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Die vorliegende Erfindung betrifft
generell ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Fläche eines
optischen Gegenstands aus transparentem thermoplastischen Material.
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Klassischerweise werden die Hauptflächen eines
optischen Gegenstands einer Oberflächenbehandlung unterzogen.
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Die Oberflächenbehandlung eines optischen
Gegenstands umfasst die Gesamtheit der Verfahrensschritte, die zur
Realisierung eines optischen Gegenstands, wie einem Glas führen, dessen
Oberflächen
perfekt poliert sind und die gewünschten
Krümmungen
(Stärken)
aufweisen.
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Typischerweise umfaßt die Oberflächenbehandlung
drei aufeinanderfolgende Schritte, nämlich die Rohbearbeitung, das
Glätten
und das Polieren.
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Die Rohbearbeitung ist ein mechanischer
Bearbeitungsschritt, der mit Hilfe eines grobkörnigen Diamantwerkzeuges oder
eines Messerkopfs die Herstellung einer Krümmung einer Fläche eines
optischen Gegenstands, wie eines Glases oder einer Linse, zum Gegenstand
hat.
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Das Glätten ist ebenfalls ein mechanischer
Bearbeitungsschritt, der nach der Rohlingsbearbeitung mit Hilfe
eines feinkörnigen
Diamantwerkzeuges oder mit Schmirgel (entweder Papier oder Karborund)
ausgeführt wird.
Die Oberfläche
eines optischen Gegenstands weist nach einem derartigen Glätten ein
seidenartiges Aussehen auf.
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Der letzte Verfahrensschritt der
Oberflächenbehandlung,
der zu einer perfekt polierten und transparenten Oberfläche führt, wird
Polieren genannt und besteht abermals aus einem mechanischen Bearbeitungsschritt
mit Hilfe von Filzscheiben, die mit einer Lösung eines feinen Schleifmittels
in Kontakt sind.
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Die Rohlingsbearbeitung, die, wie
oben angedeutet, zum Hauptziel hat, wenigstens einer Hauptfläche des
optischen Gegenstands, wie eines Glases oder einer Linse, eine gewünschte Krümmung zu
verleihen, ist ein Schritt von kurzer Dauer, der einen undurchsichtigen
bzw. opaken optischen Gegenstand zum Ergebnis hat, dessen roh bearbeitete
Oberfläche
Welligkeiten, Fehler von großer
Amplitude und geringer Frequenz, im Allgemeinen in der Form eines
Spiralmotivs, mit denen sich eine Rauhigkeit, bestehend aus Fehlern
mit geringer Amplitude und höherer
Frequenz, überlagert,
aufweist.
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Das Glätten ändert weiterhin die Geometrie
der behandelten Fläche
des optischen Gegenstands, hat aber im Wesentlichen so gut wie möglich die
Beseitigung der Welligkeiten zum Gegenstand.
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Dieser mechanische Bearbeitungsschritt
führt zu
einem durchscheinenden (aber noch nicht transparenten) optischen
Gegenstand, dessen geglättete
Fläche
immer noch eine hohe Rauhigkeit umfaßt.
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Schließlich eliminiert das Polieren,
ein relativ langer mechanischer Bearbeitungsschritt, der die Geometrie
der behandelten Fläche
des Gegenstands nicht verändert,
so gut wie möglich
die verbleibende Rauhigkeit, um schließlich einen transparenten optischen
Gegenstand zu erhalten.
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Obwohl eine ausschließlich mechanische
Oberflächenbehandlung,
wie oben beschrieben, es erlaubt, akzeptable optische Gegenstände, sowohl
aus Mineralglas als auch aus organischem Glas, zu erhalten, weist sie
verschiedene Nachteile auf.
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Zuerst ist das Verfahren lang, insbesondere
aufgrund des Polierschritts. Die Praxis hat auch gezeigt, dass es
schwierig ist, Welligkeiten mit großer Amplitude und niedriger
Frequenz zu eliminieren. Schließlich sind
die mechanischen Glättungs-
und Polierschritte Schritte, die eine große Werkzeugausrüstung erfordern und
daher relativ kostspielig sind.
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Das französische Patent Nr. 2 439 072
beschreibt ein Oberflächenpolierverfahren
von Kunststoffen, zum Beispiel von Polykarbonat, durch Zerstäuben eines
Lösungsmitteldampfes
an der zu polierenden Oberfläche.
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Das Patent US-3 933 518 beschreibt
ein Verfahren zur Wiederverflüssigung
von Oberflächen
von thermoplastischen Materialien durch Behandlung mit Lösungsmitteldämpfen, um
Mängel
zu beseitigen.
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Das Patent US-4 376 751 beschreibt
ein Verfahren zum Produzieren einer glatten Oberfläche eines Gegenstandes
aus thermoplastischem Material, das daraus besteht, den Gegenstand
in ein wenigstens ein Lösungsmittel
für das
thermoplastische Material und ein Nicht-Lösungsmittel
des thermoplastischen Materials enthaltendes Bad einzutauchen.
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Das Dokument DE-A-2 658 482 beschreibt
ein Verfahren zum Erlangen von sehr brillanten Oberflächen von
Polykarbonat, bei dem Abschnitte des Polykarbonats mit einem Dampf,
der Azeton, Dichlormethan oder Chloroform und ein inertes Lösungsmittel
enthält,
behandelt werden.
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Die vorliegende Erfindung hat somit
ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung
einer Fläche
eines optischen Gegenstands aus thermoplastischem Material zum Gegenstand,
das einfach einzusetzen und schnell ist und es erlaubt, wenigstens
die Rauhigkeit der Oberfläche
ohne Verformung der Geometrie der behandelten Fläche des optischen Gegenstands
zu beseitigen.
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Es wurde jetzt herausgefunden, dass
es möglich
ist, einen optischen Gegenstand aus transparentem thermoplastischen
Material an der Oberfläche
zu behandeln bzw. oberflächenzubehandeln
durch Ersetzen wenigstens eines der mechanischen Glättungs-
und Polierschritte durch einen Glättungs- und/oder Polierschritt durch
Anlösen
mittels eines Lösungsmittels
oder einer Mischung aus Lösungsmitteln.
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Gemäß der Erfindung umfaßt das Verfahren
zur Oberflächenbehandlung
zumindest einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstandes aus transparentem thermoplastischen Material
einen Rohlingsbearbeitungsschritt, einen Glättungsschritt und einen Polierschritt
und kennzeichnet sich durch die Tatsache, dass der Glättungs-
und/oder Polierschritt in einem Anlösen der Fläche mit einem Lösungsmittel
oder einer Mischung an organischen Lösungsmitteln des transparenten
thermoplastischen Materials des optischen Gegenstandes besteht.
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Vorzugsweise ist der Anlöseschritt
der Polierschritt des Verfahrens zur Oberflächenbehandlung, das heißt der Schritt
zur Beseitigung der Rauhigkeit der Fläche des Gegenstandes.
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Im Allgemeinen kennzeichnet sich
die Rauhigkeit der Fläche
des Gegenstandes nach der Rohlingsbearbeitung durch einen Mittelwert
Ra der Abweichungen des Rauhigkeitsprofils bezogen auf die Mittellinie von
0,1 bis 0,9 μm
typischerweise von 0,2 bis 0,5 μm.
Der Polierschritt durch Anlösen
gemäß der Erfindung erlaubt
es, den Wert von Ra um einen Faktor 5 oder mehr zu verkleinern.
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Der Anlöseschritt des Verfahrens zur
Oberflächenbehandlung
gemäß der Erfindung
kann auf mehrere Arten durchgeführt
werden.
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In einer ersten Ausführung kann
das Anlösen
der Fläche
des Gegenstands durchgeführt
werden, indem die Fläche
des Gegenstands einer Dampfphase eines Lösungsmittels oder einer Mischung
von Lösungsmitteln
des thermoplastischen Materials des Gegenstandes ausgesetzt wird.
Die Dampfphase des Lösungsmittels
oder der Mischung an Lösungsmitteln
kann durch Erhitzen des Lösungsmittels
erhalten werden und selbst auf einer höheren Temperatur als die Umgebungstemperatur
sein oder auch ohne Erhitzen durch Dampfsättigung des Lösungsmittels
oder der Mischung an Lösungsmitteln,
so dass die Dampfphase also auf Umgebungstemperatur ist. Für diesen
Anlöseschritt
mit einem Lösungsmittel
oder einer Mischung an Lösungsmitteln
in Dampfphase, und im Warmen wird empfohlen, eine relativ kurze
Behandlungszeit, im Allgemeinen 5 Minuten oder weniger, zu benutzen,
um eine Verformung der behandelten Fläche des Gegenstands zu verhindern.
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Während
dieses Anlösens
in heißer
Dampfphase kann der optische Gegenstand selber auf eine über der
Umgebungstemperatur liegende Temperatur erhitzt werden, aber im
allgemeinen unterhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels oder der Mischung
an Lösungsmitteln.
Auf diese Weise wird ein zu starkes Kondensieren des Dampfes auf
der Fläche
während
des Anlösens
verhindert.
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In allgemeiner Weise und unabhängig von
der Art des Anlösens
muss das Anlösen
relativ kurz, und generell 5 Minuten oder weniger, sein. Es wurde
festgestellt, dass insbesondere für einen Gegenstand aus Polykarbonat
ein verlängertes
Anlösen
mit einer Tendenz der Rauhigkeit, erneut anzusteigen, einhergeht.
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Das Anlösen mit einem Lösungsmittel
oder einer Mischung an Lösungsmitteln
in Dampfphase bei Raumtemperatur, so wie durch Dampfsättigung
des Lösungsmittels,
erlaubt dagegen längere
Behandlungszeiten.
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In einer zweiten Ausführung des
Anlöseschritts
wird der optische Gegenstand aus thermoplastischem Material in das
Lösungsmittel
oder die Mischung an Lösungsmitteln
in flüssigem
Zustand getaucht.
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In einer dritten, bevorzugten Ausführung des
Anlöseschritts
gemäß der Erfindung
geschieht die Berührung
des Lösungsmittels
oder der Mischung an Lösungsmitteln
mit der Fläche
des optischen Gegenstands durch Zentrifugation, zum Beispiel durch
Aufbringen einer geeigneten Menge von Lösungsmitteln oder Mischung
an Lösungsmitteln
auf der zu behandelnden Fläche
eines optischen Gegenstandes, der mittels einer geeigneten Einrichtung
in Drehung versetzt wird. Diese Ausführungsform des Verfahrens der
Erfindung weist die Vorteile auf, sehr schnell (einige 10 Sekunden
und im allgemeinen ungefähr
10 Sekunden) und einfach zu sein und eine Automatisierung der Behandlung
zu gestatten.
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In dieser Ausführungsform mit einer Anlösezentrifuge
kann das Lösungsmittel
oder die Mischung an Lösungsmitteln
zu Beginn in der Mitte der zu behandelnden Fläche des Gegenstandes aufgebracht
werden, um durch Zentrifugation auf die Gesamtheit der Fläche verteilt
zu werden. Jedoch wird das Lösungsmittel
oder die Mischung an Lösungsmitteln
vorzugsweise radial gefällt
bezüglich
der zu behandelnden Fläche
des Gegenstands, wenn der Gegenstand durch die Zentrifugationseinrichtung
in Drehung versetzt ist.
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Genauer besteht die radiale Fällung, während der
Gegenstand sich dreht, darin, das Lösungsmittel oder die Mischung
an Lösungsmitteln
entlang eines Radius mit bezüglich
der Rotationsachse zu fällen.
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Obwohl man die radiale Fällung des
Lösungsmittels
oder der Mischung an Lösungsmitteln
entweder ausgehend von der Mitte oder ausgehend von der Peripherie
des Gegenstandes ausführen
könnte,
wird eine radiale Fällung
vom Mittelpunkt zur Peripherie des Gegenstands für eine bessere Gleichmäßigkeit
des Anlösens
bevorzugt.
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Selbstverständlich ist es möglich, die
verschiedenen Ausführungsformen
des Einsatzes des Anlöseschritts
des Verfahrens der Erfindung zu kombinieren. Insbesondere kann man
einen Anlöseschritt
durch Zentrifugation mit einem Anlöseschritt in Dampfphase kombinieren.
In diesem Fall ist es bevorzugt, einen ersten Anlöseschritt
in Dampfphase durchzuführen
und diesem ein Anlösen
durch Zentrifugation nachfolgen zu lassen.
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Das Verfahren zur Oberflächenbehandlung
der Erfindung kann auf jeden ophthalmischen Gegenstand aus transparentem
thermoplastischen Material, das klassischerweise in dem betrachteten
Anwendungsgebiet benutzt wird, angewendet werden.
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Unter diesen thermoplastischen Materialien
können
die Polykarbonate, die Poly(meth)akrylate, die Polythio(meth)akrylate
und deren Mischungen genannt werden. Die bevorzugten thermoplastischen
Materialien sind die Polykarbonate, zum Beispiel das Polykarbonat
von Bisphenol-A.
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Das Lösungsmittel oder die Mischung
an Lösungsmitteln,
welche dem Verfahren der Erfindung genügen, kann jedes Lösungsmittel
oder Mischung an Lösungsmitteln
des zu behandelnden thermoplastischen Materials sein.
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Unter den bevorzugten Lösungsmitteln,
insbesondere für
optische Gegenstände
aus Polykarbonat, können
Dichlormethan (CH2, Cl2),
Trichlormethan (CHCl3), Dichlorethane, wie
1,2-Dichlorethan,
Azeton, Methylethylketon, Tetrahydrofuran (THF), Dioxan und deren
Mischungen genannt werden.
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Das Lösungsmittel oder die Mischung
an Lösungsmitteln
des zu behandelnden thermoplastischen Materials kann in einer begrenzten
Proportion bis zu 20 % des Gewichts, vorzugsweise bis zu 15 % des
Gewichts, eines organischen Verdünners,
der kein Lösungsmittel
des zu be handelden thermoplastischen Materials ist, enthalten. Beispielsweise
kann Diacetat von Ethylenglykol als solch ein organischer Verdünner genannt
werden.
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Vorzugsweise ist das Lösungsmittel
oder die Mischung an Lösungsmitteln
während
des Anlöseschritts pur,
das heißt
es oder sie enthält
nichts weiter als das oder die Lösungsmittel,
und während
des Anlösens
der Fläche
des Gegenstands, insbesondere aus Polykarbonat, wird nur das thermoplastische
Material des Gegenstands in diesem Lösungsmittel oder diesen Löungsmitteln
aufgelöst.
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Im Allgemeinen ist das Lösungsmittel
oder sind die Lösungsmittel
am Ende des Anlöseschritts
gemäß der Erfindung
verdampft, so dass am Ende dieses Schritts ein endgültiger oder
für eine
nachfolgende Behandlung fertiger Gegenstand bereitsteht, ohne dass
es notwendig ist, einen zusätzlichen
Schritt zur Beseitigung des Lösungsmittels
oder der Lösungsmittel
einzusetzen.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung
wird durch die folgenden Beispiele und die beigefügten Figuren
verdeutlicht, die jeweils darstellen:
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1 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat, der nur einer klassischen
mechanischen Rohlingsbearbeitung unterzogen wurde, darstellt;
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2 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche eines
optischen Gegenstands der 1 nach
einem Anlöseschritt
gemäß der Erfindung
durch Zentrifugation mit Dichlormethan als Anlöselösungsmittel darstellt;
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3 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat, der nur einer klassischen
mechanischen Rohlingsbearbeitung unterzogen wurde, darstellt;
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4 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands der 3 nach
einem Anlöseschritt
gemäß der Erfindung
durch Zentrifugation mit 1,2-Dichloromethan als Anlöselösungsmittel
darstellt;
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5 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat, der nur einer klassischen
mechanischen Rohlingsbearbeitung unterzogen wurde, darstellt;
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6 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche des
optischen Gegenstands der 7 nach
Anlösen
gemäß der Erfindung
durch Zentrifugation mit THF als Anlöselösungsmittel darstellt;
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7 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat, der einem klassischen Rohlingsbearbeitungsschritt
und einem klassischen Glättungsschritt
unterzogen wurde, darstellt;
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8 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche des
optischen Gegenstands der 7 nach
einem Anlösen
gemäß der Erfindung
durch Zentrifugation mit Dichlormethan als Lösungsmittel darstellt;
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9 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat nach mechanischer Rohlingsbearbeitung
und Glättung
darstellt;
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10 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche des
Gegenstands von 9 nach
einem Anlöseschritt
gemäß der Erfindung
durch Zentrifugation mit 1,2-Dichlormethan als Anlöselösungsmittel
darstellt;
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11 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
Gegenstands aus Polykarbon nach klassischer mechanischer Rohlingsbearbeitung
und Glättung
darstellt;
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12 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Fläche des
Gegenstands der 11 nach
einem Anlöseschritt
gemäß der Erfindung
durch Zentrifugation mit THF als Lösungsmittel darstellt;
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13 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat nach einer einfachen klassischen
mechanischen Rohlingsbearbeitung darstellt;
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14 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche des
Gegenstands der 13 nach
einem Anlöseschritt
in Dampfphase gemäß der Erfindung
von einer Dauer von 1 Minute 30 Sekunden mit Dichlormethan als Lösungsmittel
darstellt;
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15 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat nach einem einfachen klassischen
mechanischen Rohlingsbearbeitungsschritt darstellt;
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16 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche des
Gegenstands der 15 nach
einem Anlöseschritt
in Dampfphase gemäß der Erfindung
von einer Dauer von fünf
Minuten und mit Dichloromethan als Lösungsmittel darstellt;
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17 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat nach einem einfachen klassischen
mechanischen Rohlingsbearbeitungsschritt darstellt;
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18 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche des
optischen Gegenstands der 17 nach
einem Anlöseschritt
in Dampfphase von zehn Minuten darstellt;
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19 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat nach klassischer mechanischer
Rohlingsbearbeitung und Glättung
darstellt;
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20 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche des
Gegenstands der 19 nach
einem Anlöseschritt
in Dampfphase von 1 Minute 30 Sekunden mit Dichlormethan als Lösungsmittel
darstellt;
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21 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit einer Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat nach klassischer Rohlingsbearbeitung
darstellt;
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22 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche des
Gegenstands der 20 nach
einem Anlöseschritts
in Dampfphase im Warmen von 1 Minute 30 Sekunden mit einer Mischung
50/50 von Chloroform/1,2-Dichlormethan, gefolgt von einem Anlöseschritt
durch Zentrifugation mit Dichlormethan, darstellt;
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23 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit der Hauptfläche eines
optischen Gegenstands aus Polykarbonat darstellt; und
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24 eine
Grafik, die das Profil der Welligkeit und der Rauhigkeit des optischen
Gegenstands der 23 nach
einem Anlösen
in Dampfphase im Warmen gemäß der Erfindung
mit einer Mischung 50/50 von 1,2-Dichlorethan/Dichloromethan als
Lösungsmittel
darstellt.
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In der vorliegenden Beschreibung
und insbesondere in den folgenden Beispielen bedeuten die Begriffe
und Ausdrücke:
- – Rauhigkeit:
Mängel
geringer Amplitude und höherer
Frequenz, die an der Oberfläche
des optischen Gegenstands nach Rohlingsbearbeitung erscheinen. Diese
Mängel
sind im all-gemeinen
durch einen Wert Ra gekennzeichnet, den Mittelwert der Abweichungen
des Profils der Mängel
bezüglich
der Mittelwertlinie von 0,1 bis 0,9 μm, typischerweise 0,2 bis 0,5 μm.
- – Welligkeiten:
Mängel
starker Amplitude und geringer Frequenz, die auf der Oberfläche des
optischen Gegenstands nach Rohlingsbearbeitung erscheinen und mit
denen sich die Rauhigkeit überlagert.
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Die optischen Gegenstände aus
Polykarbonat, die in den nachfolgenden Beispielen benutzt werden, sind
Scheiben (halbvollendet) aus Polykarbonat, die von der Gesellschaft
GENTEX vermarktet werden, mit 80 mm Durchmesser und 10 bis 20 mm
Dicke.
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Die klassische mechanische Rohlingsbearbeitung
einer Hauptfläche
des Gegenstands umfaßt
die Bearbeitung der Scheibe mit einem Messerkopf, um zwischen 4
bis 15 mm des Materials des Gegenstands wegzunehmen und eine sphärisch oder
torische Form zu erzeugen. Die Rohlingsbearbeitung dauert zwischen
20 Sekunden und 1 Minute, je nach gewünschtem Oberflächenzustand.
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Die klassische mechanische Glättung einer
Hauptfläche
des Gegenstands umfasst die Bearbeitung der rohlingsbearbeiteten
Fläche
des Gegenstands mit Hilfe eines Oberflächenbearbeitungsgeräts ORMAREX oder
LOH mit Formwerkzeug, auf das ein Schleifkissen aus Siliziumkarbid
geklebt ist. Die Schleifzeit beträgt 2 Minuten 30 Sekunden je
Gegenstand.
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Die Grafiken der Profile der Rauhigkeit
und der Form wurden mittels einer FTS Vorrichtung der Gesellschaft
RANK-TAYLOR-HOBSON erstellt. Profilometer und Rauhtiefenmesser durch
Laserinterferometrie.
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Prinzip
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Das FTS misst auf nicht destruktive
Weise die geometrischen Eigenschaften eines Schnitts der Oberfläche von
Gläsern
in poliertem oder nicht poliertem Zustand.
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Diese Messung der Oberfläche findet
in einer gewählten
Schnittebene statt. Man erhält
somit ein Profil in zwei Dimensionen, das durch seine Gleichung
dargestellt wird: Z = f(x).
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Das FTS wird daher hauptsächlich bei
Rotationsglösern
verwendet.
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Aus diesem Profil können Eigenschaften
der Form, Welligkeit und Rauhigkeit entnommen werden.
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Diese Messungen können zur Kontrolle des Oberflächenzustands
in jedem Produktionsstadium des Glases (Bearbeiten, Glätten, Polieren)
benutzt werden.
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Methode
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Der Fahrstift bewegt sich über die
Oberfläche
des Teils in seiner Profilabtastebene.
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Der Fahrstift ist eine diamantbesetzte
Spitze mit einem Radius von 2 μm.
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Er nimmt die Höhen Z der Oberfläche als
Funktion der Strecke x auf. Man erhält die Kurve Z = f(x).
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Das Profil bezieht sich auf eine
ideale Kugel, das heißt
eine Kugel, bei der die Abweichungen des Profils bezüglich dieser
Kugel minimal sind.
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Dieser Kurve werden die Eigenschaften
der Formabweichung, bezogen auf geometrische Elemente, entnommen.
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Auch die Welligkeits- und Rauhigkeitseigenschaften
des Profils können
erhalten werden.
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Alle Ergebnisse werden computergestützt berechnet,
wobei die Parameter und Filter mit internationalen Normen konform
sind, einschließlich
der Eigenschaften des Gaußfilters
und der Wahl der benutzten Bandbreite für die Datenauswertung.
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Einige Definitionen
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- Filter: Er beseitigt aus dem Profilsignal die Komponenten,
deren Wellenlänge
länger
ist. Ein solcher Filter erhält den
Namen „Tiefpass".
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Bemerkungen
zu den Grafiken
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Rauhigkeitsgrafiken
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Die Messung wird über 10 mm mit dem Rauhigkeitstaststift
(diamantbesetzte Spitze mit 2 μm
Radius) durchgeführt
und beginnt in einer Entfernung von 10 mm von der Mitte.
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Die bezifferten Ergebnisse (z. B.:
Ra 0,02 μm)
entsprechen einer Rauhigkeitsmessung, die mit einem Gaußfilter
und einer Cut-Off-Länge
von 0,08 μm
durchgeführt
wurde. Dies entspricht einer Filterung des Welligkeitsfehlers. Es
verbleibt somit nur der Rauhigkeitsfehler. Eine dieser Messung entsprechende
Grafik wäre eine
Gerade, da die Welligkeiten der Oberfläche gefiltert sind.
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Die der vorliegenden Beschreibung
beigefügten
Grafiken entsprechen einer Wiederaufbereitung der vorangegangenen
Messung, ohne dass irgendein Filter benutzt wird. Somit können die
Rauhigkeit- und Welligkeitsfehler visualisiert werden.
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Anlösen durch
Zentrifugation
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Die zu behandelnde Fläche von
jedem Gegenstand wird vor der Behandlung auf Rauhigkeit und eventuell
auf Form hin gemessen.
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Die Fläche des zu behandelnden Gegenstands
wird vorab mit Isopropanol behandelt (manuelles Reiben), um verbleibenden
Staub von der Fläche
zu entfernen.
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Der Gegenstand wird sodann an der
Achse der Zentrifugationsvorrichtung plaziert, wo er durch Unterdruck
festgehalten wird.
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Sobald der Gegenstand eine Drehgeschwindigkeit
von 4000 U/min erreicht hat, wird das Lösungsmittel auf dynamische
Weise auf der Fläche
des Gegenstands mittels einer schnellen Bewegung von der Mitte zur
Peripherie (C nach B) gefällt,
in einer die Gesamtheit der Fläche
abdeckenden Weise. Die Fällung
des Lösungsmittels
geschieht in ungefähr
1 Sekunde. Diese dynamische Verteilung (radiale Fällung) gestattet
eine homogene Verteilung des Lösungsmittels
auf der Fläche
des Gegenstands.
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Nach dem Ausbringen des Lösungsmittels
lässt man
den Gegenstand während
einer Zeit von ungefähr
9 Sekunden bei einer Geschwindigkeit von 4000 U/min drehen, was
eine Gesamtanlösezeit
von ungefähr 10
Sekunden ausmacht. Während
der letzten 9 Sekunden wird das auf der Fläche überschüssige Lösungsmittel abgeworfen. Lösungsmittel,
das in das Polykarbonatgitter eingedrungen ist, verdampft.
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Die Drehung wird daraufhin angehalten
(ungefähr
3 Sekunden werden für
einen vollständigen
Halt benötigt)
und der Gegenstand wird entnommen.
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In diesem Stadium ist die behandelte
Fläche
des Gegenstands trocken und der Gegenstand kann gehandhabt werden.
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Die Fläche des Gegenstands wird dann
visuell untersucht auf Reflektion unter fluoreszierender Beleuchtung
vor schwarzem Hintergrund und eventuell mit einer Bogenlampe.
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Die Rauhigkeit der Oberfläche und
eventuell seine Form werden mit Hilfe des gleichen Instruments gemessen.
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Anlösen durch
Sättigung
in Lösungsmitteldampf
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Die zu behandelnde Fläche von
jedem Gegenstand wird vor der Behandlung auf Rauhigkeit und eventuell
auf Form hin gemessen.
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Die benutzte Ausrüstung umfasst einen luftdichten
Glaskolben. Dieser Kolben setzt sich aus zwei Teilen zusammen: einem
Behälter
und einem mittels silikonisiertem Fett gehaltenen Deckel.
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In mittlerer Höhe des Behälters des Kolbens befindet
sich ein metallischer Rost, der auf der Wand des Behälters ruht.
Dieser Rost ist mit kleinen, gleichmäßig verteilten Löchern versehen.
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Das Lösungsmittel wird in den Behälter unter
dem Rost gebracht. Die Höhe
des Lösungsmittels
ist ungefähr
5 cm. Das Lösungsmittel
wird magnetisch gerührt,
um eine homogene Dampfverteilung zu erhalten. Nach ungefähr 10 Minuten
ist der Kolben mit Dampf gesättigt.
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Sobald der Kolben mit Lösungsmitteldampf
gesättigt
ist, wird der Gegenstand auf dem Rost mit der zu behandelnden Fläche nach
unten (konvexe Seite nach oben, bezogen auf den Kol-ben, konkave Seite
nach unten, im Falle eines Glases, dessen hintere Fläche oberflächenbehandelt
wird) plaziert.
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Der Kolben wird geschlossen. Das
Lösungsmittel
wird langsam gerührt,
um jegliche direkte Projektion auf den Gegenstand zu vermeiden.
Die Kontaktzeit Gegenstand/Dampf wird vom Moment des Schließens des Kolbens
an gemessen. Die Kontaktzeit kann variabel sein, je nach gewünschtem
Endzustand der Oberfläche.
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Sobald die Kontaktzeit abgelaufen
ist, wird der Kolben geöffnet
und der Gegenstand entnommen. Der Gegenstand verbleibt einige Minuten
an freier Luft, um restliches Lösungsmittel
langsam verdampfen zu lassen. Der Gegenstand kann dann gehandhabt
werden.
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Die behandelten Flächen des
Gegenstands werden dann auf Rauhigkeit und eventuell auf Form hin gemessen.
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Anlösen in heißer Dampfphase
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Die zu behandelnde Fläche von
jedem Gegenstand wird vor der Behandlung auf Rauhigkeit und eventuell
auf Form hin gemessen. Das für
die Messung benutzte Instrument ist ein Formtaststift, der über die
Oberfläche
bewegt wird. Die Grafik nach Abschluss der Analyse gibt eine topografische
Auswertung der Ursprungsoberfläche.
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Alle Gegenstände werden vor der Behandlung
mit Dampf in eine Kammer bei 60°C
(während
ungefähr 15
Minuten) gebracht. Dies verhindert ein zu starkes Kondensieren des
Dampfes auf der Oberfläche,
wenn der Gegenstand im Kolben plaziert wird.
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Die benutzte Ausrüstung besteht aus einem luftdichten
Glaskolben.
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Dieser Kolben ist aus zwei Teilen
zusammengesetzt: ein Behälter
und ein Deckel, die durch silikonisiertes Fett zusammengehalten
werden.
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Auf mittlerer Höhe des Behälters dieses Kolbens befindet
sich ein metallischer Rost, der auf den Wänden des Behälters ruht.
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Dieser Rost ist mit kleinen, regelmäßig verteilten
Löchern
versehen.
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Das Lösungsmittel wird im Behälter und
unter dem Rost plaziert. Eine Höhe
des Lösungsmittels
von ungefähr
5 cm ist ausreichend.
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Das Lösungsmittel wird magnetisch
gerührt
und bis zum Rücklauf
mit Hilfe einer thermischen Pistole geheizt. Sobald der Rückfluss
ausreichend groß ist,
wird die Erwärmung
gestoppt.
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Der Kolben ist zur Aufnahme der Probe
bereit.
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Sobald guter Rückfluss des Lösungsmittels
installiert ist, wird der zu polierende Gegenstand auf dem Rost
plaziert. Es wurde bemerkt, dass der Polierprozess homogener ist,
wenn der Gegenstand mit der konvexen Fläche nach unten und der konkaven
Fläche
nach oben plaziert wird. Die zu polierende Fläche ist somit nicht mehr direkt
in Kontakt mit den aufsteigenden Dämpfen.
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Diese Positionierung erlaubt eine
praktischere Handhabung der Probe und ist weniger verformend für die zu
polierende Oberfläche.
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Der Kolben wird geschlossen. Das
Lösungsmittel
wird langsam gerührt,
um jegliche direkte Projektion bzw. jegliches direktes Spritzen
auf den Gegenstand zu vermeiden.
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Die Kontaktzeit Substrat/Dämpfe wird
von dem Moment an, in dem der Kolben verschlossen wird, gemessen.
Diese Kontaktzeit kann variabel sein, je nach gewünschtem
endgültigen
Zustand der Oberfläche.
(Wenn
die Dämpfe
heiß sind,
wird der Polierprozess der Oberfläche beschleunigt. Die Kontaktzeiten
sind somit kürzer,
als wenn der Gegenstand mit kalten Dämpfen behandelt wird.)
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Somit ist die Kontaktdauer mit dem
heißen
Lösungsmittel
zwischen 30 und 90 Sekunden für
eine rohbearbeitete Fläche,
und von 10 Sekunden bis 60 Sekunden für eine geglättete Oberfläche.
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Sobald die Kontaktzeit abgelaufen
ist, wird der Kolben geöffnet
und der Gegenstand entnommen. Dieser wird einige Minuten an freier
Luft auf einem Labortisch plaziert, auf eine Weise, dass das im
Gitter gefangene Lösungsmittel
langsam verdampfen kann. Der Gegenstand kann anschließend gehandhabt
werden.
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Die Fläche des Gegenstands nach Behandlung
kann in Reflektion unter fluoreszierender Beleuchtung vor schwarzem
Hintergrund beobachtet werden.
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Im Falle von transparenten Oberflächen können die
Gegenstände
mit einer Bogenlampe beobachtet werden.
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Jeder behandelte Gegenstand wird
auf Rauhigkeit und eventuell auf Form hin gemessen, mit Hilfe des gleichen
Messinstruments wie vor der Behandlung.
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Der Effekt der Dämpfe und der variablen Kontaktzeiten
kann durch eine vergleichende Analyse der FTS Grafiken vor und nach
der Behandlung charakterisiert werden.
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Die heißen Dämpfe kondensieren auf der Oberfläche umgehend
in dem Augenblick, in dem der Gegenstand im Kolben plaziert wird.
Es bildet sich ein Lösungsmittelfilm,
der direkten Kontakt mit der zu polierenden Oberfläche hat.
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Dieses Verfahren, wie zuvor mit den
kalten Dämpfen,
erlaubt es, die Amplitude der Welligkeiten zu reduzieren, gestattet
aber auch eine starke Reduktion der Rauhigkeit (0,01 μm < Ra < 0,03 μm).
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Die erhaltenen Oberflächen sind
somit transparent.
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BEISPIELE
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Rohlingsbearbeitete Flächen oder
rohlingsbearbeitete und klassisch geglättete Flächen von Gläsern aus Polykarbonat wurden
einem Anlösen
gemäß der Erfindung
unter den in der folgenden Tabelle angezeigten Bedingungen unterzogen.
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Ra wurde gemessen, und Rauhigkeitsgrafiken
für die
Glasflächen
vor und nach dem chemischen Anlösen
wurden erstellt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
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Die 1 bis 12 sind die Rauhigkeit der
Flächen
des Gegenstandes der Beispiele 1 bis 6 vor und nach Anlösen durch
Zentrifugation mit unterschiedlichen Lösungsmittel darstellende Grafiken.
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Diese Grafiken zeigen eine erhebliche
Veringerung der Rauhigkeit, sowohl für ausschließlich rohbearbeitete, als auch
für rohbearbeitete
und geglättete
Flächen.
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Die 13 bis 20 sind das Rauhigkeitsprofil
der Flächen
der Gläser
der Beispiele 7 bis 10 vor und nach Anlösen gemäß der Erfindung darstellende
Grafiken. Diese Grafiken zeigen eine erhebliche Veringerung der
Rauhigkeit nach dem Anlösen
sowohl für
einfach rohbearbeitete als auch für rohbearbeitete und geglättete Flächen. Indessen
zeigen die 14, 16 und 18, dass eine Erhöhung der Anlösedauer
durch Dampf auf 5 Minuten und mehr zu einem leichten Wiederansteigen
der Rauhigkeit führt.
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Die 21 und 22 sind das Rauhigkeitsprofil
der Gläser
des Beispiels 11 vor und nach Anlösen zunächst durch Zentrifugation,
anschließend
in heißer
Dampfphase, darstellende Grafiken.
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Die 23 und 24 sind das Rauhigkeitsprofil
der Gläser
des Beispiels 12 vor und nach dem Anlösen in heißer Dampfphase darstellende
Grafiken.
