DEP0036171DA - Maschine zum Schleifen und Polieren nichtsphärischer optischer Flächen - Google Patents

Description

Hilger & Watts P 36 171 XIl/5/67a D

limited

Patentanmeldung

Priorität der britischen Patentanmeldung Hr. 8193 vom 15» März 1946

Maschine zum Schleifen und Polieren nichtsphärisch er optischer Flächen

Die Erfindung betrifft die aitoaatische Erzeugung nichtsphärischer optischer Kotationsflächen z» B. von Linsen oder Spiegel»» Die üblichen Maschinen zum Schleifen und Polieren optischer ^lachen erzeugen sphärische oberflächen durch die hin- undjiergehende Bewegung eines sphärischen Werkzeuges über die Lines oder den Spiegel und die erzeugte fläche ist unabhängig von der Bewegung, die dem sphärischen Werkzeug erteil* wird, angenähert sphärisch, da das Werkzeug während des /irbelts-SOrganges in mehr oder weniger vollständiger Berührung mit der zu schleifenden oder polierenden Oberfläche bleibt. Bei der Erzeugung nichtsphärischer Flächen ist jedoch die Berührung im allgemeinen beschränkter und es ist notwendig, die -teilung des Werkzeuges besonders zu überwachen. Maschinen für diesen Zweck wurden bereits angegeben, jedoch genügen bei ihnen weder die Einfachheit noch der Änderungsbereich der Kurvenform, noch schließlich die Arbeitsgenauigkeit.

entsprechend der ro rl ie senden Erfindung weist eine Maschine zum Schleifen oder Polieren vorbestimmter Formen nicht sphärischer optischer Oberflächen durch hin- und hergehende, kurvenförmige Bewegung eines Werkzeuges liber die Einlaufende Oberfläche ein hin- undhergehendes Werkzeug, das mittels eines Zopf eis veränderlicher Länge an einen um einen festen Punkt schwingenden Hebel angelenkt ist, entlang einer Steuerfläche und gleichzeitig die Verlängerung des Koppels ebenfalls an einer ..teuerfläche geführt

werd/und diese Flächen so geformt sind, daß ihre gemeinsame -"inwir^ung die von dem Werkzeug zu erzeugende nichtsphärische Kurve ergibt. .Durch diese Mittel werden Richtung und Ort des 'tferkseuges derart festgelegt, dass es eine einzige Stellung für Jede Stellung der Schwinge hat» Die beiden Steuerflächen sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Schwinge, das Werkaeugfiihrungsglied und das Koppel alle in einer geraden Linie 1iegen, wenn die Schwinge sich in der Symmetrieachse der optischen Oberflaches befindet, welche im allgemeinen, wenn auch nicht immer, ihre Rotationsachse ist»

Die Maschine erzeugt aufder optischen Oberfläche, der durch ^orschleifen die ungefähre Form der geforderten Krümmung gegeben sein kann, eine nichtsphärische fläche als Umhüllende des eges des Meridiansohnittes eines umlaufenden zweckmäßig sphär-isshen Werkzeuges, welches ein Schleif- oder ein lolierwerkzeug sein kann und das um eine durch s einen Kriimmungsadttelpunkt gehende Achse umläuft undin der gewünschten Weise mit Hilfe des vorerwähnten Koppels veränderlicher Länge und der an einem festen Punkt angelenkten Schwinge bev egt wird, oder als Ort des nahezu punktföriuigen Werkzeuges (das umlaufen oder nicht umlaufen kann) und den Meridianschnitt der zu erzeugen-

den ^berflache beschreibt«

Die Rotationsachse des umlaufenden T/erlcaeuges, dessen Bewegung durch das Werkzeugfährungsglied volls tändig "bestimmt wird_s ist vorzugsweise gegen die geometrie die Aehse des tferkzeugführungsgliedes derart geneigt, daß diese Ac sen sieh im Mittelpunkt der ferkzeugkriimmung schneiden, wenn das Werkzeug ;jene Stellung erreicht hat, in der es seine „rbeit vollendet hat«.

Die Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung erläutert! A

Abb. 1-4 stellen die geometrisch verschiedenen Auefüiirungsbeispiele des erfindungsgemässen Konstruktionsprinzips ftiB die Maschinen dar,

Abb» 5 zeigt eine abgeänderte Ausfüiarungsform einea Einzelteiles,

. 6, 7 und 8 sind geometrische ^chemabilder weiterer ürungsbei spiele,

Abb. 9 ist ei η Grundriß einer erfindungsgemäßen Maschine _s die insbesondere frär Anordnungen gemäß den Abbe 6 und 8 geeignet ist, und

Abb„ ^iST zeigt einen Seitenriß der Maschine gemäß Abb»

In allen Abbildungen ist die zu schleifende oder zu polierende j-inse mit 1, ihre Rotationsachse xuit 2, das Werkzeug mit 3» seine Rotationsachse mi± 4_f die Schwinge mit 5 und ihr drehpunkt mit 0 bezeichnet.

^tfemäß Abb* 1 ist die Schwinge 5 bei L mittels eines Dreh-H 2197

sapiens an das Zop^el 6 angelenkt, das eine Verlängerung aufweistt welche durch eine .Steuerfläche 8 geführt wird. Das fiarkzeugfürongsglied 9 ist bei P mittels eines l>rehzapfens an das Kopp! f» angelenktf sein anderes Ende wird durch die Steuerfläche 10 geführt. Bas Slied S ist starr mit der nicht dargestellten Werksisugfassung rerbundea, eo dass das Glied 9 und die f/erkaeugachse 4 eine feste Stellung zueinander haben» Der Zapfen 1 ist einstellbar swecks Änderung des Abstandea zwischen L und P.

I der ^rbcit schwingt die Schwinge 5 um den festen Punkt 0 und die runkte L und 3? beschreiben, E-urren, die Toiaaer äußersten in Abb» 1 wiedergegebenen stellung biszu einem Punkt reichem, bei demdie Schwinge 5$ dag Koppel 6 und seine Yelängerttag 7 sowie das Werkzeugfahrungsglieä. 9 in einer geraden Linie liegen* wenn die Schwinge 5 sich ia der Syaime trie achse 2 der iiinse 1 befindet, so dass das Werka-ug 3» obgli^ch es sich in einer festen ^inie nur über die halbe Oberfläche der ünse 1 bewegt, infolge- der flotation dieser Oberfläche auf die ganze Oberfläche einwirkt .

In Abb. 2 ist mit denselben Zahlen und -Buchstaben eine ähnliche Anordnung dargestellt* die zur Herstelltang einer konkaven j-dnse dient. Die einzige Änderung besteht darin, daß sich die i'ünrungsflache 10 auf d er anderen -eite der Linse 1 befindet und das Werkzeug 3 über eine Kurv® bewegt, die eine ümkehauag zu der der Abb. 1 ist»

Bei der Abb» 5 ist die Anordnung der Zapfen L und P umgedreht und die Kop. el-Terlängerung 7 bewegt sich nicht auf einer -teuerfläche 8_t sondern sie wird an einem Ort 8' einer Lurvenrolle und einer lockenfläche in nicht dargestellter leise bewegt.

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Die in Abb« 4 dargestellte Anordnung ist ähnlich der Anordnung gejsäß Abb, 3 ausgebildet, aber infolge der Stellung der Steuerfläche 10 und der umkehrung t-er ,Karvenbewegung des Werkzeuges- 5 geeignet, eine konkave Linse zu erzeugen.«

Senn die Steuerfläche theoretisch au c-inem Punkt entartet* gegen den eine Beruhrungak-aBte.,.. ζ.* B. 7 oder 9_t drückt-, b#* steht das Verfahren zur «Sicherung dieser geometrischem Bedingung in der Praxis in der Benutzung einer äquivalenten.«, abgeänd rten ΰ teuerflächeaform». die aus ainea stehenden sylinderischen Stab besteht» der senkrecht zwc Bewe._;;ungeebene des loppels undderschwinge angeordnet ist wnä dessen Achse duröh ten betreffenden Punkt geht, und wobei ferner die B.^; räiirungskante J oder 9 jeweils dareh eine su, ihr parallele Kante ersetzt ist, die starr mitdest lerkaeagföiirungsglied verbunden und seitlich gegen 7 oder 9 um einen s oldaen Betrag versetzt ist.» dass ? und 9 als ICönajbruktlonslinien weiterhin in der geforderten Weise durch die Aehse des zylinderisehen ^: tabes gehen. Bei der Beniitsmmg -einer solchen abgeänderten Perm der fihrangsfläche undder eeitlieh verschobenen Bertihrungskante gilt der -da en angegebene Hinweis auf die Geradlinigkeit weiterhin für die Eonstruktionslinien 7 oder B₉- die in diesm Falle bei der Betrachtung die stelle der Eerührungskanten einnehmen. Abb. 5 zeigt diesen Eraata des Punktes f undder E^nstruktionsliiiie 1. durch einen z$ linderiaQhen Stab E und verschobene Beriihrungskantejl·.

In gleicher Weise können Btsuerflächeniormen· wie 8 oder 10 und die entsprechenden Eerührungskanten 7 oder 9 durch äquivalente Eombinstlonen abgeänderter· steuerflächenforxaen und verschobener Berührungskanten ^:.:rsetzt werden, wie dies in Abb,» 6 dargestellt ist» Die Steuerflaehenforwerden in einem solchen Pail in geometrischem

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Sinne parallel jener Qrrniäform der Steuerfläche ν e öle erforderlich wäre.» wenn die Seruriramgskante nicht verschoben wire.·. Me TfereöhO'toeJäeii Berährungskant-eiß werden in diesem Falle den, iConatrulEti.essli.ni en 7 unä/odei 9 parallel sein and der Vers ehiebimgB&e trag wird des Änderungen der St euer fläehesforjaeii gegenüber des öxundforaen der Steuerflächen entsprechen»

Sie s eitliehe Sehwingbewegtmg. de© Serfessmges f wird mittels einer geeigneten Steuerfläche·,, einer Uo-cfee oder einer Iac— sejaterseiieibe erzeugt.» die ae"bea der lasoiaiiie angeordnet ist und mittels einer Schwinge f_s äie Biit den Zapfen P oder Ι» oder irgend einem anderen geeigneten Fmafct der G-l-.eder 6^ 7 oder 9 verfraßäen ist». Der Betrag einer .solchen öchwingbewegung hiaigt ^en des Abmessungen, der Maschinen und den Abmessungen der- am. bearbeitenden iläe&e- ab, %&mx die Berührungak-ante geg-näher 4er I.onstruk.ti©nslinie 9 nicht in der oben freseJirietoenen feise seitlieh Tersahot»ea ist» wird die örenzstellmng der Soiwingbewegung in der einen -"ichtong durch die Etellung "beatriHant, in der die Könstruktionslinie 9 ffiit d.er Achse 2 zusaiaiaerifällit· falls eine solche Tersekiebunii 4er Bers.hrungskan"t«a v©rgen©isjfte33. wurde,, wie di.es in Abh* i dargestellt ist* kann di® Schwing- ¥ön 9 über die Symii® tri«a-chse hiaiibergebe^a·,. voraaadaß die ^'o.rm. der Päarungsfläche entsprechend ausgedehnt ist« In eiaem soÄien MlIe wird die iäiirungsfläche far §lied 7 i& der dargestellten Weise durch Hinso-fIgung eines FEihrungsastss &"* verdoppelt, wobei die zwei verschiedenen liste 8 and 8* einer solehen Deppelfiihraagsflache zur Steuerung' der Stellung v&m 7 dienen, wenn sieh äas Werkzeug aaf den entsprechenden verschiedenen Seiten der Achse 2 befindet· lin® in ter SlciÄge nicht dargestellte Feder dient dazu, ein Gleiten der Koppelver-

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längerang ? auf der zugeordnetes Seite der Fuhrungefläefee au sichern,»

Statt die abgeänderte lüiirungsfläefae derart zw. verlängern, dal sie ein Sertiberreiehen der Sshwij&gbewegung aber die Symraetrieaeh.se 2 erffiögliehi* tesrua ges'äl Α1Λ* f dasselbe. Ziel BXiOh durch die Verwendung- einer zweiten ^'unrangsf lache 11* erreicht werden, die äie parallel versöfaobene ü'iiürungsfläehe 11 verdoppelt*, welche an die "Stelle der Fläche 10 getreten ist. Zwei getrennte, aber starrverbundea» BerührungBkani-'en 9' und 9'% äie um geeignete Beträge in gleichen and entgegengesetzten "iefatuagen gegen die K^nstruktionelinie 9 vers.cheben sind* werden, von ä es entspreekenden Ästen 11 and 11* dieser Fiihi-nngsfläehe geführt· Eine nicht dargestellte J?eder hält die Berüiiruaggkanten 9' und 9'* während der ^eawingbewegtang in SeröJartang mit der zugeordneten Oberfläche der Eonstruktlonelinie.

Die in Abb. 8 dargestellte Anordniaig ähnelt der Aaordn«ng naeh Abi* 7, ist jedoch dareh Anbringen der ^"iihrungafläokea 11, 11' auf der anderen Seite der linse 1 und die Umkehrung der ^urvenfcewegung des erlcBeages 3 -für die Eraeugung i ins en .geeignet*

in Abb«. 9 und 10 dargestellte Ausfiihrunaform der Maschine ist insbesondere für die sehematisoa in den Abb» 6» 7 und 8 geoffletriseh erläuterten Anordnungen geeignet., Auf deiE MascMnensockel 20 ist ein ,-'Jitiebsmittel 21 für den Linsenhalter 22 angebracht·· Sas umlaufende Werkzeug 3 ist starr euf dem: ierkzeugfahrungsglied 9 befestigt und das eine Ende dieses Gliedes ist bei P an das tine Ende des Üopj/els 6., 7 angelenkte während das andere Ende des Gliedes 9 gabelförmige Zweige 9* und 9^f> aufweist, welche an den J teuer flächen 11-, 11* gleiten können. Das andere

Ente des Koppels 6_S 7 kann an den steuerflächen 8 and. & gleiten» Die Schwinge 5 ist Kit dem einen 2n.eLe bei L mittels eines Brehzapfens an das Koppel 6*7 angelenkte während das ander© Ende mittels eines Drehzapfen© an dem festen Punkt Θ befestigt ist*

Bei der Arbeit beschreiben die funkte L und P, falls das Koppel δ, 7 aa dea Oberflächen der Steuerfläche 8* 8' gleitet ψ Querkurven, die rön d er in Abbe, 9 dargestellten äußersten Lage zu der auf der anäaren Seite der Symmetrieachse 2 der linse 1 befindlichen äußersten Lage reichen«

Das Werkzeug 3» das starr mitdem Werkseugfäiirungsglied verbunden ist., welches mittels eines Crehzapfens im Punkte 1 befestigt ist, schwingt über die gaue Qberfläene de^ umlaufenden Linse 1,.

Der Entwurf geeigneter Steuerflächenformen erfordert einfache geometrische Berechnungen und xsahtolgende Einstellung von Konstanten, am den vorgegebenen praktischen Bedingungen zu genügen* Sin Verfahren» das beispielsweise bei der Bestimmung der uteuerfl-äohenformen uadder Eon-Btruktiohsdaten für das System in irgend einem gegebenen Pail eingehalten werden kann» wird aus dem folg enden klar werden« Wenn in der Abb» 3 ©ine Steuerfläche IQ die Stellung und dichtung des lerkzeugfänrungsgliedes 9 entsprechend einer vorbestimmten, «uf dem feile 1 zu erzeugenden Kurve festlegt, und das rotationsaymse trische Werkzeug für den ^ebrau-oh ausgewählt wurde,, so kann der Ort des jguüktes P für jede gegebene wirksame Länge des Werkzeugf iüarungsglieäes bestimmt werden,- wobei ά iese Länge mit kleinem Inde.arangsmöglichkeiten allgeraein durehdie Hauptabmessungen der vorliegenden Maschine festgelegt wird« Uann ist es mög-.ich» durch Yersuch für die geforderte

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öberflächenform einen geeigneten Abstand zwischen L und P undeine geeignete Lage des Drehpunkte» 0 zu finden, welche den Ort der Achse der Eurvenrolle aufdem anderen Ende des Koppels 7 bo-timmen uxxä damit die Form der FührungsflJlche 8^f, welche form and Abmessungen aieh, entsprechend kinematischen und mechanischen öesiehtspunkten als zweckmäßig ergeben»

Die a of ^rund solcher Übeil egungen gewählten E-onstanten hängen weitgehend vonder au erzeugenden Oberfläche ab» denn es ist naturgemäß möglich» am Koppel 7 für Punkte außerhalb der Achse irgend eine gewünschte Dichtung za geben, in dem ®snden Abstand zwischen 1 und P in geeigneter ändert.

Bei vielseitiger Verwendung vereinfacht der vorgeschlagene Gebrauch einer Forvenrolle den geometrischen .Entwurf, aber ein rollender oder schleifender Eontakt an der fiihrungsfläehe 8 gemäß den iibb* 1 und 2 kann in den Fällen benutzt werden* die sich bei Berechnungen der oben beschriebenen Art als geeignet ergeben. Als Umhüllende der erzeugten x-inienschar L-P, die auf ^rund der aus obenstehenden Berechnungen erhaltenen Lonstanten bestiiamt wird* kann eine geeignete Steuerflaehenform 8 zunächst angenommen und dann in geeigneter ffeise korrigiert werden, um gesteigerten Anforderungen an He Genauigkeit, die Zweckmäßigkeit unddie mecüanische rbeit zu gen&gen*

-ntspreehend dem verhältnismäßig hohen Hebelarmverhältnis am Punkte L werden vernünftige Herstellongstoleranzen der Piiiirungeflachen 8 und 8¹ eine hohe Genauigkeit der fiichtsphärxechen Oberflächenform sichern^ aber die ent^ recnende erforderliche Genauigkeit der wesentlichen mechanischen Teile sollte auch bei der Einstellung der Kons tan—

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ten beaclrtet werden_s damit jede Terlangte .form and Genauigkeit der Oberfläche erhalten werden kann* Insbesondere sollen Jform und Jteigang d^r Steuerfläche 8 and 8' mechanisch zweckmäßig sein.

Claims (1)

1. f a t e a t aa a ρ r ii C h e

   1. Maschine zum Schleifeil oder Polieren formen niehtsphäriseher optischer Oberfläche!* mittels eines hin— und hergehenden Werkzeuges* dadurch gekennzeichnet» dass das Werkzeugfünrungöglied (9) _s welches mittels eines "Koppels (6) veränderlicher Länge an einen festen funkt (ö) sei» ingenden Hebel (5) aagelenkt ist* entlang einer' Steuerfläche (10), and gleichseitig die VerlE&gexaag (7) des Koppels (6) ebe-nf-alls an einer Steuerfläche (8) geführt werden., und diese Flächen (8 und 10) s© geforsit sind, dass ihre gemeinsame Einwirkung die τοη dem Werkzeug au erzeugende nichtsphärische Kurve ergibt»

   2» Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzelehnet, dass die beiden Steuerflächen (8 und 10) derart angeordnet sind, dass die Schwinge (5), das Werkzeugführungsglied (9) unddas Koppel (6) alle in einer geraden Linie stehen» 'wenn die Schwinge sich in der Symmetrieachse (2) der optischen Oberfläche (l) befindet·

   3« Maschine nach juisprmeh 1 c&. er 2» dadurek gekennzeichnet, dass das Werkzeug. (3) ein sphärisches Werksetig ist, welches um eine Aekse (4) rotiert, die durch d em Erümmurxgsmittelpunkt des Werkzeuges geht.

   4ο Maschine nach Anspruch I₅ 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (3) um eine Rotationsachse (4) rotiert, die gegen die geometrische Achse

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   des WerkzeugfüJarungsgliedeH (9) derart geneigt ist., dass sie diese Aeiase im itrüimriungsmittelpnjakt des Werkzeuges aoimeidet, wenn dieses Werkzeug Jene Stellung erreicht hat» in äer es seine Arbeit vollendet hat*

   5» Maschine nach Anspruch 1 oder 2._n ä adurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug. (3) einm nahezu punfctfo.rm.igee Werkzeug ist? das eine Meridianlinie der zu erzeugendes. Oberfläche (l) beschreibt»

   6. Maschine nach e inemder Anspräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen^, B* und 11, 11') verdoppelt sind, damit das Werkzeug sich aufig eder Seite der 8ym.: etrieschse (2) der optischen Oberfläche (1) bewegen kann*

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