die beiden oben liegenden Spindeln (Werkzeug- und Kombispindel) an einem eigenem Schwenkkopf befestigt sein, so daß sie unabhängig voneinander aus der vertikalen Lage ausgeschwenkt werden können. Dementspre chend würden auch die beiden untenliegenden Spindeln (Werkzeug- und Kombi spindel) an jeweils einem eigenen Z-Schlitten befestigt. Jeder dieser beiden Z-Schlitten würde an einem separaten X-Schlitten befestigt. Bei der hier beschriebenen Anordnung von insgesamt zwei Schwenkköpfen und jeweils zwei X- und zwei Z-Schlitten ergäbe sich die Möglichkeit, zwei Linsen gleichzeitig zu polieren, woraus sich eine erhebliche Kostenersparnis, sowohl bei den Arbeits- wie auch bei den Investitionskosten, ergibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist desweiteren vorgesehen, daß die Werkstückaufnahme aus einem becherförmigen Hohlzylinder besteht, in dessen Öffnung die Linse mit ihrem Rand auf einen kleinen Bund aufgelegt wird. Damit die Linse gegen das Polierwerkzeug (Formwerkzeug) gedrückt werden kann, wird der Innenraum der Werkstückaufnahme mit Poliersuspension gefüllt und diese mit einem wählbaren Druck beaufschlagt. Diese hydrostatische Lagerung hat eine ganze Reihe von Vorteilen, auf die später noch ein gegangen wird.

Von der unter Druck stehenden Poliersuspension wird die Linse dann gegen das Formwerkzeug gedrückt und so der erforderliche Polierdruck erzeugt. Die Polier suspension tritt außerdem aus dem sehr feinen Spalt zwischen Linse und Werkstück aufnahme aus und gelangt so, wie erwünscht, zwischen die Polierflächen des Form werkzeugs und die zu polierende Oberfläche der Linse.

Der Verfahrensablauf mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden CNC-gesteuerten Vorrichtung einschließlich der verschiedenen Alternativen ist dann wie folgt:
Zunächst werden die beiden Formwerkzeuge nacheinander abgerichtet wozu der Schwenkkopf aus seiner Nullage herausgeschwenkt wird und durch Verfahren in X- und Z-Achse entweder das Kombiwerkzeug (vierspindelige Ausführung) oder das Ab richtwerkzeug üblicher Bauart (sechsspindelige Ausführung) mit dem Formwerkzeug in Kontakt gebracht wird, nachdem beide Spindelantriebe gestartet wurden. Der Abricht vorgang läuft dann ab, wobei sehr feine Zustellbewegungen in Z-Richtung ausgeführt werden.

Nach Beendigung des Abrichtvorganges an beiden Formwerkzeugen werden die Spin deln wieder auseinandergefahren und die erste Linse in die Werkstückaufnahme der ersten Werkstückspindel eingelegt. Falls mit dem Kombiwerkzeug abgerichtet wurde, wird dieses jetzt entweder manuell oder automatisch so umgestellt, daß nun nicht mehr die mit Schleifkörpern besetzte Ringschneide übersteht, sondern die Werkstückauf nahme, ein Kunststoffring mit dem genannten Bund zur Aufnahme der Linse.

Der Poliervorgang läuft dann ab mit schräggestelltem Schwenkkopf (mit Werk zeugspindel und Formwerkzeug), nachdem die Linse und das Formwerkzeug durch Verfahren in X- und Z-Richtung in Kontakt gebracht wurden. Die aus dem Ringspalt zwischen Werkstückaufnahme und Linse austretende Poliersuspension verteilt sich dabei in idealer Weise zwischen den Polierflächen des Formwerkzeuges und der Lin senoberfläche.

Die vorbeschriebenen Nachteile, die sich beim Arbeiten mit luftbeaufschlagten Werk stückaufnahmen ergeben, werden bei der hier vorgeschlagenen hydrostatischen Lage rung vermieden. Da die wasserhaltige Suspension praktisch inkompressibel ist wird die Linse stabil und gleichmäßig gegen das Formwerkzeug gedrückt. Durch die gute Wärmeleitung und hohe spezifische Wärme des Wassers wird die Linse auf der Vor der- und Rückseite sehr gut gekühlt und damit auch die vorgenannten unerwünschten Er wärmungen an der Linse vermieden. Außerdem sorgt die aus dem genannten Ringspalt ständig austretende Suspension dafür, daß die Linse auch am Rand feucht bleibt und sich keine angetrockneten Rückstände in diesem Bereich bilden können. Auch die beim Arbeiten mit einer Gummimembran auftretenden Nachteile werden vermieden. Da keine Membran verwendet wird, sondern die Flüssigkeit direkt auf die Linsenrückseite drückt können Ungenauigkeiten infolge ungenauen Membrandrucks nicht auftreten. Die hier genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens führen zu einer ersten Qualitätssteigerung und Kostensenkung beim Polieren von Linsen.

Wenn im folgenden von der Werkstückaufnahme gesprochen wird, so ist diese immer ein Teil des betreffenden Kombiwerkzeugs.

Ein ganz wesentlicher Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Linse nach dem Polieren der ersten Seite, von der ersten Werkstückaufnahme ohne Handeingriff an die zweite Werkstückaufnahme übergeben werden kann, wo dann das Polieren der zweiten Seite stattfindet. Hierzu wird die Suspension in dem ersten Kombiwerkzeug mit Werkstück aufnahme zunächst druckentlastet und die Werkzeug- und Kombispindel dann in Z-Richtung auseinandergefahren. Anschließend wird der Schwenkkopf in die Nullstel lung zurückschwenkt und der X- und Z-Schlitten so verfahren, daß die erste Kombi spindel zur zweiten koaxial angeordnet ist, d. h., daß die Achse der ersten Werkstück aufnahme mit der Linse mit der Achse der zweiten Werkstückaufnahme zusammenfällt und sich die beiden Werkstückaufnahmen fast berühren, d. h. im kleinstmöglichen Ab stand zu einander stehen. Durch Druckbeaufschlagung der Poliersuspension in der ersten Werkstückaufnahme wird die Linse hydraulisch aus dieser heraus- und in die zweite Werkstückaufnahme hineingedrückt.

Die Vorteile sind offensichtlich und wie folgt:
Ganz besonders vorteilhaft ist, daß die Linsen auf ihren beiden Seiten auf einer einzi gen Maschine poliert werden können. Die Investitionskosten sind entsprechend nied riger, da eine zweite Maschine entfallen kann. Auch die Arbeitskosten sind deutlich ge ringer, als bei den Verfahren entsprechend dem Stand der Technik, da die Linse ohne Handeingriff auf beiden Seiten poliert wird und dazu auf dem kürzesten Wege von der ersten in die zweite Werkstückaufnahme gelangt. Besonders hervorzuheben ist, daß die Linse beim Umwechseln von der ersten Werkstückaufnahme in die zweite nicht ge dreht werden muß und keine gesonderten Vorrichtungen für dieses Umwechseln erfor derlich sind. Die Linse gelangt von der ersten in die zweite Werkstückaufnahme aus schließlich mit Hilfe von Maschinenteilen, Vorrichtungen und Steuerungselementen, die ohnehin für das Linsenpolieren und unabhängig von diesem Umwechseln erforderlich sind. Dementsprechend niedrig sind die Kosten für die erfindungsgemäße Polierma schine, die eine zweite Poliermaschine überflüssig macht und außerdem Zwischenlager und Handhabungseinrichtungen für das Umwechseln der Linsen einspart.

Da die Linsen nach dem Polieren der ersten Seite nicht mehr manuell von der Werk stückaufnahme einer ersten Poliermaschine in die Werkstückaufnahme einer zweiten Poliermaschine gelegt werden müssen, damit die zweite Seite poliert werden kann und auch keine Werkstückaufnahmen mit Gummimembranen benutzt werden, besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil darin, daß keine Beschädigungsgefahr an der ersten fer tiggestellten Linsenoberfläche gegeben ist. Aus diesem Grunde kann das Aufbringen des vorerwähnten Schutzlackes entfallen. Es entsteht so kein Arbeits- und Investitions aufwand für diesen Arbeitsgang "Schutzlack aufbringen". Das gleiche gilt naturgemäß für den Arbeitsgang "Schutzlack entfernen".

Weitere Details zu dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens werden anhand der Abb. 1 bis 3 erläutert. Es wird davon aus gegangen, daß alle Maschinenfunktionen CNC-gesteuert sind. In den Abbildungen wird nur das Grundprinzip anhand der vier Maschinenspindeln und ihrer Lage zueinander dargestellt. Wie bei der vierspindeligen Maschine vorgesehen, werden in den Abbildun gen zwei Kombiwerkzeuge gezeigt (Abrichtwerkzeug mit integrierter Werkstückauf nahme). Im dargestellten Fall sind die beiden oben liegenden Spindeln an einen Schwenkkopf befestigt, der um die B-Achse geschwenkt werden kann, während die beiden unten liegenden Spindeln mit einem Vorschubsystem verbunden sind, das Be wegungen in der X- und Z-Richtung erlaubt. Nicht gezeigt werden die verschiedenen Antriebssysteme und andere Details.

Prinzipiell sind jedoch auch andere Anordnungen möglich, insbesondere ist auch vor gesehen, die vier Spindeln unabhängig voneinander zu bewegen, um zwei Linsen seiten gleichzeitig polieren zu können, wobei wieder Kombiwerkzeuge zum Einsatz kommen.

Die sechsspindelige Poliermaschine entspricht in Arbeitsweise und Aufbau der hier ge zeigten vierspindeligen Maschine. Bei der Ausführung als sechsspindelige Maschine würde jeweils die Spindel für das Abrichtwerkzeug mit der Spindel für die Werkstück aufnahme an einem gemeinsamen Bewegungssystem befestigt sein.

In Abb. 1 wird die Maschine - stark schematisiert - als Übersicht dargestellt.

Abb. 2 zeigt die Übergabe der Linse von der unteren Werkstückaufnahme an die obere.

In Abb. 3 sind die wesentlichen Bearbeitungsschritte in acht Phasen dargestellt.

Zu Abb. 1

An einem Maschinenrahmen (1) ist im oberen Bereich ein Schwenkkopf (2) um die B-Achse (3) schwenkbar gelagert. An dem Schwenkkopf (2) ist die Werkzeugspin del I (4) befestigt, die an ihrem unteren Ende das Formwerkzeug I (5) für eine konvexe Linsenoberfläche trägt. Ebenfalls mit dem Schwenkkopf (2) verbunden ist die Kom bispindel II (6), an deren unterem Ende das Kombiwerkzeug II (7) befestigt ist.

Im unteren Bereich des Maschinenrahmens (1) ist ein X-Schlitten (8) so gelagert, daß er horizontale Bewegungen senkrecht zur B-Achse (3) ausführen kann. Mit dem X-Schlitten (8) ist ein Z-Schlitten (9) verbunden, der senkrechte Bewegungen ermög licht und die Kombispindel I (10) sowie die Werkzeugspindel II (11) trägt. Am oberen Ende der Kombispindel I (10) ist das Kombiwerkzeug I (12) befestigt, während am oberen Ende der Werkzeugspindel II (11) das Formwerkzeug II (13) angeordnet ist. Das Kombiwerkzeug I (12) besteht aus einem inneren Teil, dem Abrichtwerk zeug I (16), das mit der Kombispindel I (10) verbunden ist und einem äußeren Teil der Werkstückaufnahme I (14). Analog hierzu besteht das Kombiwerkzeug II (7) aus einem innen liegenden Abrichtwerkzeug II (17), das mit der Kombispindel II (6) ver bunden ist und einer außen liegenden Werkstückaufnahme II (15).

Zu Abb. 2

In Abb. 2 wird gezeigt, wie die zu bearbeitende Linse (18) von dem Kombiwerk zeug I (12) in das Kombiwerkzeug II (7) transportiert wird. Hierzu wurde die Kombi spindel I (10) zunächst durch Verfahren in der X-Achse genau senkrecht unter die Kombispindel II (6) gefahren und anschließend durch Verfahren der Kombi spindel I (10) in der Z-Achse erreicht, daß die Werkstückaufnahme I (14) und die Werkstückaufnahme II (15) sich fast berühren. Das Abrichtwerkzeug I (16) und das Abrichtwerkzeug II (17) sind einerseits mit der Kombispindel I (10) und andererseits mit der Kombispindel II (6) verbunden und tragen die ihnen jeweils zugeordnete Werk stückaufnahme I (14) und Werkstückaufnahme II (15).

Die Linse (18) befindet sich zunächst in der Werkstückaufnahme I (14) des Kombi werkzeugs I (12). Sie wird durch Druckbeaufschlagung des mit Poliersuspension ge füllten inneren Hohlraums (19) der Kombispindel I (10) und des Innenraums (20) des Kombiwerkzeugs I (12) mittels hydraulischer Krafteinwirkung in die Werkstückauf nahme II (15) des Kombiwerkzeugs II (7) gedrückt. Bei diesem Vorgang wird der innere Hohlraum (21) der Kombispindel II (6) und damit auch der Innenraum (22) des Kombiwerkzeugs II (7) druckentlastet.

Die Linse (18) befindet sich damit in Polierposition für die zweite Seite.

Ein wesentlicher Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die bei dem Übergabevorgang der Linse (18) austretende Poliersuspension nicht schädlich ist, da der Poliervorgang ohnehin unter reichlicher Zugabe von Poliersuspension abläuft. Die Verwendung des gleichen Mediums für den Transport der Linse (18) von der Werkstückaufnahme I (14) in die Werkstückaufnahme II (15), das Anpressen der Linse (18) gegen das Formwerk zeug I (5) bzw. das Formwerkzeug II (13) sowie für den Poliervorgang selbst ist damit ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung.

Zu Abb. 3

In dieser Abbildung wird das Polieren einer Linse (18) einschließlich Abrichten des Formwerkzeugs I (5) und des Formwerkzeugs II (13) in acht Phasenbildern darge stellt. Der Übersichtlichkeit halber wurden nur die vier Spindeln mit den daran befestig ten Werkzeugen und der Linse (18) gezeichnet. Insbesondere nicht dargestellt wurde der Schwenkkopf (2). Beim Abrichten der Formwerkzeuge (5) und (13) wie auch bei dem Polieren der Linse (18) werden die Achsen der beteiligten Spindeln schräg zuein ander gestellt, wobei der Achsenschnittpunkt im Krümmungsmittelpunkt der Linse (18) bzw. der Formwerkzeuge (5) oder (13) liegen muß.

Da die bildlichen Darstellungen aus Platzgründen jeweils an der Umrahmung ausge richtet wurden (rechts u. links = gleicher Abstand zu den Begrenzungslinien), ergibt sich die Verschiebung der Spindeln von Phasenbild zu Phasenbild als relativer Abstand zu dem eingezeichneten Achsenkreuz.

Phasenbild 1 = Grundstellung

Hier wird die Grundstellung der vier Spindeln der Poliermaschine dargestellt.

Phasenbild 2 = Abrichten von Formwerkzeug I (5)

Am Kombiwerkzeug I (12) wurde die Werkstückaufnahme I (14) entfernt (manuell oder automatisch) und damit das Abrichtwerkzeug I (16) freigelegt. Der Schwenkkopf (2) wurde schräg gestellt und damit auch die Werkzeugspindel I (4) mit dem Formwerk zeug I (5). Durch Verfahren in X- und Z-Richtung wurde das Abrichtwerkzeug I (16) in Kontakt mit dem Formwerkzeug I (5) gebracht, nachdem zuvor die Antriebe der Kombi spindel I (10) und der Werkzeugspindel I (4) gegenläufig gestartet wurden. Durch Vor schub des Abrichtwerkzeugs I (16) in Z-Richtung wird der erwünschte Materialabtrag im Feinbereich erzeugt.

Phasenbild 3 = Abrichten von Formwerkzeug II (13)

Am Kombiwerkzeug II (7) wurde die Werkstückaufnahme II (15) entfernt (manuell oder automatisch) und damit das Abrichtwerkzeug II (17) freigelegt. Der Schwenkkopf (2) wurde in die andere Richtung schräg gestellt und damit auch die Kombispindel II (6). Durch Verfahren in X- und Z-Richtung wurde das Formwerkzeug II (13) in Kontakt mit dem Abrichtwerkzeug II (17) gebracht, nachdem zuvor die Antriebe für die Kombi spindel II (6) und die Werkzeugspindel II (11) gegenläufig gestartet wurden. Durch Vorschub des Formwerkzeugs II (13) in Z-Richtung wird der erwünschte Materialabtrag im Feinbereich erzeugt.

Phasenbild 4 = Einlegen der Linse (18) in die Werkstückaufnahme I (14)

Am Kombiwerkzeug I (12) wurde die Werkstückaufnahme I (14) und am Kombiwerk zeug II (7) die Werkstückaufnahme II (15) wieder befestigt (manuell oder automa tisch). Zur besseren Handhabung wurde der Schwenkkopf (2) in die Nullstellung zurückgeschwenkt, so daß die Achsen der Werkzeugspindel I (4) und der Kombi spindel II (6) senkrecht stehen. Durch Verfahren in X- und Z-Richtung wurde die Kombispindel I (10) mit der Werkstückaufnahme I (14) in eine Position gefahren, die das Einlegen der Linse (18) erlaubt (von Hand oder automatisch).

Phasenbild 5 = Polieren der ersten, konvexen Seite von Linse (18)

Der Schwenkkopf (2) wurde schräg gestellt und damit auch die Werkzeugspindel l (4) mit dem Formwerkzeug I (5). Durch Verfahren in X- und Z-Richtung wurde die Linse (18) in der Werkstückaufnahme I (14) der Kombispindel I (10) in drucklosen Kontakt mit dem Formwerkzeug I (5) gebracht, nachdem zuvor die Antriebe für die Werkzeugspindel I (4) und die Kombispindel I (10) gestartet wurden. Anschließend wird die Poliersuspension über den inneren Hohlraum (19) der Kombispindel I (10) in den Innenraum (20) des Kombiwerkzeugs I (12) geleitet und unter Druck gesetzt. Dabei legt sich die Linse (18) an das Formwerkzeug I (5) an und die aus dem Ringspalt zwischen der Linse (18) und der Werkstückaufnahme I (14) austretende Poliersuspension sorgt für den gewünschten Materialabtrag beim Polieren. Eine Vorschubbewegung der Maschinenspindel ist nicht erforderlich, da die Linse (18) von der Poliersuspension stetig Richtung Formwerkzeug I (5) gedrückt wird.

Phasenbild 6 = Transport der Linse (18) von der Werkstückaufnahme I (14) in die Werkstückaufnahme II (15)

Der Schwenkkopf (2) wurde wieder senkrecht gestellt und damit auch die Werk zeugspindel I (4) mit dem Formwerkzeug I (5) und die Kombispindel II (6) mit dem Kombiwerkzeug II (7). Der X-Schlitten und der Z-Schlitten wurden so verfahren, daß die Kombispindel I (10) zur Kombispindel II (6) koaxial ausgerichtet ist, d. h., daß die Achse der Werkstückaufnahme I (14) mit der Achse der Werkstückaufnahme II (15) zusammenfällt und sich die beiden Werkstückaufnahmen (14) und (15) fast berühren, d. h. im kleinstmöglichen Abstand zu einander stehen. Durch Druckbeaufschlagung des inneren Hohlraums (19) der Kombispindel I (10) und damit auch des Innenraums (20) des Kombiwerkzeugs I (12) wird die Linse (18) hydraulisch aus der Werkstückauf nahme I (14) heraus- und in die Werkstückaufnahme II (15) hineingedrückt.

Phasenbild 7 = Polieren der zweiten, konkaven Seite der Linse (18)

Der Schwenkkopf (2) wurde schräg gestellt und damit auch die Kombispindel II (6) mit dem Kombiwerkzeug II (7) und der Werkstückaufnahme II (15), die die Linse (18) trägt. Durch Verfahren in X- und Z-Richtung wurde das Formwerkzeug II (13) in druck losen Kontakt mit der Linse (18) gebracht, nachdem zuvor die Antriebe für die Werk zeugspindel II (11) und die Kombispindel II (6) gestartet wurden. Anschließend wird die Poliersuspension über den inneren Hohlraum (21) der Kombispindel II (6) in den Innenraum (22) des Abrichtwerkzeugs II (17) geleitet und unter Druck gesetzt. Dabei legt sich die Linse (18) an das Formwerkzeug II (13) an und die aus dem Ringspalt zwischen der Linse (18) und der Werkstückaufnahme II (15) austretende Poliersuspension sorgt für den gewünschten Materialabtrag beim Polieren.

Phasenbild 8 = Entnahme der fertigpolierten Linse (18)

Zur besseren Handhabung wurde der Schwenkkopf (2) in die Nullstellung zurückge schwenkt, so daß die Achsen der Werkzeugspindel I (4) und der Kombispindel II (6) senkrecht stehen. Durch Verfahren in X- und Z-Richtung wurden die Kombi spindel I (10) und die Werkzeugspindel II (11) in eine Position gefahren, in der das Kombiwerkzeug I (12) und das Formwerkzeug II (13) bei der Entnahme (von Hand oder automatisch) der Linse (18) nicht stören.

Es ist auch vorgesehen, daß vor der Entnahme der Linse (18) diese von der Werk stückaufnahme II (15) in die Werkstückaufnahme I (14) transportiert wird, so daß die Linse (18) aus der unten liegenden Werkstückaufnahme I (14) entnommen werden kann. Diese Variante wurde hier nicht dargestellt.

Bezugszeichenliste

X-Richtung (horizontal)
Z-Richtung (vertikal)

1

Maschinenrahmen

2

Schwenkkopf

3

B-Achse

4

Werkzeugspindel I

5

Formwerkzeug I

6

Kombispindel II

7

Kombiwerkzeug II

8

X-Schlitten

9

Z-Schlitten

10

Kombispindel I

11

Werkzeugspindel II

12

Kombiwerkzeug I

13

Formwerkzeug II

14

Werkstückaufnahme I

15

Werkstückaufnahme II

16

Abrichtwerkzeug I

17

Abrichtwerkzeug II

18

Linse

19

innerer Hohlraum

20

Innenraum

21

innerer Hohlraum

22

Innenraum

Claims

1. Verfahren zum beidseitigen Polieren optischer Linsen dadurch gekenn zeichnet, daß beide Seiten der Linse (18) in einer einzigen Maschine poliert werden, wozu - bei einer ersten Ausführungsvariante - mindestens vier Spindeln vorhanden sind, nämlich zwei Werkzeugspindeln mit Polierwerkzeugen und zwei Kombispindeln mit Kombiwerkzeugen, die Werkstückaufnahmen und Abricht werkzeuge enthalten oder - bei einer zweiten Ausführungsvariante - mindestens sechs Spindeln vorhanden sind, nämlich zwei Werkzeugspindeln mit Polierwerk zeugen, zwei Werkstückspindeln mit Werkstückaufnahmen und zwei Abricht spindeln mit Abrichtwerkzeugen und die Linse (18) bei beiden Varianten nach dem ersten Poliervorgang von der ersten Werkstückaufnahme ohne zu wenden in die zweite Werkstückaufnahme transportiert wird und die Linse (18) hierzu nach dem achsgenauen und höhenrichtigen Positionieren in X- und Z-Richtung der beiden beteiligten Werkstückaufnahmen durch Beaufschlagen des Innen raums der ersten Werkstückaufnahme mit unter Druck stehender Poliersuspen sion aus der ersten Werkstückaufnahme heraus- und in die zweite Werkstück aufnahme hineingedrückt wird, wobei für das Positionieren der Kombispindeln (Ausführungsvariante 1) bzw. der Werkstückspindeln (Ausführungsvariante 2) in X- und Z-Richtung nur Bauteile benutzt werden, die für den Poliervorgang an der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ohnehin vorhanden sind und nach dem Transport der Linse (18) in die zweite Werkstückaufnahme die zweite Seite der Linse (18) mit dem zweiten Formwerkzeug poliert wird und, daß die beiden beteiligten Formwerkzeuge mit den Abrichtwerkzeugen der zugehörigen Kombi werkzeuge (Ausführungsvariante 1) bzw. den separaten Abrichtwerkzeugen (Ausführungsvariante 2) abgerichtet werden ohne, daß ein Werkzeugwechsel erforderlich ist.

2. Verfahren zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Polierverfahren mit einer vierspindeligen Maschine durchgeführt wird, bei der je eine Werkzeugspindel und eine Kombi spindel an einer ersten Bewegungsvorrichtungen befestigt sind, während die an deren Werkzeug- und Kombispindeln an einer zweiten Bewegungsvorrichtung befestigt sind.

3. Verfahren zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Polierverfahren mit einer vierspindeligen Maschine durchgeführt wird, bei der alle vier beteiligten Spindeln, z. B. zwei Kombispindeln und zwei Werkzeugspindeln an eigenen vier Bewegungsvorrich tungen befestigt sind, so daß zwei Linsen gleichzeitig poliert werden können z. B. die Vorderseite einer ersten Linse gleichzeitig mit der Rückseite einer zweiten Linse.

4. Verfahren zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Polierverfahren mit einer sechsspindeligen Maschine durchgeführt wird, bei der die jeweils erste Werkstück-, Werkzeug- und Abrichtspindel an einer ersten Bewegungsvorrichtung befestigt sind, während die jeweils zweite Werkstück-, Werkzeug- und Abrichtspindel an einer zweiten Be wegungsvorrichtung befestigt sind.

5. Verfahren zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Polierverfahren mit einer sechsspindeligen Maschine durchgeführt wird, bei der für die jeweils erste Werkstück- und Abricht spindel eine gemeinsame erste Bewegungsvorrichtungen vorgesehen ist und für die zweite Werkstück- und Abrichtspindel ebenfalls eine gemeinsame zweite Bewegungsvorrichtung vorhanden ist und bei der außerdem für jede der beiden Werkzeugspindeln eine separate Bewegungsvorrichtungen vorgesehen ist.

6. Vorrichtung zum beidseitigen Polieren optischer Linsen insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an einem Maschinenrahmen (1) im oberen Teil ein Schwenkkopf (2) vor handen ist, der um eine B-Achse (3) schwenkbar ist und eine Werkzeugspin del I (4) und ein Kombispindel II (6) trägt, an denen einerseits das Formwerk zeug I (5) und anderseits das Kombiwerkzeug II (7) befestigt ist, das seinerseits mit einem Abrichtwerkzeug II (17) verbunden ist, das eine Werkstückauf nahme II (15) trägt, während im unteren Teil des Maschinenrahmens (1) ein X-Schlitten (8) angeordnet ist, der seinerseits mit einem Z-Schlitten (9) verbun den ist, der sowohl eine Werkzeugspindel II (11) mit einem Formwerk zeug II (13), als auch eine Kombispindel I (10) mit einem Kombiwerkzeug I (12) trägt, das aus einem Abrichtwerkzeug I (16) und einer Werkstückauf nahme I (14) besteht.

7. Vorrichtung zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 6 da durch gekennzeichnet, daß die Kombispindel I (10) über einen inneren Hohlraum (19) verfügt, der mit dem Innenraum (20) des Kombiwerkzeugs I (12) verbunden ist und die Kombispindel II (6) ebenfalls über einen inneren Hohl raum (21) verfügt, der mit dem Innenraum (22) des Kombiwerkzeugs II (7) in Verbindung steht und das diese Hohl- und Innenräume mit Poliersuspension gefüllt werden können, wobei für den inneren Hohlraum (19) und den Innen raum (20) auch ein Druckbeaufschlagung vorgesehen ist.

8. Vorrichtung zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 6 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Kombiwerkzeug I (12) als auch das Kombiwerkzeug II (7) entweder manuell oder automatisch von Ab richtbetrieb auf Polierbetrieb umgestellt werden können, wobei beim Abrichtbe trieb die Schneidkante des betreffenden Abrichtwerkzeuges (16) oder (17) nach vorne übersteht, während beim Polierbetrieb im vorderen Teil eine Linsenauf nahme (14) oder (15) angeordnet ist.

9. Vorrichtung zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß zum Polieren der Linse (18) sogenannte Formwerkzeuge z. B. Formwerkzeug I (5) und Formwerkzeug II (13) benutzt werden.

10. Vorrichtung zum beidseitigen Polieren optischer Linsen nach Anspruch 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß zum Abrichten des Formwerkzeugs I (5) und des Formwerkzeugs II (13) Abrichtwerkzeuge (16) und (17) benutzt wer den, die als sogenannte Topfwerkzeuge (Becherform) bekannt geworden sind.