JPS6161757A - 光学面を研摩する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば天体望遠鏡用の反射鏡のような特に非
球面状の光学面を研摩する方法および装置に関する。

従来の技術 大型の天体用反射鏡の研摩は極めて多（の時間を要する
加工作業である。というのは、光学的なスペクトル範囲
で観察するために必要な精度、即ち代表的には約１０−
５１０−５０ｎ　の光波長部分に相当する精度で反射鏡
の正確な形状を反射鏡全面にわたってあたえることが極
めて困難であるからである。

通例では、先ず最初にワークの球面状の加工面がランプ
仕上げされて・ぐ）仕上げされ、この場合所望の非球面
状の表面に最も近い曲率半径が選ばれろ。次いで、反射
鏡面よりもはるかに小さい工具で非球面の変形がパフ仕
上げされる。

このパフ仕上げ加工は繰り返し干渉計による検査によっ
て中断されて残留誤差が検出されろ一目標値に近づけば
近づ（程仕上げ加工は回転対称形の誤差の除去から非対
称形の局部的な残留誤差の除去へ移る。

「応用光学Ｊ　（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　）第
２１巻第３号（１９８２）、頁゛５６１〜５６４によれ
ば、以上述べた加工過程を部分的に自動化することが知
られており、この場合工具を計算機で制御して加工面上
を案内し、加工面の種種の個所において工具の滞留時間
が所期の材料研摩量に関連して異なるようにする。

しかしながらこのような方法ではワークの種種の個個の
部分面が比較的小さな１つの工具シてよって順次加工さ
れるので、加工時間が極めて長（なる。

さらに、この方法ではワークの縁部範囲を仕上げ加工す
ることが極めて困難である。というのは、工具がワーク
縁部範囲を不規則に案内されるからである。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、大型の特に非球面状の光学面を比較的
迅速に、しかも光学系要素にとって必要な精度で研摩加
工することができる方法および装置を提供することであ
る。この場合の方法は自動制御されろ加工を可能にする
ものとする。

課題を解決ずろための手段 このような課題を本発明は次のようにして解決した。即
ち、光学面を研摩する方法であって、加工面をあらかじ
め測定し、研摩過程を所定の目標形状に対する光学面実
際形状の偏差に相応して制御する形式のものにおいて、 （イ）　フレキシブルなダイアフラムとして構成されて
ワークの加工面のほぼ全面を覆う１つの研摩工具を加工
面に当て付け、 仲）　ダイアフラムの、加工面側とは反対側に、目標形
状に対する加工面の偏差に相応した圧力分布を生ぜしめ
、 （ハ）　ダイアフラムをほぼ接線方向の力によって加工
面上を移動させて、その際圧力分布を加工面に対して相
対的にほぼ維持し、 に）圧力Ｐ、加工時間も、ダイアフラムと加工面との相
対運動速度から算出した材料研摩量■があらかじめ測定
した実際形状と目標形状との間の偏差に達した場合に、
加工過程を停止して加工面を新たに測定するのである。

また、光学面を研摩する装置であって、光学面の目標形
状に対する実際形状の偏差に相応して制御可能な１つの
工具を備えている形式のものにおいて、 （イ）工具が弾性的なダイアクラムとして構成されてい
て研摩底を有しており、 （ｏ）　　ダイアフラムの、ワークの加工面側とは反対
側に、多数の負荷部材が配置されていて、これらの負荷
部材は個個に制御町、能な力で摩擦なしの軸受を介して
ダイアフラム上に支えられてこのダイアフラムを加工面
に圧着しており、 （ハ）　１つの駆動装置が設けられていて、この駆動装
置は、加工面に対して相対的に不動に位置するか又はダ
イアフラム運動の振幅に比較して小さな横運動を行なう
負荷部材の下のダイアクラムをほぼ接線方向で動かすよ
うにしたのである。

発明の効果 このような本発明の解決策によれば、加工面全面を同時
に加工する１つの工具の使用により、天体光学系のラン
プ仕上げもしくはパフ仕上げ、要するに研摩のだめの加
工時間を極めて大幅に短縮することができる。しかも、
゛局部的に異なる形状偏差を容易に除去することができ
る。とい５のは、材料研摩量が計算機を介して設定され
た圧力分布、即ち工具の背面へ及ぼす圧力分布によって
制御されるからである。加工運動を生ずるダイアフラム
が比較的わずかな質量を有するに過ぎないので、工具と
ワークとの間に大きな相対運動速度が可能になり、従っ
て加工時間も短縮される。

実施例 次に図面に示した実施例に従って本発明を詳述する： 第１図および第２図に示されて（・る研摩工具は、不動
に取り付けられたワーク１、即ち実施例の場合おう面の
非球面形セグメントの形体をなしているワークの表面を
仕上げに使われる。

この研摩工具は、ワーク１上へ当て付けられる薄い弾性
的なプレート２を主体としている。

この弾性的なプレート２はワーク１とほぼ等しい寸法を
有しているが、わずかに大きくても小さくてもよい。弾
性的なプレート２はその下面に個個の多数の研摩・ξラ
ド３から成る研摩底を有している。

以下パダイアフラム゛と称するこの弾性的なプレート２
の厚さはワーク１の大きさおよびその非球面形の程度に
関連し、約４ｍの反射鏡寸法の場合数儂である。このダ
イアクラム２の材料としてはアルミニウムを使うことが
できるが、例えばプラスチックのような別の材料も適し
ている。

ダイアフラム２は鋼ロープ９から成る調整可能な緊張部
材によってワークｌのｉｆ［＋方向でリング状の枠７に
ゆる（位置固定されており、枠７自体は位置および角度
に合わせて精確に調整された牛つのガイド８ａ〜８ｄ上
に載着されている。枠７、ひいてはその内側のダイアフ
ラム２もガイド８ａ　、８ｄに付属された２）の駆動装
置４ａ　、　４−ｂによって横力なしに振動運動をあた
えられ、この場合の運動の振幅および振動数は図示して
ない計算機によって制御される。

ダイアフラム２の背面には多数の負荷部材５が密接に並
んで配置されており、これらの負荷部材５は個別に調節
可能な力で空気軸受６を介してダイアフラム２上に支え
られている。もちろん空気軸受の代りに例えば静水圧軸
受のような摩擦のない別の適当な軸受を使用することも
できる。以下にアクチュエータと称する負荷部材５はワ
ーク１と同様に不動に取り付けられた１つのブリッジ構
造体１０によって保持される。

第３ａ図および第３ｂ図に詳細に示されているアクチュ
エータを介して研摩過程中ワーク１の位置に対して相対
的に不動の圧力分布を生ぜしめることかでき、要するに
ワーク表面のどの点にも所望の材料切削に合わせて個個
に調整することのできろ加工圧力があたえられる。個個
の空気軸受６は各アクチェエータ５に対応するダイアフ
ラム面に一様な負荷を及ぼすのに役立つ。

第３ａ図に示されているアクチュエータ５ａは、ブリッ
ジ１０内でしゆう動可能に支承さバた１つのシリンダ状
のスリーブ１１から成っていて、空気軸受６上で支えら
れる。スリーブ１１内のはね１２はスリーブ１１内に直
動案内されている１つのシリンダ１３によって圧縮スる
ことができ、このシリンダ１３はブリツー）１０に固定
された電気モータ１５の軸上のねじスピンＰル１４によ
って駆動される。電気モータ工５は図示されてない他の
多くのアクチュエータに属するモータと同様に１つの計
算機１６．疋よって制御され、空気軸受６をばね１２に
よって押す力が研摩過程の開始前に設定される。ねじス
ピンドル１４内の自己ロック作用に基いて電気モータ１
５は加工圧力の設定径無効のままにとどまる。

このようなアクチュエータ５ａの代りに、第３ｂ図に示
したもつと簡単な構造のアクチュエータ５ｂを使用する
こともできる。ブリツ）１０内で案内されて空気軸受６
上で支えられるこのアクチュエータ５ｂのロンド１７は
その上端部に１つの永久磁石１９を備えており、この永
久磁石１９はブリッジｌｏ上に不動に組み付けられたコ
イル１８によって包囲されている。この実施例の場合所
望の加工圧力は一種のプランジャ駆動形式にならってあ
たえられる。

第１図に示されているように、ダイアフラム２の下面は
個個の多数の研摩パッド３を保持している。個個の研摩
パッド相互間には研摩液用にスペースが空けられており
、研摩液は側方から注出されて最も低い個所から再び吸
い取られる。天体望遠鏡において通例である中央孔を有
する軸対称の反射鏡を加工する場合ては、この研摩液の
吸取りは中央孔を通して行なうのが効果的である。

以上第１図〜第３ｂ図に示す装置によって行なう研摩法
は次の通りである： 最初、例えば干渉計による試験法のような公知の形式で
所期の目標形状に対するワーク１０球面状の荒加工面の
偏差を検出する。

次いで形状偏差から圧力分布即ち所定の研摩速度におい
て一定の加工時間中に所望の研摩結果を惹起する圧力分
布を計算によって算出する。

この算出のためにはブレストンによって見出だされた関
係を利用することができる。即ち、この関係によれば、
研摩除去すべき　材料量が　　。

工具面Ｆ１面圧Ｐ１加工時間ｔ、工具とワークとの相対
運動速度Ｖの積にほぼ比例する（二）・ダブリュー・ブ
レストン「板ガラス研摩機の理論と設計Ｊ　−Ｆ、　Ｗ
、　Ｐｒｅｓｔｏｎ、　”Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙａｎｄ
　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｌａｔｅｇｌａｓｓ　ｐｏｌ
ｉｓｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓ　”、Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　ｔｈｅ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆＧｌａｓｓ　Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ−ＸｌＮｏ、　４２　、　１
９２７−）。これに従えば、各アクチュエータ５の下の
Ｚダイアフラム２による材料研摩量は、アクチュエータ
がワーク１の表面の当該個所においてダイアフラム２を
圧着する力に第−次週に 似の形！比例する。この力は何個に、例えば第３図に示
すアクチュエータ５ｂの供給ユニット１７用のデジタル
式の給電値設定値として調整することができる、これに
よって、全ワーク表面が同時に、かったんに１つの工具
によって加工されるにもかかわらず、局部的に異なる材
料研摩量を得ることができる。

付加的に、アクチュエータの全体をその懸架機構と共に
ダイアフラム運動の振幅に比較して小さい値だけ側方へ
動かすことも可能である。

これによって、ワークに対する食い込み、例えばダイア
フラム２の剛性が比較的小さく選定されて（・る場合に
起るような現象が避けられる。

このような付加１的運動を実施するのに必要とさｎる機
構は図示されてない。

計算によって得られた加工時間、即ちワーク１がその最
終形状を得るに至るべき加工時間が経過したら、加工過
程を停止してワークを改めて測定する。この再測定の間
に工具を次の研摩の 過程〆ために新たに準備することができる。

この新たな準備の際にはダイアフラム２を弛緩させ、ワ
ーク１に可能な限り近い形状をなす球面形の１つの圧着
工具又はワーク自体へ押し付ける。この圧着工程を迅速
化するにはアクチュエータ５を介して先行した研摩過程
に比して逆の圧力分布をダイアフラム２へ及ぼすと効果
的である。ダイアフラム２をワーク自体へ圧着させる場
合、ダイアフラムの寸法はワーク表面に相当する。この
ような場合、加工時には縁部に配置されているアクチュ
エータを動的に制御して、ダイアフラムが研摩運動中に
当該アクチュエータの下で離れた時いつもこのアクチュ
エータを除圧するのが効果的である。このことは、別個
の圧着工具で加工される場合には必要でなく、この場合
はダイアフラムおよび圧着工具をワークよりも大きな寸
法のものとすることができ、従って研摩される面がダイ
アフラム運動のどの位相においてもダイアフラムとによ
って覆われる。

以上述べた本発明の研摩法においては、ダイアフラム２
の研摩運動によってたんに局部的に異と なる力がワーク表面の平面内へ及ぼされるに／どまると
いう理想的なケースを前提としている。

しかし、ワーク１の表面は湾曲しているので、ダイアフ
ラムとワークとの間で働く摩擦力によって、アクチュエ
ータ５に設定した力Ｐに重なる圧力ΔＰが発生する（第
４図参照）。この圧力ＪＰはダイアフラムの引張り側で
は減する形に作用し、反対側では加わる形に作用する。

ダイアフラムの引張り側は振動運動で絶えず変わるので
、このような作用は圧力ΔＰが最小加工圧力Ｐｍｉ　ｎ
よりも小さい限り問題ない。しかしこの作用は研摩圧力
の使用可能な力学に影響を及ぼす。というのは、最小研
摩圧Ｐ　ｍｉｎの値を決定するからである、このような
作用の大きさは傾角α、ひいてはワークの口径比の一関
数である。ワーク１の反射鏡面の口径比がほぼＦ／１．
０よりも大きな場合、計算機によって制御した動的な補
償を加えると効果的であり、この場合アクチュエータ５
の力が研摩運動の振幅および方向に関連して修正される
。このため疋は第３図に示す比較的迅速に応動するアク
チュエータが特に適している。

第１図のワーク１はリングセグメントの形状をなしてい
る。もちろん、例えば天体望遠鏡用の反射鏡のような回
転対称形のワークであっても図示の装置で加工すること
ができる。回転対称形のワークの場合、その回転対称形
の誤差の除去が問題にされる限り、少なくとも加工開始
段階において、ワークをその軸線を中心としてダイアフ
ラムの下でゆっくり回転させて、（円側のアクチュエー
タの作用が全方位にわたって及ぼすようにすると効果的
である。

ダイアフラム２をゆるく固定するために合図ロープを使
う代りに、例えばダイアフラムの縁部を先細にしてこの
縁部を枠内へ締付は保持してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研摩工具の鉛直断面図、第２図は第１
図中の■−■線による水平断面図、第３ａ図は第１図の
アクチュエータの縦断面図、第３ｂ図は別の実施例のア
クチュエータの縦断面図、第４図は加工中の工具に生ず
る動的な力の作用線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学面を研摩する方法であつて、ワークの加工面を
   あらかじめ測定し、研摩過程を所定の目標形状に対する
   光学面実際形状の偏差に相応して制御する形式のものに
   おいて、 （イ）フレキシブルなダイアフラム（２）として構成さ
   れてワークの加工面のほぼ全面を 覆う１つの研摩工具を加工面（１）に当て 付け、 （ロ）ダイアフラム（２）の加工面（１）側とは反対側
   に、目標形状に対する加工面の偏 差に相応した圧力分布を生ぜしめ、 （ハ）ダイアフラム（２）をほぼ接線方向の力（４）に
   よつて加工面上を移動させて、そ の際圧力分布（５）を加工面（１）に対し て相対的にほぼ維持し、 （ニ）圧力Ｐ、加工時間ｔ、ダイアフラムと加工面との
   相対運動速度から算出した材料研 磨量Ｖがあらかじめ測定した実際形状と目標形状との間
   の偏差に達した場合に、加工過 程を停止して加工面を新たに測定すること を特徴とする、光学面を研摩 する方法。 ２、ダイアフラム（２）を、加工過程と加工過程との間
   に、加工面のほぼ目標形状を有している別個の工具上に
   圧着する、特許請求の範囲第１項に記載の光学面を研摩
   する方法。 ３、ダイアフラム（２）を、加工過程と加工過程との間
   に、加工面自体へ圧着する、特許請求の範囲第１項に記
   載の光学面を研摩する方法。 ４、ダイアフラム（２）の背面における圧力分布（５）
   を動的にダイアフラム（２）の運動の振幅および方向に
   関連して制御する、特許請求の範囲第１項に記載の光学
   面を研摩する方法。 ５、圧力分布（５）全体を小さな振幅で加工面（１）に
   対して相対的にずらす、特許請求の範囲第１項に記載の
   光学面を研摩する方法。 ６、光学面を研摩する装置であつて、光学面の目標形状
   に対する実際形状の偏差に相応して制御可能な１つの工
   具を備えている形式のものにおいて、 （イ）工具が弾性的なダイアフラム（２）として構成さ
   れていて研摩底を有しており、 （ロ）ダイアフラム（２）の、ワークの加工面（１）側
   とは反対側に、多数の負荷部材（ ５）が配置されていて、これらの負荷部材 （５）は個個に制御可能な力で摩擦なしの 軸受（６）を介してダイアフラム（２）上 に支えられてこのダイアフラム（２）を加 工面（１）に圧着しており、 （ハ）１つの駆動装置（４）が設けられていて、この枢
   動装置（４）は、加工面（１）に対 して相対的に不動に位置するか又はダイ アフラム運動の振幅に比較して小さな横運 動を行なう負荷部材（５）の下のダイアフ ラム（２）をほぼ接線方向で動かすことを 特徴 とする、光学面を研摩する装置。 ７、負荷部材（５）が電磁制御可能なアクチュエータ（
   ５ｂ）から成つている、特許請求の範囲第６項に記載の
   光学面を研摩する装置。 ８、負荷部材が自己ロック式の伝動部材（１３、１４）
   を介して電気モータによつて調整可能のアクチュエータ
   （５ａ）から成つている、特許請求の範囲第６項に記載
   の光学面を研摩する装置。 ９、アクチュエータ（５ａ、５ｂ）が静水圧的な軸受（
   ６）を介してダイアフラム（２）上で支えられている、
   特許請求の範囲第７項又は第８項に記載の光学面を研摩
   する装置。 １０、ダイアフラム（２）が１つの張り枠（７）によつ
   て保持されていて、張り枠（７）は調整可能なガイド面
   （８）上に支えられている、特許請求の範囲第６項に記
   載の、光学面を研摩する装置。