DE1921286A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen optischer Flaechen - Google Patents

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen optischer Flftchen

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen optischer Flftchen. In besonderen ist die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren gerichtet* die zum Erzeugen radialsymaetrischer optischer Fliehen besonders geeignet sind ο

Radialsymmetriste optische Fliehen werden in de» »eisten Pillen mit Maschinen erzeugt, welche eine Relativbewegung zwischen einem optischen Lippwerkzeug und der zu bearbeitenden OberflIch· eines geeigneten optischen Rohlings herbeiführen« Die relative Bewegung besitzt normalerweise sowohl Umfang»· als auch radiale Komponenten, so daß Sich das Lippwerkzeug periodisch Ober alle Bereiche der Werk»tückoberfliehe bewegt. Bei einer typischen Maschine wird die Umfangskomponente dadurch erzielt, dad der optische Rohling gedreht wird, während die radiale Komponente dadurch herbeigeführt wird, daß das Lftppwerkzeug hin und herbewegt wird. Die besonder· sich wiederholende Bahn, der das Lippwerkzeug auf der Werkstück· oberfläche folgt, wird durch Einstellen der Maschine von. Hand

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festgelegt und während eines typischen Poliervorgangs wird durch einen Techniker die Maschine periodisch nachgestellt, ue die ' Bahn der relativen Bewegung zu verändern. Diese periodischen Modifikationen der Bahnen der relativen Bewegung werden in Versuchen festgelegt, ua eine gewünschte Oberfitchenkontur xu er- ; zielen und werden nach einer völlig empirisch entwickelten Tech- j nik durchgeführt. ^:

Die Erzeugung radialsyanetrlscher Pittchen nit Maschinen dieser Art ist ait einer Reihe von Nachtellen verbunden, zu denen das Erfordernis sorgfältig ausgebildeter Technik«? gehört und die durch langwierige BehandlungsMethoden und eiaen ungenügenden Grad an Zuverlässigkeit und Prlzision bedingt sindo Diese Mängel treten in noch stärkeren Maße in Erscheinung bei der Herstellung v»r· hältnisnässig grosser Flachen von beispielsweise 38 es (15 ") Durchmesser und grosser, bei denen die Gefahr des Entstehens von Drehung*-Unsyraetrien grosser als bei Fliehen, «it kleine« Durchmesser ist„ Es besteht daher ein allgemeiner Bedarf für verbesserte Systeme zur Erzeugung optischer Fliehen₀

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Systems zur Erzeugung optischer Fliehen, ait den radialsyanetri* sehe optische Flächen in wirksamer und genau gesteuerter Welse hergestellt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Oberfltchenerzeugtmgssystem alt * einem Rohlingträger zur Auflagerung eines optischen Rohlings,, ·· einem Oberflichen-Modifizieraechanisaus, der dazu dient, relative Erhebungen an der Werkstückoberfläche des aufgelagertes ©ptl« sehen Rohlings zu verändern, eine* Antriebsaeehanisaug.» durch welchen zwischen dea Läppwerkzeug und der Werkstückoberfläche ' eine relative Querbewegung sowohl mit Uafangs- als auch aät radialen Schw|ngungskoapenentfen herbeigeführt werden kann® einer selbsttätigen Steuereinrichtung zur

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selektiven Veränderung der Amplitude der radialen Schwingung*- komponente der Relativbewegung» Sie selbsttätig· programmierte Steuerung der radialen Schwingungskomponente der Relativbewegung ermöglicht das wirksame Erzeugen radialsyametrischer optischer Flachen von hoher Präzision.

Ein Merkmal eines erfindungsgemfissen Systems zur Erzeugung optischer Flächen der vorgenannten Art besteht darin, daß der Flächenmodifiziernechanismus ein herkömmliches optisches Lflppwerkseug ist, das zum Schleifen und Polieren optischer Flachen geeignet ist«, Bei diesem System wird eine gewünschte radialsymmetrische Oberflache durch selektives Abtragen von Material von der Bearbeitungsoberfläche des optischen Rohlings erzeugt» <^:

Ein weiteres Merkmal eines erfindungsgemässen Systems der erwähnten Art zur Erzeugung optischer Fliehen besteht darin, daft eine Steuereinrichtung eine sich verändernde Zahl von Bewegungen des optischen Lappwerkzeuges über jeden einer Vielzahl von kreisförmigen, ringförmigen und radial vondnander in Abstand befindlichen Bereichen auf der Bearbeitungsoberflftche bewirkt und die verschiedenen Zahlen solcher Bewegungen eine besondere Beziehung haben, die so bestimmt ist, daß die gewünschte Flache erzeugt wird« Durch eine genaue Steuerung der Zahl der Lappbewegungen Ober jeden der radial voneinander in Abstand befindlichen ringförmigen Bereiche können bestimmte spezifische Volumen des Rohlingmaterials von diesen Bereichen so abgetragen werden, daft die gewünschte radialsynmetrische Flache erhalten wird6

Ein weiteres Merkmal eines erfindungsgemässen Systems der vorgenannten Art zur Erzeugung optischer Flachen besteht darin, daß die Steuereinrichtung in .ungeregelter bzw» wahlloser Weise die Amplitude der Radialschwingungskostponente der Relativbewegung verändertο Durch eine ungeregelte Veränderung der Amplitude der radialen Komponente wird verhindert, daß das optische LäppweTkzeug

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seinen Bewegungen über die Bearbeitungsoberfläche nachläuft, wodurch die Erzeugung einer Oberfläche von hoher optischer Qualität sichergestellt wird.

Ein weiteres Merkmal eines Systems der vorangehend gekennzeichneten Art zur Erzeugung optischer Flächen besteht darin, daß die Steuereinrichtung aufeinanderfolgend den Richtungssinn der radialen Komponente der Relativbewegung umkehrt, wenn sich das optische Läppwerkzeug senkrecht benachbart bestimmten kontinuierlich verschiedenen radialen Stellungen auf der Bearbeitungsoberfläche befindet. Die Umkehrung der Richtung der radiales Komponente an bestimmten relativen Stellen zwischen de« Läppwerk« zeug und der Bearbeitungsoberfläche ermöglicht das Erzeugen einer gewünschten Oberflächenkontur, wobei die kontinuierliche Veränderung der Unkehrstellen die optische Qualität der erzeugten Fläche verbessert«

Ein weiteres Merkmal eines Systems der voranstellend gekennzeichneten Art zur Erzeugung optischer Flächen besteht darin, daß die Steuereinrichtung eine Führung nit einer Information umfaßt., welche sich auf die relativen Stellen der Richtungsumkehrimg der radialen Komponente bezieht und einen Sensor, der die Rlehtungsumkehrungen bsi einer Betätigung durch die Führung bewirkt« Bei dieser Anordnung wird eine Führung, die mit Information hinsichtlich der gewünschten Oberflächenkontur programmiert worden ist, das« verwendetο die gewünschten Richtungsumkehrungen in der radialen Komponente der Relativbewegung einzuleiten.

Ein weiteres Merkmal eines erfindungsgemässen Systems der voranstehend gekennzeichneten Art zur Erzeugung einer optischen Fläche besteht darin, daß der Antriebsmechanismus die Umfang»- komponente der Relativbewegung dadurch erzeugt, daß der optische Rohling gedreht und die radiale Komponente der Relativbe-

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.wegung dadurch hervorgerufen wird, daß das optische Läppwerkzeug quer über die Bearbeitungsoberfläche hin und her bewegt wird. Durch einen gesonderten Antrieb für das Läppwerkzeug und den Rohling können die beiden gewünschten Komponenten der Relativbewegung zwischen beiden in einem einfachen und leicht steuerbaren System hervorgerufen werden₀

Ein weiteres Merkmel eines erfindungsgemässen Systems der voranstehend gekennzeichneten Art zur Erzeugung optischer Flächen besteht darinj, daß die Führung einen ersten Satz von Informationen uwfaßtj, welcher die RichtungsumkchTungen der radialen Komponente in dem einen Sinn bewirkt„ und einen zweiten Satz von Informationen, der die Riehtungsumkehrungen der radialen Komponenten im entgegengesetzten Sinn bewirktο Bei dieser sehr einfachen Anordnung wird das Läppwerkseug radial mit einer sich verändernden Amplitude hin und herbewegt, welche durch zwei Sätze von Informationen bestimmt wird, die entgegengesetzte Richtungen der Läppwerkzeug-Bewegungs umkehrungen hervorrufen«,

Ein weiteres Merkmal eines erfindungsgemässen Systems der voranstehend gekennzeichneten Art zur Erzeugung optischer Flächen besteht darin„ daß das Sensorelement zwischen der ersten und der zweiten Führung synchron mit dem optischen Läppwerkzeug hin und herbewegt wird und die Richtungsumkehrungen aufgrund periodischer Arbeitsbegegnungen mit den Führungen herbeiführt« Bei einer bevorzugten Ausführung?form werden die erste und die zweite Führung durch Kurvenscheiben gebildet, die mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten angetrieben werden, so daß sie regellose Veränderungen in der Amplitude der radialen Bewegung des Läppwerkzeugs über die Bearbeitungsoberfläche verursachen.

Ein weiteres Merkmal eines erfindungsgemässen Systems der votanstehend gekennzeichneten Art zur Erzeugung optischer Flächen besteht dayin_D daß der Arbeitsflächenbereich de· optischen LIpp-

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verkzeugs kleiner als der Bereich der Bearbeitungsoberfläche ist* Die Verwendung eines Oberflächenmodifiziermechanismus mit einem Arbeitsbereich der kleiner als derjenige der Werkstückoberflache ist, erhöht die Flexibilität des Systems zur selektiven Flächenerzeugung S

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Flächenerzeugungsverfahren, bei welchem eine relative Querbewegung zwischen einen Oberflächenmodifiziermechanismus und der Werkstückfläche eines optischen Rohlings hervorgerufen wird, die relative Querbewegung in einer Bahn bewirkt wird, die sowohl Umfang!- als auch Radialschwingungskomponenten hat, und kontinuierlich und selektiv die Amplitude der Radialschwingungskomponente der relativen Querbewegung verändert wird* Eine kontinuierliche selektive Veränderung der Radialschwingungskomponente der relativen Bewegung ermöglicht die wirksame Erzeugung voraussagbarer Tadialsymmetrischer optischer Flächen von hoher Präzision.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens zur Erzeugung optischer Flächen bssteht darin, daß die kontinuierlichen selektiven Veränderungen in der Amplitude der radialen Komponente dar Relativbewegung dadurch herbeigeführt werden, daß die Richtung der radialen Komponente an bestimmten, sich kontinuierlich verändernden radialen Stellen an der Werkstückoberfläche umgekehrt wird. Die Steuerung der Stellung der Richtungsumkehrungen der radialen Komponenten ergibt ein ausserordsntlich genaues Verfahren zur Oberflächenerzeugung„

Die vorgenannten und weitere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dar nachfolgenden näheren Beschreibung iß Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig» 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführung«form der Erfindung;

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Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig* 3 eine Endansicht der in Fig« 1 dargestellten Ausführung*- fora;

Figo 4 ein Schaltbild einer Steuerschaltung für das in Figo 1*3 dargestellte Systen;

o 5 eine Schnittansicht eines optischen Rohlings, in welcher eins gewünschte Oberflächenveränderung dargestellt ist;

r 6 eine graphische Darstellung,, bei welcher Ober den Radius des optischen Rohlings die Läppscheibenmittelpunkt-Querbewogungen aufgetragen sind, die zur Erzeugung der in Figc S dargestellten Oberflächenkontur erforderlich sind und

Fig« 7 eine schenatische Darstellung von FOhrungskurven, welche der in Figo 6 aufgetragenen Information entsprechen«

In Figo 1 - 3 ist eine Vorrichtung 11 zur Erzeugung optischer Flächen gezeigt, die zum Schleifen oder Polieren der Werk*tuckflache 12 des optischen Rohlings 13 geeignet ist«, Zur Auflagerung des Rohlings 13 dient ein Drehtisch 14, der auf eines Unterbau 15 durch ein© Welle 16 drehbar gelagert ist, die von einem nicht gezeigten geeigneten Antriebsmotor angetrieben wird. Bine schwenkbare Platte 17 ist zur Schwenkbewegung auf einem Lagerzapfen 18 angeordnet„ der sich aus einem Lagerblock 19 auf dem Unterbau heraus erstreckt₀ Durch das eine Ende der Schwenkplatte 17 ist eine Welle 22 drehbar gelagert, deren eines Ende mit dem Flächennodifizier-Läppwerkseug 23 drehfest verkeilt ist, während ihr anderes Ende mit einer Riemenscheibe 24 verkeilt ist„ Der Drehen·*

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trieb des Läppwerkseugs 23 geschieht durch einen Antriebsmotor 36, der mit der Riemenscheibe 24 durch einen Antriebsriemen 26 gekuppelt ist.

Auf dem Unterbau IS ist ferner ein Antrieb Sl mit einer Querver» stellplatte 32 gelagert, die zwischen den Seitenwänden 33 des Antriebs angeordnet ist. Die Querverstellplatte 3Z ist auf einer Gleitführung 34 angeordnet und wird durch den Arbeitseingriff mit einer Gewindespindel 35 angetrieben_o Die entgegengesetzten Enden der Gleitführung 34 sind in den Seitenwänden 33 befestigt, während die Antriebsspindel 35 in diesen zur Drehung gelagert und mit dem Antriebsmotor 36 gekuppelt ist. An den einen Rand der Querverstellplatte 32 ist eine Gabel 37 befestigt« welche lose mit einen Zapfen 38 in Eingriff steht« der von der Schwenkplatte 17 an deren des Lftppwerkzeug 23 entgegengesetzten Ende absteht·

Die Oberflächenerzeugungsvorrichtung 11 besitzt ferner eine Steuereinrichtung 41, die in erster Linie durch die Sensoreinrichtung 42 und die Kurvenscheiben 43 und 44 gebildet wird· Die Sensoreinrichtung 42 weist ein hohles offenendlgcs Sensorreh? 4 S aufβ welches Licht auf eine Photoselle überträgt, die innerhalb des Gehäuses 46 der Steuereinrichtung angeordnet ist, das sich auf der Querverstellplatte 32 befindet. Die Steuerschaltung ie Gehäuse 46 ist »it einem Netzteil in einem Gehäuse 47 durch ein elektrisches Kabel 48 verbunden» Ferner sind an den Netzteil in Gehäuse 47 durch elektrische Kabel 48* Kontaktschalter 49 und angeschlossen, die an den Innenflächen der Seitenwfinde 33 angebracht sind. Die Kontaktschalter 49 und 51 befinden sich in Ausfluchtung mit Stiften 52 und 53, die von entgegengesetzten Kanten der Querverstellplatte 32 abstehen. Ferner ist «it den Netzteil im Gehäuse 47 der Antriebsmotor 36 fiber ein elektrisches Kabel £4 verbunden«

Von der Endwand 57 sind auf Wellen 58 und 59 die Kurvenscheiben

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und 44 drehbar gelagerte Die Welle 58 ist alt einer Antriebsriemens ehe Ib β 61 verkeilt, deren Durchmesser halb so groß wie derjenige der Antriebsriemenscheibe 62 ist, die auf der Welle 59 befestigt ist» Die Drehung der Kurvenscheibe 43 wird durch mechanisches Kuppeln mit einem Antriebsmotor 68 bewirkt, während die Kurvenscheibe 44 durch einen Antriebsriemen 69 zur Drehung angetrieben wird, der sich zwischen den Riemenscheiben 61 und 62 erstreckt. Von der Bndwand 57 wird durch.Halterungen 71 «ine Lichtquelle 72 getragen, die sich horizontal alt des offenen Ende des Sensorrohres 45 durch eine Bndwandaussparung 73 in Ausfluchtung befindet, wie in Fig« 3 gezeigt»

Fig« 4 zeigt in schematischer Darstellung die Schaltungsanordnung im Sensorgehäuse 46 und im Netzteilgehftuse 47₀ Ia Gehäuse 47 befindet sich ein Zweiweggleichrichter 81 und ein Schaltkreis 82, die beide mit Wechselstromnetz-Anschluftklemmen 83 und 84 durch Leitungen 85 und 86 verbunden sind. In Reihenschaltung in der elektrischen Leitung 85 befinden sich die auch in Fig» I dargestellten Kontaktschalter 49 und Sl₀ Die positiven und negativen Ausginge des Gleichrichters 81 werden den Kleaaen 87 und 8$ der Steuerschaltung im Gehäuse 46 zugeführt.

ϊη Reihenschaltung zwischen der positiven Klemme 87 und der Brde befinden sich ein Widerstand 91 und eine Photozelle .92, die so angeordnet ist, daß sie Licht aufnimmt, das durch das hohle in Fig. 1-3 gezeigte Sensorrohr 45 fibertragen wird_e Mit der positiven Klemme 87 ist ein Transistor 93 mit seiner Kollektorelektrode 94 verbunden, während die Basiselektrode 95 des Transistors mit der Verbindungsstelle zwischen der Photozelle 92 und dem Widerstand 91 verbunden ist_Q Mit der Basiselektrode 95 und der Brde ist ein Kondensator 96 gekoppelt» Die Emitterelektrode 97 des Transistors 93 ist unmittelbar mit einer Schmitt-Triggerschaltung 98 und Ober einen Wideretand 99 mit der negativen Klemme 88 verbunden. Der Schmitt-Triggerschaltung 98 werden

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ferner die positiven und negativen Spannungen an den Klemmen 87 und 88 zugeführt.

Dtr Ausgang der Schmitt-Triggerschaltung 98 wird der Basiselektrode 101 eines Transistors 102 zugeführt, dessen Bmitterelektrode 103 geerdet ist. Mit der Kollektorelektrode 104 ist die Parallelkombination aus dem Widerstand 105 und dem Kondensator 106 verbundene Die Wicklung 107 eines Relais 108 ist zwischen der positiven Klemme 87 und der Parallelkombination aus dem Widerstand 105 und dem Kondensator 106 geschaltete Im Nebenschluß zur Wicklung 107 befindet sich eine Diode 109. Die Kontakte 111 des Relais 108 sind durch Leitungen 112 mit dem Sehaltkreis 82 verbunden, der sich im Netzteilgehftuse 47

wahrend des Betriebs der Plächenerzeugungsvorrichtung 11 werden der nicht gezeigte, mit dem Drehtisch 14 gekuppelte Motor und die Antriebsmotoren 25 und 68 erregt, um den optischen Rohling 13, das optische Läppwerkzeug 23 und die Kurvenscheiben 43 und 44 in Drehung zu versetzen. Gleichzeitig wird eiste Wechselstromquelle an die Eingangsklemmen 83 und 84 (Fig. 4) gelegt, was zur Folge hat, daß der Umkehrantriebsmotor 36 fiber den Schaltkreis 82 erregt wird· Hierdurch wird die Antriebsspindel 35 in Drehung versetzt, so daß die Querverstellplatte 42 eine Querbewegung in einer Richtung ausführt, die durch die Drtohrichtung des Motors 36 bestimmt wird.

Wenn die Bewegung der Querverstellplatte 32, gesehen in Fig. 1, in der Aufwirtsrichtung angenommen wird, wird die Schwenkplatte 17 im Gegenseigersinn verschwenkt, was eine radial· Bewegung des Lippwerkzeug* 23 zur Mitte der Werkstückoberfläche 12 sur Folg· hat· Diese Bewegung dauert so lange an, bis das offen· Bude des Sensorrohres 45 von der Lichtquelle 72 durch den fusee*· ren Randteil der Kurvenscheibe 43 abgeschirmt wird. Bei. dieser relativen Stellung swischen des Sensorrohr 45 und der Kurven·

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scheibe 43 wird aktivierendes Licht daran gehindert, die Phototeile 92 (Figo 4) xu erreichen, so daß diese eine höhere Iopedanz besitztο Infolge dieser Impedanzveränderung wird an die Basiselektrode 95 des Transistors 93 eine Zündspannung gelegt, die ihrerseits die Schnitt-Triggerschaltung 98 aktiviert. Der Ausgang der Schnitt-Triggerschaltung 98 zündet den Transistor 102, was einen Impuls eines erregenden Strenflusses durch die Relaiswicklung 107 zuläßt. Hierdurch werden die Schalterkontakte 111 kurzzeitig geschlossen, um ein herkOnmliches Stromstoßrelais (nicht gezeigt) im Schaltkreis 82 zu betätigen₀ Bei der Betätigung des Stromstoßrelais kehrt der Schaltkreis 82 die an den Motor 36 gelegten Polaritäten ue, wodurch die Richtung seiner Drehung ungekehrt wirde

Nach der Unkehrung des Motors 36 wird die Querverstellplatte 32, gesehen in Figl, in der Richtung nach unten getrieben. Die· verursacht eine Uhrteigersinndrehung der Schwenkplatte 17 und eine zugeordnete radiale Bewegung des Lippwerkzeugs 23 von der Mitte der Werkstückoberfläche 12 weg· Diese Bewegimg dauert so lange an, bis das offene Ende des Sensorrohres 45 von der Lichtquelle 72 durch den tusseren Randteil der Kurvenscheibe 44 abgeschirmt wirdc In dieser Stellung ist die Photoselle 92 wiederum gegen aktivierendes Licht abgeschirmt und die Sensoreinrichtung 46 spricht, wie vorangehend beschrieben, an, um einen Erregung* impuls an die Relaiswicklung 107 abzugeben. Durch ein kurzzeitiges Schliessen der Schalterkontakte 111 wird der Schaltkreis 82 betätigt, um die an den Antriebsmotor 36 gelegtes Polaritäten erneut umzukehren. Die Querverstellplatt· S nimmt daher ihre Bewegung in der Äufwärtsrichtung wieder auf und das Lippwerkzeug 23 beginnt eine radiale Bewegung in einer Richtung zur Mitte der Werkstückoberflache 12„

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die Querverstellplatte und die auf ihr fest angeordnete Sensoreinrichtung 42 sich kon-

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tinuiorllch zwischen der optischen Anlas· an Aussenunfang der Kurvenscheiben 43 und 44 hin- und herbewegen und daß das optische Lftppwerkzeug 23 synchron in einer im wesentlichen radialen Bahn Ifings der Werkstückoberfläche 12 in Schwingungen versetzt wirdο Infolge dieser schwingenden Bewegung des Läppwerkzeugs und der gleichzeitigen Drehung des optischen Rohlings 13 wird eine Bahn für die relative Bewegung zwischen .den optischen Läppwerkzeug 23 und der Werkstückoberfläche 12 erhalten, die sowohl Umfangs- als auch radiale Konponenten hat« Während dieser relativen Bewegung dient das Lippwerkzeug 23 in der herkömmlichen Weise, Material von den jeweiligen Bereich der Werkstückoberfläche 12, nit den es sich in Kontakt befindet, abzutragen» Da jedoch die Amplitude der radialen Lfippwerkzeugschwingungen kontinuierlich in einer bestirnten Weise durch die Steuereinrichtung 41 verftndert werden kann, kann ein hochselektives, radial symmetrisches Polieren der Werkstückoberfläche 12 erreicht werdenο Ein Beispiel, wie die Steuereinrichtung 41 dazu verwendet werden kann, eine gewünschte Oberflftchenkontur an der Werkstückoberfläche 12 zu erzeugen, wird nachfolgend beschriebene

Es sei angenoemen, daß eine Schnidt-Platte aus den in Fig» 5 in diametralen Querschnitt dargestellten kreisförmigen Rohling 13 hergestellt werden solle Die an sich bekannte, radial svnmetrische Oberflfichenkontür, die für eine Schnidt-Platte erforderlich ist, ist durch die Konturlinie 122 schenatisch dargestellt ο Die Erzeugung der Flache 122 erfordert, wie ersichtlich, das Abtragen von Rohling 13 eines Mattrialvoluntns, das in Schnitt durch die schraffiert· Fläche 123 dargestellt ist. Da das Volunen des abzunehnenden Rohlingmaterials radial symmetrisch ist, lassen sich die Mat#rialibtragungser£orderni*s· dadurch analysieren, daß ein radialer Schnitt durch dieses VoIu η·η, wie beispielsweise durch die rechte Halft· des Bereichs in Fig, S dargestellt, betrachtet wird«

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Kas diesen Bereich betrifft, so ergibt sich, daß eine maximale Tiefe des Rohlingmaterials lange eines konzentrischen Kreises abgetragen werden nuß, der durch den Punkt 124 dargestellt 1st, und daß geringere Naterialtiefen an der Mitte 125 des Rohlings und längs seines Aussenumfangs 126 abgenommen werden nuß«, Das Läppwerkzeug 123 nuß daher einen ringföriaigen Flächenbereich polieren, der zu den durch den Punkt 124 dargestellten Kreis in stärkeren Maße zentriert ist als Bereiche, die sich in der Mitte 125 oder am Aussenuafeng 126 des Rohlings befinden. Ferner erfordern, da der Sinn der Neigung der Konturlinie 122 sich xvischen den Punkt 124 und den Mittelpunkt 125 des Rohlings nicht verändert, die ringförmigen konzentrischen Bereiche der Werkstückoberfläche 12 zwischen diesen Begrenzungen je eine verschiedene Spanabnahnetiefe des Rohlingnaterials, welche Tiefe in der radialen Richtung zwischen den Mittelpunkt 125 des Rohlings und den durch den Punkt 124 dargestellten Krei» suninnt. In ähnlicher Weise nüssen abnehmende Tiefen des Rofelingnaterial» von den radial voneinander in Abstand befindliehen ringförmigen Plächenberoichen zwischen den durch den Punkt 124 dargestellten Kreis und dem Aussenumfang 126 abgetragen werden.

Brfindungsgemäft werden die verschiedenen Rohlingmaterial-Abnahmetiefen_e die zur Erzeugung der Oberflächenkontur 122 erforderlich sind, dadurch entwickelt, daft die relative Zelt für das Lippwerkzeug 23 in den radial voneinander in Abstand befindlichen» kreisförmigen konzentrischen Bereichen an der Werkstückoberfläche 12 genau gesteuert wird. Das gewünschte Verhältnis wird dadurch erzeugt, daft in einer bestimmten Weise die Amplitude der radialen Schwingungen dbs Uppwerkzengs 23, welche durch die schwenkbare Platte 17 hervorgerufen werden, kontinuierlich verändert wird/Diese sich verändernde Amplitude wird so festgelegt, daß die relative Zahl von Malen genau gesteuert wird, mit welcher der Mittelpunkt des Läppwerkseugs 23 durch verschie-

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dene radiale Stellungen auf der Werkstückoberfläche 12 hindufchllufto

Die Beziehung zwischen den Querhewegungen des Llppwerkzeug»it« telpunkts und den Radius des optischen Rohlings ist durch die Kurve 131 in Figo 6 gezeigt« Die Läppscheibeiwittelpunkte-Querbewegungen sind llngs der Ordinatenachs· Aufgetragen und der Radius des optischen Rohlings ist llngs der Abszissenachse auf» getragen» Die aufgetragene Kurve 131 befindet sich in vertikaler Ausfluchtung «it de» in Fig_Q 5 gexeigtea Querschnitt des optischen Rohlings 13, un einen Vergleich der in diesen Figuren dargestellten Faktoren zu erleichtern. Hierbei ist jedoch zu erwlhnen, daß die angegebenen vertikalen Aus fluch tungen besonderer Punkte in Fig. S und 6 lediglich beispielsweise angegeben sind und daher nicht beschrankend auszuleiern sind. Obwohl beispielsweise der Punkt 124 in Figo S dea flohälngradius anzeigt» der dia größte Tiefe der Materialabtragung erfordert, in vertikaler Ausfluchtung sit ie« Scheitel 132 der Kurve 131 dargestellt ist, braucht diese Beziehung nicht zu bestehen und besteht in den «eisten Fällen nicht. Wie zu erwarten war, ist die Kurve 131 auf beiden Seiten des Scheitels 132 nach unten geneigt und endet an den unteren Punkten 133 und 134» Der untere Punkt 133 stellt den Mittelpunkt 125 des optischen Rohlings dar, der, wie erwlhnt, eine Mindesttieft der Rehlingsaterial-AbnaluM innerhalb des Radius 124 erfordert, wlhrend der untere Punkt 134 einen Rohlingradius darstellt, der des Anssenuafang 126 eng benachbart 1st. Hierbei 1st ferner zu erwlhnen, daft in der Ordinate im Fig.6 die Querbewegungen des Llppscheibtnalttelptmktes und nicht der Uppscheibenkante aufgetragen sind. Daher bedeutet das Bn-i® dar Kurve 131 as Punkt 134 bei eine« Rohlingradius, der kleiner &U der aaxiaale Radius ist, nicht, dal ein lusserer Randteil des Rohlings von der Fliehe des Lippwerkzeugs 23 itäbtrQhrt bleibt® Beispielsweise kann die Lippscheibe 23 eisen Durchmesse der gleich de» halben Radius der Werkstückoberfläche 12 äst.

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Bine authentische Analyse der Kurve ISl hlnslchtSdi der er* forderlichen Rohlingmaterial-Abnahmetiefen, wie in Fig« 5 dargestellt, ist wegen der dabei zu berücksichtigenden zahlreichen veränderlichen Grossen ausserordentlich kompliziert. Beispiele dieser veränderlichen Werte sind die Materialeigenschaften des jeweiligen Läppverkzeugs und des verwendeten Rohlings, die Dreh* geschwindigkeiten sowohl des Rohlings als auch des Llppverkseugs, die relativen Grossen des Lflppwerkzeugs und des Rohlings, die radiale Verlagerungsgeschwindigkeit des schwingenden Lflppwerkteugs, der zwischen den Fliehen de· Llppwerkzeugs und des Roh· lings ausgeübte Druck usw.. Wegen dieser vielen Veränderlichen werden Annftherungsverfahren zur Aufstellung der Beziehung zwischen der Lftppscheibenmittelpunkt-Querbewegung und dem Rohlingradius, welche fflr eine besondere Oberfllchenkontur geeignet st, bevorzugt. Wenn jedoch die Beziehung einaal ermittelt worden äst, bleibt sie konstant, vorausgesetzt, daß die vorerwähnten Poliervorftnderliehen gleichafissig aufrechterhalten werden.

Nach der Ableitung der Kurve ISl wird die von dieser dargestellt Information auf einen Führungsmechanismns übertragen, der zur Steuerung der gewünschten Bewegung des Lippwerkzeugs 23 geelg» net ist. Bei der dargestellten Ausführung«form der Brfinduag wird dieser Führungsmechanismus durch die in Fig. 1 - S dtrgf stellten Kurvenscheiben 43 und 44 gebildet« Fig. 7 zeigt in vergrOssertem Maßstab Kurvenscheiben 43 und 44, die der in der Kurve 131 in Fig. 6 enthaltenen Information angepaßt sind.

Wie in Fig. 6 dargestellt, werden die Abmessungen der Kurvenscheiben 43 und 44 unmittelbar aus der Kurve ISl abgeleitet. Die rechte Hllfte der Kurve 131 zwischen dem Scheitel 132 tmd des unteren Punkt 134 liefert die Abmessungen für die Kurvenscheibe 44, wfthrend die linke Hilft· zwischen dem Scheitel 132 und dem unteren Punkt 133 die Abmessungen für die Kurvenscheibe 43 liefert „ Ii* vertikale Linie 137 stellt die Winkelstellungen um

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die eine HS If te der zweiseitig-symmet riechen Kurvenscheibe 43 dar, während die horizontalen Linien, welche die vertikale Linie 137 und die linke H&lfte der Kurve 131 miteinander verbinden, die radialen Abmessungen der Kurvenscheibe 43 in den jeweiligen Winkelstellungen darstellen. In ähnlicher Weise stellt die vertikale Linie 138 die Winkelstellungen um die eine Hälfte der zweiseitig-symmetrischen Scheibe 44 dar, wahrend die; horizontalen Linien, welche die vertikale Linie 138 und die rechte Hälft« der Kurve 131 miteinander verbinden, die radialen Amessungen der Kurvenscheibe 44 in den zugeordneten Winkelstellungen darstellen„

Beispielsweise stellt die Linie 141 die radiale Mindestabnessung der Kurvenscheibe 43 dar, die Linie 142 die radialen Abmessungen der Kurvenscheibe 43 in den Winkelstellungen von 45° von der Stellung mit dem Mindestradius, die Linie MS die radialen Abmessungen der Kurvenscheibe 43 in .den WinkelStellungen von von dom Mindestradius, die Linie 144 die radialen Abmessungen der Kurvenscheibe 43 in den Winkelstellungen 135° vom Mindestredius und die Liai© 145 die maximale radiale Abmessung der Kurvenscheibe 43 dia*et?sl entgegengesetzt dem Mindest radius«, In ähnlicher Weise stellt die Linie 146 die radiale Mindestabmessung der Kurvenscheibe 44 dar und die Linie 146 die diametral entgegengesetzte maximale radiale Abmessung der Kurvenscheibe 44, wfihrend die Linien 148, 149 und 151 die radialen Abmessungen der kurvenscheibe 44 in den Winkelstellungen von 45°, 90° bzwo 135° vom Mindesthalbmesser darstellen»

Pig, 7 zeigt in schematischer Darstellung die Kurvenscheibe und 44 in der vorangehend beschriebenen Weise bemvsen und in der relativen Anordnung in der Steuereinrichtung 41. Das Sensorrohr 45 ist in seiner relativen Stellung zwischen den Kurvenscheiben 43 und 44 gezeigt, die dir Lage des Mittelpunkts der Lippscheibe 23 senkrecht benachbart der radialen Stellung auf

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der Werkstückoberfläche 12, die durch den Punkt 124 in Fig. S dargestellt ist, entspricht. Wie hieraus ersichtlich, sind die verschiedenen: mechanischen Parameter der Oberflächenerseugungsvorrichtung 11 und der Mindest-Kurvenscheibenhalbmesser, welche durch die Linien 141 und 146 dargestellt sind, so gewählt, daß eine geradlinige Bewegung Α·λ Sensorrohres 45 Ober die Strecke d (Figo 7) eine radiale Bewegung der Läppseheibe 23 längs der Werkstückoberfläche 12 über eine Strecke D (Figo 6) bewirkt. Diese letztere Strecke entspricht natürlich der gewünschten staxinalen Aaplitude der radialen Läppscheibenbewegung» In Ähnlicher Weise befinden sich bei einer halben Usidrehung jeder der Ku*'v^nscheiben 43 und 44 aus den in Fig. 7 gezeigten Stellungen d4@ Kurvenscheibenkanten Mit den maximalen Halbeessern 145 und 147 in Ausfluchtung mit den Mittelpunkt des Sensorrohres 45_β Zn diesen relativen Stellungen erzeugen die Kurvenscheiben 43 und 44 die Mindest- oder Nullaaplitude der radialen Läppscheibenbewegung, die in Fig. 6 durch den Punkt 132 dargestellt ist„

!eher wird während der Hin- und Herbewegung des Sensorrohres 45 zwischen den Xanten der sich drehenden Kurvenscheiben 43 und 44 die Richtung der radialen Bewegung der optischen Lippscheibe wiederholt an denjenigen bestimmten radialen Stellen auf der Werkstückoberfläche 12 umgekehrt, welche durch die Kanten der Kurvenscheiben 43 und 44 dargestellt sindo Saher Mrden der Läppscheibe 23 schwingende Bewegungen ait sieh kontinuierlich verändernden Amplituden zwischen den erwähnten Höchst- und Mindestwerten Mitgeteilt. Natürlich entspricht nach einer längeren Betriebsperiode di· relativ« Zahl der Ltppscheibennittelpunkt-Hin- und Herbewegungen über jedem radial in Abstand befindlichen ringförmigen Bereich auf der Werkstückoberfläche 12 der Querbewegungsfrequenskurv· 131 und dir erzeugten gewünschten Oberflächenkontur 122 (Fig. S),

Hierbei ist tu erwähnen, dafl die Verwendung der Kts?v«neeh«iben

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und 44 und der Sensoreinrichtung 42 nur beispielsweise ist und daß viele andere wesentlich verschiedene Mechanismen programmier und zur Erzeugung der gewünschten Radialkofaponent@nuakehrufigen an bestimmten relativen Stellen zwischen der Lfippschoibe und der Werkstückoberfläche verwendet werden können₀ Beispiele geeigneter Steueroechanisnen umfassen andere an sich bekannte seehe» sisch© Führungen und Sensereinrichtungen, Magnetbänder und Magnetbandleser, elektrische Digitalzahler, elektrische Zeitgeber bzwt Taktgeber, Digital- oder Analogrechner usw₀. Ferner können Modifiziermechanismen für optische Flächen anderer Art als die optisch« Läppscheibe 23 im Rahmen der Erfindung verwendet w@rden Weiter« geeignete Oberflächenmodifizieirsiiirichtungen umfassen beispielsweise Ionenstrahlen, elektrolytIsche Polierelektroden, Dampfsfiuien is„ dgl,₀ Ausserden kennen andere Bewegungen als die vor&nstähend beschriebenen vorgesehen werden_β um die gewünschten Uafsuags» und Radialschwingungsk^aponenten der relativen Bewegung zwischen de? Llppscheiba 23 und der Werkstückoberfische 12 h®r-

Fig₀ 1 ergibt sich, daS bei eines gegebenen Betrag d©? Bewegung durch den Querverstelltisch 32 in jeder Richtung ®in@? der Stifte 52 oder 53 einen der sugeordneten Kontaktseho,lt®r $$ oder 51 betätigt» Wie in Fig_e 4 gezeigt, wird durch die Betfttigung eines der Schalter 49, 51 die elektrische Leitung 85 geöffnet_β wodurch der Flufi elektrischer Leistung zur Vorrichtung unterbrochen wird» Bei einer Störung der Steuereinrichtung 41 wird d&her die Tltigkeit der Vorrichtung selbsttätig sue Stillstand gebrachte «im entweder eine unerwünschte Modifikation de? Werkstückoberfläche oder eine Bewegung der Lippscheibe 23 völlig aus de» Rohling 23 heraus zu verhindern.

Gemftfl einem weiteren Merkmal der Erfindung wi?d ®in

lauf zwischen den Kurvensehtiben 43 und 44 άητ^- iio "■■':. ·:^;^:-: g verschieden grosser Riemenscheiben 61 und 62 und

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lose gekuppeltenRienen 69, dor einen Schlupf zuläßt, verhindert« Aus diesen Grunde werden Wiederholungen einer gegebenen Hin- und Herbowegtmgsbohn durch die L&ppscheibe 23 auf der Werkstückoberfläche 12 verhindert. Eine solche regellose Lfippscheibenbewegung verbessert in vielen Folien die Endqualitfit der Oberfläche. In aenchen Anwondungsfallen kann sich jedoch eine synchrone Bewegtmg der Xurvsnscheiben 43 und 44 und sogar des Rohlings 13 als wünschenswert erweisenο

Sie Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsfernen beschränkt„ sondern kann innerhalb ihres Rahaens verschiedene Abänderungen erfahren»

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Claims (1)

1. ^{JFS m4} ~- 25. April 1969

   Patentan * ρ τ ü c h e ι

   Vorrichtung sub Erzeugen optischer Fliehen» gekennzeichnet durch ein Rohlingauflager als Trlger eines optischen Rohlings» eine Flächenaodifixiereinrichtung, die dazu dient» relative Erhebungen an der Werkstückoberfläche eines optischen Rohlings auf de« Rohlingauflager zu verändern, einen Antrieb» durch welchen eine relative Querbewegung zwischen der Flächenmodifizlereinrichtung und der aufgelagerten Werk·tückoberfläche herbeigeführt werden kann» und eine selbsttätige Steuereinrichtung zur kontinuierlichen Steuerung der Bahn der erwähnten Relativbewegung.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daft die relative Querbewegung sowohl Umfang*- als auch Radialschwin·» gungskonponenten zwischen der FllchenBOdiflzierelnrichttmg und der aufgelagerten Werkstückoberfläche aufweist» und die selbsttfttige Steuereinrichtung dasu dient» eine kontinuierliche und selektive Veränderung der Amplitude der Radial« schvingungskoBponente der Relativbewegung zu bewirken·

   3» Vorrichtung nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet» daft, die Steuereinrichtung dasu dient» gewünschte radielsvaaetrische Brhebungsverinderungen an der Werkstückoberfläche zu erzeugen·

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 9» dadurch gekennzeichnet,

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   daß die Steuereinrichtung so ausgelegt ist, daß die Amplitude der Radialschwingungskomponente der Relativbewegung regellos verändert wird·

   Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-4, dadurch gekennzeichnet» daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie die gewünschten Tadialsynaetrischen Erhebungsveränderungen an der Werkstückoberfläche erzeugt»

   Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-5, dadurch gekennzeichnet» daß die Steuereinrichtung so ausgelegt ist» daß eine sich verändernde Zahl von Bewegungen der Flächenmodifiziereinrichtung über jeden einer Vielzahl von ringförmigen konzentrischen» sich radial in Abstand befindenden Bereichen, an der Werkstückoberfläche herbeigeführt wird und die sich verändernden Zahlen der Bewegungen über die erwähnten radial voneinander in Abstand befindlichen Bereiche eine besondere Beziehung haben» die so festgelegt ist» daß die gewünschten radialsysnetrischen Brhebungsveränderungen an der Werkstückoberfläche erzeugt werden·

   Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-6» dadurch gekennzeichnet» daß die Steuereinrichtung dazu dient» aufeinanderfolgend den Richtungssinn der radialen Komponente umzukehren» wenn sich die Flttchenaodif!zieleinrichtung senkrecht benachbart bestirnten kontinuierlich verschiedenen radialen Stellungen auf der Werkstückoberfläche befindet_a

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   8. Vorrichtung nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Führung aufweist, die eine Information hinsichtlich der verschiedenen radialen Stellungen enthalt, und ein Ansprechorgan vorgesehen ist, das dazu dient, den Richtungssinn der radialen Komponente bei einer Bet&tigung der Führung umzukehren_β

   9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechorgan ein Sensor ist, das eine synchrone Bewegung mit der Flflchenmodifiziereinrichtung ausführen und die Richtungsumkehrungen bei einer periodischen Betätigung durch die Führung herbeiführen kann«,

   ΙΟ» Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb so gestaltet ist, daß die umfangskomposente der Mativbewegung durch Drehen des optischen Rohlings erzeugt und die Radiais chwingungskomponente der Relativbewegung dar* Ψ durch hervorgerufen wird, daß die Filchenmodifiziereinrich· tung quer über die Werkstückoberfläche hin und herbewegt wird.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung durch die Fliehen von voneinander in Abstand befindlichen Kurvenmechanismen gebildet wird, welche durch den Antrieb zur Drehung angetrieben werden, und der Sensor eine hin- und hergehende Bewegung zwischen den Kurvenmechanismen ausführen kann·

   12ο Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die

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   KurvenaechanisMen ait verschiedenen veränderlichen Drehzahlen angetrieben werden, so daft regellose Veränderungen in der Amplitude der Radialkoaponente der Relativbewegung herbeige· führt werden.

   13ο Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen,, dadurch gekenn· zeichnet, daß die Flttcheiwodifizierelnrichtung durch ein optisches Uppwerkzeug gebildet wird«

   14p Vorrichtung nach Anspruch IS, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Lippwerkzeug einen wirksamen Flächenbereich hat, der wesentlich kleiner als der Flächenbereich der Werkstückoberfläche ist.

   η Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung, die dazu dient, den Betrieb der Vorrichtung bei einer Störung der Steuereinrichtung zu unterbrechen.

   ο Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daft die Schutzeinrichtung dazu dient, den Antrieb bei einer Störung der erwlhnten Art abzuschalten·

   17. Verfahren zu« Erzeugen optischer Flächen, dadurch gekennzeichnet, daft eine relative Querbewegung zwischen einer Flttchennodifiziereinrichtung und der Werkstückoberfläche eines optischen Rohlings erzeugt wird, diese relative Querbewegung

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   in einer Bahn bewirkt wird, die sowohl Umfangs- als auch Radi· alschwingungskonponenten hat, und kontinuierlich und selektiv die Amplitude der Radialschwingungskonponente der relativen Querbewegung verändert wird, um auf der Werkstückoberfläche eine gewünschte radialsymnetrische Oberflächenkontur zu erzeugen _β

   ο Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlichen selektiven Veränderungen in der Amplitude der Radialkonponente der Relativbewegung dadurch hervorgerufen werden, daß die Richtung der Radialkoaponente an bestimmten, sich kontinuierlich rerändernden radialen Stellen auf der Werkstückoberfläche umgekehrt wird·

   Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Radialschwingungskomponente innerhalb eines bestimmten Programms regellos verändert wird_e

   2O_n Verfahren nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmodifiziereinrichtung durch eine optische Läppscheibe bzw. ein optisches Läppwerkzeug gebildet wird.

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