DE4412010A1 - Hochglanz-Poliervorrichtung - Google Patents
Hochglanz-PoliervorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Hochglanzpolie
ren des Endes eines Lichtleitfaser-Verbindungselements oder eines ähnlichen Be
arbeitungsstücks, z. B. aus Glas, Keramik und Kunststoff und mit einem runden
oder rechteckigen Querschnitt, in eine konvexe Form.
Ein typisches Bearbeitungsstück, für das Hochglanzpolieren nötig wird, ist eine
Lichtleitfaser. Wenn zwei Lichtleitfasern miteinander verbunden werden, um hier
über optische Signale zu übermitteln, ist es notwendig, die sich gegenüberstehen
den Enden der Fasern in eine konvexe Form hochglanzzupolieren; andernfalls
würde ein Spalt zwischen den sich gegenüberstehenden Faserenden optische
Verluste bewirken. Die hochglanzpolierten Enden der Fasern werden aneinander
gebracht, um ein Faserverbindungselement mit einem sogenannten physischen
Kontakt (PC) zu bilden. Bei einem PC-Faserverbindungselement tritt deshalb ein
minimaler optischer Verlust auf.
Eine Vorrichtung für eine Hochglanz-Oberflächenbearbeitung der Enden der
Fasern, um ein PC-Verbindungselement zu bilden, ist z. B. in der offengelegten
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-1 02 863 oder in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 4-2388 offengelegt. Es ist bei einer solchen Hochglanz-
Poliervorrichtung üblich gewesen, das Ende eines Bearbeitungsstücks mit einem
rotierenden Schleifstein zu schleifen oder es mit freien abrasiven Teilchen zu
läppen, um ihm eine sphärische Form zu geben, und dann das sphärische Ende zu
polieren, indem man es gegen eine Kunststoffolie drückt, auf der sich feine
abrasive Teilchen befinden. Als Folge hiervon wird wegen der lokalen Verformung
der Plastikfolie und der Wirkung der feinen abrasiven Teilchen ein
Bearbeitungsstück mit einer glatten konvexen Spitze versehen. Diese Art des
Polierens wird oft in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt,
während der Reihe nach der Durchmesser der abrasiven Teilchen verkleinert wird.
Dies gibt dem Ende des Bearbeitungsstücks die gewünschte konvexe Form,
während die Oberflächenrauhigkeit der Spitze verkleinert wird.
Das oben beschriebene herkömmliche Verfahren jedoch ließ einige Probleme un
gelöst, wie im folgenden gezeigt. Zu allererst ist eine Anzahl von Schritten und da
her eine lange Bearbeitungszeit erforderlich, um ein Bearbeitungsstück mit einer
konvexen Spitze zu versehen. Insbesondere in dem Polierschritt, im Unterschied
zu dem vorangegangenen Schleifschritt, kann das Poliervermögen der Plastikfolie
und der feinen abrasiven Teilchen nicht konstant aufrechterhalten werden, wenn
sie nicht häufig ausgetauscht werden, was zu einer geringen Produktivität führt. Da
das Verfahren außerdem von der Verformung der Kunststoffolie abhängt ist es
schwierig, dem Bearbeitungsstück eine konvexe Spitze mit einem genau runden
oder ovalen Querschnitt zu geben.
Es ist deshalb ein erfindungsgemäßes Ziel, eine Vorrichtung zu schaffen, die ge
eignet ist, das Ende eines zylindrischen Bearbeitungsstücks mit hoher Genauigkeit
hochglanzzupolieren.
Es ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel, eine Vorrichtung zu schaffen, die ge
eignet ist, die Enden verschiedenartiger optischer Bearbeitungsstücke mit hoher
Genauigkeit hochglanzzupolieren.
Es ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel, eine Vorrichtung zu schaffen, die ge
eignet ist, das Ende eines Lichtleitfaser-Verbindungselements oder eines ähnli
chen zylindrischen optischen Bearbeitungsstücks leistungsfähig, genau und
schnell in eine konvexe Form hochglanzzupolieren.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Hochglanzpolieren des Endes von min
destens einem länglichen Bearbeitungsstück umfaßt einen ersten scheiben
förmigen, rotierbaren Schleifstein mit einer Bearbeitungsoberfläche zum Polieren
des Endes des Bearbeitungsstücks, wobei die Bearbeitungsoberfläche eine bogen
förmige konkave Wölbung besitzt einen zweiten scheibenförmigen, rotierbaren
Schleifstein mit einer Bearbeitungsoberfläche zum Korrigieren der bogenförmigen
konkaven Wölbung, wenn die bogenförmige konkave Wölbung verformt ist, wobei
der erste und zweite Schleifstein so angeordnet sind, daß eine Richtung, in der die
Bearbeitungsfläche des ersten Schleifsteins verläuft, und die Rotationsachse des
zweiten Schleifsteins relativ zueinander in einem vorbestimmten Winkel stehen,
ein erster Bewegungsmechanismus, um das Bearbeitungsstück und den ersten
Schleifstein relativ zueinander zu bewegen, um das Ende des Bearbeitungsstücks
und die Bearbeitungsfläche des ersten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu
bringen, und ein zweiter Bewegungsmechanismus zum Bewegen des ersten und
zweiten Schleifsteins relativ zueinander, um deren Bearbeitungsoberflächen in
Kontakt zu bringen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Hochglanzpolieren eines länglichen
Bearbeitungsstücks umfaßt die Schritte zum Ausbilden einer bogenförmigen
konkaven Wölbung in einer Bearbeitungsfläche, die auf einem Umfang eines
scheibenförmigen Schleifsteins vorgesehen ist, dafür zu sorgen, daß der
Schleifstein rotiert und sich das Bearbeitungsstück dreht, und ein Ende des
Bearbeitungsstücks in Kontakt mit der Bearbeitungsfläche des Schleifsteins zu
bringen, wobei das Ende des Bearbeitungsstücks durch die bogenförmige konkave
Wölbung des Schleifsteins eine konvexe Form erhält.
Die oben erwähnten und andere Ziele, Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden genauen Beschreibung im Zusammen
hang mit den angefügten Zeichnungen offensichtlicher:
Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Lichtleitfaser-Verbindungselement zeigt, auf das die
vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2A und 2B sind Ansichten, die typisch für ein herkömmliches Verfahren zum
Hochglanzpolieren der Enden eines zylindrischen Bearbeitungsstücks sind;
Fig. 3 ist eine perspektivische Teilansicht einer Hochglanz-Poliervorrichtung, die
die vorliegende Erfindung umfaßt;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die den gesamten Aufbau der Ausführungsform zeigt
Fig. 5 und 6 sind perspektivische Teilansichten einer Modifikation der Ausfüh
rungsform;
Fig. 7 ist eine Draufsicht, die eine alternative Anordnungsbeziehung zwischen zwei
Schleifsteinen zeigt, die in der Modifikation enthalten sind; und
Fig. 8 ist eine Seitenansicht, die den gesamten Aufbau der Modifikation zeigt.
Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird ein kurzer Verweis auf
eine herkömmliche Hochglanz-Poliervorrichtung gemacht. Zuallererst zeigt Fig. 1
ein PC-Verbindungselement, das vorher erwähnt wurde. Wie gezeigt, besitzt das
PC-Verbindungselement Monomode-Lichtleitfasern 10, die jeweils aus Quarz aus
gebildet sind und die in einer Glaskapselung 12 aufgenommen sind. Jede Faser 10
ist durch Hochglanzpolieren mit einer konvexen hemisphärischen Spitze versehen.
Die Fig. 2A und 2B zeigen eine Hochglanz-Poliervorrichtung zum Versehen
der Fasern 10 mit konvexen Spitzen, die in der vorher erwähnten offengelegten
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-1 02 863 oder in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 4-2388 offengelegt ist. Wie gezeigt, wird ein Schleifstein
oder Schleifer 16 rotiert, um das Ende 14 eines Bearbeitungsstücks, d. h. eines
Verbindungselements zu schleifen, wodurch eine konische Spitze ausgebildet wird.
Danach wird die konische Spitze 14 gegen eine Plastikfolie oder Polierer 16 ge
drückt, die an einer Drehscheibe befestigt ist und mit feinen abrasiven Teilchen
16a versehen ist. Als Folge wird die konische Spitze 14 poliert, um eine glatte
konvexe Spitze aufgrund der lokalen Verformung der Folie 16 und der Wirkung des
Schleifmittels 16a zu entwickeln. Üblicherweise wird eine solche Art des Polierens
in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt, während der Reihe
nach der Durchmesser der feinen abrasiven Teilchen 16a abnimmt. Hierdurch wird
erfolgreich ein Verbindungselement mit einer konvexen Spitze erzeugt, während
dessen Oberflächenrauhigkeit abnimmt.
Das Problem bei der herkömmlichen Vorrichtung ist jedoch, daß eine große Zahl
von Schritten notwendig ist, damit das Ende 14 des Verbindungselements voll
ständig in eine konvexe Form poliert werden kann. Insbesondere das Poliervermö
gen der Folie 16 und des Schleifmittels 16a kann nicht die ganze Zeit ausreichend
aufrechterhalten werden, wenn sie nicht häufig ausgewechselt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Hochglanz-Poliervorrichtung, die die vorliegende
Erfindung enthält und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Wie
gezeigt, besitzt die Vorrichtung 20 einen scheibenförmigen Schleifstein 24 zum
Polieren einer Lichtleitfaser oder eines ähnlichen zylindrischen Bearbeitungsstücks
22 sowie einen scheibenförmigen Schleifstein 26 zum Korrigieren der Form des
Schleifsteins 24. Der Schleifstein oder die Polierscheibe 24 hat auf ihrem Umfang
eine Bearbeitungsfläche 24a, die das Ende 22a des Bearbeitungsstücks 22
bearbeitet. Der andere Schleifstein oder die Korrekturscheibe 26 hat auf ihrem
Umfang eine Bearbeitungsfläche 26a, die die Bearbeitungsfläche 24a der
Polierscheibe 24 mit einer konkaven Wölbung versieht, die einen bogenförmigen
Querschnitt aufweist. Eine negative Elektrode 28 erstreckt sich entlang eines Teils
der Bearbeitungsfläche 24a der Polierscheibe 24 und besitzt, wie gezeigt, einen
bogenförmigen Aufbau. Eine Gleichspannungsquelle 30 liefert eine Spannung
zwischen der Elektrode 28 und der Polierscheibe 24. Diese Spannung bewirkt
zusammen mit einer leicht leitenden Polierflüssigkeit 32, die der Bearbeitungsflä
che 24a auf der Scheibe 24 zugeführt wird, daß eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitung auf die Scheibe 24 wirkt. Durch die elektrolytische
Oberflächenbearbeitung wird erfolgreich ein ausreichendes Poliervermögen der
Bearbeitungsfläche 24a aufrechterhalten und die Lebensdauer der Scheibe 24
verlängert, wodurch ein häufiges Auswechseln der Scheibe 24 vermieden wird.
Das Bearbeitungsstück 22 und die Schleifsteine 24 und 26 rotieren jeweils in
bestimmte Richtungen, wie durch Pfeile in den Figuren gezeigt.
Insbesondere ist die Bearbeitungsfläche 24a der Polierscheibe 24 durch die
Korrekturscheibe 26 mit einer bogenförmigen konkaven Wölbung ausgebildet.
Daher kann die Polierscheibe 24 wiederholt eingesetzt werden bis ihr (in Fig. 3
gepunktet markiertes) Schleifscheibenteil 24b verschlissen ist. Dies schließt aus,
daß das Schleifmittel 16a und die Kunststoffolie 16 der herkömmlichen
Vorrichtung, die in den Fig. 2A und 2B gezeigt sind, häufig ersetzt werden
müssen und läßt es deshalb zu, daß eine größere Zahl von Bearbeitungsstücken
dauernd bearbeitet wird. Die Rotationsachsen der zwei Scheiben 24 und 26 stehen
senkrecht aufeinander, so daß sich die Bearbeitungsflächen 24a und 26a
senkrecht zueinander bewegen. Wenn die Korrekturscheibe 26 mit der
Polierscheibe 24 in diesem Aufbau in Kontakt gebracht wird, versieht die
Bearbeitungsfläche 26a der ersteren die Bearbeitungsfläche der letzteren mit einer
konkaven Wölbung, die einen bogenförmigen Querschnitt besitzt. Es muß bemerkt
werden, daß der Krümmungsradius der konkaven Wölbung der Bearbeitungsfläche
24a dadurch veränderbar ist, daß der Radius der Korrekturscheibe 26 verändert
wird.
Nachdem die Bearbeitungsfläche 24a der Polierscheibe 24 während des Betriebs
durch die Korrekturscheibe 26 mit einer bogenförmigen konkaven Wölbung
versehen worden ist, werden die Bearbeitungsfläche 24a und das
Bearbeitungsstück 22 miteinander in Kontakt gebracht, wobei die radiale Richtung
der konkaven Wölbung und die Drehachse des Bearbeitungsstücks 22 aufeinander
ausgerichtet sind. Solange das Poliervermögen der Bearbeitungsfläche 24a
ausreichend aufrechterhalten wird, wird als Folge eine konvexe Spitze 22a am
Ende des Bearbeitungsstücks 22 mit einem Krümmungsradius gleich dem Radius
der Krümmung der konkaven Wölbung der Bearbeitungsfläche 24a, d. h. gleich
dem Radius der Polierscheibe 26 ausgeformt. Da die Polierscheibe 24 wiederholt
eingesetzt wird, um die Enden des Bearbeitungsstücks zu bearbeiten, verformt
sich regelmäßig die Bearbeitungsfläche 24a und formt letztendlich die konvexe
Spitze 22a nicht genau. Dann wird die Korrekturscheibe 26 wieder in Kontakt mit
der Polierscheibe 24 gebracht, um somit die verformte konkave Wölbung der
Bearbeitungsfläche 24a zu korrigieren.
In der veranschaulichenden Ausführungsform wird die Polierscheibe 24 und die
Korrekturscheibe 26 jeweils aus einem metallgebundenen Material und einem
kunstharzgebundenen Material, das einen geringen Bindungsgrad besitzt,
gebildet. Solche Materialien erhalten das Bearbeitungsvermögen der
Bearbeitungsfläche 24a ausreichend aufrecht und verlängern die Lebensdauer der
Einrichtungen, wodurch die Häufigkeit des Auswechselns der Scheibe 24
verringert wird. Eine Spannung wird von der Gleichspannungsquelle 30 zwischen
der Bearbeitungsfläche 24a der Polierscheibe 24 und der negativen Elektrode 28
angelegt. Dies, verbunden mit der leicht leitenden Polierflüssigkeit, die der
Bearbeitungsfläche 24a zugeführt wird, übt eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitung auf die Scheibe 24 aus. Die elektrolytische
Oberflächenbearbeitung wird bewirkt, wenn das Ende 22a des Bearbeitungsstücks
22 bearbeitet werden sollte, aber nicht, wenn die konkave Bearbeitungsfläche 24a
korrigiert werden sollte. Dies ist so, weil eine übermäßige elektrolytische
Oberflächenbearbeitung bewirken würde, daß die Bindung der Scheibe 24 schmilzt
und schnell verschwindet, und deshalb die konkave Bearbeitungsfläche 24a
verformt würde, während sich der Verschleiß der Scheibe 24 verschlimmert. Die
Vorrichtung 20 poliert der Reihe nach Bearbeitungsstücke 22 durch Wiederholen
solch eines Zyklus. Die entstehende konvexe Spitze eines jeden
Bearbeitungsstücks 22 ist genau konvex und hat eine minimale Oberflächenrau
higkeit.
Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die veranschaulichende Ausführungsform weiterhin
einen Zuführmechanismus 34, um dafür zu sorgen, daß das Ende 22a des Bear
beitungsstücks 22 die Bearbeitungsfläche 24a berührt, indem das Bearbei
tungsstück 22 mit einer konstanten Rate zugeführt wird, und einen Andruckme
chanismus 36, der das Bearbeitungsstück 22 mit einem konstanten Druck gegen
die Bearbeitungsfläche 24a drückt. In Fig. 4 wird außerdem ein Gehäuse gezeigt,
das den Bearbeitungsbereich 20, einen Umkehrmotor 40, eine Spannvorrichtung
42, eine Plattform 44 und einen Motor 46 umfaßt.
Da die Polierscheibe 24 und das Bearbeitungsstück 22 während der gesamten
Bearbeitung hindurch schütteln oder vibrieren, treten bei der konvexen Spitze 22a
des Bearbeitungsstücks 22 leicht Verformungen und Welligkeiten der
Bearbeitungsstück-Spitze 22a auf. Kurz gesagt überträgt die Vorrichtung 20 die
bogenförmige konkave Wölbung der Scheiben-Bearbeitungsfläche 24a auf das
Ende des Bearbeitungsstücks 22a, wodurch das Ende 22a mit einer konvexen Form
versehen wird. Insbesondere ist es eine allgemeine Vorgehensweise, mit einer
derartigen Bearbeitungsvorrichtung das Bearbeitungsstück 22 zu polieren,
während es mit einer konstanten Rate in radialer Richtung der Polierscheibe 24
zugeführt wird. Sollte die Scheibe 24 und das Bearbeitungsstück 22 schütteln oder
vibrieren, würde unter diesen Umständen das Bearbeitungsstück 22 periodisch
bearbeitet werden und an dessen Spitze würden Verformungen und Welligkeiten
auftreten. In der Ausführungsform führt der Zuführmechanismus 34 zuerst das
Bearbeitungsstück 22 mit einer vorbestimmten Rate zu, um sein Ende 22a grob zu
bearbeiten, und dann drückt der Andruckmechanismus 36 das Bearbeitungsstück
22 mit einem vorbestimmten Druck gegen die Bearbeitungsfläche 24a der Scheibe,
um das Ende 22a in eine konvexe Form zu bringen. Dadurch wird Schütteln und
Vibrieren unter Druck absorbiert, was dazu führt, daß das Ende des
Bearbeitungsstücks sicher mit einer glatten konvexen Form versehen wird.
Ein Beispiel der verdeutlichenden Ausführungsform wird zusammen mit bestimm
ten Bearbeitungsbedingungen beschrieben. In dem Beispiel wurde die Polier
scheibe 24b mit bronzegebundenen 4000-mash Diamantteilchen ausgestattet und
wurde mit einem Außendurchmesser von 75 mm und einer Dicke von 5 mm
versehen. Die Korrekturscheibe 26 wurde mit kunstharzgebundenen 3000-mash
Diamantteilchen ausgestattet und mit einem Außendurchmesser von 40 mm und
einer Dicke von 5 mm versehen. Das Lichtleitfaser-Verbindungselement mit der
Monomode-Faser 10, die in der Glaskapselung 12 aufgenommen wurde, wie in
Fig. 1 gezeigt, wurde als ein zylindrisches Bearbeitungsstück benutzt.
Die Polierscheibe 24 wurde mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min gedreht.
Während der Motor 46 zum Antreiben der Korrekturscheibe 26 mit einer
Geschwindigkeit von 100 U/min rotiert wurde, wurde die Plattform 44, die die
Scheibe 26 trug, auf die Polierscheibe 24 hin bewegt, wie durch einen Pfeil in Fig.
4 gezeigt. Als Folge davon wurde die Scheibe 26 mit der Scheibe 24 über die
zugeführte Polierflüssigkeit 32 in Kontakt gebracht. In diesem Zustand versah die
Scheibe 26 die Bearbeitungsfläche 24a der Scheibe 24 mit einer bogenförmigen
konkaven Wölbung, deren Krümmungsradius 20 mm war. Die konkave Wölbung
der Bearbeitungsfläche 24a war nicht gegen das Bindungsmaterial oder für das
Schleifmittel der Scheibe 26 empfindlich und hatte einen Krümmungsradius gleich
dem Radius der Scheibe 26.
Während die Polierflüssigkeit 32 gleichmäßig zwischen die negative Elektrode 28
und die Polierscheibe 24 eingebracht wurde, wurde eine Gleichspannung von der
Spannungsversorgung 30 zwischen der Elektrode 28 und der Scheibe 24 angelegt,
um eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung zu erreichen. Insbesondere kurz
vor der Bearbeitung des Endes 22a des Bearbeitungsstücks 22 wurde eine
elektrolytische Oberflächenbearbeitung 14 Sekunden lang mit einem elektrischen
Strom von 2A durchgeführt. Als Folge ragten abrasive Teilchen, die auf der
Bearbeitungsfläche 24a verteilt waren, aus dieser heraus, wodurch sich das
Schleifvermögen der Oberfläche 24a verbesserte.
Der Zuführmechanismus 34, der eine Puls-Plattform verwendete, bewegte das Be
arbeitungsstück 22 mit einer konstanten Rate auf die Polierscheibe 24 zu, während
es sich um die eigene Achse drehte. Nachdem das Bearbeitungsstück 22 die
Scheibe 24 berührt hatte, wurde es durch die Scheibe 24 grob bearbeitet. An
schließend wurde das Bearbeitungsstück 22 5 Sekunden lang in Kontakt mit der
Scheibe 24 gehalten, während es durch den Andruckmechanismus 36 unter einer
konstanten Belastung von 500 Gramm angedrückt wurde. Der Andruckmechanis
mus war mit einem Luftzylinder ausgestattet. Die konstante Belastung führte dazu,
daß die hervortretenden abrasiven Teilchen von der Bearbeitungsfläche 24a
abgingen und deshalb Kratzer vermieden wurden, die ansonsten auf dem Ende
des Bearbeitungsstücks 22a aufgetreten wären. Insbesondere der Umkehrmotor
40 ließ das Bearbeitungsstück 22 mit einer Geschwindigkeit von 50 U/min drehen,
während die Drehrichtung alle 1% Umdrehungen umkehrte. Während der
Andruckmechanismus 36 danach eine geringere Belastung von 100 Gramm auf
das Bearbeitungsstück 22 ausübte, wurde das Bearbeitungsstück 22 gleichmäßig
für 10 Sekunden in Kontakt gehalten, damit sein Ende 22a endbearbeitet wurde.
Es hat sich herausgestellt, daß die entstandene konvexe Spitze 22a des
Bearbeitungsstücks 22 eine glatte konvexe Form besaß, deren Krümmungsradius
gleich dem Radius der konkaven Wölbung der Polierscheibe 24 war, d. h., 20 mm
und die Oberflächenrauhigkeit kleiner als 0,08 µm Rmax war. Während in dem
Beispiel ein Lichtleitfaser-Verbindungselement bestehend aus Glas benutzt wurde,
wurde eine erwünschte konvexe Spitze auch mit einem Verbindungselement
erreicht, dessen Kapselung 12, die in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Zirkonkeramik
ausgestattet war.
Wenn das Ende 22a des Bearbeitungsstücks 22 ohne elektrolytische
Oberflächenbearbeitung bearbeitet wurde, wurde das Poliervermögen der
Bearbeitungsfläche 24a nicht ausreichend aufrechterhalten, was dazu führte, daß
die Spitze 22a eine Aventurin-Oberfläche besaß, deren Rauhigkeit größer als 0,2 µm
Rmax war. Wenn weiterhin das Bearbeitungsstück 22 während der
elektrolytischen Oberflächenbearbeitung nur in Kontakt mit der Bearbeitungsfläche
24 zugeführt wurde, wurde sein Ende 22a periodisch poliert, wegen des Schüttelns
der Scheibe 24 genauso wie wegen anderer Faktoren. Als Ergebnis traten an der
Spitze 22a des Bearbeitungsstücks-Verformungen und Welligkeiten auf.
Wenn die konkave Bearbeitungsfläche 24a der Polierscheibe 24 wegen der
wiederholten Bearbeitung verformt war, wurde die elektrolytische
Oberflächenbearbeitung eingestellt und dann die Plattform 44 bewegt, um die
Korrekturscheibe 26 in Kontakt mit der Scheibe 24 zu bringen. Jedesmal dann,
wenn die Korrektur durch die Scheibe 26 bewirkt wird, verringert sich der
Außendurchmesser der Scheibe 24 um 3 µm. Wenn jedoch die Scheibe 24 das
Ende des Bearbeitungsstücks 22a ohne elektrolytische Oberflächenbearbeitung
polierte, trat übermäßiger Widerstand auf die Bearbeitungsoberfläche 24a auf und
verformte die konkave Wölbung der Bearbeitungsfläche 24a beträchtlich. Wenn
die konkave Wölbung der Bearbeitungsfläche 24a während der elektrolytischen
Oberflächenbearbeitung korrigiert wurde, wurde weiterhin das metallgebundene
Material der Scheibe 24 übermäßig entfernt; der Außendurchmesser der Scheibe
24 nahm jedesmal um 5 bis 8 µm ab.
Nach der Korrektur der konkaven Bearbeitungsfläche 24a der Scheibe 24 wurde
die Spitze 22a eines anderen Bearbeitungsstücks 22 in gleicher Art und Weise wie
die Spitze 22a des ersten Bearbeitungsstücks 22 bearbeitet. Solch ein
Bearbeitungszyklus wurde so lange wiederholt, bis der Schleifstein 24b der
Polierscheibe 24 verschlissen war. Als Folge wurde eine stark reproduzierbare
konvexe Spitze erreicht, deren Krümmungsradius 20 mm und deren
Oberflächenrauhigkeit 0,08 µm Rmax betrug, mit 1000 Bearbeitungsstücken.
Es wurde herausgefunden, daß die Ausführungsform die Polierzeit pro
Bearbeitungsstück auf weniger als die Hälfte der herkömmlichen Polierzeit
verkürzte. Zusätzlich wurde der Zeitverlust, der dem Austauschen der
Arbeitsgeräte zuzuschreiben war, auf weniger als 1/50 verkürzt.
In Fig. 5 ist eine Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigt.
Wie gezeigt, unterscheidet sich eine allgemein mit 20A bezeichnete Hochglanz-
Poliereinrichtung, von der Vorrichtung 20 dadurch, daß die Polierscheibe 24 eine
Bearbeitungsfläche 24a auf einem seiner entgegengesetzten axialen Enden
besitzt. Deshalb wird die Korrekturscheibe 26 zum Korrigieren der konkaven
Wölbung der Bearbeitungsfläche 24a in der gezeigten Position relativ zu der
Scheibe 24 gehalten.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Vorrichtung 20A geeignet, die Enden 20a einer
Mehrzahl von Bearbeitungsstücken 22 zu gleicher Zeit zu bearbeiten. Wenn die
Vorrichtung 20a eine Mehrzahl von Bearbeitungsstücken zur gleichen Zeit
behandelt, verringert sich der Effekt der elektrolytischen Oberflächenbearbeitung,
der auf der Polierscheibe 24 auftritt, gleich nach dem Polieren und bewirkt daß die
Bearbeitungsfläche 24a verstopft wird. Um dieses Problem auszuschließen, wird in
der gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von negativen Elektroden 28 mit
gleicher oder geringerer Zahl als die Zahl der Bearbeitungsstücke 22 benutzt und
abwechselnd mit den Bearbeitungsstücken 22 in einer gut ausgeglichenen Lage
angeordnet. In diesem Aufbau wird die elektrolytische Oberflächenbearbeitung
aufs Neue bewirkt, ehe die Scheibe 24 das nächste Bearbeitungsstück 20
bearbeitet, so daß die Scheibe 24 zu jeder Zeit das Poliervermögen stabil
aufrechterhalten kann.
Die Bearbeitungsflächen 24a und 26a der Scheiben 24 bzw. 26 verlaufen
senkrecht zueinander, wenn die letztere in Kontakt mit der ersteren gebracht wird.
Nachdem die Scheibe 24 mit einer konkaven Wölbung durch die Scheibe 26
ausgebildet worden ist, wird jedes Bearbeitungsstück 22 in Kontakt mit der Scheibe
24 in eine senkrechte Position geführt und zwar derart, daß die
Krümmungsmittelpunkte der konkaven Wölbung des Schleifsteins 24 und die
Drehachse des Bearbeitungsstücks 22 konzentrisch mit der Rotationsachse der
Scheibe 24 sind. Als Folge davon erhält das Bearbeitungsstück 22 eine
hemisphärische konvexe Spitze 22a.
Fig. 7 zeigt eine andere spezielle Anordnungsbeziehung zwischen den zwei
Scheiben 24 und 26, die in der modifizierten Ausführungsform enthalten sind. Wie
gezeigt, stehen die Bearbeitungsflächen der Schleifsteine relativ zueinander in
einem Winkel R von 10° geneigt. Insbesondere die Richtung, in der die
Bearbeitungsfläche 24a der Scheibe verläuft und die Rotationsachse der Scheibe
26 stehen zueinander in einem Winkel R zwischen 0 und 45°. Solch eine relative
Lage versieht die Bearbeitungsfläche 24a mit einer konkaven Wölbung, die einen
ovalen Querschnitt aufweist, der eine Exzentrizität entsprechend dem Winkel R
besitzt. Wenn das Bearbeitungsstück 22 in Kontakt mit solch einer
Bearbeitungsfläche 24a gebracht wurde, erhielt es eine konvexe Spitze 22a mit
einem ovalen Querschnitt. Eine Mehrzahl von Bearbeitungsstücken 22 könnte,
wenn erwünscht, zur gleichen Zeit in Kontakt mit der Bearbeitungsfläche 24a
gebracht werden.
Wie in Fig. 8 gezeigt, besitzt die Poliervorrichtung 20A, zusätzlich zu den
einzelnen Teilen der Poliervorrichtung 20, die in Fig. 4 gezeigt sind, ein
Vibrationsdämpfungsglied 48 zwischen dem Andruckmechanismus 36 und dem
Bearbeitungsstück 22. Das Vibrationsdämpfungsglied 48 schwächt das Schütteln
und Vibrieren der Polierscheibe 24 und des Bearbeitungsstücks 22 ab. Das
Schütteln und Vibrieren könnten dazu führen, daß das Bearbeitungsstück 22
periodisch bearbeitet wird, was bei einer konvexen Spitze 22a zu Verformungen
und Welligkeiten führt, wie vorher beschrieben. In Fig. 8 bezeichnet die
Bezugsziffer 50 einen Motor zum Antreiben der Scheibe 24.
Ein Beispiel für die modifizierte Ausführungsform wird zusammen mit speziellen
Verfahrensbedingungen unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 8 beschrieben. Fig.
8 zeigt einen Zustand, in dem die Poliervorrichtung 20 ein einzelnes
Bearbeitungsstück 22 poliert. Die Polierscheibe 24 wurde durch bronzegebundene
4000-mash Diamantteilchen ausgebildet. Die Scheibe 24 hatte einen
schalenförmigen Aufbau, dessen Außendurchmesser 100 mm betrug. Die
Korrekturscheibe 26 wurde durch kunstharzgebundene 3000-mash
Diamantteilchen gebildet und hatte einen Außendurchmesser von 40 mm und eine
Dicke von 5 mm. Wie in Fig. 1 gezeigt wurde das Bearbeitungsstück 22 als das in
Fig. 1 gezeigte Lichtleitfaser-Verbindungselement ausgeführt, das eine
Monomode-Quarz-Faser 10 besaß, die in die Kapselung 12 eingesetzt war.
Im Betrieb rotierte der Motor 50, der die Polierscheibe 24 antrieb, mit einer
Geschwindigkeit von 1800 U/min, während der Motor 46, der die Korrekturscheibe
26 antrieb, mit einer Geschwindigkeit von 100 U/min rotierte. Während die
Bearbeitungsflächen 24a und 26b der Scheiben 24 bzw. 26 zueinander senkrecht
gehalten wurden, wie in Fig. 5 gezeigt wurde die Plattform 44, die die Scheibe 26
trug, so weit bewegt bis die Scheibe 26 die Scheibe 24 berührte. Während die
Polierflüssigkeit 32 gleichmäßig aufgebracht wurde, formte die Scheibe 26 auf der
Bearbeitungsfläche 24a der Scheibe 26 eine bogenförmige konkave Wölbung mit
einem tatsächlich runden Querschnitt, dessen Krümmungsradius 20 mm betrug.
Der Krümmungsradius der konkaven Wölbung ist gleich dem Radius der
Korrekturscheibe 26, unabhängig von der Art des Bindungsmaterials und des
Schleifmittels der Polierscheibe 24 oder der Korrekturscheibe 26.
Insbesondere wurde eine Gleichspannung von der Spannungsquelle 30 zwischen
der negativen Elektrode 28 und der Scheibe 24 mittels der Polierflüssigkeit
angelegt, die zwischen sie eingebracht wurde. In der veranschaulichenden
Ausführungsform wurde, ehe das Ende des Bearbeitungsstücks 22a bearbeitet
wurde, eine elektrolytische Oberflächenbearbeitung 15 Sekunden lang mit einem
elektrolytischen Strom von 2A durchgeführt, um dafür zu sorgen, daß die abrasiven
Teilchen auf der Bearbeitungsfläche 24a hervorstehen. Solch eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitung brachte die Bearbeitungsfläche 24a in einen
wünschenswerten Bearbeitungszustand.
Wie in Fig. 8 gezeigt, wurde das Bearbeitungsstück 22 der Bearbeitungsfläche 24a
durch den Zuführmechanismus 34 mit einer konstanten Rate zugeführt, während
es durch den Umkehrmotor 40 gedreht wurde. Beim Berühren der
Bearbeitungsfläche 24a wurde das Bearbeitungsstück 22 grob geschliffen. Danach
wurde das Bearbeitungsstück 22 5 Sekunden lang unter einer konstanten
Belastung von 500 Gramm, die durch den Anpreßmechanismus 36 ausgeübt
wurde, gegen die Bearbeitungsfläche 24a gedrückt. Die konstante Belastung führt
dazu, daß die abrasiven Teilchen, die von der Bearbeitungsfläche 24a
hervorstehen, abgehen, wobei sie die Bearbeitungsfläche 24a eben machen.
Hierdurch wird das Ende des Bearbeitungsstücks 22a erfolgreich von Kratzern
befreit. Der Umkehrmotor 40 wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 U/min
angetrieben und nach 1½ Umdrehungen wurde die Drehrichtung umgekehrt.
Schließlich wurde das Bearbeitungsstück 22 10 Sekunden lang unter einer
leichten, konstanten Belastung von 100 Gramm, wie sie auch von dem
Anpreßmechanismus 36 ausgeübt wurde, in Kontakt mit der Bearbeitungsfläche 24a
gehalten. Folglich wurde das Ende des Bearbeitungsstücks 22a
endbearbeitet. Als der Poliervorgang wiederholt wurde, war die Bearbeitungsfläche
24a der Scheibe 24 verformt. Dann wurde die Plattform 44 wieder gegen die
Scheibe 24 bewegt um dafür zu sorgen, daß die Scheibe 26 die konkave Wölbung
der Bearbeitungsfläche 24a korrigiert. Die konvexe Spitze 22a des
Bearbeitungsstücks 22 hatte einen Krümmungsradius gleich dem Radius der
Krümmung der konkaven Wölbung der Bearbeitungsfläche 24a, d. h. 20 mm und
eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,08 µm Rmax, d. h. die Spitze 22a hatte
einen glatten, tatsächlich runden Querschnitt.
Der oben beschriebene Vorteil wurde auch erreicht, wenn die in Fig. 1 gezeigte
zylindrische Glaskapselung 12 durch eine Zirkonkeramikkapselung oder
Kunststoffkapselung oder auch durch ein Bearbeitungsstück mit einem
rechteckigen Querschnitt ersetzt wurde. Weiterhin formte die Scheibe 26 eine
konkave Wölbung mit einem ovalen Querschnitt in der Bearbeitungsfläche 24a in
dem Aufbau nach Fig. 7, bei dem die Bearbeitungsflächen 24a und 26a, d. h., die
Bewegungsrichtung der Bearbeitungsfläche 24a und die Rotationsachse der
Scheibe 26 in einem Winkel R von 10° zueinander stehen. Wenn das
Bearbeitungsstück 22a derart poliert wurde, daß die Bearbeitungsfläche 24a eine
ovale konkave Wölbung besaß, erhielt sie eine konvexe Spitze 22 mit einem
ovalen Querschnitt. Wenn der oben erwähnte Winkel nach und nach vergrößert
wurde, vergrößerte sich auch die Exzentrizität des ovalen Querschnitts nach und
nach.
Diese Ausführungsform, wie auch die vorherige Ausführungsform, verkürzte die
Bearbeitungszeit auf weniger als die Hälfte der herkömmlichen Bearbeitungszeit.
Weiterhin wurde, wenn eine Mehrzahl von Bearbeitungsstücken 22 durch die
Bearbeitungsfläche 24a zur gleichen Zeit poliert wurde, die Bearbeitungszeit pro
Bearbeitungsstück noch weiter verkürzt als in dem Fall, in dem nur ein einzelnes
Bearbeitungsstück 22 bearbeitet wurde. Zusätzlich wurde der Zeitverlust durch das
Austauschen der Einrichtungen auf weniger als 1/50 verkürzt, verglichen mit dem
herkömmlichen Verfahren, das eine Kunststoffolie 16 und feine abrasive Teilchen
16a verwendete.
Zusammengefaßt erkennt man, daß die vorliegende Erfindung eine Hochglanz-
Poliervorrichtung schafft, die geeignet ist, das Ende eines Lichtleitfaser-
Verbindungselementes oder das Ende irgendeines anderen Bearbeitungsstücks,
das z. B. aus Glas, Keramik, Kunststoff oder einer Kombination daraus hergestellt
ist, in einem genau konvexen Aufbau und in einem viel kürzeren Zeitraum zu
bearbeiten als herkömmlich. Zusätzlich verringert die erfindungsgemäße
Vorrichtung erkennbar die Häufigkeit, mit der die Vorrichtungen ausgetauscht
werden müssen, wodurch die Produktivität bedeutend verbessert wird.
Verschiedene Modifikationen sind für den Fachmann naheliegend, ohne den
Schutzbereich zu verlassen.
Claims (16)
1. Vorrichtung zum Hochglanzpolieren eines Endes von mindestens einem
länglichen Bearbeitungsstück (22), die folgendes umfaßt:
einen ersten scheibenförmigen, rotierbaren Schleifstein (24) mit einer Bearbeitungsfläche (24a) zum Polieren des Endes (22a) des Bearbeitungsstücks (22), wobei die Bearbeitungsfläche eine bogenförmige konkave Wölbung besitzt;
einen zweiten scheibenförmigen, rotierbaren Schleifstein (26) mit einer Bearbeitungsfläche (26a) zum Korrigieren der bogenförmigen konkaven Wölbung, wenn die bogenförmige konkave Wölbung verformt wird, wobei der erste und zweite Schleifstein (24 und 26) so angeordnet sind, daß die Richtung, in der die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins verläuft, und die Rotationsachse des zweiten Schleifsteins (26) relativ zueinander in einem vorbestimmten Winkel stehen;
eine erste Bewegungseinrichtung, um das Bearbeitungsstück (22) und den ersten Schleifstein (24) relativ zueinander zu bewegen, um das Ende des Bearbeitungsstücks (22a) und die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen; und
eine zweite Bewegungseinrichtung, um den ersten und zweiten Schleifstein (24 und 26) relativ zueinander zu bewegen, um die Bearbeitungsflächen (24a und 26a) des ersten und zweiten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen.
einen ersten scheibenförmigen, rotierbaren Schleifstein (24) mit einer Bearbeitungsfläche (24a) zum Polieren des Endes (22a) des Bearbeitungsstücks (22), wobei die Bearbeitungsfläche eine bogenförmige konkave Wölbung besitzt;
einen zweiten scheibenförmigen, rotierbaren Schleifstein (26) mit einer Bearbeitungsfläche (26a) zum Korrigieren der bogenförmigen konkaven Wölbung, wenn die bogenförmige konkave Wölbung verformt wird, wobei der erste und zweite Schleifstein (24 und 26) so angeordnet sind, daß die Richtung, in der die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins verläuft, und die Rotationsachse des zweiten Schleifsteins (26) relativ zueinander in einem vorbestimmten Winkel stehen;
eine erste Bewegungseinrichtung, um das Bearbeitungsstück (22) und den ersten Schleifstein (24) relativ zueinander zu bewegen, um das Ende des Bearbeitungsstücks (22a) und die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen; und
eine zweite Bewegungseinrichtung, um den ersten und zweiten Schleifstein (24 und 26) relativ zueinander zu bewegen, um die Bearbeitungsflächen (24a und 26a) des ersten und zweiten Schleifsteins miteinander in Kontakt zu bringen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine
Vibrationsdämpfungseinrichtung (48) umfaßt, die zwischen der ersten Bewegungs
einrichtung und dem Bearbeitungsstück (22) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Mehrzahl von
Antriebseinrichtungen (40, 46, 50) umfaßt, die jeweils ein Bearbeitungsstück und
den ersten und zweiten Schleifstein drehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Zuführeinrichtung (34)
umfaßt die dafür sorgt, daß das Bearbeitungsstück (22) die Bearbeitungsfläche (24a)
des ersten Schleifsteins berührt, indem das Bearbeitungsstück (22) mit einer
konstanten Rate zugeführt wird, und die außerdem eine Andruckeinrichtung (36)
umfaßt, die dafür sorgt, daß das Bearbeitungsstück mit der Bearbeitungsfläche des
ersten Schleifsteins unter konstantem Druck in Kontakt bleibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bearbeitungsflächen (24a und 26a)
des ersten und zweiten Schleifsteins auf dem Umfang des ersten bzw. zweiten
Schleifsteins (24 bzw. 26) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste und zweite Schleifstein (24
und 26) ein metallgebundenes Material bzw. ein kunstharzgebundenes Material
umfassen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die weiterhin eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitungseinrichtung umfaßt, um eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitung auf der Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins
durchzuführen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die elektrolytische
Oberflächenbearbeitungseinrichtung eine negative Elektrode (28) umfaßt, die an
die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins angrenzt, und bei der eine
Gleichspannung zwischen der negativen Elektrode (28) und dem ersten
Schleifstein (24) angelegt wird, wenn eine Polierflüssigkeit auf die
Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins aufgebracht wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der vorbestimmte Winkel zwischen der
Richtung, in der die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins verläuft, und
der Rotationsachse des zweiten Schleifsteins (26) in einem Bereich zwischen 0°
und 45° liegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Bearbeitungsfläche (24a) des
ersten Schleifsteins auf einem der gegenüberliegenden axialen Enden des ersten
Schleifsteins (24) vorgesehen ist, während die Bearbeitungsfläche (26a) des
zweiten Schleifsteins auf einem Umfang des zweiten Schleifsteins (26) vorgesehen
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Bearbeitungsstück (22) und der
erste Schleifstein (24) so angeordnet sind, daß der Krümmungsmittelpunkt der
bogenförmigen konkaven Wölbung des ersten Schleifsteins und eine Drehachse
des Bearbeitungsstücks zur Rotationsachse des ersten Schleifsteins (24)
konzentrisch sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der eine Mehrzahl von
Bearbeitungsstücken (22) der Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins so
gegenüberstehen, daß der Krümmungsmittelpunkt der bogenförmigen konkaven
Wölbung des ersten Schleifsteins (24) und die Rotationsachsen der Mehrzahl von
Bearbeitungsstücken (22) zur Rotationsachse des ersten Schleifsteins (24)
konzentrisch sind, wobei die Enden (22a) der Mehrzahl von Bearbeitungsstücken
die Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins gleichzeitig berühren.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der erste und zweite Schleifstein (24
und 26) ein metallgebundenes Material bzw. ein kunstharzgebundenes Material
umfassen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, die weiterhin eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitungseinrichtung umfaßt, um eine elektrolytische
Oberflächenbearbeitung auf der Bearbeitungsfläche (24a) des ersten Schleifsteins
durchzuführen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die elektrolytische
Oberflächenbearbeitungseinrichtung eine Mehrzahl von negativen Elektroden (28)
umfaßt, die abwechselnd mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsstücken (22) in im
wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten
Schleifstein (24) und jeder Elektrode (28) aus der Mehrzahl der negativen
Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird, wenn eine Polierflüssigkeit
zwischen das Bearbeitungsstück (22) des ersten Schleifsteins (24a) und die
negative Elektrode eingebracht wird.
16. Verfahren zum Hochglanzpolieren eines länglichen Bearbeitungsstücks (22),
das folgende Schritte umfaßt:
Ausbilden einer bogenförmigen konkaven Wölbung in einer Bearbeitungsfläche (24a), die auf dem Umfang eines scheibenförmigen Schleifsteins (24) vorgesehen ist;
Rotieren des Schleifsteins (24);
In-Drehung-Versetzen des Bearbeitungsstücks (22); und
In-Kontakt-Bringen eines Endes (22a) des Bearbeitungsstücks mit der Bearbeitungsfläche (24a) des Schleifsteins;
wobei das Ende (22a) des Bearbeitungsstücks durch die bogenförmige konkave Wölbung des Schleifsteins (24) eine konvexe Form erhält.
Ausbilden einer bogenförmigen konkaven Wölbung in einer Bearbeitungsfläche (24a), die auf dem Umfang eines scheibenförmigen Schleifsteins (24) vorgesehen ist;
Rotieren des Schleifsteins (24);
In-Drehung-Versetzen des Bearbeitungsstücks (22); und
In-Kontakt-Bringen eines Endes (22a) des Bearbeitungsstücks mit der Bearbeitungsfläche (24a) des Schleifsteins;
wobei das Ende (22a) des Bearbeitungsstücks durch die bogenförmige konkave Wölbung des Schleifsteins (24) eine konvexe Form erhält.
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