EP0322580A2 - Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren - Google Patents

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

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centering
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Wilhelm Loh Wetzlar Optikmaschinen GmbH and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to a device for centering optical lenses for mechanical mounting, in particular for edge grinding and faceting, according to the preamble of claim 1.
  • the lens has been clamped at high pressure between two bells so that its position no longer changes automatically.
  • the clamping bells were vibrated by ultrasound during the clamping process in order to convert the static friction between the bell and the lens into a lower sliding friction.
  • this transition took place by leaps and bounds, which often resulted in damage to the lens with undesired material removal.
  • DE-AS 21 48 102 it has been proposed to arrange a piezoceramic tube oscillator on the height-adjustable clamping bell, which is controlled electrically via threshold switches so that the clamping bell drops when a predetermined pressure is reached, as a result of which the vibration generator is switched off.
  • the piezo oscillator is also used to check the clamping pressure to which the vibration amplitude is adjusted in a controlled manner.
  • electronics uncertainties are disadvantageous.
  • the transducer has a not inconsiderable sensitivity to axial pressure. The pressure load during clamping creates a preload; the support of the transducer is therefore problematic.
  • a device is known in which irregularities of a gear drive are exploited to generate relative movements between the lens and the clamping bell.
  • a balance beam differential is provided in a bevel gear train between the two parts of a two-part centering spindle and drive shaft.
  • a hydraulic clamping cylinder is available for a pressure plate of the upper, axially movable spindle. Due to the high friction of the clamping spindle in its slide bearing, however, it is difficult to achieve fine regulation of the clamping pressure, so that this device can also be used only to a limited extent.
  • the object of the invention is, while overcoming the disadvantages of the prior art of Tecknik, to improve the central mounting and clamping of optical lenses in an economical manner in such a way that the setting up for grinding processing as well as this can be carried out in a short time, precisely and conveniently with minimal pressure on the lens.
  • an air bearing can also be provided for the upper centering spindle.
  • the or each air bearing has a thin guide sleeve, which encloses the centering spindle in question or its outer sleeve and is in turn surrounded by a pressurizable cavity.
  • This arrangement is structurally simple and allows the clamping pressure to be adjusted or regulated as required in order to clamp spindles for machining.
  • the radial insert ball bearings are arranged in alignment in closed chambers of the housing. This is thanks to a honeycomb structure with a generally C-shaped Ge stiff torsion-resistant, so that the radial insert bearings keep their orientation even under high loads.
  • the pressure can be set or adjusted by means of an adjusting device.
  • a connection for supplying pressure medium with controllable or adjustable pressure is provided according to claim 6. This allows the desired pressure conditions to be established clearly and precisely.
  • an important embodiment of the invention, for which independent protection is claimed, according to claim 7, is that the opposing air bearings can be acted upon alternately with higher and lower pressure.
  • the frequency and pressure of the air supply can be pneumatically and / or electrically adjustable or adjustable.
  • the tensioning spindle is therefore made to vibrate in its air bearing by mutually placing two opposing air cushions under increased pressure.
  • the vibrations can be generated in a manner known per se using a vibrator. Due to the translational vibration introduced via the air cushions onto the clamping spindle, the clamping bell and the lens are also set into a translational movement. Since the lens is not firmly connected to the clamping bell and only rests with its own weight, its inertia creates small sliding movements between the lens and the clamping bell.
  • the air bearings can be designed so that the inner wall of the or each guide sleeve has channels and / or pockets, in particular in the form of four air cushion fields.
  • claim 10 provides that the channels or pockets are designed as axially parallel and / or partially annular grooves.
  • the device illustrated in Fig. 1 has a housing 10 with a bearing 12 for drive shafts 14, 14 ', which act via gear elements 16, 16' on centering spindles 18, 18 ', which are aligned in the axial direction A. They wear tension bells 20, 20 'at their free ends, between which a lens L can be aligned and clamped.
  • a motor M drives the two drive shafts 14, 14 'synchronously via a belt drive R and a torque divider 50.
  • the gear elements 16 act on a coupling piece 34 at the lower end of the lower centering spindle 18, which is also called a clamping spindle. It can be adjusted in the axial direction A by means of a clamping device 24 in order to align a lens L and to hold it mechanically during grinding.
  • the tensioning device 24 has a yoke 26 designed as a plate, in which a membrane piston 32 is arranged centrally for supporting the lower end of the tensioning spindle 18.
  • the clamping device 24 is located in the lower, projecting part 100 of the housing 10, which has a guide bearing 22 for the clamping spindle 18.
  • the tension bearing 22' has a cavity 78 which surrounds a sleeve 76 which is located concentrically on the fixed spindle 18 'or its guide sleeve 19'.
  • the pressure in the cavity 78 can optionally be reduced or increased by means of an adjusting screw 80 acting as a piston.
  • the air bearing is shown in FIG. 3. This air bearing is arranged in the lower support part 100 of the housing 10 above the tensioning device 24.
  • the air bearing has a sleeve 86 which tightly encloses the clamping spindle 18 or its guide sleeve 19.
  • channels 90 are provided, which are preferably arranged axially parallel and / or partially in the form of a ring, in particular to form diametrically opposed air cushion fields. These can be pressurized or vented with compressed air via control openings A and B, preferably alternately with a pneumatically or electrically controlled (not shown) vibrator. The vibrations in the air bearing can be adjusted and optimized as required by frequency and pressure control. The smooth axial movement of the centering spindle 18 is then effected by pressurizing the diaphragm piston 32 of the tensioning device 24.
  • a clamping bearing 22 which is formed by the sleeve 86 and a cavity 88 surrounding the sleeve 86, which is connected via a connection to a pressure medium supply line, is used for clamping the clamping spindle 18.
  • the sleeve deforms uniformly on all sides and clamps the clamping spindle in an exactly axially aligned manner.
  • the centering spindles 18, 18 ' can be in one piece.
  • the structure according to FIGS. 2 and 3 is preferred, according to which the fixed spindle 18 'has a guide sleeve 19' which is axially and radially supported via support bearings 74a, 74b with respect to the inner, actual rotary spindle 18 '.
  • Corresponding support bearings 84a, 84b are provided for an outer sleeve 19 which surrounds the inner actual clamping spindle 18.
  • the two centering spindles are a little bit axially displaceable due to wave springs 82, 82 ', so that the required clamping pressure can be set.

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Abstract

Zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung, insbesondere beim Randschleifen und Facettieren, dient eine Vorrichtung mit einem Gehäuse (10), in dem eine geteilte Antriebswelle (14, 14′) mit Drehmomentteiler (50) gelagert ist. Dadurch werden zwei in Achsrichtung (A) fluchtende Zentrierspindeln (18, 18′) motorisch angetrieben, deren einander zugewandte Enden Spannglocken (20, 20′) tra­gen, zwischen denen eine Linse (L) ausricht- und einspannbar ist. Zumindest für die untere Spannspindel ist ein Luftlager vorhanden, das über achsparallele und/oder teilringförmige Kanäle (90) mit Steueröffnungen (A, B) druckluftbeaufschlag­bar ist. Insbesondere können zwei sich diametral gegenüber­liegende Luftpolsterfelder mit Druck beaufschlagt werden. Die Spannspindel (18) ist dann leichtgängig axial bewegbar, wobei ein Membrankolben (32) eine sehr fein dosierbare Zustellung ermöglicht.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, unter Überwindung der Nachtei­le des Standes der Tecknik die zentrische Lagerung und Einspannung optischer Linsen auf wirtschaftlicher Weise so zu verbessern, daß das Einrichten für die Schleifbearbeitung sowie diese selbst in kurzer Zeit, genau und bequem mit geringsmöglicher Druckbeanspruchung der Linse durchgeführt werden kann.
  • Das Hauptmerkmal der Erfindung ist im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Indem zumindest für die untere Zentrierspindel ein mit Luft beaufschlagbares Führungslager vorhanden ist, erzielt man erfindungsgemäß in überaus ein­facher Weise bei der Axialbewegung der Zentrierspindel einen Übergang zur Gleitreibung, wobei die Reibungskräfte auf etwa ein Zehntel der ruhenden Reibung herabgesetzt werden. Die überaus weich ansprechende Anordnung ermöglicht es, daß der ganze Zentriervorgang während der Phase des leichten Anpres­sens erfolgt.
  • Gemäß Anspruch 2 kann auch für die obere Zentrierspindel ein Luftlager vorhanden sein.
  • Laut Anspruch 3 weist das bzw. jedes Luftlager eine dünne Führungshülse auf, welche die betreffende Zentrierspindel bzw. deren Außenhülse anliegend umschließt und ihrerseits von einem druckbeaufschlagbaren Hohlraum umgeben ist. Diese Anordnung ist konstruktiv einfach und gestattet es, den Klemmdruck nach Bedarf einzustellen bzw. zu regeln um so Spindeln für die Bearbeitung festzuklemmen.
  • Die Spannlager sind gemäß Anspruch 4 in geschlossenen Kam­mern des Gehäuses fluchtend angeordnet. Dieses ist dank eines wabenförmigen Aufbaues mit allgemein C-förmiger Ge­ stalt verwindungssteif, so daß die Spannlager ihre Ausrich­tung auch bei hoher Beanspruchung behalten.
  • Im oberen Spannlager kann der Druck mittels einer Stellein­richtung gemäß Anspruch 5 ein- oder nachstellbar sein. Zu­mindest für das untere Spannlager ist nach Anspruch 6 ein Anschluß zur Druckmittelzufuhr mit steuer- oder einstellba­rem Druck vorgesehen. Dadurch lassen sich die gewünschten Druckverhältnisse übersichtlich und genau herstellen.
  • Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung, für die selbstän­diger Schutz in Anspruch genommen wird, besteht gemäß Anspruch 7 darin, daß die einander gegenüberliegenden Luftlager wechselseitig mit höherem und niedrigerem Druck beaufschlagbar sind. Frequenz und Druck der Luftbeaufschla­gung können dabei nach Anspruch 8 pneumatisch und/oder elek­trisch regel- bzw. einstellbar sein. Die Spannspindel wird also in ihrer Luftlagerung zum Schwingen gebracht, indem zwei sich gegenüberliegende Luftpolster wechselseitig unter erhöhten Druck gesetzt werden. Die Schwingungen können in an sich bekannter Weise mit einem Vibrator erzeugt werden. Durch die über die Luftpolster auf die Spannspindel einge­leitete translatorische Schwingung wird auch die Spannglocke und die Linse in eine translatorische Bewegung versetzt. Da die Linse mit der Spannglocke nicht fest verbunden ist und nur mit dem eigenen Gewicht aufliegt, entstehen durch ihre Massenträgheit kleine Schiebebewegungen zwischen Linse und Spannglocke. Hierdurch wird die ruhende Reibung zu einer gleitenden Reibung und damit auch der Reibungskoeffizient heruntergesetzt. Trifft nun die sich bewegende Linse beim Ausrichten auf die obere Spannglocke werden durch den klei­ neren Reibungskoeffizienten auch die Ausrichtkräfte wesent­lich verringert. Der durch die ruhende Reibung festgelegte minimale Einspannwinkel von 16° kann dadurch wesentlich verkleinert und damit der Bereich der sich selbst zentrie­renden Linse vergrößert werden. Speziell können die Luftla­ger laut Anspruch 9 so gestaltet sein, daß die Innenwand der bzw. jeder Führungshülse Kanäle und/oder Taschen aufweist, insbesondere in Form von je vier Luftpolsterfeldern. In weiterer Spezialisierung sieht Anspruch 10 vor, daß die Kanäle bzw. Taschen als achsparallele und/oder teilringför­mige Nuten ausgebildet sind. Die sehr einfache Konstruktion gewährleistet eine genaue Führung mit geringstmöglicher Reibung während der Beaufschlagung mit Druckluft, die auch während der Schleifbearbeitung vorteilhaft ist, um Kühl- und Schmiermittel sowie Materialabrieb von der Spindellagerung fernzuhalten.
  • 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 Axialschnittansicht einer oberen Zentrierspindel-Lagerung
    • Fig. 3 eine vergrößerte Axialschnittansicht einer unteren Zentrierspindel-Lagerung,
    • Fig. 4 eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht ent­sprechend der Ebene Ai-Ai in Fig. 3 und
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung der Druckmittel-­Steuerung für die Anordnung gemäß Fig. 3 und 4.
  • Die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung hat ein Gehäuse 10 mit einer Lagerung 12 für Antriebswellen 14, 14′, die über Getriebeelemente 16, 16′ auf Zentrierspindeln 18, 18′ wirken, die in Achsrichtung A miteinander fluchten. Sie tragen an ihren freien Enden Spannglocken 20, 20′, zwischen denen eine Linse L ausricht- und einspannbar ist.
  • Ein Motor M treibt über einen Riementrieb R und einen Dreh­momentteiler 50 die beiden Antriebswellen 14, 14′ synchron an. Die Getriebeelemente 16 wirken auf ein Kupplungsstück 34 am unteren Ende der unteren Zentrierspindel 18, die auch Spannspindel genannt wird. Sie ist mittels einer Spannein­richtung 24 in Achsrichtung A zustellbar, um eine Linse L auszurichten und während der Schleifbearbeitung mechanisch zu haltern.
  • Die Spanneinrichtung 24 weist ein als Platte ausgebildetes Joch 26 auf, in dem zentrisch ein Membrankolben 32 zur Abstützung des unteren Endes der Spannspindel 18 angeordnet ist. Die Spanneinrichtung 24 befindet sich im unteren, vor­ragenden Teil 100 des Gehäuses 10, das ein Führungslager 22 für die Spannspindel 18 aufweist. Ein Spannlager 22′ für die obere Zentrierspindel 18′, die auch als Festspindel bezeich­net wird, ist in einem vorragenden Arm 100′ des Gehäuses angeordnet.
  • Diese Anordnung ist insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich. Man erkennt, daß im Tragteil 100′ des Gehäuses 10 das Spannlager 22′ einen Hohlraum 78 aufweist, der eine Hülse 76 umgibt, welche an der Festspindel 18′ bzw. ihrer Führungshülse 19′ konzentrisch anliegt. Mittels einer als Kolben wirkenden Stellschraube 80 kann der Druck im Hohlraum 78 wahlweise herabgesetzt oder erhöht werden. Durch Lösen der Stell­schraube 80 ist es möglich, die Höhenlage der Zentrierspin­del 18′ beim Einrichten der Maschine nach Bedarf einzustel­len. Sodann wird die obere Zentrierspindel 18′ durch Zudre­hen der Stellschraube 80 in ihrer Höhenposition fixiert. Damit ist die obere Spannglocke 20′ höhenunveränderlich festgelegt.
  • Die Zustellung der Linse L, welche auf der unteren Spann­glocke 20 ruht, erfolgt nun durch Aufwärtsbewegung der unte­ren Zentrierspindel 18. Deren Luftlagerung geht aus Fig. 3 hervor. Dieses Luftlager ist im unteren Tragteil 100 des Gehäuses 10 oberhalb der Spanneinrichtung 24 angeordnet. Das Luftlager weist eine Hülse 86 auf, welche die Spannspindel 18 bzw. ihre Führungshülse 19 eng umschließt.
  • An den Enden der Hülse 86 sind Kanäle 90 vorgesehen, die vorzugsweise achsparallel und/oder teilringförmig angeordnet sind, um insbesondere einander diametral gegenüberliegende Luftpolsterfelder zu bilden. Diese können über Steueröffnun­gen A und B mit Druckluft beaufschlagt bzw. entlüftet wer­den, vorzugsweise wechselseitig mit einem pneumatisch oder elektrisch gesteuerten (nicht dargestellten) Vibrator. Durch Frequenz- und Druckregelung können die Schwingungen im Luftlager nach Bedarf eingestellt und optimiert werden. Die leichtgängige Axialbewegung des Zentrierspindel 18 wird dann durch Druckbeaufschlagung des Membrankolbens 32 des Spann­einrichtung 24 bewirkt.
  • Zum Festspannen der Spannspindel 18 dient ein Spannlager 22, das durch die Hülse 86 und einen die Hülse 86 umgebenden Hohlraum 88 gebildet wird, der über einen Anschluß mit einer Druckmittelzufuhrleitung verbunden ist. Bei Erhöhung des Druckes im Hohlraum 88 verformt sich die Hülse allseitig gleichmäßig und klemmt die Spannspindel exakt axial ausge­richtet fest.
  • Die Zentrierspindeln 18, 18′ können einteilig sein. Bevor­zugt wird jedoch der Aufbau gemäß Fig. 2 und 3, wonach die Festspindel 18′ eine Führungshülse 19′ hat, die über Stütz­lager 74a, 74b gegenüber der inneren, eigentlichen Drehspin­del 18′ axial und radial abgestützt ist. Entsprechende Stützlager 84a, 84b sind für eine Außenhülse 19 vorgesehen, welche die innere eigentliche Spannspindel 18 umschließt. Im festgeklemmten Zustand sind die beiden Zentrierspindeln ein geringes Stück bedingt durch Wellfedern 82, 82′ axial ver­schiebbar, so daß der geforderte Einspanndruck eingestellt werden kann.
  • 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 verschiedenstens Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Claims (10)

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 jede Zentrierspindel 18, 18′) in einer Führungshülse (19, 19′) angeordnet ist, und durch Stützlager (84a, 84b; 74a, 74b) gegenüber dieser abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Führungshülsen (19) zusätzlich über ein oder mehrere Luftlager (90) im Maschinengestell (10) geführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die obere Zentrierspindel (18′) in einem Luftlager ge­lagert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß das bzw. jedes Luftlager (90) eine dünne Führungs­hülse (76, 86) aufweist, welche die betreffende Zentrier­spindel (18, 18′) bzw. deren Führungshülse (19, 19′) eng umschließt und ihrerseits von einem mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Hohlraum (78, 88) umgeben ist, und so ein Spannlager (22, 22′) bildet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum einerseits durch die Füh­rungshülse (76, 86) und andererseits durch vorragende Trag­teile (100, 100′) des allgemein C-förmig gestalteten Gehäu­ses (10) gebildet sind, welche die Spannlager (22, 22′) miteinander fluchtend haltern.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im oberen Hohlraum (78) mit­tels einer Stelleinrichtung (80) ein- oder nachstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das untere Spannlager (22) einen Anschluß (98) für eine Speiseleitung aufweist.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Luftlager (90) mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenz und Druck der Druckbeaufschlagung pneumatisch und/oder elektrisch regel- bzw. einstellbar sind.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der bzw. jeder Führungshülse (76, 86) Kanäle und/oder Taschen (90) auf­weist, insbesondere in Form von je vier Luftpolsterfeldern.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle bzw. Taschen (90) als achsparallele und/oder teilringförmige Nuten ausgebildet sind.
EP88119935A 1987-12-24 1988-11-30 Vorrichtung zum Zentrieren von optischen Linsen für die mechanische Halterung insbesondere beim Randschleifen und Facettieren Expired - Lifetime EP0322580B1 (de)

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