WO2001054861A1 - Aufnahmefutter für optische bauteile zum feinschleifen und/oder polieren - Google Patents

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Günther Böhm
Michael Thomas
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/005—Blocking means, chucks or the like; Alignment devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B24B41/061—Work supports, e.g. adjustable steadies axially supporting turning workpieces, e.g. magnetically, pneumatically

Definitions

  • the invention relates to a receiving chuck for optical components for fine grinding and / or polishing with a plurality of support elements made of elastic material for the components and an arrangement for supplying or removing air to the rear of the support element.
  • Spherical convex or concave curved lenses are preferably provided as optical components.
  • a receiving chuck of this type for single lens processing is known from DE 198 12 186 A1.
  • the lens holder consists of a rotationally symmetrical base body with a recess into which a lens to be machined is inserted and which is sealed off on the other side with a rubber membrane.
  • the rear side of the rubber membrane can be pressurized with compressed air through a central hole in the shaft of the receiving chuck.
  • the rubber membrane then expands, lies on the lens and presses it evenly against the polishing tool. There is a flat contact, since both parts have the same radius of curvature.
  • the lens By creating a negative pressure on the membrane surface, the lens can be sucked onto the membrane surface and brought into a hanging position.
  • the hanging mount of the lens is therefore preferably selected so that its own weight supports the contact pressure to the polishing tool after the membrane has been aerated for the polishing process.
  • the centrally supplied amount of compressed air can be individually adapted to the lens to be processed. For thinner lenses, where the ratio between
  • Intake feed known with which support zones with different contact pressure can be generated in the membrane surface by the supply of differently regulated air pressures.
  • intake feed described there an embodiment for the simultaneous intake of several lenses is also described.
  • Such a feed has a base body and a support body connected to it.
  • the support body is provided with a cap-shaped cover which is held on the base body by a surrounding ring. Symmetrical to the axis of rotation of the support body, several recesses are contained therein.
  • the cap-shaped coating forms an elastic membrane on which the lenses to be processed lie with their central area.
  • the inclusion of the lens as a whole is formed by an indentation in the cap-shaped coating which is adapted to the lens diameter.
  • Each of the depressions in the support body is connected to the shaft of the base body by a separate air duct, the respective membrane parts of the coating being fixed in the depression and sealing them airtight.
  • Compressed air can be applied to the remaining lower surface of the coating via a channel separated from the other air channels through the support body.
  • support zones with different pressure can be generated within each lens support.
  • the cover is complex in shape and requires complex assembly on the support body. While the air supply in the membrane parts can also be regulated individually, the local pressure build-up under the remaining surface of the coating cannot be influenced via the central air supply.
  • the invention has for its object to provide a feed that allows multiple intake with the advantages of a single intake by using series membrane elements and is structurally simple.
  • the recesses in the cover part can be prepared for commercially available elastic support elements with different dimensions. Fastening and sealing via an O-ring pressed into a groove allows easy assembly and also acts as an overpressure protection. Should air pressure unintentionally reach the membrane without a lens resting on it and a polishing tool being brought up to the lens, the support element is pressed out of the holder without being destroyed.
  • the support elements in addition to a uniform contact pressure between the lens surface and the polishing tool, their relative movements to one another are also important.
  • the support elements in a cylindrical holder, which is rotatably mounted in the recess of the cover part, an additional relative movement of the individual lenses on the common receiving chuck can be realized.
  • the holder can be provided with a drive shaft which extends into the pot space of the base body and here is gearingly connected to the drive for the spindle shaft.
  • Exemplary embodiments of the feed chuck are shown schematically in the drawing and are described in more detail with reference to the figures. Show:
  • Fig.1 a feed chuck with firmly inserted in the cover part support elements and 2 shows a receiving chuck with support elements rotatably inserted into the cover part.
  • the base body 1 contains a base body 1 with a spindle shaft 2, which is inserted into a machine spindle, not shown, for rotating the receiving chuck.
  • the spindle shaft 2 is provided with a central bore 3, which is connected to a compressor-vacuum system for air supply, also not shown.
  • the base body 1 has a peripheral edge 4, through which a cup-shaped space 5 is formed in the base body 1, which extends over the entire bottom surface of the base body 1.
  • the cover part 6 On the edge 4 of the base body 1 there is a cover part 6 which is screwed to the base body 1 and closes the pot space 5 via an O-ring seal 7.
  • the cover part 6 has a cylindrical recess 8.
  • Such membrane parts 9 are available as series parts for individual lens exposures.
  • the hat rim 10 engages in a groove 11 in the recess 8 and is pressed here firmly by an O-ring 12 onto the bottom of the recess 8.
  • the area of the recess 8 lying below the membrane part 9 is connected in terms of flow via a bore 13 to the pot base 5.
  • a lens 14 to be processed is placed on the membrane part 9 with its convex lens side.
  • the lens surface to be machined is slightly concave here.
  • the top 15 of the cover part 6 is adapted in the usual way with a slightly larger wheel base to the concave lens surface, so that the schematically indicated polishing cap 16 can process the lens surface unhindered.
  • Membrane parts 9 are provided. Preferably, three lenses 14 are processed simultaneously.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 2 is based on the same basic construction as in FIG. The same parts are provided with the same reference numerals.
  • the cylindrical recess 8 is designed here as a cylinder bore 18 into which a cylindrical holder 19 is inserted, which has the same holding elements for the membrane part 9 as in FIG. 1.
  • the holder 19 is provided with a drive shaft 20 which is provided with a bore 13 for fluid communication with the pot space 5 and space 5 extends into the pot.
  • the drive axis 20 is held in the bottom of the cylinder bore 18 by a rotary bearing 21, so that the holder 19 is rotatable about its axis 22.
  • the drive axle 20 is provided with gear means 23, not shown, which e.g. are coupled to the drive for the spindle shaft 2.
  • a convex lens surface is provided for processing here, so that the upper side 15 of the cover part 6 is correspondingly convex.
  • the axis 22 is inclined to the axis 17 of the spindle shaft 2.
  • the axis 22 would obviously be directed away from the axis 17.
  • the different direction of the axes of rotation with respect to the central drive means can be compensated for by appropriately shaped bevel gears 24 as part of the gear means 23, which themselves are not part of the invention.

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Abstract

Ein Aufnahmefutter für optische Bauteile zum Feinschleifen und/oder Polieren mit mehreren Stützelementen aus elastischem Material für die Bauteile und einer Anordnung zur Zuführung oder Abführung von Luft gegenüber der Rückseite des Stützelementes zeichnet sich dadurch aus, dass das Aufnahmefutter einen Grundkörper (1) mit einem Spindelschaft (2) enthält, der eine zentrale Bohrung (3) zum Luftanschluss aufweist und wobei der Grundkörper (1) topfförmig (5) mit einem umlaufenden Rand (4) ausgebildet ist, dass auf den Rand (4) ein Deckelteil (6) luftdicht aufgesetzt ist, wobei die Deckeloberseite (15) sphärisch an den Radius einer Schleif- oder Polierkalotte (16) angepasst ist und die Deckeloberseite (15) symmetrisch zur Achse (17) des Spindelschaftes (2) liegende zylinderförmige Ausnehmungen (8) zum Einsetzen der elastischen Stützelemente (9) aufweist, wobei jede der Ausnehmungen (8) über mindestens eine Bohrung (13) mit dem Topfraum (5) des Grundkörpers (1) strömungsmässig verbunden ist.

Description

Auf nahmef utter für optische Bauteile zum Feinschleifen und / oder
Polieren.
Die Erfindung betrifft ein Aufnahmefutter für optische Bauteile zum Feinschleifen und/oder Polieren mit mehreren Stützelementen aus elastischem Material für die Bauteile und einer Anordnung zur Zuführung oder Abführung von Luft gegenüber der Rückseite des Stützelementes. Als optische Bauteile werden vorzugsweise sphärische konvex oder konkav gekrümmte Linsen vorgesehen.
Ein Aufnahmefutter dieser Art für Einzellinsenbearbeitung ist aus DE 198 12 186 A1 bekannt. Der Linsenhalter besteht aus einem rotationssymmetrischen Grundkörper mit einer Ausnehmung, in die eine zu bearbeitende Linse eingelegt wird und die zur anderen Seite hin mit einer Gummimembran abgeschlossen ist. Über eine zentrale Bohrung im Schaft des Aufnahmefutters kann die Gummimembran an ihrer Rückseite mit Druckluft beaufschlagt werden. Wenn die
Gummimembran sich dann ausdehnt, legt sie sich an die Linse und drückt diese gleichmäßig an das Polierwerkzeug heran. Dabei kommt es zu einer flächigen Berührung, da beide Teile gleichen Krümmungsradius haben. Durch Erzeugung eines Unterdrucks an der Membranfläche kann die Linse an die Membranfläche angesaugt und in eine hängende Position gebracht werden.
Aufgrund des Eigengewichts der Linse kann es zu unterschiedlichen Anlagedrucken durch die Membranfläche kommen. Da beim Polieren nicht nur die Oberflächenqualität verbessert wird, sondern auch noch Korrekturen in der Linsengeometrie im Feinbereich vorgenommen werden, führt ein unterschiedlicher Anlagedruck zu Ungenauigkeiten in der Linsenoberfläche. Vorzugsweise wird daher die hängende Aufnahme der Linse gewählt, so daß ihr Eigengewicht den Anlagedruck zum Polierwerkzeug unterstützt, nachdem die Membran für den Poliervorgang belüftet wurde. Bei liegender Aufnahme kann die
Gleichmäßigkeit des Anlagedrucks z.B. durch unterschiedliche Dicken in der Membran unterstützt werden. Die zentral zugeführte Druckluftmenge kann der zu bearbeitenden Linse individuell angepaßt werden. Bei dünneren Linsen, bei denen das Verhältnis zwischen
Linsendurchmesser und Mittendicke groß ist, kann es aufgrund unterschiedlicher Anlagedrucke verstärkt zu einer asphärischen Deformation des Linsenkörpers kommen, die die Qualität des Polierergebnisses ebenfalls erheblich negativ beeinflußt. Zur Vermeidung solcher Effekte ist aus der EP 0 169 931 A1 ein
Aufnahmefutter bekannt, mit dem in der Membranfläche Stützzonen mit unterschiedlichem Anlagedruck durch die Zufuhr unterschiedlich geregelter Luftdrucke erzeugt werden können. Für das dort beschriebene Aufnahmefutter wird auch eine Ausführungsform zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer Linsen beschrieben.
Ein solches Aufnahmefutter weist einen Grund- und einen damit verbundenen Unterstützungskörper auf. Der Unterstützungskörper ist mit einem kappenförmigen Überzug versehen, der durch einen Umfassungsring an dem Grundkörper gehalten wird. Symmetrisch zur Drehachse des Unterstützungskörpers sind in diesem mehrere Vertiefungen enthalten. Im Bereich dieser Vertiefungen bildet der kappenförmige Überzug eine elastische Membran, auf der die zu bearbeitenden Linsen mit ihrem zentralen Bereich aufliegen. Die Aufnahme der Linse insgesamt wird durch eine Einformung in dem kappenförmigen Überzug gebildet, die dem Linsendurchmesser angepaßt ist. Jede der Vertiefungen in dem Unterstützungskörper wird durch einen separaten Luftkanal mit dem Schaft des Grundkörpers verbunden, wobei die jeweiligen Membranteile des Überzugs in der Vertiefung fixiert sind und diese luftdicht abschließen. Über einen von den anderen Luftkanälen getrennten Kanal durch den Unterstützungskörper hindurch kann die übrige Unterfläche des Überzugs mit Druckluft beaufschlagt werden. Auf diese Weise können innerhalb jeder Linsenauflage Stützzonen mit unterschiedlichem Druck erzeugt werden. Der Überzug ist komplex geformt und erfordert eine aufwendige Montage auf dem Unterstützungskörper. Während in den Membranteilen die Luftzufuhr auch individuell geregelt werden kann, ist der lokale Druckaufbau unter der übrigen Fläche des Überzugs über die zentrale Luftzufuhr nicht beeinflußbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aufnahmefutter zu schaffen, das eine Mehrfach-Aufnahme mit den Vorteilen einer Einfach- Aufnahme durch Verwendung von Serien-Membranelementen erlaubt und konstruktiv einfach gestaltet ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Aufnahmefutter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 5.
Systematische Versuche mit einer direkten Luftzuführung zu einzelnen Stützelementen in einer Mehrfach-Aufnahme haben gezeigt, daß sich die Bearbeitungsqualitäten der gleichzeitig bearbeiteten Linsen deutlich voneinander unterscheiden. Überraschenderweise hat sich aber ergeben, daß durch ein gemeinsames Luftreservoir in dem Aufnahmefutter, an das die einzelnen Ausnehmungen mit den Stützelementen über einen oder mehrere kurze Luftkanäle angeschlossen sind, die Bearbeitungsqualität der gemeinsam bearbeiteten Linsen deutlich gleichmäßiger ausfällt. Über die Randhöhe des Grundkörpers kann das notwendige Topfvolumen für das Luftreservoir in einfacher Weise an unterschiedliche Linsendurchmesser und Linsengewichte angepaßt werden. Die Deckelteile sind mit dem Grundkörper verschraubt und bilden durch eine O-Ring-Dichtung einen sicheren Verschluß des Luftreservoirs. Die Deckelteile sind auf diese Weise schnell austauschbar.
Die Ausnehmungen im Deckelteil können für handelsübliche elastische Stützelemente mit unterschiedlichen Abmessungen vorbereitet werden. Die Befestigung und Abdichtung über einen in eine Nut eingedrückten O-Ring erlaubt eine einfache Montage und wirkt außerdem als Überdrucksicherung. Sollte unbeabsichtigt ein Luftdruck auf die Membran gelangen, ohne daß eine Linse aufliegt und ein Polierwerkzeug an die Linse herangeführt ist, dann wird das Stützelement ohne Zerstörung aus der Halterung herausgedrückt.
Für die Bearbeitungsqualität der Linsenoberfläche und die Bearbeitungszeit sind neben einem gleichmäßigen Anlagedruck zwischen Linsenfläche und dem Polierwerkzeug auch deren Relativbewegungen zueinander von Bedeutung. Durch die Anordnung der Stützelemente in einem zylindrischen Halter, der in der Ausnehmung des Deckelteils drehbar gelagert ist, kann eine zusätzliche Relativbewegung der einzelnen Linsen auf dem gemeinsamen Aufnahmefutter realisiert werden. In vorteilhafter Weise kann der Halter mit einer Antriebsachse versehen werden, die in den Topfraum des Grundkörpers hineinreicht und hier getrieblich mit dem Antrieb für den Spindelschaft verbunden ist. Ausführungsbeispiele des Aufnahmefutters sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig.1 ein Auf nahmef utter mit in das Deckelteil fest eingesetzten Stützelementen und Fig.2 ein Aufnahmefutter mit in das Deckelteil drehbar eingesetzten Stützelementen.
Das Aufnahmefutter nach Fig.1 enthält einen Grundkörper 1 mit einem Spindelschaft 2, der in eine nicht weiter dargestellte Maschinenspindel zur Drehung des Aufnahmefutters eingesetzt wird. Der Spindelschaft 2 ist mit einer zentralen Bohrung 3 versehen, die mit einem ebenfalls nicht dargestellten Kompressor-Vakuum-System zur Luftversorgung verbunden ist. Der Grundkörper 1 weist einen umlaufenden Rand 4 auf, durch den im Grundkörper 1 ein topfförmiger Raum 5 gebildet wird, der sich über die gesamte Bodenfläche des Grundkörpers 1 erstreckt.
Auf dem Rand 4 des Grundkörpers 1 liegt ein Deckelteil 6, das mit dem Grundkörper 1 verschraubt und über eine O-Ring-Dichtung 7 den Topfraum 5 verschließt. Das Deckelteil 6 weist eine zylinderförmige Ausnehmung 8 auf. Auf dem Boden der Ausnehmung 8 liegt ein gummielastisches Stützelement, das hier als hutförmiges Membranteil 9 mit nach außen weisendem Hutrand 10 ausgebildet ist. Solche Membranteile 9 sind als Serienteile für Einzellinsenaufnahmen verfügbar. Der Hutrand 10 greift in eine Nut 11 in der Ausnehmung 8 ein und wird hier durch einen O-Ring 12 fest auf den Boden der Ausnehmung 8 gedrückt. Der unter dem Membranteil 9 liegende Raumbereich der Ausnehmung 8 ist über eine Bohrung 13 mit dem Topfboden 5 strömungsmäßig verbunden. Selbstverständlich können für eine schnellere Luftversorgung bei Bedarf weitere Bohrungen, auch von unterschiedlichem Durchmesser, vorgesehen sein. Auf das Membranteil 9 ist eine zu bearbeitende Linse 14 mit ihrer konvexen Linsenseite aufgelegt. Die zu bearbeitende Linsenfläche ist hier leicht konkav. Die Oberseite 15 des Deckelteils 6 ist in üblicher Weise mit einem geringfügig größeren Radfus an die konkave Linsenfläche angepaßt, so daß die schematisch angedeutete Polierkalotte 16 die Linsenfläche ungehindert bearbeiten kann. Dazu wird über das im
Topfraum 5 aufgebaute Luftreservoir und die Bohrung 13 ein Überdruck in dem Raum unter dem Membranteil 9 erzeugt, der das Membranteil 9 elastisch verformt bis es an der konvexen Fläche der Linse 14 formschlüssig anliegt.
Symmetrisch zur Achse 17 des Spindelschafts 2 sind in dem Deckelteil 6 weitere Ausnehmungen 8 mit in gleicher Weise eingelegten
Membranteilen 9 vorgesehen. Vorzugsweise werden gleichzeitig drei Linsen 14 bearbeitet.
Das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel geht von derselben Grundkonstruktion wie in Fig.1 aus. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die zylinderförmige Ausnehmung 8 ist hier jedoch als Zylinderbohrung 18 ausgeführt, in die ein zylindrischer Halter 19 eingesetzt ist, der dieselben Halteelemente für das Membranteil 9 aufweist wie in Fig.1. Der Halter 19 ist mit einer Antriebsachse 20 versehen, die mit einer Bohrung 13 zur strömungsmäßigen Verbindung mit dem Topfraum 5 versehen ist und in den Topf räum 5 hineinreicht. Die Antriebsachse 20 wird im Boden der Zylinderbohrung 18 von einem Drehlager 21 gehalten, so daß der Halter 19 um seine Achse 22 drehbar ist. Die Antriebsachse 20 ist mit nicht weiter dargestellten getrieblichen Mitteln 23 versehen, die z.B. mit dem Antrieb für den Spindelschaft 2 gekoppelt sind.
Zur Bearbeitung ist hier eine konvexe Linsenfläche vorgesehen, so daß die Oberseite 15 des Deckelteils 6 entsprechend konvex geformt ist. Die Achse 22 ist in diesem Fall zur Achse 17 des Spindelschafts 2 geneigt. Für die Bearbeitung einer konkaven Linsenfläche würde die Achse 22 ersichtlich von der Achse 17 weg gerichtet sein. Die unterschiedliche Richtung der Drehachsen gegenüber den zentralen Antriebsmitteln kann durch entsprechend geformte Kegelräder 24 als Teil der getrieblichen Mittel 23 ausgeglichen werden, die selbst nicht Teil der Erfindung sind. Bezugszeichenliste:
1 Grundkörper
2 Spindelschaft
3 zentrale Bohrung
4 Rand 5 Topfraum
6 Deckelteil
7 O-Ring-Dichtung
8 Ausnehmung
9 Membranteil 10 Hutrand
11 Nut 12 O-Ring
13 Bohrung
14 Linse 15 Deckelteil Oberseite
16 Polierkalotte
17 Spindelschaft Achse
18 Zylinderbohrung
19 Halter 20 Antriebsachse
21 Drehlager
22 Halter-Achse
23 getriebliche Mittel
24 Kegelrad

Claims

Patentansprüche:
1) Aufnahmefutter für optische Bauteile zum Feinschleifen und / oder Polieren mit mehreren Stützelementen aus elastischem Material für die Bauteile und einer Anordnung zur Zuführung oder Abführung von Luft gegenüber der Rückseite des Stützelementes, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Aufnahmefutter einen Grundkörper (1 ) mit einem Spindelschaft (2) enthält, der eine zentrale Bohrung (3) zum Luftanschluß aufweist und wobei der Grundkörper (1) topfförmig (5) mit einem umlaufenden Rand (4) ausgebildet ist,
- auf den Rand (4) ein Deckelteil (6) luftdicht aufgesetzt ist, wobei die Deckeloberseite (15) sphärisch an den Radius einer Schleifoder Polierkalotte (16) angepaßt ist und
- die Deckeloberseite (15) symmetrisch zur Achse (17) des Spindelschaftes (2) liegende zylinderförmige Ausnehmungen (8) zum Einsetzen der elastischen Stützelemente (9) aufweist, wobei jede der Ausnehmungen (8) über mindestens eine Bohrung (13) mit dem Topf räum (5) des Grundkörpers (1) strömungsmäßig verbunden ist. 2) Aufnahmefutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Stützelement als hutförmiges Membranteil (9) ausgebildet ist, dessen nach außen weisender Hutrand (10) auf dem Boden der Ausnehmung (8) aufliegt und über einen O-Ring (12) in einer Nut (11) der Ausnehmung (8) luftdicht gehalten wird. 3) Aufnahmefutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Stützelement (9) in einen zylindrischen Halter
(19) eingesetzt ist, der in der Ausnehmung (8) in einem Drehlager (23) geführt ist. 4) Aufnahmefutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (19) eine in den Topf räum (5) führende Antriebsachse
(20) aufweist.
5) Aufnahmefutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachse (20) über getriebliche Mittel (23) mit dem Antrieb des Spindelschafts (2) gekoppelt ist.
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