EP3106262A1 - Polishing apparatus for polishing lenses surfaces on optical lenses and method for the operation thereof - Google Patents

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EP3106262A1
EP3106262A1 EP16166363.8A EP16166363A EP3106262A1 EP 3106262 A1 EP3106262 A1 EP 3106262A1 EP 16166363 A EP16166363 A EP 16166363A EP 3106262 A1 EP3106262 A1 EP 3106262A1
Authority
EP
European Patent Office
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axis
polishing
workpiece holder
polishing tool
rotation
Prior art date
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EP16166363.8A
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German (de)
French (fr)
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EP3106262B1 (en
EP3106262B8 (en
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Roland Mandler
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Optotech Optikmaschinen GmbH
Original Assignee
Optotech Optikmaschinen GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/0012Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor for multifocal lenses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a polishing apparatus for polishing curved lens surfaces of optical lenses according to the preamble of claim 1 and a method for their operation according to claim 8.
  • polishing devices are known from the prior art, which have a workpiece holder, which receive an optical lens and rotate about an axis of rotation.
  • a polishing tool with a polishing surface is placed on the free lens surface, which may be concave, convex, toric, spherical and freeform.
  • a polishing tool For processing concave lens surfaces is off DE 10 2007 026 841 A1 known to use a polishing tool, which has a carrier plate on which a resilient Substructure is applied. On the elastic base the polishing surface is arranged. By rotating the carrier plate thus also rotates the polishing surface about a rotation axis perpendicular to the carrier plate. The axes of rotation of the optical lens and a drive shaft of the polishing tool are aligned parallel. The carrier plate in turn is connected via a gimbal compensating joint with the drive shaft.
  • the gimbal compensating joint forms a degree of freedom, so that the polishing tool is statically indefinitely placed on the lens surface and always rests flat on the lens surface, for which it oscillates around the compensating joint.
  • the surface curvature of the polishing surface usually corresponds essentially to the surface curvature of the concave lens surface.
  • a disadvantage of such a configuration is that the polishing tool can be moved only very limited over a peripheral edge of the lens surface. This has the consequence that the contact pressure in the direction of the lens center drops sharply even with a small projection. Moving the polishing surface to an even greater extent beyond the peripheral edge, the polishing tool tilts.
  • a further disadvantage of such polishing tools is that the contact pressure force over the polishing surface causes the polishing removal of the lens surface to tend in the direction of a sphere.
  • already produced optical geometries are polished on the lens surface.
  • large contact pressures are required in order to approach them by elastic deformation of the carrier plate and / or the elastic substructure. As a result, the polishing tendency toward a sphere in these lens regions is enhanced.
  • the object of the invention is therefore to develop a polishing apparatus and a polishing method, with which lens surfaces can be machined, the overlays of spherical, toric and progressive effects and thus form free-form surfaces, which are described by pure point clouds, without polished during polishing these effects become.
  • the device and method are also intended to enable fast, efficient and cost-effective polishing of such lens surfaces.
  • the invention relates to a polishing apparatus for polishing curved lens surfaces of optical lenses, the polishing apparatus comprising a workpiece holder for receiving an optical lens and a polishing tool, the polishing tool having a support member, a resilient substructure and a curved polishing surface on the elastic substructure, wherein the polishing tool wherein the polishing surface is rotationally driven about a rotation axis, wherein either the curved lens surface is concave and the curved polishing surface is convex or the curved lens surface is convex and the curved polishing surface is concave, the workpiece holder being rotationally driven about a first axis to rotate the optical lens wherein a distance between the workpiece holder and the polishing tool is adjustable along a second axis, wherein an offset between the workpiece holder and the polishing tool along a third axis, the transversely to the first axis of is adjustable, and wherein an angle of attack between the rotation axis and the first axis by tilting about a fourth
  • the polishing device has the advantage that an up to ten times higher polishing performance is achieved than with a gimbal-mounted polishing plate.
  • a constant removal profile in narrower and wider radii can be achieved by tilting.
  • the adjacent to the peripheral edge area can be edited very well and precisely.
  • geometries on the optical surface are not polished out. Namely, there is no phenomenon that the polishing tool tends to work the lens surface in the direction of a sphere. Rather, it is possible with the elastic base of the polishing tool and the angle of attack to compensate for deviations caused by a progressive portion of the lens surface of a spherical portion relative surface of the polishing surface to a purely spherical partial contact surface.
  • cylinder effects of up to ten cylinders can be produced with such a polishing device.
  • the whole succeeds in a first variant for the processing of concave lens surfaces with a convex polishing surface and in a second variant for the processing of convex lens surfaces with a concave polishing surface.
  • the curved lens surface is on the front of the lens or the back of the lens.
  • a peripheral edge of the lens does not count toward the curved lens surface.
  • the curved lens surface may be a partial surface of the lens front side or the lens back side.
  • optical lenses having a circular peripheral edge are polished. The peripheral edge bounds the lens front side and the lens back each at its periphery.
  • the first axis should be aligned substantially perpendicularly through the center of the curved lens surface. Accordingly, the first axis will be substantially or exactly perpendicular to a receptacle of the workpiece holder in which an optical lens is received.
  • the invention achieves that the polishing surface rotates in a defined rotationally symmetrical surface about the axis of rotation.
  • the rotationally symmetrical surface may in particular be a sphere, at least outside a contact surface with the lens surface, where elastic deformation of the polishing surface occurs.
  • the polishing surface should rotate around your center. Although the polishing surface can stand up to its center. In many applications, however, also polishing tools are used, in which an annular or ring-segment-shaped polishing surface is arranged around the center.
  • a relatively simple interpolating motion kinematics of the first, second, third and fourth axes is achieved when the first axis is parallel to the second axis.
  • the polishing tool when an optical lens is accommodated in the workpiece holder, the polishing tool can be placed obliquely on the curved lens surface according to the angle of attack and by deformation of the elastic base a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface can be formed.
  • the angle of attack between the axis of rotation and the first axis should be so great that the polishing surface is partially lifted from the curved lens surface, so to speak hovers over the latter. In this case, a part of the polishing surface then floats laterally spaced from the contact surface above the lens surface. The stronger the polishing tool is pressed against the lens surface, the greater the contact pressure and the wider the contact surface. Both correlate with the removal rate.
  • an angle of attack is suitable in which the polishing tool has no contact with the lens surface in the region of the axis of rotation. This makes the velocity vector profile in the contact area more constant.
  • a special embodiment also contributes to this, according to which the strip-shaped contact surface extends at both ends to a peripheral edge of the curved lens surface. This ensures that the contact pressure over the length and up to the ends of the strip-shaped contact surface can be regulated to a homogeneous value.
  • the surface curvature of the convex polishing surface should be smaller than the surface curvature of the concave lens surface or the surface curvature of the concave polishing surface should be greater than the surface curvature of the convex lens surface.
  • the diameter of the polishing surface is to be selected larger than the diameter of the lens surface to be polished, preferably at least 20% larger.
  • the polishing apparatus has an electrical control device, by which during a polishing process, in particular exclusively, the speed of rotation of the workpiece holder about the first axis, the distance between the workpiece holder and the polishing tool along the second axis, the offset between the workpiece holder and the polishing tool along the third axis, and the angle of attack between the rotation axis and the first axis are interpolating driven by tilting about the fourth axis.
  • the interpolation makes it possible to regulate the contact pressure of the contact surface over its length to a constant value.
  • the contact pressure can be controlled to a desired value, which is higher, for example, at the beginning of polishing than at the end of polishing. As a result, the polishing progress produces a finer polishing finish.
  • an electrical control device is a CNC control into consideration.
  • the rotating drive of the workpiece holder is effected about the first axis with a first drive
  • the adjustment of the distance between the workpiece holder and the polishing tool along the second axis with a second drive causes the adjustment of the offset between the workpiece holder and causes the polishing tool along the third axis with a third drive
  • the polishing apparatus may comprise an electrical control device, are driven by interpolating during a polishing process, in particular exclusively, the rotational speed of the first drive, the position of the second drive, the position of the third drive, and the position of the fourth drive.
  • Rotary motors are therefore suitable for the first drive, and servomotors in particular for the second, third and fourth drives.
  • the angle of attack with the control device is regulated to a value in which there is a maximum uniform pressing force over the length of a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface.
  • the second axis and the third axis are mechanically coupled to the workpiece holder. This means that the workpiece holder moves absolutely along the second axis and the third axis. Thus, the optical lens moves in two spatial directions and thereby rotates about the first axis.
  • the fourth axis is mechanically coupled to the polishing tool. Accordingly, the polishing tool is tilted about the fourth axis. At the same time it can rotate around the axis of rotation. A simple interpolating kinematics is achieved when the axis of rotation intersects the fourth axis, preferably Plumb.
  • a design is preferably selected in which the polishing tool is rigidly coupled to a drive axle. Neither angle nor length changes should be possible, so that a CNC-controlled defined position without degrees of freedom can be approached with the polishing tool. In particular, the polishing tool should not have a cardan compensating joint or be mounted on such.
  • the workpiece holder is arranged geodetically above the polishing tool. Overburden and excess polishing agent thus do not fall on the lens surface to be polished, but fall down.
  • the device for processing curved lens surfaces with a toric basic shape on which also progressive action surfaces can be contained.
  • the invention also relates to the use of a polishing device described above for polishing a curved lens surface of an optical lens, in particular of concave or convex lens surfaces. Also in use, depending on the configuration of the polishing apparatus, the advantages described above are achieved.
  • An advantage of this is that an up to ten times higher polishing performance is achieved than with a gimbal-mounted polishing plate.
  • a constant removal profile in narrower and wider radii can be achieved by the modulated tilting about the fourth axis.
  • the region of the lens surface adjoining the peripheral edge can also be processed very well and precisely.
  • geometries on the optical surface are not polished out. It can be procedurally produced cylinder effects of up to ten cylinders. It is sufficient that during the polishing process, four axes interpolate with each other, namely the first, second, third and fourth axes.
  • a polishing agent should be provided, which may be contained in the polishing surface or in a supplied fluid.
  • an interpolating movement of the second, third and fourth axes is performed with each revolution of the lens blank around the first axis.
  • the rotational speed about the first axis is preferably also simultaneously modulated.
  • a good grinding pattern is achieved, in particular, when the interpolating movement of the second, third and fourth axes is continuous.
  • an angle of attack is taken into account in the interpolating driving as the first target function, in which a maximum uniform pressing force is present over the length of a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface.
  • a uniform removal profile over the length of the contact surface is achieved.
  • the shape and position of the polishing tool, as well as the shape and position of the optical lens or of its lens surface should be known as input variables.
  • a further optional method embodiment provides that the interpolating driving as a second objective function takes into account a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface, which extends at both ends to a peripheral edge of the curved lens surface. This ensures that a constant pressure force can be present within the lens surface up to the end region of the strip-shaped contact surface.
  • the interpolating driving takes into account as a third objective function a maximum uniform pressing force over one revolution of the optical lens.
  • a uniform pressing force over the length of the contact surface is achieved, but also during a progressive movement of the contact surface on the lens surface.
  • a constant removal profile is achieved over the entire lens surface.
  • a supplementary embodiment of the method provides that the interpolating driving as the fourth objective function takes into account a constant removal profile in the contact surface between the polishing surface and the curved lens surface.
  • the relative speeds between the polishing surface and the lens surface are also taken into account. This results in homogeneously distributed ablation rates over the contact surface.
  • a method variant also contributes to a desired polishing behavior, according to which the angle of attack between the axis of rotation and the first axis rotates twice per revolution of the lens blank about the first axis, in particular exactly twice, around the fourth axis and back and forth becomes.
  • the angle of attack can be adapted to the basic toric shape and it is achieved in each rotation angle over the length of the contact surface uniform contact pressure.
  • a harmonic microsection a variant in which the adjustment of the offset between the workpiece holder and the polishing tool along the third axis is superimposed with an oscillating movement along the third axis, wherein the oscillatory movement is smaller than the adjustment of the offset.
  • larger circular grinding paths are superimposed around the center of the lens surface by smaller circular grinding paths.
  • the result is a particularly fine microsection, in which the larger bevel paths are not recognizable by refraction but blurred.
  • the rotating of the polishing tool about the axis of rotation takes place between a start and a deceleration at a constant speed.
  • the speed does not interpolate with the first, second, third and fourth axis.
  • polishing of the polishing tool about the axis of rotation between starting and braking at a speed between 600 and 1500 revolutions per minute is suitable for polishing.
  • the method should be performed such that the rotational speed of the polishing tool rotating about the axis of rotation between the start and the deceleration is higher than the maximum rotational speed of the rotation of the workpiece holder about the first axis.
  • Fig. 1 one sees in a section through a section of a polishing device 1 how the polishing of a concave lens surface 101 of an optical lens 100 with a polishing tool 20 takes place.
  • the polishing apparatus 1 is composed of two corresponding units.
  • the first unit comprises the recording and motion kinematics of the optical lens 100 with a workpiece holder 10.
  • the second unit relates to the polishing tool 20 and its movement kinematics.
  • the polishing tool 20 has a carrier element 21 and an elastic substructure 22 between a convex polishing surface 23 and the carrier element 21.
  • the polishing tool 20 with the polishing surface 23 is driven to rotate about an axis of rotation R.
  • the polishing tool 20 is rotatably mounted on a tool holder, here in particular a tool drum 50.
  • a spindle drive 35 is arranged, with the polishing tool 20 is driven about the rotation axis R.
  • the tool drum 50 in turn is rotatably driven about a fourth axis A4. This rotation is used to set and regulate by means of a fourth drive A4, on the one hand, an angle of incidence W of the polishing tool 20 relative to the optical lens 100, and on the other hand to use different polishing tools, which are arranged on the circumference of the tool drum 50.
  • the rotation axis R and the fourth axis A4 intersect perpendicularly. This makes the movement kinematics particularly easy. However, this cutting is not essential. Alternatively, a non-perpendicular orientation and / or a spaced arrangement are also conceivable.
  • the polishing tool 20 rotates about the axis of rotation R and can be aligned and adjusted by adjusting the angle of attack W to the lens surface 101. These are the only adjustable axes and degrees of freedom of the polishing tool 20. Thus, no gimbal-mounted polishing plate is provided.
  • the workpiece holder 10 is rotationally driven about a first axis A1 to rotate the optical lens 100 about its center.
  • the optical lens 100 can be connected, in particular with its rear side 102 of the lens, either with a so-called block piece, or else a vacuum holder is used which holds the optical lens 100 by negative pressure on the rear side of the lens 102.
  • the diameter D2 of the lens surface 101, the peripheral edge 103, and the surface curvature K2 of the lens surface 101 are also indicated.
  • the motion kinematics of the workpiece holder 10 is shown schematically.
  • the workpiece holder 10 has a first drive 31 for effecting rotation around the first axis A1.
  • a second drive 32 By means of a second drive 32, the workpiece holder 10 can be moved back and forth along a second axis A2.
  • the second axis A2 is present coaxial with the first axis A1.
  • a third drive 33 is provided, with which the workpiece holder 10 is laterally movable back and forth; this particular transversely and in particular perpendicular to the second axis A2.
  • the first axis A1 is aligned perpendicularly through the center of the concave lens surface 101.
  • the fourth axis A4 intersect perpendicularly the plane defined by the second and third axes A2, A3. In addition, preferably also intersect the rotation axis R and the first axis A1.
  • the first axis A1, the second axis A2 and the third axis A3 are mechanically coupled to the workpiece holder 10 or determine these three axes the degrees of freedom of the workpiece holder 10.
  • the fourth axis A4 and the axis of rotation R are mechanically coupled to the polishing tool 20 or they determine the degrees of freedom of the polishing tool 20.
  • the first axis A1 and the axis of rotation R are to be arranged as described in order to effect the rotations of the lens 100 and the polishing tool 20.
  • This contact surface F is shown by an intersection between the polishing tool 10 and the optical lens 100.
  • the elastic substructure 22 deforms.
  • Another part of the polishing surface 23 is lifted off the lens surface 101. In a sense, it hovers above the lens surface 101. This also applies in particular to the center in the center M of the polishing surface 23 about the axis of rotation R.
  • a strip-shaped contact surface F is formed between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101, as will be explained in more detail below Fig. 3 is explained.
  • the removal rate is determined by the rotational speed of the polishing tool 20 about the axis of rotation R and the rotational speed of the optical lens 100 about the first axis A1.
  • the rotational speed of the convex polishing surface 23 about the rotation axis R by the spindle drive 35 is preferably kept at a constant revolution number. This is preferably to be chosen so fast anyway that due to the rotational inertia a rapid modulation of the rotational speed is not possible. To prefer is a speed between 600 and 1500 revolutions per minute.
  • the rotational speed of the rotation of the polishing tool 20 about the rotational axis R between the start and the deceleration should also be higher than the maximum rotational speed of the rotation of the workpiece holder 10 about the first axis A1. Values between 0 and 100 revolutions per minute are particularly suitable as the maximum speed of rotation of the workpiece holder 10 about the first axis A1 during the polishing.
  • the angle of attack W is controlled as far as possible with the control device to a value in which over the length of the strip-shaped contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101, a maximum uniform pressing force is present.
  • the interpolating drive it is possible for the interpolating drive to take into account as the first target function an angle of attack W in which there is a maximum uniform contact force over the length of a strip-shaped contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101.
  • the interpolating driving generates, as a third objective function, a maximum uniform pressing force over one revolution of the optical lens 100.
  • a strip-shaped contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101 can be traced by the interpolating driving as a second objective function, which extends at both ends E1, E2 to a peripheral edge 103 of the concave lens surface 101.
  • Irrelevant is a lens edge that surrounds the concave lens surface 101 and does not need to be polished.
  • the removal rate also depends on the rotational speeds, in particular on the velocity vectors in the contact surface F.
  • the velocity vectors can be determined in addition to the local pressing force solely on the basis of the positions of the workpiece holder 10, the polishing tool 20 and the surface shape of the lens surface 101. This makes it possible for the interpolating driving as the fourth target function to take into account a maximally constant removal profile in the contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101.
  • Fig. 2 one sees a perspective view of a polishing device 1 with two working levels. In the working plane lying in front of the image, there is a workpiece holder 10 and a polishing tool 20 according to the section Fig. 1 , For clarity, only some of the technical features are provided with reference numerals.
  • the workpiece holder 10 holds an optical lens 100, which is processed by the polishing tool 20.
  • the polishing tool 20 is composed of a carrier element 21, an elastic substructure 22 attached thereto and a polishing surface 23 on the elastic substructure 22.
  • the workpiece holder 10 can be displaced along the second axis A2 in order to be able to control a distance z between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20.
  • an offset x between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 can be controlled by displacing the workpiece holder 10 along a third axis A3.
  • the workpiece holder 10 including the optical lens 100 is rotated about a first axis A1.
  • the polishing tool 20 is driven to rotate about a rotation axis R.
  • the tool drum 50 on which the polishing tool 20 is rotatably supported about the rotation axis R, can be rotated about a fourth axis A4 to control the angle of incidence W of the polishing tool 20 on the lens 100.
  • Fig. 2 one recognizes further that an optional second working level is provided. This is functionally identical to the front working level. As a result, two lenses 100, 100a can be processed simultaneously and identically.
  • the working planes are firmly connected with respect to the degrees of freedom of the workpiece holder 10, 10a and the polishing tool 20, 20a. The working planes also divide the drives so that the workpiece holders 10, 10a and the polishing tools 20, 20a move synchronously.
  • the tool drum 50 in each of the working levels over several, in particular four, in particular different polishing tools 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g has.
  • the third to eighth polishing tools 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g may also be polishing plates which have a gimbal compensating joint. These polishing plates then attach themselves to the lens surfaces of the lenses 100, 100a and oscillate around the gimbal compensating joint.
  • Fig. 3 1 shows a schematic sketch to illustrate the contact surface F of a polishing tool 20 which has an angle of incidence on a lens surface 101 of an optical lens 100.
  • the peripheral surface 103, the surface curvature K2 and the diameter D2 are also marked by the lens surface 101.
  • the already pre-processed lens 100 has a toric lens surface 101. That is, the lens surface 101 to be polished is oval or elliptical. Two crescent-shaped edge areas do not need polishing.
  • Hatching is now particularly the contact surface F between the polishing surface 23 and the lens surface 101.
  • This is strip-shaped and protrudes at both ends E1, E2 extends to a peripheral edge 103 of the concave lens surface 101. With other areas, the polishing surface 23 protrudes beyond the peripheral edge 103 at the ends E1, E2. Not recognizable are the parts of the polishing surface 23, as in Fig. 1 visibly float above the lens surface 101.
  • Fig. 4 shows a perspective view of a polishing apparatus 1 according to Fig. 2 however, shown with frame 41, housing 40 and secondary equipment for automated operation.
  • the frame 41 holds both the polishing tool 20 and the workpiece holder 10.
  • the entire tool drum 50 together with the polishing tool 20 and the workpiece holder are arranged within the housing 40.
  • the housing 40 On the front, the housing 40 has a viewing window and a flap or door. Good to see in the presentation of the Fig. 4 the drives 31, 32, 33, 34.
  • the first drive 31 drives the workpiece holder 10 in rotation about the first axis A1.
  • the second and third drive 32, 33 are designed as cross slides, so that the displacements for controlling the offset x and the distance z are controllable.
  • the lenses 100, 100a are removed from the transport rail 42 before being polished and loaded into the workpiece holders 10. After polishing, they are removed again with the aid of the loading device 43 from the workpiece holder 10 and deposited for removal on the transport rail 42.
  • the above descriptions also apply to an optional modification in which the curved lens surface 101 is convex and the curved polishing surface 23 is concave.
  • polishing tools 20b, 20c with a concave polishing surface 23 can be used in the tool drum 50 in addition to the polishing tools 20, 20a. Then, in the same polishing apparatus 1, concave and convex lens surfaces 101 are workable.
  • polisher 50 tool drum 10 Workpiece holder 100 optical lens 10a second workpiece holder 100a second optical lens 20 polishing tool 101 lens surface 20a second polishing tool 102 Lens back 20b third polishing tool 103 circumferential edge 20c fourth polishing tool 20d fifth polishing tool A1 first axis (rotation) 20e sixth polishing tool A2 second axis (distance) 20f seventh polishing tool A3 third axis (offset) 20g eighth polishing tool A4 fourth axis (angle of attack) D1 Diameter (polishing surface) 21 support element D2 Diameter (lens area) 22 elastic substructure E1 first end (strip-shaped contact surface) 23 convex polishing surface E2 second end (strip-shaped contact surface) 31 first drive (first axis) 32 second drive (second axis) F strip-shaped contact surface 33 third drive (third axis) K1 Surface curvature (polishing surface) 34 fourth drive (fourth axis) K2 Surface curvature (lens surface) 35 spindle drive

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Poliervorrichtung (1) zum Polieren gekrümmter Linsenflächen (101) von optischen Linsen (100), wobei die Poliervorrichtung (1) einen Werkstückhalter (10) zur Aufnahme einer optischen Linse (100) und ein Polierwerkzeug (20) aufweist, wobei das Polierwerkzeug (20) ein Trägerelement (21), einen elastischen Unterbau (22) und eine gekrümmte Polierfläche (23) auf dem elastischen Unterbau (22) aufweist, wobei das Polierwerkzeug (20) mit der Polierfläche (23) rotierend um eine Rotationsachse (R) angetrieben ist, wobei der Werkstückhalter (10) rotierend um eine erste Achse (A1) angetrieben ist, um die optische Linse (100) zu rotieren, wobei ein Abstand (z) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang einer zweiten Achse (A2) verstellbar ist, wobei ein Versatz (x) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang einer dritten Achse (A3), die quer zur ersten Achse (A1) ausgerichtet ist, verstellbar ist, und wobei ein Anstellwinkel (W) zwischen der Rotationsachse (R) und der ersten Achse (A1) durch Kippen um eine vierte Achse (A4) verstellbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zu deren Betrieb.The invention relates to a polishing apparatus (1) for polishing curved lens surfaces (101) of optical lenses (100), the polishing apparatus (1) comprising a workpiece holder (10) for receiving an optical lens (100) and a polishing tool (20) the polishing tool (20) has a carrier element (21), an elastic substructure (22) and a curved polishing surface (23) on the elastic substructure (22), wherein the polishing tool (20) with the polishing surface (23) rotates about an axis of rotation ( R), the workpiece holder (10) being driven in rotation about a first axis (A1) to rotate the optical lens (100), a distance (z) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20). is adjustable along a second axis (A2), wherein an offset (x) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along a third axis (A3) which is aligned transversely to the first axis (A1) is adjustable, and where e in the angle of attack (W) between the rotation axis (R) and the first axis (A1) by tilting about a fourth axis (A4) is adjustable. Moreover, the invention relates to a method for their operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Poliervorrichtung zum Polieren gekrümmter Linsenflächen von optischen Linsen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb nach Anspruch 8.The invention relates to a polishing apparatus for polishing curved lens surfaces of optical lenses according to the preamble of claim 1 and a method for their operation according to claim 8.

Zur Erzielung einer optisch wirksamen Linsenoberfläche werden optische Linsen mit Poliervorrichtungen poliert. So sind aus dem Stand der Technik Poliervorrichtungen bekannt, die einen Werkstückhalter aufweisen, die eine optische Linse aufnehmen und um eine Rotationsachse rotieren. Auf die freie Linsenoberfläche, die konkav, konvex, torisch, sphärisch und freiformgestaltet sein kann, wird ein Polierwerkzeug mit einer Polierfläche aufgesetzt.To obtain an optically effective lens surface, optical lenses are polished with polishing devices. Thus, polishing devices are known from the prior art, which have a workpiece holder, which receive an optical lens and rotate about an axis of rotation. On the free lens surface, which may be concave, convex, toric, spherical and freeform, a polishing tool with a polishing surface is placed.

Zur Bearbeitung konkaver Linsenflächen ist aus DE 10 2007 026 841 A1 bekannt, ein Polierwerkzeug einzusetzen, welches einen Trägerteller aufweist, auf dem eine elastischer Unterbau aufgebracht ist. Auf dem elastischen Unterbau ist die Polierfläche angeordnet. Durch Rotieren des Trägertellers rotiert also auch die Polierfläche um eine Rotationsachse lotrecht zum Trägerteller. Dabei sind die Rotationsachsen der optischen Linse und einer Antriebswelle des Polierwerkzeugs parallel ausgerichtet. Der Trägerteller wiederum ist über ein kardanisches Ausgleichsgelenk mit der Antriebswelle verbunden.For processing concave lens surfaces is off DE 10 2007 026 841 A1 known to use a polishing tool, which has a carrier plate on which a resilient Substructure is applied. On the elastic base the polishing surface is arranged. By rotating the carrier plate thus also rotates the polishing surface about a rotation axis perpendicular to the carrier plate. The axes of rotation of the optical lens and a drive shaft of the polishing tool are aligned parallel. The carrier plate in turn is connected via a gimbal compensating joint with the drive shaft.

Die eingesetzten Poliermaschinen im Stand der Technik haben zur Einstellung des Abtragprofils beim Polieren also drei interpolierend angetriebene Achsen, nämlich

  1. a) die Geschwindigkeit um die Rotationsachse des Werkstückhalters,
  2. b) eine Position entlang einer ersten Verschiebeachse für einen seitlichen Versatz zwischen den Rotationsachsen des Werkstückhalters und des Polierwerkzeugs,
  3. c) sowie eine Position entlang einer zweiten Verschiebeachse zur Einstellung des Abstands zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug.
The polishing machines used in the prior art have to adjust the removal profile during polishing so three interpolating driven axes, namely
  1. a) the speed about the axis of rotation of the workpiece holder,
  2. b) a position along a first displacement axis for a lateral offset between the axes of rotation of the workpiece holder and the polishing tool,
  3. c) and a position along a second displacement axis for adjusting the distance between the workpiece holder and the polishing tool.

Das kardanische Ausgleichgelenk bildet einen Freiheitsgrad aus, sodass das Polierwerkzeug statisch unbestimmt auf die Linsenoberfläche aufgesetzt ist und immer plan auf der Linsenoberfläche aufliegt, wozu es um das Ausgleichsgelenk pendelt. Die Oberflächenkrümmung der Polierfläche entspricht meist im Wesentlichen der Oberflächenkrümmung der konkaven Linsenfläche.The gimbal compensating joint forms a degree of freedom, so that the polishing tool is statically indefinitely placed on the lens surface and always rests flat on the lens surface, for which it oscillates around the compensating joint. The surface curvature of the polishing surface usually corresponds essentially to the surface curvature of the concave lens surface.

Nachteilhaft an einer solchen Ausgestaltung ist, dass das Polierwerkzeug nur sehr begrenzt über einen Umfangsrand der Linsenfläche hinausbewegt werden kann. Dies hat nämlich zur Folge, dass der Anpressdruck in Richtung Linsenmitte schon bei einem kleinen Überstand stark abfällt. Bewegt man die Polierfläche zu einem noch größeren Teil über den Umfangsrand hinaus, kippt das Polierwerkzeug ab.A disadvantage of such a configuration is that the polishing tool can be moved only very limited over a peripheral edge of the lens surface. This has the consequence that the contact pressure in the direction of the lens center drops sharply even with a small projection. Moving the polishing surface to an even greater extent beyond the peripheral edge, the polishing tool tilts.

Ein weiterer Nachteil derartiger Polierwerkzeuge ist, dass die Anpresskraft über der Polierfläche dazu führt, dass der Polierabtrag der Linsenoberfläche in Richtung einer Sphäre tendiert. Hierdurch werden bereits hergestellte optische Geometrien auf der Linsenoberfläche auspoliert. Um überhaupt engere Radien auf der Linsenoberfläche polieren zu können, sind große Anpressdrücke erforderlich, um durch elastische Verformung des Trägertellers und/oder dem elastischen Unterbau an diese heran zu gelangen. Hierdurch wird die Poliertendenz hin zu einer Sphäre in diesen Linsenbereichen noch verstärkt.A further disadvantage of such polishing tools is that the contact pressure force over the polishing surface causes the polishing removal of the lens surface to tend in the direction of a sphere. As a result, already produced optical geometries are polished on the lens surface. In order to be able to polish ever narrower radii on the lens surface, large contact pressures are required in order to approach them by elastic deformation of the carrier plate and / or the elastic substructure. As a result, the polishing tendency toward a sphere in these lens regions is enhanced.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Poliervorrichtung und ein Polierverfahren zu entwickeln, mit denen Linsenoberflächen bearbeitbar sind, die Überlagerungen aus sphärischen, torischen und progressiven Wirkungen aufweisen und somit Freiformflächen bilden, die durch reine Punktewolken beschrieben sind, ohne dass beim Polieren diese Wirkungen auspoliert werden. Die Vorrichtung und das Verfahren sollen zudem eine schnelle, effiziente und kostengünstige Polierbearbeitung von solchen Linsenflächen ermöglichen.The object of the invention is therefore to develop a polishing apparatus and a polishing method, with which lens surfaces can be machined, the overlays of spherical, toric and progressive effects and thus form free-form surfaces, which are described by pure point clouds, without polished during polishing these effects become. The device and method are also intended to enable fast, efficient and cost-effective polishing of such lens surfaces.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie in Anspruch 8 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 15.Main features of the invention are specified in the characterizing part of claim 1 and in claim 8. Embodiments are the subject of claims 2 to 7 and 9 to 15.

Die Erfindung betrifft eine Poliervorrichtung zum Polieren gekrümmter Linsenflächen von optischen Linsen, wobei die Poliervorrichtung einen Werkstückhalter zur Aufnahme einer optischen Linse und ein Polierwerkzeug aufweist, wobei das Polierwerkzeug ein Trägerelement, einen elastischen Unterbau und eine gekrümmte Polierfläche auf dem elastischen Unterbau aufweist, wobei das Polierwerkzeug mit der Polierfläche rotierend um eine Rotationsachse angetrieben ist, wobei entweder die gekrümmte Linsenfläche konkav und die gekrümmte Polierfläche konvex oder die gekrümmte Linsenfläche konvex und die gekrümmte Polierfläche konkav ist, wobei der Werkstückhalter rotierend um eine erste Achse angetrieben ist, um die optische Linse zu rotieren, wobei ein Abstand zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang einer zweiten Achse verstellbar ist, wobei ein Versatz zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang einer dritten Achse, die quer zur ersten Achse ausgerichtet ist, verstellbar ist, und wobei ein Anstellwinkel zwischen der Rotationsachse und der ersten Achse durch Kippen um eine vierte Achse, im Besonderen aktiv, verstellbar ist.The invention relates to a polishing apparatus for polishing curved lens surfaces of optical lenses, the polishing apparatus comprising a workpiece holder for receiving an optical lens and a polishing tool, the polishing tool having a support member, a resilient substructure and a curved polishing surface on the elastic substructure, wherein the polishing tool wherein the polishing surface is rotationally driven about a rotation axis, wherein either the curved lens surface is concave and the curved polishing surface is convex or the curved lens surface is convex and the curved polishing surface is concave, the workpiece holder being rotationally driven about a first axis to rotate the optical lens wherein a distance between the workpiece holder and the polishing tool is adjustable along a second axis, wherein an offset between the workpiece holder and the polishing tool along a third axis, the transversely to the first axis of is adjustable, and wherein an angle of attack between the rotation axis and the first axis by tilting about a fourth axis, in particular active, is adjustable.

Die Poliervorrichtung hat den Vorteil, dass eine bis zu zehnfach höhere Polierleistung erzielt wird als mit einem kardanisch gelagerten Polierteller. Außerdem kann durch das Kippen ein konstantes Abtragprofil in engeren und weiteren Radien erzielt werden. Zudem kann auch der an den Umfangsrand angrenzende Bereich sehr gut und präzise bearbeitet werden. Dies hat zur Folge, dass Geometrien auf der optischen Oberfläche nicht auspoliert werden. Es gibt nämlich nicht das Phänomen, dass das Polierwerkzeug die Linsenfläche tendenziell in Richtung einer Sphäre bearbeitet. Vielmehr ist es mit dem elastischen Unterbau des Polierwerkzeugs und dem Anstellwinkel möglich, Abweichungen, bedingt durch einen progressiven Anteil der Linsenoberfläche von einer kugelabschnittsförmigen Relativfläche der Polierfläche, zu einer rein sphärischen partiellen Berührungsfläche zu kompensieren. Außerdem lassen sich mit einer solchen Poliervorrichtung Zylinderwirkungen von bis zu zehn Zylindern herstellen. Das ganze gelingt in einer ersten Variante für die Bearbeitung konkaver Linsenflächen mit einer konvexen Polierfläche und in einer zweiten Variante für die Bearbeitung konvexer Linsenflächen mit einer konkaven Polierfläche. Durch Umrüsten, insbesondere automatisiert, ist es außerdem möglich mit der Vorrichtung eine konkave vordere Linsenfläche und die gegenüberliegende konvexe rückseitige Linsenfläche zu polieren. Es lassen sich so insbesondere sehr komplexe Brillengläser fertigen.The polishing device has the advantage that an up to ten times higher polishing performance is achieved than with a gimbal-mounted polishing plate. In addition, a constant removal profile in narrower and wider radii can be achieved by tilting. In addition, the adjacent to the peripheral edge area can be edited very well and precisely. As a result, geometries on the optical surface are not polished out. Namely, there is no phenomenon that the polishing tool tends to work the lens surface in the direction of a sphere. Rather, it is possible with the elastic base of the polishing tool and the angle of attack to compensate for deviations caused by a progressive portion of the lens surface of a spherical portion relative surface of the polishing surface to a purely spherical partial contact surface. In addition, cylinder effects of up to ten cylinders can be produced with such a polishing device. The whole succeeds in a first variant for the processing of concave lens surfaces with a convex polishing surface and in a second variant for the processing of convex lens surfaces with a concave polishing surface. By converting, in particular automated, it is also possible with the device to polish a concave front lens surface and the opposite convex back lens surface. In particular, it is possible to produce very complex spectacle lenses.

Die gekrümmte Linsenfläche liegt auf der Linsenvorderseite oder der Linsenrückseite. Ein Umfangsrand der Linse zählt nicht zu der gekrümmten Linsenfläche. Optional kann die gekrümmte Linsenfläche eine Teilfläche der Linsenvorderseite oder der Linsenrückseite sein. Vorzugsweisen werden optische Linsen mit kreisrundem Umfangsrand poliert. Der Umfangsrand begrenzt die Linsenvorderseite und die Linsenrückseite jeweils an deren Umfang.The curved lens surface is on the front of the lens or the back of the lens. A peripheral edge of the lens does not count toward the curved lens surface. Optionally, the curved lens surface may be a partial surface of the lens front side or the lens back side. Preferably, optical lenses having a circular peripheral edge are polished. The peripheral edge bounds the lens front side and the lens back each at its periphery.

Dabei sollte die erste Achse im Wesentlichen lotrecht durch das Zentrum der gekrümmten Linsenfläche ausgerichtet sein. Entsprechend wird die erste Achse im Wesentlichen oder exakt lotrecht zu einer Aufnahme des Werkstückhalters sein, in welcher eine optische Linse aufgenommen wird.In this case, the first axis should be aligned substantially perpendicularly through the center of the curved lens surface. Accordingly, the first axis will be substantially or exactly perpendicular to a receptacle of the workpiece holder in which an optical lens is received.

Weiterhin wird erfindungsgemäß erreicht, dass die Polierfläche in einer definierten rotationssymmetrischen Fläche um die Rotationsachse rotiert. Bei kardanisch pendelnder Lagerung wie im Stand der Technik ist dies nicht der Fall. Die rotationssymmetrische Fläche kann insbesondere eine Sphäre sein, zumindest außerhalb einer Kontaktfläche mit der Linsenfläche, wo es zu einer elastischen Verformung der Polierfläche kommt.Furthermore, the invention achieves that the polishing surface rotates in a defined rotationally symmetrical surface about the axis of rotation. In cardan pendulum storage as in the prior art, this is not the case. The rotationally symmetrical surface may in particular be a sphere, at least outside a contact surface with the lens surface, where elastic deformation of the polishing surface occurs.

Dabei sollte die Polierfläche um Ihr Zentrum rotieren. Zwar kann die Polierfläche bis an ihr Zentrum heranragen. In vielen Anwendungsfällen sind jedoch auch Polierwerkzeuge einsetzbar, bei denen eine ringförmige oder ringsegmentförmige Polierfläche um das Zentrum angeordnet ist.The polishing surface should rotate around your center. Although the polishing surface can stand up to its center. In many applications, however, also polishing tools are used, in which an annular or ring-segment-shaped polishing surface is arranged around the center.

Eine im Verhältnis einfache interpolierende Bewegungskinematik der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse wird erreicht, wenn die erste Achse parallel zur zweiten Achse ist.A relatively simple interpolating motion kinematics of the first, second, third and fourth axes is achieved when the first axis is parallel to the second axis.

Gemäß einer näheren Ausgestaltung der Poliervorrichtung ist, wenn eine optische Linse in dem Werkstückhalter aufgenommen ist, das Polierwerkzeug entsprechend des Anstellwinkels schräg auf der gekrümmten Linsenfläche aufsetzbar und durch Verformung des elastischen Unterbaus eine streifenförmige Kontaktfläche zwischen der Polierfläche und der gekrümmten Linsenfläche ausbildbar. Der Anstellwinkel zwischen der Rotationsachse und der ersten Achse sollte so groß sein, dass die Polierfläche teilweise von der gekrümmten Linsenfläche abgehoben ist, sozusagen über dieser schwebt. Dabei schwebt dann ein Teil der Polierfläche seitlich von der Kontaktfläche beabstandet oberhalb der Linsenfläche. Je stärker das Polierwerkzeug gegen die Linsenoberfläche gedrückt wird, desto größer wird die Anpresskraft und desto breiter wird die Kontaktfläche. Beides korreliert mit der Abtragleistung. Durch Einstellen des Anstellwinkels ist es insbesondere möglich, auf ein konstantes Abtragprofil über der Länge der Kontaktfläche zu regeln. Insbesondere ist ein Anstellwinkel geeignet, bei dem das Polierwerkzeug im Bereich der Rotationsachse keinen Kontakt zur Linsenfläche hat. Hierdurch wird das Geschwindigkeitsvektorprofil in der Kontaktfläche konstanter.According to a further refinement of the polishing apparatus, when an optical lens is accommodated in the workpiece holder, the polishing tool can be placed obliquely on the curved lens surface according to the angle of attack and by deformation of the elastic base a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface can be formed. The angle of attack between the axis of rotation and the first axis should be so great that the polishing surface is partially lifted from the curved lens surface, so to speak hovers over the latter. In this case, a part of the polishing surface then floats laterally spaced from the contact surface above the lens surface. The stronger the polishing tool is pressed against the lens surface, the greater the contact pressure and the wider the contact surface. Both correlate with the removal rate. By adjusting the angle of attack, it is in particular possible to control a constant removal profile over the length of the contact surface. In particular, an angle of attack is suitable in which the polishing tool has no contact with the lens surface in the region of the axis of rotation. This makes the velocity vector profile in the contact area more constant.

Hierzu trägt auch eine spezielle Ausbildung bei, nach der sich die streifenförmige Kontaktfläche an beiden Enden bis an einen Umfangsrand der gekrümmten Linsenfläche erstreckt. Hierdurch wird erreicht, dass der Anpressdruck über die Länge und bis an die Enden der streifenförmigen Kontaktfläche auf einen homogenen Wert regelbar ist. Hierfür sollte entweder die Oberflächenkrümmung der konvexen Polierfläche kleiner sein als die Oberflächenkrümmung der konkaven Linsenfläche oder die Oberflächenkrümmung der konkaven Polierfläche größer bzw. stärker sein als die Oberflächenkrümmung der konvexen Linsenfläche. Außerdem ist der Durchmesser der Polierfläche größer zu wählen als der Durchmesser der zu polierenden Linsenfläche, vorzugsweise um wenigstens 20% größer.A special embodiment also contributes to this, according to which the strip-shaped contact surface extends at both ends to a peripheral edge of the curved lens surface. This ensures that the contact pressure over the length and up to the ends of the strip-shaped contact surface can be regulated to a homogeneous value. For this, either the surface curvature of the convex polishing surface should be smaller than the surface curvature of the concave lens surface or the surface curvature of the concave polishing surface should be greater than the surface curvature of the convex lens surface. In addition, the diameter of the polishing surface is to be selected larger than the diameter of the lens surface to be polished, preferably at least 20% larger.

Weiterhin ist in einer näheren Ausführung der Poliervorrichtung vorgesehen, dass diese eine elektrische Steuereinrichtung aufweist, durch welche während eines Polierprozesses, insbesondere ausschließlich, die Geschwindigkeit der Rotation des Werkstückhalters um die erste Achse, der Abstand zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der zweiten Achse, der Versatz zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der dritten Achse, und der Anstellwinkel zwischen der Rotationsachse und der ersten Achse durch Kippen um die vierte Achse interpolierend angetrieben sind.Furthermore, it is provided in a further embodiment of the polishing apparatus that it has an electrical control device, by which during a polishing process, in particular exclusively, the speed of rotation of the workpiece holder about the first axis, the distance between the workpiece holder and the polishing tool along the second axis, the offset between the workpiece holder and the polishing tool along the third axis, and the angle of attack between the rotation axis and the first axis are interpolating driven by tilting about the fourth axis.

Die Interpolation ermöglicht es, den Anpressdruck der Kontaktfläche über deren Länge auf einen konstanten Wert zu regeln. Zusätzlich lässt sich der Anpressdruck auf einen gewünschten Wert regeln, der zum Beispiel zu Beginn des Polierens höher ist als zum Ende des Polierens. Hierdurch wird mit dem Polierfortschritt ein feinerer Polierschliff erzeugt. Als elektrische Steuereinrichtung kommt eine CNC-Steuerung in Betracht.The interpolation makes it possible to regulate the contact pressure of the contact surface over its length to a constant value. In addition, the contact pressure can be controlled to a desired value, which is higher, for example, at the beginning of polishing than at the end of polishing. As a result, the polishing progress produces a finer polishing finish. As an electrical control device is a CNC control into consideration.

Nach einer speziellen Variante der Poliervorrichtung ist der rotierende Antrieb des Werkstückhalters um die erste Achse mit einem ersten Antrieb bewirkt, die Verstellung des Abstands zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der zweiten Achse mit einem zweiten Antrieb bewirkt, die Verstellung des Versatzes zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der dritten Achse mit einem dritten Antrieb bewirkt, und die Verstellung des Anstellwinkels zwischen der Rotationsachse und der ersten Achse mit einem vierten Antrieb bewirkt. Hierdurch kann das interpolierende Zusammenwirken weitestgehend frei durchgeführt werden, denn die Antriebe sind unabhängig ansteuerbar.According to a special variant of the polishing apparatus, the rotating drive of the workpiece holder is effected about the first axis with a first drive, the adjustment of the distance between the workpiece holder and the polishing tool along the second axis with a second drive causes the adjustment of the offset between the workpiece holder and causes the polishing tool along the third axis with a third drive, and causes the adjustment of the angle of attack between the axis of rotation and the first axis with a fourth drive. As a result, the interpolating interaction can be performed largely free, because the drives are independently controlled.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass es sich anbietet, die Rotation des Polierwerkzeugs mit der Polierfläche um die Rotationsachse durch einen Spindelantrieb zu bewirken.In this context, it should be mentioned that it is advisable to effect the rotation of the polishing tool with the polishing surface about the axis of rotation by a spindle drive.

In derartiger Ausgestaltung kann die Poliervorrichtung eine elektrische Steuereinrichtung aufweisen, durch welche während eines Polierprozesses, insbesondere ausschließlich, die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Antriebs, die Position des zweiten Antriebs, die Position des dritten Antriebs, und die Position des vierten Antriebs interpolierend angetrieben sind. Damit eignen sich für den ersten Antrieb rotierende Motoren und für den zweiten, dritten und vierten Antrieb insbesondere Stellmotoren.In such an embodiment, the polishing apparatus may comprise an electrical control device, are driven by interpolating during a polishing process, in particular exclusively, the rotational speed of the first drive, the position of the second drive, the position of the third drive, and the position of the fourth drive. Rotary motors are therefore suitable for the first drive, and servomotors in particular for the second, third and fourth drives.

In besonderer Konfiguration der Steuereinrichtung ist der Anstellwinkel mit der Steuereinrichtung auf einen Wert geregelt, bei dem über die Länge einer streifenförmigen Kontaktfläche zwischen der Polierfläche und der gekrümmten Linsenfläche eine maximal einheitliche Andrückkraft vorliegt.In a particular configuration of the control device, the angle of attack with the control device is regulated to a value in which there is a maximum uniform pressing force over the length of a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Poliervorrichtung sind die zweite Achse und die dritte Achse mechanisch mit dem Werkstückhalter gekoppelt. Das bedeutet, dass der Werkstückhalter sich absolut entlang der zweiten Achse und der dritten Achse bewegt. Damit bewegt sich die optische Linse in zwei Raumrichtungen und rotiert dabei um die erste Achse.According to a particular embodiment of the polishing apparatus, the second axis and the third axis are mechanically coupled to the workpiece holder. This means that the workpiece holder moves absolutely along the second axis and the third axis. Thus, the optical lens moves in two spatial directions and thereby rotates about the first axis.

Bei einer optionalen Ausführungsform der Poliervorrichtung ist die vierte Achse mechanisch mit dem Polierwerkzeug gekoppelt. Entsprechend wird das Polierwerkzeug um die vierte Achse gekippt. Gleichzeitig kann es um die Rotationsachse rotieren. Eine einfache interpolierende Kinematik wird erreicht, wenn die Rotationsachse die vierte Achse schneidet, vorzugsweise Lotrecht. Bevorzugt wird zudem eine Ausbildung gewählt, bei der das Polierwerkzeug starr mit einer Antriebsachse gekoppelt ist. Weder Winkel- noch Längenänderungen sollten möglich sein, damit eine CNC-gesteuerte definierte Position ohne Freiheitsgrade mit dem Polierwerkzeug angefahren werden kann. Insbesondere sollte das Polierwerkzeug kein kardanisches Ausgleichsgelenk aufweisen oder an einem solchen gelagert sein.In an optional embodiment of the polishing apparatus, the fourth axis is mechanically coupled to the polishing tool. Accordingly, the polishing tool is tilted about the fourth axis. At the same time it can rotate around the axis of rotation. A simple interpolating kinematics is achieved when the axis of rotation intersects the fourth axis, preferably Plumb. In addition, a design is preferably selected in which the polishing tool is rigidly coupled to a drive axle. Neither angle nor length changes should be possible, so that a CNC-controlled defined position without degrees of freedom can be approached with the polishing tool. In particular, the polishing tool should not have a cardan compensating joint or be mounted on such.

Vorzugsweise ist der Werkstückhalter geodätisch oberhalb des Polierwerkzeugs angeordnet. Abraum und überschüssiges Poliermittel geraten somit nicht auf die zu polierende Linsenfläche, sondern fallen herab.Preferably, the workpiece holder is arranged geodetically above the polishing tool. Overburden and excess polishing agent thus do not fall on the lens surface to be polished, but fall down.

Besonders geeignet ist die Vorrichtung zur Bearbeitung von gekrümmten Linsenflächen mit einer torischen Grundform, auf der auch progressive Wirkungsflächen enthalten sein können.Particularly suitable is the device for processing curved lens surfaces with a toric basic shape, on which also progressive action surfaces can be contained.

Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer vorstehend beschriebenen Poliervorrichtung zum Polieren einer gekrümmten Linsenfläche einer optischen Linse, insbesondere von konkaven oder konvexen Linsenflächen. Auch bei der Verwendung werden je nach Ausgestaltung der Poliervorrichtung die vorstehend beschriebenen Vorteile erzielt.The invention also relates to the use of a polishing device described above for polishing a curved lens surface of an optical lens, in particular of concave or convex lens surfaces. Also in use, depending on the configuration of the polishing apparatus, the advantages described above are achieved.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer vorstehend beschriebenen Poliervorrichtung, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:

  1. a) Aufnehmen einer optischen Linse mit dem Werkstückhalter, insbesondere bevor die folgenden Schritte durchgeführt werden,
  2. b) Aufsetzen des Polierwerkzeugs mit der Polierfläche auf die gekrümmte Linsenfläche,
  3. c) Rotieren des Polierwerkzeugs um die Rotationsachse, und
  4. d) Durchführen eines Poliervorgangs durch interpolierendes Antreiben bzw. interpolierendes Modulieren
    • der Geschwindigkeit der Rotation des Werkstückhalters um die erste Achse,
    • des Abstands zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der zweiten Achse,
    • des Versatzes zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der dritten Achse, und
    • des Anstellwinkels zwischen der Rotationsachse und der ersten Achse durch Kippen um die vierte Achse.
In addition, the invention relates to a method for operating a polishing apparatus described above, in which the following steps are carried out:
  1. a) picking up an optical lens with the workpiece holder, in particular before the following steps are carried out,
  2. b) placing the polishing tool with the polishing surface on the curved lens surface,
  3. c) rotating the polishing tool about the axis of rotation, and
  4. d) performing a polishing operation by interpolating driving or interpolating modulation
    • the speed of rotation of the workpiece holder about the first axis,
    • the distance between the workpiece holder and the polishing tool along the second axis,
    • the offset between the workpiece holder and the polishing tool along the third axis, and
    • the angle of attack between the axis of rotation and the first axis by tilting about the fourth axis.

Vorteilhaft hieran ist, dass eine bis zu zehnfach höhere Polierleistung erzielt wird als mit einem kardanisch gelagerten Polierteller. Außerdem kann durch das modulierte Kippen um die vierte Achse ein konstantes Abtragprofil in engeren und weiteren Radien erzielt werden. Hierbei ist auch der an den Umfangsrand angrenzende Bereich der Linsenfläche sehr gut und präzise bearbeitbar. Dies hat zur Folge, dass Geometrien auf der optischen Oberfläche nicht auspoliert werden. Es lassen sich verfahrensgemäß Zylinderwirkungen von bis zu zehn Zylindern herstellen. Es ist ausreichend, dass beim Poliervorgang vier Achsen miteinander interpolieren, nämlich die erste, zweite, dritte und vierte Achse. Zur Durchführung des Poliervorgangs sollte ein Poliermittel vorgesehen sein, welches in der Polierfläche oder in einem zugeführten Fluid enthalten sein kann.An advantage of this is that an up to ten times higher polishing performance is achieved than with a gimbal-mounted polishing plate. In addition, a constant removal profile in narrower and wider radii can be achieved by the modulated tilting about the fourth axis. In this case, the region of the lens surface adjoining the peripheral edge can also be processed very well and precisely. As a result, geometries on the optical surface are not polished out. It can be procedurally produced cylinder effects of up to ten cylinders. It is sufficient that during the polishing process, four axes interpolate with each other, namely the first, second, third and fourth axes. To carry out the polishing process, a polishing agent should be provided, which may be contained in the polishing surface or in a supplied fluid.

Mit dem Verfahren ist insbesondere erreichbar, dass bei jeder Umdrehung des Linsenrohlings um die erste Ache eine interpolierende Bewegung der zweiten, dritten und vierten Achse durchgeführt wird. Zur Erhöhung der Schliffqualität wird dabei vorzugsweise gleichzeitig auch die Rotationsgeschwindigkeit um die erste Achse moduliert. Ein gutes Schliffbild wird insbesondere erzielt, wenn die interpolierende Bewegung der zweiten, dritten und vierten Achse kontinuierlich ist.With the method, it can be achieved, in particular, that an interpolating movement of the second, third and fourth axes is performed with each revolution of the lens blank around the first axis. To increase the quality of the cut, the rotational speed about the first axis is preferably also simultaneously modulated. A good grinding pattern is achieved, in particular, when the interpolating movement of the second, third and fourth axes is continuous.

In einer speziellen Verfahrensausgestaltung wird beim interpolierenden Antreiben als erste Zielfunktion ein Anstellwinkel berücksichtigt, bei dem über der Länge einer streifenförmigen Kontaktfläche zwischen der Polierfläche und der gekrümmten Linsenfläche eine maximal einheitliche Andrückkraft vorliegt. Es wird hierdurch ein einheitliches Abtragprofil über der Länge der Kontaktfläche erzielt. Hierzu sollten als Eingangsgrößen die Form und Position des Polierwerkzeugs, sowie die Form und Position der optischen Linse bzw. von deren Linsenfläche bekannt sein.In a special embodiment of the method, an angle of attack is taken into account in the interpolating driving as the first target function, in which a maximum uniform pressing force is present over the length of a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface. As a result, a uniform removal profile over the length of the contact surface is achieved. For this purpose, the shape and position of the polishing tool, as well as the shape and position of the optical lens or of its lens surface should be known as input variables.

Eine weitere optionale Verfahrensausgestaltung sieht vor, dass das interpolierende Antreiben als zweite Zielfunktion eine streifenförmige Kontaktfläche zwischen der Polierfläche und der gekrümmten Linsenfläche berücksichtigt, die sich an beiden Enden bis an einen Umfangsrand der gekrümmten Linsenfläche erstreckt. Damit wird erreicht, dass bis in den Endbereich der streifenförmigen Kontaktfläche innerhalb der Linsenfläche eine konstante Andrückkraft vorliegen kann.A further optional method embodiment provides that the interpolating driving as a second objective function takes into account a strip-shaped contact surface between the polishing surface and the curved lens surface, which extends at both ends to a peripheral edge of the curved lens surface. This ensures that a constant pressure force can be present within the lens surface up to the end region of the strip-shaped contact surface.

Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens berücksichtigt das interpolierende Antreiben als dritte Zielfunktion einen über eine Umdrehung der optischen Linse maximal einheitliche Andrückkraft. Damit wird nicht nur in einer Standbetrachtung eine einheitliche Andrückkraft über der Länge der Kontaktfläche erzielt, sondern auch während einer fortschreitenden Bewegung der Kontaktfläche über die Linsenfläche. Hierdurch wird über der gesamten Linsenfläche ein konstantes Abtragprofil erzielt.According to a further embodiment of the method, the interpolating driving takes into account as a third objective function a maximum uniform pressing force over one revolution of the optical lens. Thus, not only in a stand view, a uniform pressing force over the length of the contact surface is achieved, but also during a progressive movement of the contact surface on the lens surface. As a result, a constant removal profile is achieved over the entire lens surface.

Des Weiteren sieht eine ergänzende Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass das interpolierende Antreiben als vierte Zielfunktion ein konstantes Abtragprofil in der Kontaktfläche zwischen der Polierfläche und der gekrümmten Linsenfläche berücksichtigt. Hierbei werden insbesondere neben den Anpressdrücken in der Kontaktfläche auch die Relativgeschwindigkeiten zwischen der Polierfläche und der Linsenfläche berücksichtigt. Es resultieren homogen über der Kontaktfläche verteilte Abtragraten.Furthermore, a supplementary embodiment of the method provides that the interpolating driving as the fourth objective function takes into account a constant removal profile in the contact surface between the polishing surface and the curved lens surface. In this case, in addition to the contact pressures in the contact surface, the relative speeds between the polishing surface and the lens surface are also taken into account. This results in homogeneously distributed ablation rates over the contact surface.

Zu einem gewünschten Polierverhalten trägt auch eine Verfahrensvariante bei, nach der pro Umdrehung des Linsenrohlings um die erste Ache der Anstellwinkel zwischen der Rotationsachse und der ersten Achse zweimal, insbesondere exakt zweimal, um die vierte Achse hin- und her gekippt bzw. vor- und zurückgekippt wird. Dies insbesondere, wenn eine Linsenfläche mit torischer Grundform poliert wird. Auf diese Weise kann der Anstellwinkel an die torische Grundform angepasst werden und es wird in jedem Drehwinkel eine über die Länge der Kontaktfläche gleichmäße Anpresskraft erzielt.A method variant also contributes to a desired polishing behavior, according to which the angle of attack between the axis of rotation and the first axis rotates twice per revolution of the lens blank about the first axis, in particular exactly twice, around the fourth axis and back and forth becomes. This in particular, when a lens surface is polished with toric basic shape. In this way, the angle of attack can be adapted to the basic toric shape and it is achieved in each rotation angle over the length of the contact surface uniform contact pressure.

Hierzu trägt auch eine Verfahrensausgestaltung bei, nach der pro Umdrehung des Linsenrohlings um die erste Achse der Versatz zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der dritten Achse zweimal, insbesondere exakt zweimal, hin und her pendelt, insbesondere um eine Nulllage hin und her pendelt. Dies wiederum insbesondere, wenn eine Linsenfläche mit torischer Grundform poliert wird.This is also helped by a method configuration according to which, per revolution of the lens blank about the first axis, the offset between the workpiece holder and the polishing tool oscillates twice, in particular exactly twice, along the third axis, in particular oscillates back and forth about a zero position. This in turn, especially when a lens surface is polished with toric basic shape.

Ferner trägt zu einem harmonischen Schliffbild eine Variante bei, bei der die Verstellung des Versatzes zwischen dem Werkstückhalter und dem Polierwerkzeug entlang der dritten Achse mit einer Oszillationsbewegung entlang der dritten Achse überlagert ist, wobei die Oszillationsbewegung kleiner ist als die Verstellung des Versatzes. Hierdurch werden größere kreisförmige Schliffbahnen um das Zentrum der Linsenfläche durch kleinere kreisförmige Schliffbahnen überlagert. Es entsteht ein besonders feines Schliffbild, bei dem die größeren Schliffbahnen nicht durch Lichtbrechung erkennbar sondern verwischt sind.Further contributes to a harmonic microsection a variant in which the adjustment of the offset between the workpiece holder and the polishing tool along the third axis is superimposed with an oscillating movement along the third axis, wherein the oscillatory movement is smaller than the adjustment of the offset. As a result, larger circular grinding paths are superimposed around the center of the lens surface by smaller circular grinding paths. The result is a particularly fine microsection, in which the larger bevel paths are not recognizable by refraction but blurred.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensdurchführung erfolgt das Rotieren des Polierwerkzeugs um die Rotationsachse zwischen einem Anfahren und einem Abbremsen mit konstanter Drehzahl. Damit interpoliert die Drehzahl also nicht mit der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse. Geeignet für das Polieren ist insbesondere ein Rotieren des Polierwerkzeugs um die Rotationsachse zwischen einem Anfahren und einem Abbremsen mit einer Drehzahl zwischen 600 und 1500 Umdrehungen pro Minute. Das Verfahren sollte so ausgeführt werden, dass die Drehzahl des Rotierens des Polierwerkzeugs um die Rotationsachse zwischen dem Anfahren und dem Abbremsen höher ist als die maximale Drehzahl der Rotation des Werkstückhalters um die erste Achse. Es bietet sich an, die Drehzahl der Rotation des Werkstückhalters um die erste Achse während des Poliervorgangs auf Werte zwischen 0 und 100 Umdrehungen pro Minute zu modulieren. Mit der schnell rotierenden Polierfläche wird so eine hohe Abtragleistung erzielt, während die Verteilung der Abtragleistung über der Linsenfläche durch die Interpolation auf Seiten der weniger schnell agierenden ersten, zweiten, dritten und vierten Achse erfolgt. Entsprechend schnell und effizient ist das Polierverfahren pro optische Linse durchführbar.According to a preferred method implementation, the rotating of the polishing tool about the axis of rotation takes place between a start and a deceleration at a constant speed. Thus, the speed does not interpolate with the first, second, third and fourth axis. In particular, polishing of the polishing tool about the axis of rotation between starting and braking at a speed between 600 and 1500 revolutions per minute is suitable for polishing. The method should be performed such that the rotational speed of the polishing tool rotating about the axis of rotation between the start and the deceleration is higher than the maximum rotational speed of the rotation of the workpiece holder about the first axis. It is advisable to modulate the speed of rotation of the workpiece holder about the first axis during the polishing process to values between 0 and 100 revolutions per minute. With the rapidly rotating polishing surface, a high removal rate is achieved, while the distribution of the removal rate over the lens surface is effected by the interpolation on the side of the less rapidly acting first, second, third and fourth axes. Accordingly fast and efficient, the polishing process per optical lens is feasible.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1
einen Schnitt durch einen Ausschnitt einer Poliervorrichtung;
Fig. 2
eine perspektivische Ansicht einer Poliervorrichtung mit zwei Arbeitsebenen;
Fig. 3
eine schematische Skizze zur Veranschaulichung der Kontaktfläche eines mit Anstellwinkel auf die Linsenfläche aufgesetzten Polierwerkzeugs; und
Fig. 4
eine perspektivische Ansicht einer Poliervorrichtung gemäß Fig. 2 jedoch dargestellt mit Gestell, Gehäuse und Sekundäreinrichtungen zum automatisierten Betrieb.
Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1
a section through a section of a polishing apparatus;
Fig. 2
a perspective view of a polishing apparatus with two working levels;
Fig. 3
a schematic diagram illustrating the contact surface of a patch with an angle on the lens surface polishing tool; and
Fig. 4
a perspective view of a polishing apparatus according to Fig. 2 however, illustrated with rack, housing and secondary equipment for automated operation.

In Fig. 1 sieht man in einen Schnitt durch einen Ausschnitt einer Poliervorrichtung 1, wie das Polieren einer konkaven Linsenfläche 101 einer optischen Linse 100 mit einem Polierwerkzeug 20 erfolgt.In Fig. 1 one sees in a section through a section of a polishing device 1 how the polishing of a concave lens surface 101 of an optical lens 100 with a polishing tool 20 takes place.

Die Poliervorrichtung 1 setzt sich aus zwei korrespondierenden Einheiten zusammen. Dabei umfasst die erste Einheit die Aufnahme und Bewegungskinematik der optischen Linse 100 mit einem Werkstückhalter 10. Die zweite Einheit betrifft das Polierwerkzeug 20 und dessen Bewegungskinematik.The polishing apparatus 1 is composed of two corresponding units. In this case, the first unit comprises the recording and motion kinematics of the optical lens 100 with a workpiece holder 10. The second unit relates to the polishing tool 20 and its movement kinematics.

Das Polierwerkzeug 20 verfügt über ein Trägerelement 21 sowie einen elastischen Unterbau 22 zwischen einer konvexen Polierfläche 23 und dem Trägerelement 21. Dabei ist das Polierwerkzeug 20 mit der Polierfläche 23 rotierend um eine Rotationsachse R angetrieben. Insbesondere ist das Polierwerkzeug 20 rotierbar an einem Werkzeughalter, hier insbesondere einer Werkzeugtrommel 50 gelagert. Hier ist auch ein Spindelantrieb 35 angeordnet, mit dem Polierwerkzeug 20 um die Rotationsachse R angetrieben ist.The polishing tool 20 has a carrier element 21 and an elastic substructure 22 between a convex polishing surface 23 and the carrier element 21. In this case, the polishing tool 20 with the polishing surface 23 is driven to rotate about an axis of rotation R. In particular, the polishing tool 20 is rotatably mounted on a tool holder, here in particular a tool drum 50. Here also a spindle drive 35 is arranged, with the polishing tool 20 is driven about the rotation axis R.

Die Werkzeugtrommel 50 wiederum ist um eine vierte Achse A4 rotierbar angetrieben. Diese Rotation wird dazu eingesetzt, um mittels eines vierten Antriebs A4 einerseits einen Anstellwinkel W des Polierwerkzeugs 20 gegenüber der optischen Linse 100 einzustellen und zu regeln, und andererseits, um unterschiedliche Polierwerkzeuge, die auf dem Umfang der Werkzeugtrommel 50 angeordnet sind, einsetzen zu können.The tool drum 50 in turn is rotatably driven about a fourth axis A4. This rotation is used to set and regulate by means of a fourth drive A4, on the one hand, an angle of incidence W of the polishing tool 20 relative to the optical lens 100, and on the other hand to use different polishing tools, which are arranged on the circumference of the tool drum 50.

Vorliegend schneiden sich die Rotationsachse R und die vierte Achse A4 perpendikular. Dies macht die Bewegungskinematik besonders einfach. Dieses Schneiden ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Denkbar sind alternativ auch eine nicht-perpendikulare Ausrichtung und/oder eine beabstandete Anordnung.In the present case, the rotation axis R and the fourth axis A4 intersect perpendicularly. This makes the movement kinematics particularly easy. However, this cutting is not essential. Alternatively, a non-perpendicular orientation and / or a spaced arrangement are also conceivable.

Zusammengefasst rotiert das Polierwerkzeug 20 also um die Rotationsachse R und kann durch Anpassung des Anstellwinkels W zur Linsenfläche 101 ausgerichtet und angestellt werden. Dies sind die einzigen verstellbaren Achsen und Freiheitsgrade des Polierwerkzeugs 20. Es ist also gerade kein kardanisch gelagerter Polierteller vorgesehen.In summary, therefore, the polishing tool 20 rotates about the axis of rotation R and can be aligned and adjusted by adjusting the angle of attack W to the lens surface 101. These are the only adjustable axes and degrees of freedom of the polishing tool 20. Thus, no gimbal-mounted polishing plate is provided.

Der Werkstückhalter 10 ist rotierend um eine erste Achse A1 angetrieben, um die optische Linse 100 um ihr Zentrum zu rotieren. Die optische Linse 100 kann hierzu insbesondere mit Ihrer Linsenrückseite 102 entweder materialschlüssig mit einem sogenannten Blockstück verbunden sein oder aber es wird ein Vakuumhalter eingesetzt, der die optische Linse 100 durch Unterdruck auf der Linsenrückseite 102 hält.The workpiece holder 10 is rotationally driven about a first axis A1 to rotate the optical lens 100 about its center. For this purpose, the optical lens 100 can be connected, in particular with its rear side 102 of the lens, either with a so-called block piece, or else a vacuum holder is used which holds the optical lens 100 by negative pressure on the rear side of the lens 102.

Bezüglich der optischen Linse 100 sind auch der Durchmesser D2 der Linsenfläche 101, der Umfangsrand 103 und die Oberflächenkrümmung K2 der Linsenfläche 101 gekennzeichnet.With respect to the optical lens 100, the diameter D2 of the lens surface 101, the peripheral edge 103, and the surface curvature K2 of the lens surface 101 are also indicated.

Des Weiteren ist die Bewegungskinematik des Werkstückhalters 10 schematisch dargestellt. Zunächst weist der Werkstückhalter 10 einen ersten Antrieb 31 zur Bewirkung einer Rotation um die erste Achse A1 auf. Mittels eines zweiten Antriebs 32 lässt sich der Werkstückhalter 10 entlang einer zweiten Achse A2 vor und zurück bewegen. Die zweite Achse A2 ist vorliegend koaxial zur ersten Achse A1. Hierdurch wird eine einfache Bewegungskinematik erzielt. Zusätzlich ist ein dritter Antrieb 33 vorgesehen, mit dem der Werkstückhalter 10 seitlich hin und her bewegbar ist; dies insbesondere quer und im Besonderen perpendikular zur zweiten Achse A2. Dies sind die einzigen drei Bewegungsachsen des Werkstückhalters 10. Außerdem ist die erste Achse A1 lotrecht durch das Zentrum der konkaven Linsenfläche 101 ausgerichtet.Furthermore, the motion kinematics of the workpiece holder 10 is shown schematically. First, the workpiece holder 10 has a first drive 31 for effecting rotation around the first axis A1. By means of a second drive 32, the workpiece holder 10 can be moved back and forth along a second axis A2. The second axis A2 is present coaxial with the first axis A1. As a result, a simple motion kinematics is achieved. In addition, a third drive 33 is provided, with which the workpiece holder 10 is laterally movable back and forth; this particular transversely and in particular perpendicular to the second axis A2. These are the only three axes of movement of the workpiece holder 10. In addition, the first axis A1 is aligned perpendicularly through the center of the concave lens surface 101.

Es ist zu bevorzugen, dass die vierte Achse A4 die von der zweiten und dritten Achse A2, A3 aufgespannte Ebene perpendikular schneidet. Außerdem schneiden sich bevorzugt auch die Rotationsachse R und die erste Achse A1.It is preferable that the fourth axis A4 intersect perpendicularly the plane defined by the second and third axes A2, A3. In addition, preferably also intersect the rotation axis R and the first axis A1.

Vorliegend sind also die erste Achse A1, die zweite Achse A2 und die dritte Achse A3 mechanisch mit dem Werkstückhalter 10 gekoppelt bzw. bestimmen diese drei Achsen die Freiheitsgrade des Werkstückhalters 10. Die vierte Achse A4 und die Rotationsachse R sind mechanisch mit dem Polierwerkzeug 20 gekoppelt, bzw. bestimmen diese die Freiheitsgrade des Polierwerkzeugs 20.In the present case, therefore, the first axis A1, the second axis A2 and the third axis A3 are mechanically coupled to the workpiece holder 10 or determine these three axes the degrees of freedom of the workpiece holder 10. The fourth axis A4 and the axis of rotation R are mechanically coupled to the polishing tool 20 or they determine the degrees of freedom of the polishing tool 20.

Die erste Achse A1 und die Rotationsachse R sind wie beschrieben anzuordnen, um die Rotationen der Linse 100 und des Polierwerkzeugs 20 zu bewirken. Demgegenüber ist es grundsätzlich alternativ möglich, die zweite Achse A2 und die dritte Achse A3 mechanisch mit dem Polierwerkzeug 20 zu koppeln und/oder die vierte Achse A4 mechanisch mit dem Werkstückhalter 10 zu koppeln.The first axis A1 and the axis of rotation R are to be arranged as described in order to effect the rotations of the lens 100 and the polishing tool 20. In contrast, it is basically possible in principle to mechanically couple the second axis A2 and the third axis A3 with the polishing tool 20 and / or mechanically couple the fourth axis A4 with the workpiece holder 10.

Durch diese oder die genannten alternativen Anordnungen und Freiheitsgrade des Werkstückhalters 10 und des Polierwerkzeugs 10 ist es nunmehr möglich, einen Abstand z zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der zweiten Achse A2 zu verstellen und zu regeln. Gleichzeitig ist ein Versatz x zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der dritten Achse A3, die quer zur ersten Achse A1 ausgerichtet ist, verstell- und regelbar. Ergänzend ist der Anstellwinkel W zwischen der Rotationsachse R und der ersten Achse A1 aktiv mittels des vierten Antriebs 34 durch Kippen um die vierte Achse A4 verstell- und regelbar.By means of this or said alternative arrangements and degrees of freedom of the workpiece holder 10 and of the polishing tool 10, it is now possible to adjust and regulate a distance z between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the second axis A2. At the same time, an offset x between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the third axis A3, which is aligned transversely to the first axis A1, adjustable and regulated. In addition, the angle of attack W between the axis of rotation R and the first axis A1 is actively adjusted and regulated by means of the fourth drive 34 by tilting about the fourth axis A4.

Damit gelingt es, das Polierwerkzeug 10 derart schräg auf die konkave Linsenfläche 101 aufzusetzen, dass nur ein Teil der Polierfläche 23 in Kontakt mit der konkaven Linsenfläche 101 tritt. Dargestellt ist diese Kontaktfläche F durch eine Überschneidung zwischen dem Polierwerkzeug 10 und der optischen Linse 100. In der Realität verformt sich der elastische Unterbau 22. Ein anderer Teil der Polierfläche 23 ist von der Linsenfläche 101 abgehoben. Er schwebt gewissermaßen oberhalb der Linsenfläche 101. Dies betrifft insbesondere auch das Zentrum in der Mitte M der Polierfläche 23 um die Rotationsachse R.This makes it possible to place the polishing tool 10 obliquely on the concave lens surface 101 such that only part of the polishing surface 23 is in contact with the concave lens surface 101 occurs. This contact surface F is shown by an intersection between the polishing tool 10 and the optical lens 100. In reality, the elastic substructure 22 deforms. Another part of the polishing surface 23 is lifted off the lens surface 101. In a sense, it hovers above the lens surface 101. This also applies in particular to the center in the center M of the polishing surface 23 about the axis of rotation R.

Durch Verformung des elastischen Unterbaus 22 wird insbesondere eine streifenförmige Kontaktfläche F zwischen der Polierfläche 23 und der konkaven Linsenfläche 101 ausgebildet, wie es nachstehend näher zu Fig. 3 erläutert wird. Je stärker das Polierwerkzeug 20 gegen die Linsenfläche 101 gedrückt wird, desto größer wird die Anpresskraft und desto breiter wird die Kontaktfläche F. Beides korreliert mit der Abtragsleistung. Außerdem wird die Abtragsleistung von der Rotationsgeschwindigkeit des Polierwerkzeugs 20 um die Rotationsachse R und die Rotationsgeschwindigkeit der optischen Linse 100 um die erste Achse A1 mitbestimmt.By deformation of the elastic substructure 22, in particular, a strip-shaped contact surface F is formed between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101, as will be explained in more detail below Fig. 3 is explained. The stronger the polishing tool 20 is pressed against the lens surface 101, the greater the contact pressure and the wider the contact surface F becomes. Both correlate with the removal rate. In addition, the removal rate is determined by the rotational speed of the polishing tool 20 about the axis of rotation R and the rotational speed of the optical lens 100 about the first axis A1.

Mit Hilfe einer elektrischen Steuereinrichtung kann nunmehr während eines Polierprozesses, insbesondere ausschließlich,

  • die Geschwindigkeit der Rotation des Werkstückhalters 10 um die erste Achse A1,
  • der Abstand z zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der zweiten Achse A2,
  • der Versatz x zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der dritten Achse A3, und
  • der Anstellwinkel W zwischen der Rotationsachse R und der ersten Achse A1 durch Kippen um die vierte Achse A4
interpolierend angetrieben werden. Dies insbesondere indem
  • der rotierende Antrieb des Werkstückhalters 10 um die erste Achse A1 mit dem ersten Antrieb 31 durch die Steuereinrichtung geregelt wird,
  • die Verstellung des Abstands z zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der zweiten Achse A2 mit dem zweiten Antrieb 32 durch die Steuereinrichtung geregelt wird,
  • die Verstellung des Versatzes x zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der dritten Achse A3 mit dem dritten Antrieb 33 durch die Steuereinrichtung geregelt wird, und
  • die Verstellung des Anstellwinkels W zwischen der Rotationsachse R und der ersten Achse A1 mit dem vierten Antrieb 34 durch die Steuereinrichtung geregelt wird.
With the aid of an electrical control device can now during a polishing process, in particular exclusively,
  • the speed of rotation of the workpiece holder 10 about the first axis A1,
  • the distance z between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the second axis A2,
  • the offset x between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the third axis A3, and
  • the angle of attack W between the axis of rotation R and the first axis A1 by tilting about the fourth axis A4
be driven interpolating. This particular by
  • the rotating drive of the workpiece holder 10 is controlled by the control device about the first axis A1 with the first drive 31,
  • the adjustment of the distance z between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the second axis A2 with the second drive 32 is regulated by the control device,
  • the adjustment of the offset x between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the third axis A3 with the third drive 33 is controlled by the control device, and
  • the adjustment of the angle of attack W between the rotation axis R and the first axis A1 with the fourth drive 34 is regulated by the control device.

Durch die elektrische Steuereinrichtung sind während eines Polierprozesses, insbesondere ausschließlich,

  • die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Antriebs 31,
  • die Position des zweiten Antriebs 32,
  • die Position des dritten Antriebs 33, und
  • die Position des vierten Antriebs 34
interpolierend angetrieben. Es ist insbesondere eine Interpolation möglich, die über jeder Umdrehung des Linsenrohlings 100 um die erste Ache A1 eine interpolierende Bewegung der zweiten, dritten und vierten Achse A2, A3, A4 durchführt.By the electrical control device are during a polishing process, in particular exclusively,
  • the rotational speed of the first drive 31,
  • the position of the second drive 32,
  • the position of the third drive 33, and
  • the position of the fourth drive 34
driven interpolating. In particular, an interpolation is possible which performs an interpolating movement of the second, third and fourth axes A2, A3, A4 over each revolution of the lens blank 100 about the first axis A1.

Demgegenüber wird die Rotationsgeschwindigkeit der konvexen Polierfläche 23 um die Rotationsachse R durch den Spindelantrieb 35 vorzugsweise auf einer konstanten Umdrehungszahl gehalten. Diese ist vorzugsweise ohnehin derart schnell zu wählen, dass aufgrund der Rotationsträgheit eine schnelle Modulation der Umdrehungsgeschwindigkeit nicht möglich ist. Zu bevorzugen ist eine Drehzahl zwischen 600 und 1500 Umdrehungen pro Minute.In contrast, the rotational speed of the convex polishing surface 23 about the rotation axis R by the spindle drive 35 is preferably kept at a constant revolution number. This is preferably to be chosen so fast anyway that due to the rotational inertia a rapid modulation of the rotational speed is not possible. To prefer is a speed between 600 and 1500 revolutions per minute.

Die Drehzahl des Rotierens des Polierwerkzeugs 20 um die Rotationsachse R zwischen dem Anfahren und dem Abbremsen sollte außerdem höher sein als die maximale Drehzahl der Rotation des Werkstückhalters 10 um die erste Achse A1. Als maximale Drehzahl der Rotation des Werkstückhalters 10 um die erste Achse A1 eignen sich während des Polierens insbesondere Werte zwischen 0 und 100 Umdrehungen pro Minute.The rotational speed of the rotation of the polishing tool 20 about the rotational axis R between the start and the deceleration should also be higher than the maximum rotational speed of the rotation of the workpiece holder 10 about the first axis A1. Values between 0 and 100 revolutions per minute are particularly suitable as the maximum speed of rotation of the workpiece holder 10 about the first axis A1 during the polishing.

Der Anstellwinkel W wird mit der Steuereinrichtung soweit möglich auf einen Wert geregelt, bei dem über die Länge der streifenförmigen Kontaktfläche F zwischen der Polierfläche 23 und der konkaven Linsenfläche 101 eine maximal einheitliche Andrückkraft vorliegt. Je größer die örtliche Oberflächenkrümmung K2 der Linsenfläche K2 ist, desto größer wird der Anstellwinkel W folglich sein.The angle of attack W is controlled as far as possible with the control device to a value in which over the length of the strip-shaped contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101, a maximum uniform pressing force is present. The larger the local surface curvature K2 of the lens surface K2, the larger the angle of attack W will be.

Zum Betrieb einer Poliervorrichtung 1 werden insbesondere folgende Schritte durchgeführt:

  1. a) Aufnehmen einer optischen Linse 100 mit dem Werkstückhalter 10,
  2. b) Aufsetzen des Polierwerkzeugs 20 mit der Polierfläche 23 auf die konkave Linsenfläche 101,
  3. c) Rotieren des Polierwerkzeugs 20 um die Rotationsachse R,
  4. d) Durchführen eines Poliervorgangs durch interpolierendes Antreiben
    • der Geschwindigkeit der Rotation des Werkstückhalters 10 um die erste Achse A1,
    • des Abstands z zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der zweiten Achse A2,
    • des Versatzes x zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 entlang der dritten Achse A3, und
    • des Anstellwinkels W zwischen der Rotationsachse R und der ersten Achse A1 durch Kippen um die vierte Achse A4.
For operating a polishing apparatus 1, the following steps are carried out in particular:
  1. a) picking up an optical lens 100 with the workpiece holder 10,
  2. b) placing the polishing tool 20 with the polishing surface 23 on the concave lens surface 101,
  3. c) rotating the polishing tool 20 about the rotation axis R,
  4. d) performing a polishing operation by interpolating driving
    • the speed of rotation of the workpiece holder 10 about the first axis A1,
    • the distance z between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the second axis A2,
    • the offset x between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 along the third axis A3, and
    • the angle of attack W between the axis of rotation R and the first axis A1 by tilting about the fourth axis A4.

Das heißt, es interpolieren beim Polieren exakt vier Achsen miteinander, nämlich die erste, zweite, dritte und vierte Achse A1, A2, A3, A4. Die Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationachse R wird (wenn überhaupt) als konstante Eingangsgröße berücksichtigt.That is, exactly four axes interpolate with each other during polishing, namely, the first, second, third and fourth axes A1, A2, A3, A4. The rotation speed around the rotation axis R is taken into account (if at all) as a constant input quantity.

Verfahrensgemäß ist es möglich, dass das interpolierende Antreiben als erste Zielfunktion einen Anstellwinkel W berücksichtigt, bei dem über der Länge einer streifenförmigen Kontaktfläche F zwischen der Polierfläche 23 und der konkaven Linsenfläche 101 eine maximal einheitliche Andrückkraft vorliegt. Zusätzlich kann darauf geregelt werden, dass das interpolierende Antreiben als dritte Zielfunktion eine über eine Umdrehung der optischen Linse 100 maximal einheitliche Andrückkraft erzeugt.According to the method, it is possible for the interpolating drive to take into account as the first target function an angle of attack W in which there is a maximum uniform contact force over the length of a strip-shaped contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101. In addition, it can be regulated that the interpolating driving generates, as a third objective function, a maximum uniform pressing force over one revolution of the optical lens 100.

Außerdem kann durch das interpolierende Antreiben als zweite Zielfunktion eine streifenförmige Kontaktfläche F zwischen der Polierfläche 23 und der konkaven Linsenfläche 101 verfolgt werden, die sich an beiden Enden E1, E2 bis an einen Umfangsrand 103 der konkaven Linsenfläche 101 erstreckt. Unerheblich ist ein Linsenrand, der die konkave Linsenfläche 101 umgibt und nicht poliert werden muss.In addition, a strip-shaped contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101 can be traced by the interpolating driving as a second objective function, which extends at both ends E1, E2 to a peripheral edge 103 of the concave lens surface 101. Irrelevant is a lens edge that surrounds the concave lens surface 101 and does not need to be polished.

Wie vorstehend beschrieben, hängt die Abtragsleistung auch von den Umdrehungsgeschwindigkeiten ab, insbesondere von den Geschwindigkeitsvektoren in der Kontaktfläche F. Die Geschwindigkeitsvektoren sind neben der lokalen Andrückkraft allein anhand der Positionen des Werkstückhalters 10, des Polierwerkzeugs 20 und der Flächenform der Linsenfläche 101 bestimmbar. Dies ermöglicht, dass das interpolierende Antreiben als vierte Zielfunktion ein maximal konstantes Abtragprofil in der Kontaktfläche F zwischen der Polierfläche 23 und der konkaven Linsenfläche 101 berücksichtigt.As described above, the removal rate also depends on the rotational speeds, in particular on the velocity vectors in the contact surface F. The velocity vectors can be determined in addition to the local pressing force solely on the basis of the positions of the workpiece holder 10, the polishing tool 20 and the surface shape of the lens surface 101. This makes it possible for the interpolating driving as the fourth target function to take into account a maximally constant removal profile in the contact surface F between the polishing surface 23 and the concave lens surface 101.

In Fig. 2 sieht man eine perspektivische Ansicht einer Poliervorrichtung 1 mit zwei Arbeitsebenen. In der in Bildrichtung vorne liegenden Arbeitsebene liegen ein Werkstückhalter 10 und ein Polierwerkzeug 20 gemäß dem Schnitt nach Fig. 1. Zur Übersichtlichkeit sind hier nur einige der technischen Merkmale mit Bezugszeichen versehen.In Fig. 2 one sees a perspective view of a polishing device 1 with two working levels. In the working plane lying in front of the image, there is a workpiece holder 10 and a polishing tool 20 according to the section Fig. 1 , For clarity, only some of the technical features are provided with reference numerals.

Insbesondere erkennt man, dass der Werkstückhalter 10 eine optische Linse 100 hält, welche mit dem Polierwerkzeug 20 bearbeitet wird. Das Polierwerkzeug 20 setzt sich zusammen aus einem Trägerelement 21, einem hierauf angebrachten elastischen Unterbau 22 und einer Polierfläche 23 auf dem elastischen Unterbau 22.In particular, it can be seen that the workpiece holder 10 holds an optical lens 100, which is processed by the polishing tool 20. The polishing tool 20 is composed of a carrier element 21, an elastic substructure 22 attached thereto and a polishing surface 23 on the elastic substructure 22.

Wie auch in Fig. 1 lässt sich der Werkstückhalter 10 entlang der zweiten Achse A2 verschieben, um einen Abstand z zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 regeln zu können. Außerdem ist ein Versatz x zwischen dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 durch Verschieben des Werkstückhalters 10 entlang einer dritten Achse A3 regelbar. Gleichzeitig wird der Werkstückhalter 10 inklusive optischer Linse 100 um eine erste Achse A1 rotiert.As well as in Fig. 1 For example, the workpiece holder 10 can be displaced along the second axis A2 in order to be able to control a distance z between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20. In addition, an offset x between the workpiece holder 10 and the polishing tool 20 can be controlled by displacing the workpiece holder 10 along a third axis A3. At the same time, the workpiece holder 10 including the optical lens 100 is rotated about a first axis A1.

Auf der anderen Seite ist das Polierwerkzeug 20 um eine Rotationsachse R rotierend angetrieben. Außerdem kann die Werkzeugtrommel 50, an welcher das Polierwerkzeug 20 um die Rotationsachse R drehbar gelagert ist, um eine vierte Achse A4 gedreht werden, um den Anstellwinkel W des Polierwerkzeugs 20 auf der Linse 100 zu regeln.On the other hand, the polishing tool 20 is driven to rotate about a rotation axis R. In addition, the tool drum 50, on which the polishing tool 20 is rotatably supported about the rotation axis R, can be rotated about a fourth axis A4 to control the angle of incidence W of the polishing tool 20 on the lens 100.

Hinsichtlich der weiteren Details zu dem Werkstückhalter 10 und dem Polierwerkzeug 20 wird auf vorstehende Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.For further details on the workpiece holder 10 and the polishing tool 20, the description above Fig. 1 directed.

In Fig. 2 erkennt man weiterhin, dass noch eine optionale zweite Arbeitsebene vorgesehen ist. Diese ist funktional identisch zur vorderen Arbeitsebene ausgebildet. Hierdurch lassen sich zwei Linsen 100, 100a gleichzeitig und identisch bearbeiten. Insbesondere sind die Arbeitsebenen hinsichtlich der Freiheitsgrade des Werkstückhalters 10, 10a und des Polierwerkzeugs 20, 20a fest miteinander verbunden. Die Arbeitsebenen teilen sich auch die Antriebe, sodass sich die Werkstückhalter 10, 10a und die Polierwerkzeuge 20, 20a synchron bewegen.In Fig. 2 one recognizes further that an optional second working level is provided. This is functionally identical to the front working level. As a result, two lenses 100, 100a can be processed simultaneously and identically. In particular, the working planes are firmly connected with respect to the degrees of freedom of the workpiece holder 10, 10a and the polishing tool 20, 20a. The working planes also divide the drives so that the workpiece holders 10, 10a and the polishing tools 20, 20a move synchronously.

Ein weiteres optionales Detail der Ausführung nach Fig. 2 ist, dass die Werkzeugtrommel 50 in jeder der Arbeitsebenen über mehrere, hier insbesondere vier, insbesondere unterschiedliche Polierwerkzeuge 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g verfügt. Bei den dritten bis achten Polierwerkzeugen 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g kann es sich auch um Polierteller handeln, die ein kardanisches Ausgleichsgelenk aufweisen. Diese Polierteller legen sich dann an die Linsenflächen der Linsen 100, 100a an und pendeln um das kardanische Ausgleichsgelenk.Another optional detail of the design Fig. 2 is that the tool drum 50 in each of the working levels over several, in particular four, in particular different polishing tools 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g has. The third to eighth polishing tools 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g may also be polishing plates which have a gimbal compensating joint. These polishing plates then attach themselves to the lens surfaces of the lenses 100, 100a and oscillate around the gimbal compensating joint.

Fig. 3 zeigt eine schematische Skizze zur Veranschaulichung der Kontaktfläche F eines mit Anstellwinkel auf eine Linsenfläche 101 einer optischen Linse 100 aufgesetzten Polierwerkzeugs 20. Fig. 3 1 shows a schematic sketch to illustrate the contact surface F of a polishing tool 20 which has an angle of incidence on a lens surface 101 of an optical lens 100.

Von der Linsenfläche 101 sind außerdem der Umfangsrand 103, die Oberflächenkrümmung K2 und der Durchmesser D2 gekennzeichnet. Anhand einer optischen Übergangslinie erkennt man, dass die bereits vorbearbeitete Linse 100 eine torische Linsenfläche 101 aufweist. Das heißt, die zu polierende Linsenfläche 101 ist oval bzw. elliptisch. Zwei mondsichelförmige Randbereiche müssen nicht mitpoliert werden.The peripheral surface 103, the surface curvature K2 and the diameter D2 are also marked by the lens surface 101. By means of an optical transition line, it can be seen that the already pre-processed lens 100 has a toric lens surface 101. That is, the lens surface 101 to be polished is oval or elliptical. Two crescent-shaped edge areas do not need polishing.

Mit Schraffur gekennzeichnet ist nunmehr insbesondere die Kontaktfläche F zwischen der Polierfläche 23 und der Linsenfläche 101. Diese ist streifenförmig und ragt an beiden Enden E1, E2 bis an einen Umfangsrand 103 der konkaven Linsenfläche 101 erstreckt. Mit anderen Bereichen ragt die Polierfläche 23 an den Enden E1, E2 über den Umfangsrand 103 hinaus. Nicht erkennbar sind die Teile der Polierfläche 23, die wie in Fig. 1 erkennbar über der Linsenfläche 101 schweben.Hatching is now particularly the contact surface F between the polishing surface 23 and the lens surface 101. This is strip-shaped and protrudes at both ends E1, E2 extends to a peripheral edge 103 of the concave lens surface 101. With other areas, the polishing surface 23 protrudes beyond the peripheral edge 103 at the ends E1, E2. Not recognizable are the parts of the polishing surface 23, as in Fig. 1 visibly float above the lens surface 101.

Gekennzeichnet sind zudem die Bewegungen der Linse 100 um die erste Achse A1 und entlang der Achse A3.Also marked are the movements of the lens 100 about the first axis A1 and along the axis A3.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Poliervorrichtung 1 gemäß Fig. 2 jedoch dargestellt mit Gestell 41, Gehäuse 40 und Sekundäreinrichtungen zum automatisierten Betrieb. Fig. 4 shows a perspective view of a polishing apparatus 1 according to Fig. 2 however, shown with frame 41, housing 40 and secondary equipment for automated operation.

Das Gestell 41 haltert sowohl das Polierwerkzeug 20 als auch den Werkstückhalter 10. Die gesamte Werkzeugtrommel 50 nebst Polierwerkzeug 20 und dem Werkstückhalter sind innerhalb des Gehäuses 40 angeordnet. Auf der Vorderseite verfügt das Gehäuse 40 über ein Sichtfenster und eine Klappe bzw. Tür. Gut zu erkennen sind in der Darstellung der Fig. 4 die Antriebe 31, 32, 33, 34. Der erste Antrieb 31 treibt den Werkstückhalter 10 rotierend um die erste Achse A1 an.The frame 41 holds both the polishing tool 20 and the workpiece holder 10. The entire tool drum 50 together with the polishing tool 20 and the workpiece holder are arranged within the housing 40. On the front, the housing 40 has a viewing window and a flap or door. Good to see in the presentation of the Fig. 4 the drives 31, 32, 33, 34. The first drive 31 drives the workpiece holder 10 in rotation about the first axis A1.

Der zweite und dritte Antrieb 32, 33 sind als Kreuzschlitten ausgebildet, sodass die Verschiebungen zur Regelung des Versatzes x und des Abstands z regelbar sind.The second and third drive 32, 33 are designed as cross slides, so that the displacements for controlling the offset x and the distance z are controllable.

Ferner erkennt man eine Transportschiene 42, über welche automatisiert vorbearbeitete Linsen 100a bereitgestellt und nach der Bearbeitung wieder abtransportiert werden.Furthermore, one recognizes a transport rail 42, via which automatically preprocessed lenses 100a are provided and transported away again after processing.

Mit Hilfe einer Ladeeinrichtung 43 werden die Linsen 100, 100a vor dem Polieren von der Transportschiene 42 entnommen und in die Werkstückhalter 10 geladen. Nach dem Polieren werden sie mit Hilfe der Ladeeinrichtung 43 wieder aus dem Werkstückhalter 10 entnommen und zum Abtransport auf der Transportschiene 42 abgesetzt.With the aid of a loading device 43, the lenses 100, 100a are removed from the transport rail 42 before being polished and loaded into the workpiece holders 10. After polishing, they are removed again with the aid of the loading device 43 from the workpiece holder 10 and deposited for removal on the transport rail 42.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways.

Insbesondere gelten die vorstehenden Beschreibungen auch für eine optionale Abwandlung, bei welcher die gekrümmte Linsenfläche 101 konvex und die gekrümmte Polierfläche 23 konkav ist. Im Besonderen können in der Werkzeugtrommel 50 neben den Polierwerkzeugen 20, 20a auch Polierwerkzeuge 20b, 20c mit konkaver Polierfläche 23 eingesetzt werden. Dann sind in derselben Poliervorrichtung 1 konkave und konvexe Linsenflächen 101 bearbeitbar.In particular, the above descriptions also apply to an optional modification in which the curved lens surface 101 is convex and the curved polishing surface 23 is concave. In particular, polishing tools 20b, 20c with a concave polishing surface 23 can be used in the tool drum 50 in addition to the polishing tools 20, 20a. Then, in the same polishing apparatus 1, concave and convex lens surfaces 101 are workable.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All of the claims, the description and the drawings resulting features and advantages, including design details, spatial arrangements and method steps may be essential to the invention both in itself and in various combinations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11 Poliervorrichtungpolisher 5050 Werkzeugtrommeltool drum 1010 WerkstückhalterWorkpiece holder 100100 optische Linseoptical lens 10a10a zweiter Werkstückhaltersecond workpiece holder 100a100a zweite optische Linsesecond optical lens 2020 Polierwerkzeugpolishing tool 101101 Linsenflächelens surface 20a20a zweites Polierwerkzeugsecond polishing tool 102102 LinsenrückseiteLens back 20b20b drittes Polierwerkzeugthird polishing tool 103103 Umfangsrandcircumferential edge 20c20c viertes Polierwerkzeugfourth polishing tool 20d20d fünftes Polierwerkzeugfifth polishing tool A1A1 erste Achse (Rotation)first axis (rotation) 20e20e sechstes Polierwerkzeugsixth polishing tool A2A2 zweite Achse (Abstand)second axis (distance) 20f20f siebtes Polierwerkzeugseventh polishing tool A3A3 dritte Achse (Versatz)third axis (offset) 20g20g achtes Polierwerkzeugeighth polishing tool A4A4 vierte Achse (Anstellwinkel)fourth axis (angle of attack) D1D1 Durchmesser (Polierfläche)Diameter (polishing surface) 2121 Trägerelementsupport element D2D2 Durchmesser (Linsenfläche)Diameter (lens area) 2222 elastischer Unterbauelastic substructure E1E1 erstes Ende (streifenförmige Kontaktfläche)first end (strip-shaped contact surface) 2323 konvexe Polierflächeconvex polishing surface E2E2 zweites Ende (streifenförmige Kontaktfläche)second end (strip-shaped contact surface) 3131 erster Antrieb (erste Achse)first drive (first axis) 3232 zweiter Antrieb (zweite Achse)second drive (second axis) FF streifenförmige Kontaktflächestrip-shaped contact surface 3333 dritter Antrieb (dritte Achse)third drive (third axis) K1K1 Oberflächenkrümmung (Polierfläche)Surface curvature (polishing surface) 3434 vierter Antrieb (vierte Achse)fourth drive (fourth axis) K2K2 Oberflächenkrümmung (Linsenfläche)Surface curvature (lens surface) 3535 Spindelantriebspindle drive MM Zentrum (Polierfläche)Center (polishing surface) RR Rotationsachseaxis of rotation 4040 Gehäusecasing Anstellwinkelangle of attack 4141 Gestellframe ZZ Abstanddistance 4242 Transportschienetransport rail xx Versatzoffset 4343 Ladeeinrichtungloader

Claims (15)

Poliervorrichtung (1) zum Polieren gekrümmter Linsenflächen (101) von optischen Linsen (100), - wobei die Poliervorrichtung (1) einen Werkstückhalter (10) zur Aufnahme einer optischen Linse (100) und ein Polierwerkzeug (20) aufweist, - wobei das Polierwerkzeug (20) ein Trägerelement (21), einen elastischen Unterbau (22) und eine gekrümmte Polierfläche (23) auf dem elastischen Unterbau (22) aufweist, wobei das Polierwerkzeug (20) mit der Polierfläche (23) rotierend um eine Rotationsachse (R) angetrieben ist, - wobei entweder die gekrümmte Linsenfläche (101) konkav und die gekrümmte Polierfläche (23) konvex oder die gekrümmte Linsenfläche (101) konvex und die gekrümmte Polierfläche (23) konkav ist, - wobei der Werkstückhalter (10) rotierend um eine erste Achse (A1) angetrieben ist, um die optische Linse (100) zu rotieren, - wobei ein Abstand (z) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang einer zweiten Achse (A2) verstellbar ist, - wobei ein Versatz (x) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang einer dritten Achse (A3), die quer zur ersten Achse (A1) ausgerichtet ist, verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Anstellwinkel (W) zwischen der Rotationsachse (R) und der ersten Achse (A1) durch Kippen um eine vierte Achse (A4) verstellbar ist. Polishing device (1) for polishing curved lens surfaces (101) of optical lenses (100), - wherein the polishing device (1) has a workpiece holder (10) for receiving an optical lens (100) and a polishing tool (20), - wherein the polishing tool (20) has a support element (21), an elastic base (22) and a curved polishing surface (23) on the elastic base (22), wherein the polishing tool (20) with the polishing surface (23) rotating around a Rotation axis (R) is driven, wherein either the curved lens surface (101) is concave and the curved polishing surface (23) is convex or the curved lens surface (101) is convex and the curved polishing surface (23) is concave, wherein the workpiece holder (10) is driven in rotation about a first axis (A1) in order to rotate the optical lens (100), - wherein a distance (z) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along a second axis (A2) is adjustable, - wherein an offset (x) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along a third axis (A3), which is aligned transversely to the first axis (A1), is adjustable, characterized in that - An angle (W) between the rotation axis (R) and the first axis (A1) by tilting about a fourth axis (A4) is adjustable. Poliervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine optische Linse (100) in dem Werkstückhalter (20) aufgenommen ist, das Polierwerkzeug (20) entsprechend des Anstellwinkels (W) schräg auf der gekrümmten Linsenfläche (101) aufsetzbar ist und durch Verformung des elastischen Unterbaus (22) eine streifenförmige Kontaktfläche (F) zwischen der Polierfläche (23) und der gekrümmten Linsenfläche (101) ausbildbar ist.Polishing device (1) according to claim 1, characterized in that when an optical lens (100) is received in the workpiece holder (20), the polishing tool (20) according to the angle of attack (W) obliquely on the curved lens surface (101) can be placed and by deformation of the elastic base (22) a strip-shaped contact surface (F) between the polishing surface (23) and the curved lens surface (101) can be formed. Poliervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die streifenförmige Kontaktfläche (F) an beiden Enden (E1, E2) bis an einen Umfangsrand (103) der gekrümmten Linsenfläche (101) erstreckt.Polishing device (1) according to claim 2, characterized in that the strip-shaped contact surface (F) extends at both ends (E1, E2) to a peripheral edge (103) of the curved lens surface (101). Poliervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine elektrische Steuereinrichtung aufweist, durch welche während eines Polierprozesses, - die Geschwindigkeit der Rotation des Werkstückhalters (10) um die erste Achse (A1), - der Abstand (z) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang der zweiten Achse (A2), - der Versatz (x) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang der dritten Achse (A3), und - der Anstellwinkel (W) zwischen der Rotationsachse (R) und der ersten Achse (A1) durch Kippen um die vierte Achse (A4) interpolierend angetrieben sind.Polishing device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an electrical control device, by means of which, during a polishing process, the speed of rotation of the workpiece holder (10) about the first axis (A1), the distance (z) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along the second axis (A2), the offset (x) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along the third axis (A3), and the angle of attack (W) between the axis of rotation (R) and the first axis (A1) by tilting about the fourth axis (A4) are driven interpolating. Poliervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (W) mit der Steuereinrichtung auf einen Wert geregelt ist, bei dem über die Länge einer streifenförmigen Kontaktfläche (F) zwischen der Polierfläche (23) und der gekrümmten Linsenfläche (101) eine maximal einheitliche Andrückkraft vorliegt.Polishing device (1) according to claim 4, characterized in that the setting angle (W) with the control device is regulated to a value in which over the length of a strip-shaped contact surface (F) between the polishing surface (23) and the curved lens surface (101) a maximum uniform pressing force is present. Poliervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Achse (A2) und die dritte Achse (A3) mechanisch mit dem Werkstückhalter (10) gekoppelt sind.Polishing device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second axis (A2) and the third axis (A3) are mechanically coupled to the workpiece holder (10). Poliervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Achse (A3) mechanisch mit dem Polierwerkzeug (20) gekoppelt ist.Polishing device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fourth axis (A3) is mechanically coupled to the polishing tool (20). Verfahren zum Betrieb einer Poliervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Aufnehmen einer optischen Linse (100) mit dem Werkstückhalter (10), b) Aufsetzen des Polierwerkzeugs (20) mit der Polierfläche (23) auf die gekrümmte Linsenfläche (101), c) Rotieren des Polierwerkzeugs (20) um die Rotationsachse (R), d) Durchführen eines Poliervorgangs durch interpolierendes Antreiben - der Geschwindigkeit der Rotation des Werkstückhalters (10) um die erste Achse (A1), - des Abstands (z) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang der zweiten Achse (A2), - des Versatzes (x) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang der dritten Achse (A3), und - des Anstellwinkels (W) zwischen der Rotationsachse (R) und der ersten Achse (A1) durch Kippen um die vierte Achse (A4). Method for operating a polishing apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following steps: a) receiving an optical lens (100) with the workpiece holder (10), b) placing the polishing tool (20) with the polishing surface (23) on the curved lens surface (101), c) rotating the polishing tool (20) about the axis of rotation (R), d) performing a polishing operation by interpolating driving the speed of rotation of the workpiece holder (10) about the first axis (A1), the distance (z) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along the second axis (A2), - the offset (x) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along the third axis (A3), and - The angle of attack (W) between the axis of rotation (R) and the first axis (A1) by tilting about the fourth axis (A4). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das interpolierende Antreiben als erste Zielfunktion einen Anstellwinkel (W) berücksichtigt, bei dem über der Länge einer streifenförmigen Kontaktfläche (F) zwischen der Polierfläche (23) und der gekrümmten Linsenfläche (101) eine maximal einheitliche Andrückkraft vorliegt.A method according to claim 8, characterized in that the interpolating driving as the first objective function takes into account an angle of attack (W) in which over the length of a strip-shaped contact surface (F) between the polishing surface (23) and the curved lens surface (101) a maximum uniform pressing force is present. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das interpolierende Antreiben als zweite Zielfunktion eine streifenförmige Kontaktfläche (F) zwischen der Polierfläche (23) und der gekrümmten Linsenfläche (101) berücksichtigt, die sich an beiden Enden (E1, E2) bis an einen Umfangsrand (103) der gekrümmten Linsenfläche (101) erstreckt.A method according to claim 9, characterized in that the interpolating driving as a second objective function, a strip-shaped contact surface (F) between the polishing surface (23) and the curved lens surface (101) considered, located at both ends (E1, E2) to a peripheral edge (103) of the curved lens surface (101). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das interpolierende Antreiben als dritte Zielfunktion eine über eine Umdrehung der optischen Linse (100) maximal einheitliche Andrückkraft berücksichtigt.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the interpolating driving takes into account as a third objective function over a revolution of the optical lens (100) maximum uniform pressing force. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das interpolierende Antreiben als vierte Zielfunktion ein konstantes Abtragprofil in der Kontaktfläche (F) zwischen der Polierfläche (23) und der gekrümmten Linsenfläche (101) berücksichtigt.Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the interpolating driving as the fourth objective function takes into account a constant removal profile in the contact surface (F) between the polishing surface (23) and the curved lens surface (101). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass pro Umdrehung des Linsenrohlings (100) um die erste Achse (A1) der Anstellwinkel (W) zwischen der Rotationsachse (R) und der ersten Achse (A1) zweimal um die vierte Achse (A4) hin und her gekippt wird.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that per revolution of the lens blank (100) about the first axis (A1) of the angle of attack (W) between the rotation axis (R) and the first axis (A1) twice about the fourth axis (A4) is tilted back and forth. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass pro Umdrehung des Linsenrohlings (100) um die erste Ache (A1) der Versatz (x) zwischen dem Werkstückhalter (10) und dem Polierwerkzeug (20) entlang der dritten Achse (A3) zweimal hin und her pendelt.Method according to one of Claims 8 to 13, characterized in that the offset (x) between the workpiece holder (10) and the polishing tool (20) along the third axis (A3 ) commutes back and forth twice. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotieren des Polierwerkzeugs (20) um die Rotationsachse (R) zwischen einem Anfahren und einem Abbremsen mit konstanter Drehzahl erfolgt.Method according to one of claims 8 to 14, characterized in that the rotation of the polishing tool (20) about the rotational axis (R) between a start and a deceleration takes place at a constant speed.
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