DE4030840C2

DE4030840C2 - Verfahren zum Schleifen von optischen Werkstücken

Info

Publication number: DE4030840C2
Application number: DE4030840A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Ushiyama; Masaki Watanabe; Mitsuaki Takahashi; Takayuki Kishida
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: US5140777A; JPH03117550A; JPH0661691B2; DE4030840A1; KR940007122B1; KR910005974A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von optischen Werkstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren, das zum Bearbeiten einer unzulässige Formabweichungen auf weisenden Oberfläche von optischen Teilen dient und bei dem die Bearbeitung in Überein stimmung mit einem Meßwert mittels einer Regeleinrichtung durchgeführt wird ist aus der DE 30 04 386 C2 bekannt. Hierbei wird zuerst die Form der zu bearbeitenden Linse vermessen, sodann die Lage von Berg zu Tal auf der polierten Oberfläche als Ergebnis der Messung erkannt und schließlich durch Polieren die hervorstehenden Teile des relevanten Bereichs beseitigt. So mit weist dieses Verfahren eine zu polierende Linse auf und wiederholt auf ein und derselben Linse die Polierarbeit, die dazu dienen soll, den hervorstehenden Teil nach der Messung der Form der polierten Linse zu beseitigen.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, daß das Werkzeug jedesmal neu positio niert werden muß, damit es exakt den durch die Messung ermittelten Berg bearbeitet, so daß die Form der Linse korrigiert und die hergestellte Linse mit einer exakten Form versehen wird. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß sich die Notwendigkeit ergibt, ein Werkzeug auszuwählen, das der Größe des Bergs ange paßt ist, bzw. Werkzeuge auszutauschen, wenn es die Umständen erfordern. Dieses Verfahren ist deshalb auch nur für die Einzelfertigung optischer Werkstücke geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren so weiterzubilden und zu vereinfachen, daß es auch für das serienweise Schleifen optischer Teile einsetzbar ist.

Gelöst ist diese Aufgabe durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Krümmungsradius des geschliffenen optischen Werkstücks, d. h. beispielsweise einer Linse statt des Berg-Tal-Verhältnisses dieser Linse gemessen wird. Im einzelnen wird bei der Erfindung der Krümmungsradius einer ersten geschliffenen Linse mit dem Abstand ΔH1 von dem vertikalen Bereich der Linsenoberfläche gemessen und hierauf der Krümmungsradius einer zweiten geschliffenen Linse mit dem Abstand ΔH2 vom vertikalen Bereich der Linsenoberflä che. Hierbei weisen die für die Messung der Scheitelpunkte der Abstände ΔH heran gezogenen Positionen gleichen Radius auf. Wenn der Krümmungsradius der ersten geschliffenen Linse und derjenige der zweiten geschliffenen Linse verschieden sind, werden sie durch Veränderung der relativen Winkel der Werkzeuge entsprechend der Differenz korrigiert. Bei der Erfindung müssen somit wenigstens zwei Linsen ge schliffen werden, woraus sich im Anschluß hieran die Schleifarbeit für die nächste zu schleifende Linse ergibt. Im Vergleich zum Vergleich zum Gegenstand der DE 30 04 386 C2 ist bei der Erfindung eine exakte Ausrichtung des Werkzeugs bzw. der Austausch von Werk zeugen nicht nötig, weil die genauen Spitze-zu-Tal-Werte der Erhebungen auf der ge schliffenen Linsenoberfläche unbeachtet bleiben. Es werden vielmehr nur die Krüm mungsradien gemessen, welche gewissermaßen die Gesamtwelligkeiten der polierten Oberfläche darstellen. Die notwendigen Korrekturen werden durch die Bearbeitung der nachfolgend zu schleifenden Linsen durchgeführt.

Im folgenden werden erfindungsgemäße Verfahren anhand verschiedener zum Durchführen der Verfahren geeigneter Schleifmaschinen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Maschine zum Schleifen von optischen Werkstücken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 2 das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung der relativen Position zwischen Werkzeug und Werkstück innerhalb einer Linsenschleifmaschine, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Funktionsablauf in Abhängigkeit von den ent sprechenden konstruktiven Elementen der Vorrichtung zur Steuerung der relativen Position zwischen Werkzeug und Werkstück darstellt;

Fig. 4 eine zweite Schleifmaschine, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;

Fig. 5 eine dritte Schleifmaschine, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, und

Fig. 6 ein Diagramm zu einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung betrifft den Fall, daß der Krümmungsradius der polierten Linse gemessen und der so gemessene Krümmungswert mit der gemessenen Krümmung einer zuvor polierten Linse verglichen wird, um die Abweichung dieses Werts zu erhalten. Außerdem werden die Bearbeitungsbedingungen, wie die relative Position von Werkzeug und Werkstück zueinander, automatisch entsprechend der erwähnten Krümmungsabweichung eingestellt, so daß eine genaue Bearbeitung der Linse mit exaktem Krümmungsradius möglich ist.

Die Fig. 2 stellt ein Blockdiagramm dar, in dem eine Positionssteuereinrichtung für die relative Position von Werkzeug und Werkstück in einer Linsenpolier- oder -Schleifmaschine gezeigt ist. Im folgenden ist stets von Schleifmaschine die Rede, doch selbstverständlich kann auch eine Poliermaschi ne gemeint sein. Mit der Bezugszahl 11 ist die Linsenschleifmaschine als solche bezeich net, während mit 12 eine Einrichtung für die Messung des Krümmungsradius' einer Linse bezeichnet ist, die von der Linsenschleifmaschine 11 geschliffen wird. Die Bezugszahl 13 bezeichnet eine Einrichtung für die Berechnung der Krümmungsabweichung, die einen Wert für die Krümmungsabweichung durch Vergleichen des von der Krümmungsmeßein richtung 12 gemessenen Werts mit dem Krümmungswert der zuvor geschliffenen Linse er mittelt. Mit der Bezugszahl 14 ist eine Einrichtung zum Bestimmen eines Krümmungskor rekturwerts für den nächsten Schleifvorgang bezeichnet, wobei der Krümmungsänderungs wert, der von der Krümmungsabweichung-Ermittlungseinrichtung 13 ermittelt wurde, mit einem erlaubten Wert eines vorher festgesetzten Krümmungsradius' verglichen wird. Die Bezugszahl 15 bezeichnet eine Vorrichtung zum Bestimmen einer korrigierten relativen Position des Werkzeugs und des Werkstücks, die dem Krümmungskorrekturwert entspricht, der durch die Einrichtung 14 er mittelt wurde. Mit 16 ist eine Einrichtung bezeichnet, welche einen Mechanismus der Schleifmaschine 11 für die Einstellung der relativen Position von Werkzeug und Werkstück entsprechend dem Krümmungskorrekturwert antreibt.

In der Fig. 3 ist ein Flußdiagramm dargestellt, welches die Funktionen zeigt, die von den jeweiligen Einrichtungen für die Steuerung der Relativposition von Werkzeug und Werkstück in der Linsenschleifmaschine gemäß dem Blockdiagramm der Fig. 3 durchgeführt werden.

Nach dem Start des Programms wird zunächst der Krümmungsradius einer Linse, die durch die Linsenschleifmaschine 11 geschliffen wurde, durch die Einrichtung 12 für die Krümmungsradiusmessung gemessen. Der auf diese Weisen ge messene Wert des Krümmungsradius' wird auf die Einrichtung 13 zur Errechnung der Krümmungsabweichung gegeben, wo er mit dem zuvor gemessenen Krümmungswert ver glichen wird, um die Abweichung des Krümmungsradius' zu ermitteln. Der zuvor ge messene Krümmungswert kann als Vergleichswert festgelegt werden, und zwar als der ge messene Wert einer Linse, die beim letzten, beim zehntletzten oder zu irgendeinem belie bigen Zeitpunkt vor dem Schleifen bearbeitet wurde. Dies gilt auch für das kontinuierliche Schleifen mehrerer Linsen, die denselben Krümmungsradius aufweisen.

Hierauf wird in der Einrichtung 14, welche für die Festlegung des Krümmungskorrektur werts dient, der Wert der Krümmungsabweichung mit dem erlaubten Wert eines zuvor festgelegten Krümmungsradius' verglichen, um einen neuen korrigierten Krümmungs radius für die nächste zu schleifende Linse zu bestimmen. Für den Fall, daß der Wert der Krümmungsabweichung gleich Null ist, wird ein neuer Linsenschleifvorgang durchge führt, während der relative Winkel zwischen Werkzeug und Werkstück so beibehalten wird, wie er ist. Ansonsten wird im Anschluß hieran der Korrekturwert der relativen Position von Werkzeug und Werkstück in der Einrichtung 15 entsprechend der Ent scheidung des Krümmungskorrekturwerts bestimmt. Der Korrekturwert kann entsprechend der Größe der Linse oder dergleichen festgelegt werden. Wenn der Korrekturwert festgelegt ist, wird die relative Position von Werkzeug und Werkstück mit mit der Einrichtung 16 eingestellt.

Die Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Maschine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schleifen oder Polieren optischer Werkstücke.

Bei dieser Vorrichtung ist ein Ende eines in einer Haltestange 8 verschieb- und verschwenkbar geführten Stabs 5 mit einer länglichen Anpassungsöffnung 5′ versehen. Ein Arm 7, der einen Knebelstift 3 für die an einem Halter 4 befestigte Linse 2 mittels eines Gehäuses 21 trägt, ist in Pfeilrich tung gleitend in die Öffnung 5′ eingepaßt. Das eine Ende des Stabs 5 ist mit einem Steuermotor 23 versehen, der eine Gewindespindel 22 auf weist, die in das Gehäuse 21 eingeschraubt ist, welches den Knebelstift 3 trägt. Mit der Be zugszahl 24 ist eine Meßvorrichtung zum Messen des Krümmungsradius' der geschliffe nen Linse 2' bezeichnet. Der von der Einrichtung 24 gemessene Wert des Krümmungsradius wird auf eine Steuereinheit 25 gegeben, welche die Einrichtung 13 zum Berechnen der Krümmungsabweichung, die Einrichtung 14 zum Bestimmen des Krümmungskorrektur werts und die Einrichtung 15 zum Bestimmen der Korrektur der relativen Position von Werkzeug und Werkstück enthält. Das Ausgangssignal der Steuereinheit 25 treibt den Steuermotor 23.

Für den Fall, daß der Linsenschleifvorgang mittels der auf diese Weise aufgebauten Ein richtung für die Steuerung der relativen Position von Werkzeug und Werkstück durchgeführt wird, mißt zunächst die Meßeinrichtung 24 den Krümmungsradius der Linse 2′, die gerade poliert wurde. Dieser gemessene Wert des Krümmungsradius wird auf die Steuereinheit 25 gegeben, in welcher der gemessene Krümmungswert mit dem zuvor gemessenen Krümmungswert verglichen wird, um den Differenzwert zu berechnen. Dieser Differenzwert wird mit dem zuvor fest gelegten und erlaubten Krümmungsradiuswert verglichen, um den Krümmungskorrektur wert zu bestimmen. Hierauf wird der Korrekturbetrag für die relative Position von Werkzeug und Werkstück bestimmt, die dem Krümmungskorrekturwert entspricht, wobei ein Steuersignal für den Steuermotor entsprechend dem Korrekturbetrag für die relative Position von Werkzeug und Werkstück gewonnen wird. Dieses Signal treibt den Motor 23 an, so daß der Knebelstift 3 um einen Betrag bewegt werden kann, welcher dem Korrekturwert der relativen Position in Richtung des Pfeils durch das Gehäuse 21 entspricht. Wenn das Schleifwerkzeug 1, auf dem sich die zu polierende Linse 2 befin det, sowie eine exzentrische Platte 9, die mit einem Kurbelzapfen 9′ den Stab 5 antreibt, mittels eines Motors 10 gedreht werden, gleitet die Linse 2 auf dem Schleif werkzeug 1, wobei eine bestimmte geregelte und festgelegte relative Position zwischen Werkzeug und Werkstück und eine Pendel bewegung beim Schleifen eingehalten werden. Nachdem die Linse geschliffen worden ist, wird dasselbe Verfahren wie bei dem vorangegangenen Schleifen sukzessive bei der näch sten Linse durchgeführt.

Die Fig. 4 zeigt eine zweite Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform bezeichnet die Bezugszahl 26 einen beweglichen Träger, an dem die Haltestange 8 für den Stab 5 und der Motor 10 für den Antrieb der exzentrischen Platte 9 angeordnet sind. Mit der Bezugszahl 27 ist eine Haltevorrichtung bezeich net, die so ausgebildet ist, daß der Träger 26 in Pfeilrichtung bewegt werden kann. Ein Steuermotor 28 befindet sich auf der Haltevorrichtung 27 und wird geregelt und angetrie ben durch den Steuermotor 25. Der Steuermotor 28 treibt den Träger 26 über eine Gewindespindel 29.

In der auf diese Weise ausgelegten Steuereinrichtung für die relative Position von Werkzeug und Werkstück wird der Steuermotor 28 mittels eines Regelsignals aus der Regeleinheit 25 angetrieben, wodurch der Träger 26 mittels der Gewindespindel 29 in Richtung eines Pfeils bewegt wird, so daß die Position des Knebelstifts 3 ebenfalls in Richtung auf das Schleifwerkzeug 1 bewegt wird. Auf diese Weise wird die relative Position von Werkzeug und Werkstück um einen Betrag entsprechend dem Korrekturwert korrigiert und das Schleifen durchge führt.

Die Fig. 5 zeigt eine dritte Maschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfah rens. In diesem Ausführungsbeispiel bezeichnet die Bezugszahl 30 eine Welle, an der das Schleif werkzeug 1 befestigt ist. Die Welle 30 wird von einem Lagergehäuse 31 getragen, welche um den Punkt O drehbar ist. Vorzugsweise ist der Punkt O das Krümmungszentrum des Schleifwerkzeugs 1. Die Bezugszahl 32 bezeichnet einen Motor, der an der Wellenhalterung 31 befestigt ist, während die Bezugszahl 33 eine mit dem Motor 32 verbundene Riemenschei be, 34 eine mit der Welle 30 verbundene Riemenscheibe und die Be zugszahl 35 einen über die Riemenscheiben 34, 35 gespannten Riemen bezeichnen. Ein Steuermotor 36 für die Regelung der relativen Position von Werkzeug und Werkstück ist an der Linsenschleifmaschine angebracht und wird durch ein Steuersignal von der Regeleinheit 25 angetrieben. Der Steuermotor 36 ist durch ein Universalgelenk 37 mit einer Vorschubspindel 38 verbunden, welche in ein Gehäuse 39 geschraubt ist, das drehbar an einem Ende der Wellenhalterung 31 befestigt ist.

Bei dieser Einrichtung zum Regeln der relativen Position wird der Steuermotor 36 für die Rege lung der relativen Position von Werkzeug und Werkstück von einem Regelsignal aus der Regeleinheit 25 angetrieben, so daß der Steuermotor 36 das Lagergehäuse 31 über das Universalgelenk 37, die Vorschubspin del 38 und das Gehäuse 39 um den O-Punkt dreht. Die Drehung des Wellengehäuses 31 bewirkt, daß das Schleifwerkzeug geschwenkt wird, so daß die relative Lage der Linse im Verhältnis zum Schleifwerkzeug 1 entsprechend dem korrigierten Steuerbetrag aus der Steuereinheit 25 eingestellt wird.

Bei den oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen wird das Schleifwerkzeug 1 in einer vorgegebenen Position gedreht, wobei die zu bearbeitende Linse auf dem Schleifkopf glei tet, während sie eine Pendelbewegung ausführt. Die Erfindung ist indessen nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die relative Zordnung von Linse 2 und Schleifwerkzeug 1 umgedreht werden, d. h. es kann die zu schleifende Linse 2 gedreht und angetrieben werden, während das Schleifwerkzeug 1 einer Pendelbewegung unter worfen sein kann. Anstelle des Knebelstifts 3 kann auch ein anderes Niederdrück- und Halteelement verwendet werden.

Im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel wird die relative Position von Werkzeug und Werkstück als Bearbeitungs bedingung verändert, während nach dem in Fig. 6 dargestellten Diagramm der auf das Werkstück während der Bearbeitung ausgeübte Druck verändert wird.

In Fig. 6 sind die Winkel zwischen der Linsenachse und der Schleifwerkzeugachse in Zeitabschnitten auf der Abszisse abgetragen. Die diesem Winkel entsprechende Druckkraft ist auf der Ordinate abgetragen. Eine durchgehende Linie a zeigt den Fall, daß sich die Druckkraft in nerhalb eines Pendelzyklus' nicht verändert. Eine strichpunktierte Linie b zeigt den Fall, daß die Druckkraft so verändert wird, daß eine maximale Druckkraft bei γ_min und eine minimale Druckkraft bei γ_max erhalten wird. Eine gestrichelte Linie c zeigt den Fall, daß die Druckkraft so verändert wird, daß eine minimale Druckkraft bei γ_min und eine maxi male Druckkraft bei γ_max erreicht wird. Wenn beim Bearbeiten einer Linse die Druck kraft mit der Pendelbewegung nach dem Muster der strichpunktierten Linie b verändert wird, wird der Verschleiß des Schleifwerkzeugs in seinem Mittelteil größer als in seinen Endbereichen. Deshalb ändert sich der Krüm mungsradius in Richtung einer kleineren Krümmung für die konkave Linse und in Richtung einer größeren Krümmung für die konvexe Linse. Bei der gestrichelten Linie c erhält man die umgekehrte Funktion.

Claims

1. Verfahren zum Schleifen optischer Werkstücke, insbesondere von Linsen, mit einer gekrümmten Oberfläche, wobei die Bearbeitung des optischen Werkstücks durch eine Bearbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, die von einer elektronischen Recheneinrich tung zum Verarbeiten von gemessenen Daten gesteuert wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) der Krümmungsradius eines ersten geschliffenen optischen Werkstücks wird ge messen
b) der gemessene Krümmungsradius des ersten Werkstücks wird gespeichert;
c) der Krümmungsradius eines zweiten geschliffenen optischen Werkstücks, das nach dem Bearbeiten des ersten Werkstücks bearbeitet worden ist, wird gemessen;
d) der gespeicherte Wert des gemessenen Krümmungsradius' des ersten Werkstücks wird mit dem gemessenen Krümmungsradius des zweiten Werkstücks verglichen und eine Krümmungsabweichung errechnet für die technologischen Bearbeitungs bedingungen, unter denen das erste und das zweite Werkstück bearbeitet worden sind;
e) die Krümmungsabweichungen der ermittelten Krümmungsradien des ersten und des zweiten Werkstücks werden mit einem erlaubten Wert für die Krümmungs abweichung verglichen; und
f) die technologischen Bearbeitungsbedingungen, wie z. B. der Schleifdruck, werden entsprechend der Differenz zwischen der errechneten Krümmungsabweichung und dem erlaubten Wert für die Krümmungsabweichung eingestellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Messen meh rerer Krümmungsradien von geschliffenen Werkstücken ein statistischer Mittelwert berechnet wird, der für die Festlegung der technologischen Bearbeitungsbedingungen verwendet wird.

3. Verfahren zum Schleifen optischer Werkstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der technologischen Bearbeitungsbedingungen die relative Position von Werkzeug (1) und Werkstück (2) zueinander, die durch einen Winkel (γ) zwischen der rotierenden Welle des Werkzeugs (1) und dem das Werkstück (2) haltenden Knebelstift (3) bestimmt ist, festgelegt wird.

4. Verfahren zum Schleifen optischer Werkstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der technologischen Bearbeitungsbedingungen der auf das Werkstück (2) ausgeübte Druck während der Bearbeitung dieses Werk stücks (2) verändert wird.