DE19846260A1

DE19846260A1 - Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen durch Schleifen und Polieren

Info

Publication number: DE19846260A1
Application number: DE1998146260
Authority: DE
Inventors: Gunter Schneider; Klaus Kraemer
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-13

Abstract

Bei einer Maschine zum Schleifen und Polieren optischer Linsen (9) ist ein Z-Schlitten (13), der beispielsweise ein Schleifwerkzeug (37) trägt, über ein Verbindungselement (10) mit einem Maschinengestell (1) verbunden. Dieses Verbindungselement (10) enthält Strömungskanäle (11) für ein Heiz- oder Kühlmedium. Dadurch kann man durch gezielt erzeugte Wärmedehnungen eine Korrektur der Maschinengeometrie erreichen.

Description

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorrichtungen zum Bearbeiten optischer Linsen (Schleif- und Poliermaschinen) so zu gestalten, daß sich Kostenvorteile bei deren Herstellung ergeben und sich darüber hinaus die Genauigkeit der erzeugten Linsen steigern läßt. Diese Zielsetzung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen zum Herstellen von optischen Linsen mit großem Durchmesser. Die erfindungs gemäße Vorrichtung läßt sich jedoch auch beim Herstellen kleinerer Linsen mit Vor teil einsetzen.

Optische Linsen werden nach dem Stand der Technik durch mehrere Schleifvor gänge und mindestens einen Poliervorgang hergestellt. Die entsprechenden Schleif- und Poliermaschinen verfügen über ein Maschinengestell aus Metall und über min destens eine Werkstückspindel und eine Werkzeugspindel, deren geometrische Achsen in der gleichen vertikalen Ebene (Spindelebene) liegen, die sich senkrecht zur Blickrichtung des Bedieners befindet. Eine dieser Spindeln ist vertikal angeord net, während die andere Spindel gegenüber der vertikalen Achse und in der Spindelebene geneigt werden kann, so daß die Achsen der beiden Spindeln einen verstellbaren Winkel einschließen können. Diese Neigung einer der beiden Spindeln ist Voraussetzung für die gebräuchlichen Schleif- und Polierverfahren, insbesondere bei der Herstellung sphärischer Linsen. Verwendet werden die üblichen Topfwerk zeuge für das Schleifen bzw. Formwerkzeuge für das Polieren.

Damit eine der beiden Spindeln geneigt werden kann, wird sie an einem soge nannten Schwenkkopf befestigt, der sich hierzu um die B-Achse drehen läßt, welche die geometrische Spindelachse schneidet und auf der Spindelebene senkrecht steht. Der Schwenkkopf befindet sich üblicherweise im oberen Teil der Maschine, er kann jedoch auch unten angeordnet sein.

Zum Ausrichten der beiden Spindeln in horizontaler wie in vertikaler Richtung zuein ander, verfügen die Schleif- und Poliermaschinen nach dem Stand der Technik auch über lineare Vorschubsysteme, die als X-Schlitten und als Z-Schlitten bezeichnet werden und an denen die Spindeln befestigt sind. Bei einer der beiden Spindeln wird der Schwenkkopf zwischengeschaltet. Der X-Schlitten gestattet lineare Bewegungen in X-Richtungen (horizontale Bewegungen in der Spindelebene), während der Z-Schlitten lineare Bewegungen in Z-Richtung (vertikale Bewegungen in der Spindelebene) ausführen kann.

Die Anordnung bzw. Zuordnung von Schwenkkopf, X- und Z-Schlitten sowie der Spindeln an den Maschinen bzw. zueinander ist unterschiedlich. Es sind Konstruk tionen bekannt geworden, bei denen die obere Spindel mit dem Schwenkkopf und dieser mit dem X-Schlitten in Verbindung steht, während die untere Spindel mit dem Z-Schlitten verbunden ist. Bei anderen Konstruktionen ist die obere Spindel mit dem Schwenkkopf verbunden und diese direkt an dem Maschinengestell gelagert, wäh rend die untere Spindel an dem Z-Schlitten befestigt ist, der seinerseits mit dem X-Schlitten in Verbindung steht.

Welche der denkbaren Kombinationen von Schwenkkopf, X- und Z-Schlitten bzw. Spindeln gewählt wird, hängt von dem speziellen Verwendungszweck der Maschine und den sich daraus ergebenden Anforderungen ab. In jedem Fall muß es möglich sein die Werkstück- und die Werkzeugspindel relativ zueinander in X- und Z-Richtung zu verstellen und auch die Spindelachsen gegeneinander zu neigen.

Dies trifft sowohl für Linsenschleifmaschinen als auch für Linsenpoliermaschinen zu.

Die bekanntgewordenen Maschinen zum Herstellen optischer Linsen weisen einen relativ hohen Entwicklungsstand auf, haben aber dennoch einige Nachteile, die be sonders dann in Erscheinung treten, wenn Linsen mit großem Durchmesser und hoher Präzision hergestellt werden sollen.

Diese Nachteile bei Maschinen zum Herstellen von Linsen nach dem Stand der Technik sind wie folgt:

1. Herkömmliche Schleif- und Poliermaschinen haben ein Maschinengestell aus Metall (z. B. Grauguß). Während bei kleineren Maschinen die Wärmeausdehnung des Maschinengestells in vielen Fällen noch akzeptiert werden kann, kommt es bei großen Maschinen und/oder der Herstellung von hoch präzisen Linsen zu Qualitätsabweichungen, weil sich das Metallgestell bei Erwärmung (Umwelteinflüsse, Verlustwärme der Antriebe) ungleichmäßig ausdehnt und sich die Maschinengeometrie dadurch in unerwünschter Weise verändert. Die große Wärmeausdehnungszahl und die gute Wärmeleitfähigkeit der Metalle machen es praktisch unmöglich, hier Abhilfe zu schaffen, ohne den Werkstoff für das Maschinengestell zu wechseln. Auch die Klimatisierung der Fertigungsräume stellt nur eine Teillösung für das Wärmedehnungsproblem dar, denn begünstigt durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Metalle fließt die in der Maschine selbst er zeugte Verlustwärme zu Bauteilen, an denen eine Erwärmung unerwünscht ist, da deren Wärmedehnung dann zu den genannten Problemen führt.
Besondere Verbindungselemente die zum Ableiten dieser Wärme dienen und zwischen den Bauteilen in denen Verlustwärme erzeugt wird und dem Maschi nengestell angeordnet sind, wurden nicht bekannt. Verbindungselemente, mit denen durch unterschiedliche Beheizung gezielte Wärmedehnungen erzeugt werden, um Verformungen am Maschinengestell zu kompensieren, sind eben falls nicht bekannt geworden.
Auch Kühleinrichtungen am Maschinengestell und anderen Bauteilen der Maschine, zum Vermeiden unerwünschter Wärmedehnungen wurden bisher nicht benutzt. Insbesondere in der optischen Industrie gibt es keine Maschinen, bei denen Kühlelemente in das Maschinengestell integriert wurden.
Aus fertigungstechnischen Gründen und wegen der hohen Festigkeit der Metalle sind die heute üblichen Maschinengestelle relativ dünnwandig und mit wenig Masse ausgeführt. Dies hat zwar gewisse Vorteile, z. B. beim Transport, führt aber andererseits auch zu einer geringen Wärmespeicherkapazität. Diese verbunden mit der guten Wärmeleitung der Metalle bedingt ebenfalls, daß sich die Temperatur der Maschinengestelle aus Metall bei Wärmezufuhr (Umwelt, Verlustwärme) relativ schnell ändert, was wieder zu den genannten uner wünschten Wärmedehnungen führt.
2. Nachteilig bei Maschinengestellen aus Metall sind auch Schwingungen, die von den Spindeln angeregt werden und sich in dem Maschinengestell praktisch un gedämpft fortbewegen können, da Metalle, und hier insbesondere auch Grauguß oder Stahl, nur über schlechte Dämpfungseigenschaften verfügen. Maschinen schwingungen sind jedoch bei der Herstellung hochpräziser Bauteile, wie Linsen dies sind, außerordentlich schädlich.
Auch die elastischen Eigenschaften der relativ dünnwandigen Maschinengestelle aus Metall wirken sich ungünstig aus. So neigen z. B. Maschinengestelle aus Grauguß oder Stahl zu elastischen Verformungen unter der Einwirkung der Be arbeitungskräfte. Hierdurch verändert sich die Geometrie der Maschine, was sich ebenfalls ungünstig auf die Genauigkeit der hergestellten Linsen auswirkt.
3. Bei den bekanntgewordenen Maschinen zur Herstellung von Linsen besteht ein weiterer Nachteil darin, daß für die Antriebe der X- und Z-Schlitten rotierende Elektromotore benutzt werden, die über entsprechende Getriebe und Gewinde spindeln verfügen und für die lineare Vorschubbewegung sorgen. Obwohl diese Antriebe heute einen hohen technischen Stand erreicht haben, sind sie für die Herstellung von hoch präzisen Linsen zu ungenau. Dies ist auf das notwendiger weise vorhandene Spiel und/oder die Elastizität zwischen den bewegten Bau teilen der Getriebe und der Gewindespindeln zurückzuführen. Dieses Spiel und/oder die Elastizitäten können bei den herkömmlichen Antrieben und Führun gen zwar minimiert, nicht jedoch ganz vermieden werden.
4. Herkömmliche Maschinen zum Herstellen von Linsen verfügen aus Genauig keits- und Kostengründen üblicherweise nicht über lineare Y-Vorschubsysteme für eine der beiden Spindeln, mit denen diese in Y-Richtung, d. h: senkrecht zur Spindelebene, verstellt werden könnte. Dies wäre aber wünschenswert, da heute mit speziellen Vorschubsystemen Positioniergenauigkeiten erreicht werden kön nen, die deutlich größer sind, als die realisierbaren Fertigungs- und Montage genauigkeiten im Präzisionsmaschinenbau. Dies bedeutet, daß ein genaues Ausrichten der oberen zu der unteren Spindel, d. h. zur Spindelebene, mit einem speziellen Y-Vorschubsystem eher erreicht werden kann, als durch präzises Be arbeiten und Montieren der beteiligten Bauteile.
5. Ein besonderes Problem bei den üblichen Maschinen zum Herstellen optischer Linsen besteht in der präzisen Lagerung des Schwenkkopfes. Insbesondere wenn dieser, wie üblich, einseitig gelagert und mit einem linearen Vorschub system verbunden ist, ergibt sich oft ein unzulässig großes Spiel und/oder unzu lässig große Elastizitäten durch die Addition der Einzelverformungen. Dies macht sich besonders dann stark bemerkbar, wenn der Schwenkkopf, entsprechend dem Stand der Technik, oben in der Maschine angeordnet ist, da dann die nach unten wirkenden Gewichtskräfte der Maschinenbauteile im Ruhezustand das Spiel und die elastischen Verformungen nach unten "herausdrücken", während beim Betrieb der Maschine die nach oben gerichtete Reaktionskraft zwischen Werkzeug und Linse das Spiel und die elastischen Verformungen nach oben "herausdrücken". Das Spiel und die elastischen Verformungen an den beteiligten Bauteilen wirken sich daher zwischen Ruhezustand und Betriebszustand der Maschine voll aus. Hinzu kommt, daß bei einseitiger Lagerung des Schwenk kopfes das genannte Spiel und die elastischen Verformungen zu einer geringfügigen Schrägstellung der oberen Spindel führen, die mit dem Schwenkkopf verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen werden die unter Punkt 1-5 genannten Nachteile wie folgt vermieden:

Zu 1.

Um die hier genannten Wärmedehnungsprobleme zu vermeiden, wird das Ma schinengestell anstelle aus Metall aus Mineralguß oder gewachsenen Stein blöcken hergestellt.

Der Mineralguß besteht aus geeigneten Mineralien in vorgegebenen Körnun gen und ist kunststoffgebunden. Es sind jedoch auch mineralische Bindemittel vorgesehen. Anstelle von Mineralien können vorteilhafterweise auch andere Stoffe eingesetzt werden, wie z. B. gebrochenes Quarzglas in verschieden Fraktionen oder Quarzsand, die eine besonders kleine Wärmedehnung auf weisen. Im Zusammenhang mit dieser Patentanmeldung wird jedoch stets von Mineralguß gesprochen, unabhängig davon wie die Zusammensetzung ist.

Maschinengestelle aus Mineralguß zeichnen sich durch geringe Wärmeleitung und Wärmedehnung aus und verfügen aufgrund ihrer Masse auch über ein gutes Wärmespeichervermögen, da sie schon aus Festigkeitsgründen mit großen Wanddicken bzw. massiv, d. h. ohne innere Hohlräume hergestellt wer den. Aufgrund der geringen Wärmeleitung und Wärmedehnung und vor allem wegen dem großen Wärmespeichervermögen erfahren Maschinengestelle aus Mineralguß daher unter äußeren Wärmeeinwirkungen nur eine kleine, un schädliche Verformung. Die in der Maschine selbst erzeugte Verlustwärme kann wegen der geringen Wärmeleitung im Wesentlichen auf die Entstehungs orte begrenzt werden. Auch in diesem Zusammenhang wirkt sich die große Wärmespeicherkapazität der Maschinengestelle aus Mineralguß günstig aus.

Es kann auch vorteilhaft sein, das Maschinengestell aus natürlich gewach senen Steinblöcken herzustellen, die besonders spannungsfrei und mecha nisch stabil sind. Die Verbindung der einzelnen Blöcken aus denen das Maschinengestell dann besteht kann entweder durch Kleben und/oder Ver dübeln hergestellt werden. Vorteilhafterweise können auch Zuganker einge setzt werden. Es können auch Kühlrohre in Bohrungen vorgesehen werden, mit denen das Maschinengestell auf konstanter Temperatur gehalten werden kann. Die Verbindung zwischen den Maschinenelementen aus Metall und dem Maschinengestell aus Stein kann z. B. mittels Verdübelung oder Zuganker her gestellt werden. Im weiteren Text wird weitgehend nur von Mineralguß gespro chen, es gilt sinngemäß jedoch das dort gesagte auch für Maschinengestelle aus natürlich gewachsenen Steinblöcken.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, zwi schen den Bauteilen in denen Verlustwärme erzeugt wird und den anderen Bauteilen, wie z. B. Maschinengestell und andere Strukturelemente, Wärme senken anzuordnen. Dies können z. B. Verbindungselemente mit inneren Strömungskanälen sein, durch die Kühlwasser oder ein anderes Kühlmedium hindurchgeleitet wird. Vorteilhafterweise werden diese Verbindungselemente z. B. aus Grauguß hergestellt und mit Wasser gekühlt. Es kommen jedoch auch andere Materialien in Frage. Die Verlustwärme, die in dem einen Bauteil er zeugt wird, gelangt dann in das Verbindungselement und wird von dem Kühl wasser abgeleitet, ohne daß die anderen Bauteile erwärmt werden. Um jede Erwärmung oder Abkühlung dieser anderen Bauteile (Maschinengestelle, Strukturelemente) zu vermeiden, kann deren Temperatur gemessen und die mittlere Kühlwassertemperatur auf diesen Wert eingeregelt werden. Ein uner wünschter Wärmefluß zum Maschinengestell oder anderen Strukturelementen findet dann nicht mehr statt.

Es ist auch vorgesehen, das Maschinengestell mit einer Wärmeisolierung zu versehen (z. B: Umschäumen mit PU-Schaum). Temperaturveränderungen aus der Umwelt können dann die Temperatur und damit die Wärmedehnung des Maschinengestells nicht mehr wesentlich beeinflussen. Im Fall der Wärmeiso lierung muß allerdings dafür gesorgt werden, daß zwischen allen Quellen von Verlustwärme und dem Maschinengestell gekühlte Verbindungselemente an geordnet werden und die Kühlmitteltemperatur geregelt wird. Wenn dann auch noch das Kühlmittel für den Schleifprozeß bzw. die Poliersuspension in ihrer Temperatur geregelt werden, so kann auf eine Klimatisierung des Arbeits raumes weitgehend verzichtet werden.

Da Bauteile, wie z. B. Maschinengestelle, aus Mineralguß in einem Gießverfah ren hergestellt werden, bei dem mit Umgebungstemperaturen gearbeitet wird, ist es leicht möglich, Kühl- oder Heizrohre in die Gießform mit einzulegen und in die Bauteile einzugießen. Diese Rohren befinden sich nach dem Aushärten des Gießmaterials im Inneren des Bauteils, z. B. des Maschinengestells, und er möglichen es, dieses zu temperieren, indem ein Kühlmedium durch die Rohre hindurchgeleitet wird. Ein so hergestelltes Maschinengestell kann auch damit auf konstanter Temperatur gehalten werden, unabhängig von der Um gebungstemperatur bzw. der erzeugten Verlustwärme. Besonders vorteilhaft ist es, einige der vorgenannten Erfindungsmerkmale zu kombinieren, um das Maschinengestell und andere Bauteile auf konstanter Temperatur zu halten und damit unerwünschten Verzug durch Wärmedehnung zu vermeiden.

Zur Korrektur feinster Ungenauigkeiten, z. B. in der Achslage (Winkeligkeit) der unteren und der oberen Maschinenspindel zueinander, können die genannten Verbindungselemente auch so mit einem Kühl- bzw. Heizmedium beaufschlagt werden, daß die sich hieraus ergebenden unterschiedlichen Wärmedehnungen in dem Verbindungselement zu den gewünschten Korrekturen in der Maschi nengeometrie führen. Hierzu verfügt das Verbindungselement z. B. oben und unten über getrennte Strömungskanäle, die mit Medien unterschiedlicher Tem peratur beaufschlagt werden können. Die gezielt herbeigeführten Wärme dehnungen werden damit quasi als Linearvorschub in dem gewünschten Sinne benutzt. Besonders wirksam können diese Korrekturen dann vorgenommen werden, wenn Abweichungen von der idealen Geometrie durch Messungen (mechanisch/optisch) erfaßt werden und die Temperatur der Medien ent sprechend geregelt wird.

Die optimalen Korrekturen bezüglich der relativen Lage von Werkzeug und Werkstück zueinander werden erzielt, wenn zusätzliche Meßtaster zum Ab scannen der Schleiflippe und zur Abfrage der Werkstückoberflächen ein schließlich Rand eingesetzt werden und deren Meßdaten im Sinne der zu er zeugenden Geometrie mit verrechnet werden. Damit läßt sich die gewünschte Bearbeitungsgenauigkeit erzielen. Diese Meßtasterausführungen werden hier im Detail nicht dargestellt, da sie Stand der Technik sind (siehe Akz 197 51 750.1-14 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen optischer Linsen mit min destens drei Schleifwerkzeugen und untenliegendem Schwenkkopf).

Die genannten Wärmedehnungen zur Korrektur von Maschinenungenauig keiten können auch mittels elektrischer Beheizung erzeugt werden. Hierzu wer den elektrische Heizelemente in entsprechende Verbindungselemente oder di rekt in die betroffenen Maschinenteile eingebaut und diese mittels einer vorge schalteten Regelung beheizt. Vorteilhafterweise werden diese Verbindungs elemente oder Teile davon aus Materialien mit großer Wärmedehnung herge stellt, wie z. B. aus Aluminium oder Kupfer, die elektrisch beheizt und entspre chend isoliert werden. Als Führungsgröße für die Regelung können wieder die vorgenannten Geometriedaten gemessen werden. Zur Kostenminimierung im Zusammenhang mit dem Stromverbrauch ist vorgesehen, die beheizten Bau teile thermisch zu isolieren.

Eine Möglichkeit zur schnellen Korrektur kleinster Abweichungen in der Maschinengeometrie besteht auch darin, das in den Strömungskanälen der Verbindungselemente zirkulierende Kühl- bzw. Heizmedium mittels einer Hoch druckpumpe auf einen erhöhten Druck zu bringen. Die sich infolge der mecha nischen Spannungen ergebenden Dehnungen können für die gewünschten Korrekturen benutzt werden.

Der Erfindungsgedanke, Wärmedehnungen und/oder Dehnungen infolge von Druckspannungen für Korrekturen in der Maschinengeometrie zu nutzen, ist nicht auf die genannten Verbindungselemente beschränkt, sondern kann auf jedes beliebige Maschinenteil angewandt werden.

Vorzugsweise werden die genannten Verbindungselemente bei der erfindungs gemäßen Vorrichtung zwischen dem Z-Schlitten der oberen Spindel und dem Maschinengestell angeordnet und durch gezieltes Beaufschlagen mit einem Kühl- bzw. Heizmedium Wärmedehnungen erzeugt, mit denen die Achse der Spindel genau vertikal ausgerichtet werden kann. Sie ist dann achsparallel zu der unteren Spindel. Es sind jedoch auch andere Anwendungen vorgesehen.

Die Verbindungselemente werden auch aus geometrischen Gründen zwischen das Maschinengestell und die anderen Bauelemente geschaltet. Das Verbin dungselement verfügt dann über eine Fläche, die dem Maschinengestell ange paßt ist, während eine zweite Fläche so gestaltet wird, daß sie zu den aufzu nehmenden Bauelementen paßt. So können Bauelemente unterschiedlicher Abmessungen mit dem Maschinengestell kombiniert werden, ohne daß dieses verändert werden muß.

Zu 2.

Die bekannt gewordenen Probleme mit mechanischen Schwingungen werden bei den erfindungsgemäßen Maschinengestellen aus Mineralguß oder aus ge wachsenen Steinblöcken unter anderem wegen der größeren Masse weit gehend vermieden. Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten An regungsenergien für mechanische Schwingungen reichen nicht aus, um die große Masse des Maschinengestells aus den genannten mineralischen Mate rialien in Schwingung zu versetzen. Außerdem haben Mineralgußwerkstoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung aus unterschiedlichen Materialien auch ein wesentlich besseres Dämpfungsverhalten, als dies bei Metallen der Fall ist.

Auch elastische Verformungen treten bei Maschinengestellen aus den ge nannten mineralischen Werkstoffen nur in sehr geringem Maße auf. Dies hängt mit den großen Querschnitten der Maschinengestelle dieser Bauart zusammen und auch mit dem günstigen Dehnungsverhalten der mineralischen Werkstoffe.

Die Geometrie der Maschinengestelle aus mineralischen Werkstoffen bleibt da her bei thermischer, dynamischer und statischer Belastung weitgehend unver ändert präzise erhalten. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung beim Her stellen präziser optischer Linsen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Zu 3.

Die Genauigkeitsprobleme beim Positionieren des X- und des Z-Schlittens im Zusammenhang mit dem Spiel und den elastischen Verformungen in den Ge trieben und den Gewindespindeln der rotierenden Elektromotore lassen sich erfindungsgemäß weitgehend vermeiden, wenn statt dessen Linearmotore für den Antrieb der beiden Schlitten eingesetzt werden. Linearmotore erzeugen translatorische Bewegungen und können daher ohne jedes Zwischengetriebe direkt für den Antrieb des X- und des Z-Schlittens benutzt werden. Ungenauig keiten durch Spiel und elastische Verformungen in mechanischen Bauelemen ten entfallen beim Einsatz der Linearmotore weitgehend.

In der Deutschen Patentanmeldung 196 53 233.7-14 und in der Europäischen Patentanmeldung EP 0849 038-A2 wurde bereits die Verwendung von Linear motoren im Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeits-Drehmaschinen zum Herstellen optisch wirksamer Oberflächen erwähnt. Bei diesen beiden genann ten Anmeldungen handelt es sich jedoch um Maschinen zum Herstellen nicht sphärischer Linsen, bei denen die Linse ohne jede Verstellbewegung rotiert, während das Werkzeug von den Linearmotoren in radialer und axialer Richtung (bezogen auf die Drehachse der Linse) bei der Bearbeitung bewegt wird. Die beiden Linearmotore bilden in diesem Fall eine Vorschubeinheit, die lineare Bewegungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen ermöglicht.

Im Gegensatz dazu werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der X-Schlitten und der Z-Schlitten, die je mindestens eine Spindel tragen (in einem Fall unter Zwischenschaltung des Schwenkkopfes) unabhängig voneinander von einem Linearmotor bewegt, wobei der X-Schlitten während der Bearbeitung üblicherweise keine Vorschubbewegung ausführt. In diesem Fall treiben die beiden Linearmotore zwei voneinander getrennte Schlitten an, die nicht mit einander verbunden sind.

Es sind jedoch auch Ausführungen mit rotierenden Positionsantrieben vorge sehen, wobei durch besondere konstruktive Maßnahmen eine Minimierung des Spiels und der elastischen Verformungen erreicht wird. Eine dieser konstruk tiven Maßnahmen besteht darin, pro Schlitten zwei Antriebe zu verwenden, die von der CNC-Steuerung so angesteuert werden, daß sie gegeneinander ar beiten, d. h. den damit verbundenen Schlitten in entgegengesetzte Richtungen bewegen wollen. Durch dieses Verspannen der beiden Antriebe wird das in ihnen vorhandene Spiel "herausgedrückt". Das gleiche gilt für die elastischen Verformungen, so daß die Schlitten praktisch spielfrei bewegt werden können. Soll der Schlitten ruhen, so werden die rotierenden Elektromotore unter Vor spannung arretiert, soll der Vorschubschlitten jedoch bewegt werden, so wird die Vorschubkraft eines der beiden Antriebe erhöht, bis die Bewegung einsetzt. Der zweite Antrieb wird dann entgegen seiner Kraftwirkung rückwärts bewegt.

Zu 4.

Zum genauen Ausrichten der vertikalen geometrischen Achse einer der beiden Spindeln (obere oder untere Spindel) wird an der erfindungsgemäßen Vorrich tung eine Verstelleinrichtung in Y-Richtung, d. h. senkrecht zur Spindelebene (= senkrecht zur X- und Z-Achse) vorgesehen (Y-Vorschubsystem). Mit diesem Y-Vorschubsystem kann die mit ihr verbundene Spindel im Feinbereich so ver fahren werden, daß ihre geometrische Achse genau in der Spindelebene liegt, die von der anderen Spindel vorgegeben wird. Dies ist mit einer Genauigkeit möglich, die sich durch mechanische Bearbeitung bzw. durch Ausrichtvorgänge bei der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erreichen läßt.

Vorzugsweise wird das spezielle Y-Vorschubsystem so ausgeführt, daß das zylindrische Gehäuse der entsprechenden Spindel mit einer exzentrischen Boh rung zur Aufnahme der Spindel ausgeführt und um eine vertikale Achse dreh bar gelagert ist. Die geometrische Mittelachse des äußeren zylindrischen Um fangs des Gehäuses an dem dieses drehbar gelagert ist und die Rotati onsachse der Spindel sind damit um die genannte Exzentrizität gegeneinander verschoben. Wenn das Gehäuse dann von einem Hilfsantrieb um einige Win kelgrade gedreht wird, so führt die Spindel, aufgrund der Exzentrizität ihrer Aufnahmebohrung in dem Gehäuse, eine bogenförmige Schwenkbewegung aus, die man sich aus Bewegungen in X- und Y-Richtung zusammengesetzt denken kann. Die Bewegung in Y-Richtung wird zu dem genannten Justieren der geometrischen Spindelachse in der Spindelebene benutzt, während die Bewegung in X-Richtung durch Verfahren des X-Schlittens kompensiert wird. Durch Wahl einer geeigneten Exzentrizität und auch deren Verdrehlage zum Maschinengestell können feinste Bewegungen in Y-Richtung mit der Spindel durchgeführt werden. Im Gegensatz zu anderen bekannt gewordenen Verstell antrieben im Feinbereich (z. B. mit Piezokristall) ist der Antrieb mit Exzenter be züglich der Kraftentfaltung und des möglichen Verfahrweges weniger begrenzt. Durch das sehr genaue Ausrichten von oberer und unterer Spindel in der ge meinsamen Spindelebene lassen sich Linsen höchster Präzision herstellen.

Es sind jedoch auch andere Vorschubsysteme vorgesehen, um die Korrektur bewegung in Y-Richtung durchzuführen. Solche Vorschubsysteme müssen je doch in der Lage sein, die Reaktionskräfte während der Linsenbearbeitung auf zunehmen, damit es zu keinen Verschiebungen und damit Ungenauigkeiten an den Werkstücken kommt.

Zu 5.

Um die Probleme mit dem Spiel und den elastischen Verformungen in der ein seitigen Lagerung des üblicherweise oben angeordneten Schwenkkopfes und den entsprechenden Verformungen in dem damit verbundenen Vorschub system zu vermeiden, wird der Schwenkkopf in der erfindungsgemäßen Vor richtung unten angeordnet d. h. die an ihm befestigte Spindel zeigt mit ihren Werkzeugen nach oben. Außerdem wird der Schwenkkopf beidseitig gelagert, was eine zusätzliche Stabilität ergibt.

Da die an dem Schwenkkopf und seinem linear verfahrbaren Schlitten angrei fenden Gewichtskräfte vertikal nach unten wirken, und auch die von der Bear beitung der Linse herrührenden Reaktionskräfte in diese Richtung gehen, wirkt sich das in den Lagerungen, Führungen und Antrieben vorhandene Spiel nicht mehr aus. Das gleiche gilt für die elastischen Verformungen. Alle Verformungen sind durch die Gewichtskräfte bereits nach unten "herausgedrückt", so daß beim Auftreten der in gleiche Richtung wirkenden Reaktionskräfte keine Bewe gungen im Feinbereich infolge des Spiels bzw. der elastischen Verformungen mehr stattfinden können. Durch die beidseitige Lagerung des Schwenkkopfes ist auch die Lastverteilung der Reaktionskräfte und der Gewichtskräfte auf die beiden Lager gleich, so daß beim Auftreten der Reaktionskräfte keine uner wünschten Kippmomente entstehen, wie dies bei einseitiger Lagerung der Fall ist. Solche Kippmomente können ebenfalls zu unerwünschten Bewegungen infolge Lagerspiels und der elastischen Verformungen führen.

Vorzugsweise wird der Schwenkkopf mit dem X-Schlitten schwenkbar verbun den, der dann ebenfalls im unteren Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebracht wird, da sich bei dieser Anordnung konstruktive Vorteile ergeben. So kann z. B. der X-Schlitten auf zwei relativ weit auseinander liegende Line arführungen abgestützt werden, die bezüglich der Gewichts- und Bearbei tungskräfte symmetrisch angeordnet sind. Ein Kippmoment durch diese Kräfte wird damit vermieden, was die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht. Auch die Zu gänglichkeit der Werkzeuge (Bearbeitungswerkzeug und Spannwerkzeug für die Linse) bleibt voll erhalten. Außerdem bietet der unten angeordnete X-Schlitten eine gute Möglichkeit, den Schwenkkopf zweifach und symmetrisch zur mittigen Krafteinleitung zu lagern, mit den vorgenannten Vorteilen.

Bei der genannten Ausführung mit unten liegendem X-Schlitten und Schwenk kopf wird der Z-Schlitten im oberen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebracht und trägt die zweite Spindel. Hier ist auch das Y-Vorschubsystem angeordnet mit dem die obere Spindel in Y-Richtung verstellt werden kann.

Als weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch vorgesehen ein Werkzeugmagazin und/oder ein Werkstückmagazin mit Ablageeinrichtungen für mehrere Werkzeuge bzw. Werkstücke im unteren Maschinenbereich anzuordnen. Diese Magazine werden vorteilhafterweise als kreisförmige Scheiben ausgebildet, die an ihrem Umfang die genannten Ablageeinrichtungen tragen. Durch CNC-gesteuertes Drehen der Magazinscheiben können die Ablageeinrichtungen mit den darin befindlichen Teilen in die jeweils vorgesehene Entnahmeposition gebracht werden. Bei einer besonders vorteilhaften Variante werden die Magazine an dem X-Schlitten befestigt so daß sie durch Verfahren desselben mit ihrer Entnahmeposi tion genau unter der oberen Spindel positioniert werden können, die dann durch Verfahren in Z-Richtung das Werkzeug oder die Linse aufnehmen kann. Der X-Schlitten wird dann so weit wieder zurückgefahren, bis die mit ihm über den Schwenkkopf verbundene untere Spindel auf die obere Spindel ausgerichtet ist und der Arbeitsvorgang beginnen kann.

Es ist auch vorgesehen, die Drehachse einer der beiden Spindeln oder beider Spin deln als C-Achse auszuführen. In diesem Fall kann die betreffende Spindel von ihrem Antrieb nicht nur in fortlaufende Rotation versetzt werden, sondern ihre Dreh bewegung läuft bezüglich Winkelgeschwindigkeit und Fasenwinkel kontrolliert ab d. h. die Winkelgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit vom Fasenwinkel variiert wer den, bis hin zum Stillstand. Damit ist es möglich, Bearbeitungen an den Linsen vor zunehmen, die zu Flächen führen, die nicht rotationssymmetrisch angeordnet sind. So können z. B. flächige Fasen am Umfang der Linsen angeschliffen werden, die nicht rotationssymmetrisch sind und zum verdrehsicheren Fixieren der Linsen in den optischen Systemen dienen, in die sie nach ihrer Fertigstellung eingebaut werden.

Unabhängig von der Ausbildung der Spindeln als C-Achse ist es auch möglich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung rotationssymmetrische Fasen anzubringen. Diese können sich in Schnitten durch die Linsenmitte und parallel zu der optischen Achse als Gerade darstellen oder auch eine Krümmung aufweisen, wozu eine be sondere Software benutzt wird. So werden z. B. sphärische Fasen hergestellt, auf denen die Linsen später im optischen System aufliegen und bezüglich der richtigen Winkellage ihrer optischen Achse leichter ausgerichtet werden können.

Es ist damit auch möglich, die Linsen an ihrem äußeren Umfang zu zentrieren d. h. den Umfang so abzuschleifen, daß er exakt die Form eines Kreiszylinders annimmt, dessen geometrische Achse mit der optischen Achse der Linse zusammenfällt. Solche Zentrierungen sind z. B. vorteilhaft beim Spannen der Linsen in den entspre chenden Werkzeugen zum Schleifen oder Polieren der Linsen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen wird vorzugs weise mit einer CNC-Steuerung ausgerüstet, die die Bewegungen aller Achsen steuert bzw. regelt. Dies sind die X-, Y- und Z-Achse die alle drei senkrecht aufein ander stehen, die B-Achse, mit welcher der Schwenkkopf in einem gewissen Winkel bereich gedreht werden kann, wobei die Drehachse parallel zur Y-Achse verläuft, sowie mindestens eine C-Achse zur Überwachung der Drehbewegung mindestens einer Spindel. Auch die Drehbewegung der Magazinscheibe(n) und andere Hilfs funktionen werden von der CNC-Steuerung gesteuert und kontrolliert. Die Software der CNC-Steuerung ist so ausgelegt, daß Kollisionen während der Verfahrbewe gungen der verschiedenen Maschinenteile sicher vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen soll nach stehend anhand von zwei Beispielen und der Abb. 1 bis 3 näher erläutert werden. Es sind jedoch auch andere als die hier gezeigten Ausführungen geplant und insbesondere ist auch vorgesehen, die in Patentanspruch 1 genannten erfinde rischen Merkmale unabhängig voneinander anzuwenden. Zur sprachlichen Verein fachung werden in den Patentansprüchen der X- und Z-Schlitten, das Y-Vorschubsystem, der Schwenkkopf sowie die Spindeln als aktive Bauelemente bezeichnet.

Bei Beispiel 1 handelt es sich um die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrich tung als Schleifmaschine für Linsen größeren Durchmessers mit oben angeordneter Werkzeugspindel und unten angeordneter Werkstückspindel. Hierzu gehören die Abb. 1 und 2.

Bei Beispiel 2 handelt es sich um die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrich tung als Poliermaschine für Linsen größeren Durchmessers mit oben angeordneter Werkstückspindel und unten angeordneter Werkzeugspindel. Hierzu gehört Abb. 3.

Beispiel 1

In dem Beispiel 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen als Schleifmaschine ausgeführt. Die obere Spindel ist in diesem Fall als Werkzeugspindel (18) ausgebildet, während die untere Spindel als Werkstück spindel (7) dient.

Abb. 1 zeigt eine Seitenansicht der Schleifmaschine,

Abb. 2 zeigt eine Draufsicht der Schleifmaschine mit horizontalem Schnitt durch den oberen Teil entsprechend Schnitt A-A in Abb. 1.

In der Seitenansicht der Schleifmaschine entsprechend Abb. 1 erkennt man alle wichtigen Bewegungssysteme im Zusammenhang mit der Werkzeugspindel (18) und der Werkstückspindel (7). Die Baugruppen und Maschinenelemente sind an einem Maschinengestell (1) befestigt, das aus Mineralguß hergestellt wird und große Wanddicken aufweist. Das Maschinengestell (1) hat in der Seitenansicht eine L-Form mit einigen Ausnehmungen, z. B: zur Aufnahme des X-Schlittens (2), der mit tels zweier Linearführungen (3) senkrecht zur Bildebene verschieblich gelagert ist. Der Antrieb zum Verschieben des X-Schlittens (2) wurde der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeichnet. Mit dem X-Schlitten (2) ist der Schwenkkopf (4) um die B-Achse (5) drehbar gelagert verbunden. Zum Antrieb der Drehbewegung des Schwenk kopfes (4) dient der Getriebemotor (6). Der Schwenkkopf (4) trägt die unten liegende Werkstückspindel (7), an deren oberen Ende die Werkstückaufnahme (8) befestigt ist, welche die Linse (9) trägt.

Am oberen Teil des Maschinengestells (1) ist das Verbindungselement (10) mit den Strömungskanälen (11) befestigt das die Führungen (12) für den Z-Schlitten (13) trägt. Durch Zufuhr von Heiz- oder Kühlmedien zu den Strömungskanälen (11) des Verbindungselements (10) können in diesem Wärmedehnung erzeugt werden, die zum Korrigieren der vertikalen Ausrichtung der Werkzeugspindel (18) genutzt wer den können. Diese Korrekturbewegungen erfolgen in der Zeichnungsebene als Rechts-/Linksneigungen, mit denen die geometrische Achse der Werkzeugspin del (18) exakt senkrecht eingestellt werden kann. Senkrecht zur Zeichnungsebene sind solche Korrekturen nicht erforderlich, da in dieser Ebene (Spindelebene) die Lage der Spindeln zueinander durch Neigen des Schwenkkopfes (4) korrigiert wer den kann. Der gleiche Effekt kann erzeugt werden, durch unterschiedliche Druckbe aufschlagung der genannten Medien in den Strömungskanälen (11). In diesem Fall wird für die gewünschten Korrekturen die elastische Dehnung des Verbindungs elements (10) unter Einwirkung der Druckbeanspruchung ausgenutzt.

Das Verbindungselement (10) kann in seinen Strömungskanälen (11) auch so mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden, daß die von der Werkzeugspindel (18) er zeugte Verlustwärme über das Verbindungselement (10) abgeführt wird und das Maschinengestell (1) nicht aufheizt. Dieses Kühlmedium, aber auch das vorerwähnte Heizmedium, können mit einer Pumpe im Kreislauf befördert werden, wobei ent sprechende Kühler bzw. Erhitzer in diesen Kreislauf eingeschaltet sind (nicht ge zeichnet).

Zum Kühlen bzw. Beheizen des Verbindungselements (10) wird vorzugsweise Was ser benutzt. Es sind aber auch andere Flüssigkeiten vorgesehen, wie z. B. Wärme trägeröl. Wenn mit erhöhtem Druck gearbeitet wird, so kann der genannte Kreislauf insgesamt unter erhöhten Druck gesetzt werden, wobei auch die Kombination von Wärmedehnung und Druckdehnung vorgesehen ist. Die oben und unten liegenden Strömungskanäle (11) des Verbindungselements (10) können an getrennte Strö mungskreisläufe angeschlossen werden.

An Stellen, an denen die Anbringung eines Verbindungselement (10) unzweck mäßig ist, kann die von den Antrieben erzeugte Verlustwärme mittels in das Ma schinengestell (1) eingegossener Kühlrohre (21) abgeführt werden. Diese Kühl rohre (21) werden beim Herstellungsprozeß des Maschinengestells (1) in die Gieß form eingelegt und beim Gießprozeß von dem kalt vergossenen Mineralguß um schlossen. Durch diese Kühlrohre (21) kann wie vorbeschrieben ein Kühlmedium, z. B. Wasser, im geschlossenen Kreislauf hindurch geleitet werden. Dieses Kühl wasser nimmt die Wärme auf und führt sie über einen zwischengeschalteten Kühler wieder ab (nicht gezeichnet).

Der Z-Schlitten (13) wird in den Führungen (12) vertikal geführt, die ihrerseits an dem Verbindungselement (10) befestigt sind. Die Antriebseinrichtung für die vertikale Be wegung (Z-Richtung) des Z-Schlittens (13) wurde im dargestellten Beispiel als Spin delantrieb mit Elektromotor (14) und Gewindespindel (15) ausgeführt, wobei auf Spielfreiheit und geringe elastische Verformungen geachtet wurde. Sie kann jedoch auch als Linearmotor ausgebildet werden. Die Gewindespindel (15) des Spindelan triebs für die Vertikalbewegungen des Z-Schlittens (13) ist mittels der beiden Zahn räder (17) und des Zahnriemens (16) mit einem Elektromotor (14) verbunden. Dieser wird von der CNC-Steuerung angesteuert und treibt die Gewindespindel (15) an.

An dem Z-Schlitten (13) ist das Spindelgehäuse (19) drehbar gelagert, das die Werkzeugspindel (18) trägt, die in dem Spindelgehäuse (19) exzentrisch befestigt ist. Zum Antrieb der Werkzeugspindel (18) dient der Elektromotor (20). Die genannte Exzentrizität besteht zwischen der Drehachse der Werkzeugspindel (18) und der geometrischen Mittelachse des zylindrischen, äußeren Umfangs des Spindelgehäu ses (19). Durch Verdrehen des Spindelgehäuses (19) führt die Werkzeugspindel (18) infolge ihrer exzentrischen Lagerung in dem Spindelgehäuse (19) die gewünschten Korrekturbewegungen in Y-Richtung aus. An der Unterseite der Werk zeugspindel (18) ist das als Topfwerkzeug ausgebildete Schleifwerkzeug (37) be festigt, mit dem die Linse (9) schleifend bearbeitet werden kann.

In Abb. 2 ist eine Draufsicht, mit horizontalem Schnitt durch den oberen Teil der Schleifmaschine, dargestellt. An dem Maschinengestell (1) ist das Verbindungs element (10) befestigt, in dem sich die Strömungskanäle (11) befinden, denen das Kühl-/Heizmedium über den Zuleitungsanschluß (22) zugeführt wird. Über den Ab leitungsanschluß (23) verläßt das Heiz-/Kühlmedium wieder das Verbindungs element (10). An dem Verbindungselement (10) sind die Führungen (12) befestigt an denen der Z-Schlitten (13) vertikal (d. h. senkrecht zur Zeichenebene) auf und ab bewegt werden kann. Zum Antrieb dieser Bewegung dient die Gewindespindel (15).

Für die Korrekturbewegung in Y-Richtung dient ein Elektromotor (24), der über das Zahnrad (25), den Zahnriemen (26) und die Verzahnung (27) das Spindelge häuse (19) antreibt. Bei der Drehung des Spindelgehäuses (19) führt die Werk zeugspindel (18), aufgrund ihrer exzentrischen Lagerung in diesem, die gewünschte Korrekturbewegung in Y-Richtung aus. Unerwünschte Bewegungen in X-Richtung, die dabei ebenfalls auftreten, werden durch Verfahren des X-Schlittens kompensiert.

Der X-Schlitten (2) trägt den um die B-Achse (5) drehbaren Schwenkkopf (4) mit der Werkstückspindel (7) die in der Zeichnung von dem Z-Schlitten (13) verdeckt ist. Man erkennt jedoch die Werkstückaufnahme (8) mit der darin fixierten Linse (9) und ebenfalls einen Teil des Schleifwerkzeugs (37).

Mit dem X-Schlitten (2) ebenfalls verbunden ist das Werkzeugmagazin (28) mit den Ablageeinrichtungen (29) für mehrere Werkzeuge. Durch Drehen des Werkzeug magazins (28) kann jedes in den Ablageeinrichtungen (29) abgelegte Werkzeug in die Entnahmeposition (30) gebracht werden. Durch Verfahren des X-Schlittens (2) kann diese Entnahmeposition (30) und damit das entsprechende Werkzeug dann genau unter der Werkzeugspindel (18) positioniert werden. Durch vertikales Verfah ren des Z-Schlittens (13) mit der Werkzeugspindel (18) kann diese in Kontakt mit dem Werkzeug gebracht werden und es aus der Entnahmeposition (30) des Werk zeugmagazins (28) entnehmen. Das Werkzeug steht damit für die Bearbeitungs vorgänge in der Schleifmaschine zur Verfügung. Alternativ oder zusätzlich könnte auch ein Werkstückmagazin in ähnlicher Anordnung an dem X-Schlitten (2) befestigt werden.

Beispiel 2

In dem Beispiel 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen als Poliermaschine ausgeführt. Die obere Spindel ist in diesem Fall als Werk stückspindel (31) ausgebildet, während die untere Spindel als Werkzeugspindel (32) dient.

Abb. 3 zeigt eine Seitenansicht der Poliermaschine.

An der oben angeordneten Werkstückspindel (31) ist eine Werkstückaufnahme (33) befestigt, welche die zu polierende Linse (34) aufnimmt. Die Haltekräfte zur sicheren Fixierung der Linse (34) in der Werkstückaufnahme (33) während des Transports von dem Werkzeugmagazin (28) in die Arbeitsposition werden zum Teil durch Vakuum aufgebracht, das über eine zentrale Bohrung (35) angelegt wird, welche sich sowohl in der Werkstückspindel (31) als auch in der Werkstückaufnahme (33) befindet. Über die gleichen Bohrungen kann die Linse (34) während der Bearbeitung auch mit Druckluft beaufschlagt werden, womit der benötigte Arbeitsdruck zwischen der Linse (34) und dem Polierwerkzeug (36) aufgebracht wird. Bei großen Lin sen (34) wirkt, bei der gewählten Anordnung der Spindeln, auch das Eigengewicht der Linse (34) in die gleiche Richtung und wird bei der Druckbeaufschlagung berück sichtigt.

Die unten angeordnete Werkzeugspindel (32) trägt das als Formwerkzeug ausge bildete Polierwerkzeug (36) und ist wie vorbeschrieben mit dem ebenfalls unten an geordneten Schwenkkopf (4) verbunden. Die hier beschriebene Zuordnung der bei den Spindeln hat den Vorteil, daß die Linse (34) mit ihrem Eigengewicht einen Teil des erforderlichen Arbeitsdrucks in dem Polierwerkzeug (36) aufbringt. Dies führt wegen der Gleichmäßigkeit der Gewichtskräfte zu einer höheren Präzision der er zeugten Linsen (34).

Im Übrigen entspricht der grundsätzliche Aufbau der Poliermaschine demjenigen der Schleifmaschine. Insoweit gilt das zu Beispiel 1 Gesagte entsprechend.

Bezugszeichenliste

1

Maschinengestell (

1

)

2

X-Schlitten (

2

)

3

Linearführungen (

3

)

4

Schwenkkopf (

4

)

5

B-Achse (

5

)

6

Getriebemotor (

6

)

7

Werkstückspindel (

7

)

8

Werkstückaufnahme (

8

)

9

Linse (

9

)

10

Verbindungselement (

10

)

11

Strömungskanäle (

11

)

12

Führungen (

12

)

13

Z-Schlitten (

13

)

14

Elektromotor (

14

)

15

Gewindespindel (

15

)

16

Zahnriemen (

16

)

17

Zahnräder (

17

)

18

Werkzeugspindel (

18

)

19

Spindelgehäuse (

19

)

20

Elektromotor (

20

)

21

Kühlrohre (

21

)

22

Zuleitungsanschluß (

22

)

23

Ableitungsanschluß (

23

)

24

Elektromotor (

24

)

25

Zahnrad (

25

)

26

Zahnriemen (

26

)

27

Verzahnung (

27

)

28

Werkzeugmagazin (

28

)

29

Ablageeinrichtungen (

29

)

30

Entnahmeposition (

30

)

31

Werkstückspindel (

31

)

32

Werkzeugspindel (

32

)

33

Werkstückaufnahme (

33

)

34

Linse (

34

)

35

Bohrung (

35

)

36

Polierwerkzeug (

36

)

37

Schleifwerkzeug (

37

)

Claims

1. Vorrichtung zum Bearbeiten optischer Linsen durch Schleifen und Polieren, da durch gekennzeichnet, daß sie über eine CNC-Steuerung verfügt und das Maschinengestell (1) aus Mineralguß oder natürlich gewachsenen Stein blöcken hergestellt ist und mindestens ein Verbindungselement (10) trägt, mit dem Wärme abgeführt und gezielte Wärmedehnung erzeugt werden kann und die Vorrichtung über mindestens einen X-Schlitten (2) und einen Z-Schlitten (13) sowie über einen Schwenkkopf (4) verfügt, wobei zum Bewe gen dieser aktiven Bauelemente Antriebe ohne bzw. mit geringem Spiel und/oder geringer elastischer Verformung benutzt werden und außerdem min destens zwei Spindeln vorhanden sind, von denen die eine im oberen Teil und die andere im unteren Teil der Vorrichtung angeordnet ist, wobei eine der beiden Spindeln mit dem Schwenkkopf (4) verbunden ist und außerdem eine der Spindeln über ein Y-Vorschubsystem verfügt und Einrichtungen vorhanden sind, mit denen die intern erzeugte Verlustwärme abgeführt werden kann und außerdem ein Werkzeugmagazin (28) und/oder ein Werkstückmagazin vor handen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schleifmaschine ausgeführt ist, mit oben liegendem Z-Schlitten (13) und damit verbundener Werkzeugspindel (18), die das Schleifwerkzeug (37) trägt, sowie unten liegendem X-Schlitten (2) und damit verbundenem Schwenkkopf (4), wo bei der Schwenkkopf (4) die Werkstückspindel (7) aufnimmt, welche die Werk stückaufnahme (8) mit der Linse (9) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Po liermaschine ausgeführt ist, mit oben liegendem Z-Schlitten (13) und damit ver bundener Werkstückspindel (31), welche die Werkstückaufnahme (33) mit der Linse (9) trägt sowie unten liegendem X-Schlitten (2) und damit verbundenem Schwenkkopf (4), wobei der Schwenkkopf (4) die Werkzeugspindel (32) auf nimmt, welche das Polierwerkzeug (36) trägt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Spindeln als C-Achse ausgebildet sind, deren Rotation von der CNC-Steuerung bezüglich Winkelgeschwindigkeit und Phasenwinkel gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Maschinengestell (1) und dem Z-Schlitten (13) ein Verbindungs element (10) angeordnet ist, das die Führungen (12) für den Z-Schlitten (13) trägt und außerdem den Elektromotor (14) aufnimmt, der die Gewinde spindel (15) über die Zahnräder (17) und den Zahnriemen (16) antreibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) über Anschlußflächen oder -teile verfügt, die an die Geometrie des Maschinengestells (1) angepaßt sind und sich nicht verändern, d. h. festgelegt sind, und außerdem über Anschlußflächen oder -teile verfügt, die beliebig gestaltet werden können und damit an die vorgesehenen Anbau teile anzupassen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) oder auch andere Bauteile über innere Strömungs kanäle (11) verfügen, die mit Einrichtungen in Verbindung stehen, mittels derer sie mit einem Heiz- und/oder Kühlmedium beaufschlagt werden können.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungselement (10) oder in anderen Bauteilen mehrere voneinander un abhängige Strömungskanäle (11) vorhanden sind, die mit den angeschlosse nen Heiz- und/oder Kühleinrichtungen voneinander getrennte Strömungs systeme bilden, die von Medien gleicher oder unterschiedlicher Temperatur durchströmt werden können.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Regeleinrichtungen vorhanden sind, mit denen die Temperatur des Heiz- und/oder Kühlmediums in Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur oder der Bauteilgeometrie geregelt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ein richtungen vorhanden sind, mit denen das Heiz- und oder Kühlmedium in den Strömungskanälen (11) auf erhöhten Druck gebracht werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) über Kühlrohre (21) verfügt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) und/oder andere Maschinenteile über eine Wärmeisolie rung verfügen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (10) und/oder andere Maschinenteile zum Erzeugen ge zielter Wärmedehnungen mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Regeleinrichtungen vorhanden sind, mit denen die Leistung der elektri schen Heizeinrichtungen in Abhängigkeit von der gewünschten Maschinen geometrie geregelt werden kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (10) aus Materialien mit großer thermischer Wärmedeh nung, z. B. aus Aluminium oder Kupfer hergestellt sind und elektrisch beheizt werden oder Bauteile aus solchen Materialien enthalten, die elektrisch beheizt werden und über eine thermische Isolierung verfügen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Y-Vorschubsystems die Werkstückspindel (31) exzentrisch in dem Spindelgehäuse (19) gelagert ist, das seinerseits drehbar mit dem Z-Schlitten (13) verbunden ist, wobei als Antrieb ein Elektromotor (24) dient, der seine Bewegungsenergie über das Zahnrad (25), die Verzahnung (27) und den Zahnriemen (26) auf das Spindelgehäuse (19) überträgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Schlitten (2) beidseitig auf Linearführungen (3) gelagert ist, die Bewegungen in X-Richtungen zulassen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführungen (3) des X-Schlittens (2) symmetrisch zur Spindelebene ange ordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkopf (4) beidseitig gelagert ist und mittels Getriebemotor (6) um die B-Achse (5) gedreht werden kann.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerungen des Schwenkkopfs (4) symmetrisch zur Spindelebene an geordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Schlitten (2) und der Z-Schlitten (13) von einem Linearmotor angetrieben werden.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der X-Schlitten (2) und der Z-Schlitten (13) von je einem rotierenden Elektromotor mit Gewindespindel angetrieben werden, die entweder besonders spielarm und/oder verformungsarm sind oder pro Schlitten paarweise angeordnet wer den und dann mit ihrer Kraftwirkung gegeneinander geschaltet sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) aus Mineralguß hergestellt wird, der aus gebrochenen natürlichen Mineralien mit einem Bindemittel besteht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralguß des Maschinengestells (1) aus gebrochenem Quarzglas mit einem Bindemittel besteht.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralguß des Maschinengestells (1) als Bindemittel einen Kunststoff enthält.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralguß des Maschinengestells (1) ein mineralisches Bindemittel enthält.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (1) aus natürlich gewachsenen Steinblöcken besteht.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß Ein richtungen vorhanden sind, mit denen das Kühlmittel für den Schleifprozeß bzw. die Poliersuspension für den Polierprozeß auf vorgegebene konstante Temperatur geregelt werden können.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß an dem X-Schlitten (2) ein Werkzeugmagazin (28) und/oder ein Werkstückmaga zin befestigt ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin als drehbare Kreisscheibe ausgebildet ist, die an ihrem Umfang über Ablageeinrichtungen (29) verfügt die durch Drehung des Werkzeugmaga zins (28) nacheinander in die Entnahmeposition (30) gedreht werden können.