WO2005083536A1 - Programmgesteuertes nc-datengenerierungsverfahren mit korrekturdaten - Google Patents

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WO2005083536A1
WO2005083536A1 PCT/EP2004/001193 EP2004001193W WO2005083536A1 WO 2005083536 A1 WO2005083536 A1 WO 2005083536A1 EP 2004001193 W EP2004001193 W EP 2004001193W WO 2005083536 A1 WO2005083536 A1 WO 2005083536A1
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Siegfried Stacklies
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
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Definitions

  • the invention relates to a program-controlled NC data generation method for controlling a CNC wet grinding machine.
  • the so-called depression in the middle of the workpiece is particularly problematic.
  • the grinding tool or grinding wheel of a CNC grinding machine in particular a CNC wet grinding machine, cannot move away infinitely quickly from the center of the asphere, its dynamics are limited. Even the shortest possible dwell time of the grinding wheel in the center (even in the millisecond range!) Can cause a hole or a depression in the center of the lens. This Problems are also referred to as center hole effects.
  • each asphere has the property of increasing towards the edge, i.e. of course also to climb steeply towards the outlet area lying outside the aspherical useful area.
  • this increases the deformation and, since the grinding or polishing tool adapts to the deformations in a disadvantageous manner, also brings with it major problems which can affect the useful area of the asphere.
  • the usable surface can also be ground using the grinding tool, i.e. be destroyed.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a program-controlled NC data generation method of the type mentioned at the outset which overcomes the disadvantages of the prior art, in particular an improvement in the accuracy of the aspherical grinding results is to be achieved in order to enable effective series production of highly to enable precise optical aspheres, center depressions and steep aspherical outlet areas should be avoided or corrected.
  • This object is achieved according to the invention by a program-controlled NC data generation method for controlling a CNC wet grinding machine for processing optical elements (lenses or mirrors) for the production of aspherical shapes, the aspherical shape data to be ground being superimposed with correction data.
  • the measures according to the invention create a program-controlled NC data generation method for controlling a CNC wet grinding machine for processing optical elements or optical parts or workpieces made of optical materials for producing aspherical shapes, which have high accuracies in terms of shape and structure of the aspheres reached.
  • the grinding results achieved form the basis for the economical production of high-precision aspherical surfaces with large deformations of over 1 mm, both for lighting systems and for objective lenses with an accuracy in the ⁇ m range. This goal is achieved on the one hand by a certain feed / workpiece speed curve (hyperbolic) and on the other hand by a possible correction overlay.
  • correction data are used to generate an in particular flattening run-out area lying outside the aspherical useful area of the optical element.
  • the area lying outside the aspherical useful area can be defined such that a smooth transition from the aspherical shape, which is advantageous for grinding or polishing, is achieved.
  • the coefficients to be selected allow courses with curve shapes in the form of splines, polynomials and circles. A kink-free connection to the aspherical path must be made here. Every asphere has the property of increasing to climb steeply towards the edge. On the one hand, this increases the deformation and, since the grinding / polishing tool also adapts to the large deformations, causes major problems that can affect the useful area of the asphere. In the case of concave shapes, the usable area can also be cut using the grinding tool. In a very advantageous manner, this increase can now be flattened outside the useful area of the asphere, so that the workpiece deformations are minimized.
  • correction data are used to avoid and / or to correct an unwanted depression in the area of the center of the optical element.
  • a center correction provision with a variable width is used in a very advantageous embodiment of the method according to the invention.
  • This correction ensures that the shape of the shape is not kinked.
  • the aspherical shape to be produced is provided with a hyperbolic shape overlay. The entire aspherical height is superimposed, but only a small area in the middle becomes effective, the width of which is determined by a parameter.
  • the overlay on the entire surface of the asphere ensures that there is no jump in the course of the aspheres. However, only the increasing small central area is practically effective due to the machine resolution.
  • the correction data for correcting incorrect deviations in the Aspherical shape provided from the target shape of the optical element in particular for several grinding cycles.
  • the errors or deviations from the target shape of the optical element are e.g. Measured interfe- rometrically or in particular with precision coordinate measuring machines, in which case the measured values can also be smoothed.
  • a base radius for the spherical prefabrication of the optical element is calculated in such a way that the spherical optical element has the smallest possible deviation from the desired aspherical shape.
  • the method enables the most effective sphere radius to be determined very quickly, which is then used as the base radius for the spherical prefabrication. This has the smallest possible deviation from the aspherical shape, so that the material cutting or the polishing effort is kept low.
  • FIG. 2 shows a basic flow diagram of the program-controlled NC data generation method according to the invention
  • FIG. 3 shows a basic illustration of a depression in the center of an aspherical optical workpiece
  • FIG. 4 shows a basic illustration of the tangent profile with the radius correction of the CNC wet grinding machine switched on
  • FIG. 5a shows an illustration for center correction
  • FIG. 5b shows a basic illustration of an aspherical shape with center elevation
  • FIG. 6 shows a basic illustration of the problem of the outlet area of the aspherical shape
  • a CNC wet grinding machine 1 accesses NC data 2a, 2b, 2c (dotted arrows) in order to machine a workpiece.
  • NC data 2a, 2b, 2c dotted arrows
  • a lens with an aspherical shape is intended in particular for use in projection objectives for microlithnography for the production of semiconductor elements.
  • the CNC wet grinding machine 1 can receive the necessary NC data 2a from its own storage media or by direct programming. Furthermore, the CNC wet Grinding machine 1 also obtain the NC data 2b in particular via a network (for example intranet, LAN or the like - indicated by dashed lines in FIG.
  • NC data 2a, 2b, 2c are generated to produce an aspherical shape and made available to the CNC wet grinding machine 1.
  • the data connections between the computer system 3 and the CNC wet grinding machine 1 or the underlying network are sufficiently known, which is why they are not discussed in detail.
  • FIG. 2 shows a basic flow diagram of the NC data generation method according to the invention implemented as a computer program.
  • the program After the program has started (step A), the user enters the file name with the specific CNC wet grinding machine data in a particularly graphical user interface, after which this file is opened and the machine-specific data is read (step B).
  • step C the query is made as to whether a correction file with correction data should be superimposed on the aspherical shape data. If "Y" is selected, the user is asked in a step D to enter the file name of the correction file, whereupon the correction file or the correction data contained therein are read.
  • a step E the user is asked about the use of a further correction file; if "Y" (yes) is selected, step D is jumped to again.
  • step F After entering all correction files or selecting "N" (no) in steps C and E, the procedure n Step F, in which the input of the geometry and machining parameters for producing the desired aspherical shape takes place.
  • the user is then asked in step G to confirm his entries. If he does not confirm the data (selection "N" (no)), he arrives at step F again and can correct it if necessary.
  • selection "J" (yes) the base heights for NC data generation are calculated in step H , after which the NC data generation and the storage of the NC data in a file takes place in a step I, this file 2a, 2b, 2c can be stored on a server or on the computer system 3 or, of course, immediately on a storage medium of the CNC wet grinding machine 1 be filed.
  • the data entered by the user can then be stored in a configuration file in a step J and used immediately the next time it is used.
  • the computer program is then ended (step K).
  • a correction option is now proposed that achieves a kink-free course of the aspherical shape.
  • a hyperbolic shape overlay on the existing aspherical surface takes place during the center correction (see FIG. 5a).
  • the final height in ⁇ m is specified as the parameter Z max (usually the hole depth), the parameter Z ⁇ n determines the remaining height of the correction.
  • Z max usually the hole depth
  • Z ⁇ n determines the remaining height of the correction.
  • FIG. 5b shows such a center elevation with a smooth transition to the aspherical shape for correcting hole effects through the grinding wheel 4.
  • aspheres 7a, 7b generally rise very steeply in the edge region, ie in their outlet 8, which can lead to problems during processing. In the present exemplary embodiment, attempts are therefore made to make the outlet 8 flatter and gentler.
  • a kink-free transition is achieved, ie the transition from a useful Range 9 of the aspheres 7a, 7b to the outlet area 8 must have a continuously differentiable form.
  • a lens height 10 is subdivided into the useful area 9 and the outlet area 8.
  • Such a flat, kink-free outlet 11 of the asphere 7b is sketched in FIG. This is realized by a corresponding polynomial equation with splines. In other exemplary embodiments, this could also be implemented using other mathematical functions (circles, etc.). Jumps at the transition would result in the CNC wet grinding machine 1 recognizing these as errors and stopping the processing immediately.
  • four coefficients ai to a 4 are available for superimposing an outlet. They allow gradients with splines, polynomials and circles. A kink-free connection to the aspherical path must be made here.
  • a separate computer program can generally be required to determine parameters ai to a 4 .
  • the user can generate a kink-free outlet online via graphic guidance. When entering parameters and modifying them, the effects on the curvatures and on the course of the asphere in the edge area are immediately visible. This makes it possible to determine runout parameters without a separate computer program and to calculate a runout overlay Z from ⁇ on as follows:

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren zur Steuerung einer CNC-­Nassschleifmaschine fur die Bearbeitung von optischen Elementen (Linsen oder Spiegel) zur Herstellung von Asphärenformen, wobei die zu schleifenden Asphärenformdaten mit Korrekturdaten überlagert werden.

Description

PROGRAMMGESTEUERTES NC-DATENGENERIERUNGSVERFAHREN MIT KORREKTURDATEN
Die Erfindung betrifft ein programmgesteuertes NC-Datengene- rierungsverfahren zur Steuerung einer CNC-Nassschleif- maschine.
Bekannte Optikschleifmaschinen erlauben zwar Möglichkeiten zur Eingabe von Asphärenformen, bieten aber nur sehr begrenzt Möglichkeiten zur Modifikation, Korrektur und Bewegungsdyna- mik an. Bisher erzielte Schleifergebnisse mit derartigen Maschinen genügten den Anforderungen an genaue Asphärenformen in der Regel nicht. Des weiteren sind aus der US 6,112,133 A ein System und ein Verfahren zur programmgesteuerten Generierung eines CNC-Programms, um ein Werkstück mit ebenen oder krummlinigen Oberflächen zu bearbeiten, bekannt.
Eine effektive Serienfertigung von hochgenauen Asphären, insbesondere asphärischen Linsen, ist derzeit, bedingt dmrch Formabweichungen von bis zu 10 μm und ungenügende Korrekturmöglichkeiten häufig nur über wenige Stützpunkte, oft mani ell einzugeben, selten oder gar nicht möglich.
Besonders problematisch ist die sogenannte Eintiefung in der Mitte des Werkstücks. Das Schleifwerkzeug bzw. die Schleifscheibe einer CNC-Schleifmaschine, insbesondere einer CNC- Nassschleifmaschine kann aus der Mitte der Asphäre nicht unendlich schnell wegfahren, sie ist in ihrer Dynamik begrenzt. Auch eine noch so kurze Verweildauer der Schleifscheibe im Zentrum (sogar im Millisekundenbereich!) kann schon ein Loch bzw. eine Eintiefung in der Linsenmitte verursachen. Diese Problematik wird auch als Mitteneintiefung (engl. center hole effect) bezeichnet.
Jede Asphäre hat mathematisch bedingt die Eigenschaft, zunehmend zum Rand, d.h. selbstverständlich auch zum außerhalb des asphärischen Nutzbereichs liegenden Auslaufbereich hin steil anzusteigen. Dies vergrößert einerseits die Deformation und bringt, da sich auch das Schleif- bzw. Polierwerkzeug den Deformationen in nachteiliger Weise anpasst, große Probleme mit sich, die sich bis in den Nutzbereich der Asphäre hinein auswirken können. Darüber hinaus kann bei Konkavformen die Nutzfläche durch das Schleifwerkzeug angeschliffen d.h. zerstört werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch das die Nachteile des Standes der Technik gelöst werden, insbesondere soll eine Verbesserung der Genauigkeit der Asphärenschleifergebnisse erreicht werden, um eine effektive Serienfertigung von hoch- genauen optischen Asphären zu ermöglichen, wobei Mitteneintiefungen und steile Asphärenauslaufbereiche vermieden bzw. korrigiert werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren zur Steuerung einer CNC- Nassschleifmaschine für die Bearbeitung von optischen Elementen (Linsen oder Spiegel) zur Herstellung von Asphärenformen, wobei die zu schleifenden Asphärenformdaten mit Korrekturdaten überlagert werden, gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren zur Steuerung einer CNC-Nassschleifmaschine für die Bearbeitung von optischen E- lementen bzw. Optikteilen bzw. Werkstücken aus optischen Werkstoffen zur Herstellung von Asphärenformen geschaffen, das hohe Genauigkeiten in Bezug auf Form und Struktur der Asphären erreicht. Die erzielten Schleifergebnisse bilden die Grundlage für eine wirtschaftliche Fertigung von hochgenauen Asphärenflächen mit großen Deformationen von über 1 mm sowohl für Beleuchtungssysteme als auch für Objektivlinsen mit einer Genauigkeit im μm-Bereich. Dieses Ziel wird einerseits durch einen bestimmten Vorschub-/Werkstückdrehzahlverlauf (hyper- belförmig) und andererseits durch eine mögliche Korrekturüberlagerung erreicht.
In einer verfahrensgemäßen Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Korrekturdaten zur Erzeugung eines insbesondere abflachenden, außerhalb des asphärischen Nutzbereichs des optischen Elements liegenden, Auslaufbereichs eingesetzt werden.
Sehr vorteilhaft ist die Erweiterung des Verfahrens um die Möglichkeit, Auslaufbereiche für die herzustellenden Asphären anzubringen. Durch spezielle einzugebende Auslaufparameter kann der außerhalb des asphärischen Nutzbereichs liegende Bereich derart definiert werden, dass ein für das Schleifen o- der die Politur vorteilhafter weicher Übergang von der Asphärenform erzielt wird. Die zu wählenden Koeffizienten erlauben Verläufe mit Kurvenformen in Form von Splines, Polynomen und Kreisen. Hier muss ein knickfreier Anschluss an den Asphärenverlauf erfolgen. Jede Asphäre hat die Eigenschaft, zunehmend zum Rand hin steil anzusteigen. Dies vergrößert einerseits die Deformation und bringt, da sich auch das Schleif- /Polierwerkzeug den großen Deformationen anpasst, große Probleme, die sich bis in den Nutzbereich der Asphäre hinein auswirken können. Darüber hinaus kann bei Konkavformen der Nutzbereich durch das Schleifwerkzeug angeschnitten werden. In sehr vorteilhafter Weise kann nun dieser Anstieg außerhalb des Nutzbereiches der Asphäre abgeflacht werden, sodass die Werkstückdeformationen minimiert werden.
Sehr vorteilhaft ist außerdem, wenn die Korrekturdaten zur Vermeidung und/oder zur Korrektur einer ungewollten Eintiefung im Bereich der Mitte des optischen Elements eingesetzt werden.
Zur Vermeidung von Eintiefungen in der Mitte der optischen Elemente, bedingt durch die Verweilzeit bis zum Abheben der Schleifscheibe, wird in einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Mittenkorrektur- vorhalt mit variabler Breite eingesetzt. Diese Korrektur stellt sicher, dass ein knickfreier Verlauf der Form erreicht wird. Dazu wird die herzustellende Asphärenform mit einer hy- perbelförmigen Formüberlagerung versehen. Überlagert wird auf die gesamte Asphärenhöhe, wirksam wird jedoch nur ein kleiner Bereich in der Mitte, dessen Breite durch einen Parameter bestimmt wird. Durch die Überlagerung auf die gesamte Fläche der Asphäre ist sichergestellt, dass kein Sprung im Asphärenverlauf auftritt. Praktisch wirksam durch die Maschinenauflösung ist jedoch nur der ansteigende kleine Mittenbereich.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Korrekturdaten zur Korrektur von fehlerhaften Abweichungen der her- gestellten Asphärenform von der Sollform des optischen Elements, insbesondere bei mehreren Schleifzyklen, eingesetzt werden.
Hierdurch lassen sich in vorteilhafter Weise Formgenauigkeiten im μ -Bereich durch mögliche Korrekturüberlagerungen aus vorangegangenen Messungen der Fehler, insbesondere bei mehreren Schleifzyklen, erreichen. Die Fehler bzw. Abweichungen von der Sollform des optischen Elements werden z.B. interfe- rometrisch oder insbesondere mit Präzisionskoordinatenmess- maschinen gemessen, wobei zusätzlich eine Glättung der Messwerte durchgeführt werden kann.
Vorteilhaft ist, wenn ein Basisradius zur sphärischen Vorfertigung des optischen Elements derart berechnet wird, dass das sphärische optische Element eine möglichst geringe Abweichung zur gewünschten Asphärenform aufweist.
Durch das Verfahren kann sehr schnell der effektivste Kugelradius ermittelt werden, der dann als Basisradius für die sphärische Vorfertigung verwendet wird. Dieser hat eine möglichst geringe Abweichung gegen die Asphärenform, damit die Materialzerspanung bzw. der Polieraufwand gering gehalten wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer CNC-Nas sschleif- maschine mit Zugriff auf programmgesteuert generierte NC-Daten;
Figur 2 ein prinzipmäßiges Flussdiagramm des erfindungsge- mäßen programmgesteuerten NC-Datengenerierungs- verfahrens;
Figur 3 eine Prinzipdarstellung einer Eintiefung in der Mitte eines asphärenförmigen optischen Werkstücks;
Figur 4 eine Prinzipdarstellung des Tangentenpro lems bei eingeschalteter Radienkorrektur der CNC-Nass- schleif aschine;
Figur 5a eine Darstellung zur Mittenkorrektur;
Figur 5b eine Prinzipdarstellung einer Asphärenform mit Mit- tenanhebung;
Figur 6 eine Prinzipdarstellung zur Problematik des Auslaufbereichs der Asphärenform;
Wie in Figur 1 dargestellt, greift eine CNC-Nassschleifma- schine 1 auf NC-Daten 2a, 2b, 2c zu (gepunktete Pfeile) , um ein Werkstück zu bearbeiten, im vorliegenden Ausführrungsbei- spiel soll eine Linse mit Asphärenform insbesondere zur Verwendung in Projektionsobjektiven für die Mikrolitlnographie zur Herstellung von Halbleiterelementen hergestellt werden. Die CNC-Nassschleifmaschine 1 kann die notwendigen NC-Daten 2a aus ihren eigenen Speichermedien oder durch direRtes Programmieren erhalten. Des weiteren könnte die CNC-Nass- Schleifmaschine 1 die NC-Daten 2b auch insbesondere über ein Netzwerk (z.B. Intranet, LAN o.a. - in Fig. 1 gestrichelt angedeutet) oder über eine RS232-Schnittstelle von einem Server (nicht dargestellt) beziehen oder auf den Datenbestand 2c eines Computersystems 3 direkt zugreifen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel läuft auf dem ComputerSystem 3 ein Computerprogramm, das das erfindungsgemäße NC-Datengenerierungs- verfahren implementiert. Dabei werden NC-Daten 2a, 2b, 2c zur Herstellung einer Asphärenform generiert und der CNC- Nassschleifmaschine 1 zur Verfügung gestellt. Die Datenanbin- dungen zwischen Computersystem 3 und CNC-Nassschleifmaschine 1 bzw. dem zugrunde liegenden Netzwerk sind hinlänglich bekannt, weshalb darauf nicht näher eingegangen wird.
Figur 2 zeigt ein prinzipmäßiges Flussdiagramm des als Computerprogramm implementierten erfindungsgemäßen NC-Datengene- rierungsverfahrens . Nach dem Programmstart (Schritt A) erfolgt die Eingabe des Dateinamens mit den spezifischen CNC- Nassschleifmaschinendaten in einer insbesondere graphischen Benutzeroberfläche durch den Benutzer, wonach diese Datei geöffnet und die maschinenspezifischen Daten gelesen werden (Schritt B) . In einem Schritt C erfolgt die Abfrage, ob eine Korrekturdatei mit Korrekturdaten auf die Asphärenformdaten überlagert werden soll. Bei Auswahl "J" (ja) wird der Benutzer in einem Schritt D aufgefordert, den Dateinamen der Korrekturdatei einzugeben, woraufhin die Korrekturdatei bzw. die darin befindlichen Korrekturdaten eingelesen werden. In einem Schritt E wird der Benutzer nach der Verwendung von einer weiteren Korrekturdatei gefragt, bei der Auswahl "J" (ja) wird in einer Schleife wieder der Schritt D angesprungen. Nach Eingabe aller Korrekturdateien bzw. bei Auswahl "N" (nein) in den Schritten C und E gelangt das Verfahren zu ei- nem Schritt F, bei dem die Eingabe der Geometrie und Bearbeitungsparameter zur Herstellung der gewünschten Asphärenform erfolgt. Anschließend wird der Benutzer in einem Schritt G um eine Bestätigung seiner Eingaben gebeten. Falls er die Daten nicht bestätigt (Auswahl "N" (nein) ) , gelangt er nochmals zu Schritt F und kann diese gegebenenfalls korrigieren, bei Auswahl "J" (ja) erfolgt in einem Schritt H die Berechnung der Stützpunkthöhen für die NC-Datengenerierung, wonach in einem Schritt I die NC-Datengenerierung und das Abspeichern der NC- Daten in einer Datei erfolgt, diese Datei 2a, 2b, 2c kann auf einem Server oder auf dem Computersystem 3 oder selbstverständlich auch gleich auf einem Speichermedium der CNC- Nassschleifmaschine 1 abgelegt werden. Anschließend können die vom Benutzer eingegebenen Daten in einem Schritt J in einer Konfigurationsdatei gespeichert werden und bei der nächsten Benutzung gleich verwendet werden. Danach wird das Computerprogramm beendet (Schritt K) .
Mit dem erfindungsgemäßen NC-Datengenerierungsverfahren bzw. Computerprogramm können hochgenaue Asphären, insbesondere asphärische Linsen, mit Genauigkeiten im μm-Bereich durch die möglichen Korrekturüberlagerungen hergestellt werden. Dabei werden vor allem auch die Problematiken ungewollter Eintiefung in der Mitte des Werkstücks (sogenannte Mitteneintie- fung) und steiler Auslaufbereich außerhalb des Nutzbereiches des asphärischen Werkstücks berücksichtigt.
Bei der Mitteneintiefung (häufig auch als „Ausfunken" bezeichnet) einer Schleifscheibe 4 (in den Figuren 4a, 4b dargestellt) der CNC-Nassschleifmaschine 1 in der Mitte 5 des Werkstücks 6, hier einer Asphäre, wird durch zu langsames Abheben der Schleifscheibe 4 nach Ende der Bearbeitung die Mit- te der Asphäre 4 ungewollt vertieft (siehe Figur 3) . In Figur
3 beschreibt die x-Achse die Höhe in mm und die y-Achse die Abweichung in μm. Die Schleifscheibe 4 kann von der Mitte des asphärischen Werkstücks 6 nicht unendlich schnell wegfahren, sie ist in ihrer Dynamik begrenzt. Auch schon eine kurze Verweildauer der Schleifscheibe 4 im Zentrum (ca. im Millisekundenbereich) kann schon ein Loch in einer asphärischen Linse 6 verursachen. Die Aufgabe besteht nun darin, eine Mittenein- tiefung im Werkstück 6 durch die Verweilzeit bis zum Abheben der Schleifscheibe 4 zu korrigieren. Dies kann bei aktiver Schleifscheibenradiuskorrektur nicht durch schnelles Wegfahren der Schleifscheibe 4 (in einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte statt einer Schleifscheibe 4 auch ein anderes Schleifwerkzeug, z.B. ein TopfSchleifwerkzeug vorgesehen sein) erreicht werden. In den Figuren 4a und 4b ist dieses Tangentenproblem bei eingeschalteter Radienkorrektur einer CNC-Schleifmaschine, insbesondere der CNC-Nassschleifmaschine 1 prinzipiell dargestellt. Die Schleifscheibe 4 kann von einem Punkt Pi, der tangentiert wird, den Punkt P2 auch nur tangentiell anfahren. Dies bedeutet, dass die Schleifscheibe
4 erst, wie in Figur 4a gezeigt, mit ihrem Mittelpunkt von Punkt Mi nach Punkt M2 fahren muss, um dann Punkt M3 anfahren zu können. Nur so wird Punkt P2 von Stellung Pi tangentiell angefahren. Das Werkstück 6 würde durch diesen Bewegungsablauf wie aus Fig. 4b ersichtlich zerstört. Diese Problematik ergibt sich auch, wenn die Asphärenform durch Randveränderungen nicht knickfrei verläuft. Dabei ist nicht sichergestellt, dass eine Zerstörung des Werkstückes 6 durch Bewegungen der Schleifscheibe 4 erfolgt. Abhilfe würde ein Ausschalten der Radienkorrektur bringen. Dies würde jedoch bedeuten, dass bei jeder Veränderung des Schleifscheibenradius (sogenanntes Abrichten) eine neue Berechnung des gesamten CNC-Programmes er- folgen müsste. Weiter wären die in der CNC-Nassschleifmaschine 1 eingebauten Sicherheitsmechanismen unwirksam. Dies ist für eine Serienfertigung nicht praktikabel.
Dementsprechend wird nun eine Korrekturmöglichkeit vorgeschlagen, die einen knickfreien Verlauf der Asphärenform erreicht. Dazu erfolgt bei der Mittenkorrektur eine hyperbel- förmige Formüberlagerung auf die bestehende Asphärenfläche (siehe Figur 5a) . Die Endhöhe in μm wird vorgegeben als Parameter Zmax (in der Regel die Lochtiefe) , der Parameter Z^n bestimmt die Resthöhe der Korrektur. Überlagert wird, wie vorstehend bereits erwähnt, auch die gesamte Asphärenhöhe, wirksam wird jedoch nur ein kleiner Bereich in der Mitte, dessen Breite durch den zweiten Parameter Zmin bestimmt wird. Durch die Überlagerung auf die gesamte Fläche ist sichergestellt, dass kein Sprung im Asphärenverlauf auftritt. Praktisch wirksam durch die Maschinenauflösung ist jedoch nur der ansteigende kleine Mittenbereich. Dabei ergibt sich für die zu ü- berlagernde Asphäre die Funktion ZKθrretur = (Zmin * Zmax * Lin- sendurchmesser/2) / (Linsendurchmesser/2 * Z^n + x * (Zmax - Zmin) ) für x = 0 gilt dementsprechend ZKθrrektur = Zmax. In Figur 5b ist eine derartige Mittenanhebung mit sanftem Übergang auf die Asphärenform zur Korrektur von Locheffekten durch die Schleifscheibe 4 gezeigt.
Wie aus Figur 6 ersichtlich, steigen Asphären 7a, 7b in der Regel im Randbereich, d.h. in ihrem Auslauf 8 sehr steil an, was zu Problemen bei der Bearbeitung führen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird deshalb versucht, den Auslauf 8 flacher und sanfter zu gestalten. Bei der Gestaltung des Auslaufes 8 muss berücksichtigt werden, dass ein knickfreier Übergang erreicht wird, d.h. der Übergang von einem Nutzbe- reich 9 der Asphären 7a, 7b zum Auslaufbereich 8 muss eine stetig differenzierbare Form haben. Eine Linsenhöhe 10 gliedert sich in den Nutzbereich 9 und den Auslaufbereich 8. In Figur 6 ist ein solcher flacher knickfreier Auslauf 11 der Asphäre 7b skizziert. Realisiert wird dies durch eine entsprechende Polynomgleichung mit Splines. In weiteren Ausführungsbeispielen könnte dies auch über andere mathematische Funktionen (Kreise etc.) realisiert sein. Sprünge am Übergang würden dazu führen, dass die CNC-Nassschleifmaschine 1 diese als Fehler erkennt und die Bearbeitung sofort anhält.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen zur Überlagerung eines Auslaufes vier Koeffzienten ai bis a4 zur Verfügung. Sie erlauben Verläufe mit Splines, Polynomen und Kreisen. Hier muss ein knickfreier Anschluss an den Asphärenverlauf erfolgen. Für die Ermittlung der Parameter ai bis a4 kann in der Regel ein separates Computerprogramm erforderlich sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Benutzer online über Graphikführung einen knickfreien Auslauf erzeugen. Bei einer Eingabe von Parametern und deren Modifizierung sind sofort die Auswirkungen auf die Krümmungen und auf den Verlauf der Asphäre im Randbereich sichtbar. Damit besteht die Möglichkeit, ohne ein separates Rechenprogramm Auslaufparameter zu ermitteln und eine Auslaufüberlagerung Zausιauf wie folgt zu berechnen:
ZAusiauf = ( ax * ( x - hfrei ) 3 + a2 * ( x - hfrei ) 4 + a3 * (x - hfrei) 5 + a4 * (x - hfrei ) 6; mit hfrei = x-Wert am Anfang des Auslaufs, mit Polynomkoeffizienten ai bis a4.

Claims

Patentansprüche :
1. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren zur Steuerung einer CNC-Nassschleifmaschine (1) für die Bearbeitung von optischen Elementen (Linsen 6 oder Spiegel) zur Herstellung von Asphärenformen (7a, 7b), wobei die zu schleifenden Asphärenformdaten mit Korrekturdaten überlagert werden.
2. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturdaten zur Erzeugung eines außerhalb des asphärischen Nutzbereichs des optischen Elements (6) liegenden abgeflachten Auslaufbereichs (11) eingesetzt werden.
3. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturdaten zur Vermeidung und/oder zur Korrektur einer ungewollten Eintiefung im Bereich der Mitte (5) des optischen Elements (6) eingesetzt werden.
4. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturdaten zur Korrektur von fehlerhaften Abweichungen der hergestellten Asphärenform (7a, 7b) von der Sollform des optischen Elements (6), insbesondere bei mehreren Schleifzyklen eingesetzt werden.
5. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlerhaften Abweichungen der Asphärenform (7a, 7b) des optischen Elements (6) durch Vermessen ermittelt werden.
6. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der fehlerhaften Abweichungen der Asphärenform (7a, 7b) des optischen Elements (6) mittels einer insbesondere taktilen Präzisionskoordinatenmessmaschine erfolgt.
7. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Basisradius zur sphärischen Vorfertigung des optischen Elements (6) derart berechnet wird, dass das sphärische optische Element (6) eine möglichst geringe Abweichung zur gewünschten Asphärenform (7a, 7b) aufweist.
8. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer maximalen Dimensionierung eines Schleifwerkzeugs, insbesondere einer Schleifscheibe 4 der CNC-Nassschleifmaschine (1) die Krümmungsradien der gesamten herzustellenden Asphärenform bestimmt werden, wobei mögliche ungewollte Kollisionen der Schleifscheibe (4) mit dem optischen Element (6) angezeigt werden.
9. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt die spezifischen Daten der eingesetzten CNC-Nassschleifmaschine (1) ermittelt werden; wonach in einem zweiten Schritt die anzuwendenden Korrekturdaten ermittelt werden; wonach in einem dritten Schritt die Geometrie- und Bearbeitungsparameter für die Asphärenform (7a, 7b) erfasst werden; wonach in einem vierten Schritt die Berechnung der Stützpunkthöhen für die NC-Datengenerierung erfolgt; und wonach in einem fünften Schritt die NC-Daten aus den in den Schritten eins bis vier ermittelten bzw. errechneten Daten generiert, abgelegt und/oder der CNC-Nassschleifmaschine (1) zur Herstellung der Asphärenform (7a, 7b) beim optischen Element (6) zur Verfügung gestellt werden.
10. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten Schritt, die in den Schritten eins bis drei ermittelten Daten für zukünftige Anwendungen des Verfahrens abgelegt werden.
11. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt optional das geschliffene optische Element (6), insbesondere mit einer Präzisionskoordi- natenmessmaschine vermessen wird, wobei bei aufgetretenen Fehlern bzw. Abweichungen in der Asphärenform (7a, 7b) diese als zu überlagernde Korrekturdaten hinterlegt werden, wobei zur Korrektur wieder ein neuer Schleifzyklus beim ersten Verfahrensschritt gestartet wird.
12. Programmgesteuertes NC-Datengenerierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optisches Element als asphärische Linse (6) verwendet wird.
13. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Verfahrensschritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
14. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
15. CNC-Nassschleifmaschine, die bei der Bearbeitung eines optischen Elements (6) zur Herstellung einer Asphärenform mit NC-Daten (2a, 2b, 2c) gesteuert wird, welche mittels eines Computerprogramms gemäß Anspruch 13 generiert wurden.
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