Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren

Abstract

 Zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren schlägt die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Gehäuse (10) vor, in dem ein motorischer Antrieb (M, R) über einen Drehmomentteiles (50), Antriebswellen (14, 14′) sowie Ge­triebeelemente (16, 16′) auf miteinander fluchtende Zen­trierspindeln (18, 18′) wirkt. Diese sind in Führungslagern (22, 22′) an vorragenden Teilen des C-förmigen Gehäuses (10) angeordnet und als Luftlager ausgebildet. Dadurch kann der Einspannwinkel (α) an der Linse (L) im Bereich unterhalb 2 x 8°, vorzugsweise unterhalb 2 x 6° gehalten werden. Insbeson­dere die untere Zentrierspindel (18) ist im Luftlager (22) leichtgängig axialverstellbar, wozu achsparallele und/oder teilringförmige Nuten (90) an den Enden einer dünnwandigen Führungshülse (76) vorgesehen sind, zwischen denen sich bei Druckluftzufuhr Umfangs-Luftpolsterfelder aufbauen. Die axiale Zustellung der Spannspindel (18) erfolgt durch eine Spanneinrichtung (24) mit einer Jochplatte (26) und einem Membrankolben (32).

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halte­rung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Gemäß der DE-PS 1 004 516 hat man hierzu die Linse mit hohem Druck zwischen zwei Glocken eingespannt, damit sich ihre Lage nicht mehr selbsttätig ändert. Zum Zentrieren der Linse wurden während des Spannvorganges die Spannglocken durch Ultraschall in Schwingungen versetzt, um die ruhende Reibung zwischen Glocke und Linse in eine niedrigere Gleitreibung umzuwandeln. Dieser Übergang erfolgte jedoch sprunghaft, wodurch häufig Beschädigungen der Linse mit unerwünschtem Materialabtrag auftraten.

[0003] Man hat ferner versucht, die Spannglocken beim Einspannen der Linse mit entgegengesetztem Drehsinn anzutreiben. Auch hierbei besteht ein hohes Beschädigungsrisiko, so daß sich Schleifspuren in Form von in die Linsenoberfläche einge­schnittenen Ringen kaum vermeiden lassen.

[0004] In der DE-AS 21 48 102 wurde vorgeschlagen, auf der höhenun­veränderlichen Spannglocke einen piezokeramischen Rohr­schwinger anzuordnen, der elektrisch über Schwellenwert­schalter so gesteuert wird, daß die Spannglocke bei Errei­chen eines vorgegebenen Druckes absinkt, wodurch der Schwin­gungsgenerator abgeschaltet wird. Der Piezoschwinger dient gleichzeitig zum Prüfen des Spanndruckes, dem die Schwin­gungsamplitude geregelt angepaßt wird. Bei dieser Anordnung sind Elektronik-Unsicherheiten nachteilig. Ferner hat der Schwinger eine nicht unbeachtliche Axialdruckempfindlich­keit. Durch die Druckbelastung beim Einspannen entsteht eine Vorspannung; die Abstützung des Schwingers ist daher proble­matisch.

[0005] Aus der DE-OS 31 39 873 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der Unregelmäßigkeiten eines Zahnradantriebes ausgenutzt werden, um Relativbewegungen zwischen Linse und Spannglocken zu erzeugen. Als Ausgleichseinrichtung ist ein Waagebalken-­Differential in einem Kegelrad-Getriebezug zwischen den beiden Teilen einer zweiteiligen Zentrierspindel und An­triebswelle vorgesehen. Für eine Druckplatte der oberen, axialbeweglichen Spindel ist ein hydraulischer Spannzylinder vorhanden. Infolge der hohen Reibung der Spannspindel in ihrer Gleitlagerung ist jedoch eine feine Regulierung des Einspanndruckes schwer zu realisieren, so daß auch diese Vorrichtung nur begrenzt anwendbar ist.

[0006] Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik das Zentrieren von Linsen insbesondere für die Schleifbearbeitung am Rand durch eine wesentlich verbesserte und leichtgängige Führung der Zentrierspindeln, durch erhöhte Haltekräfte sowie Genauig­keit der Einspannung zu verbessern, ohne den statischen Kraftaufwand zu steigern, so daß mechanische Beschädigungen der Linse sicher vermieden werden.

[0007] Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.

[0008] Gemäß der Erfindung ist jede Zentrierspindel in einer Hülse radial und axial gelagert, die wiederum über ein hydrau­lisches Spannelement im Maschinengestell festlegbar ist. Das Spannelement besteht aus einer Hülse, die von einem Hohlraum umgeben ist, wobei die Hülse bei Erhöhung des Druckes im Hohlraum verformt und gegen die Führungshülse der Zentrier­spindel gepreßt wird. Hierdurch wird die Zentrierspindel in axialer Richtung festgelegt und gleichzeitig achsgenau aus­gerichtet.

[0009] Die bzw. jede Luftlagerung kann in der Hülse integriert sein, welche die zugeordnete Führungshülse der Zentrierspin­del umschließt. Die obere Zentrierspindel ist zum Einrichten der Maschine axial verschiebbar und zentrisch festklemmbar. Eine als Druckkolben wirksame Stellschraube ermöglicht es, den Druck auf die Führungshülse dieser sogenannten Fest­spindel bedarfsgemäß einzustellen, ohne deren Achsausrich­tung zu verändern.

[0010] Die Zentrierspindel hat eine Außenhülse die in der Luftla­gerhülse eng geführt und an den Enden axial und/oder radial abgestützt ist. Insbesondere die untere Zentrierspindel, die sogenannte Spannspindel, wird dadurch mit hoher zentrischer Genauigkeit und Leitgängigkeit axial geführt. Die fest im Maschinengehäuse sitzende Hülse für die Führungshülse der Spannspindel ist dabei genau fluchtend zur Hülse für die Führungshülse der Festspindel angeordnet.

[0011] Eine sehr günstige Weiterbildung der Luftlagerung besteht darin, daß zwischen dem Gehäuse und zumindest der unteren Führungshülse der Zentrierspindel Nuten vorhanden sind, die über Steueröffnungen mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Die Nuten können achsparallele und/oder teilringförmige Kanäle bilden. Bevorzugt ist die Innenwand der Führungshül­senbohrung mit Kanälen und Taschen so gestaltet, daß in der oberen und unteren Hälfte je vier Luftpolsterfelder entste­hen, welche die Spannspindel bei Druckluftzufuhr mit äußerst geringer Reibung positionsstabil lagern. Die Luftlagerung und die damit verbundene Leichtgängigkeit der Spannspindel und der Membrankolben ermöglichen es für das Ausrichten der Linse die Ausrichtkräfte sehr klein zu halten und diese feinfühlig einzustellen, wodurch eine Beschädigung der Lin­senoberfläche während ihrer Ausrichtbewegung vermieden wird. Hat die Linse ihre genaue Ausrichtposition erreicht, wird der die Spannhülse umgebende Hohlraum mit hohem Druck be­aufschlagt, so daß die Spannspindel in ihrer Lage achsgenau und zentrisch festgeklemmt wird. Die zugeführte Druckluft ist auch während des Bearbeitungsvorganges sehr förderlich, um das Eindringen von Kühl- und Schleifmitteln bzw. Mate­rialabrieb zwischen der Führungshülse und der Spannspindel zu vermeiden.

[0012] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnitt-Gesamtansicht einer Zen­triervorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Axialschnitt-Ansicht einer oberen Zentrierspindel-Führung,

Fig. 3 eine vergrößerte Axialschnitt-Ansicht einer unteren Zentrierspindel-Führung mit Spannein­richtung,

Fig. 4 eine weiter vergrößerte Querschnittsansicht entsprechend der Ebene A_i-A_i in Fig. 3 und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Druckmit­tel-Steuerung für die Anordnung gemäß Fig. 3 und 4.

[0013] Die Gesamtansicht von Fig. 1 veranschaulicht eine Vorrich­tung mit einem Gehäuse 10, das eine Lagerung 12 für fluch­tende Antriebswellen 14, 14′ aufweist, welche über Getriebe­elemente 16, 16′ auf unter sich ebenfalls fluchtende Zen­trierspindeln 18, 18′ wirken. Diese tragen an ihren freien Enden Spannglocken 20, 20′, zwischen denen eine Linse L zur Bearbeitung ausrichtbar und einspannbar ist. Zum Antrieb dient ein Motor M, der über einen Riemenantrieb R und einen Drehmomentteiler 50 auf die beiden Antriebswellen 14, 14′ wirkt.

[0014] Im unteren Teil des C-förmig gestalteten Gehäuses 10 befin­det sich eine Kammer 44, in der eine Spanneinrichtung 24 untergebracht ist. Diese ermöglicht es, die untere Zentrier­spindel 18 gegenüber der oberen Zentrierspindel 18′ in Achs­richtung A zu verschieben, um die Linse L festzuspannen.

[0015] Fig. 2 zeigt den oberen Teil der Zentrierspindel-Anordnung. In einem vorragenden Teil des Gehäuses 10 befindet sich ein Klemmlager 22′ für die oberen Zentrierspindel 18′, die auch als Festspindel bezeichnet wird. Sie hat eine Führungshülse 19′, welche über Stützlager 74a, 74b gegenüber der inneren Zentrierspindel 18′ radial und axil abgestützt ist.

[0016] Das Klemmlager 22′ weist eine dünnwandige Hülse 76 auf, welche die Zentrierspindel 18′ bzw. ihrer Führungshülse 19′ im Gehäuse 10 anliegend umschließt ünd ihrerseits von einem Hohlraum 78 umgeben ist, in welchem mittels einer als Druckkolben wirkenden Stellschraube 80 der dem jeweiligem Bedarf entsprechende Klemmdruck auf die Führungshülse 76 einstellbar ist.

[0017] Zwischen der oberen Spannglocke 20′ und der unteren Spann­glocke 20 ist eine Linse L mit einem Einspannwinkel ein­spannbar. Das ist derjenige Winkel, den die beiden Tangenten an den Berührungsstellen zwischen den Linsenoberflächen und den Spannglocken 20, 20′ zueinander einnehmen. Durch den Haftreibungskoeffizienten physikalisch bedingt, muß der Winkel α größer als 2 x 8° > 16° sein.

[0018] Zum Einspannen dient die untere Zentrierspindel-Anordnung gemäß Fig. 3. Hierbei hat die untere Zentrierspindel 18, auch Spannspindel genannt, ebenfalls eine Führungshülse 19, die über Stützlager 84a, 84b gegenüber der inneren, eigent­lichen Zentrierspindel 18 axial und radial abgestützt ist. Zwischen dem unteren Stützlager 84a und einem Bund eines Kupplungs-stücks 34 ist eine Wellfeder 82 angeordnet, die eine begrenzte axiale Verschiebung von Führungshülse und Zentrierspindel zueinander gestattet. Das Kupplungsstück 34 besteht aus zwei Zahnrädern 36, 37 mit Innen- und Außenver­zahnung, wobei das Zahnrad 36 mit der Zentrierspindel 18 drehfest verbunden ist. Das Zahnrad 37 ist über ein Radial­lager 35 am Gehäuse 10 abgestützt. Das Zahnrad 36 ist so breit, daß auch bei der erforderlichen axialen Verschiebung der Zentrierspindel die Zahnräder 36, 37 nicht außer Ein­griff kommen. Am Umfang ist das Zahnrad 37 als Riemenscheibe ausgebildet, an welcher das Getriebeelement 16 (also ein Treibriemen) angreift.

[0019] Die Spanneinrichtung 24 weist eine als Joch ausgebildete Platte 26 auf, die zentrisch einen Hohlraum mit einem Mem­brankolben 32 hat. Durch Druckmittelbeaufschlagung kann der Membrankolben 32 aufwärts bewegt werden, um die Spannspindel 18 samt der auf der Spannglocke 20 ruhenden Linse L zu der oberen Spannglocke 20′ hin anzuheben.

[0020] Um diese Zustellbewegung möglichst leichtgängig durchführen zu können, ist das Klemmlager 22 für die Spannspindel 18 erfindungsgemäß zusätzlich als Luftlager ausgebildet. Am Umfang der dünnwandigen Führungshülse 86, insbesondere an deren beiden Enden, sind hierzu Nuten 90 vorgesehen, welche ber Steueröffnungen A_i und B_i mit Druckmittel beaufschlag­bar sind. In Verbindung mit Fig. 4 ist ersichtlich, daß diese Nuten 90 als achsparallele und teilringförmige Kanäle gestaltet sind, welche insbesondere je vier Luftpolsterfel­der bilden, dank welcher die Zentrierspindel 18 bzw. deren Außenhülse 19 im Klemmlager 22 mit überaus geringer Reibung axialverschieblich ist, wobei gleichzeitig eine exakte axi­ale Ausrichtung der Zentrierspindel gewährleistet ist.

[0021] Durch die Druckbeaufschlagung wird die Führungshülse 19 der Spannspindel 18 luftgelagert geführt und dadurch die Reibung für die axiale Spannbewegung auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig eine hohe Achsfluchtgenauigkeit gewährleistet. Durch den Membrankolben 32 können die zum Ausrichten der Linse L benötigten Ausrichtkräfte feinfühlig eingestellt werden. Nach dem Ausrichten wird durch die Bohrung 98 der Hohlraum 88 durch ein Druckmedium unter hohen Druck gestellt und die dünnwandige Führungshülse 8-6 deformiert sich zum Zentrum hin und klemmt die Spannspindel genau fluchtend fest. Über das Joch 26 und das Axiallager 33 wird die zur Bearbeitung der Linse L notwendige Spannkraft auf die Zen­trierspindel 18 übertragen. Die hierdurch entstehende gerin­ge Axialbewegung der Spannspindel 18 geschieht in der eige­nen Lagerung 84a und 84b wobei die Wellfeder 82 etwas stär­ker gespannt wird.

[0022] Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließ­lich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren, mit einem Gehäuse (10), mit einer Antriebsein­richtung für den Antrieb zweier in Achsrichtung (A) fluch­tende Zentrierspindeln (18, 18′) deren einander zugewandte Enden Spannglocken (20, 20′) tragen, zwischen denen zur Bearbeitung eine Linse (L) mittels einer auf zumindest eine Zentrierspindel (18) bzw. Spannglocke (20) wirkenden Spann­einrichtung (24) einspannbar ist und die Zentrierspindeln 18, 18′) in einer Führungshülse (19, 19′) angeordnet sind, und durch Stützlager (84a, 84b; 74a, 74b) in dieser abge­stützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse (19) in mindestens einer dünnwandigen Führungshülse (76, 86) geführt ist, die im Maschinengestell (10) gehaltert oder ausgeformt und von einem Hohlraum (78) umgeben ist, daß jeder Hohlraum (78) mit einem Medium beaufschlagbar ist, das zum Festklem­men der Führungshülse (19) unter Druck setzbar ist und die Führungshülse (76, 86) verformt, und daß die Zentrierspindel (18) begrenzt axial gegenüber der Führungshülse (19) ver­schiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Führungshülsen (19) zusätzlich über ein oder mehrere Luftlager (90) im Maschinengestell (10) geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftlager durch auf der Innenwandung der Führungshülse (76, 86) eingearbeitete Nuten (90) gebildet sind die über Anschlußbohrungen (95) mit den Steueranschlüssen (A_i, B_i) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch. 1 oder.2, dadurch gekennzeich­net, daß der in dem Hohlraum (78) des einen, vorzugsweise oberen Klemmlagers (22) herrschenden Druckes mittels einer die Gehäusewand abgedichtet durchsetzenden Stellschraube (80) einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (90) achsparallele und/oder teilringförmige Kanäle bilden (Fig. 3 und 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­net, daß zumindest zwei einander diametral gegenüberliegende Steueröffnungen (z. B. A₂, A₄) über ein Steuerventil (92) wahlweise ansteuerbar und gegenüber den anderen Steueröff­ nungen bzw. Kanälen durch Absperrventile (94) verschließbar sind, deren Öffnungen unter Umschalten des Steuerventils (92) eine Entlüftung bewirkt (Fig. 4 und 5).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der unteren Zentrier­spindel (18) über einen Membrankolben (32) auf einer Spann­einrichtung (24) abgestützt ist.

Zeichnung