EP1386694B1 - Verfahen zum Polieren und Poliermaschine - Google Patents

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EP1386694B1
EP1386694B1 EP03025546A EP03025546A EP1386694B1 EP 1386694 B1 EP1386694 B1 EP 1386694B1 EP 03025546 A EP03025546 A EP 03025546A EP 03025546 A EP03025546 A EP 03025546A EP 1386694 B1 EP1386694 B1 EP 1386694B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polishing
pressure
polishing plate
drive shaft
pressure chamber
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP03025546A
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English (en)
French (fr)
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EP1386694A1 (de
EP1386694B2 (de
Inventor
Christoph KÜBLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Vision International GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Vision International GmbH
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Publication date
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Application filed by Carl Zeiss Vision International GmbH filed Critical Carl Zeiss Vision International GmbH
Publication of EP1386694A1 publication Critical patent/EP1386694A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1386694B1 publication Critical patent/EP1386694B1/de
Publication of EP1386694B2 publication Critical patent/EP1386694B2/de
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/006—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/02—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor by means of tools with abrading surfaces corresponding in shape with the lenses to be made
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B45/00—Means for securing grinding wheels on rotary arbors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/10—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load

Definitions

  • the invention relates to a method for polishing a punctiform asymmetric free-form surface according to the preamble of patent claim 1 and to a polishing machine according to the preamble of patent claim 7.
  • a polishing machine for polishing spherical lens surfaces has an upper slide movable in an x-direction.
  • a tool spindle which is rotatably mounted about a vertical axis connected.
  • the tool spindle serves to receive a dressing tool.
  • workpiece spindle is provided for receiving the workpiece or the lens connected to a further carriage.
  • the workpiece spindle and the workpiece spindle with the dressing tool are arranged at a fixed distance from each other. The carriage carrying these two spindles can be moved in the z-direction.
  • a polishing machine and a method for polishing optical surfaces are known.
  • the polishing machine has a polishing head provided with an elastic membrane. By pressurizing the membrane, the application of force to the surface to be polished is regulated.
  • a disadvantage of this polishing machine that the size of the surface of the polishing head or the membrane resting on the surface to be polished depends on the pressurization.
  • the polishing head with the elastic membrane is biased by an associated spring in the direction of the surface to be polished.
  • hydraulic cylinders are provided for the provision of a tilting mobility of the elastic membrane around a point lying on the axis of rotation in the region of the flexible membrane.
  • the application of force to the surface to be polished is detected by associated sensors, swirl strips and solenoid.
  • the polishing of the optical surface in dependence on the rotational speed of the polishing head and the force acting on the surface to be polished contact pressure is controlled by pressurization.
  • a gimbal stored optics grinding or polishing tool known.
  • an alignment member is provided, which consists of elastic material. This alignment member exerts no tool lifting the tool off the spindle. It can be readily formed so that even a force the tool to the all-round joint, z. B. a ball joint, zoom, but the alignment force is so weak that the adjustment of the tool on the workpiece under the effect of the working pressure is possible.
  • the use of such a tool allows the automatic loading of an optical grinding machine, since the workpiece rigidly and axially immovable remains on the spindle and without lateral tilting a well-defined position relative to the feeder occupies.
  • gimbal-mounted optical abrasive polishing tool described is intended for a convex lens.
  • the lens is mounted on a workpiece carrier.
  • the workpiece carrier sits on a fixedly mounted spindle, which has no self-propelled, but is freely rotatable.
  • JP 63232948 A (Canon Inc.), 28 September 1988 (1988-09-28) discloses a polishing tool sitting on a shaft.
  • the shaft carries a rotor, which is enclosed by two cylinder chambers. Both sides of the rotor can be subjected to an air pressure in order to apply a predetermined pressure force to the polishing tool. Between the two cylinder chambers air outlets are provided, through which the air led to the two sides of the rotor can escape without affecting the pressure force on the two times of the rotor. In this way, a self-stabilizing effect of the pressing force of the polishing tool on the workpiece takes place.
  • the object of the invention is achieved for the method by the given in claim 1 features.
  • the object of the invention is achieved for the polishing machine by the features specified in claim 7.
  • the pressure in a pressure chamber of the polishing head is controlled as a function of the surface contour of the optical surface, so that the turntable resting on the optical surface exerts a predetermined constant polishing pressure thereon.
  • polishing head in particular for polishing optical surfaces, are used, with a polishing plate, which is connected to a rotatably driven drive shaft, wherein the polishing plate with the drive shaft is pivotally and rotatably connected.
  • the polishing plate rotatably articulated to the drive shaft By the measure to connect the polishing plate rotatably articulated to the drive shaft, it is possible that the polishing plate following the surface contour rests on the surface to be machined. Due to the articulated connection of the polishing plate can perform tilting movements, so that it rests with a maximum polishing surface on the surface to be polished.
  • the non-rotatable articulated connection to connect the polishing plate via a Kugelimbusgelenk with the drive shaft.
  • this Kugelimbusgelenk it is possible to arrange the fulcrum by which the polishing plate can be pivoted in any direction as close to the surface of the polishing plate to be polished.
  • the close arrangement of the articulated connection to the polishing surface of the polishing plate has the advantage that the polishing plate can follow the surface contours responsive.
  • the articulated connection one or more latching elements for securing the connection of drive shaft and polishing head. If a ball-and-socket joint is provided as an articulated connection, it is ensured by means of the latching element that the ball-and-cage head can not slip out of the associated recess. As a result, the polishing plate can be removed without problems from the surface to be polished. By guaranteed by the locking element Solubility of the compound also different polishing plates can be easily replaced with each other.
  • polishing head It has proven to be advantageous to associate the polishing head with a pressure chamber, resulting in a translatory movement of the polishing plate along a center axis of the polishing head from a pressurization of the pressure chamber. If the polishing plate is located on a surface to be polished, the result of pressurization is an increased polishing pressure.
  • one of the pressure chamber associated piston is in operative connection with the drive shaft, so that a pressurization of the pressure chamber is transmitted via the drive shaft to the polishing plate.
  • the in FIG. 1 shown polishing head (1) has a polishing plate (3) with a polishing pad (5).
  • the polishing pad (5) rests on a surface (41) of a workpiece (39) to be polished.
  • the polishing plate 3 is received via the articulated connection to a drive shaft (7).
  • a Kugelimbusgelenk is provided for this non-rotatable articulated connection.
  • the drive shaft (7) is on the side facing the polishing plate end provided with a Kugelimbuskopf (19) which engages in a in the polishing plate (3) formed recess (13).
  • a locking element for example, a spring element or spring pin on the polishing plate, which protrudes into a recess on the ball head in, may be provided.
  • the Kugelimbuskopf (19) is also possible to form the Kugelimbuskopf (19) on the polishing plate; In this case, then in the drive shaft (7) to provide a recess for rotationally secure articulated receiving the Kugelimbuskopfes.
  • the drive shaft (7) is translationally displaceable via a bearing element (23) and rotatably mounted in a hollow cylinder (49).
  • the hollow cylinder (49) is rotationally driven via a drive of the polishing machine, not shown, wherein the rotational movement due to the rotationally fixed connection by the bearing element (23) is completely transferred to the drive shaft (7) for the polishing head.
  • a hydraulic or pneumatic system On the side remote from the polishing head of the drive shaft (7) in the hollow cylinder (49) is a hydraulic or pneumatic system, which serves to load the polishing head with the required polishing pressure provided.
  • a hydraulic or pneumatic system For decoupling the piston (33) from the rotational movement of the drive shaft (7) and the hollow cylinder can pivot bearing between the pressure chamber cylinder (31) and the hollow cylinder (49) and between the piston (33) driven Pleul (32) and the drive shaft (7) may be provided.
  • the pressure chamber (29) formed in the pressure chamber cylinder (31) is assigned a pressure supply (35) with a pressure control valve (37) and a pressure reservoir (36).
  • the drive shaft (7) has for this purpose a non-rotationally symmetrical outer profile (43), preferably a polygonal profile.
  • Hollow cylinder is achieved by rollers or rollers (25) which are received in the bearing element (23) symmetrically to the outer profile of the drive shaft (7) and roll on the outer profile (43) of the drive shaft.
  • the axes of rotation of the rollers or rollers are aligned perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft (7).
  • the rolling bearing of the drive shaft (7) in the hollow cylinder (49) can also be a ball bearing, as in FIG. 4 represented, be provided.
  • the balls (53) in longitudinal grooves (51) of the hollow cylinder (49) and further longitudinal grooves (55) of the drive shaft (7) are mounted, wherein the longitudinal grooves extend parallel to the axis of rotation of the drive shaft (7).
  • the drive axle has a non-rotationally symmetrical outer profile, in particular a polygonal profile, at least in a region corresponding to the bearing.
  • the polishing head whose diameter is smaller than the diameter of the surface to be polished, is moved in a pivoting movement in the radial direction over the optical surface (41) to be polished. Both the workpiece (39) and the polishing plate are driven at almost the same speed in the same direction.
  • the rotational speeds of the polishing plate or the rotational speed of the workpiece in particular in dependence on the radial position of the polishing plate to change. This speed change has a positive influence on a constant polishing removal.
  • the pressure fluctuations are kept very small, so that the polishing plate rests with constant force on the optical surface to be polished.
  • the pressure control valve also contributes to the compensation of pressure fluctuations.
  • non-rotationally symmetrical optical surfaces (41) are polishable, wherein the polishing removal over the entire optical surface is constant.
  • the polishing pad of the polishing plate (3) rests as large as possible on the optical surface to be polished (41).
  • This is ensured in particular by the non-rotatable articulated connection between the polishing plate and the drive shaft (7) of the polishing plate can be tilted about a lying on the center axis (2) of the polishing head point in any direction and the orientation of the polishing plate thereby the surface contour of the surface to be polished (41) can follow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer punktunsymmetrischen Freiformfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Poliermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
  • Aus der EP 727 280 B1 ist eine Poliermaschine zum Polieren sphärischer Linsenoberflächen bekannt. Diese Poliermaschine weist einen oberen in einer x-Richtung verfahrbaren Schlitten auf. Mit diesem Schlitten ist eine Werkzeugspindel, die um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist, verbunden. Die Werkzeugspindel dient dabei zur Aufnahme eines Abrichtwerkzeuges. Zur Aufnahme des Werkstückes bzw. der Linse ist eine mit einem weiteren Schlitten verbundene Werkstückspindel vorgesehen. Die Werkstückspindel und die Werkstückspindel mit dem Abrichtwerkzeug sind in einem festen Abstand zueinander angeordnet. Der diese beiden Spindeln tragende Schlitten ist in z-Richtung verfahrbar.
  • Aus der WO 97/00155 ist eine Poliermaschine und ein Verfahren zum Polieren von optischen Flächen bekannt. Die Poliermaschine weist eine Polierkopf auf, der mit einer elastischen Membran versehen ist. Durch Druckbeaufschlagung der Membran wird die Kraftbeaufschlagung der zu polierenden Fläche geregelt. Nachteilig ist bei dieser Poliermaschine, dass die Größe der auf der zu polierenden Fläche aufliegende Fläche des Polierkopfes bzw. der Membran von der Druckbeaufschlagung abhängt. Der Polierkopf mit der elastischem Membran wird durch eine zugeordnete Feder in Richtung der zu polierenden Fläche vorgespannt. Für die Bereitstellung einer Kippbeweglichkeit der elastischen Membran, um eine auf der Drehachse im Bereich der flexiblen Membran liegenden Punkt, sind Hydraulikzylinder vorgesehen. Die Kraftbeaufschlagung der zu polierenden Fläche wird durch zugeordnete Sensoren, Drehstreifen und Solenoid, detektiert.
  • In dem aus dieser Schrift bekannten Verfahren wird das Polieren der optischen Oberfläche in Abhängigkeit von der Drehzahl des polierenden Kopfes und der auf die zu polierende Oberfläche wirkenden Anpresskraft durch Druckbeaufschlagung gesteuert.
  • Aus der DE 1 239 211 B ist ein kardanisch gelagertes Optik- Schleif- oder Polierwerkzeug bekannt. Zur Ausrichtung des Poliertellers ist ein Ausrichtglied vorgesehen, das aus elastischem Werkstoff besteht. Dieses Ausrichtglied übt keine das Werkzeug von der Spindel abhebende Kraft aus. Es kann ohne weiteres so ausgebildet werden, dass sogar eine Kraft das Werkzeug an das allseitig bewegliche Gelenk, z. B. ein Kugelgelenk, heranzieht, wobei jedoch die Ausrichtkraft so schwach ist, dass die Einstellung des Werkzeuges auf das Werkstück unter der Wirkung des Arbeitsdruckes möglich ist. Die Verwendung eines solchen Werkzeuges gestattet das automatische Beschicken einer Optik- Schleifinaschine, da das Werkstück starr und axial unbeweglich auf der Spindel verbleibt und ohne seitliches Wegkippen eine genau definierte Lage relativ zu der Beschickungsvorrichtung, einnimmt.
  • Das in der DE 1 239 211 B beschriebene kardanisch gelagerte Optik-Schleif-Polierwerkzeug ist für eine konvexe Linse vorgesehen. Die Linse ist auf einem Werkstückträger gefasst. Der Werkstückträger sitzt auf einer fest gelagerten Spindel, die keinen Eigenantrieb hat, jedoch frei drehbar ist.
  • Aus den Patent Abstracts of Japan Bd. 013, Nr. 022 (M-786), 19. Januar 1989 (1989-01-19) & JP 63232948 A (Canon Inc.), 28 September 1988 (1988-09-28) ist ein Polierwerkzeug bekannt, welches auf einer Welle sitzt. Die Welle trägt einen Rotor, welcher von zwei Zylinderkammern umschlossen ist. Beide Seiten des Rotors können mit einem Luftdruck beaufschlagt werden, um das Polierwerkzeug mit einer vorbestimmten Druckkraft zu beaufschlagen. Zwischen den beiden Zylinderkammern sind Luftauslässe vorgesehen, über welche die auf die beiden Seiten des Rotors geleitete Luft austreten kann, ohne die Druckkraft auf die beiden Zeiten des Rotors zu beeinflussen. Auf diese Weise tritt ein Selbststabilisierungseffekt der Druckkraft des Polierwerkzeugs auf das Werkstück statt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie eine Poliermaschine mit einem Polierkopf mit Polierteller zum Polieren einer Freiformfläche bereitzustellen, durch die eine qualitativ hochwertige optische Oberfläche polierbar ist und ein konstanter Polierabtrag auf der gesamten zu polierenden optischen Oberfläche gewährleistet werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird für das Verfahren durch die im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale gelöst. Die Aufgabe der Erfindung wird für die Poliermaschine durch die im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in weiteren abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß der Erfindung wird der Druck in einer Druckkammer des Polierkopfes in Abhängigkeit von der Oberflächenkontur der optischen Fläche geregelt, so dass der auf der optischen Oberfläche aufliegende Drehteller auf dieselbe einen vorbestimmten konstantes Polierdruck ausübt.
  • Es kann ein Polierkopf, insbesondere zum Polieren von optischen Flächen, eingesetzt werden, mit einem Polierteller, der mit einer rotatorisch antreibbaren Antriebswelle verbunden ist, wobei der Polierteller mit der Antriebswelle gelenkig und drehfest verbunden ist.
  • Durch die Maßnahme den Polierteller drehfest gelenkig mit der Antriebswelle zu verbinden ist es möglich, daß der Polierteller der Oberflächenkontur folgend auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufliegt. Durch die gelenkige Verbindung kann der Polierteller Kippbewegungen ausführen, so daß er mit einer maximalen Polierfläche auf der zu polierenden Oberfläche aufliegt.
  • Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle auf den Polierteller hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Polierteller mit der Antriebswelle mittels Formschluß zu verbinden, so daß die Drehbewegung der Antriebswelle aufgrund des Formschlusses auf den Polierteller übertragen wird.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt für die drehfeste gelenkige Verbindung den Polierteller über ein Kugelimbusgelenk mit der Antriebswelle zu verbinden. Durch dieses Kugelimbusgelenk ist es möglich, den Drehpunkt, um den der Polierteller in beliebige Richtungen geschwenkt werden kann, möglichst nah an der zu polierenden Oberfläche des Poliertellers anzuordnen. Die nahe Anordnung der gelenkigen Verbindung zur polierenden Oberfläche des Poliertellers hat den Vorteil, daß der Polierteller den Oberflächenkonturen reaktionsschnell folgen kann.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, der gelenkigen Verbindung ein oder mehrere Rastelemente zur Sicherung der Verbindung von Antriebswelle und Polierkopf zuzuordnen. Ist als gelenkige Verbindung ein Kugelimbusgelenk vorgesehen, so wird mittels des Rastelementes sichergestellt, daß der Kugelimbuskopf aus der zugeordneten Ausnehmung nicht herausrutschen kann. Dadurch kann der Polierteller ohne Probleme von der zu polierenden Fläche entfernt werden. Durch die durch das Rastelement gewährleistete Lösbarkeit der Verbindung können außerdem verschiedene Polierteller leicht gegeneinander ausgetauscht werden.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dem Polierkopf eine Druckkammer zuzuordnen wobei aus einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer eine translatorische Bewegung des Poliertellers entlang einer Mittenachse des Polierkopfes resultiert. Liegt der Polierteller auf einer zu polierenden Oberfläche auf, so resultiert aus einer Druckbeaufschlagung ein erhöhter Polierdruck.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein der Druckkammer zugeordneter Kolben mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht, so daß eine Druckbeaufschlagung der Druckkammer über die Antriebswelle auf den Polierteller übertragen wird.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt die Antriebswelle mittels eines koaxial angeordneten Hohlzylinders, in dem die Antriebswelle drehfest gelagert ist, über diesen Hohlzylinder anzutreiben. Für die Übertragung der Drehbewegung hat sich eine formschlüssige Verbindung als vorteilhaft erwiesen.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Antriebswelle in dem Hohlzylinder mittels Lagerelementen, z.B. einer Wälzlagerung oder einer Kugellagerung, translatorisch leicht bewegbar zu lagern. Durch diese Lagerung wird gewährleistet, daß bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer sich die Antriebswelle in dem Hohlzylinder leichtgängig translatorisch bewegen kann und somit die eingeleitete translatorische Bewegung bzw. Kraftbeaufschlagung nahezu vollständig auf den Polierteller übertragen wird.
  • Schließlich hat es sich als vorteilhaft herausgestellt eine Poliermaschine mit dem geschilderten Polierkopf zu bestücken.
  • Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Skizze des Polierkopfes in einem dessen Mittenachse enthaltenen Schnittes;
    Figur 2
    einen Schnitt entlang der Ebene II - II in Figur 1;
    Figur 3
    einen Schnitt entlang der Ebene III - III in Figur 1; und
    Figur 4
    Schnitt entlang der Ebene III - III bei einem alternativen Ausfuhrungsbeispiel.
  • Der in Figur 1 dargestellte Polierkopf (1) weist einen Polierteller (3) mit einem Polierbelag (5) auf. Der Polierbelag (5) liegt auf einer zu polierenden Oberfläche (41) eines Werkstückes (39) auf.
  • Der Polierteller 3 ist über die gelenkige Verbindung an einer Antriebswelle (7) aufgenommen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist für diese drehfeste gelenkige Verbindung ein Kugelimbusgelenk vorgesehen. Die Antriebswelle (7) ist dazu auf der dem Polierteller zugewandten Seite endseitig mit einem Kugelimbuskopf (19) versehen, der in eine im Polierteller (3) ausgebildete Ausnehmung (13) eingreift.
  • Zur Sicherung ist die Verbindung zwischen dem Kugelimbuskopf (19) und dem Polierteller (3) mittels eines Rastelementes (15) gesichert . Als Rastelement können beispielsweise ein Federelement bzw. Federstift am Polierteller, der in eine Ausnehmung am Kugelimbuskopf hinein ragt, vorgesehen sein.
  • Es ist auch möglich, den Kugelimbuskopf (19) an dem Polierteller auszubilden; in diesem Fall ist dann in der Antriebswelle (7) eine Ausnehmung zur drehsicheren gelenkigen Aufnahme des Kugelimbuskopfes vorzusehen. Allerdings ist in diesem Fall der Abstand zwischen der Gelenkstelle - also dem Punkt, um den eine Kippung des Poliertellers relativ zur starren Antriebswelle erfolgen kann - und der zu polierenden Fläche (41) größer.
  • Die Antriebswelle (7) ist über ein Lagerelement (23) translatorisch verschiebbar und drehfest in einem Hohlzylinder (49) gelagert. Der Hohlzylinder (49) wird rotatorisch angetrieben über einen nicht dargestellten Antrieb der Poliermaschine, wobei die Drehbewegung aufgrund der drehfesten Verbindung durch das Lagerelement (23) vollständig auf die Antriebswelle (7) für den Polierkopf übertragen wird.
  • Auf der vom Polierkopf abgewandten Seite der Antriebswelle (7) ist in dem Hohlzylinder (49) ein Hydraulik- oder Pneumatiksystem, das zur Beaufschlagung des Polierkopfes mit dem erforderlichen Polierdruck dient, vorgesehen. Dieses weist einen Druckkammerzylinder (31) mit einem darin translatorisch verschiebar aufgenommenen Kolben (33) auf Zur Entkoppelung des Kolbens (33) von der Drehbewegung der Antriebswelle (7) und des Hohlzylinders können Drehlager zwischen dem Druckkammerzylinder (31) und dem Hohlzylinder (49) sowie zwischen dem vom Kolben (33) angetriebenen Pleul (32) und der Antriebswelle (7) vorgesehen sein. Zur Druckbeaufschlagung des Kolbens (33) ist der im Druckkammerzylinder (31) gebildeten Druckkammer (29) eine Druckversorgung (35) mit einem Druckregelventil (37) und einem Druckreservoir (36) zugeordnet. Durch Druckbeaufschlagung der Druckkammer (29) wird eine entlang einer Mittenachse (2) des Polierkopfes (1) gerichteten Kraft auf den Kolben (33) eingeleitet. Aus dieser Kraft resultiert eine translatorische Bewegung des Poliertellers bzw. eine Erhöhung der wirkenden Polierkraft, sofern der Polierbelag (5)auf einer zu polierenden optischen Fläche (41) eines Werkstückes (39) aufliegt.
  • Die drehfeste translatorisch bewegbare Kopplung zwischen dem Hohlzylinder (49) und der Antriebswelle (7) erfolgt über ein Wälzlager (23). Die Antriebswelle (7) weist dazu ein nicht rotationssymmetrisches Außenprofil (43), vorzugsweise ein Mehrkantprofil auf. Der Formschluß zwischen dem AuBenprofil (43) der Antriebswelle (7) und der Innenwand des . Hohlzylinders wird über Rollen oder Walzen (25) erreicht, die in dem Lagerelement (23) symmetrisch zum Außenprofil der Antriebswelle (7) aufgenommen sind und an dem Außenprofil (43) der Antriebswelle abrollen. Die Drehachsen der Rollen oder Walzen sind dabei senkrecht zur Rotationachse der Antriebswelle (7) ausgerichtet.
  • Anstelle der Wälzlagerung der Antriebswelle (7) in dem Hohlzylinder (49) kann auch eine Kugellagerung, wie in Figur 4 dargestellt, vorgesehen sein. Zur drehfesten translatorisch verschiebbaren Verbindung sind die Kugeln (53) in Längsnuten (51) des Hohlzylinders (49) und weiteren Längsnuten (55) der Antriebswelle (7) gelagert, wobei sich die Längsnuten parallel zur Rotationsachse der Antriebswelle (7) erstrecken. Auch in diesem Fall weist die Antriebsachse wenigstens in einem der Lagerung entsprechenden Bereich ein nicht-rotationssymmetrisches Außenprofil, insbesondere ein Mehrkantprofil auf.
  • Im folgenden wird das Polierverfahren näher beschrieben. Zum Polieren wird der Polierkopf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der zu polierenden Fläche, in einer Schwenkbewegung in radialer Richtung über die zu polierende optische Fläche (41) bewegt. Sowohl das Werkstück (39) als auch der Polierteller werden dabei mit nahezu gleicher Drehzahl in identischer Richtung angetrieben. Bei Bewegung des Poliertellers über die zu polierende optische Fläche (41) kann vorgesehen sein, daß die Drehzahlen des Poliertellers oder die Drehzahl des Werkstückes, insbesondere in Abhängigkeit von der radialen Position des Poliertellers, zu verändern. Diese Drehzahländerung hat einen positiven Einfluß auf einen konstanten Polierabtrag.
  • Durch die Wahl eines sehr großen Speichervolumens (36) im Verhältnis zum sich verändernden Volumen des Kolbens (31), werden die Druckschwankungen sehr klein gehalten, so daß der Polierteller mit konstanter Kraft auf der zu polierenden optischen Fläche aufliegt. Das Druckregelventil trägt auch noch zum Ausgleich von Druckschwankungen bei.
  • Durch die beschriebene Anordnung in Verbindung mit einer Poliermaschine nach dem Stand der Technik sind insbesondere nicht rotationssymmetrische optische Oberflächen (41) polierbar, wobei der Polierabtrag über die gesamte optische Fläche konstant ist. Für den gleichmäßigen Polierabtrag ist es erforderlich, daß der Polierbelag des Poliertellers (3) möglichst großflächig auf der zu polierenden optischen Fläche (41) aufliegt. Dies wird insbesondere dadurch gewährleistet, daß durch die drehfeste gelenkige Verbindung zwischen dem Polierteller und der Antriebswelle (7) der Polierteller um einen auf der Mittenachse (2) des Polierkopfes liegenden Punkt in beliebige Richtungen gekippt werden kann und die Ausrichtung des Poliertellers dadurch der Oberflächenkontur der zu polierenden Fläche (41) folgen kann.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Polierkopf
    2
    Mittenachse
    3
    Polierteller
    5
    Polierbelag (~ Belag)
    7
    Antriebswelle
    9
    gelenkige Verbindung
    13
    Ausnehmung im Polierteller
    15
    Rastelement
    19
    Kugelimbuskopf
    20
    Ausnehmung
    23
    Lagerelemente
    25
    Walzen oder Rollen
    29
    Druckkammer
    31
    Druckkammerzylinder
    32
    Pleuel
    33
    Kolben
    35
    Druckversorgung
    36
    Reservoir
    37
    Druckregelventil
    39
    Werkstück
    41
    Optische Fläche
    43
    Außenprofil
    49
    Hohlzylinder
    51
    Längsnuten
    53
    Kugeln
    55
    Längsnut in Antriebswelle

Claims (9)

  1. Verfahren zum Polieren einer punktunsymmetrischen Freiformfläche mit einem Polierkopf (1) mit Polierteller (3), wobei der Polierteller (3) in gleicher Drehrichtung rotatorisch angetrieben wird, wie die zu polierende optische Freiformfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einer Druckkammer (29) des Polierkopfes (1) in Abhängigkeit von der Oberflächenkontur der optischen Freiformfläche (41) geregelt wird, so dass der auf der optischen Oberfläche (41) aufliegende Polierteller (3) auf dieselbe einen vorbestimmten Polierdruck ausübt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bearbeitende Körper (39) mit annähernd gleicher Drehfrequenz angetrieben wird wie der Polierteller (3).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polierteller (3) eine radiale Bewegung relativ zum zu bearbeitenden Körper (39) ausführt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der radialen Position des Poliertellers (3) die Drehfrequenz des Poliertellers (3) oder der zu polierenden Fläche (41) verändert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlzylinder (49) über einen Antrieb einer Poliermaschine rotatorisch angetrieben wird, wobei die Drehbewegung aufgrund einer drehfesten Verbindung durch ein Lagerelement (23) vollständig auf eine Antriebswelle (7) für den Polierkopf übertragen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (33) mittels genau einer in einem Druckkammerzylinder (31) gebildeten Druckkammer (29) mit Druck beaufschlagt wird.
  7. Poliermaschine mit einem Polierkopf mit Druckkammer (29) und Polierteller (3), wobei der Polierteller (3) dazu ausgelegt ist, in gleicher Richtung rotatorisch zu drehen wie eine zu polierende optische Freiformfläche (41), dadurch gekennzeichnet, dass für den Druck in der Druckkammer (29) eine Druckregelung in Abhängigkeit von der Oberflächenkontur der optischen Fläche (41) zur Ausübung eines vorbestimmten Polierdruckes auf die optische Oberfläche (41) mit dem auf der optischen Oberfläche (41) aufliegenden Polierteller (3) vorgesehen ist.
  8. Poliermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlzylinder (49) über einen Antrieb der Poliermaschine rotatorisch antreibbar ist, wobei die Drehbewegung aufgrund einer drehfesten Verbindung durch ein Lagerelement (23) vollständig auf eine Antriebswelle (7) für den Polierkopf (1) übertragen wird.
  9. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (33) vorgesehen ist, der mittels genau einer in einem Druckkammerzylinder (31) gebildeten Druckkammer (29) mit Druck beaufschlagbar ist.
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