EP1796872A1 - Verfahren zum polieren, insbesondere von oberflächen optisch wirksamer flächen wie linsen - Google Patents

Verfahren zum polieren, insbesondere von oberflächen optisch wirksamer flächen wie linsen

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EP1796872A1
EP1796872A1 EP05791201A EP05791201A EP1796872A1 EP 1796872 A1 EP1796872 A1 EP 1796872A1 EP 05791201 A EP05791201 A EP 05791201A EP 05791201 A EP05791201 A EP 05791201A EP 1796872 A1 EP1796872 A1 EP 1796872A1
Authority
EP
European Patent Office
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tool
workpiece
polishing
axis
relative angle
Prior art date
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EP05791201A
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English (en)
French (fr)
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EP1796872B1 (de
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Sven Kiontke
Thomas Kurschel
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Asphericon GmbH
Original Assignee
Asphericon GmbH
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Publication date
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Publication of EP1796872B1 publication Critical patent/EP1796872B1/de
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Not-in-force legal-status Critical Current

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    • 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
    • B24B13/01—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools
    • B24B13/012—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools conformable in shape to the optical surface, e.g. by fluid pressure acting on an elastic membrane
    • 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
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • 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
    • B24B13/06—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor grinding of lenses, the tool or work being controlled by information-carrying means, e.g. patterns, punched tapes, magnetic tapes

Definitions

  • the invention relates to a method for polishing a surface of a workpiece by means of a tool rotating about a tool axis, wherein the workpiece in at least one region of the workpiece surface with a respective currently touching surface, which is a portion of a be ⁇ working surface, which in turn at least a portion a polishing surface of the tool is touched, wherein the tool axis pierces the polishing surface.
  • a working surface is understood as meaning the entirety of all surfaces of a rotating tool that contact a workpiece during one revolution of the tool.
  • the momentarily contacting surface is considered to be the surface of the tool which is in contact with the workpiece at any one time.
  • a rotating tool 2 is moved on a likewise rotating workpiece 1, wherein the tool 2 consists of a rubber membrane or a ram with a glued-on polyurethane membrane, the so-called polishing foil or surface 2.1 ,
  • the tool rotates about a tool axis 2.2, the workpiece rotates about a workpiece axis 1.2.
  • the polishing film has a curvature and lies during processing with its center of rotation and a nikför ⁇ migen, machining area 2.4 to the center of rotation on the Werk ⁇ piece 1 on. In this case, it is pressed for example by compressed air or a de ⁇ forming elastomer.
  • the removal of the workpiece 1 is achieved both by the polishing film, as well as by a constantly supplied liquid.
  • the membrane or the plunger is always placed vertically on the workpiece surface 1.1 to be polished by means of a CNC program and guided slowly over the workpiece 1 over a radius.
  • the subfigures a), b) and c) show individual times of such a movement, both in lateral looks as well as in top view. The choice of the speed profile on the radius controls the removal in order to achieve the desired shape of the workpiece 1.
  • a wheel-shaped polishing tool 2 rotating about a tool axis 2.2 is guided over a workpiece surface 2.1 of a workpiece 1 rotating about a workpiece axis 1.2.
  • the polishing surface 2.1 is in this case mounted on the running surface of the wheel-shaped polishing tool 2.
  • the entire polishing surface 2.1 acts as a working surface 2.4, wherein at any one time only a momentarily berüh ⁇ rende surface 2.3 is in contact with the workpiece surface 1.1.
  • the invention is based on the object to provide a method of the type mentioned ge, in which a lesser wear of the Polierwerkzeu ⁇ ges or a shorter duration of the polishing process can be achieved, with free-form surfaces and non-rotating workpieces are polished.
  • the object is achieved by a method which has the features specified in claim 1.
  • polishing takes place only with the central subarea around the axis of rotation of the polishing tool, which means a minimum working surface.
  • the working surface and the momentarily contacting surface are identical at all times of polishing.
  • the midpoint of the partial surface of the polishing surface currently touching the workpiece is preferably away from the axis of rotation of the tool, whereby an enlarged surface for polishing is used.
  • the machined surface is a circular ring on the polishing surface. At a small distance, it is a circle whose diameter increases with the distance.
  • the longer service life of the tool allows a better prediction of the Po liervorganges and thus also a higher accuracy of the same.
  • the method according to the invention makes it possible to effectively polish edge regions of lenses with a reduced risk of destroying the polishing tool.
  • the extended tool life reduces downtime of the production process.
  • the accuracy of the polishing is further increased by the fact that the Geschwin ⁇ dtechniksver whatsoever over the working surface is more uniform, whereby fewer errors occur.
  • the center of the polishing surface is stationary as a fulcrum, while the outer edges of the working surface move at opposite speeds, which makes precise machining difficult.
  • any direction parallel to the workpiece axis is regarded as vertical.
  • a commercially available polishing machine can be used when the tool is tilted therein, wherein a relative angle between the tool axis and a local surface normal of the workpiece in the contacted area is set.
  • the method can be used both for convex and concave workpieces as well as for convex and concave freeform surfaces such as toroids or cylindrical surfaces.
  • the known polishing machines offer only a limited absolute tilt angle to the vertical for tilting the tool, for example less than 46 °. Work piece surfaces with slopes greater than this maximum angle can not be machined by the conventional method.
  • With the method according to the invention can be polished with sufficiently curved tool at a low tilt angle of the tool, if necessary even constant 0 °, surfaces with any increase.
  • a relative angle of more than 0 ° is set, thereby avoiding polishing with the center of the polishing surface and the associated disadvantages.
  • the tool is tilted about an axis extending perpendicular to the tool axis, which is very easily possible by means of a CNC program, since tilting in such a direction can be carried out with commercially available polishing machines.
  • the workpiece can be processed quickly in one go by moving the tool translato ⁇ risch along at least part of the workpiece surface.
  • the relative angle in the course of the movement along the workpiece surface is changed continuously.
  • the removal can be adapted to the machined surface of the workpiece.
  • the relative angle for minimal removal is set to 0 °, for example, in the outer region the relative angle is increased in order to obtain the greatest removal there.
  • the tool is evenly consumed in this way.
  • the method can be optimally adapted to the respective application by determining the relative angle to be set based on data of the workpiece and / or the tool.
  • the relative angle is determined from the respective relative position of the tool to the workpiece, based on a surface normal of the workpiece at this position, based on a polishing surface normal of the tool-contacting surface of the tool and / or on the basis of one ⁇ determined the deduction. This allows a high machining accuracy.
  • the absolute tilt angle of the tool with respect to the vertical during the translational movement is kept constant.
  • the tool is not tilted at all.
  • the tool must meet the mechanical requirements, in particular sufficiently high rises at its edge, so that it can still touch the workpiece in any increase on the surface of the workpiece.
  • the contact surface is well predictable.
  • the absolute tilt angle of the tool during the translational movement with respect to the vertical is kept at 0 °. This variant is preferably used when workpiece and tool have an identical shape.
  • the relative angle can also be set variably such that the track radii of the machined surface on the workpiece and the machining surface on the tool always coincide.
  • the tool is tilted so that the working area of the polishing surface itself has the same radius. This is implicitly the case, for example, when the shape of the workpiece and the tool are the same and the absolute tilt angle of the tool to the vertical is constant 0 °. This allows a uniform Ab ⁇ utilization of the tool and optimally effected by the web speed removal at a rotating workpiece adapted to the machined surface.
  • the relative angle is kept constant during the course of the movement.
  • convex workpieces can be machined by the method according to the invention by using a tool with a flat polishing surface as a function of a surface normal of the workpiece.
  • Piece is tilted in the touched area about an axis different from the tool axis, wherein the tool axis of the tool is aligned parallel to the surface normal and the tool is parallel to a Werk ⁇ piece surface in the touched area moved.
  • the amount of displacement is determined by means of an ablation to be achieved, which increases the accuracy of the polishing.
  • the control of the tool is simple if the workpiece rotates about a workpiece axis.
  • the polishing process can be accelerated if the rotational movements of workpiece and tool are directed in opposite directions.
  • the opposite speeds of the processed and machined surface make possible a higher removal rate.
  • the tool is expediently pressed against the workpiece surface.
  • the removal can be regulated if the contact pressure can be controlled.
  • the workpiece is not damaged when the contact pressure is generated by means of compressed air.
  • Rotationally symmetrical lenses can be processed with very little effort with this method.
  • FIG. 1 shows a polishing method in the prior art with a constant relative angle of 0 °
  • FIG. 2 shows a polishing method in the prior art with a tool axis parallel to the polishing surface
  • FIG. 3 shows phases of the method according to the invention with a variable relative angle and schematically a polishing surface and a working surface in a respective side view and a schematic top view
  • FIG. 4 shows phases of the method at a constant relative angle in the side view, as well as schematically the polishing surface and the processing surface,
  • Figure 5 phases of the process at a constant absolute tilt angle to the vertical in side view and schematically polishing surface and machined surface and
  • Figure 6 phases of the process with a flat polishing surface at a constant relative angle of 0 ° in side view.
  • a workpiece 1 in this case a lens, with aspherical surface 1.1 by means of a tool 2 polished, which rotates about a tool axis 2.2.
  • the three subfigures show different times during the polishing process.
  • the workpiece 1 in turn rotates about a workpiece axis 1.2, wherein the directions of rotation on the side of the workpiece 1 facing the tool 2 rotate. are opposite, the vectors of the angular velocity are thus parallel to each other.
  • the tool 2 contacts the workpiece 1 with a respective momentarily contacting surface 2.3, which is a part of a polishing surface 2.1, wherein the machining surface 2.4 on the polishing surface is due to the rotation of the tool 2 from the union of all currently contacting surfaces 2.3 2.1 results.
  • the shape of the working surface 2.4 depends on the position of the tool 2.
  • the polishing surface 2.1 is acted upon on the side facing away from the workpiece 1 side with an air pressure, whereby it is pressed surface with a corresponding contact pressure against the Werk Swissoberflä ⁇ 1.1.
  • the air pressure and thus the contact pressure are preferably controllable, whereby the removal dependent on the contact pressure during the polishing can be controlled.
  • the tool 2 is tilted in this example by a relative angle 3 between the respective surface normal 1.3 of the workpiece 1 and the tool axis 2.2 of the tool.
  • the tilting takes place about a second axis, not shown, which is oriented perpendicular to the tool axis 2.2.
  • the partial images a), b) and c) show three different moments of the polishing process, during which the tool 3 is moved along a radius of the workpiece surface 1.1.
  • the relative angle 3 starts at 0 ° in the center of the workpiece 1 and increases continuously during the movement along the workpiece surface 1.1.
  • the absolute tilt angle 4 of the tool 5 to the vertical 5 also increases during the movement, but remains low compared to conventional polishing methods. With sufficiently curved polishing surface 2.1, it is therefore also possible to polish steep rises using the method shown.
  • FIG. 4 shows a method in which the relative angle 3 remains constant during the entire movement along the workpiece surface 1.1, in three sections a), b) and c).
  • the polishing surface 2.1 is schematically illustrated in a view from below in all figures, wherein the respective processing surface 2.4 is hatched in a hatched manner.
  • the machined surface 2.4 due to the konstan ⁇ th geometric conditions consistently a circular ring.
  • the absolute tilt angle 4 of the tool to the vertical 5 decreases during the movement, it is in the center of the workpiece 1 maximum. Even with this method steep increases are polishable.
  • the removal by the tool 2 in this example is more uniform during the movement along the workpiece surface 1.1 than in the case of the continuous change of the relative angle 3.
  • the relative angle 3 increases steadily, whereas the absolute tilt angle 4 to the vertical 5 is constantly 0 °.
  • This movement enables a simple position control of the tool 2.
  • the tool 2 is positioned so that the center of the surface touching the same path radius as the circle touched by it on the workpiece surface 1.1.
  • the working area 2.4 changes as a result of the variable relative angle 3, similar to the example shown in FIG. It grows as a function of the distance of the center of the currently touching surface 2.3 from the center of rotation of the polishing surface 2.1.
  • FIG. 6 shows a variant of the method in which a tool 2 having a planar polishing surface 2.1 is used.
  • the position of the tool 2 is set as a function of the position of the tool 2 such that the relative angle 3 between the tool axis 2.2 and the local surface normal 1.3 is constant 0 ° and the polishing surface 2.1 thus extends tangentially to the workpiece surface 1.1 - is directed.
  • the center of the polishing surface is used only in the middle of the workpiece 1, in the outer regions the tool 2 is displaced tangentially to the workpiece surface 1.1, whereby the polishing process is accelerated depending on the rotational speed of the tool 2 or Life of the tool 2 is increased. Also, the polishing is possible with higher accuracy.

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Description

VERFAHREN ZUM POLIEREN, INSBESONDERE VON OBERFLÄCHEN OPTISCH WIRKSAMER FLÄCHEN WIE LINSEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstückes mittels eines um eine Werkzeugachse rotierenden Werkzeugs, wobei das Werkstück in mindestens einem Bereich der Werkstückoberfläche mit einer jeweils momentan berührenden Fläche, die ein Teilbereich einer be¬ arbeitenden Fläche ist, die ihrerseits wenigstens ein Teilbereich einer Polierfiä- che des Werkzeugs ist, berührt wird, wobei die Werkzeugachse die Polierflä¬ che durchstößt.
Im Folgenden wird unter einer bearbeitenden Fläche die Gesamtheit aller ein Werkstück berührenden Flächen eines rotierenden Werkzeugs während einer Umdrehung des Werkzeugs verstanden. Als momentan berührende Fläche wird die jeweils zu einem Zeitpunkt in Kontakt mit dem Werkstück stehende Fläche des Werkzeugs angesehen.
Zum Polieren wird im Stand der Technik gemäß Figur 1 ein rotierendes Werk¬ zeug 2 auf einem ebenfalls rotierenden Werkstück 1 bewegt, wobei das Werk¬ zeug 2 aus einer Gummimembran oder einem Stößel mit einer aufgeklebten Polyurethanmembran, der sogenannten Polierfolie oder -fläche 2.1, besteht. Das Werkzeug rotiert um eine Werkzeugachse 2.2, das Werkstück rotiert um eine Werkstückachse 1.2. Die Polierfolie besitzt eine Krümmung und liegt während der Bearbeitung mit ihrem Rotationsmittelpunkt und einem kreisför¬ migen, bearbeitenden Bereich 2.4 um den Rotationsmittelpunkt auf dem Werk¬ stück 1 auf. Dabei wird sie beispielsweise durch Druckluft oder ein sich de¬ formierendes Elastomer angedrückt. Der Abtrag am Werkstück 1 wird sowohl durch die Polierfolie, als auch durch eine ständig zugeführte Flüssigkeit erzielt. Die Membran oder der Stößel wird mittels eines CNC-Programmes stets senk¬ recht auf die zu polierende Werkstückoberfläche 1.1 gestellt und langsam auf einem Radius über das Werkstück 1 geführt. Die Teilfiguren a), b) und c) zei¬ gen einzelne Zeitpunkte einer solchen Bewegung jeweils sowohl in Seitenan- sieht als auch in Draufsicht. Über die Wahl des Geschwindigkeitsverlaufes auf dem Radius wird der Abtrag gesteuert, um die gewünschte Form des Werk¬ stücks 1 zu erzielen.
Bei diesem Verfahren wird nur ein geringer Abtrag erzielt. Zudem verschleißt das Polierwerkzeug relativ schnell. Außerdem muss das Werkzeug zum Polie¬ ren des Randbereiches zumindest teilweise über das Werkstück hinausragen wie in Figur 1 c) gezeigt. Dabei kann das Werkzeug insbesondere bei hohem Luftdruck sehr stark abgenutzt und durch die äußere Linsenkante zerstört wer¬ den. Dieses Verfahren ist nur für konvexe oder konkave rotationssymmetrische Werkstücke geeignet, nicht jedoch für Freiformflächen und nicht rotierende Werkstücke
In einem anderen, in Figur 2 dargestellten Verfahren wird ein radförmiges, um eine Werkzeugachse 2.2 rotierendes Polierwerkzeug 2 über eine Werkstück¬ oberfläche 2.1 eines um eine Werkstückachse 1.2 rotierenden Werkstücks 1 geführt. Die Polierfläche 2.1 ist in diesem Fall auf der Lauffläche des radför- migen Polierwerkzeugs 2 angebracht. Die gesamte Polierfläche 2.1 wirkt als bearbeitende Fläche 2.4, wobei zu jedem Zeitpunkt nur eine momentan berüh¬ rende Fläche 2.3 in Kontakt mit der Werkstückoberfläche 1.1 steht. Jedoch besteht die Gefahr, in der Mitte des Werkstücks aufgrund der dort geringen bearbeiteten Fläche ein Loch zu polieren.
Die Genauigkeit der Bearbeitung ist bei beiden Verfahren begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs ge¬ nannten Art anzugeben, bei dem ein geringerer Verschleiß des Polierwerkzeu¬ ges beziehungsweise eine geringere Dauer des Poliervorgangs erreicht werden kann, wobei auch Freiformflächen und nicht rotierende Werkstücke polierbar sind. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü¬ che.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, einen geringeren Ver¬ schleiß des Polierwerkzeuges zu erreichen beziehungsweise den Poliervorgang zu beschleunigen, wobei Freiformflächen und nicht rotierende Werkstücke polierbar sind. Dies gelingt, indem mit einem Polierwerkzeug, dessen Rotati¬ onsachse die Polierfläche durchstößt, mit einem Bereich der Polierfläche po¬ liert wird, der von der Rotationsachse des Werkzeugs entfernt ist. Die bearbei¬ tende Fläche und die momentan berührende Fläche sind also in den meisten Fällen nicht identisch, vielmehr ist die momentan berührende Fläche eine Un¬ termenge der bearbeitenden Fläche.
Im Gegensatz dazu wird im Stand der Technik bei dem in Figur 1 gezeigten Verfahren nur mit dem zentralen Teilbereich um die Rotationsachse des Po¬ lierwerkzeuges poliert, was eine minimale bearbeitende Fläche bedeutet. Die bearbeitende Fläche und die momentan berührende Fläche sind zu allen Zeit¬ punkten des Polierens identisch.
Bei dem erfindungsgemäßen Polierverfahren liegt der Mittelpunkt der das Werkstück jeweils momentan berührenden Teilfläche der Polierfläche vor¬ zugsweise abseits der Rotationsachse des Werkzeugs, wodurch eine vergrößer¬ te bearbeitende Fläche zum Polieren verwendet wird. Bei größerer Entfernung des Mittelpunktes der momentan berührenden Fläche von der Rotationsachse ist die bearbeitende Fläche ein Kreisring auf der Polierfläche. Bei kleiner Ent¬ fernung handelt es sich um einen Kreis, dessen Durchmesser mit der Entfer¬ nung zunimmt. Je weiter die jeweils momentan berührende Teilfläche radial von der Rotati¬ onsachse entfernt ist, desto größer ist die bearbeitende Fläche in ihrer Gesamt¬ heit und desto höher ist bei gleicher Winkelgeschwindigkeit des Werkzeuges die Bahngeschwindigkeit der bearbeitenden Fläche, die die Dauer des Polier¬ prozesses bestimmt. Bei gleicher Rotationsfrequenz wie in herkömmlichen Polierverfahren wird also die Dauer des Polierprozesses verkürzt. Wird die Rotationsfrequenz so gewählt, dass die Bahngeschwindigkeit der bearbeitenden Fläche etwa derjenigen im herkömmlichen Verfahren entspricht, so wird durch die vergrößerte Fläche der Verschleiß deutlich verringert und somit die Stand¬ zeit des Werkzeuges erhöht. Das Werkzeug benötigt weniger Ausfallzeit, da es länger die notwendige Genauigkeit hält und somit erst nach längerem Betrieb als bisher ersetzt werden muss, wodurch die Produktivität erhöht wird. Die höhere Standzeit des Werkzeuges ermöglicht eine bessere Vorhersage des Po¬ liervorganges und damit ebenfalls eine höhere Genauigkeit desselben. Deswei¬ teren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ein effektives Polieren von Randbereichen von Linsen bei reduzierter Gefahr der Zerstörung des Polier¬ werkzeuges.
Durch die verlängerte Standzeit von Werkzeugen werden Ausfallzeiten des Produktionsprozesses reduziert.
Die Genauigkeit des Polierens wird zudem dadurch erhöht, dass die Geschwin¬ digkeitsverteilung über die bearbeitende Fläche gleichmäßiger ist, wodurch weniger Fehler auftreten. Im herkömmlichen Verfahren gemäß Figur 1 steht das Zentrum der Polierfläche als Drehpunkt still, während sich die Außenrän¬ der der bearbeitenden Fläche mit einander entgegengesetzten Geschwindigkei¬ ten bewegen, was eine genaue Bearbeitung erschwert.
Da die Rotationsfrequenz des Werkzeugs technisch begrenzt ist, können insbe¬ sondere bei kleineren Werkstücken mit zumeist starken Krümmungen kleine Werkzeuge viel effektiver oder sogar größere Werkzeuge eingesetzt werden, die einen um ein Vielfaches größeren Abtrag erzielen, als bei dem bisherigen Verfahren möglich ist.
Je nach geometrischer Beschaffenheit des Werkstückes ist es zweckmäßig, wenigstens bereichsweise auch in herkömmlicher Weise mit dem Rotations¬ zentrum der Polierfläche zu polieren, da der Abtrag hier aufgrund der geringen Bahngeschwindigkeit am niedrigsten ist, was insbesondere in der Mitte des Werkstücks eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit ermöglicht.
Als Vertikale wird im Folgenden jede zur Werkstückachse parallele Richtung angesehen.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine handelsübliche Poliermaschine ein¬ setzbar, wenn das Werkzeug in dieser verkippt wird, wobei ein relativer Win¬ kel zwischen der Werkzeugachse und einer lokalen Oberflächennormalen des Werkstücks in dem berührten Bereich eingestellt wird. Das Verfahren ist so¬ wohl für konvexe als auch konkave Werkstücke sowie für konvexe und konka¬ ve Freiformflächen wie Toroide oder Zylinderflächen einsetzbar. Es sind unter¬ schiedliche Werkzeugtypen denkbar wie kegelförmige, walzenförmige, sphäri¬ sche und asphärische. Die bekannten Poliermaschinen bieten nur einen be¬ grenzten absoluten Kippwinkel zur Vertikalen zum Kippen des Werkzeugs, beispielsweise weniger als 46 °. Werkstückflächen mit Anstiegen, die stärker sind als dieser maximale Winkel, können mit dem herkömmlichen Verfahren nicht bearbeitet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei ausreichend gekrümmtem Werkzeug bei geringem Kippwinkel des Werkzeugs, bei Bedarf auch konstant 0°, Flächen mit beliebigem Anstieg poliert werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein relativer Winkel von mehr als 0° eingestellt, wodurch ein Polieren mit dem Zentrum der Polierfläche und die damit verbundenen Nachteile vermieden werden. In einer vorteilhaften Ausfiihrungsform wird das Werkzeug um eine zur Werk¬ zeugachse senkrecht verlaufende Achse verkippt, was mittels eines CNC- Programmes sehr einfach möglich ist, da eine Verkippen in eine solche Rich¬ tung mit handelsüblichen Poliermaschinen durchführbar ist.
Das Werkstück kann in einem Durchgang zügig bearbeitet werden, indem das Werkzeug entlang wenigstens eines Teils der Werkstückoberfläche translato¬ risch bewegt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der relative Winkel im Verlauf der Bewegung entlang der Werkstückoberfläche kontinuierlich verändert. Dadurch kann der Abtrag an die bearbeitete Fläche des Werkstücks angepasst werden. Im Innenbereich, in welchem die bearbeitete Fläche klein ist, wird beispiels¬ weise der relative Winkel für minimales Abtragen auf 0° gesetzt, im Außenbe¬ reich wird der relative Winkel erhöht, um dort den größten Abtrag zu erhalten. Es bestellt dadurch im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren nicht die Ge¬ fahr, in der Mitte aufgrund der geringen bearbeiteten Fläche ein Loch zu polie¬ ren. Zudem wird das Werkzeug auf diese Weise gleichmäßig verbraucht.
Das Verfahren kann auf den jeweiligen Anwendungsfall optimal abgestimmt werden, indem der einzustellende relative Winkel anhand von Daten des Werk¬ stücks und/oder des Werkzeugs ermittelt wird. In einer bevorzugten Ausfuh¬ rungsform wird der relative Winkel dabei anhand der jeweiligen relativen Posi¬ tion des Werkzeugs zum Werkstück, anhand einer Oberflächennormalen des Werkstücks an dieser Position, anhand einer Polierflächennormalen der mo¬ mentan berührenden Fläche des Werkzeugs und/oder anhand eines zu erzielen¬ den Abtrages ermittelt. Dies ermöglicht eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit.
In einer vorteilhaften Ausfulirungsform wird der absolute Kippwinkel des Werkzeugs bezüglich der Vertikalen während der translatorischen Bewegung konstant gehalten. In diesem Extremfall wird das Werkzeug gar nicht gekippt. Hierfür muß das Werkzeug die mechanischen Voraussetzungen, insbesondere ausreichend starker Anstiege an seinem Rand, erfüllen, damit es das Werkstück auch in jedem Anstieg auf der Oberfläche des Werkstückes noch berühren kann. Damit ist die Kontaktfläche gut vorherbestimmbar. Mit besonders gerin¬ gem Aufwand zu programmieren ist eine derartige Verfahrensform, in der der absolute Kippwinkel des Werkzeugs während der translatorischen Bewegung bezüglich der Vertikalen auf 0° gehalten wird. Diese Variante wird bevorzugt verwendet, wenn Werkstück und Werkzeug eine identische Form aufweisen.
Generell kann der relative Winkel auch derart variabel eingestellt werden, dass die Bahnradien von bearbeiteter Fläche auf dem Werkstück und bearbeitender Fläche auf dem Werkzeug stets übereinstimmen. Wenn ein Punkt mit einem bestimmten Radius auf dem Werkstück bearbeitet wird, ist das Werkzeug so gekippt, dass der bearbeitende Bereich der Polierfläche selbst den denselben Radius aufweist. Dies ist implizit beispielsweise dann der Fall, wenn die Form von Werkstück und Werkzeug gleich sind und der absolute Kippwinkel des Werkzeugs zur Vertikalen konstant 0° ist. Damit wird eine gleichmäßige Ab¬ nutzung des Werkzeuges ermöglicht und der durch die Bahngeschwindigkeit bewirkte Abtrag bei rotierendem Werkstück optimal an die bearbeitete Fläche angepasst.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform wird der relative Winkel im Verlauf der Bewegung konstant gehalten. Der Werkzeugverbrauch wird damit zwar nicht mehr so stark reduziert wie bei kontinuierlich verändertem relativen Winkel, jedoch ist der Abtrag des Werkzeuges gleichförmiger und damit besser berechenbar im Sinne einer Korrekturpolitur.
Für eine möglichst großflächige Bearbeitung konkaver Linsen ist es vorteilhaft, eine konvexe Polierfläche zu verwenden und umgekehrt.
Mit herkömmlichen Poliermaschinen können konvexe Werkstücke durch das erfϊndungsgemäße Verfahren bearbeitet werden, indem ein Werkzeug mit einer ebenen Polierfläche in Abhängigkeit einer Oberflächennormalen des Werk- Stücks in dem berührten Bereich um eine von der Werkzeugachse verschiedene Achse gekippt wird, wobei die Werkzeugachse des Werkzeugs parallel zu der Oberflächennormalen ausgerichtet und das Werkzeug parallel zu einer Werk¬ stückoberfläche in dem berührten Bereich verschoben ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Betrag der Verschiebung an¬ hand eines zu erzielenden Abtrages ermittelt, was die Genauigkeit des Polie¬ rens erhöht.
Bei rotationssymmetrischen Werkstücken ist die Steuerung des Werkzeuges einfach, wenn das Werkstück um eine Werkstückachse rotiert. Der Polierpro- zess kann dabei beschleunigt werden, wenn die Rotationsbewegungen von Werkstück und Werkzeug entgegengesetzt gerichtet sind. Die entgegengesetz¬ ten Bahngeschwindigkeiten von bearbeiteter und bearbeitender Fläche ermög¬ lichen einen höheren Abtrag.
Um den Abtrag zu erhöhen, wird zweckmäßigerweise das Werkzeug gegen die Werkstückoberfläche gepresst. Dabei ist der Abtrag regulierbar, wenn der An¬ pressdruck steuerbar ist. Im Falle der Beschädigung der Polierfläche wird das Werkstück nicht beschädigt, wenn der Anpressdruck mittels Druckluft erzeugt wird.
Die Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für das Polieren optisch wirksamer Flächen ermöglicht die Nutzung der ge¬ nannten Vorteile für optisch wirksame Flächen beispielsweise von Linsen oder Spiegeln.
Mit besonders geringem Aufwand sind mit diesem Verfahren rotationssymmet- rische Linsen bearbeitbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dazu zeigen:
Figur 1 ein Polierverfahren im Stand der Technik mit konstantem relati¬ ven Winkel von 0°,
Figur 2 ein Polierverfahren im Stand der Technik mit zur Polierfläche paralleler Werkzeugachse,
Figur 3 Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei variablem relati¬ vem Winkel sowie schematisch Polierfläche und bearbeitende Fläche in jeweils einer Seitenansicht und einer schematischen Draufsicht,
Figur 4 Phasen des Verfahrens bei konstantem relativem Winkel in Sei¬ tenansicht sowie schematisch Polierfläche und bearbeitende Flä¬ che,
Figur 5 Phasen des Verfahrens bei konstantem absolutem Kippwinkel zur Vertikalen in Seitenansicht sowie schematisch Polierfläche und bearbeitende Fläche und
Figur 6 Phasen des Verfahrens mit ebener Polierfläche bei konstantem relativem Winkel von 0° in Seitenansicht.
Die Figuren 1 und 2 wurden bereits im Stand der Technik beschrieben.
In Figur 3 wird in den Teilfiguren a), b) und c), die jeweils in seitlicher An¬ sicht sowie als schematische Draufsicht dargestellt sind, ein Werkstück 1, in diesem Fall eine Linse, mit asphärischer Oberfläche 1.1 mittels eines Werk¬ zeuges 2 poliert, das um eine Werkzeugachse 2.2 rotiert. Die drei Teilfiguren zeigen verschiedene Zeitpunkte während des Poliervorganges. Das Werk¬ stück 1 rotiert seinerseits um eine Werkstückachse 1.2, wobei die Rotations¬ richtungen auf der dem Werkzeug 2 zugewandten Seite des Werkstücks 1 ein- ander entgegengesetzt sind, die Vektoren der Winkelgeschwindigkeit liegen also parallel zueinander. Das Werkzeug 2 berührt das Werkstück 1 mit einer jeweiligen momentan berührenden Fläche 2.3, die ein Teil einer Polierflä¬ che 2.1 ist, wobei sich durch die Rotation des Werkzeugs 2 aus der Vereini¬ gung aller momentan berührenden Flächen 2.3 die bearbeitende Fläche 2.4 auf der Polierfläche 2.1 ergibt. Die Form der bearbeitende Fläche 2.4 hängt dabei von der Lage des Werkzeugs 2 ab. Die Polierfläche 2.1 wird auf der vom Werkstück 1 abgewandten Seite mit einem Luftdruck beaufschlagt, wodurch sie mit einem entsprechenden Anpressdruck gegen die Werkstückoberflä¬ che 1.1 gepresst wird. Der Luftdruck und damit der Anpressdruck sind vor¬ zugsweise regelbar, wodurch der vom Anpressdruck abhängige Abtrag wäh¬ rend des Polierens steuerbar ist.
Das Werkzeug 2 wird in diesem Beispiel um einen relativen Winkel 3 zwi¬ schen der jeweiligen Oberflächennormalen 1.3 des Werkstücks 1 und der Werkzeugachse 2.2 des Werkzeugs verkippt. Das Verkippen erfolgt um eine nicht abgebildete zweite Achse, die senkrecht zur Werkzeugachse 2.2 ausge¬ richtet ist. Die Teilabbildungen a), b) und c) zeigen drei verschiedene Momente des Poliervorganges, währenddessen das Werkzeug 3 entlang eines Radius der Werkstückoberfläche 1.1 bewegt wird. Der relative Winkel 3 beginnt bei 0° im Zentrum des Werkstücks 1 und nimmt im Laufe der Bewegung entlang der Werkstückoberfläche 1.1 kontinuierlich zu. Der absolute Kippwinkel 4 des Werkzeugs zur Vertikalen 5 nimmt ebenfalls während der Bewegung zu, bleibt jedoch gering im Vergleich zu herkömmlichen Polierverfahren. Bei ausrei¬ chend gekrümmter Polierfläche 2.1 ist mit dem gezeigten Verfahren daher auch das Polieren steiler Anstiege möglich.
Bei kleiner Entfernung des Mittelpunktes der momentan berührenden Flä¬ che 2.3 von der Rotations- und Werkzeugachse 2.2 ist die bearbeitende Flä¬ che 2.4 ein Kreis, dessen Durchmesser mit der Entfernung zunimmt. Bei größe¬ rer Entfernung als dem Radius der berührenden Fläche 2.3 stellt die bearbei¬ tende Fläche 2.4 einen Kreisring auf der Polierfläche 2.1 dar. Figur 4 zeigt ein Verfahren, bei dem der relative Winkel 3 während der gesam¬ ten Bewegung entlang der Werkstückoberfläche 1.1 konstant bleibt, in drei Ausschnitten a), b) und c). In dieser und in den folgenden Figuren ist jeweils die Polierfläche 2.1 in einer Ansicht von unten in allen Figuren schematisch mitabgebildet, wobei die jeweilige bearbeitende Fläche 2.4 schraffiert gezeich¬ net ist. In diesem Beispiel ist die bearbeitende Fläche 2.4 aufgrund der konstan¬ ten geometrischen Verhältnisse gleichbleibend ein Kreisring. Der absolute Kippwinkel 4 des Werkzeugs zur Vertikalen 5 nimmt während der Bewegung ab, er ist in der Mitte des Werkstückes 1 maximal. Auch mit diesem Verfahren sind steile Anstiege polierbar.
Der Abtrag durch das Werkzeug 2 ist in diesem Beispiel während der Bewe¬ gung entlang der Werkstückoberfläche 1.1 gleichförmiger als bei der kontinu¬ ierlichen Änderung des relativen Winkels 3.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Verfahren nimmt der relative Winkel 3 stetig zu, wohingegen der absolute Kippwinkel 4 zur Vertikalen 5 konstant 0° beträgt. Diese Bewegung ermöglicht eine einfache Positionssteuerung des Werk¬ zeugs 2. Das Werkzeug 2 wird so positioniert, dass der Mittelpunkt der berüh¬ renden Fläche denselben Bahnradius aufweist wie der durch ihn berührte Kreis auf der Werkstückoberfläche 1.1. Die bearbeitende Fläche 2.4 verändert sich durch den variablen relativen Winkel 3 ähnlich wie in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel. Sie wächst in Abhängigkeit der Entfernung des Mittelpunktes der momentan berührenden Fläche 2.3 vom Rotationszentrum der Polierfläche 2.1.
In Figur 6 ist eine Variante des Verfahrens dargestellt, bei der ein Werkzeug 2 mit einer ebenen Polierfläche 2.1 eingesetzt wird. Die Lage des Werkzeugs 2 wird wie bei herkömmlichen Polierverfahren in Abhängigkeit der Position des Werkzeugs 2 so eingestellt, dass der relative Winkel 3 zwischen der Werk¬ zeugachse 2.2 und der lokalen Oberflächennormalen 1.3 konstant 0° beträgt und die Polierfläche 2.1 somit tangential zur Werkstückoberfläche 1.1 ausge- richtet ist. Als berührende Fläche 2.4 wird jedoch nur in der Mitte des Werk¬ stücks 1 das Zentrum der Polierfläche benutzt, in den Außenbereichen wird das Werkzeug 2 tangential zur Werkstückoberfläche 1.1 verschoben, wodurch in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeuges 2 der Poliervor¬ gang beschleunigt wird oder die Lebensdauer des Werkzeuges 2 erhöht wird. Auch ist das Polieren mit höherer Genauigkeit möglich.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Werkstück
1.1 Werkstückoberfläche
1.2 Werkstückachse
1.3 Oberflächennormale
2 Werkzeug
2.1 Polierfläche
2.2 Werkzeugachse
2.3 Momentan berührende Fläche
2.4 Bearbeitende Fläche
3 Relativer Winkel
4 Absoluter Kippwinkel
5 Vertikale

Claims

P A T E N T A N S P RÜ C H E
1. Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstückes (1) mittels eines um eine Werkzeugachse (2.2) rotierenden Werkzeugs (2), wobei das Werkstück (1) in einem Bereich einer Werkstückoberfläche (1.1) mit einer jeweils momentan berührenden Fläche (2.3), die wenigstens ein Teilbe¬ reich einer bearbeitenden Fläche (2.4) ist, die ihrerseits ein Teilbereich ei¬ ner Polierfläche (2.1) des Werkzeugs (2) ist, berührt wird, wobei die Werkzeugachse (2.2) die Polierfläche (2.1) durchstößt, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Lage des Werkzeugs (2) so eingestellt wird, dass der Mittelpunkt der jeweils momentan das Werkstück (1) berührenden Flä¬ che (2.3) des Werkzeugs (2) abseits der Werkzeugachse (2.2) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werk¬ zeug (2) um eine von der Werkzeugachse (2.2) verschiedene Achse ver¬ kippt wird, wobei ein relativer Winkel (3) zwischen der Werkzeugach¬ se (2.2) und einer lokalen Oberflächennormalen (1.3) des Werkstücks (1) in dem berührten Bereich eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein relativer Winkel (3) von mehr als 0° eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) um eine zur Werkzeugachse (2.2) senkrecht verlaufende Achse verkippt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) entlang wenigstens eines Teils der Werkstückoberflä¬ che (1.1) translatorisch bewegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel (3) im Verlauf der translatorischen Bewegung entlang der Werk¬ stückoberfläche (1.1) zumindest abschnittsweise kontinuierlich verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einzustel¬ lende relative Winkel (3) anhand von Daten des Werkstücks (1) und/oder des Werkzeugs (2) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel (3) anhand der jeweiligen relativen Position des Werkzeugs (2) zum Werkstück (1) ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel (3) anhand einer Oberflächennormalen (1.3) des Werkstücks (1) im an dieser Position berührten Bereich der Werkstückoberfläche (1.1) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel (3) anhand einer Polierflächennormalen der je¬ weils momentan die Werkstückoberfläche (1) berührenden Fläche (2.3) des Werkzeugs (2) ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel (3) anhand eines zu erzielenden Abtrages von der Werkstückoberfläche (1.1) ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der translatorischen Bewegung der absolute Kippwinkel (4) zwischen der Werkzeugachse (2.2) und der Vertikalen (5) konstant gehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der translatorischen Bewegung der absolute Kippwinkel (4) zwischen der Werkzeugachse (2.2) und der Vertikalen (5) auf 0° gehalten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel (3) im Verlauf der translatorischen Bewegung konstant gehalten wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Polierfläche (2.1) konvex ist.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werk¬ zeug (2) mit einer ebenen Polierfläche (2.4) in Abhängigkeit einer Ober¬ flächennormalen (1.3) des Werkstücks (1) in dem berührten Bereich um eine von der Werkzeugachse (2.2) verschiedene Achse gekippt wird, wo¬ bei die Werkzeugachse (2.2) parallel zu der Oberflächennormalen (1.3) ausgerichtet und das Werkzeug (2) parallel zu einer Werkstückoberflä¬ che (1.1) in dem berührten Bereich verschoben ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Verschiebung anhand eines zu erzielenden Abtrages ermittelt wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Werkstück (1) um eine Werkstückachse (1.2) rotiert.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotati¬ onsbewegungen von Werkstück (1) und Werkzeug (2) entgegengesetzt ge¬ richtet sind, so dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstückober¬ fläche (1.1) und Polierfläche (2.1) im Bereich der jeweils momentan be¬ rührenden Fläche (2.3) vergrößert wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Werkzeug (2) gegen die Werkstückoberfläche (1.1) ge- presst wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der An¬ pressdruck steuerbar ist.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck mittels Druckluft erzeugt wird.
23. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22 für das Polieren optisch wirksamer Flächen.
24. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Bear¬ beitung rotationssymmetrischer Linsen.
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