DE4412370A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen asphärischer Linsenoberflächen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen asphärischer LinsenoberflächenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen asphärischer
Linsenoberflächen gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 bzw. Anspruch 9.
Zunächst wird auf die Herstellung optischer Linsen mit sphärischen Oberflächen Bezug
genommen, die bei Glas-Rohlingen konventionell im Flächen-Schleifverfahren mit
anschließendem Polierprozeß erfolgt. Durch Flächenkontakt zwischen einem Polierwerk
zeug und dem Werkstück lassen sich daran auch Formfehler beseitigen. Nachteilig ist aber,
daß für verschiedene Kugelradien unterschiedliche Werkzeuge vorhanden sein müssen,
von deren Zustand außerdem die Genauigkeit der fertigen Linse abhängt.
Ein anderes Herstellverfahren für sphärische Linsen bearbeitet die meist schon vorgeform
ten Glaspreßlinge mit einer Diamant-Topfscheibe durch Kugelschleifen. Der Vorschub
erfolgt entweder mit der Werkzeugspindel oder mit der Werkstückspindel, zu der die
Diamant-Topfscheibe unter einem definierten Winkel steht. Der Kugelradius an der Linse
wird durch diesen Einstellwinkel bestimmt, so daß innerhalb gewisser Grenzen verschie
dene Kugelformen mit ein und demselben Werkzeug herstellbar sind. Sein Schleifbelag
verändert aber verschleißbedingt während des Schleifprozesses die Gestalt durch Anpas
sung an die sich ändernden Kugelradien. Wenn mit dem gleichen Topfwerkzeug
wechselnde Kugelradien bearbeitet werden sollen, kann daher der zu erzeugende
Schleifdurchmesser nicht im voraus festgelegt werden. Bedingt durch unterschiedliche
Radien und durch Werkzeugabnutzung entstehen nicht vorhersehbare Eingriffszonen am
Werkzeug, die zu ungewollten Makrogestalt-Änderungen an der Werkstück-Oberfläche
führen. Solche Bearbeitungsfehler müssen durch nachfolgende Feinschleifprozesse
beseitigt werden. Bei kleineren Serien mit häufig wechselnden Kugelradien ist der Anteil
der Werkzeugkosten an den Gesamtkosten-Fertigungsaufwand beim Schleifen sehr groß.
Darüber hinaus wird häufig in zwei Stufen mit kleiner werdender Diamantkörnung
geschliffen, so daß sich insgesamt die Bearbeitungszeit beim Schleifen beträchtlich
verlängert.
Optische Linsen mit asphärischen Oberflächen bieten eine Reihe von Vorteilen. So ist die
Abbildungsleistung gegenüber sphärischen Linsen deutlich erhöht, Bildfehler werden
besser korrigiert, und in optischen Systemen kann durch den Einsatz asphärischer Linsen
die Linsenanzahl verringert werden. Diese Vorteile ließen sich bisher nur in sehr geringem
Umfang ausnutzen. Der fertigungstechnische Aufwand und die damit verbundenen hohen
Stückkosten beschränkten herkömmlich die Verwendung asphärischer, lichtdurchlässiger
Bauelemente auf Spezial- und Sonderanwendungen. Einzel- und Kleinserienfertigungen
waren bislang aus Kostengründen nicht oder nur bedingt realisierbar.
Beispielsweise beschreibt die DE-PS 24 41 976 einen Saughalter für Linsenrohlinge, die
eine asphärische Oberfläche erhalten sollen. Deren in der Mitte eingesenkte Negativkontur
ist auf der Oberseite eines steifen Glasblocks ausgebildet. Dieser ist zentrisch durchbohrt
und auf einem Tellerfutter eingespannt, das über eine Hohlwelle mit Pumpenanschluß
drehbar angetrieben wird. Der angesaugte Rohling kann nach Bearbeitung seiner Oberseite
gewendet und auf einem ähnlich geformten zweiten Glasblock an seiner Unterseite bear
beitet werden. Das Verfahren setzt dünne, biegbare Rohlinge voraus und weist die oben
genannten Nachteile auf.
Das Schleifen asphärischer Glaslinsen mit hoher Präzision erfordert einen nachfolgenden
Polierprozeß, der wegen der nichtkugelförmigen Gestalt der Linsenoberfläche allerdings
nicht einfach im Flächenkontakt erfolgen kann. Vielmehr sind flexible und sehr kleine
Polierwerkzeuge notwendig, um eine möglichst genaue Abbildung der Asphäre zu
erreichen. Herkömmlich besteht dabei der Nachteil, daß aufgrund des mechanischen
Aufbaues und der Nachgiebigkeit des Werkzeugs Bewegungen, die der Asphären-
Geometrie exakt entsprechen, nicht ohne weiteres ausgeführt werden können. Die Gestalt
abweichung vergrößert sich mit zunehmender Polierzeit und wachsendem Verschleiß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der Nachteile des Standes
der Technik die kostengünstige Herzustellung asphärische Linsen wesentlich zu verbessern
und zu beschleunigen. Ferner soll eine geringe Dauer der Bearbeitung bei hoher Präzision
erreicht werden, ohne daß eine Nachbearbeitung erforderlich würde. Ein wichtiges Ziel
besteht darin, Auswirkungen des Werkzeugverschleißes auf die Linsengestalt weitest
gehend herabzusetzen.
Hauptmerkmale der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen I und 9 angegeben.
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8 sowie 10 bis 16.
Bei einem Verfahren zum Herstellen von asphärischen Oberflächen an Linsenrohlingen,
namentlich aus Glas, unter Verwendung einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer
Steuereinheit und einem rotierend zustellbaren Topfwerkzeug zum Schleifen und/oder
Polieren eines Werkstücks in einer Halterung, die entlang einer Vorschubachse in eine
Bearbeitungsposition bewegbar ist, wobei die Achsen von Topfwerkzeug und Halterung
einen Winkel zueinander einschließen, sieht die Erfindung gemäß dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 vor, daß das Topfwerkzeug am Linsenrohling entlang einer über die
Steuereinheit vorgegebenen Bearbeitungskontur derart geführt wird, daß zwischen der
Längsachse des Topfwerkzeugs und der Tangente in seinem Berührungspunkt am Werk
stück ein wählbarer Vorhaltewinkel konstant eingehalten wird. Infolgedessen bleibt das
Topfwerkzeug vom Schleifpunkt-Einsatz an während der gesamten Bearbeitung in bezug
auf die Bearbeitungsstelle am Werkstück gleich ausgerichtet, so daß sich ändernde
Asphären bzw. Kugelradien bei wechselnden Serien konturgetreu bearbeitet werden. Dies
geschieht mit durchgehend gleichem Schleifdurchmesser, so daß am Topfwerkzeug der
Verschleiß senkrecht zur Berührungsfläche minimiert wird. Außerdem kommt das
Topfwerkzeug wegen des Vorhaltewinkels stets nur geneigt zur Anlage am Werkstück, so
daß eine Punktberührung sich allenfalls - nach langer Standzeit - zu einer sehr kleinen
Segment- oder Bogenfläche hin vergrößert.
Laut Anspruch 2 beträgt der Vorhaltewinkel 0°, und zwar ab Ausgangsstellung bei Beginn
der Bearbeitung. Zuvor kann er, um die Schleifbearbeitung zu optimieren, so abgeändert
werden, daß ein speziell gewünschter Schleifbereichs-Durchmesser am Topfwerkzeug
eingestellt wird und/oder der Materialabtrag in günstigster Weise erfolgt. Das ist
insbesondere für die zielgerichtete Asphärenbearbeitung mit dem Topfwerkzeug von
großer Bedeutung.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens mit Linearbewegung des Topfwerkzeugs und der
Halterung durch Vorschubantriebe entlang Achsen sieht Anspruch 3 vor, daß man zum
Herstellen von Asphären und Sphären verschiedenster Gestalt unter
Interpolationssteuerung zumindest einen Vorschubantrieb in bezug auf einen anderen um
eine Querachse verschwenkt, vorzugsweise mittels eines weiteren Antriebs. Es wirken also
zwei Linearachsen und eine Rundachse zusammen, um das Topfwerkzeug über das
Werkstück zu führen, was gemäß Anspruch 4 vom Rand des Werkstücks zu seiner Mitte
und darüber hinweg bevorzugt entlang einer Meridianlinie geschieht. Das läßt sich mit
verhältnismäßig geringem Konstruktionsaufwand und überaus präzise steuern.
Speziell für weiche Kontaktlinsen mit sphärischer Rückseite bedient sich zwar ein in
EP 0 304 106 A2 dargelegtes Verfahren einer ebenen Steuerfläche, die mit wählbarer
Achsversetzung tangential am rotierenden Werkstück anliegt und zusammen mit einem
Werkzeug auf einer Kreisbahn um eine gemeinsame Drehachse verschwenkbar ist. Das
Ausmaß der Achsversetzung bestimmt die Asphärizität während der Bearbeitung, die im
entwässerten Zustand des Linsenrohlings auf einer Drehbank vor sich geht. Es ist jedoch
jede Einstellung vorzugeben und während des Schneidvorgangs nicht veränderlich, so daß
genaue individuelle Anpassungen nicht möglich sind.
Eine Weiterbildung besteht nach Anspruch 5 darin, daß man die Oberfläche des Linsen
rohlings durch Vorbearbeitung auf eine sphärische Gestalt bringt, die der vorgegebenen
Bearbeitungskontur weitestgehend angenähert ist. Das erleichtert die nachfolgende
Asphärenbearbeitung außerordentlich.
Überaus vorteilhaft ist es, wenn die Bearbeitungsparameter nach Anspruch 6 in einen
Mikroprozessor-Rechner eingegeben werden, z. B. über eine Tastatur unter Bildschirm-
Kontrolle oder über eine Schnittstelle, worauf in der Steuereinheit die Werkzeugbahn-
Daten berechnet werden. Diese Steuerung läßt sich mithin als offenes System einsetzen,
um auf der Basis von Derivativ-Software hohen Anforderungen bezüglich Rechenleistung,
Speicherkapazität, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Prozeßdarstellung gerecht zu werden.
Dazu kann man gemäß Anspruch 7 die Bearbeitungskontur anhand der Linsen-Geometrie
für das Werkstück in Mikroschritten definieren und die zugehörigen Parameter für die
Momentan-Bewegungssteuerung von Topfwerkzeug und Halterung programmieren.
Dadurch wird die Bearbeitung weitestgehend automatisiert und zugleich verfeinert, so daß
man gröbere Abweichungen ausschließt und die Feinbearbeitung mit größtmöglicher
Genauigkeit und Schnelligkeit erzielt.
Außerdem sind Korrekturen möglich, indem laut Anspruch 8 während oder nach der
Bearbeitung des Werkstücks Abtastwerte seiner Oberfläche gewonnen und bei
Folgebearbeitung durch geänderte Bahnführung des Topfwerkzeugs in der Steuereinheit
berücksichtigt werden. Das kann segmentweise geschehen und ermöglicht eine
Bearbeitung, die beim anschließenden Polieren eventuell entstehende Verzerrungen
ausgleicht.
Gemäß dem unabhängigen Anspruch 9 ist eine Vorrichtung insbesondere zum Durchfüh
ren des vorgenannten Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Topfwerk
zeug und der Halterung eine Relativschwenkung um eine Querachse ausführbar ist, wobei
das Topfwerkzeug von einem ersten Vorschubantrieb und die Halterung von einem
zweiten Vorschubantrieb in eine Bearbeitungsposition bewegbar ist. Ein solcher Aufbau ist
übersichtlich, sehr genau steuerbar und wirtschaftlich, zumal herkömmliche Linearantriebe
Verwendung finden können. Bevorzugt ist die Vorrichtung nach Anspruch 10 so
ausgebildet, daß das Topfwerkzeug in festem Abstand zu der Querachse angeordnet und
mittels eines dritten Vorschubantriebs verschwenkbar ist. Dieser kann laut Anspruch 11
parallel zu der Vorschubrichtung des ersten Antriebs angeordnet sein, was bauliche
Vorteile bietet, z. B. eine vereinfachte Rahmen- und Schlittengestaltung.
Wichtig ist die Maßnahme von Anspruch 12, wonach das Topfwerkzeug entlang einer
Meridianlinie des Werkstücks von dessen Rand bis über die Mitte hinaus bewegbar ist, was
sich mit entsprechender Anordnung der Antriebe erfindungsgemäß einfach und präzise
verwirklichen läßt.
Wesentliche Vorteile der Erfindung beruhen darauf, daß man konturgenaue rotations
symmetrische Linsenoberflächen unabhängig von zentraler Vorausplanung und Rechnung
mit Topfwerkzeugen herstellen kann, die unterschiedliche Diamantkörnungen besitzen
können, aber keine Abrichtvorgänge erfordern, welche die Linsengeometrie beeinflussen
würden. Zum Erzeugen sog. Freiform-Oberflächen sieht die Erfindung gemäß Anspruch
13 vor, daß ein zusätzlicher Vorschubantrieb für eine in bezug auf die Werkstückhalterung
mittige Achse vorhanden ist, insbesondere in räumlicher Nähe zu dem zweiten
Vorschubantrieb, was für die bauliche Anordnung günstig ist. Die Werkstückspindel kann
wahlweise kontinuierlich umlaufen, in herkömmlicher Art gegenläufig zum Drehsinn des
Topfwerkzeuges, oder sie kann gemäß Anspruch 14 durch Achsumschaltung in eine
gesteuerte Rundachse verwandelt werden. Dies ermöglicht mit sehr geringem Aufwand
außermittige Flächenbearbeitungen.
Zur Präzision der Bearbeitung ist nach Anspruch 15 jeder Achse ein Meßsystem
zugeordnet, so daß Ist- und Soll-Werte verglichen und der Steuereinheit entsprechende
Korrekturdaten zugeführt werden können. Die Erfindung sieht laut Anspruch 16 ferner vor,
daß die Abtastwerte der bearbeiteten Oberfläche in die Steuereinheit einspeisbar und in
einem Mikroprozessor-Rechner durch Vergleich des Oberflächen-Istverlaufs mit der
Bearbeitungskontur zur Korrektur der Werkzeugbahn auswertbar sind. Am einfachsten
geschieht dies, indem über die Vorgabekontur eine Korrekturdaten-Kurve gelegt und
daraus die korrigierte Werkzeugbahn hergeleitet wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wort
laut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Bearbeitungsgeometrie mit
unterschiedlich geneigtem Topfwerkzeug,
Fig. 1a eine vergrößerte Seitenansicht der Werkzeugstellung bei Arbeitsbeginn,
Fig. 1b eine vergrößerte Seitenansicht der Werkzeugstellung bei Arbeitsende,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Topfwerkzeuges bei sphärischer
Linsenbearbeitung,
Fig. 3 eine schematisierte Schrägansicht einer CNC-Werkzeugmaschine mit drei
Achsen,
Fig. 4 eine schematisierte Schrägansicht einer CNC-Werkzeugmaschine mit vier
Achsen,
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Arbeitsablaufs und
Fig. 6 ein Grundschema einer CNC-Werkzeugmaschine.
In den schematisierten Darstellungen der Fig. 1, 1a, 1b, 2 ist ein Werkstück W dargestellt,
das in Form eines Linsenrohlings L von einem Topfwerkzeug T mit geneigter Achse A
entlang einer Bearbeitungskontur K bearbeitet wird. Ein Umfangsteil U setzt am Rand des
Werkstücks W an und berührt es im Punkt P, wobei die Außenachslinie A′ einen
konstanten Vorhaltewinkel β zur Tangente F einschließt. Das Werkstück W ist
vorzugsweise rotierend angetrieben und läuft entgegengesetzt zum Topfwerkzeug T um,
das vom Rand des Werkstücks W über dessen Mitte hinaus geführt wird. Dabei bleibt der
Vorhaltewinkel β, der auch zwischen der Außenachslinie A′ und der Normalen N auf die
Tangente F erkennbar ist (Fig. 1), durchgehend gleich. Er kann zu Arbeitsbeginn 0°
betragen, bedarfsweise aber auch anders eingestellt werden. Man erkennt, daß im Verlaufe
der Bearbeitung der Tangentenwinkel γ zur Oberfläche O immer kleiner wird. Der
Berührungspunkt P liegt stets hinter dem Durchstichpunkt der Außenachslinie A′, und die
Berührungslinie bzw. -ringfläche des Umfangsteils U gewährleistet einen gleichmäßigen
und schonenden Materialabtrag. Abhängig vom wirksamen Durchmesser D des
Umfangsteils U kann die Neigung des Topfwerkzeugs T und der Vorhaltewinkel β für die
jeweilige Schleif- bzw. Polieraufgabe optimal eingestellt werden. Ist eine Vorbearbeitung
mit sphärischer Oberfläche O durchzuführen, so wird mit einem Einstellwinkel (Fig. 2)
eine gleichbleibende Neigung des Topfwerkzeugs T zur Achse Z der Wertstückspindel S
vorgegeben.
Der konstruktive Aufbau ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die insgesamt mit 10 bezeichnete
CNC-Werkzeugmaschine hat ein Gestell 12 mit einem Tisch 14, auf dem ein
Horizontalrahmen 16 angeordnet ist. Darauf ist ein Schlitten 18 mit einem Gehäuse 20
verschieblich angeordnet. Mit dem Gehäuse 20 ist ein Kopf 22 verbunden, der ein
Umlenkgetriebe 24 enthält und eine drehbar angetriebene Werkzeugspindel V haltert. An
einem Vertikalrahmen 26 ist ein Schlitten 28 mit einem Drehantrieb 30 für eine
Rotationsspindel S angeordnet, die eine Halterung H für das Werkstück W trägt.
Der Schlitten 18 ist mittels eines ersten Vorschubantriebs I in Richtung einer Achse X
beweglich. Für den Schlitten 28 ist ein zweiter Vorschubantrieb II vorgesehen, der eine
Bewegung in Richtung einer Achse Z ermöglicht. Der Kopf 22 ist um eine Querachse B
schwenkbar, wozu ein dritter Vorschubantrieb III dient, der parallel zur Achse X
angeordnet ist. Man erkennt, daß nur durch Zusammenwirken zweier Linearantriebe in
Richtung der Achsen X und Z sowie durch eine Schwenkbewegung um die Querachse B
das Topfwerkzeug T mit seinem Umfangsteil U gegenüber dem (in Fig. 3 weggelassenen)
Werkstück auf der Halterung H steuerbar ist.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, die im allgemeinen Aufbau der CNC-
Werkzeugmaschine 10 von Fig. 3 entspricht. Zusätzlich ist jedoch ein weiterer Vorschub
antrieb IV vorhanden, der in bezug auf die Achse Z mittig angeordnet ist und nach
Umschaltung vom Drehantrieb der Werkstückspindel S deren Steuerung mittels einer
zusätzlichen Rundachse C ermöglicht.
Ein allgemeines Flußdiagramm des Arbeitsablaufes ist aus Fig. 5 ersichtlich. Man wählt
zunächst die Bearbeitungsart je nachdem, ob eine asphärische oder sphärische
Bearbeitungskontur K (Fig. 1) vorgegeben wird. Sodann folgt die Anwahl der
Geometrieart, die konvex, konkav oder plan sein kann. Die zugehörigen Geometrie-
Parameter wie Krümmungsradius, Außendurchmesser, Mittendicke der Linse usw. und die
Werkzeug- bzw. Bearbeitungs-Parameter wie wirksamer Durchmesser des Umfangsteils
U, sein Lippenradius, Vorhaltewinkel b, Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl des
Topfwerkzeugs werden anschließend eingegeben. Daraus wird in der Steuereinheit die
Werkzeugbahn berechnet, worauf die Bearbeitung der Linse entlang der
Bearbeitungskontur K erfolgt. Im Anschluß an diesen Arbeitsgang des Schleifens und/oder
Polierens wird die Oberfläche O abgetastet, was zur Gewinnung von Korrekturdaten
benutzt wird, die zu einer Berichtigung der Werkzeugbahn für eine Folgebearbeitung
benutzt werden können.
Die Grundstruktur einer geeigneten Vorrichtung ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die
CNC-Werkzeugmaschine 10 hat eine Bedientafel 40, vorzugsweise mit Bildschirm, sowie
einen Eingabe-/Ausgabeteil 50, der als Tastatur ausgebildet sein kann. Beide Einheiten
stehen mit einem Mikroprozessor-Rechner R in Verbindung, dem Meßsysteme M1 bis M4
zugeordnet sind. Letztere sind mit einer Steuereinheit E verbunden, welche die
Vorschubantriebe I bis III direkt beeinflußt. Ein Umschalt-Einrichtung oder Weiche 60
dient dazu, wahlweise nur den Drehantrieb 30 für die Werkstückspindel S oder den vierten
Vorschubantrieb IV für die Achse C zu steuern.
Zweckmäßig ist die Maschine 10 modular aufgebaut und mit (nicht gezeichneten)
hochdynamischen Servomotoren ausgestattet. Nicht dargestellte Interpolatoren sorgen
dafür, daß die Werkzeugführung nach Vorgabe der Bearbeitungskontur K in feinsten
Schritten - d. h. quasikontinuierlich - gesteuert werden kann und so die Herstellung
gebrauchsfähiger Asphären-Oberflächen gewährleistet. Dabei können
Ausgleichsbewegungen ebenso berücksichtigt werden wie eventuelle Polieraufmaße, die
bei extrem asphärischer Kontur vorgesehen werden können, um einen nichtlinearen
Materialabtrag zu kompensieren.
Man erkennt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen
CNC-Werkzeugmaschine die universelle Linsenbearbeitung mit asphärischen, aber auch
sphärischen Oberflächen vorteilhaft durchführbar ist. Die Anordnung eignet sich
insbesondere auch für die Kleinserien- oder Einzelfertigung.
Die zusätzliche C-Achse für die Werkstückspindel S gestattet außerdem eine Freiform-
Oberflächenbearbeitung nach grundsätzlich gleichem Verfahren. Auch hier ist ein
Servoantrieb und ein Rotationsmeßsystem für die gesteuerte Rundachse vorgesehen, so daß
nach Achsumschaltung bedarfsweise außermittige Flächenbearbeitungen ausgeführt
werden können. Sind diese nicht erforderlich, so geht die Weiche 60 auf reinen Drehantrieb
30 für die Werkstückspindel S über.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt; vielmehr
sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Man erkennt jedoch, daß bei einem Verfahren
zum Herstellen von asphärischen Oberflächen an Linsenrohlingen L namentlich aus Glas
erfindungsgemäß bevorzugt eine CNC-Werkzeugmaschine mit einem rotierend
zustellbaren Topfwerkzeug T zum Schleifen und/oder Polieren eines Werkstücks W in
einer Halterung H benutzt wird. Das Topfwerkzeug T wird entlang einer über eine
Steuereinheit E vorgegebenen Bearbeitungskontur K derart geführt, daß zwischen der
Längsachse A des Topfwerkzeugs T und der Tangente F in seinem Berührungspunkt P am
Werkstück W ein wählbarer Vorhaltewinkel β von z. B. 0° konstant eingehalten wird.
Zumindest ein Vorschubantrieb (z. B. I) wird in bezug auf einen anderen (z. B. II) um eine
Querachse B verschwenkt, vorzugsweise unter Interpolationssteuerung eines weiteren
Antriebs III, um das Topfwerkzeug T vom Rand des Werkstücks W zu seiner Mitte und
darüber hinweg entlang einer Meridianlinie zu führen. Ein zusätzlicher Vorschubantrieb w
ermöglicht die Steuerung der Werkstückhalterung H um eine mittige Achse C. Jeder Achse
X, Z, B, C ist ein Meßsystem M1, M2, M3, M4 zugeordnet, deren Meßwerte sowie
Abstastwerte der bearbeiteten Oberfläche in die Steuereinheit E einspeisbar und in einem
Mikroprozessor-Rechner R durch Vergleich des Oberflächen-Istverlaufs mit der
Bearbeitungskontur K zur Nachberechnung der Werkzeugbahn auswertbar sind. Die Ober
fläche des Linsenrohlings L ist auf eine sphärische Gestalt vorbearbeitbar, die der
vorgegebenen Bearbeitungskontur K weitestgehend angenähert ist.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden
Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher
Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den
verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
α Einstellwinkel
β Vorhaltewinkel
γ Tangentenwinkel
A Achse (von T)
A′ Außenachslinie
B Querachse
C mittige Achse
D Durchmesser (von U) E Steuereinheit
F Tangente
H Halterung
K Bearbeitungskontur
L Linsenrohling
M1, M2, M3, M4 Meßsysteme
N Normale (zu F)
O Oberfläche (von W)
P Berührungspunkt (T auf W)
R Mikroprozessor-Rechner
S (Rotations-)Spindel
T Topfwerkzeug
U Umfangsteil
V Werkzeugspindel
W Werkstück
X Achse
Z Achse
I, II, III, IV Vorschubantriebe
10 CNC-Werkzeugmaschine
12 Gestell
14 Tisch
16 Horizontalrahmen
18 Schlitten
20 Gehäuse
22 Kopf
24 Umlenkgetriebe
26 Vertikalrahmen
28 Schlitten
30 Drehantrieb (für H/W)
40 Bedientafel
50 Eingabe-/Ausgabe-Einheit
60 Umschalt-Einrichtung/Weiche
β Vorhaltewinkel
γ Tangentenwinkel
A Achse (von T)
A′ Außenachslinie
B Querachse
C mittige Achse
D Durchmesser (von U) E Steuereinheit
F Tangente
H Halterung
K Bearbeitungskontur
L Linsenrohling
M1, M2, M3, M4 Meßsysteme
N Normale (zu F)
O Oberfläche (von W)
P Berührungspunkt (T auf W)
R Mikroprozessor-Rechner
S (Rotations-)Spindel
T Topfwerkzeug
U Umfangsteil
V Werkzeugspindel
W Werkstück
X Achse
Z Achse
I, II, III, IV Vorschubantriebe
10 CNC-Werkzeugmaschine
12 Gestell
14 Tisch
16 Horizontalrahmen
18 Schlitten
20 Gehäuse
22 Kopf
24 Umlenkgetriebe
26 Vertikalrahmen
28 Schlitten
30 Drehantrieb (für H/W)
40 Bedientafel
50 Eingabe-/Ausgabe-Einheit
60 Umschalt-Einrichtung/Weiche
Claims (16)
1. Verfahren zum Herstellen von asphärischen Oberflächen an Linsenrohlingen (L),
namentlich aus Glas, unter Verwendung einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer
Steuereinheit (E) und einem rotierend zustellbaren Topfwerkzeug (T) zum Schlei
fen und/oder Polieren eines Werkstücks (W) in einer Halterung (H), die entlang
einer Vorschubachse (Z) in eine Bearbeitungsposition bewegbar ist, wobei die
Achsen (A bzw. Z) von Topfwerkzeug (T) und Halterung (H) einen Winkel
zueinander einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß das Topfwerkzeug
(T) am Linsenrohling (L) entlang einer über die Steuereinheit (E) vorgegebenen
Bearbeitungskontur (K) derart geführt wird, daß zwischen der Längsachse (A) des
Topfwerkzeugs (T) und der Tangente (F) in seinem Berührungspunkt (P) am
Werkstück (W) ein wählbarer Vorhaltewinkel (β) konstant eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhalte
winkel (β) 0° beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Topfwerkzeug (T) und die Halterung
(H) durch Vorschubantriebe (I, II) entlang Achsen (X, Z) linearbewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß man zum Herstellen von Asphären und
Sphären verschiedenster Gestalt unter Interpolationssteuerung zumindest einen
Vorschubantrieb (z. B. I) in bezug auf einen anderen (z. B. II) um eine Querachse
(B) verschwenkt, vorzugsweise mittels eines weiteren Antriebs (III).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Topfwerkzeug (T) vom Rand des Werkstücks (W) zu seiner Mitte und
darüber hinweg geführt wird, insbesondere entlang einer Meridianlinie.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Oberfläche des Linsenrohlings (L) durch Vorbearbeitung auf eine
sphärische Gestalt bringt, die der vorgegebenen Bearbeitungskontur (K) weitest
gehend angenähert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bearbeitungsparameter (K) in einen Mikroprozessor-Rechner (R)
eingegeben werden, z. B. über eine Tastatur unter Bildschirm-Kontrolle oder über
eine Schnittstelle, worauf in der Steuereinheit (E) die Werkzeugbahn-Daten
berechnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbei
tungskontur (K) anhand der Linsen-Geometrie für das Werkstück (W) in Mikro
schritten definiert wird und daß die zugehörigen Parameter für die Momentan-
Bewegungssteuerung von Topfwerkzeug (T) und Halterung (H) programmiert
werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß während oder nach der Bearbeitung des Werkstücks (W) Abtastwerte seiner
Oberfläche gewonnen und bei Folgebearbeitung durch geänderte Bahnführung des
Topfwerkzeugs (T) in der Steuereinheit (E) berücksichtigt werden.
9. Vorrichtung zum Herstellen von asphärischen Oberflächen an Linsenrohlingen (L)
mittels einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer Steuereinheit (E), mit einem durch
einen ersten Vorschubantrieb (I) lageveränderlichen, rotierend angetriebenen
Topfwerkzeug (T) und mit einer Werkstückhalterung (H), die mit einem zweiten
Vorschubantrieb (II) in eine Bearbeitungsposition bewegbar ist, wobei die Achsen
(A bzw. Z) von Werkzeug (T) und Halterung (H) in einem Winkel zueinander
stehen, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Topfwerkzeug (T) und
der Halterung (H) eine Relativschwenkung um eine Querachse (B) ausführbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Topf
werkzeug (T) in festem Abstand zu der Querachse (B) angeordnet und mittels eines
dritten Vorschubantriebs (III) verschwenkbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
dritte Vorschubantrieb (III) parallel zu der Vorschubrichtung des ersten Antriebs (I)
angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Topfwerkzeug (T) entlang einer Meridianlinie des Werkstücks (W) von dessen
Rand bis über die Mitte hinaus bewegbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzlicher Vorschubantrieb (IV) für eine in bezug auf die Werkstück
halterung (H) mittige Achse (C) vorhanden ist, insbesondere in räumlicher Nähe zu
dem zweiten Vorschubantrieb (II).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Umschalt-Einrichtung (60) zum Übergang des Halterungs-Betriebs von reiner
Drehbewegung auf gesteuerten Rundachsen-Betrieb und umgekehrt vorhanden ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Achse (X, Z, B, C) ein Meßsystem (M1, M2, M3, M4) zugeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwerte der Meßsysteme (M1, M2, M3, M4) sowie Abtastwerte der bearbeiteten
Oberfläche in die Steuereinheit (E) einspeisbar und in einem Mikroprozessor-
Rechner (R) durch Vergleich des Oberflächen-Istverlaufs mit der Bearbeitungs
kontur (K) zur Korrektur der Werkzeugbahn auswertbar sind.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4412370A DE4412370A1 (de) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen asphärischer Linsenoberflächen |
EP94117272A EP0685298B2 (de) | 1994-04-12 | 1994-11-02 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen asphärischer Linsenoberflächen |
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