Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer punktunsymmetrischen Freiformfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Poliermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Aus der
Aus der
In dem aus dieser Schrift bekannten Verfahren wird das Polieren der optischen Oberfläche in Abhängigkeit von der Drehzahl des polierenden Kopfes und der auf die zu polierende Oberfläche wirkenden Anpresskraft durch Druckbeaufschlagung gesteuert.
Aus der
Das in der
Aus den
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie eine Poliermaschine mit einem Polierkopf mit Polierteller zum Polieren einer Freiformfläche bereitzustellen, durch die eine qualitativ hochwertige optische Oberfläche polierbar ist und ein konstanter Polierabtrag auf der gesamten zu polierenden optischen Oberfläche gewährleistet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird für das Verfahren durch die im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale gelöst. Die Aufgabe der Erfindung wird für die Poliermaschine durch die im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in weiteren abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß der Erfindung wird der Druck in einer Druckkammer des Polierkopfes in Abhängigkeit von der Oberflächenkontur der optischen Fläche geregelt, so dass der auf der optischen Oberfläche aufliegende Drehteller auf dieselbe einen vorbestimmten konstantes Polierdruck ausübt.
Es wird ein Polierkopf, insbesondere zum Polieren von optischen Flächen, eingesetzt, mit einem Polierteller, der mit einer rotatorisch antreibbaren Antriebswelle verbunden ist, wobei der Polierteller mit der Antriebswelle gelenkig und drehfest verbunden ist.
Durch die Maßnahme den Polierteller drehfest gelenkig mit der Antriebswelle zu verbinden ist es möglich, daß der Polierteller der Oberflächenkontur folgend auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufliegt. Durch die gelenkige Verbindung kann der Polierteller Kippbewegungen ausführen, so daß er mit einer maximalen Polierfläche auf der zu polierenden Oberfläche aufliegt.
Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle auf den Polierteller hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Polierteller mit der Antriebswelle mittels Formschluß zu verbinden, so daß die Drehbewegung der Antriebswelle aufgrund des Formschlusses auf den Polierteller übertragen wird.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt für die drehfeste gelenkige Verbindung den Polierteller über ein Kugelimbusgelenk mit der Antriebswelle zu verbinden. Durch dieses Kugelimbusgelenk ist es möglich, den Drehpunkt, um den der Polierteller in beliebige Richtungen geschwenkt werden kann, möglichst nah an der zu polierenden Oberfläche des Poliertellers anzuordnen. Die nahe Anordnung der gelenkigen Verbindung zur polierenden Oberfläche des Poliertellers hat den Vorteil, daß der Polierteller den Oberflächenkonturen reaktionsschnell folgen kann.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, der gelenkigen Verbindung ein oder mehrere Rastelemente zur Sicherung der Verbindung von Antriebswelle und Polierkopf zuzuordnen. Ist als gelenkige Verbindung ein Kugelimbusgelenk vorgesehen, so wird mittels des Rastelementes sichergestellt, daß der Kugelimbuskopf aus der zugeordneten Ausnehmung nicht herausrutschen kann. Dadurch kann der Polierteller ohne Probleme von der zu polierenden Fläche entfernt werden. Durch die durch das Rastelement gewährleistete Lösbarkeit der Verbindung können außerdem verschiedene Polierteller leicht gegeneinander ausgetauscht werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dem Polierkopf eine Druckkammer zuzuordnen wobei aus einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer eine translatorische Bewegung des Poliertellers entlang einer Mittenachse des Polierkopfes resultiert. Liegt der Polierteller auf einer zu polierenden Oberfläche auf, so resultiert aus einer Druckbeaufschlagung ein erhöhter Polierdruck.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein der Druckkammer zugeordneter Kolben mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht, so daß eine Druckbeaufschlagung der Druckkammer über die Antriebswelle auf den Polierteller übertragen wird.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt die Antriebswelle mittels eines koaxial angeordneten Hohlzylinders, in dem die Antriebswelle drehfest gelagert ist, über diesen Hohlzylinder anzutreiben. Für die Übertragung der Drehbewegung hat sich eine formschlüssige Verbindung als vorteilhaft erwiesen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Antriebswelle in dem Hohlzylinder mittels Lagerelementen, z.B. einer Wälzlagerung oder einer Kugellagerung, translatorisch leicht bewegbar zu lagern. Durch diese Lagerung wird gewährleistet, daß bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer sich die Antriebswelle in dem Hohlzylinder leichtgängig translatorisch bewegen kann und somit die eingeleitete translatorische Bewegung bzw. Kraftbeaufschlagung nahezu vollständig auf den Polierteller übertragen wird.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft herausgestellt eine Poliermaschine mit dem geschilderten Polierkopf zu bestücken.
Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
Der in
Der Polierteller 3 ist über die gelenkige Verbindung an einer Antriebswelle (7) aufgenommen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist für diese drehfeste gelenkige Verbindung ein Kugelimbusgelenk vorgesehen. Die Antriebswelle (7) ist dazu auf der dem Polierteller zugewandten Seite endseitig mit einem Kugelimbuskopf (19) versehen, der in eine im Polierteller (3) ausgebildete Ausnehmung (13) eingreift.
Zur Sicherung ist die Verbindung zwischen dem Kugelimbuskopf (19) und dem Polierteller (3) mittels eines Rastelementes (15) gesichert . Als Rastelement können beispielsweise ein Federelement bzw. Federstift am Polierteller, der in eine Ausnehmung am Kugelimbuskopf hinein ragt, vorgesehen sein.
Es ist auch möglich, den Kugelimbuskopf (19) an dem Polierteller auszubilden; in diesem Fall ist dann in der Antriebswelle (7) eine Ausnehmung zur drehsicheren gelenkigen Aufnahme des Kugelimbuskopfes vorzusehen. Allerdings ist in diesem Fall der Abstand zwischen der Gelenkstelle - also dem Punkt, um den eine Kippung des Poliertellers relativ zur starren Antriebswelle erfolgen kann - und der zu polierenden Fläche (41) größer.
Die Antriebswelle (7) ist über ein Lagerelement (23) translatorisch verschiebbar und drehfest in einem Hohlzylinder (49) gelagert. Der Hohlzylinder (49) wird rotatorisch angetrieben über einen nicht dargestellten Antrieb der Poliermaschine, wobei die Drehbewegung aufgrund der drehfesten Verbindung durch das Lagerelement (23) vollständig auf die Antriebswelle (7) für den Polierkopf übertragen wird.
Auf der vom Polierkopf abgewandten Seite der Antriebswelle (7) ist in dem Hohlzylinder (49) ein Hydraulik- oder Pneumatiksystem, das zur Beaufschlagung des Polierkopfes mit dem erforderlichen Polierdruck dient, vorgesehen. Dieses weist einen Druckkammerzylinder (31) mit einem darin translatorisch verschiebar aufgenommenen Kolben (33) auf Zur Entkoppelung des Kolbens (33) von der Drehbewegung der Antriebswelle (7) und des Hohlzylinders können Drehlager zwischen dem Druckkammerzylinder (31) und dem Hohlzylinder (49) sowie zwischen dem vom Kolben (33) angetriebenen Pleul (32) und der Antriebswelle (7) vorgesehen sein. Zur Druckbeaufschlagung des Kolbens (33) ist der im Druckkammerzylinder (31) gebildeten Druckkammer (29) eine Druckversorgung (35) mit einem Druckregelventil (37) und einem Druckreservoir (36) zugeordnet. Durch Druckbeaufschlagung der Druckkammer (29) wird eine entlang einer Mittenachse (2) des Polierkopfes (1) gerichteten Kraft auf den Kolben (33) eingeleitet. Aus dieser Kraft resultiert eine translatorische Bewegung des Poliertellers bzw. eine Erhöhung der wirkenden Polierkraft, sofern der Polierbelag (5)auf einer zu polierenden optischen Fläche (41) eines Werkstückes (39) aufliegt.
Die drehfeste translatorisch bewegbare Kopplung zwischen dem Hohlzylinder (49) und der Antriebswelle (7) erfolgt über ein Wälzlager (23). Die Antriebswelle (7) weist dazu ein nicht rotationssymmetrisches Außenprofil (43), vorzugsweise ein Mehrkantprofil auf. Der Formschluß zwischen dem AuBenprofil (43) der Antriebswelle (7) und der Innenwand des . Hohlzylinders wird über Rollen oder Walzen (25) erreicht, die in dem Lagerelement (23) symmetrisch zum Außenprofil der Antriebswelle (7) aufgenommen sind und an dem Außenprofil (43) der Antriebswelle abrollen. Die Drehachsen der Rollen oder Walzen sind dabei senkrecht zur Rotationachse der Antriebswelle (7) ausgerichtet.
Anstelle der Wälzlagerung der Antriebswelle (7) in dem Hohlzylinder (49) kann auch eine Kugellagerung, wie in
Im folgenden wird das Polierverfahren näher beschrieben. Zum Polieren wird der Polierkopf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der zu polierenden Fläche, in einer Schwenkbewegung in radialer Richtung über die zu polierende optische Fläche (41) bewegt. Sowohl das Werkstück (39) als auch der Polierteller werden dabei mit nahezu gleicher Drehzahl in identischer Richtung angetrieben. Bei Bewegung des Poliertellers über die zu polierende optische Fläche (41) kann vorgesehen sein, daß die Drehzahlen des Poliertellers oder die Drehzahl des Werkstückes, insbesondere in Abhängigkeit von der radialen Position des Poliertellers, zu verändern. Diese Drehzahländerung hat einen positiven Einfluß auf einen konstanten Polierabtrag.
Durch die Wahl eines sehr großen Speichervolumens (36) im Verhältnis zum sich verändernden Volumen des Kolbens (31), werden die Druckschwankungen sehr klein gehalten, so daß der Polierteller mit konstanter Kraft auf der zu polierenden optischen Fläche aufliegt. Das Druckregelventil trägt auch noch zum Ausgleich von Druckschwankungen bei.
Durch die beschriebene Anordnung in Verbindung mit einer Poliermaschine nach dem Stand der Technik sind insbesondere nicht rotationssymmetrische optische Oberflächen (41) polierbar, wobei der Polierabtrag über die gesamte optische Fläche konstant ist. Für den gleichmäßigen Polierabtrag ist es erforderlich, daß der Polierbelag des Poliertellers (3) möglichst großflächig auf der zu polierenden optischen Fläche (41) aufliegt. Dies wird insbesondere dadurch gewährleistet, daß durch die drehfeste gelenkige Verbindung zwischen dem Polierteller und der Antriebswelle (7) der Polierteller um einen auf der Mittenachse (2) des Polierkopfes liegenden Punkt in beliebige Richtungen gekippt werden kann und die Ausrichtung des Poliertellers dadurch der Oberflächenkontur der zu polierenden Fläche (41) folgen kann.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.