DE19812186C2 - Linsenhalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linsenhalter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und dessen Verwendung gemäß Anspruch 5.

Linsen werden durch verschiedene Schleifvorgänge mit anschließendem Polieren auf spezielle Poliermaschinen hergestellt, die herkömmlich über mindestens, je eine Werk­ zeugspindel und Werkstückspindel mit senkrechter Achse verfügt. Beide Spindeln kön­ nen an Vorschub- und Schwenksystemen befestigt sein, damit sie in gewünschte Arbeitspositionen zueinander gebracht werden können. Die Werkzeugspindel wird mit einem Polierwerkzeug ausgerüstet. Beim Polieren von z. B. sphärischen Linsen ist dies ein Formwerkzeug, dessen aktive Oberfläche die negative Krümmung der zu polie­ renden Linsenoberfläche aufweist und aus weichem Material (Polierfolie) besteht.

An der Werkstückspindel ist ein Linsenhalter befestigt, in den die Linse für den Polier­ vorgang eingelegt und an ihrem Umfang gehalten wird. Der Linsenhalter hat einen rotationssymmetrischen Grundkörper mit einer Ausnehmung, welche dem Außen­ durchmesser der Linse entspricht und nach einer Seite hin offen ist, damit die Linse eingelegt werden kann, und welche zur anderen Seite hin mit einer Gummimembran abgeschlossen ist. Über eine zentrale Bohrung in der Werkstückspindel und dem Lin­ senhalter kann die Gummimembran rückseitig mit Druckluft beaufschlagt werden. Wenn die Gummimembran sich dann ausdehnt, legt sie sich mit ihrer Vorderseite an die Linse an und drückt diese gleichmäßig in das Polierwerkzeug hinein. Linse und Werkzeug kommen dabei zu flächiger Berührung, da beide den gleichen Krümmungs­ radius haben. Der Poliervorgang läuft dann unter Zugabe einer sogenannten Polier­ suspension ab.

Aus EP 0 169 931 A1 ist ein Aufnahmefutter für das Feinschleifen und Polieren opti­ scher Linsen bekannt, wobei zum Vermeiden z. B. asphärischer Paßfehler durch Lin­ senverformungen eine die zu bearbeitende Linse unterstützende Gummimembran vor­ gesehen ist, die über Kanalsysteme in verschiedenen Zonen unterschiedlich druck­ beaufschlagt und damit zonenweise geformt werden kann. Das Aufnahmefutter hat einen Grundkörper, der einen zapfenförmigen Ansatz mit einer zentralen Durchgangs­ bohrung aufweist und von einem Ringkörper umschlossen ist, welcher einen abge­ winkelten Rand der Gummimembran formschlüssig an eine dem Grundkörper zuge­ ordnete Umfangsfläche preßt. Die Gummimembran ist mit ihrer Vorderseite an eine zur Bearbeitung in den Ringkörper eingesetzte optische Linse andrückbar; auf der Rück­ seite steht ihr ein druckbeeinflußbarer Hohlraum gegenüber. Man erkennt, daß ein sol­ ches Aufnahmefutter relativ hohen Konstruktionsaufwand erfordert, ohne jedoch Pro­ bleme zu lösen, die mit Haltekräften am Linsenumfang zusammenhängen.

Normalerweise ist die Werkstückspindel im unteren Teil der Poliermaschine angeord­ net; in die oben offene schalenförmige Ausnehmung des Linsenhalters kann die zu polierende Linse relativ sicher gelegt werden. Bei großen Linsen wird die Werkstück­ spindel aber vorzugsweise im oberen Teil der Poliermaschine angeordnet, wobei die Linse in den nach unten offenen Linsenhalter eingehängt wird. Der Vorteil bei dieser Anordnung ist, daß der für das Polieren notwendige gleichmäßige Anpreßdruck zwi­ schen Linse und Polierwerkzeug dann zum Teil vom Eigengewicht der Linse aufge­ bracht wird. Um diesen Anteil ist die Gummimembran druckentlastbar, was zu höherer Linsengenauigkeit im Feinbereich führt, was damit zusammenhängt, daß die Anpres­ sung durch Schwerkraft gleichmäßiger ist als mittels der Gummimembran. Damit die im Linsenhalter nur durch Umfangs-Reibungskräfte gehaltene Linse bei der Anordnung mit obenliegender Werkstückspindel nicht herausfällt, muß man vor allem bei zuneh­ mender Linsengröße steigende Probleme mit der Fixierung der Linse in dem Halter bewältigen. Verdoppelt sich die Größe, so hat eine Linse achtfaches Gewicht. Dem stehen aber nur die doppelten Umfangs-Haltekräfte gegenüber, so daß mit steigender Linsengröße die Sicherheitsreserven in den Kräften, mit denen die Linsen gehalten werden, stark abnehmen. - Zwar besteht auch bei untenliegender Werkstückspindel die Gefahr des Herausfallens der Linse, allerdings in weitaus geringerem Maße.

Üblicherweise wird die Gummimembran bei Einlegen der Linse in den Linsenhalter rückseitig mit Unterdruck beaufschlagt, der von einer Unterdruckpumpe erzeugt wird, so daß sie sich zurückwölbt. Dadurch besteht zwischen ihr und der Linse eine Saugkraft, welche die Linse hält, solange Linsenrand und Linsenhalter druckdicht aneinander­ liegen. Wenn aber eine Undichtigkeit auftritt, bevor das Polierwerkzeug an die Linse herangefahren ist, wird der Unterdruck abgebaut, da keine Verbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Linsenrückseite besteht. Die Konsequenz ist, daß die Linse unter Umständen aus dem Halter fällt, was gerade bei großen Linsen beträchtlichen Schaden an dem Werkstück, dem Werkzeug und der Maschine auslösen kann.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, einen Linsenhalter zu schaffen, der dem Werk­ stück festeren Halt bietet und eine sichere Festlegung der Linse gewährleistet. Ins­ besondere beim Linsenbearbeiten in Poliermaschinen soll Ausschuß durch heraus­ fallende Linsen auch bei oben angeordneter Werkstückspindel zu minimiert werden.

Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 angegeben. Die Ansprüche 2 bis 4 betreffen Ausgestaltungen. Gegenstand der Ansprüche 5 bis 7 ist die besondere Ver­ wendung des Linsenhalters in einer Poliermaschine.

Bei einem Linsenhalter mit einem Grundkörper, der einen zapfenförmigen Ansatz mit einer zentralen Durchgangsbohrung aufweist und von einem Ringkörper umschlossen ist, welcher einen abgewinkelten Rand einer Gummimembran formschlüssig an eine dem Grundkörper zugeordnete Umfangsfläche preßt, wobei die Gummimembran mit ihrer Vorderseite an eine zur Bearbeitung in den Ringkörper eingesetzte optische Linse andrückbar ist und ihr rückseitig ein druckbeeinflußbarer Hohlraum gegenübersteht, sieht die Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 vor, daß die Gummimembran ein Rückschlagventil aufweist, das aus dem gleichen Material besteht wie diese und in geöffnetem Zustand eine Strömungsverbindung zwischen Vorder- und Rückseite der Gummimembran herstellt, daß das Rückschlagventil bei Druckbeauf­ schlagung des Hohlraums schließt und bei Unterdruck öffnet, und daß das Beauf­ schlagen der Gummimembran entweder maschinen- oder manuellgesteuert erfolgt.

Erfindungsgemäß ist also die Gummimembran mit einem Rückschlagventil ausge­ rüstet, das bei der Herstellung der Membran gleich mit angeformt wird. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu einem in JP 57-211463 A beschriebenen Linsenhalter, der eine untere Aufnahme für eine Linse an einem scheibenförmigen Grundkörper auf­ weist. Dessen Unter- und Oberseite sind über Durchgangsbohrungen strömungsver­ bunden, wenn darin sitzende Kugelventile durch von außen einwirkenden Unterdruck geöffnet werden, wodurch zugleich die Linse in die Aufnahme hinein angesaugt wird. Eine Gummimembran ist bei dem bekannten Linsenhalter aber nicht vorgesehen; erst recht fehlt ein aus gleichem Material wie diese bestehendes Rückschlagventil.

Das nach Anspruch 2 zentrisch auf der Gummimembran angeordnete Rückschlagven­ til, dem der rückseitige Hohlraum Platz bietet, ist laut Anspruch 3 derart gestaltet, daß es unter steigendem Luftdruck fester schließt, namentlich bei seitlich darauf einwir­ kenden Druckkräften. Es öffnet bei Unterdruck. Da letzterer mittels einer Unterdruckpum­ pe auch dann aufrechterhalten wird, wenn infolge von Undichtigkeiten Luft zwischen Linsenrand und Linsenhalter nachströmt, sitzt die Linse in jedem Fall sicher, unabhän­ gig davon, ob sich die Werkstückspindel im oberen oder im unteren Bereich einer Poliermaschine befindet.

Im Einklang mit Anspruch 4 sind Rückschlagventil und Gummimembran so gestaltet, z. B. durch Variation der Wanddicke, daß die Gummimembran unter Druckbeaufschla­ gung möglichst genau die Form einer Kugelkalotte annimmt.

Anspruch 5 betrifft die Verwendung des Linsenhalters in einer Poliermaschine, wobei diese gemäß Anspruch 6 zwei zueinander koaxial ausrichtbare Maschinenspindeln aufweisen kann und eine im unteren Maschinenteil befindliche Werkzeugspindel senk­ recht so verfahrbar ist, daß sich ein Polierwerkzeug zentrisch an eine im Linsenhalter bei druckentlasteter Gummimembran gehaltene Linse anlegt, worauf die Gummi­ membran bei Beginn des Poliervorgangs druckbeaufschlagt wird, an dessen Ende die Linse durch die Gummimembran aus dem Linsenhalter herausgedrückt wird, bis sie frei auf dem Polierwerkzeug liegt. In der Verwendung nach Anspruch 7 bewirkt man die Druckentlastung beim Einlegen der Linse in den Linsenhalter per Hand- oder Fuß­ schalter; die folgende Druck-Wechselbeaufschlagung kann maschinen- oder hand­ gesteuert sein.

Zur praktischen Benutzung wird das Werkzeug an die Linse herangefahren, bis es mit ihr in Kontakt steht. Die Vakuumpumpe wird abgeschaltet, aber die Linse weiter durch das Werkzeug gehalten. Bei Druckbeaufschlagung der Gummimembran auf ihrer Rückseite schließt das Rückschlagventil automatisch. Nun kann die Membran die Linse gegen das Polierwerkzeug drücken, ohne daß Druckluft austritt, was insofern schädlich wäre, als Poliersuspension verdrängt und weggeblasen würde.

Wenn sich die Gummimembran verformt wie beschrieben, so ist ihre Kraftwirkung auf die Linse von größtmöglicher Gleichmäßigkeit. Dies ist für das Polierergebnis von aus­ schlaggebender Bedeutung, da beim Polieren nicht nur die Oberflächenqualität ver­ bessert wird, sondern auch noch Fein-Korrekturen in der Linsengeometrie vorgenom­ men werden. Würde die Linse ungleichmäßig angedrückt, so ergäben sich Verbie­ gungen und damit Ungenauigkeiten. Aus diesem Grund ist auch das Arbeiten mit der Schwerkraft, d. h. mit dem Linsengewicht, so besonders vorteilhaft.

Der Einsatz ist auf Poliermaschinen mit oben- oder untenliegender Werkstückspindel möglich. Nachstehend wird der Arbeitsablauf bei Verwendung einer Gummimembran mit Rückschlagventil auf einer Poliermaschine mit obenliegender Werkstückspindel be­ schrieben.

Eine zu bearbeitende Linse wird z. B. von Hand in den nach unten offenen Linsenhalter eingeschoben. Dieser wird einschließlich Gummimembran durch Betätigung eines Hand- oder Fußschalters mit Unterdruck beaufschlagt. Bei geöffnetem Rückschlag­ ventil herrscht Unterdruck an der Rückseite der Linse, wodurch diese angesaugt wird und sicher haftet, auch wenn Undichtigkeiten zwischen Linsenrand und Linsenhalter vorhanden sind.

Nachdem das Polierwerkzeug bei Rotation beider Spindeln an die Linse herangefahren ist, wird die Gummimembran von der Maschinensteuerung automatisch von Unter- auf Überdruckbetrieb umgeschaltet, wodurch das Rückschlagventil schließt und die Linse gleichmäßig von der Gummimembran und ihrem Eigengewicht in das Polierwerkzeug gedrückt wird. Der Poliervorgang läuft dann unter Zugabe von Poliersuspension ab.

Nach Beendigung des Poliervorgangs wird die Gummimembran wieder automatisch umgeschaltet, diesmal von Über- auf Unterdruckbetrieb, damit die Linse beim Zurück­ fahren des Polierwerkzeuges nicht aus dem Linsenhalter fällt.

Für die Entnahme der Linse aus dem Linsenhalter gibt es dann zwei Möglichkeiten:

• - Sie wird manuell oder mittels einer Entnahmevorrichtung entnommen, wenn sie leicht ist und/oder nicht fest in dem Linsenhalter sitzt; dazu wird die Linse manuell unterstützt und bei mäßigem Luftdruck auf die Gummimembran wird die Linse aus dem Halter herausgedrückt.
• - Sie wird mit Maschinenunterstützung entnommen, wenn sie schwer ist und/oder im Linsenhalter festsitzt, wozu man beide Maschinenspindeln so verfährt, daß sie senkrecht stehen und koaxial zueinander angeordnet sind. Sodann bewegt man die im unteren Maschinenteil befindliche Werkzeugspindel senkrecht so, daß sich das Polierwerkzeug zentrisch und mit leichtem Druck gegen die Linse anlegt. Nun wird die Gummimembran von Unter- auf Überdruckbetrieb umgeschaltet und die Werk­ zeugspindel langsam nach unten gefahren, wobei die Linse aus dem Linsenhalter herausgelangt. Damit die Gummimembran nicht beschädigt wird, muß die Preßluft rechtzeitig abgeschaltet werden. Die Linse liegt anschließend frei auf dem Polier­ werkzeug und kann entnommen werden.

Weitere Einzelheiten gehen aus der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung hervor. In Axialschnittansichten zeigen:

Abb. 1 einen Linsenhalter mit Gummimembran und Rückschlagventil in Ruhestellung,

Abb. 2 den Linsenhalter von Abb. 1 mit durch Unterdruck gehaltener Linse und

Abb. 3 die Anordnung von Abb. 2 bei Druckluftbeaufschlagung mit gegen ein Polier­ werkzeug gedrückter Linse.

Der in Abb. 1 dargestellte Linsenhalter besteht aus einem Grundkörper 1 mit einem Aufnahmezapfen 2, der zur Befestigung des Linsenhalters an der Werkstückspindel der Poliermaschine dient. Der Grundkörper 1 und der Aufnahmezapfen 2 sind mit einer zentralen Bohrung 3 versehen, über welche die Gummimembran 4 mit Unterdruck oder Preßluft beaufschlagt werden kann. Die Gummimembran 4 ist in den Grundkörper 1 eingelegt, in dem sie mittels einer Ringnut 5 in axialer Richtung fixiert ist, wobei das Rückschlagventil 7 in einem Hohlraum 10 des Grundkörpers 1 Platz findet. Damit die Gummimembran 4 auch bei Beaufschlagung mit Preßluft fest mit dem Grundkörper 1 verbunden bleibt, ist ein verschraubter Ringkörper6 vorgesehen, welche die Gummimembran 4 und den Grundkörper 1 umschließt. Im Zentrum der Gummimembran 4 ist das Rück­ schlagventil 7 angeordnet, das in der Ruhestellung geöffnet ist und eine Verbindung zwischen der Rückseite der Gummimembran 4 und ihrer Vorderseite herstellt.

In Abb. 2 wurde eine Linse 8 in den Linsenhalter eingelegt, wo sie von dem verschraubten Ringkörper 6 zentriert wird. Festgehalten wird sie durch den Unterdruck, der auf ihrer Rückseite herrscht. Die Beaufschlagung der Linsenrückseite mit dem Unterdruck erfolgt über die zentrale Bohrung 3 und das geöffnete Rückschlagventil 7. Da von gewissen Undichtigkeiten zwischen der Linse 8 und dem verschraubten Ringkörper 6 ausgegangen wird, strömt etwas Luft durch das Rückschlagventil 7 und die zentrale Bohrung 3 zur Unterdruckpumpe. Die Gummimembran 4 wölbt sich infolge des Strömungsverlustes in dem Rückschlagventil 7 etwas nach innen, wodurch sich dieses etwas weiter öffnet.

Abb. 3 zeigt den Linsenhalter mit der eingelegten Linse 8, an die das Polierwerk­ zeug 9 herangefahren ist. Durch Beaufschlagung des Innenraums des Linsenhalters mit Preßluft hat sich die Gummimembran 4 nach vorne, d. h. Richtung Linse 8, gewölbt, wodurch sich das Rückschlagventil 7 automatisch geschlossen hat. Die Linse 8 wird nun, von ihrem Eigengewicht und von der druckbeaufschlagten Gummimembran 4 gleichmäßig gegen das Polierwerkzeug 9 gedrückt, so daß der Poliervorgang unter Zugabe von Poliersuspension ablaufen kann. Der Verschluß des Rückschlagventils 7 verstärkt sich durch seitlich auf dieses wirkende Druckkräfte, so daß keine Leckluft zwischen der Linse 8 und dem verschraubten Ringkörper 6 ausströmen kann, die beim Polieren stören würde.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Aufnahmezapfen

3

Zentrale Bohrung

4

Gummimembran

5

Ringnut

6

verschraubter Ringkörper

7

Rückschlagventil

8

Linse

9

Polierwerkzeug

10

Hohlraum

Claims (7)

1. Linsenhalter mit einem Grundkörper (1), der einen zapfenförmigen Ansatz (2) mit einer zentralen Durchgangsbohrung (3) aufweist und von einem Ringkörper (6) umschlossen ist, welcher einen abgewinkelten Rand einer Gummimembran (4) formschlüssig an eine dem Grundkörper (1) zugeordnete Umfangsfläche preßt, wobei die Gummimembran (4) mit ihrer Vorderseite an eine zur Bearbeitung in den Ringkörper (6) eingesetzte optische Linse (8) andrückbar ist und ihr rück­ seitig ein druckbeeinflußbarer Hohlraum (10) gegenübersteht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gummimembran (4) ein Rückschlagventil (7) auf­ weist, das aus dem gleichen Material besteht wie diese und in geöffnetem Zustand eine Strömungsverbindung zwischen Vorder- und Rückseite der Gummi­ membran (4) herstellt, daß das Rückschlagventil (7) bei Druckbeaufschlagung des Hohlraums (10) schließt und bei Unterdruck öffnet, und daß das Beaufschla­ gen der Gummimembran (4) entweder maschinen- oder manuellgesteuert erfolgt.

2. Linsenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl­ raum (10) dem auf der Gummimembran (4) zentrisch angeordneten Rückschlag­ ventil (7) Platz bietet.

3. Linsenhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (7) unter Einwirkung von steigendem Preßluftdruck fester schließt, insbesondere unter seitlich auf das Rückschlagventil (7) wirkenden Druckkräften.

4. Linsenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch solche Gestaltung des Rückschlagventils (7) und der Gummimembran (4), z. B. durch Variation der Wanddicke, daß die Gummimembran (4) unter Druckbeauf­ schlagung möglichst genau die Form einer Kugelkalotte annimmt.

5. Verwendung des Linsenhalters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Polier­ maschine.

6. Verwendung nach Anspruch 5, wobei die Poliermaschine zwei zueinander ko­ axial ausrichtbare Maschinenspindeln aufweist und eine im unteren Maschinen­ teil befindliche Werkzeugspindel senkrecht so verfahrbar ist, daß sich ein Polier­ werkzeug (9) zentrisch an eine im Linsenhalter bei druckentlasteter Gummi­ membran (4) gehaltene Linse (8) anlegt, worauf die Gummimembran (4) bei Beginn des Poliervorgangs druckbeaufschlagt wird, an dessen Ende die Linse (8) durch die Gummimembran (4) aus dem Linsenhalter herausgedrückt wird, bis sie frei auf dem Polierwerkzeug (9) liegt.

7. Verwendung nach Anspruch 6, wobei die Druckentlastung der Gummimembran (4) beim Einlegen der Linse (8) in den Linsenhalter per Hand- oder Fußschalter und die folgende Druck-Wechselbeaufschlagung maschinen- oder handgesteuert erfolgt.