DE823566C

DE823566C - Maschine zum Schleifen und Polieren nichtsphaerischer optischer Flaechen

Info

Publication number: DE823566C
Application number: DEP36171A
Authority: DE
Inventors: John William Perry; Walter Weinstein
Original assignee: Hilger and Watts Ltd
Current assignee: Hilger and Watts Ltd
Priority date: 1946-03-15
Filing date: 1949-03-09
Publication date: 1951-12-03
Also published as: GB615649A

Description

OKlGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 3. DEZEMBER 1951

p 36171 XII/67a D

Die Erfindung betrifft die automatische Erzeugung nichtsphärischer optischer Rotationsflächen, z. B. von Linsen oder Spiegeln. Die üblichen Maschinen zum Schleifen und Polieren optischer Flächen erzeugen sphärische Oberflächen durch die hin und her gehende Bewegung eines sphärischen Werkzeuges über die Linse oder den Spiegel, und die erzeugte Fläche ist, unabhängig von der Bewegung, die dem sphärischen Werkzeug erteilt wird, angenähert sphärisch, da das Werkzeug während des Arbeitsvorganges in mehr oder weniger vollständiger Berührung mit der zu schleifenden oder polierenden Oberfläche bleibt. Bei der Erzeugung nichtsphärischer Flächen ist jedoch die Berührung im allgemeinen beschränkter, und es ist notwendig, die Stellung des Werkzeuges besonders zu überwachen. Maschinen für diesen Zweck wurden bereits angegeben, jedoch genügen bei ihnen weder die Einfachheit noch der Änderungsbereich der Kurvenform, noch schließlich die Arbeitsgenauigkeit.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine Maschine zum Schleifen und Polieren vorbestimmter Formen nichtsphärischer optischer Oberflächen durch hin und her gehende, kurvenförmige Bewegung eines Werkzeuges über die umlaufende Oberfläche ein hin und her gehendes Werkzeug, das mittels eines Koppels veränderlicher Länge an einen um einen festen Punkt schwingenden Hebel angelenkt ist, entlang einer Steuerfläche und gleichzeitig die Verlängerung des Koppels ebenfalls an einer Steuerfläche geführt werden und diese Flächen so geformt sind, daß ihre gemeinsame Einwirkung die von dem Werkzeug zu erzeugende nichtsphärische Kurve ergibt. Durch diese Mittel

werden Richtung und Ort des Werkzeuges derart' festgelegt, daß es eine einzige Stellung für jede Stellung der Schwinge hat. Die beiden Steuerflächen sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Schwinge, das Werkzeugführungsglied und das Koppel alle in einer geraden Linie liegen, wenn die Schwinge sich in der Symmetrieachse der optischen Oberfläche befindet, welche im allgemeinen, wenn auch nicht immer, ihre Rotationsachse ist.

Die Maschine erzeugt auf der optischen Oberfläche, der durch Vorschleifen die ungefähre Form der geforderten Krümmung gegeben sein kann, eine nichtsphärische Fläche als Umhüllende des Weges des Meridianschnittes eines umlaufenden, zweck-^X5 mäßig sphärischen Werkzeuges, welches ein Schleifoder ein Polierwerkzeug sein kann und das um eine durch seinen Krümmungsmittelpunkt gehende Achse umläuft und in der gewünschten Weise mit Hilfe des vorerwähnten Koppels veränderlicher Länge und der an einem festen Punkt angelenkten Schwinge bewegt wird, oder als Ort des nahezu punktförmigen Werkzeuges, das umlaufen oder nicht umlaufen kann und den Meridianschnitt der zu erzeugenden Oberfläche beschreibt. ^a5 Die Rotationsachse des umlaufenden Werkzeuges, dessen Bewegung durch das Werkzeugführungsglied vollständig bestimmt wird, ist vorzugsweise gegen die geometrische Achse des Werkzeugführungsgliedes derart geneigt, daß diese Achsen sich im Mittelpunkt der Werkzeugkrümmung schneiden, wenn das Werkzeug jene Stellung erreicht hat, in der es seine Arbeit vollendet hat.

Die Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung erläutert.

Abb. ι bis 4 stellen die geometrisch verschiedenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzips für die Maschinen dar;

Abb. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Einzelteils;

Abb. 6, 7 und 8 sind geometrische Schemabilder weiterer Ausführungsbeispiele;

Abb. 9 ist ein Grundriß einer erfindungsgemäßen Maschine, die insbesondere für Anordnungen gemäß den Abb. 6 und 8 geeignet ist, und ♦5 Abb. 10 zeigt einen Seitenriß der Maschine gemäß Abb. 9.

In allen Abbildungen ist die zu schleifende oder zu polierende Linse mit 1, ihre Rotationsachse mit 2, das Werkzeug mit 3, seine Rotationsachse mit 4, die Schwinge mit 5 und ihr Drehpunkt mit O bezeichnet.

Gemäß Abb. 1 ist die Schwinge 5 bei L mittels eines Drehzapfens an das Koppel 6 angelenkt, das eine Verlängerung 7 aufweist, welche durch eine Steuerfläche 8 geführt wird. Das Werkzeugführungsglied 9 ist bei P mittels eines Drehzapfens an das Koppel 6. angelenkt; sein anderes Ende wird durch die Steuerfläche 10 geführt. Das Glied 9 ist starr mit der nicht dargestellten Werkzeugfassung verbunden, so daß das Glied 9 und die Werkzeugachse 4 eine feste Stellung zueinander haben. Der Zapfen L ist einstellbar zwecks Änderung des Abstandes zwischen L und P.

Bei der Arbeit schwingt die Schwinge 5 um den festen Punkt O, und die Punkte L und P beschreiben Kurven, die von der äußersten in Abb. 1 wiedergegebenen Stellung bis zu einem Punkt reichen, bei dem die Schwinge 5, das Koppel 6 und seine Verlängerung 7 sowie das Werkzeugführungsglied 9 in einer geraden Linie liegen, wenn die Schwinge 5 sich in der Symmetrieachse 2 der Linse 1 befindet, so daß das Werkzeug 3, obgleich es sich in einer festen Linie nur über die halbe Oberfläche der Linse 1 bewegt, infolge der Rotation dieser Oberfläche auf die ganze Oberfläche einwirkt.

In Abb. 2 ist mit denselben Zahlen und Buchstaben eine ähnliche Anordnung dargestellt, die zur Herstellung einer konkaven Linse dient. Die einzige Änderung besteht darin, daß sich die Führungsfläche 10 auf der anderen Seite der Linse 1 befindet und das Werkzeug 3 über eine Kurve bewegt, die eine Umkehrung zu der der Abb. 1 ist.

Bei der Abb. 3 ist die Anordnung der Zapfen L und P umgedreht, und die Koppelverlängerung 7 bewegt sich nicht auf einer Steuerfläche 8, sondern sie wird an einem Ort 8' einer Kurvenrolle und einer Nockenfläche in nicht dargestellter Weise bewegt. Die in Abb. 4 dargestellte Anordnung ist ähnlich der Anordnung gemäß Abb. 3 ausgebildet, aber infolge der Stellung der Steuerfläche 10 und der Umkehrung der Kurvenbewegung des Werkzeuges 3 geeignet, eine konkave Linse zu erzeugen.

Wenn die Steuerfläche theoretisch zu einem Punkt entartet, gegen den eine Berührungskante, z. B. 7 oder 9, drückt, besteht das Verfahren zur Sieherung dieser geometrischen Bedingung in der Praxis in der Benutzung einer äquivalenten, abgeänderten Steuerflächenform, die aus einem stehenden zylindrischen Stab besteht, der senkrecht zur Bewegungsebene des Koppels und der Schwinge angeordnet ist und dessen Achse durch den betreffenden Punkt geht und wobei ferner die Berührungskante 7 oder 9 jeweils durch eine zu ihr parallele Kante ersetzt ist, die starr mit dem Werkzeugführungsglied verbunden und seitlich gegen 7 oder 9 um einen solchen Betrag versetzt ist, daß 7 und 9 als Konstruktionslinien weiterhin in der geforderten Weise durch die Achse des zylindrischen Stabes gehen. Bei der Benutzung einer solchen abgeänderten Form der Führungsfläche und der seitlich verschobenen Berührungskante gilt der oben angegebene Hinweis auf die Geradlinigkeit weiterhin für die Konstruktionslinien 7 oder 9, die in diesem Falle bei der Betrachtung die Stelle der Berührungskanten einnehmen. Abb. 5 zeigt diesen Ersatz des Punktes T und der Konstruktionslinie D durch einen zylindrischen Stab R und verschobene Berührungskanten. In gleicher Weise können Steuerflächenformen wie 8 oder 10 und die entsprechenden Berührungskanten 7 oder 9 durch äquivalente Kombinationen abgeänderter Steuerflächenformen und verschobener Berührungskanten ersetzt werden, wie dies in Abb. 6 dargestellt ist. Die Steuerflächenformen werden in einem solchen Fall in geometrischem Sinne parallel jener Grundform der Steuerfläche verlaufen, die erforderlich wäre, wenn die Berührungskante nicht

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verschoben wäre. Die verschobenen Berührungskanten werden in diesem Falle den Konstruktionslinien 7 und/oder 9 parallel sein, und der Verschiebungsbetrag wird den Änderungen der Steuerflächenformen gegenüber den Grundformen der Steuerflächen entsprechen.

Die seitliche Schwingbewegung des Werkzeuges 3 wird mittels einer geeigneten Steuerfläche, eines Nockens oder einer Fxzenterscheibe erzeugt, die neben der Maschine angeordnet ist und mittels einer Schwinge 5, die mit den Zapfen P oder L oder irgendeinem anderen geeigneten Punkt der Glieder 6, 7 oder 9 verbunden ist. Der Betrag einer solchen Schwingbewegung hängt von den Abmessungen der Maschinen und den Abmessungen der zu bearbeitenden Fläche ab. Wenn die Berührungskante gegenüber der Konstruktionslinie 9 nicht in der oben beschriebenen Weise seitlich verschoben ist, wird die ürenzstellung der Schwingbewegung in der einen Richtung durch die Stellung bestimmt, in der die Konstruktionslinie 9 mit der Achse 2 zusammenfällt. Falls eine solche Verschiebung der Berührungskanten vorgenommen wurde, wie dies in Abb. 6 dargestellt ist, kann die Schwingbewegung von 9 über die Symmetrieachse hinübergehen, vorausgesetzt, daß die Form der Führungsfläche entsprechend ausgedehnt ist. In einem solchen Falle wird die Führungsfläche für Glied 7 in der dargestellten Weise durch Hinzufügung eines Führungsastes 8' verdoppelt, wobei die zwei verschiedenen Äste 8 und 8' einer solchen Doppelführungsfläche zur Steuerung der Stellung von 7 dienen, wenn sich das Werkzeug auf den entsprechenden verschiedenen Seiten der Achse 2 befindet. Eine in der Skizze nicht dargestellte Feder dient dazu, ein Gleiten der Koppelverlängerung 7 auf der zugeordneten Seite der Führungsfläche zu sichern.

Statt die abgeänderte Führungsfläche derart zu verlängern, daß sie ein Herüberreichender Schwingbewegung über die Symmetrieachse 2 ermöglicht, kann gemäß Abb. 7 dasselbe Ziel auch durch die Verwendung einer zweiten Führungsfläche 11' erreicht werden, die die parallel verschobene Führungsfläche ι r verdoppelt, welche an die Stelle der Fläche 10 getreten ist. Zwei getrennte, aber starr j verbundene Berührungskanten 9' und 9", die um j geeignete Beträge in gleichen und entgegengesetzten I Richtungen gegen die Konstruktionslinie 9 verschoben sind, werden von den entsprechenden Ästen ι ι und 11' dieser Führungsfläche geführt. Eine nicht dargestellte Feder hält die Berührungskanten 9' und 9" während der Schwingbewegung in Berührung mit der zugeordneten Oberfläche der Konstruktionslinie.

Die in Abb. 8 dargestellte Anordnung ähnelt der Anordnung nach Abb. 7, ist jedoch durch Anbringen ' der Führungsflächen 11, 11' auf der anderen Seite der Linse 1 und die Umkehrung der Kurvenbewegung des Werkzeuges 3 für die Erzeugung von konkaven Linsen geeignet.

Die in Abb. 9 und ro dargestellte Ausführungsform der Maschine ist insbesondere für die schematisch in den Abb. 6, 7 und 8 geometrisch erläuterten Anordnungen geeignet. Auf dem Maschinensockel 20 ist ein Antriebsmittel 21 für den Linsenhalter 22 angebracht. Das umlaufende Werkzeug 3 ist starr auf dem Werkzeugführungsglied9befestigt, unddas eine Ende des Gliedes ist bei P an das eine Ende des Koppels 6, 7 angelenkt, während das andere Ende des Gliedes 9 gabelförmige Zweige 9' und 9" ! aufweist, welche an den Steuerflächen 11, 11' gleiten können. Das andere Ende des Koppels 6, 7 kann an den Steuerflächen 8 und 8' gleiten. Die Schwinge 5 ist mit dem einen Ende bei L mittels eines Drehzapfens an das Koppel 6, 7 angelenkt, während das andere Ende mittels eines Drehzapfens an dem festen Punkt O befestigt ist.

Bei der Arbeit beschreiben die Punkte L und P, falls das Koppel 6, 7 an den Oberflächen der Steuerfläche 8, 8' gleitet, Querkurven, die von der in Abb. 9 dargestellten äußersten Lage zu der auf der anderen Seite der Symmetrieachse 2 der Linse 1 befindlichen äußersten Lage reichen. Das Werkzeug 3, das starr mit dem Werkzeugführungsglied 9 verbunden ist, welches mittels eines Drehzapfens im Punkte P befestigt ist, schwingt über die ganze Oberfläche der umlaufenden Linse 1.

Der Entwurf geeigneter Steuerflächenformen erfordert einfache geometrische Berechnungen und nachfolgende Einstellung von Konstanten, um den vorgegebenen praktischen Bedingungen zu genügen. Ein Verfahren, das beispielsweise bei der Bestimj mung der Steuerflächenformen und der Konstruktionsdaten für das System in irgendeinem gegebenen Fall eingehalten werden kann, wird aus dem Folgen-■ den klarwerden. Wenn in der Abb. 3 eine Steuerfläche 10 die Stellung und Richtung des Werkzeugführungsgliedes 9 entsprechend einer vorbestimmten, auf dem Teil 1 zu erzeugenden Kurve festlegt und das rotationssymmetrische Werkzeug für den ioo Gebrauch ausgewählt wurde, so kann der Ort des Punktes P für jede gegebene wirksame Länge des Werkzeugführungsgliedes bestimmt werden, wobei diese Länge mit kleinen Änderungsmöglichkeiten allgemein durch die Hauptabmessungen der vorliegenden Maschine festgelegt wird. Dann ist es möglich, durch Versuch für die geforderte Oberflächenform einen geeigneten Abstand zwischen L und P und eine geeignete Lage des Drehpunktes O zu finden, welche den Ort der Achse der Kurvenrolle auf dem anderen Ende des Koppels 7 bestimmen und damit die Form der Führungsfläche 8', welche Form und Abmessungen sich entsprechend kinematischen und mechanischen Gesichtspunkten als zweckmäßig ergeben.

Die auf Grund solcher Überlegungen gewählten Konstanten hängen weitgehend von der zu erzeugenden Oberfläche ab, denn es ist naturgemäß möglich, dem Koppel 7 für Punkte außerhalb der Achse irgendeine gewünschte Richtung zu geben, in dem man den Abstand zwischen L und P in geeigneter Weise ändert.

Bei vielseitiger Verwendung vereinfacht der vorgeschlagene Gebrauch einer Kurvenrolle den geometrischen Entwurf, aber ein rollender oder schleifender Kontakt an der Führungsfläche 8 gemäß den

Abb. ι und 2 kann in den Fällen benutzt werden, die sich bei Berechnungen der oben beschriebenen Art als geeignet ergeben. Als Umhüllende der erzeugten Linienschar L-P, die auf Grund der aus 5 obenstehenden Berechnungen erhaltenen Konstanten bestimmt wird, kann eine geeignete Steuerflächenform 8 zunächst angenommen und dann in geeigneter Weise korrigiert werden, um gesteigerten Anforderungen an die Genauigkeit, die Zweckmäßigkeit und die mechanische Arbeit zu genügen. Entsprechend dem verhältnismäßig hohen Hebelarmverhältnis am Punkte L werden vernünftige Herstellungstoleranzen der Führungsflächen 8 und 8' eine hohe Genauigkeit der nichtsphärischen Oberflächenform sichern, aber die entsprechende erforderliche Genauigkeit der wesentlichen mechanischen Teile sollte auch bei der Einstellung der Konstanten beachtet werden, damit jede verlangte Form und Genauigkeit der Oberfläche erhalten werden

ao kann. Insbesondere sollen Form und Steigung der Steuerfläche 8 und 8' mechanisch zweckmäßig sein.

Claims

Patentansprüche:

as i. Maschine zum Schleifen und Polieren vorbestimmter Formen nichtsphärischer optischer Oberflächen mittels eines hin und her gehenden Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugführungsglied (9), welches mittels eines Koppels (6) veränderlicher Länge an einen um einen festen Punkt (O) schwingenden Hebel (5) angelenkt ist, entlang einer Steuerfläche (10) und gleichzeitig die Verlängerung (7) desKoppels (6) ebenfalls an einer Steuerfläche (8) geführt werden und diese Flächen (8 und 10) so geformt sind, daß ihre gemeinsame Einwirkung die von dem Werkzeug zu erzeugende nichtsphärische Kurve ergibt.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerflächen (8 und 10) derart angeordnet sind, daß die Schwinge (5), das Werkzeugführungsglied (9) und das Koppel (6) alle in einer geraden Linie stehen, wenn die Schwinge sich in der Symmetrieachse (2) der optischen Oberfläche (1) befindet.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (3) ein sphärisches Werkzeug ist, welches um eine Achse (4) rotiert, die durch den Krümmungsmittelpunkt des Werkzeuges geht.
4. Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (3) um eine Rotationsachse (4) rotiert, die gegen die geometrische Achse des Werkzeugführungsgliedes (9) derart geneigt ist, daß sie diese Achse im Krümmungsmittelpunkt des Werkzeuges schneidet, wenn dieses Werkzeug jene Stellung erreicht hat, in der es seine Arbeit vollendet hat.
5. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (3) ein nahezu punktförmiges Werkzeug ist, das eine Meridianlinie der zu erzeugenden Oberfläche (1) beschreibt.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen (8, 8' und 11, 11') verdoppelt sind, damit das Werkzeug sich auf jeder Seite der Symmetrieachse (2) der optischen Oberfläche (1) bewegen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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