DD251719A1

DD251719A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von objektivbaugruppen

Info

Publication number: DD251719A1
Application number: DD29324586A
Authority: DD
Inventors: Helmut Hirschmann; Volker Eberhardt; Volker Guyenot; Gerd Boeswetter
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1987-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Objektivbaugruppen mit dem Ziel, die Automatisierbarkeit der Fertigung zu erhoehen, den vorrichtungsseitigen Aufwand zu reduzieren, die Massgenauigkeit der Objektivbaugruppe zu verbessern sowie den zeitlichen Aufwand bei der Herstellung zu reduzieren. Das bei der Fertigung von Objektivbaugruppen uebliche "Justierdrehen" wird erfindungsgemaess durch das "Justierfraesen" abgeloest. Mit Hilfe der erfindungsgemaessen Vorrichtung wird eine automatisiert ablaufende Fertigung von Objektivbaugruppen moeglich. Die Erfindung ist unabhaengig von der konstruktiven Gestaltung der mechanischen Fassung sowie des Fassungsmaterials vorwiegend zur Herstellung von Hochleistungsobjektiven hoher Stueckzahl einsetzbar. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Objektivbaugruppen. Sie kann vorwiegend in der automatisiert ablaufenden Fertigung von Hochleistungsobjekten eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Realisierung optischer Gerätesysteme, insbesondere der Objektive, ist mit der Notwendigkeit verbunden, die optisch wirksamen Flächen genau zu einer Bezugsachse zu zentrieren und die Abstände der Linsenscheitel in einem definierten Zustand zueinander einzuhalten.

In US-PS 109217 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zentrieren optischer Bauelemente beschrieben, wobei die optischen Bauelemente in einem Fassungsring justierhaltig eingeklebt werden und die einzelnen Fassungsringe miteinander an um jeweils 120° versetzten Abstandsbolzen verbunden werden. Die Zentrierung und der Abstand Linsenscheitel-Fassungsring werden dabei laserinterferometrisch erfaßt und rechnergestützt die notwendigen Justierinformationen abgeleitet.

Weiterhin sind Möglichkeiten bekannt, bei denen ein optisches Bauelement in einer zugehörigen mechanischen Fassung mittels mechanischer oder chemischer Mittel lagefixiert wird und anschließend eine Zerspanung der Funktionsflächen der Fassung durch Feindrehen erfolgt. Dadurch läßt sich eine weitgehende Annäherung der Übereinstimmung von optischer und Formachse erreichen. Diese, international verbreitetste Methode, wird als Justierdrehen bezeichnet (Naumann, Schröder „Bauelemente der Optik", München 1983).

Kennzeichnend und nachteilig ist die Tatsache, daß sich die zu justierende Objektivbaugruppe mit ihrer Justiereinrichtung, beispielsweise einem Kugelfutter, im Moment der Justierung sehr langsam oder gar nicht, während des Justierdrehvorganges jedoch schnell drehen muß.

Durch die optischen Mittel der Justiereinrichtung, das heißt des Kugelfutters, wird die optische Dezentrierung beseitigt. Dabei wird zwangsläufig auf die Bauteile der Justiereinrichtung sowie auf das Hauptlager der Maschine eine Kraft ausgeübt. Zur

Beherrschung der auftretenden Unwuchten sind bei den erforderlichen Drehzahlen von beispielsweise 1 OOOU/min, nicht nur hochpräzise, sondern auch enorm stabile, steife Lagerspindeln notwendig. Die Maschinen sind daher sehr aufwendig, da sie hinsichtlich der Masse, des Energieverbrauchs sowie der benötigten Stellfläche unökonomisch sind.

Ein weiteres Problem liegt darin, daß sich beim Justierdrehvorgang die mechanische Fassung erwärmt, so daß im /xm-Bereich Maßabweichungen auftreten können. Zur Reduzierung der Zerspankräfte und somit zur Vermeidung von durch Erwärmung bedingten Maßabweichungen geht die Orientierung in Richtung des Einsatzes von leicht spanbaren Materialien, beispielsweise von Messinglegierungen, die ohne Schmier- und Kühlmedien bearbeitbar sind. Dem Einsatz anderer Materialien werden daher Grenzen gesetzt. Für bestimmte Objektivbaugruppen, beispielsweise zum Einsatz der Fernerkundung der Erde, wobei sich Titan als optimaler Fassungswerkstoff erweist oder bei Leichtbauobjektiven ausAluminiumlegierungen, besteht die Notwendigkeit, ebenfalls die Feinbearbeitung der Außenkonturen derart zu beherrschen, daß höchste Abbildungseigenschaften realisiert werden.

Durch das bekannte Verfahren des „Justierdrehens" lassen sich derart hohe Genauigkeiten bei beliebigen Materialien nicht erreichen. Weiterhin jst das Verfahren „Justierdrehen" für automatisiert ablaufende Montageprozesse ungeeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Automatisierbarkeit der Fertigung von Objektivbaugruppen zu erhöhen, den vorrichtungsseitigen Aufwand bei der Anpassung der mechanischen Achse der Fassung zur Achse der optischen Bauelemente zu reduzieren, die Maßgenauigkeit der Objektivbaugruppe zu verbessern sowie den zeitlichen Aufwand bei der Herstellung zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Objektivbaugruppen zu entwickeln, deren Anwendung unabhängig von der Art des Fassungsmaterials sowie der konstruktiven Ausführung der mechanischen Fassung eine Anpassung der mechanischen Achse der Fassung zur Achse der optischen Bauelemente oder zu einer beliebigen Bezugsachse bei gestellfesten Justiereinrichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Objektivbaugruppen, bei welchen die optischen Bauelementein eine mechanische Fassung eingesetzt, unter Verwendung einer optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung in der mechanischen Fassung ausgerichtet sowie mittels einer Klebsubstanz lagefixiert werden und anschließend durch spanende Bearbeitung der Außenkonturen der mechanischen Fassung die Übereinstimmung der mechanischen zur optischen Achse der Objektivbaugruppe hergestellt wird, dadurch gelöst, daß die Außenkonturen der mechanischen Fassung durch, von der optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung gesteuerte, Fräsarbeitsgänge verändert werden und eine Positionsveränderung der Objektivbaugruppe während der spanenden Bearbeitung durchgeführt wird. Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, bestehend aus einer mit einem Justier- und Positioniersystem verbundenen Fassungsaufnahme, einer auf die optischen Flächen der Objektivbaugruppe gerichteten optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung, die mit dem Justier- und Positioniersystem in Verbindung steht sowie einem, die Außenkonturen der Fassung bearbeitbaren Werkzeugsystem, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Justier- und Positioniersystem gestellfest angeordnet sind, zwischen der optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung und der Objektivbaugruppe eine den inneren Ring eines Drehlagers bildende gestellfeste Hülse axial fluchtend zur optischen Achse der Zentrierfehlererkennungseinrichtung angeordnet ist, das Werkzeugsystem an einem auf der Hülse drehbar gelagerten Bauteil befestigt ist und aus einem Auslegearm mit einer daran befestigten Schneliaufspindel mit auswechsel- sowie einstellbarem Fräskopf besteht, der Auslegearm radial über ein elektromagnetisch steuerbares sowie gestellfestes Schlagwerk verschiebbar angeordnet ist, das drehbar gelagerte .Bauteil mit einer eine radiale Verschiebung auf der Hülse realisierenden Verstelleinrichtung in Verbindung steht, die Verstelleinrichtung über einen Antrieb betätigbar ist und der Antrieb, das Schlagwerk sowie das Positioniersystem mit einem gemeinsam mit der optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung gekoppelten Steuereinheit verbunden sind.

Nach dem Ausrichten der Objektivbaugruppe zur optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung erfolgt die Bearbeitung der Außenkonturen der mechanischen Fassung. Durch die Erfindung wird dabei erstmalig der Begriff des „Justierfräsens" eingeführt. Dieses Verfahren in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, daß die konstruktive Gestalt der mechanischen Fassung unerheblich ist, das heißt, sie kann von der üblichen zylindrischen Form abweichen. Sie könnte beispielsweise kegelförmig sein oder Unterbrechnungen aufweisen. Während der schnellen Drehbewegung des Fräskopfes wird der Fräskopf gleichzeitig über den Auslegearm um die mechanische Fassung bewegt. Die Bewegungsabläufe, wie Positionsveränderungen der mechanischen Fassung und Fräskopfzustellungen werden von einem gemeinsamen Steuergerät verändert.

Gegenüber dem bisher üblichen „Justierdrehen" ermöglicht das „Justierfräsen", daß Positionsveränderungen der mechanischen Fassungen keine Kraftwirkungen auf die Lagerung der Maschinenspindel ausüben, die somit wesentlich einfacher ausgeführt sein kann.

Weiterhin erwärmen sich beim üblichen „Justierdrehen" infolge der Zerspanungsarbeit die Fassungsteile. Deshalb kommen als Fassungsmaterial für Hochleistungsobjekte nur leicht spanbare Ms-Legierungen infrage, die ohne Kühl- und Schmiermittel bearbeitet werden können. Beim neuartigen „Justierfräsen" wird die Zerspanungswärme mit den kurzen Frässpänen abgeführt, so daß letztendlich auch Fassungsmaterialien, wie Stahl, Titan, Aluminium, Glaskeramik u.a. einsetzbar sind. Insbesondere bei der automatisiert ablaufenden Fertigung von Objektivbaugruppen weist das „Justierfräsen" gegenüber dem „Justierdrehen" Vorteile auf, da sich durch die Vielzahl der Arbeitsschritte bis zur komplett fertiggestellten Objektivbaugruppe eine Aufgliederung der Arbeitsschritte an einzelnen Stationen sowie der Einsatz von Industrierobotern anbietet.

Ausführungsbeispiel

in einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die dazugehörende Figur zeigt eine Objektivbaugruppe 1, die über eine Aufnahme 2 auf einem Justiersystem 3 fixiert ist. Über der Objektivbaugruppe 1 ist eine optische Zentrierfehlererkennungseinrichtung 4 angeordnet. Zwischen der Zentrierfehlererkennungseinrichtung 4 und der Objektivbaugruppe 1 befindet sich eine, den inneren Ring eines Drehlagers bildende, gestellfeste Hülse 5, in derein Abtastobjektiv 6 vertikal verschiebbar angeordnet ist. An einem auf der Hülse 5 drehbar gelagerten Bauteil 7 befindet sich ein Auslegearm 8, der mit einer Schnellaufspindel 9 mit Fräskopf 10 versehen ist. Der Auslegearm 8 ist im Bauteil 7 über ein elektromagnetisch steuerbares sowie gestellfestes Schlagwerk 11 radial verschiebbar angeordnet. Zur Realisierung einer vertikalen Bewegung des Bauteiles 7 und somit auch des Fräskopfes 10 steht das Bauteil 7 mit einer Verstelleinrichtung 12 in Verbindung, die über einen Antrieb 13 betätigbar ist. Das Justiersystem 3 ist mit einem Positioniersystem 14, bestehend aus kreuzschlittenartig auf das Justiersystem 3 wirkenden Stelleinheiten verbunden. Der Antrieb 13, das Schlagwerk 11 sowie das Positioniersystem 14 sind mit einem gemeinsam mit der Zentrierfehlererkennungseinrichtung 4 gekoppelten Steuereinheit 15 verbunden.

Zunächst wird die Objektivbaugruppe 1 so ausgerichtet, bis deren optische Achse mit der als Bezugsachse dienenden optischen Achse 16 der Zentrierfehlererkennungseinrichtung 4 übereinstimmt. Das erfolgt nach an sich bekannter Art und Weise durch Fokussierung auf die verschiedenen Lagen der Krümmungsmittelpunkte des optischen Elementes der Objektivbaugruppe 1 mittels des Abtastobjektives 6.

Erfindungsgemäß erfolgt im zweiten Arbeitsgang die Bearbeitung der Außenflächen 17,18 und 19 durch „Justierfräsen". Die Bearbeitung wird durch den Fräskopf 10 ausgeführt, der mit einem Motor 20 angetrieben wird. Während der schnellen Eigenrotation des Fräskopfes 10 wird dieser mittels eines Antriebes 21 gleichzeitig über den Auslegearm 8 um die mechanische Fassung der Objektivbaugruppe 1 herumgeführt. Die Zustellung vertikal realisiert der Antrieb 13 in Verbindung mit der Verstelleinrichtung 12. Die Radialzustellung des Fräskopfes 10 erfolgt über das elektromagnetische Schlagwerk 11, welches synchronisiert zur Drehzahl arbeitet, über aus der Figur nicht ersichtliche Kontaktgeber am Auslegearm 8 bzw. am durch die Hülse 5 und dem Bauteil 7 gebildeten Drehlager. Die Rückbewegung des Fräskopfes 10 nach der Bearbeitung erfolgt bei Stillstand des Fräskopfes 10 mit an sich bekannten Bewegungsmechanismen. Die Zustellbewegungen des Fräskopfes 10 sowie die Positionierbewegungen des Justiersystems 3 werden in Abhängigkeit von den durch die Zentrierfehlererkennungseinrichtung erfaßten Fehler über die Steuereinheit beeinflußt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Objektivbaugruppen, wobei die optischen Bauelemente in eine mechanische Fassung eingesetzt, unter Verwendung einer optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung in der mechanischen Fassung ausgerichtet sowie mittels Klebsubstanz lagefixiert werden und anschließend durch spanende Bearbeitung der Außenkonturen der mechanischen Fassung die Übereinstimmung der mechanischen zur optischen Achse der Objektivbaugruppe hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkonturen der mechanischen Fassung durch von der optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung gesteuerte Fräsarbeitsgänge verändert werden und eine Positionsveränderung der Objektivbaugruppe während der spanenden Bearbeitung durchgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Objektivbaugruppen, bestehend aus einer mit einem Justier- und Positioniersystem verbundenen Fassungsaufnahme, einer auf die optischen Flächen der Objektivbaugruppe gerichteten optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung, die mit dem Justier- und Positioniersystem in Verbindung steht sowie einem die Außenkonturen der Fassung

' bearbeitbaren Werkzeugsystem, dadurch gekennzeichnet, daß Justier (3)- und Positioniersystem (14) gestellfest angeordnet sind, zwischen der optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung (4) und der Objektivbaugruppe (1) eine den inneren Ring eines Drehlagers bildende gestellfeste Hülse (5) axial fluchtend zur optischen Achse (16) der Zentrierfehlererkennungseinrichtung (4) angeordnet ist, das Werkzeugsystem an einem auf der Hülse (5) drehbar gelagertem Bauteil (7) befestigt ist und aus einem Auslegearm (8) mit einer daran befestigten Schnellaufspindel (9) mit auswechsel- sowie einstellbarem Fräskopf (10) besteht, der Auslegearm radial über ein elektromagnetisch steuerbares sowie gestellfestes Schlagwerk (11) verschiebbar angeordnet ist, das drehbar gelagerte Bauteil (7) mit einer eine vertikale Verschiebung auf der Hülse (5) realisierenden Verstelleinrichtung (12) in Verbindung steht, die Verstelleinrichtung (12) über einen Antrieb (13) betätigbar ist und der Antrieb (13), das Schlagwerk (11) sowie das Positioniersystem (14) mit einem gemeinsamen mit der optischen Zentrierfehlererkennungseinrichtung (4) gekoppelten Steuereinheit (15) verbunden sind.