DE3340577A1

DE3340577A1 - Automatische poliereinrichtung fuer zylindrische flaechen

Info

Publication number: DE3340577A1
Application number: DE19833340577
Authority: DE
Inventors: Robert A. 06877 Ridgefield Conn. Jones
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1984-05-17
Anticipated expiration: 2003-11-10
Also published as: DE3340577C2; JPS59102571A; US4512107A; JPH0798305B2

Description

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE

J φ - A GRUNECKEH. σοι. »β

DR H KlNKELDEY. ο«, »ία DR ff STOCKMAIR. ο«. ΐΝα,«εε ιι DR K SCHUMANN, οη-νκο

P H JAKOB, ο·*. «;

DR G aEZOLD. ost-cxc» W. PHEISTER. wi o*o

THE PERKIN-ELMER CORPORATION ST^^XIm-c

Main Avenue

Norwalk, Connecticut 06856

USA

SOOO MÜNCHEN 32 «IWUWUANSTRASSE 58

P 18 234-

Automatische Poliereinrichtung für zylindrische

Flächen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Polieren oder Schleifen von optischen Flächen und insbesondere auf eine Einrichtung zum entweder Schleifen oder Polieren zylindrischer Spiegel jenes Typs, der beispielsweise in Röntgenstrahlteleskopen verwendet wird.

Das Zylinderschleifen oder -polieren erforderte bisher Einrichtungen zum Drehen des zylindrischen Werkstücks um seine Längsachse. Während das Werkstück gedreht wird, wird ein Klotz, der üblicherweise an einem Arm angebracht ist, so angeordnet, daß er in Berührung mit der Innenoberfläche des zylindrischen Werkstücks steht. Eine Schleif- bzw. Polieremulsion an der Oberfläche bewirkt, daß diese entweder geschliffen oder poliert wird, wenn das Werkstück gedreht wird.

Die oben beschriebene Poliereinrichtung wird so betätigt, daß der Klotz gegen einen Abschnitt der Innenoberfläche des zylindrischen Werkstücks angedrückt wird. Wenn das Werkstück um seine Längsachse gedreht wird, dann wird nur jener Abschnitt der Oberfläche, der mit dem Klotz

in Berührung steht, poliert oder geschliffen, und zwar in Abhängigkeit von der Emulsion, die zu diesem Zeitpunkt verwendet wird. Nach einem Zeitraum wird der Klotz umgesetzt, so daß er einen anderen Bereich der zylindrisehen Oberfläche berührt. Das Betreiben der Zylinderpoliereinrichtung auf diese Weise erzeugt allerdings Riefen bzw. Rippen an der zylindrischen Oberfläche, die dadurch verursacht wurden, daß die polierten oder geschliffenen Flächen beim Umsetzen der Stellung des Klotzes von einer auf die nächste sich entweder überdecken oder gar nicht überlappen. Um das Problem der Riefen zu überwinden, die durch den Betrieb der Poliereinrichtung in der oben beschriebenen Weise erzeugt wurden, kann der Klotz ständig in einer Richtung parallel zur zylindrischen Werkstückachse hin- und herbewegt werden. Dieser Versuch führt, obwohl er in weitem Umfang das Problem der Erzeugung von Riefen an der zylindrischen Oberfläche ausräumt, jedoch nicht ohne weiteres von selbst zu genauem Schleifen und Polieren der Oberfläche.

Angesichts der obigen Probleme, die sich auf das Zyiinderschleifen oder -polieren beziehen, ist es das Hauptziel der Erfindung, eine Polier-/Schleifeinrichtung für ein zylindrisches Werkstück vorzusehen, die genau gesteuert werden kann, um eine zylindrische Fläche mit vorbestimmter Form innerhalb eines sehr schmalen Toleranzfeldes zu erzeugen.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Polier-/ Schleifeinrichtung für eine zylindrische Oberfläche vorzusehen, die durch eine geeignete Steuereinrichtung steuerbar ist, um das Werkstück in ausgewählten Bereichen zu polieren bzw. zu schleifen, um eine zylindrische Oberfläche zu erzeugen, die innerhalb eines kleinen

Toleranzbereiches eine bestimmte Form aufweist.

Die vorliegende Polier-/Schleifeinrichtung für Zylinder teilt dem Polierklotz drei Bewegungen mit, von welchen zwei in erster Linie verwendet werden, um den Klotz zu positionieren/ während die dritte Bewegung hauptsächlich das Maß der Oberflächenabtragung steuert. Ein allgemein rechteckförmiger Klotz mit einer Länge von nicht mehr als einem Viertel der Werkstücklänge wird in Berührung mit der gerade polierten bzw. geschliffenen Oberfläche gebracht. Der Klotz wird um einen Mittelpunkt in einem entweder kreisförmigen oder elliptischen Weg mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit von bis zu 165 Umläufen pro Minute gedreht. Diese Bewegung des Klotzes steuert das Maß der Oberflächenabtragung.

Die Lage des Drehmittelpunktes des Klotzes wird auf zweierlei Weise bezüglich der zylindrischen Oberfläche bewegt, die gerade poliert oder geschliffen wird. Als erstes wird der Klotz-Drehungsmittelpunkt schrittweise bzw. allmählich in einer Richtung parallel zur Längsachse des Zylinders hin- und herbewegt. Gleichzeitig wird das zylindrische Werkstück um seine Längsachse gedreht. Dementsprechend beschreibt der Klotz-Drehraittelpunkt die Bahn einer zylindrischen oder konischen ifendel an der zylindrischen Innenoberfläche des Werkstücks.

Die Geschwindigkeit, die für die Hin- und Herbewegung bestimmt ist, sowie jene Geschwindigkeit, mit welcher der Zylinder um seine Längsachse gedreht wird, werden durch einen Geschwindigkeits-Regelcomputer gemäß einer

vorbestimmten Gruppe von Parametern gesteuert, 30

Die oben erwähnten Ziele, Vorzüge und Merkmale werden unten detaillierter im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, die einen Teil der Offenbarung bilden,

und in welchen:
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Fig. 1 ein typisches Werkstück und die Bewegung des Klotzes relativ zum Werkstück darstellt,

Fig. 2 eine Zylinder-Poliereinrichtung des durch die vorliegende Erfindung gekennzeichneten Typs darstellt/

Fig. 3 die bevorzugte Vorgehensweise zum Abstützen und Drehen des zylindrischen Werkstücks sowie die Einrichtung zum Feststellen der Drehlage des Werkstücks darstellt/
Fig. 4 eine Endansicht des Mechanismus zum Bewegen des Klotzes entweder in einem elliptischen oder einem kreisförmigen Weg darstellt, Fig. 5 eine Seitenansicht der Einrichtung in Fig. 4 ist/ Fig. 6 die Vorgehensweise darstellt, auf welche der

Klotz gegen die gerade geschliffene oder polierte Oberfläche angedrückt wird/ und Fig. 7 die elektrischen Steuer- bzw. Regeleinrichtungen für die erfindungsgemäße Schleif-YPoliereinrichtung darstellt.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen; ein zylindrisches Werkstück 10 ist dargestellt, dessen Drehachse 12 in einer horizontalen Ebene angeordnet ist. Das Werkstück 10 ist typischerweise aus einem optischen Glas oder einem anderen geeigneten Material hergestellt, welches es gestattet, daß die Innenfläche des zylindrischen Werkstücks 10 entweder geschliffen oder poliert wird, um die gewünschte Form jener Oberfläche zu erzielen, auf welche später eine reflektierende Schicht aufgebracht werden soll. Wenn die gewünschte Form und die reflektierende Schicht hergestellt wurden, dann kann das Werkstück 10 beispielsweise in Röntgenstrahlteleskopen oder in anderen optischen Anordnungen verwendet werden. In solchen Verwendungsfällen wird die Innenoberfläche des Werkstücks 10 in jedem ebenen Schnitt, der durch das Werkstück in einer Richtung senkrecht zur Drehachse 12 vorgenommen wird/ die Form eines Kreises aufweisen- Allerdings wird der Durchmesser eines jeden kreisförmigen Schnittes in Abhängigkeit von der Längsposition des Schnittes selbst variieren. Dementsprechend

-y-

- 40-kann die Form der Innenoberflache des Werkstücks 10

in einer Richtung parallel zur Drehachse 12 tatsächlich die einer Parabel oder irgendeiner anderen, gewünschten Form sein, sei sie nun gekrümmt oder eine gerade Linie. 5

Bei typischen Schleif- und Poliertätigkeiten wird ein Werkstück, wie es mit 10 dargestellt ist, in einer Form hergestellt, welche jener des gewünschten Enderzeugnisses nahe kommt. Da das Herstellungsverfahren nicht so genau ist, wie dies für das Enderzeugnis zur Benutzung in. einem optischen System erforderlich ist, muß nachfolgend die Innenoberfläche geschliffen und poliert werden, bis die gewünschte, genaue Form der Innenoberfläche erzielt ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist speziell zum Schleifen und Polieren der Innenoberfläche eines zylindrischen Werkstücks derart eingerichtet, daß es eine gewünschte Form aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein Werkstück 10 typischerweise so angebracht, daß seine Drehachse 12 horizontal angeordnet ist und das Werkstück 10 veranlaßt wird, sich um seine Drehachse 12 zu drehen. Diese Drehbewegung des Werkstückes ist eine der drei Bewegungen des Werkstücks 10 relativ zu einem Klotz 14, der gegen die Innenoberfläche des Werkstücks 10 angedrückt wird. Der Klotz ist aus einem herkömmlichen Material hergestellt, welches während des Schleifens oder Polierens mit der Form der Innenoberfläche des Werkstücks 10 übereinstimmt, wenn er relativ zum Werkstück bewegt wird. Beim Schleifen kann ein Keramikklotz 14 verwendet werden, während während des Polierens am häufigsten ein Pechklotz verwendet xvird.

Der Klotz 14 ist an einem beweglichen Arm 16 angebracht. Der bewegliche Arm 16 ist so aufgebaut, daß er sich langsam hin- und herbewegt, wobei er den Klotz 14 veranlaßt, sich in einer Richtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, die allgemein durch den Doppelpfeil 18 be-

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zeichnet ist. Dies ermöglicht es dem Klotz 14, in Berührung mit der genannten Innenoberfläche des Werkstücks 10 zu gelangen, wenn der Klotz dieses von einem Ende des zylindrischen Werkstücks 10 zum anderen durchquert, während das Werkstück 10 seinerseits um seine Drehachse 12 gedreht wird. Dementsprechend beschreibt der Berührungspunkt zwischen der Mitte des Klotzes Λ4 und der Innenfläche des Werkstücks 10 eine wendelförmige Kurve an der Innenoberfläche des Werkstücks 10. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen beiden Bewegungsformen des Klotzes 14 relativ zum Werkstück 10 wird der Klotz 14 auch noch um die vertikale Achse gedreht, die durch die gestrichelte Linie 20 bezeichnet ist und durch die Mtte des Klotz-Trageteils bzw. Klotzträgers 24 hindurchläuft, der am äußersten Ende des Armes 16 angeordnet ist. Die Bewegung des Klotzes 14 relativ zum Arm 20 ist durch den Pfeil 22 dargestellt. Der Mechanismus zum Veranlassen des Klotzes 14, sich um die Achse 12 zu drehen, ist einstellbar, so daß der vom Pfeil 22 bezeichnete Weg kreisförmig oder elliptisch sein kann.

Fig. 2 ist die Darstellung einer Schleif-/Poliereinrichtung für zylindrische Werkstücke gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Werkstück 30 ist so angebracht, daß seine Längsachse horizontal angeordnet ist, und die Außenoberfläche des Werkstücks 30 läuft auf Rollen 32, die zur Drehung an einer horizontal angeordneten Achse 34 angebracht sind. Ein ähnliches Rollenpaar und eine ähnliche Achse sind gemäß der Darstellung in Fig. 2 hinter dem Werkstück 30 angeordnet und somit verdeckt.

Ein Paar Antriebsbänder 36 läuft über die Rollen hinweg, die an der Achse 34 angebracht sind, sowie ein ähnliches Paar Rollen, die an der verdeckten Achse angebracht sind. Die verdeckte Achse wird von einem ebenfalls nicht sichtbaren Motor angetrieben und veranlaßt die Antriebsbänder 36, das Werkstück 30 zu drehen. Die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 30 wird von einem Systemleitrechner 38 bestimmt, der mit dem (nicht gezeigten) Antriebsmotor ge-

koppelt ist, der die verdeckte Achse dreht. Die Drehzahl wird in Übereinstimmung mit einer Tabelle eingestellt, die im Speicher des Rechners 38 enthalten ist, der die gewünschte Drehzahl als eine Funktion von der Lage des Klotzes 40 relativ zum Werkstück 30 ausweist.

Der Klotz 40 ist am äußersten Ende eines Armes angebracht, der in das Werkstück 30 hineinragt. Der Arm 42 ist an seinem gegenüberliegenden Ende an einem ersten Trage-Zwischensockel bzw. Zwischenträger 44 angebracht, der beweglich an einen zweiten Trage-Zwischensockel bzw. Zwischenträger 48 angebracht ist. Ein Motor 46 mit einstellbarer Drehzahl ist an einem Trageteil bzw. Träger befestigt und mit dem ersten Zwischenträger 44 sowie dem zweiten Zwischenträger 48 gekoppelt. Wenn der Motor 46 arbeitet, dann bewegt sich der erste Träger 44 in der Richtung des Pfeiles 50 vorwärts und rückwärts, wie dies auch für den Arm 42 der Fall ist. Der bewegliche Träger 48 ist beweglich am Träger 52 derart angebracht, daß er sich in einer Richtung parallel zum Arm 42 durch den Motor 46 vorwärts und rückwärts bewegen kann.

Beim Betrieb ist die Geschwindigkeit des Motors 46 vorher auf einen bestimmten Wert eingestellt. Durch Einstellen ²^ der Länge des Hebelgetriebes zwischen dem Motor 46 und dem ersten Zwischenträger 44 sowie zwischen dem Motor und dem Träger 52 kann der Arm 42 derart in Bewegung versetzt werden, daß die Mitte des Klotzes 40, der am Arm 42 angebracht ist, an der Werkstückoberfläche eine

kreisförmige oder elliptische Bahn zurücklegt. Der Rechner 38 weist Meßfühler (nicht gezeigt) auf, die die Lage des Armes 42 relativ zum Werkstück 30 messen. Wie bereits erwähnt, ist die Drehzahl des Werkstücks 30 vom Rechner 38 gesteuert. Zusätzlich spricht der Rechner

38 auf die Meßfühler (nicht gezeigt) an, um die Geschwindigkeit der Bewegung des Armes 42 in der Richtung des Pfeiles 54 zu steuern. Diese Bewegung wird von einem zweiten Motor 64 geliefert, der am Grundträger 52 ange-

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bracht ist. Der Motor 64 ist über eine Leitspindel oder dergleichen mit dem zweiten Zwischenträger 48 gekoppelt, um den Träger 48 zu veranlassen, sich in der Richtung des Doppelpfeiles 54 zu bewegen.
5

Die bevorzugte Vorgehensweise der Anbringung und Drehung eines zylindrischen Werkstücks in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist ein zylindrisches Werkstück 100 in einem Werkstückhalter 102 angebracht, der zwei Ringteile 104 und 106 umfaßt, die das Werkstück 100 umgeben. Mehrere Werkstück-Eingriffsteile 108 sind einstellbar am Ringteil 106 derart angebracht, daß der Werkstück-Eingriffsabschnitt 110 in Berührung mit der Außenoberfläche des Werkstücks 100 steht. Die Eingriffsteile 108 werden in ihrer Lage derart eingestellt, daß die Drehachse des Werkstücks 100^% sich gemeinsam zur Drehachse des Ringteiles 106 erstreckt.

Eine Anzahl von Werkstück-Eingriffsteilen 112 ist einstellbar am Ringteil 104 auf dieselbe Weise angebracht, wie die Eingriff steile 108 am Ring 106 angebracht s:f.nd. Die Lage der Eingriffsteile 112 ist derart eingestellt, daß die Drehachse des Werkstücks 100 mit der Drehachse des Ringteils 104 zusammenfällt.

Die Ringteile 104 und 106 werden parallel zueinander durch eine Anzahl von Verbindungsstäben gehalten, wobei die Stäbe 120 und 122 gezeigt sind. Diese Stäbe 120 ^ΰ und 122 dienen dazu, die parallele Zuordnung zwischen den Ebenen aufrechtzuerhalten, die von den Ringteilen 104 und 106 gebildet sind.

Die Ringteile 104 und 106 sind so angeordnet, daß sie auf Rollen 124, 126, 128 sowie einer vierten, nicht gezeigten Rolle ruhen, die allerdings auf derselben Welle 130 wie die Rolle 128 angebracht ist. Die Rollen 124 und 126 sind an einer Welle 132 angebracht, welche

mit einem Motor 134 mit variabler Drehzahl gekoppelt ist. Dieser Motor ist mit einem Rechner 136 gekoppelt, der Informationen über die Leitung 138 an den Motor 134 mit veränderlicher Drehzahl abgibt, um die Drehzahl dieses Motors 134 zu steuern. Die Rolle 124 bzw. 126 weisen eine Lippe bzw. einen Flansch 138 bzw. 140 auf, der sich von jener Oberfläche der Rolle aus, auf welcher das Ringteil 104 bzw. 106 amht, nach außen erstreckt. Die Lippe 138 ist gemäß der Darstellung in Fig. 3 links vom Ringteil 106 angeordnet, während die Lippe 140 der Rolle 126 rechts vom Ringteil 104 angeordnet ist. Dementsprechend beginnen dann, wenn die Welle 132 vom Motor 134 gedreht wird, die beiden Ringteile 104 und 106, die auf den Rollen 124 und 126 ruhen, mit der Drehung. Die Lippen und 140 hindern die Ringteile 104 und 106 daran, von den Rollen 124 und 126 abzurutschen.

Wie bereits erklärt, ändert sich die Drehzahl, die vom Motor 134 eingestellt wird, als Funktion der Lage des Klotzes relativ zum Werkstück 100. Dementsprechend muß eine Maßnahme vorgesehen sein, um die Drehlage des Werkstücks 100 zu messen. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann eine Anzahl von Lagemarkierungen 150 am Ring 104 vorgesehen sein. Die Lagemarkierungen 150 wurden aus Gründen der Bequemlichkeit nur längs eines Abschnitts des Rings 104 gezeigt; es wird allerdings darauf hingewiesen, daß sich diese Markierungen 150 ganz rund um den Bing 1C4 erstrecken. Die Markierungen am Ring 104 können durch einen optischen Meßfühler 152 festgestellt werden, der mit dem Rechner 136 gekoppelt ist. Der Rechner 136 kann dann die Informationen aus dem optischen Meßfühler 152 benutzen, um die genaue Drehlage des Werkstücks 100 bezüglich irgendeinem festen Bezugspunkt zu bestimmen, der nicht auf der rotierenden Anordnung angeordnet ist,

die die Ringteile 104 und 106 umfaßt. Wenn die Lage des Werkstücks 100 relativ zu einem festen Punkt im Raum bekannt ist, dann kann der Rechner 136 diese Lageinformation als einen Eingang zu seiner Tabelle benutzen,

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die vor dem Betrieb des Systems die Drehzahl bestimmt, mit welcher das Werkstück 100 gedreht werden muß. Der zweite Eingang zur Tabelle ist, wie bereits vorher erwähnt, die Lage des Klotz-Tragearmes relativ zum Werkstück 100,

Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen _f daß die Position smarkierungen 150 und der Meßfühler 152 verschiedenartige Formen annehmen können, während sie immer noch

IG die insgesamt gewünschte Funktion erfüllen, die Lage des Werkstücks 100 bezüglich einem festen Punkt im Raum festzustellen. Es ist auch ersichtlich, daß die Positionsmarkierungen 150 an der Außenoberfläche des Werkstücks 100 angeordnet sein könnten, und ein Meßfühler nahe diesen Markierungen angeordnet sein könnte, um die Lage des Werkstücks 100 zu messen. Diese letztgenannte Ausführung hat den Vorteil, daß die Positionsmarkierungen am Werkstück selbst vorliegen, so daß, falls erforderlich, das Werkstück aus den Ringteilen 104 und 106 entr* nommen werden kann, um Messungen an der Innenoberfläche vorzunehmen. Anhand dieser Messungen wird die Abweichung zwischen der gewünschten Kontur und der tatsächlichen Kontur errechnet und nachfolgend bei der Bestimmung der Verweilzeit des Klotzes über speziellen Zonen des Werk-Stücks während des nachfolgenden Schleif- oder Poliervorganges verwendet.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen; der bevorzugte Mechanismus zum Bewegen des Klotzes in einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn ist dargestellt. Der Fachmann erkennt, daß die Einrichtung, um den Klotz längs einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn in Bewegung zu setzen, am Ende des Armes in Nachbarschaft zum Klotz angeordnet sein kann, oder daß, wie es der

³^ Fall beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, der Arm selbst in einer kreisförmigen oder elliptischen Bewegungsbahn bewegt werden kann, wobei er den Klotz veranlaßt, einer ähnlichen Bahn

zu folgen. Die Vorrichtung der Fig. 4 umfaßt einen Träger 200 wie eine Maschinenbank oder dergleichen, worauf die gesamte Einrichtung angeordnet ist. Mit dem Träger 200 ist ein Teil mit einer Führungsbahn bzw.einem Führungsbett 202 gekoppelt, das im Querschnitt gezeigt ist und sich senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 erstreckt. Das Führungsbett 202 liefert einen festen Bezug, gegenüber welchem ein Arm 204 in einer Ebene im wesentlichen parallel zum Träger 200 bewegt wird. Der Arm 204 ist seinerseits an zwei vertikal ausgerichteten Trägern 206 und 208 angebracht, die mit ihrem unteren Ende an einem ersten Zwischenträger 210 befestigt sind. Der Träger ist verschieblich an mindestens einer Schiene 212 angebracht, wobei die Bewegung des Trägers 210 in der Zeichnungsebene der Fig. 4 in jenen Richtungen gestattet ist, die durch den Doppelpfeil 214 bezeichnet sind.

Die Schienen 212 sind an einem zweiten Zwischenträger 216 angebracht, der seinerseits an einem verschieblichen Teil 218 angebracht ist, das auf einer Führungsbahn 220 abläuft, die im Querschnitt gezeigt ist, wobei es dem verschieblichen Teil 218 gestattet ist, in der Bahn 220 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 verschoben zu werden. Dementsprechend kann der Arm 204 relativ zur Bahn 220 in einer Richtung bewegt werden-, die durch den Doppelpfeil 214 bezeichnet ist, sowie in der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4. Indem man veranlaßt, daß die Bewegung in diesen beiden Richtungen eine oszillierende Bewegung ist, kann

die Bewegungsbahn, die der Arm 204 zurücklegt, kreisförmig, elliptisch oder in manchen Fällen die Bahn eines Vorwärts-kackwärts-Hubes sein, und zwar entweder in Richtung des Doppelpfeils 214 oder senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4

Die Bahn 220 ist an einem beweglichn Tragesockel 222 befestigt, welcher in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene 4 längs der Führungsbahn 202 beweglich

BAD ORIG1JM_AL

ist. Der bewegliche Tragesockel 222 wird längs der Führungsbahn 202 durch die Kraft bewegt/ die durch eine rotierende Leitspindel 224 erzielt wird, die durch ein Leitspindel-Laufmutterteil 226 hindurchgeschraubt ist, welches starr an der Unterseite des beweglichen Tragesockels 222 angebracht ist. Wenn die Welle 224 gedreht wird, dann wird der Tragesockel 222 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Funktion von der Drehzahl IQ der Welle 224 sowie von der Anzahl der Gänge pro Längeneinheit der Gewindeleitspindel 224 ist.

Die Welle 224 wird einfach dadurch gedreht, daß man sie unmittelbar mit einem Motor koppelt; wie es der Fall bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, kann die Welle 224 auch mit einem Motor 228 durch einen herkömmlichen Riementrieb (nicht gezeigt) gekoppelt sein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor 228 mit dem Systemrechner 136 gekoppelt, der die Drehzahl des Motors 228 als eine Funktion von der Lage des Tragesockels 222 relativ zur Bahn 202 steuert. Die Lageinformation wird dem Rechner 136 über einen Lagefühler 230 zugänglich gemacht, der nahe dem beweglichen Tragesockel 222 angeordnet ist und Positionsmarkierungen 232 ablesen kann, die an deiK beweglichen Sockel 222 angeordnet sind, wie in Fig. 5 gezeigt.

Die Lage des Sockels 222 kann auch präzise relativ zur Führungsbahn 202 durch zahlreiche andere Lösungen bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Wellenkodierer / der eine Vielzahl von Markierungen ähnlich jenen an der Stelle 150 in Fig. 3 trägt, an der Welle 224 angebracht sein. Dann könnte ein Meßfühler wie der Meßfühler 230 nahe dem Wellenkodierer angeordnet sein, um dessen Markierungen abzulesen. Die Lage der Welle 224 würde dann an den Rechner 136 übermittelt.

Der Arm 204 wird von einem Motor 240 in Drehbewegung, elliptische Bewegung oder geradlinige Wechselbewegung versetzt, der an einem vertikal angeordneten Träger befestigt ist, der mit seinem untersten Ende am beweglichen Tragesockel 222 angebracht ist. Der Motor 240 weist eine allgemein horizontal angeordnete Antriebswelle auf, welche mit einem Kreuzgelenk 244 gekoppelt ist und hierbei einer vertikal angeordneten Antriebswelle 246 eine Drehbewegung mitteilt» Ein geschlitztes Antriebsteil 248 ist am oberen Abschnitt der Welle 246 angebracht und hieran.')mittels einer oder mehrerer Schrauben 250 befestigt. Im Schlitz 252 läuft der Kopf einer Mutter bzw. einer Schraube oder dergleichen 254 mit einem vertikal angeordneten Gewindeschaft 256. Ein Ende 258 eines Spann-Schlosses, das allgemein mit 260 bezeichnet ist, erstreckt sich über den Schaft 256 und ist hieran mittels einer Mutter 262 befestigt. Entsprechend der Ansicht in Fig. 4 ist die Achse des Gewindeschaftes 256 gegenüber der Drehachse 264 für die Antriebswelle 246 versetzt. Das Ausmaß der Versetzung zwischen der Achse des Schaftes 256 und der Drehachse 264 wird durch die Einstellung des Spannschlosses 260 gesteuert. Wenn die gewünschte Versetzung zwischen dem Schaft 256 oder der Achse 264 erst einmal durch Einstellen des Spannschlosses hergestellt ist, dann wird die Mutter 262 nach unten festgezogen. An dem Ende des Spanschlosses 260, das von der Mutter 262 abgewandt ist, befindet sich eine· andere Anordnung aus Mutter und Schraube, die allgemein mit 270 bezeichnet ist und das Spannschloß 260 an einem

^O Block 272 befestigt, der am ersten Zwischenträger 210 befestigt ist. Als Ergebnis dieser Anordnung wird, wenn die Antriebswelle 246 um die Achse 264 gedreht wird, die Drehbewegung durch die Koppelung der Welle 256 mit dem geschlitzten Antriebsteil 248 in eine Hin- ° und Herbewegung des Spannschlosses in einer Richtung umgewandelt, die allgemein durch den Pfeil 274 bezeichnet ist. Diese Wechselbewegung des Spannschlosses veranlaßt den ersten Zwischenträger 210 und alle hieran angebrachten

Teile, sich in einer Richtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, die durch den Doppelpfeil 214 bezeichnet ist.

Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 5 zur Hin- und Herbewegung des Zwischenträgers 216 in einer Richtung dargestellt, die durch den Doppelpfeil 280 bezeichnet ist. Dies wird dadurch bewirkt, daß ein geschlitztes Antriebsteil 282 am unteren Abschnitt der Antriebswelle 246 mittels einer oder mehrerer Schrauben 284 befestigt ist.

Ein Gewindebolzen oder dergleichen ist im Schlitz (nicht gezeigt) im Teil 284 angebracht und ragt mit seinem Gewindeschaft 286 von hier aus nach unten. Das Ende 288 eines Spannschlosses 290 erstreckt sich über den Schaft 286 und ist hieran mittels einer Mutter 292 befestigt. Das Spannschloß 290 ist so eingestellt, daß die Achse des Schaftes 286 gegenüber der Drehachse 264 der Antriebswelle 246 versetzt ist. Auf diese Weise bzw. durch diesen Mechanismus wird die Drehbewegung der Welle 246 in eine Hin- und Herbewegung des Spannschlosses

²^ 290 in einer solchen Richtung umgewandelt, wie sie durch den Doppelpfeil 280 bezeichnet ist. Das äußerste linke Ende des Spannschlosses 280 ist an einem Schaft 292 mittels einer Mutter 294 befestigt. Der Schaft 292 ist am Zwischenträger 216 derart befestigt, daß die Drehbewegung des Teils 284 in eine Hin- und Herbewegung in der Richtung des Doppelpfeiles "380 des Zwischenträgers 216 umgewandelt wird. Da die Hin- und Herbewegungen, die vom Mechanismus erzeugt werden, der in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, zueinander senkrecht stehen, wird der Arm 204 in einen kreisförmigen oder elliptischen Bewegungsweg in einer Ebene versetzt, die senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 steht. Die genaue Form der Eliij-se oder des Kreises wird durch das Ausmaß der Versetzung des Schaftes 256 und 286 gegenüber der Drehachse 264 gesteuert. Falls diese Versetzung jeweils gleich ist, ist die dem Arm 204 mitgeteilte Bewegung eine Kreisbewegung. Falls einer der Schäfte 256 oder 286 versetzt ist, nicht jedoch der andere, dann folgt

-Ys- - la-

hieraus eine lineare Hin- und Herbewegung.

Der Mechanismus der Fig. 4 und 5 ist am Tragesockel 222 derart angeordnet, daß die Mitte der Bewegung für das Sockelteil 210 in der Richtung des Doppelpfeils 280 vorwärts und rückwärts bewegt werden kann. Der Sockel 222 wird auf der Führungsbahn 202 vorwärts und rückwärts bewegt.

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen; das äußerste Ende des Armes 204 ist einer Lage dargestellt, in welcher es in das zylindrische Werkstück 100 hineinragt. Ein länglicher Klotz 40 mit einer Länge von nicht mehr als einem Viertel der Länge des Werkstücks ist am untersten Ende einer Trägerstange 300 angeordnet, die sich vertikal vom Klotz 40 aus, durch den Arm 204 hindurch und vertikal oberhalb des Armes erstreckt. Ein Flansch 302 oder dergleichen ist nahe dem obersten Ende der Trägerstange 300 vorgesehen. Ein oder mehrere Gewichte 304 in Form eines Krapfens bzw. einer dicken, runden Scheibe können über die Trägerstange 300 aufgesetzt werden und werden vom Flansch 302 getragen. Die Anzahl und das Gesamtgewicht dieser Gewichte zusätzlich zur Trägerstange 300 hängt gänzlich vom gewünschten Druck zwischen dem Klotz 40 und dem Werkstück 100 ab.

Die Trägerstange 3 30 ist durch eine ,Kugellagarhülse oder dergleichen (nicht gezeigt) in ihrer Lage gehalten, die im Arm 204 angebracht ist und eine sehr geringe Rei— ^QW bung in vertikaler Richtung zuläßt, wobei es den Gewichten 304 und dem Trägerschaft 300 ermöglicht wird, in erster Linie zur Kraft auf den Klotz 40 gegen das Werkstück 100 beizutragen. Wenn der Arm 204 in einer kreisförmigen, elliptischen oder Hubbewegung in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 6 bewegt wird, dann überträgt die Lagerhülse diese Bewegung auf den Trägerschaft 300 und veranlaßt hierbei den Klotz 40,sich längs eines Weges zu bewegen, der dieselbe

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Form aufweist wie der Bewegungsweg des Armes 204 und sich parallel hierzu erstreckt.

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen; es ist die gesamte elektrische Steuerung für das System dargestellt. Ein Drehlagefühler 400 wird verwendet, um die Drehlage des zylindrischen Werkstückes festzustellen. Der Meßfühler sendet die Anzeigen bzw. Signale dieser Drehlage an den Systemrechner 402. Ein Armlagefühler 404 ist vorgesehen, um die Lage des Armes relativ zu den gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Werkstückes zu messen. Dieser Meßfühler 404 kann auf ein kreisförmiges Kodierungsrad ansprechen, das an der Antriebsspindel angebracht ist, die verwendet wird, um die Plattform, auf welcher der Arm ruht, zu bewegen und hierbei die Lage des Armes zu messen, wenn er sich in das zylindrische Werkstück hinein erstreckt. Der Meßfühler 404 kann auch lineare Positionsmarkierungen an dem den Arm tragenden Teil selbst feststellen, um die Lage des Armes relativ zum Werkstück zu bestimmen.

Die Lageinformation vom Fühler 404 wird auch an den Rechner 402 übertragen. Der Rechner 402 benützt die Lageinformation aus den Fühlern 400 und 404, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Armes bezüglich der Oberfläche des Werkstücks einzustellen, das gerade poliert oder geschliffen wird. Die Lageinformation wird verwendet, um Zugang zu einer 2-dimensionalen Tabelle im Rechnerspeicher zu erhalten, der vor dem Betreiben der erfindungsgemäßen Polier- oder Schleifeinrichtung belegt wurde. Die 2-dimensionale Tabelle bezeichnet die Geschwindigkeit, die für den Motor 408, der das Werkstück dreht, und den Motor 406,. der den Arm bewegt, als eine Funktion der Lage der Mitte der Klotzbewegung relativ zum Werkstück erwünscht ist.

BAD ORfGINAL

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Wenn der Klotz, der vom Arm getragen ist, das Ende seiner Bewegungsbahn erreicht, was in üblicher Weise dann stattfindet, wenn sich mindestens ein Teil des Klotzes über das Ende des zylindrischen Werkstücks hinaus erstreckt, dann hält der Motor 406 an, während das Werkstück mindestens noch eine Umdrehung durchführt, und dann wird der Motor 406 in Rückwärtsrichtung betrieben, wobei er den Arm veranlaßt, sich in einer Richtung zu bewegen, die zu jener, die gerade vorher stattgefunden hat, entgegengesetzt ist. Die Geschwindigkeit wird wieder durch die Tabelle im Rechner 402 gesteuert.

Der Motor, der die Geschwindigkeit der Kreisbewegung, der eliptischen Bewegung oder der geradlinigen Bewegung in Wechselrichtung des Armes steuert, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit einer festliegenden Geschwindigkeit während jeder Betriebsform der Einrichtung zum Schleifen oder Polieren betrieben. Nachdem das Werkstück sich über den erforderlichen Zeit-

²^ raum hinweg, der vom Rechner 402 angezeigt wird, in Betrieb gefunden hat, wird das Werkstück aus der Polierbzw. Schleifeinrichtung entfernt und es werden hieran Messungen vorgenommen, um die nachfolgenden Motor-Laufgeschwindigkeiten für noch weitere Polier- oder Schleif-

^ΔΌ tätigkeiten zu bestimmen. Wenn diese eingestellt sind, dann wird die Einrichtung wieder in Betrieb genommen, bis es wiederum Zeit ist, das Werkstück auszumessen.

Die vorangehende Beschreibung wurde unter spezieller

Betonung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Der Fachmann wird allerdings ohne weiteres erkennen, daß zahlreiche Abwandlungen an der hier beschriebenen Einrichtung vorgenommen werden können, ohne daß man den Grundgedanken und Be-

reich der vorliegenden Erfindung verläßt, wie sie auch in den beigefügten Ansprüchen umrissen sind-

BAD

Claims

Ansprüche

(Ί·1 Einrichtung entweder zum Präzisionspolieren oder Schleifen der Innenoberfläche eines zylindrischen Werkstücks , gekennzeichnet durch die Zusammenwirkung der folgenden Merkmale:

- eine Einrichtung (32, 102) zum Haltern eines zylindrischen Werkstücks (10; 30, 100),

- eine erste Antriebseinrichtung (134) , die mit der Halterungseinrichtung gekoppelt ist, um daß Werkstück um seine Längsachse mit einer einstellbaren Drehzahl zu drehen,

- ein länglicher Arm (42; 204) mit einem freien Ende, der zur Bewegung in einer Richtung parallel zur Längsachse angebracht und so angeordnet ist, daß er in jenen Bereich hineinragt, der vom Werkstück umgeben ist,

- eine Halterung (300) für einen Klotz (40) , um einen von dieser gehalterten Klotz gegen die Innenoberfläche des Werkstücks anzudrücken, wobei die Halterungseinrichtung für den Klotz mit dem freien Ende des Armes

gekoppelt ist,

- eine Einrichtung zum Bewegen des Klotzes in einer wiederholten Bewegung relativ zum Werkstück,

- eine zweite Antriebseinrichtung zum Bewegen des Armes

relativ zum Werkstück mit einer einstellbaren Geschwindigkeit,

- eine erste Meßeinrichtung, um die Lage des freien Endes des Armes zu messen,

- eine zweite Meßeinrichtung (152), um die Drehlage des Werkstücks relativ zur Halterung zu messen,und

- eine Einrichtung (136), die auf die erste und zweite Meßeinrichtung anspricht, um die Geschwindigkeit der ersten Antriebseinrichtung und der zweiten Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit für die erste und zweite Antriebseinrichtung als eine Funktion der Drehlage des Werkstücks und der Position des freien Endes des Armes einzustellen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klotz (40) länglich ist und eine Länge aufweist, die nicht größer ist als 25% der Länge des Werkstücks (10; 30; 100) .
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen des Klotzes (40) die Bewegung der Mitte des Klotzes längs einer elliptischen Bahn bewirkt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen des Klotzes (40) die Bewegung der Mitte des Klotzes längs einer kreisförmigen Bahn bewirkt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen des Klotzes (40) die Bewegung der Mitte des Klotzes rückwärts und vorwärts längs einer geraden Linie bewirkt.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bewegung des Klotzes (40) den Klotz mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit bewegt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen des Klotzes (40) die Bewegung des Armes (42; 204) bewirkt, und daß der Klotz mit dem Arm im wesentlichen a-r_r seinem freien Endes gekoppelt ist.
8, Einrichtung zum entweder Schleifen oder Polieren eines zylindrischen Werkstücks, gekennzeichnet durch die Zusammenwirkung der folgenden Merkmale:

- eine erste Halterung (102) zum Abstützen eines zylindrischen Werkstücks (100) ,

- eine erste Antriebseinrichtung (408) , die mit der ersten Halterung gekoppelt ist, um das Werkstück um seine Längsachse mit einer einstellbaren Geschwindigkeit zu drehen,

- ein länglicher Arm (204) mit einem freien Ende, das so angeordnet ist, daß es in den Bereich hineinragt, der vom !.Werkstück umgeben ist, wobei der Arm an dem vom freien Ende entgegengesetzten Ende mittels einer zweiten Halterung (206, 208) abgestützt ist,

- eine dritte Halterung,

- eine vierte Halterung,

- die zweite Halterung ist an einer ersten Führungsbahn angebracht, die an der dritten Halterung angeordnet ist, wobei die zweite Halterung an der Führungsbahn rückwärts und vorwärts beweglich ist,

- die dritte Halterung ist an einer zweiten Führungsbahn angebracht, die in einer Richtung allgemein senkrecht zur Richtung der ersten Führungsbahn, jedoch in einer unterschiedlichen, aber parallelen Ebene, angebracht ist, wobei die zweite Führungsbahn an der vierten Halterung angebracht ist,

- eine zweite Antriebseinrichtung (406) , die mit der vierten Halterung gekoppelt ist, um die vierte Halterung mit einer einstellbaren Geschwindigkeit in einer wählbaren Richtung längs eines Weges zu bewegen, der im wesentlichen parallel zur Drehachse des Werkstückes verläuft,

- eine dritte Antriebseinrichtung, um die zweite Halterung an der ersten Führungsbahn vorwärts und rückwärts zu bewegen und die dritte Halterung an der zweiten

jQ Führungsbahn rückwärts und vorwärts zu bewegen, und zwar mit einer einstellbaren Geschwindigkeit,

- ein Klotz (40),

- eine Einrichtung (304) , die im wesentlichen am freien Ende des Armes angebracht ist, um den Klotz gegen die Innenoberfläche des Werkstückes anzudrücken,

- eine erste Lagemeßeinrichtung (400) , um die Drehlage des Werkstückes zu messen,

- eine zweite Lagemeßeinrichtung (404) , um die Lage des Armes bezüglich den offenen Enden des Werkstückes zu messen, und

- eine Einrichtung (402) , die auf die erste Meßeinrichtung und die zweite Meßeinrichtung anspricht, um ständig die Geschwindigkeit der ersten Antriebseinrichtung (406) und der zweiten Antriebseinrichtung (408) auf eine bestimmte Geschwindigkeit einzustellen, die als Funktion von der Lage festgelegt ist, die durch die erste Meßeinrichtung und die zweite Meßeinrichtung gemessen ist.
9. Einrichtung zum entweder Polieren oder Schleifen der Innenoberfläche eines zylindrischen Werkstückes, gekennzeichnet durch die Zusammenwirkung der folgenden Merkmale:

- eine Einrichtung (102) zum Haltern eines zylindrischen Werkstücks (100),

- ein länglicher Arm (204) mit einem freien Ende, der zur Bewegung in einer Richtung parallel zur Längsachse des zylindrischen Werkstückes angebracht und so ange-

ordnet ist, daß er in den vom Werkstück umgebenen Bereich hineinragt,

- eine Klotzhalterung, um einen Klotz (40), der von ihr getragen ist, gegen die Innenoberfläche des Werkstückes anzupressen, wobei die Klotzhalterung mit dem freien Ende des Armes gekoppelt ist,

- eine Einrichtung zum Bewegen des Klotzes in einer wiederholten Bewegung relativ zum Werkstück, wobei die wiederholte Bewegung einen Mittelpunkt aufweist, und

- eine Einrichtung zum Bewegen des Klotzes relativ zum Werkstück derart, daß die Mitte der wiederholten Bewegung einer dichten konischen Wendel längs der Innenoberfläche des Werkstücks mit einer bestimmten Geschwindigkeit folgt,die als Funktion der Lage der Mitte der sich wiederholenden Bewegung relativ zum Werkstück definiert ist.

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