DE60304579T2 - Process for final polishing - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinpolieren einer Oberfläche mit Hilfe eines Polierelementes und eines Abrasivs.The The present invention relates to a method of fine polishing a surface with the help of a polishing element and an abrasive.
Es ist bereits bekannt, ein Feinpolieren einer Oberfläche mit Hilfe eines Polierelementes, z.B. eines Filzes, und eines Abrasivs, z.B. eines kolloidalen Silicamaterials, vorzunehmen. Die allgemein angewendete Vorgehensweise besteht darin, einen Filz auf ein Metallwerkzeug zu kleben, gegebenenfalls unter dazwischenliegender Anordnung eines nachgiebigen Materials, z.B. vom Typ eines Schaums. Diese Vorgehensweise weist den Nachteil auf, dass sie die zu polierende Oberfläche verformt, was dazu führt, dass die erzielten Resultate nicht optimal sind.It is already known, a fine polishing a surface with Help of a polishing element, e.g. a felt, and an abrasive, e.g. a colloidal silica. The general The procedure used is to apply a felt to a metal tool to glue, optionally with an intermediate arrangement of a compliant material, e.g. of the type of a foam. This approach has the disadvantage that it deforms the surface to be polished, which leads to, that the results obtained are not optimal.
Die Schrift US-A-2002102925 beschreibt ein Verfahren zum Feinpolieren einer Oberfläche mit Hilfe eines Polierelementes und eines verformbaren Trägers. In einem ersten Schritt wird der Träger in Anlage an die zu polierende Oberfläche gebracht, so dass er sich an deren Kontur anpasst, woraufhin das Polierelement zwischen der ausgehärteten Oberfläche des Trägers und der zu polierenden Oberfläche angeordnet und relativ zu diesen beiden Oberfläche derart in Bewegung versetzt wird, dass ein Feinpolieren durchgeführt wird.The Document US-A-2002102925 describes a method for fine polishing a surface with the help of a polishing element and a deformable support. In a first step is the carrier brought into contact with the surface to be polished, so that he himself adjusts to the contour, whereupon the polishing element between the cured surface of the carrier and the surface to be polished and set in motion relative to these two surfaces is that a fine polishing is performed.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Gegenstand, das es ermöglicht, das oben genannte Problem zumindest zum Teil zu beheben.The The present invention relates to a method which makes it possible to to remedy the above problem at least in part.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Feinpolieren einer Oberfläche mit Hilfe eines Polierelementes und eines Abrasivs, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es anwendet:
- a) vor dem Polieren das Aufkleben des Polierelementes auf einen Träger aus einem permanent verformbaren Material, und;
- b) Anwenden eines Druckes auf den verformbaren Träger, sobald sich das Polierelement in Anlage an der zu polierenden Oberfläche befindet, wodurch das Polierelement so geformt wird, daß es sich an eine Kontur der Oberfläche anpaßt,
- c) Durchführen des Feinpolierens mit Hilfe des auf diese Weise geformten Polierelementes.
- a) prior to polishing, adhering the polishing element to a carrier made of a permanently deformable material, and;
- b) applying a pressure to the deformable support as soon as the polishing element is in contact with the surface to be polished, whereby the polishing element is shaped so that it adapts to a contour of the surface,
- c) performing the fine polishing by means of the polishing element formed in this way.
Das Material ist vorteilhaft durch Fließen verformbar und/oder aushärtbar. Es kann sich dabei beispielsweise um Pech handeln, das auf eine Temperatur erwärmt wird, die sein Fließen ermöglicht, und das dann nach b und vor c gekühlt wird, um ein Aushärten zu bewirken, oder auch um einen in Gelform vorliegenden Klebstoff, der nach b und vor c ausgehärtet wird, z.B. durch Polymerisation oder Anwenden einer Strahlung, insbesondere Ultraviolett-Strahlung. Das Material kann auch Gips sein.The Material is advantageously deformable by flow and / or curable. It For example, it can be pitch that is at a temperature heated that will be his allows and then cooled to b and before c to allow for hardening effect, or even around an adhesive in gel form, which is cured to b and before c, e.g. by polymerization or application of radiation, in particular Ultraviolet radiation. The material can also be plaster.
Das Polierelement kann ein Filz oder jegliches andere Poliermaterial sein, das für ein Feinpolieren geeignet ist, welches zu geringen Rauhigkeiten (z.B. in der Größenordnung von 1 Ångström bis mehreren A) führt. Das Poliermaterial ist vorteilhaft von einem Polierträger getragen.The Polishing element may be a felt or any other polishing material be that for fine polishing, which leads to low roughness (e.g. in the order of magnitude from 1 angstrom to several A) leads. The polishing material is advantageously carried by a polishing carrier.
Das Feinpolieren kann insbesondere mit Hilfe einer Maschine durchgeführt werden, die eine relative Translationsbewegung zwischen dem Polierelement und der zu polierenden Oberfläche in zwei zueinander senkrechten Richtungen und gegebenenfalls eine Drehbewegung um eine zu einer der beiden senkrechten Richtungen parallele Achse ausführt. Das Feinpolieren ist insbesondere gut auf den Fall von Oberflächen anwendbar, die eine Generatrix aufweisen, wobei die Oberfläche so angeordnet ist, dass die Richtung der Generatrix zu derjenigen der beiden genannten Richtungen parallel ist, die zur Drehachse parallel ist.The Fine polishing can be carried out in particular with the aid of a machine, the one relative translational movement between the polishing element and the surface to be polished in two mutually perpendicular directions and optionally one Rotary movement about one to one of the two vertical directions executes parallel axis. The Fine polishing is particularly applicable to the case of surfaces, having a generatrix, wherein the surface is arranged so that the Direction of the generatrix to that of the two mentioned directions is parallel, which is parallel to the axis of rotation.
Das Verfahren ist insbesondere auf Oberflächen anwendbar, die vor dem Feinpolieren bereits einem Vorpolieren (bzw. Grobpolieren) und einem eigentlichen Poliervorgang unterzogen wurden.The Method is particularly applicable to surfaces that are before the Fine polishing already a pre-polishing (or rough polishing) and a were subjected to actual polishing process.
Nach dem eigentlichen Polieren, das insbesondere mit jeglicher bekannten Vorgehensweise durchgeführt werden kann, weist die Oberfläche eine Rauhigkeit von beispielsweise zwischen 3 Å und 15 Å auf, während die Rauhigkeit nach dem Feinpolieren zwischen 1 Å und 5 Å und insbesondere zwischen 1 Å und 3 Å liegen kann bei Oberflächen aus Glas, aus Silicamaterial, aus Silizium und aus Keramik (oder sogar zwischen 1 Å und 2 Å bei Oberflächen aus Glas oder aus Silicamaterial) und zwischen 3 Å und 5 Å bei einer Oberfläche aus Nickel, mit der der eine metallische Oberfläche beschichtet ist.To the actual polishing, especially with any known Procedure performed can be, assigns the surface a roughness of, for example, between 3 Å and 15 Å, while the roughness after the Fine polishing between 1 Å and 5 Å and in particular between 1 Å and 3 Å can with surfaces of glass, of silica, of silicon and of ceramic (or even between 1 Å and 2 Å at Surfaces off Glass or silica) and between 3 Å and 5 Å at one surface Nickel with which a metallic surface is coated.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung, die beispielhaft und nichteinschränkend gegeben wird, in Verbindung mit der Zeichnung.Further Features and advantages of the invention will become more apparent from the reading the following description, given by way of example and not limitation will, in conjunction with the drawing.
Es zeigt:It shows:
Die Erfindung betrifft das Feinpolieren von Oberflächen mit einer geringen Rauhigkeit (insbesondere Spiegeln), deren Form z.B. rechteckig ist. Sie beruht auf der Verwendung von Poliermaschinen, die eine Kinematik mit zwei zueinander senkrechten Achsen besitzen.The invention relates to the fine polishing of Surfaces with a low roughness (in particular mirrors) whose shape is, for example, rectangular. It is based on the use of polishing machines, which have a kinematics with two mutually perpendicular axes.
Die auf Oberflächen erzeugten Formen können Ebenen, Kugeln, Zylinder entlang ihrer großen Abmessung (Meriodionalzylinder) oder ihrer kleinen Abmessung (Sagittalzylinder), Spiegel mit einem elliptischen oder parabolischen Meridionalprofil, oder Parabolspiegel oder elliptische Spiegel sein, die ein Stück eines rotationssymmetrischen Spiegels darstellen.The on surfaces generated forms can Planes, spheres, cylinders along their large dimension (meriodional cylinder) or its small dimension (Sagittalzylinder), mirror with a elliptical or parabolic meridional profile, or parabolic mirror or elliptical mirrors that are a piece of a rotationally symmetric Mirror.
Eine der Anwendungen dieser Oberflächen ist die Herstellung von Spiegeln, die dazu verwendet werden, Lichtbündel X, die von Lichtquellen vom Typ eines Synchrotrons oder Freie-Elektronen-Lasers abgegeben werden, zu formen und zu fokussieren.A the applications of these surfaces is the manufacture of mirrors, which are used to light bundles X, emitted by light sources of the type of a synchrotron or free-electron laser become, shape and focus.
Die verschiedenen Arbeitsschritte sind beispielsweise:
- 1. Vorformling: dieser Schritt ist traditionell beim Bearbeiten von Materialien vom Typ Glas oder Keramik oder Silizium und besteht darin, den Träger, auf dem die Oberfläche mit einer geringen Rauhigkeit hergestellt wird, zu formen.
- 1. Preform: this step is traditional in machining glass or ceramic or silicon type materials and consists of forming the substrate on which the surface is made with a low roughness.
Hierzu verwendet man Fräsen oder Bearbeitungszentren, die mit speziellen Werkzeugen für die Bearbeitung dieser Materialien ausgerüstet sind. Diese Werkzeuge bestehen für gewöhnlich aus einem Messing, auf dem feine Diamantteilchen aufgebracht sind, die mit einem Bindemittel auf dem Werkzeug befestigt sind. Diese Arbeitsschritte finden in Abhängigkeit von den zu bearbeitenden Materialien unter Bespritzen mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten statt. Das Formen der Oberfläche wird ebenfalls mittels dieser Vorgehensweise durchgeführt.
- 2. Schleifen: hierfür verwendet man Werkzeuge in Form von Ebenen oder eines Zylinders oder mit einem zu der zu polierenden Oberfläche komplementären Profil.
- 2. Grinding: this involves using tools in the form of planes or a cylinder or with a profile complementary to the surface to be polished.
Die Abmessungen dieser Werkzeuge sind denen der zu polierenden Oberfläche ähnlich. Diese Werkzeuge können mittels einer herkömmlichen mechanischen Bearbeitung hergestellt werden. Bei dem verwendeten Material kann es sich um Aluminium, Messing, und in bestimmten Fällen um Glasstücke handeln, die auf einen mechanischen Träger aufgeklebt sind.The Dimensions of these tools are similar to those of the surface to be polished. These tools can by means of a conventional machining are made. In the used Material may be aluminum, brass, and in certain cases Act glass pieces, on a mechanical support are glued on.
Es wird mit Hilfe einer Poliermaschine gearbeitet, die eine Kinematik mit 2 linearen Achsen aufweist, mit einer relativen Formgebung des Werkzeugs und der zu polierenden Oberfläche.It is worked with the help of a polishing machine, which is a kinematics with 2 linear axes, with a relative shape of the Tool and the surface to be polished.
Hierfür wird die zu schleifende Oberfläche an dem Werkzeug in Anlage gebracht, und eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche und dem Werkzeug parallel zur großen Längenabmessung der Oberfläche und eine dazu senkrechte Bewegung für die Breite erzeugt.For this purpose, the surface to be sanded attached to the tool, and a relative movement between the surface and the tool parallel to the large length dimension of the surface and a vertical movement for the Width generated.
Entweder das Werkzeug oder die Oberfläche ist ortsfest, und das jeweils andere Teil ist beweglich und wird durch die beiden Translationsbewegungen angetrieben. Als Alternative wird das Werkzeug mit einer Translationsbewegung angetrieben, und die Oberfläche wird in einer dazu senkrechten Translationsbewegung angetrieben. Zusätzlich ist entweder das Werkzeug oder die Oberfläche frei, um sich um eine zu der großen Längenabmessung parellelen Achse zu drehen.Either the tool or the surface is stationary, and the other part is movable and gets through the two translational movements driven. As an alternative will the tool is driven with a translational motion, and the surface becomes driven in a perpendicular translational movement. In addition is either the tool or the surface free to move around one the big length dimension to rotate parallel axis.
Der Arbeitsschritt des Läppens verwendet klassische Schleifabrasive, wobei die Korngröße solange verringert wird, bis eine Oberfläche mit dem Aussehen eines Feinschliffs erhalten wird.Of the Working step of lapping uses classic abrasive abrasives, with the grain size as long is reduced until a surface obtained with the appearance of a fine grinding.
Während dieser gesamten Phase wird das Werkzeug neu angesetzt, bis auf der zu polierenden Oberfläche die endgültige geometrische Form bis auf mehrere Mikrometer erhalten wird.
- 3. Vorpolieren mit Pech oder mit einem Grobpolierfilz und einem klassischen Polierabrasiv wie Ceroxid unter Verwendung der vorausgehend beschriebenen Maschine. Die Bewegung in der Längenrichtung (Richtung X) besitzt eine Amplitude von zwischen beispielsweise 5 und 200 mm, und in der Breitenrichtung (Richtung Y) eine Amplitude von zwischen beispielsweise 1 und 100 mm.
- 4. Das eigentliche Polieren unter iterativer Formkorrektur bis zum Erhalt der Toleranzspezifikationen bezüglich der theoretischen Form. Das Poliermaterial ist Pech, das auf das Werkzeug aufgegossen und daraufhin mit der zu polierenden Oberfläche durch Erwärmen in Form gebracht wird. Das Pech wird örtlich dort abgetragen, wo Erhebungen gemessen wurden. Das verwendete Abrasiv ist beispielsweise Ceroxid. Die Polierdrücke liegen zwischen 5 und 100 g/cm2. Das Polieren wird beendet, wenn die zu polierende Oberfläche eine gute Form besitzt und keine Punkte oder Fehler mehr vorliegen, die den voraufgegangenen Arbeitsschritten entsprechen. Die Rauhigkeit in diesem Stadium beträgt zwischen 3 und 15 Å bei quadratischen Prüfzonen mit einer Breite von 1 bis 1000 μm.
- 5. Das Superfinierpolieren wird unter Verwendung eines Abrasivs vom Typ eines kolloidalen Silicamaterials in Verbindung mit einem Filz durchgeführt. Wenn dieser Arbeitsschritt auf die herkömmliche Weise durchgeführt wird, verformt er im allgemeinen die zu polierende Oberfläche.
- 3. Pre-polishing with pitch or with a rough polishing felt and a classic polishing abrasive such as cerium oxide using the machine described above. The movement in the length direction (X direction) has an amplitude of between, for example, 5 and 200 mm, and in the width direction (Y direction) has an amplitude of between, for example, 1 and 100 mm.
- 4. The actual polishing under iterative shape correction until the tolerance specifications regarding the theoretical shape are obtained. The polishing material is pitch, which is poured on the tool and then brought into shape with the surface to be polished by heating. The bad luck is locally eroded where surveys were measured. The abrasive used is, for example, cerium oxide. The polishing pressures are between 5 and 100 g / cm 2 . The polishing is stopped when the surface to be polished has a good shape and there are no longer any spots or defects that correspond to the previous work steps. The roughness at this stage is between 3 and 15 Å for square test zones having a width of 1 to 1000 μm.
- 5. Superfinishing is performed using a colloidal silica type abrasive in conjunction with a felt. When this operation is carried out in the conventional manner, it generally deforms the surface to be polished.
Gemäß der Erfindung wird der Filz direkt auf das Pech aufgeklebt, und man nutzt sein Fließen, um die Oberfläche des Filzes so zu formen, dass sie zu der zu polierenden Oberfläche komplementär ist. Das Formen wird durch Erwärmen des Pechs, des Werkzeugs oder des Substrats der zu polierenden Oberfläche vorgenommen, wobei das Formwerkzeug die zu polierende Oberfläche selbst ist. Dieses Ewärmen wird auf eine Temperatur in der Größenordnung von 60°C vorgenommen, bei der das Pech eine Viskosität aufweist, die ausreichend ist, um sich fließend zu verformen, ohne zu verfließen. Die angewendeten Bewegungen und Drücke sind ähnlich denjenigen, die beim eigentlichen Polieren (Schritt 4 oben) angewendet werden, d.h. zwischen 5 und 100 g/cm2.According to the invention, the felt is directly on the pitch is glued on, and its flow is used to form the surface of the felt so as to be complementary to the surface to be polished. The molding is done by heating the pitch, tool or substrate of the surface to be polished, the molding tool being the surface to be polished itself. This heating is performed to a temperature of the order of 60 ° C, at which the pitch has a viscosity sufficient to flow smoothly without bleeding. The applied movements and pressures are similar to those used in the actual polishing (step 4 above), ie between 5 and 100 g / cm 2 .
Der herkömmlicherweise für diese Phase bekannte Stand der Technik ist es, den Filz auf ein Metallwerkzeug aufzukleben, wobei gegebenenfalls ein weiches Material, z.B. vom Schaumtyp, dazwischenliegend angeordnet wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass man über ein hartes Werkzeug (Pech mit einer Temperatur von 20°C) mit einer Kontur vertilgt, die sich an die Form der zu polierenden Oberfläche anpaßt. In diesem Stadium liegt die erzielte Rauhigkeit im allgemeinen zwischen 1 und 2 Å bei den Materialien vom Typ Glas und Silicamaterial. Sie liegt im allgemeinen zwischen 1 Å und 3 Å bei Silizium und Keramikmaterialien, und zwischen 3 Å und 5 Å bei metallischen Oberflächen, die mit Nickel beschichtet sind.Of the conventionally for this Phase known prior art is to put the felt on a metal tool gluing, optionally with a soft material, e.g. from Foam type, is placed in between. The advantage of the method according to the invention lies in that one over a hard tool (pitch with a temperature of 20 ° C) with a Contoured, which adapts to the shape of the surface to be polished. In this stadium the achieved roughness is generally between 1 and 2 Å in the case of Materials of glass and silica type. It lies in general between 1 Å and 3 Å at Silicon and ceramic materials, and between 3 Å and 5 Å for metallic surfaces, the coated with nickel.
Gemäß
Der Druck P, der während des Feinpolierens aufgebracht wird, liegt in der Größenordnung von 5 bis 100 g/cm2.The pressure P applied during the fine polishing is on the order of 5 to 100 g / cm 2 .
Diese
weist zwei parallele Gleitstangen
Jeder
der Arme weist eine Aufnahme
Die Poliergeschwindigkeiten in jeder der Richtungen X und Y können beispielsweise zwischen 0,05 m/s und 0,5 m/s gewählt werden.The Polishing speeds in each of the directions X and Y may be, for example be selected between 0.05 m / s and 0.5 m / s.
Die
Gemäß den
Das
Verfahren ist auch auf Oberflächen
anwendbar, die keine Generatrix aufweisen. Das Abformen des Elementes
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