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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Polierverfahren gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in der
JP 2000-117604A offenbart.
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Hintergrundtechnik
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Eine
konkave Oberfläche
(auch als augapfelseitige oder innere Oberfläche bezeichnet) eines Brillenglases
wird in eine Form gebracht, wie z. B. eine sphärische, eine rotationssymmetrische
asphärische,
eine torische, eine progressive Oberfläche oder eine gekrümmte Oberfläche, die
aus einer Kombination daraus gebildet wird. Nachdem die Oberflächenform
spanend bearbeitet worden ist, z. B. durch Fräsen, wird sie zu einer optischen
Oberfläche
spiegelpoliert. Zum Spiegelpolieren einer einfachen gekrümmten Oberfläche wie
eine sphärische
oder torische Oberfläche
wird Schleifen mit der Oberseite nach oben (Face-up Grinding) unter
Verwendung einer starren Schleifplatte, was als Oscar-Polieren bezeichnet
wird, angewendet.
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Das
Spiegelpolierverfahren unter Verwendung der Schleifplatte ist ein
Verfahren zur Übertragung
der Oberflächenform
der Schleifplatte auf das Polierziel. Deshalb sind z. B. tausende
Typen von Bearbeitungsplatten entsprechend der Anzahl der Oberflächenformen
gemäß den Verordnungen
für Brillengläser erforderlich.
Da die Schleifplatte zum Polieren komplexer Oberflächen, die
von diesen verschieden sind, nicht verwendet werden kann, wird für solche
komplexe Oberflächen,
so genannte freie Oberflächen
wie progressive Oberflächen,
im Allgemeinen ein elastisches Schleifelement verwendet.
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So
schlug beispielsweise der Erfinder der vorliegenden Erfindung ein
Polierverfahren vor, bei dem das Polieren dadurch erfolgt, dass
ein Teil eines kuppelförmigen
Abschnitts eines solchen elastischen Schleifelements im Wesentlichen
mit der gesamten zu polierenden Oberfläche zur Anlage gebracht wird. Das
elastische Schleifelement wird aus einer Mehrzahl elastischer Schleifelemente
mit kuppelförmigen Abschnitten
gewählt.
Der kuppelförmige
Abschnitt ist größer als
die zu polierende konkave Oberfläche
des Polierziels und hat verschiedene Krümmungen entsprechend der Oberflächenform
der zu polierenden Oberfläche.
Mit anderen Worten, die Krümmung
des elastischen Schleifelements wird in Abhängigkeit von der Form des Werkstücks geeignet
gewählt.
Der Polierschritt enthält
Polieren, während
auf die innere Oberfläche
der kuppelförmigen,
hohlen, elastischen Folie mit Druckfluid ein Druck aufgebracht wird,
um den kuppelförmigen
Abschnitt mit einer Spannung zu beaufschlagen, und das Polierziel
um seine eigene Achse geschwenkt und gedreht sowie das elastische Polierelement
gedreht wird, bis der Krümmungsmittelpunkt
des kuppelförmigen
Abschnitts und der Mittelpunkt der Pendelbewegung des Polierziels
im Wesentlichen zusammenfallen.
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Das
elastische Schleifelement wird z. B. durch die Schritte gewählt: Ermitteln
von (Rmax + Rmin)/2
= Rmid aus dem größten Krümmungsradius Rmax (inverse
Krümmungszahl)
und dem kleinsten Krümmungsradius
Rmin auf der inneren Oberfläche der
Linse sowie Wählen
eines elastischen Schleifelements mit einem kuppelförmigen Abschnitt,
dessen Krümmungsradius
dem durchschnittlichen Krümmungsradius
Rmid nahe kommt. Im Fall einer astigmatischen
Oberfläche
(torische Oberfläche)
ist der Krümmungsradius
des elastischen Schleifelements ein Zwischenwert zwischen der Basiskurve
und der Kreuzkurve, und somit kann eine torische Oberfläche mit
einer zylindrischen Fläche
mit dem elastischen Schleifelement gleichmäßig poliert werden, das in
innigen Kontakt mit ihr gebracht wird und eine gute Anpassungsfähigkeit
mit einem minimalen Verformungsgrad hat. Im Fall eines Brillenglases,
das z. B. zur Korrektur eines starken Astigmatismus vorgesehen ist,
ist jedoch die Krümmungsdifferenz
zwischen der Basiskurve und der Kreuzkurve erheblich.
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Wenn
die Additionsstärke,
die die Differenz zwischen der Stärke eines Nahabschnitts und
der eines Fernabschnitts einer progressiven Multifokallinse ist,
erheblich ansteigt, nimmt die Krümmungsdifferenz
zwischen dem Fernabschnitt und einem Nahpunkt erheblich zu. Obwohl
das elastische Schleifelement hinsichtlich seiner Formanpassungsfähigkeit überragend
ist, kann dann, wenn die zu polierende Oberfläche eine große Krümmungsdifferenz
wie oben beschrieben hat, der Fall eintreten, dass einige Teile
in starken Kontakt mit einer solchen Oberfläche und einige Teile in schwachen
Kontakt mit ihr kommen. Da der Abschnitt mit schwachem Kontakt nicht leicht
zu polieren ist, ist hier das Polieren sehr zeitaufwändig, während der
Abschnitt mit starkem Kontakt in kurzer Zeit poliert werden kann.
Wenn deshalb versucht wird, den Abschnitt mit schwachem Kontakt ausreichend
zu polieren, ist dazu nicht nur eine lange Polierzeit erforderlich,
sondern kann auch in einer so genannten Poliersenkung resultieren,
da der Abschnitt mit starkem Kontakt übermäßig poliert wird. Beim Versuch,
die Poliersenkung zu vermeiden, wird der Abschnitt mit schwachem
Kontakt möglicherweise
unzureichend poliert.
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Sowohl
die Poliersenkung als auch unzureichendes Polieren sind Polierfehler.
Die geringere Produktion und die Erhöhung der Anzahl der Polierschritte,
da zusätzliches
Polieren notwendig wird, sind zu Problemen geworden. Angesichts
dieser Gegebenheiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Polierverfahren bereitzustellen, mit dem eine zu polierende
Oberfläche
mit einer sehr großen Krümmungsdifferenz
durch die Verwendung elastischer Schleifelemente gleichmäßig poliert
werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein
Polierverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 ist eine Verbesserung
eines Polierverfahrens der verwandten Technik, bei dem eine zu polierende
Oberfläche
eines Polierziels mit Abschnitten stark unterschiedlicher Krümmungen
durchgehend mit einem einzigen elastischen Schleifelement poliert wird,
und wendet ein mehrstufiges Polierverfahren an, bei dem Polieren
durch mindestens zwei elastische Schleifelemente unterschiedlicher
Krümmung erfolgt.
Mit anderen Worten, es handelt sich um ein Polierverfahren, das
elastische Schleifelemente mit kuppelförmigen Abschnitten verwendet,
bei dem eine Mehrzahl Typen elastischer Schleifelemente unterschiedlicher
Krümmungen
vorgesehen sind, und das die Schritte der Auswahl von mindestens
zwei elastischen Schleifelementen entsprechend der Oberflächenform
der zu polierenden Oberfläche
sowie des Polierens der zu polierenden Oberfläche durch die Verwendung der
ausgewählten
elastischen Schleifelemente enthält.
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Gemäß eines
solchen mehrstufigen Polierverfahrens kann die Krümmungsdifferenz,
die bisher durch ein einzelnes elastisches Schleifelement bewerkstelligt
wurde, von einer Reihe ausgewählter elastischer
Schleifelemente bearbeitet werden, so dass die Krümmungsdifferenz,
die ein einzelnes elastisches Schleifelement zu bearbeiten hat,
verkleinert werden kann. Deshalb kann ein gleichmäßigeres
Polieren als im Fall des Polierens mit einem einzigen elastischen
Schleifelement erzielt werden.
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Jedem
der Mehrzahl elastischer Schleifelemente wird eine Unterteilung
entsprechend einer jeweils vorgegebenen Krümmung zugeordnet, so dass ein
elastisches Schleifelement mit der zugeordneten Krümmung entsprechend
der Krümmung
der Unterteilung der zu polierenden Oberfläche ausgewählt werden kann.
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Die
Mehrzahl Unterteilungen wird bereitgestellt, indem die zu polierende
Oberfläche
mit einer Mehrzahl Krümmungen
entsprechend der Krümmung
von der größten zur
kleinsten Krümmung
unterteilt wird.
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Die
Anzahl der elastischen Schleifelemente wird so gewählt, dass
die zu polierende Oberfläche
in zwei oder drei Stufen oder mehrstufig in mehr als drei Stufen
poliert wird. So wird z. B. der Bereich zwischen der kleinsten und
der größten Krümmung der zu
polierenden Oberfläche
in eine Mehrzahl Unterteilungen geteilt, und das elastische Schleifelement
mit einem kuppelförmigen
Abschnitt einer Krümmung nahe
der durchschnittlichen Krümmung
der spezifischen Unterteilung kann für jede Unterteilung gewählt werden.
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Es
ist auch möglich,
ein elastisches Schleifelement mit einem kuppelförmigen Abschnitt mit einer Krümmung nahe
der größten Krümmung der
zu polierenden Oberfläche,
ein elastisches Schleifelement mit einem kuppelförmigen Abschnitt mit einer
Krümmung
nahe der kleinsten Krümmung
der zu polierenden Oberfläche
und ein elastisches Schleifelement mit einem kuppelförmigen Abschnitt
mit einer Krümmung
nahe der durchschnittlichen Krümmung
zwischen der größten und
der kleinsten Krümmung
der zu polierenden Oberfläche
zu wählen.
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Zusätzlich zum üblichen
elastischen Schleifelement kann ein elastisches Schleifelement mit
einem kuppelförmigen
Abschnitt gewählt
werden, dessen Krümmung
der Krümmung
im mittleren Bereich der zu polierenden Oberfläche nahe kommt, der mit größter Wahrscheinlichkeit
unzureichend poliert wird.
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Vorzugsweise
enthält
der Polierschritt Polieren, während
das Polierziel um seine eigene Achse, das elastische Schleifelement
um seine eigene Achse gedreht wird, und das Polierziel sowie das elastische
Schleifelement relativ zueinander pendeln, bis der Mittelpunkt der
Krümmung
des kuppelförmigen Abschnitts
im Wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Pendelbewegung des Polierziels
zusammenfällt. Wenn
die zu polierende Oberfläche
relativ pendelt, kommen die zu polierende Oberfläche und die Oberfläche des
elastischen Schleifelements miteinander in gleichmäßigen Kontakt,
so dass gleichmäßiges Polieren
erzielt wird, da der enge Kontakt zwischen der zu polierenden Oberfläche und
der Oberfläche des
elastischen Schleifelements konstant gehalten wird.
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Vorzugsweise
verwendet das Polierverfahren ein elastisches Schleifelement, dessen
kuppelförmiger
Abschnitt zu einer hohlen Kuppelform geformt ist, und enthält einen
Schritt, in dem die Innenoberfläche
der elastischen Folie mit Druck beaufschlagt wird, um den kuppelförmigen Abschnitt
während
des Polierens unter Spannung zu halten. Da die Einstellung des Innendrucks
des elastischen Schleifelements im Vergleich zu dem Fall, in dem
das gesamte elastische Schleifelement aus elastischem Material besteht,
hinzukommt, kann einwandfreies Polieren problemlos ausgeführt werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein elastisches Schleifelement und
eine Anbauvorrichtung für
ein Schleifelement, die für
ein Polierverfahren verwendet werden, sowie ein Poliergerät gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei (A) eine Schnittansicht ist, die
jede Komponente im zerlegten Zustand zeigt, und (B) eine Draufsicht,
die den Zustand darstellt, in dem das elastische Schleifelement
an der Anbauvorrichtung für
ein Schleifelement angebracht ist.
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2 ist
eine allgemeine Schnittansicht zur Verdeutlichung des Zustands,
in dem eine zu polierende Oberfläche
mit einer großen
Krümmungsdifferenz
durch die Verwendung dreier Typen elastischer Schleifelemente poliert
wird.
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3 ist eine Schnittansicht, die ein Polierverfahren
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei (A) ein Beispiel des elastischen
Schleifelements mit kleiner Krümmung und
(B) ein Beispiel des elastischen Schleifelements mit großer Krümmung darstellt.
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4 zeigt ein Poliergerät gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei (A) eine Vorderansicht und (B)
eine Seitenansicht ist.
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Beste Art zur Ausführung der
Erfindung
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Obwohl
nachstehend Ausführungsformen
eines Polierverfahrens gemäß der beanspruchten
Erfindung beschrieben werden, versteht es sich, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist.
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Wie
oben beschrieben wird das Polierverfahren gemäß den Ansprüchen durch Auswählen einer Mehrzahl
elastischer Schleifelemente mit kuppelförmigen Abschnitten unterschiedlicher
Krümmung
entsprechend der Oberflächenform
der zu polierenden konkaven Oberfläche aus einer Mehrzahl elastischer Schleifelemente
mit kuppelförmigen
Abschnitten unterschiedlicher Krümmung
und Ausführen
eines Polierschrittes mit der zu polierenden Oberfläche durch Verwendung
der ausgewählten
elastischen Schleifelemente durchgeführt.
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Das
Polierziel des Polierverfahrens der beanspruchten Erfindung unterliegt
keiner speziellen Einschränkung,
so lang es relativ kleinflächig
ist und eine zu polierende konkave Oberfläche hat, die Spiegelpolieren
erfordert. So kann es beispielsweise außer optischen Linsen wie typischerweise
eine Kameralinse, eine Teleskoplinse, eine Mikroskoplinse, eine Kondensorlinse
für einen
Schrittmotor und ein Brillenglas eine Glasform für die Guss-Polymerisation einer
Kunststofflinse oder optische Komponenten als Abdeckglas für tragbare
Geräte
sein. Nachstehend folgt als Beispiel die Beschreibung anhand eines
Brillenglases aus Kunststoff.
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Die
konkave Oberfläche
eines Brillenglases aus Kunststoff (auch als augapfelseitige oder
innere Oberfläche
bezeichnet) wird als eine sphärische, eine
rotationssymmetrische asphärische,
eine torische, eine progressive Oberfläche oder eine gekrümmte Oberfläche, die
aus einer Kombination daraus gebildet wird, geformt. Dagegen wird
eine konvexe Oberfläche
als eine sphärische,
eine rotationssymmetrische asphärische,
eine progressive Oberfläche
oder dgl. geformt. In zahlreichen Fällen wird die Form der konkaven
Oberfläche
durch numerisch gesteuertes Fräsen
oder dgl. hergestellt. Nach dem Fräsen ist Spiegelpolieren zum
Erzielen der gewünschten
optischen Oberflächengüte erforderlich.
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Ein
elastisches Schleifelement, das bei der beanspruchten Erfindung
verwendet wird, hat vorzugsweise einen kuppelförmigen Abschnitt, dessen Fläche größer ist
als die zu polierende konkave Oberfläche. Polieren kann demzufolge
ausgeführt
werden, indem der kuppelförmige
Abschnitt mit im Wesentlichen dem gesamten Oberflächenbereich
der zu polierenden Oberfläche
in Kontakt gehalten wird, wodurch die Poliergeschwindigkeit verbessert
werden kann. Indem eine größere Oberfläche des
kuppelförmigen
Abschnitts des elastischen Schleifelements als die Fläche der
zu polierenden Oberfläche
vorgesehen wird, kann die Umfangsgeschwindigkeit der Rotation des
elastischen Schleifelements um seine eigene Achse erhöht werden,
um die Poliergeschwindigkeit zu verbessern, und die Formanpassungsfähigkeit
des elastischen Schleifelements kann verbessert werden. Der Durchmesser
des kuppelförmigen Abschnitts
des elastischen Schleifelements beträgt vorzugsweise das 1,1- bis
10-Fache und mehr bevorzugt das 1,5- bis 5-Fache des Durchmessers
der zu polierenden Linse.
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Der
kuppelförmige
Abschnitt kann dadurch erhalten werden, dass die elastische Folie
zu einer Kuppelform geformt wird, die durch einen Innendruck eines
Druckfluids aufrechterhalten wird, durch Formen des elastischen
Materials zu einem kuppelförmigen
Block und durch Füllen
des hohlen Abschnitts der kuppelförmigen elastischen Folie mit
einem anderen elastischen Material. Die elastische Folie hat eine
Dicke vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 mm und besser im Bereich von
0,2 bis 5 mm und hat vorzugsweise die Eigenschaften: JIS A-Härte 10–100 (Härtemesser
Typ A) und Elastizitätsmodul
102–103 Ncm–2. Die Sorte der elastischen
Folie oder des elastischen Materials kann z. B. Naturkautschuk,
Nitrilkautschuk, Chloroprenkautschuk, Styrolbutadienkautschuk (SBR),
Acrylonitrilbutadienkautschuk (NBR), Siliconkautschuk, Fluorkautschuk,
thermoplastisches Harz wie Polyethylen und Nylon und thermoplastisches
Harzelastomer wie Styrol oder harzhaltiges Polyurethan sein.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines elastischen
Schleifelements und eine Ausführungsform
einer Anbauvorrichtung für
ein Schleifelement zum Halten des elastischen Schleifelements, wobei (A)
eine Explosionsschnittansicht und (B) eine Draufsicht ist, die den
Zustand darstellt, in dem das elastische Schleifelement an der Anbauvorrichtung
für ein Schleifelement
angebracht ist.
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Das
elastische Schleifelement 10 dieser Ausführungsform
besteht aus einer elastischen Folie, wie in 1A dargestellt
ist, und enthält
einen hohlen kuppelförmigen
Abschnitt 11 in Form einer Kuppel und einen ringförmigen Flanschabschnitt 12,
der integral mit dem kuppelförmigen
Abschnitt 11 um dessen Umfangsrand so ausgebildet ist,
dass er nach außen ragt.
Ein Schleifkissen 13 aus einem Vliesstoff, das in Form
von Blütenblättern zugeschnitten
ist, wie beispielsweise in 1B dargestellt
ist, ist mit einem Kleber oder dgl. auf der Außenoberfläche des kuppelförmigen Abschnitts 11 verklebt.
Das Schleifkissen 13 fungiert in der Weise, dass es ein
Schleiffluid aufnimmt, und Spalten 13a des Schleifkissens 13 dienen
als Kanäle
zur Zufuhr von Schleifkorn oder Wasser oder zur Abfuhr des Schleifabriebs.
Die Form des Schleifkissens 13 ist nicht auf die Form von
Blütenblättern beschränkt, sondern
es können
auch Schleifkissen in runder, ovaler oder vieleckiger Form zugeschnitten
und dicht verklebt werden.
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Die
Anbauvorrichtung 20 für
ein Schleifelement hält
das elastische Schleifelement 10, bildet einen abgedichteten
Raum an der Innenseite des elastischen Schleifelements 10 und
dient als Strömungsweg
zum Einleiten eines Druckfluids in das elastische Schleifelement 10.
Außerdem
hat sie die Aufgabe, an einem Poliergerät, das später beschrieben wird, angebracht
und befestigt zu werden.
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Die
Anbauvorrichtung 20 für
ein Schleifelement hat einen Anbauvorrichtungskörper 21 und ein ringförmiges Halteelement 22.
Der Anbauvorrichtungskörper 21 enthält einen
zylindrischen Abschnitt 211, der wie ein Kreiszylinder
geformt ist, und einen flanschförmigen
Anbauabschnitt 212 für
das Schleifelement, der integral und koaxial mit dem zylindrischen
Abschnitt 211 am Außenumfang
von dessen oberen Ende ausgebildet ist, so dass er senkrecht zur
Achse des zylindrischen Abschnitts 211 verläuft. Der
Anbauabschnitt 212 für
das Schleifelement ist am oberen Umfang mit einer ringförmigen flachen Vertiefung 2121 versehen,
in der der Flanschabschnitt 12 des elastischen Schleifelements 10 aufgenommen
wird. Die Vertiefung 2121 ist an drei Stellen in konstanten
Winkelintervallen um den Mittelpunkt mit nicht dargestellten Kerben
versehen. Schrauben 23 sind an der unteren Oberfläche des
Anbauabschnitts 212 für
das Schleifelement drehbar angebracht, so dass die Schrauben 23 in
die bzw. aus den Kerben eingesetzt und entfernt werden können. Ein Scheibe 24 und
eine Mutter 25 sind an der Schraube 23 angeordnet.
An Positionen am Flanschabschnitt 12 des elastischen Schleifelements 10,
die diesen Kerben entsprechen, sind ebenfalls Kerben (nicht dargestellt)
vorgesehen. Das Halteelement 22 ist ringförmig und
hat eine ebene untere Oberfläche,
so dass es in der Vertiefung 2121 aufgenommen werden kann,
die im Anbauabschnitt 212 für das Schleifelement ausgebildet
ist, und hat Kerben (nicht dargestellt), die an den den Kerben des
Anbauabschnitts 212 für
das Schleifelement entsprechenden Positionen vorgesehen sind. Der
zylindrische Abschnitt 211 ist an seinem unteren Ende mit
einem konischen Anbauabschnitt 2111 ausgeführt, so
dass er nach außen
ragt und am Poliergerät
angebracht und befestigt werden kann.
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Um
das elastische Schleifelement 10 an der Anbauvorrichtung 20 für das Schleifelement
zu befestigen, wird der Flanschabschnitt 12 des elastischen
Schleifelements 10 zwischen dem Anbauabschnitt 212 für das Schleifelement
und dem Halteelement 22 angeordnet und befestigt, wie in 1B dargestellt
ist, indem der Flanschabschnitt 12 des elastischen Schleifelements 10 in
die Vertiefung 2121 des Anbauabschnitts 212 für das Schleifelement
so eingesetzt wird, dass die Kerben relativ zueinander fluchten,
das Halteelement 22 so am Flanschabschnitt 12 des
elastischen Schleifelements 10 angebracht wird, dass die
Kerben relativ zueinander fluchten, und die Schrauben 23 senkrecht
durch die Kerben eingesetzt und mit den Muttern 25 angezogen werden.
Folglich wird ein kuppelförmiger
abgedichteter Raum zwischen der inneren Oberfläche des kuppelförmigen Abschnitts 11 und
der oberen Oberfläche
des Anbauabschnitts 212 für das Schleifelement definiert,
und der abgedichtete Raum steht mit der Außenseite über einen Spalt im zylindrischen
Abschnitt 211 in Verbindung.
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Polieren
wird durchgeführt,
während
auf die innere Oberfläche
des kuppelförmigen
Abschnitts 11 Druck mit einem Druckfluid aufgebracht wird,
um den kuppelförmigen
Abschnitt 11 unter Spannung zu halten, wodurch der kuppelförmige Abschnitt 11 mit
einem vorgegebenen Polierdruck gegen die zu polierende Oberfläche gepresst
wird, während
das Polierziel pendelt und um seine eigene Achse rotiert und das
elastische Schleifelement 10 rotiert, bis erreicht wird,
dass der Mittelpunkt der Krümmung
des kuppelförmigen
Abschnitts 11 mit dem Mittelpunkt der Pendelbewegung des
Polierziels im Wesentlichen zusammenfällt.
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Für das Polierverfahren
der beanspruchten Erfindung wird eine Mehrzahl elastischer Schleifelemente 10 mit
kuppelförmigen
Abschnitten 11 unterschiedlicher Krümmung im Voraus bereitgestellt. Wenn
die Krümmungen
der kuppelförmigen
Abschnitte 11 unterschiedlich sind, sind auch die Durchmesser
der kuppelförmigen
Abschnitte 11 verschieden und somit sind auch die Durchmesser
der Anbauabschnitte 212 für die Schleifelemente zum Befestigen
des elastischen Schleifelements 10 verschieden. Da es wie
später
beschrieben wird, erforderlich ist, den Mittelpunkt der Pendelbewegung
und den Krümmungsmittelpunkt
des kuppelförmigen
Abschnitts 11 im Wesentlichen aufeinander auszurichten,
wird eine spezielle Anbauvorrichtung 20 für ein Schleifelement
in Kombination mit den jeweiligen elastischen Schleifelementen 10 mit
den kuppelförmigen
Abschnitten 11 unterschiedlicher Krümmung verwendet.
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Beim
Polieren der Innenoberfläche
eines Brillenglases ist die Mehrzahl elastischer Schleifelemente 10 mit
den kuppelförmigen
Abschnitten 11 unterschiedlicher Krümmung den Unterteilungen innerhalb
eines Bereichs des kuppelförmigen
Abschnitts 11 zwischen 40 mm und 600 mm zugeord net, bei dem
es sich um den Bereich des Krümmungsradius der
Innenoberfläche
des Brillenglases handelt. Genauer gesagt, sind vorzugsweise fünf bis zehn
elastische Schleifelemente 10 mit kuppelförmigen Abschnitten 11 unterschiedlicher
Krümmung
für jeweils 10
bis 40 mm, mehr bevorzugt für
jeweils 14 bis 30 mm im Bereich bis zu 200 mm und eine Mehrzahl elastischer
Schleifelemente 10 für
jeweils 100 bis 200 mm im Bereich zwischen 200 mm und 600 mm vorgesehen.
Die oben beschriebenen Unterteilungen können so geteilt sein, dass
sich ihre Krümmungsradien überlappen.
Demzufolge können
sie jede Form der inneren Oberfläche
auf Basis nahezu jeder Verordnung bearbeiten.
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2 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Innenoberfläche einer
progressiven Multifokallinse darstellt, die eine Kombination aus
einer progressiven und einer torischen Oberfläche enthält. Die Innenoberfläche der
progressiven Multifokallinse L1 ist ein Beispiel einer Linse zur
Korrektur eines starken Astigmatismus und hat stark unterschiedliche Krümmungen,
die in der Figur ähnlich
einem tatsächlichen
Brillenglas dargestellt sind. Der mittlere Bereich der konkaven
Oberfläche
weist die stärkste Krümmung (reziproker
Wert des Krümmungsradius), der
Außenumfangsbereich
die schwächste
Krümmung
und der Zwischenabschnitt eine dazwischen liegende Krümmung auf.
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Für das Polierverfahren
der beanspruchten Erfindung wird eine Mehrzahl elastischer Schleifelemente
mit kuppelförmigen
Abschnitten unterschiedlicher Krümmung
entsprechend der Oberflächenform der
zu polierenden Oberfläche
so gewählt,
dass die zu polierende Oberfläche
in zwei oder drei Stufen oder in mehr als drei Stufen poliert wird.
Ein Verfahren zur Auswahl der elastischen Schleifelemente, die eingesetzt
werden können,
sieht die Auswahl von elastischen Schleifelementen für drei Stufen
vor, das eines mit einem kuppelförmigen
Abschnitt 11a mit einer Krümmung nahe der durchschnittlichen
Krümmung
des Außenumfangsbereichs
der Innenoberfläche
der Linse L1, eines mit einem kuppelförmigen Abschnitt 11b mit
einer Krümmung
nahe der durchschnittlichen Krümmung
des Zwischenabschnitts der Linse und eines mit einem kuppelförmigen Abschnitt 11c mit
einer Krümmung
nahe der durchschnittlichen Krümmung
des mittleren Bereichs enthält.
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Da
der Krümmungsbereich
der zu polierenden Oberfläche,
der einem elastischen Schleifelement zugeordnet ist, etwa einem
Drittel im Vergleich zu dem Fall, in dem ein einziges elastisches
Schleifelement zum Polieren der gesamten zu polierenden Oberfläche verwendet
wird, entspricht, kann demnach die Formanpassungsfähigkeit
der elastischen Schleifelemente die zu polierende Oberfläche ausreichend
erfassen, selbst wenn sie erheblich verschiedene Krümmungen
hat, und deshalb wird gleichmäßiges Polieren
erzielt. Da ein gleichmäßiges Polieren möglich ist,
nimmt die Poliergeschwindigkeit zu, so dass die Gesamtzeit, die
zum Polieren der gesamten Oberfläche
erforderlich ist, selbst unter Einbeziehen der erforderlichen Zeit
zum Austauschen der elastischen Schleifelemente, verkürzt werden
kann.
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Abgesehen
von der oben beschriebenen Oberfläche mit der Kombination aus
progressiver und torischer Oberfläche kann eine konkave Oberfläche mit
Abschnitten erheblich unterschiedlicher Krümmung eine sehr hohe Additionsstärke haben, die
die Differenz zwischen den Stärken
der Nah- und Fernabschnitte
einer progressiven mehrfokalen Linse ist. In einem solchen Fall
ist die Differenz zwischen den Krümmungen des Fern- und des Nahabschnitts sehr
groß.
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Entsprechend
der Form der zu polierenden Oberfläche kommen verschiedene Verfahren
zur Auswahl des elastischen Schleifelements infrage. So gibt es
z. B. das mehrstufige Polierverfahren, das die Schritte der Teilung
der Krümmungsdifferenz
zwischen der größten und
der kleinsten Krümmung
der zu polierenden Oberfläche
in eine Mehrzahl Unterteilungen und der Auswahl elastischer Schleifelemente mit
kuppelförmigen
Abschnitten nahe der durchschnittlichen Krümmungen der jeweiligen Unterteilungen
enthält.
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Ferner
gibt es ein Verfahren zur Auswahl eines elastischen Schleifelements
mit einem kuppelförmigen
Abschnitt, dessen Krümmung
der größten Krümmung der
zu polierenden Oberfläche
nahe kommt, eines elastischen Schleifelements mit einem kuppelförmigen Abschnitt,
dessen Krümmung
der kleinsten Krümmung
der zu polierenden Oberfläche nahe
kommt, und eines elastischen Schleifelements mit einem kuppelförmigen Abschnitt,
dessen Krümmung
der durchschnittlichen Krümmung
zwischen der größten und
der kleinsten Krümmung
der zu polierenden Oberfläche
nahe kommt.
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Wenn
die zu polierende Oberfläche
insgesamt eine große
Krümmung
hat, wird die Krümmung des
kuppelförmigen
Abschnitts des auszuwählenden elastischen
Schleifelements größer. Deshalb
wird der kuppelförmige
Abschnitt klein, so dass in manchen Fällen kein ausreichend großer Ausschlag
der Pendelbewegung sichergestellt werden kann. Wenn der Ausschlag
der Pendelbewegung nicht ausreichend groß ist, bleibt der Bereich in
der Nähe
der Oberseite des kuppelförmigen
Abschnitts in Kontakt mit dem mittleren Bereich der zu polierenden
Oberfläche. Demzufolge
nimmt die Poliergeschwindigkeit im mittleren Bereich der zu polierenden
Oberfläche,
die in Kontakt mit dem Bereich in der Nähe der Oberseite des kuppelförmigen Abschnitts
gehalten wird, und deren Umfangsgeschwindigkeit gering ist, ab,
was in ungenügendem
Polieren im mittleren Bereich der zu polierenden Oberfläche resultieren
kann.
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Beim
Polieren der konkaven Oberfläche
der Linse, deren mittlerer Bereich kaum poliert werden kann, kann
deshalb ein Verfahren gewählt
werden, bei dem ein elastisches Schleifelement mit einem kuppelförmigen Abschnitt,
dessen Krümmung
der durchschnittlichen Krümmung
zwischen der größten und
der kleinsten Krümmung
der zu polierenden Oberfläche
nahe kommt, kombiniert mit einem elastischen Schleifelement mit
einem kuppelförmigen
Abschnitt, der der Krümmung
des mittleren Bereichs der zu polierenden Oberfläche nahe kommt, angewendet werden.
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3 ist eine Schnittansicht eines Polierverfahrens
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein mehrstufiges Polierverfahren zeigt,
das die Schritte der Auswahl einer Mehrzahl elastischer Schleifelemente
mit kuppelförmigen
Abschnitten unterschiedlicher Krümmung
und des sequentiellen Austauschs des elastischen Schleifelements
zum Polieren zeigt, wobei (A) ein Beispiel eines elastischen Schleifelements
mit kleiner Krümmung
und (B) ein Beispiel eines elastischen Schleifelements mit großer Krümmung darstellt.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird der Fall beschrieben,
bei dem eine konkave Oberfläche
eines Brillenglases 12 mit einer Oberfläche mit kleiner Krümmung im
Außenumfangsbereich
und einer Oberfläche
mit großer
Krümmung
im mittleren Bereich als die zu polierende Oberfläche poliert
wird.
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Wie
z. B. in 3A dargestellt ist, wird ein elastisches
Schleifelement 10a mit einem kuppelförmigen Abschnitt 11a mit
kleiner Krümmung
(großer Krümmungsradius
Ra), die der kleineren Krümmung im
Außenumfangsbereich
der zu polierenden Oberfläche
des Brillenglases 12 nahe kommt, ausgewählt. Wie 3B zeigt
wird ein elastisches Schleifelement 10b mit einem kuppelförmigen Abschnitt 11c mit
großer
Krümmung
(kleiner Krümmungsradius
Rb), die der großen
Krümmung
im mittleren Bereich des Brillenglases 12 nahe kommt, ausgewählt.
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Im
ersten Schritt des Polierprozesses wird wie in 3A dargestellt
das elastische Schleifelement 10a an einer speziellen Anbauvorrichtung 20a für ein Schleifelement
angebracht, die an einem Drehtisch des Poliergeräts, das später beschrieben wird, angebaut
wird. Druckluft mit einem vorgegebenen Druck wird in einen abgedichteten
Raum 30 zwischen der inneren Oberfläche des kuppelförmigen Abschnitts 11a und
dem Anbauabschnitt 212a für das Schleifelement geliefert.
Im abgedichteten Raum 30 wird ein vorgegebener Druck aufrechterhalten,
um den kuppelförmigen
Abschnitt 11a mit einer Spannung zu beaufschlagen. Der
Krümmungsmittelpunkt 40 des
kuppelförmigen
Abschnitts 11a liegt auf der Mittelachse des zylindrischen
Abschnitts 211a. Das elastische Schleifelement 10a rotiert
dann um die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 211a der Anbauvorrichtung 20a für das Schleifelement,
mit anderen Worten, im Wesentlichen um eine Linie, die den Krümmungsmittelpunkt 40 des
kuppelförmigen Abschnitts 11a und
dessen Scheitel verbindet.
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Ein
Anbauabschnitt 52 für
das Polierziel, der in einem Futter des Poliergeräts anzubringen
und zu befestigen ist, wird mit der zu polierenden Oberfläche des
Polierziels 12 an der der konkaven Oberfläche gegenüberliegenden
Oberfläche
mittels eines Verbindungsmaterials 51 wie Metall mit niedrigem Schmelzpunkt
oder Wachs verbunden. Das Futter (nicht dargestellt) des Poliergeräts wird
in Rotation versetzt, und das Polierziel 12 rotiert mit
einer vorgegeben Drehzahl um seine eigene Achse. Das Futter kann
so mit einem Luftdruck beaufschlagt werden, dass es das Polierziel 12 mit
einem vorgegebenen Polierdruck gegen das elastische Schleifelement 10a pressen
kann. Außerdem
führt das
Futter zum Einspannen des Polierziels 12 des Poliergeräts eine
solche Pendelbewegung aus, dass sich die Rotationsachse des Polierziels 12 zwischen
einem Abschnitt in der Nähe
des Scheitels und dem Ende des kuppelförmigen Abschnitts 11a hin
und her bewegt. Der Mittelpunkt 41 der Pendelbewegung fällt im Wesentlichen mit
dem Krümmungsmittelpunkt 40 des
elastischen Schleifelements 10a zusammen. Die Rotationsachse des
das Polierziel 12 einspannenden Futters verläuft stets
durch den Mittelpunkt 41 der Pendelbewegung.
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Die
Pendelbewegung kann so sein, dass sich die zu polierende Oberfläche und
das elastische Schleifelement relativ zueinander bewegen, und ist nicht
auf die Pendelbewegung des Futters beschränkt, sondern kann auch eine
Pendelbewegung des elastischen Schleifelements sein.
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Beim
Polieren wird, wie in 3A dargestellt ist, auf das
elastische Schleifelement 10a, auf dessen Oberfläche das
Schleifkissen 13 (siehe 1) haftet,
eine Spannung durch einen vorgegebenen Innendruck aufgebracht und
es rotiert mit einer vorgegebenen Drehzahl um seine eigene Achse,
während das
Polierziel 12 mit einem vorgegebenen Polierdruck gegen
das elastische Schleifelement 10a gepresst wird, während es
sich mit einer vorgegebenen Drehzahl um eine durch den Krümmungsmittelpunkt (Rotationsmittelpunkt) 40 verlaufende
Achse dreht. Gleichzeitig führt
das Polierziel 12 eine Pendelbewegung aus, während Schleifschlamm 61,
der Schleifmaterial enthält,
aus einer Düse 60 auf
die Oberfläche
des elastischen Schleifelements 10a gebracht wird.
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In
diesem Fall kann Polieren unter folgenden Bedingungen ausgeführt werden:
der interne Druck, mit dem die elastischen Schleifelemente 10a, 10b beaufschlagt
werden, beträgt
z. B. 0,2 bis 1,2 kp/cm2 [0,02 bis 0,12
MPa], die Drehzahl der elastischen Schleifelemente 10a, 10b z.
B. 50 bis 500 U/min, die Drehzahl des Polierziels 12 z.
B. 1 bis 30 U/min, die Pendelgeschwindigkeit z. B. 1 bis 20 Pendelbewegungen
pro Minute und der Polierdruck z. B. 3 bis 30 kp/cm2 [0,029
bis 2,9 MPa].
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In
der ersten Stufe des Polierprozesses wird die Oberfläche mit
einer kleinen Krümmung
im Außenumfangsbereich
der zu polierenden Oberfläche des
Polierziels 12 hauptsächlich
vom elastischen Schleifelement 10a poliert.
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In
der zweiten Stufe des Polierprozesses wird anschließend wie
in 3B dargestellt das elastische Schleifelement 10b am
Anbauabschnitt 212b für
das Schleifelement der speziellen Anbauvorrichtung 20b für ein Schleifelement
angebracht und Polieren erfolgt wie im ersten Schritt des Polierprozesses.
Auch im zweiten Schritt des Polierprozesses fällt der Mittelpunkt 41 der
Pendelbewegung des Polierziels 12 im Wesentlichen mit dem
Krümmungsmittelpunkt 40 des
kuppelförmigen
Abschnitts 11c des elastischen Schleifelements 10b zusammen.
Mit anderen Worten, die Längen
der zylindrischen Abschnitte 211a, 211b der Anbauvorrichtungen 20a, 20b für Schleifelemente
werden so bestimmt, dass der Krümmungsmittelpunkt 40 der
kuppelförmigen Abschnitte 11a, 11c immer
mit dem Mittelpunkt 41 der Pendelbewegung zusammenfällt, wenn
die Anbauvorrichtungen 20a, 20b für Schleifelemente
am Poliergerät
angebracht werden, und die Höhen,
auf denen die elastischen Schleifelemente 10a, 10b gehalten
werden, in senkrechter Richtung geändert werden können (3). Da der Mittelpunkt 41 der Pendelbewegung
mit dem Krümmungsmittelpunkt 40 der
kuppelförmigen
Abschnitte 11a, 11c der elastischen Schleifelemente 10a, 10b zusammenfällt und der
relative Abstand zwischen der zu polierenden Oberfläche und
den elastischen Schleifelementen 10a, 10b konstant
gehalten wird, bleibt die zu polierende Oberfläche stets in gleichmäßigem Kontakt
mit den Oberflächen
der elastischen Schleifelemente 10a, 10b, so dass
gleichmäßiges Polieren
erzielt wird.
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In
der zweiten Stufe des Polierprozesses wird die Krümmung im
mittleren Bereich der zu polierenden Oberfläche des Polierziels 12 hauptsächlich vom
elastischen Schleifelement 10b mit großer Krümmung poliert.
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Bei
einem solchen mehrstufigen Polierverfahren wird selbst dann, wenn
die zu polierende Oberfläche
des Polierziels 12 Abschnitte mit erheblich unterschiedlicher
Krümmung
hat, gleichmäßigeres
und schnelleres Polieren im Vergleich zu dem Fall erzielt, in dem
Polieren mit einem einzigen Typ eines elastischen Schleifelements
erfolgt, indem die Oberfläche
mit großer
Krümmung
im mittleren Bereich mit dem elastischen Schleifelement 10b mit
einem kuppelförmigen
Abschnitt 11c annähernd
gleicher Krümmung
und die Oberfläche
mit kleiner Krümmung
im Außenumfangsbereich
mit dem elastischen Schleifelement 10a mit einem kuppelförmigen Abschnitt 11a annähernd gleicher
Krüm mung
poliert wird. Es ist auch möglich,
das elastische Schleifelement beim Wechsel von der ersten Stufe
des Polierprozesses zur zweiten Stufe des Polierprozesses zuwechseln und
den mittleren Bereich der zu polierenden Oberfläche in der ersten Stufe und
Außenumfangsbereich der
zu polierenden Oberfläche
in der zweiten Stufe des Polierprozesses zu polieren. Die Reihenfolge
der Polierschritte im mehrstufigen Polierverfahren der vorliegenden
Erfindung ist nicht beschränkt.
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Nunmehr
sei auf 4 verwiesen, anhand der ein
Poliergerät,
mit dem das Polierverfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden
kann, beschrieben wird. 4A ist
eine Vorderansicht und 4B eine Seitenansicht des Poliergeräts.
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Das
Poliergerät 100 enthält einen
Antrieb 110 für
den Halter des elastischen Schleifelements, die Anbauvorrichtung 20 für ein Schleifelement
und einen Antrieb 120 für
den Halter des Polierziels. Der Antrieb 110 für den Halter
des elastischen Schleifelements enthält einen Drehtisch 111,
der von einem nicht dargestellten Motor um die senkrechte Achse gedreht
wird, so dass der Anbauabschnitt 2111 (siehe 1) am unteren Ende des zylindrischen Abschnitts 211 der
Anbauvorrichtung 20 für
ein Schleifelement abnehmbar am Drehtisch 111 angebracht ist.
Die Anbauvorrichtung 20 für ein Schleifelement kann mit
einer vorgegebenen Drehzahl im Wesentlichen um die Mittelachse des
zylindrischen Abschnitts 211 rotieren, d. h. um eine Linie,
die den Krümmungsmittelpunkt 40 des
kuppelförmigen
Abschnitts 11 des elastischen Schleifelements und den Scheitel
des kuppelförmigen
Abschnitts 11 verbindet, wenn die Anbauvorrichtung 20 für ein Schleifelement
am Drehtisch 111 angebracht ist. Außerdem ist eine Verrohrung
(nicht dargestellt) für
die Druckluft am Drehtisch 111 bereitgestellt, so dass
sie mit dem hohlen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 211 verbunden werden
kann.
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Ferner
sind eine Pendeleinheit 121 und eine Halteeinheit 122 für das Polierziel,
die von der Pendeleinheit 121 in eine Pendelbewegung versetzt
wird, als der Antrieb 120, der das Polierziel lagert, bereitgestellt.
Die Pendeleinheit 121 treibt eine Kurbel 1212,
die von einem Motor 1211 über einen Riementrieb gedreht
wird und versetzt die Halteeinheit 122 für das Polierziel,
die mit der Kurbel 1212 über eine Pleuelstange 1213 verbunden
ist, in eine Pendelbewegung. Die Halteeinheit 122 für das Polierziel
ist so ausgeführt,
dass sie zwischen der senkrechten Richtung und einem schiefen Winkel
an der Rückseite
um die Pendelachse 1221 vor und zurück pendeln kann. Die Halteeinheit 122 für das Polierziel
ist mit einem Pneumatikzylinder 1222 versehen, der auf
ihrer Oberseite senkrecht nach unten weist, und ein Futter 1224,
an der Anbauabschnitt 52 (siehe 3)
für das Polierziel
angebracht und befestigt ist, ist am äußersten Ende einer Kolbenstange 1223 des
Pneumatikzylinders bereitgestellt. Das Futter 1224 rotiert
mittels eines Motors 1225 um die Achse, die durch den Schnittpunkt
zwischen der Pendelachse 1221 und der Mittelachse des zylindrischen
Abschnitts 211 der Anbauvorrichtung 20 für ein Schleifelement
verläuft. Das
Polierziel 12 kann an der Halteeinheit 122 für das Polierziel
durch Anbau des Anbauabschnitts 52 für das Polierziel, das integral
mit dem Polierziel 12 über
das Verbindungsmaterial 51 ausgebildet ist, am Futter 1224 angebracht
werden. Das angebrachte Polierziel 12 kann durch den Pneumatikzylinder 1222 zum
elastischen Schleifelement 10 bzw. von diesem weg bewegt
werden und ist so eingerichtet, dass es mit einem vorgegebenen Polierdruck
gegen das elastischen Schleifelement 10 gepresst wird.
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Das
Poliergerät 100 ist
auf eine solche Weise konfiguriert, dass dann, wenn die Anbauvorrichtung 20 für ein Schleifelement
mit dem spezifischen zylindrischen Abschnitt 211, dessen
Länge der
Krümmung
des kuppelförmigen
Abschnitts 11 des elastischen Schleifelements 10 entspricht,
am Drehtisch 111 angebracht ist, die Haltepositionen des
elastischen Schleifelements 10 für die jeweiligen Anbauvorrichtungen 20 für Schleifelemente
verschieden sind, und der Krümmungsmittelpunkt 40 des
kuppelförmigen
Abschnitts 11 des elastischen Schleifelements im Wesentlichen
mit dem Mittelpunkt der Pendelachse 1221 zusammenfällt.
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Wenn
in einem solchen Poliergerät 100 z.
B. die konkave Oberfläche
einer Linse als das Polierziel L2 poliert wird, wird das elastische
Schleifelement 10 mit dem auf seiner Oberfläche haftenden
Polierkissen 13 auf dem Drehtisch 111 mit einer
vorgegebenen Drehzahl um seine eigene Achse gedreht, während es
mit Spannung durch einen vorgegebenen Innendruck durch Einstellen
des Drucks der Druckluft beaufschlagt wird, und gleichzeitig wird
des Polierziel 12 mit einem vorgegebenen Polierdruck des
Pneumatikzylinders 1222 gegen das elastische Schleifelement 10 gepresst,
während
das Polierziel 12 mit einer vorgegeben Drehzahl um seine
eigene Achse rotiert. Das Polierziel 12 führt dabei
durch die Pendeleinheit 121 eine Pendelbewegung aus, während Schleifmaterial
enthaltender Schleifschlamm durch eine Düse (nicht dargestellt) auf
die Oberfläche
des elastischen Schleifelements 10 gebracht wird.
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Das
oben beschriebene Poliergerät 100 ist so
konfiguriert, dass der Krümmungsmittelpunkt 40 des
kuppelförmigen
Abschnitts 11 selbst dann im Wesentlichen mit dem Mittelpunkt 1221 der
Pendelbewegung der Polierziele zusammenfällt, wenn ein elastisches Schleifelement 10 gegen
ein anderes ausgetauscht wird, das einen kuppelförmigen Abschnitt 11 mit
einer anderen Krümmung
hat. Deshalb wird gleichmäßiges und
schnelles Polieren durch die Pendelbewegung des Polierziels 12 erzielt,
was eine effektive Nutzung der Oberflächen der elastischen Schleifelemente 10 ermöglicht.