DD255797A1 - Vorrichtung zur zentrierung von in ringen gefassten optischen bauelementen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefassten optischen Bauelementen, bei denen nach der Lageorientierung eine spanabhebende Feinbearbeitung der Ringe vorgenommen werden soll. Sie kann vorrangig im feinmechanischen und wissenschaftlichen Gerätebau zur hochgenauen sowie effektiven Positionierung einzelner Bauelemente oder Baugruppen in ihren mechanischen Fassungen eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung unter Verwendung an sich bekannter kalottenförmiger Justierelemente in einer Maschinenspindel angeordnet, wobei durch die konstruktive Ausführung die Kalottenmittelpunkte in einem weiten Bereich verschoben werden können, ohne dass dabei die Bearbeitungslage eines Werkzeuges zur Spindellagerung sowie die Lage eines Zentriergeräteobjektives zum Kalottenmittelpunkt verändert wird. Der Umrüstaufwand zur Aufnahme von gefassten optischen Bauelementen unterschiedlicher Dimension ist relativ niedrig. Bedingt durch einfache Bedienung der Vorrichtung besteht die Möglichkeit, den Justiervorgang automatisiert ablaufen zu lassen. Figur.{Vorrichtung, Zentrierung, optische Bauelemente, Einzelelemente, Baugruppen, Ringfassung, Bearbeitung, spanend, Drehmaschine, Rundschleifmaschine, Hochleistungsobjektive, Automatisierbarkeit}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Bauelementen, bei denen nach der Lageorientierung eine spanabhebende Feinbearbeitung der Ringe vorgenommen werden soll. Sie kann vorrangig im feinmechanischen und wissenschaftlichen Gerätebau zur hochgenauen sowie effektiven Positionierung einzelner Bauelemente oder Baugruppen in ihren mechanischen Fassungen, beispielsweise zur Herstellung von Hochleistungsobjektiven, eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Vorrichtungen zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Bauelementen bzw. Baugruppen, die auf die Verwendung von kalottenförmigen Elementen beruhen.

In DD-PS 80998 wird eine Vorrichtung beschrieben, die an einer Arbeitsspindel einer Dreh- oder Rundschleifmaschine befestigt ist. Die Aufnahme des nach der Zentrierung eines optischen Bauelementes zu bearbeitenden Ringes ist innerhalb einer Kugelkalotte um den Krümmungsmittelpunkt kippbar gelagert. Weiterhin läßt sich der axiale Abstand zwischen der Aufnahme und den Kalottenmittelpunkt feststellen. Die von der Kalotte getragene Aufnahme kann dabei parallel zur Achse der Arbeitsspindel versteilt werden. Unter Verwendung eines Reflexbildgerätes, dessen Achse mit der Achse der Arbeitsspindel zusammenfällt, wird die Lage des optischen Bauelementes erfaßt.

In DD-PS 154046 wird eine Vorrichtung aufgezeigt, die zwei auf der Achse einer Arbeitsspindel angeordnete Kugelkalotten enthält, wobei beide Kugelkalotten feststellbar sowie um den jeweiligen Kugelkalottenmittelpunkt kippbar gelagert sind. Diese Vorrichtung ermöglicht im begrenzten Umfang bei unterschiedlichen Radien der zu justierenden Bauelemente, den Mittelpunkt einer Kalotte des Doppelkugelfutters mit dem Mittelpunkt eines der Linsenradien sowie den Brennpunkt einer geeigneten Zentrierprüfeinrichtung in Übereinstimmung zu bringen.

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Nachteilig ist bei allen bekannten Vorrichtungen, daß die axiale Verstellung der Werkstückaufnahme zur Herstellung der Übereinstimmung des Kalottenmittelpunktes mit einem Linsenradiusmittelpunkt nur in einem begrenzten Bereich möglich ist, wobei durch Verstellung der Lage des Werkstückes zur Lagerstelle der Maschinenspindel sowie zur Lage eines nachgeführten Werkzeuges die Justier-und Bearbeitungsgenauigkeit abnehmen. In Abhängigkeit vom Verstellbereich der Werkstückauf nähme, daß mit zunehmender Größe die Maschinenparameter bezüglich Abmessungen, Steifigkeit, Aufwand, Schwingungsverhalten, Ausrüstung und Bedienbarkeit ungünstig beeinflußt werden, kann mit einer Vorrichtung nur ein begrenzter Bereich von optischen Bauelementen mit geringen Radienunterschieden justiert werden. Bei größeren Unterschieden der Linsenradien muß das Justierfutter gewechselt werden, wobei der Umrüstaufwand bei einer breiten Bearbeitungspalette sehr hoch ist. Weiterhin erweist sich bei den bekannten Vorrichtungen als nachteilig, daß bei Verschiebung der Kugelkalotten die Bearbeitungslage des Werkzeuges zur Spindellagerung und den Abstand eines Justierobjektives zum Kalottenmittelpunkt verändert wird, das heißt, die zur Justierung der optischen Elemente benötigten Kalottenmittelpunkte sind fest im Justierfutter eingebaut und nur für das Ausrichten von optischen Bauelementen geeignet, deren Radienmittelpunkte mit den Kalottenmittelpunkten übereinstimmen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Anwendungsbereich einer Vorrichtung zu erweitern, damit den Umrüstaufwand sowie den Kompliziertheitsgrad der Bedienbarkeit zu senken, Einstell- und Justierzeiten zu reduzieren sowie die Qualität der zentrierten und anschließenden Ringfeinbearbeitung der gefaßten optischen Bauelemente zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Bauelementen, bei denen nach der Zentrierung der optischen Bauelemente unter Verwendung von kalottenförmigen Elementen ein spanabhebender Feinbearbeitungsvorgang der Mantel- und/oder Stirnfläche des Fassungsringes auf einer Dreh- oder Rundschleifmaschine durchgeführt werden soll, zu entwickeln, die den Zentiervorgang der optischen Bauelemente auf der Werkzeugmaschine ermöglicht, für einzelne optische Bauelemente oder Baugruppen mit beliebigen Krümmungsgradien einsetzbar ist, eine problemlose Austauschbarkeit der kalottenförmigen Elemente ermöglicht sowie eine Lageveränderung des Werkzeuges zur Spindellagerung bei Verstellung oder Austausch der Justierelemente ausschließt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, bestehend aus einem, kalottenförmige Elemente aufweisenden Justierfutter, einem an eine Maschinenspindel angepaßten Anschlußelement, einer axial verschieb- sowie kalottenförmig verstellbar gelagerten Bauelementaufnahme, Verstell- und Antriebssystemen sowie einem optischen Zentrierrichtgerät, dadurch gelöst, daß das Justierfutter in der Maschinenspindel angeordnet ist und aus einem kugelförmigen, aus zwei Hälften bestehenden Gehäuse mit zwei darin eingelagerten Kugelsegmenten besteht, das Anschlußelement hohlzylinder- sowie stirnseitig kaiottenförmig'ausgebildet ist und mit einem axial in den Kugelsegmenten verschiebbaren hohlzylinderförmigen Kalottengegenstück formschlüssig in Verbindung steht, das Kalottengegenstück mit einem Außengewinde versehen ist, auf dem sich ein in den Kugelsegmenten gegen axiale Verschiebung gesichertes Zahnrad befindet, welches über zwei auf einer parallel zur Maschinenspindelachse liegenden Welle angeordnete Ritzel mit einem auf einem Außengewinde des Anschlußelementes drehbaren sowie in seiner axialen Lage feststehenden Zahnrad im Eingriff steht, die Zahnrad/ Ritzelpaarungen und die Ausbildung der Außengewinde des Anschlußelementes sowie des Kalottengegenstückes derart konzipiert sind, daß die Lage ihrer kalottenförmig ausgebildeten Auflageflächen zueinander bei einer axialen Verstellbewegung über das Anschlußelement unverändert bleibt, die axial verschieb- sowie kalottenförmig verstellbar gelagerte Bauelementeaufnahme aus einem in den Kugelsegmenten fixierten Lagerstützelement mit einem darauf aufliegenden sowie mittels eines Verstellelementes in dem Kugelsegment schwenkbaren Aufnahmeelement besteht, ein Kugelsegment im Gehäuse durch darin stirnseitig eingreifende Verstellelemente einstellbar ist, im zweiten Kugelsegment ein stirnseitig betätigbares, mit der Welle gekoppeltes Antriebselement eingelagert ist, das Gehäuse mittels Verstellelementen axial verschieb- sowie arretierbar angeordnet ist und die Lage einer optischen Funktionsfläche über das durch das Anschlußelement sowie das Kalottengegenstück gerichtete Zentrierrichtgerät erfaßbar ist. In vorteilhafter Ausgestaltung ist das optische Zentrierrichtgerät mit einer Steuerelektronik zur Betätigung der Verstell elemente versehen. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß zur Betätigung jedes der Verstellelemente des Gehäuses ein Schrittmotor mit Rutschkupplung sowie ein kardanisch aufgehängtes Verbindungselement angeordnet ist. Die Grundeinstellung der Vorrichtung, das heißt, die Einstellung der Null- oder Ausgangslage erfolgt über eines der im Gehäuse des Justierfutters angeordneten Kugelsegmente, welches mittels der stirnseitig betätigbaren Verstellelemente in seiner Lage verändert werden kann und somit eine Justierung der Vorrichtungsachse ermöglicht und fixiert.

Bedingt durch die Anordnung sowie Gestaltung des Anschlußelementes sowie des Kalottengegenstückes in Verbindung mit ihrem Bewegungsmechanismus kann die untere Kalotte mit ihrem Krümmungsmittelpunkt in einem weiten Bereich innerhalb der Maschinenspindel verschoben werden, ohne dabei die Bearbeitungslage eines Werkzeuges zur Spindellagerung und den Abstand eines Justierobjektives des optischen Zentrierrichtgerätes zum Kalottenmittelpunkt zu verändern. Der obere Kalottenmittelpunkt ist somit zu einem weiteren Radienmittelpunkt einstellbar, so daß im Normalfall ein Justierfutter für den Zentrierarbeitsgang sehr unterschiedlicher Linsenradien ausreicht.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, beim Justiervorgang einer aus mehreren optischen Bauelementen bestehenden Einheit jeden Radienmittelpunkt durch Verstellbewegung über das Anschlußelement mit dem unteren Kalottenmittelpunkt in Übereinstimmung zu bringen, so daß eine zusätzliche Kontrolle der zentrierten Baugruppe untereinander möglich ist. Das Auswechseln der oberen Kalotte, das heißt, des in den Kugelsegmenten fixierten Lagerstützelementes sowie des Aufnahmeelementes ist relativ einfach, so daß extreme Radienunterschiede ausgeglichen werden können und zum anderen die Möglichkeit besteht, die Lage des Kalottenmittelpunktes der Bauelementaufnahme auf der Maschinenspindelachse in beide Richtungen zu verändern (Konkav — Konvex).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit einerseits mit geringem Arbeitsaufwand eine genaue Zentrierung eines optischen Bauelementes oder einer Baugruppe, wobei der Justiervorgang mit Hilfe entsprechender Steuer- oder

Antriebseinrichtungen automatisiert ablaufen kann und ist andererseits geeignet, in einem großen Bereich die Kalottenmittelpunkte des Justierfutters durch Verstellung und unkomplizierten Austausch einzelner Elemente mit den Radienmittelpunkten der zu zentrierenden optischen Bauelemente in Übereinstimmung zu bringen, ohne dabei die Bearbeitungslage der gefaßten Baugruppe bezüglich der Spindellagerung zu verändern. Bedingt dadurch, daß die Bearbeitungslage der Baugruppe beibehalten wird, lassen sich hohe Genauigkeiten erzielen.

Ausführungsbeispiel

In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert werden. Die dazugehörende Figur zeigt eine Maschinenspindel 1 mit einem darin eingelagerten Justierfutter, bestehend aus einem kugelförmigen, aus zwei Hälften bestehenden Gehäuse 2 mit zwei darin eingelagerten Kugelsegmenten 3 und 4. Zwischen den Kugelsegmenten 3 und 4 ist ein mit der Maschinenspindel 1 in Verbindung stehendes hohlzylinderförmiges Anschlußelement 5 angeordnet. Das Anschlußelement 5 ist mit einem axial in den Kugelsegmenten 3 und 4 verschiebbaren, ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildeten Kalottengegenstück 6 formschlüssig verbunden, wobei beide Elemente, das heißt, sowohl das Anschlußelement 5 als auch das Kalottengegenstück 6 Außengewinde 7 bzw. 8 aufweisen und somit drehbar angeordnet sind.

Auf dem Außengewinde 8 des Kalottengegenstückes 6 befindet sich ein gegen axiale Verschiebung gesichertes Zahnrad 90, welches über zwei auf einer parallel zur Maschinenspindelachse 10 im Kugelsegment 4 liegenden Welle 11 angeordnete Ritzel 12 und 13 mit einem auf dem Außengewinde 8 des Anschlußelementes 5 drehbar sowie axial nicht verschiebbaren Zahnrad 14 im Eingriff steht. Die Zahnrad/Ritzelpaarungen 9/12 und 14/13 sowie die Ausbildung der Außengewinde 7 und 8 des Anschlußelementes 5 sowie des Kalottengegenstückes 6 sind dabei so bemessen, daß die Lage über kalottenförmig ausgebildeten Auflageflächen 15 und 16 zueinander unverändert bleibt. Stirnseitig im Justierfutter, das heißt, in den Kugelsegmenten 3 und 4 ist eine axial verschieb- sowie kalottenförmig verstellbar gelagerte Bauelementeaufnahme angeordnet. Sie besteht aus einem in den Kugelsegmenten 3 und 4 fixierten Lagerstützelement 17 mit einem darauf aufliegenden sowie mittels eines Verstellelementes 18 in dem Kugelsegment 2 schwenkbaren Aufnahmeelementes 19. Das Kugelsegment 3 ist im Gehäuse 2 durch darin stirnseitig eingreifende Verstellelemente 20 einstellbar gelagert. Im Kugelsegment 4 befindet sich ein ebenfalls stirnseitig betätigbares sowie mit der Welle 11 gekoppeltes Antriebselement 21. Weiterhin ist das Gehäuse 2 mittels mehrerer Verstellelemente 22 in der Maschinenspindel 1 axial verschieb-sowie arretierbar angeordnet. Zur Erfassung der Lage einer optischen Funktionsfläche 23 ist ein in der Figur durch die vereinfachte Darstellungsweise nicht aufgezeigtes Zentrierrichtgerät derart installiert, daß sein Strahlengang durch das Anschlußelement 5 sowie das Kalottengegenstück 6 auf die optische Funktionsfläche 23 gerichtet ist. Dabei besteht die Möglichkeit zur Erhöhung der Genauigkeit im Bedarfsfall ein zweites dem ersten gegenüberliegendes Zentrierrichtgerät anzuordnen. Die in einem Ring 24gefaßte optische Baugruppe 25 ist in einer Zwischenhülse 26, die sich im Aufnahmeelement 19 befindet, lagefixiert.

Durch Verschiebung eines Kalottenmittelpunktes 27 werden nacheinander die einzelnen Linsenradien der optischen Baugruppe 25 mit dem Kalottenmittelpunkt 27 in Übereinstimmung gebracht.

Zur Grundeinstellung des Justierfutters werden die auf das Kugelsegment 3 wirkenden Verstellelemente 20 betätigt, wobei durch Federelemente 28 der Einstellvorgang unterstützt wird. Dabei kann das optische Zentrierrichtgerät vorteilhafterweise mit einer nicht dargestellten Steuerelektronik gekoppelt werden, die eine entsprechende Verarbeitung der Fehllagen der auszurichtenden Elemente vornimmt und eine Korrektur selbsttätig auslöst. Dazu wird ein die Betätigungselemente sowie Antriebseinheiten für die Justierung und Verstellung tragendes Gestell 29 in eine für den Justiervorgang erforderliche Lage gebracht. Das erfolgt über einen Motor 30, der über eine Antriebswelle 31 mit einem Ritzel 32 ein im Maschinengestell 33 gelagertes Zahnrad 34 in Drehung versetzt und somit über eine Gewindespindel 35 das Gestell 29 in Längsrichtung verschiebt, wobei je nach Erfordernis eine Schwenkbewegung des Gestells 29 um die Achse der Gewindespindel 35 oder eine Schubbewegung in Querrichtung bzw. eine Kombination der beiden Bewegungsveränderungen veranlaßt wird. Der Antrieb der Verstellelemente 22 zur Ausrichtung des Gehäuses 2 erfolgt derart, daß für jedes der Verstellelemente 22 ein Schrittmotor 36 über eine Antriebswelle 37, eine Rutschkupplung 38 sowie ein kardanisch aufgehängtes Verbindungselement 39 vorgesehen ist. Die Verstellung des Kalottenmittelpunktes 27 erfolgt über einen Motor 40, ein Getriebe 41 sowie eine Rutschkupplung 42, wobei von der Rutschkupplung 42 eine Drehbewegung auf das Antriebselement 21 sowie die Welle 11 übertragen wird und somit eine durch die Drehrichtung bestimmte axiale Verschiebung des Kalottengegenstückes 6 sowie des Anschlußelementes 5 bewirkt. Durch diese Verstellbewegung wird lediglich die Lage des Kalottenmittelpunktes 27 in Längsrichtung der Maschinenspindel 1 verändert. Es wird eine Übereinstimmung zwischen den Kalottenmittelpunkt 27 und einem Linsenradienmittelpunkt der optischen Baugruppe 25 erzielt. Im Gegensatz zu konventionellen Vorrichtungen wird die Bearbeitungslage des im Anschluß an den Zentriervorgang spanend zu bearbeitenden Ringes 24 zu einem nicht dargestellten Werkzeug nicht verändert.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Bauelementen, bestehend aus einem kalottenförmige Elemente aufweisenden Justierfutter, einem an eine Maschinenspindel angepaßten Anschlußelement, einer axial verschieb- sowie kalottenförmig verstellbar gelagerten Bauelementaufnahme, Verstell- und Antriebssystemen sowie einem optischen Zentrierrichtgerät, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierfutter in der Maschinenspindel (1) angeordnet ist und aus einem kugelförmigen, aus zwei Hälften bestehenden Gehäuse (2) mit zwei darin eingelagerten Kugelsegmenten (3,4) besteht, das Anschlußelement (5) hohlzylinder- sowie stirnseitig kalottenförmig ausgebildet ist und mit einem axial in den Kugelsegmenten (3,4) verschiebbaren hohlzylinderförmigen Kalottengegenstück (6) formschlüssig in Verbindung steht, das Kalottengegenstück (6) mit einem Außengewinde (8) versehen ist, auf dem sich ein in den Kugelsegmenten (3, 4) gegen axiale Verschiebung gesichertes Zahnrad (9) befindet, welches über zwei auf einer parallel zur Maschinenspindelachse (10) liegenden Welle (11 !angeordnete Ritzel (12, 13) mit einem auf einem Außengewinde (8) des Anschlußelementes (5) drehbaren sowie in seiner axialen Lage feststehenden Zahnrad (14) im Eingriff steht, die Zahnrad/Ritzelpaarungen (9/12, 14/13) und die Ausbildung der Außengewinde (7, 8) des Anschlußelementes (5) sowie des Kalottengegenstückes (6) derart konzipiert sind, daß die Lage ihrer kalottenförmig ausgebildeten Auflageflächen (15,16) zueinander bei einer axialen Verstell bewegung über das Anschlußelement (5) unverändert bleibt, die axial verschieb- sowie kalottenförmig verstellbar gelagerte Bauelementaufnahme aus einem in den Kugelsegmenten (3,4) fixierten Lagerstützelement (17) mit einem darauf aufliegenden sowie mittels eines Verstellelementes (18) in dem Kugelsegment (3) schwenkbaren Aufnahmeelement (19) besteht, das Kugelsegment (3) im Gehäuse (2) durch darin stirnseitig eingreifende Verstellelemente (20) einstellbar ist, im zweiten Kugelsegment (4) ein stirnseitig betätigbares, mit der Welle (11) gekoppeltes Antriebselement (21) eingelagert ist, das Gehäuse (2) mittels Verstellelementen (22) axial verschieb- sowie arretierbar angeordnet ist und die Lage einer optischen Funktionsfläche (23) über das durch das Anschlußelement (5) sowie das Kalottengegenstück (6) gerichtete Zentrierrichtgerät erfaßbar ist.

2. Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Bauelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Zentrierrichtgerät mit einer Steuerelektronik zur Betätigung der Verstellelemente (22) gekoppelt ist.

3. Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Bauelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung jedes der Verstellelemente (22) des Gehäuses (2) ein Schrittmotor (36) mit Rutschkupplung (38) sowie ein kardanisch aufgehängtes Verbindungselement (39) angeordnet ist.