EP3463751A1 - Werkzeug, vorrichtung und verfahren zum polieren von linsen - Google Patents

Werkzeug, vorrichtung und verfahren zum polieren von linsen

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Publication number
EP3463751A1
EP3463751A1 EP17729015.2A EP17729015A EP3463751A1 EP 3463751 A1 EP3463751 A1 EP 3463751A1 EP 17729015 A EP17729015 A EP 17729015A EP 3463751 A1 EP3463751 A1 EP 3463751A1
Authority
EP
European Patent Office
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polishing
workpiece
tool
contact surface
axis
Prior art date
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Granted
Application number
EP17729015.2A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3463751C0 (de
EP3463751B1 (de
Inventor
Gunter Schneider
Stephan Huttenhuis
Andreas Fedoseew
Nadine Geist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider GmbH and Co KG
Original Assignee
Schneider GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider GmbH and Co KG filed Critical Schneider GmbH and Co KG
Priority to EP25169064.0A priority Critical patent/EP4556162A3/de
Publication of EP3463751A1 publication Critical patent/EP3463751A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3463751C0 publication Critical patent/EP3463751C0/de
Publication of EP3463751B1 publication Critical patent/EP3463751B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/01—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/01—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools
    • B24B13/012—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools conformable in shape to the optical surface, e.g. by fluid pressure acting on an elastic membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/02—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor by means of tools with abrading surfaces corresponding in shape with the lenses to be made
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/02—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
    • B24B9/06—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B9/08—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass
    • B24B9/14—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass of optical work, e.g. lenses, prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/06—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor grinding of lenses, the tool or work being controlled by information-carrying means, e.g. patterns, punched tapes, magnetic tapes

Definitions

  • the present invention relates to a tool according to the preamble of claim 1, a device according to the preamble of claim 8 and a method according to the preamble of claim 15 and a use of the tool, in particular for only zonal polishing of optical workpieces, in particular lenses ,
  • the present invention is particularly concerned with the zonal polishing of optical workpieces.
  • the tool (polishing tool) has a polishing surface, which is applied only partially in the region of a contact surface on the workpiece to be polished or can be applied. This contact surface is substantially smaller in comparison to the surface of the workpiece to be polished, in particular with respect to the radial extent of the workpiece.
  • "zonal" is to be understood in particular as meaning only polishing with such a "small” contact surface.
  • pot tools with their contact surface or their abutment edge extend over the entire radius of a workpiece surface to be polished.
  • a curved head of the tool carries a flexible or elastic polishing element to form a curved polishing surface.
  • EP 1 798 872 B1 shows such a tool.
  • the polishing surface of the tool lies partially in the region of its abutment surface on the workpiece, in which case the tilt angle between the surface normal of the abutment surface and the axis of rotation of the tool is continuously changed so that the abutment surface on the tool moves along a longitude.
  • Zonal polishing is used in particular for precision optics or workpieces with aspherical surfaces, for example for mirrors or in particular lenses, and in particular for correcting manufacturing errors. Accordingly, it is important to allow the most accurate or defined processing possible. During polishing, there is always a certain removal of material on the workpiece.
  • DE 10 2004 047 563 A1 discloses a method for polishing a rotating workpiece with a tool having a rubber membrane or a plunger with a glued-on polyurethane membrane. On the exact structure of the tool will not be discussed.
  • the present invention has for its object to provide a tool, a device and a method and a use for particular zonal polishing of optical workpieces, with a particularly accurate or defined polishing of the respective workpiece, in particular an aspherical surface, preferably simple design is possible.
  • the tool has an elastic cap for forming a polishing pad, preferably the cap for preforming the curvature of a curved head of the tool preformed and / or stress-free on the head sits or is.
  • the cap for preforming the curvature of a curved head of the tool preformed and / or stress-free on the head sits or is.
  • a particularly defined spring behavior of the cap or the Poier surface formed therefrom can be achieved in a simple manner.
  • the cap has a multilayer structure and in particular has an intermediate element and a polishing element.
  • the polishing element forms a polishing pad or a polishing film or polishing layer.
  • the polishing surface or polishing pad formed by the cap or polishing member forms a polishing agent carrier for a polishing agent.
  • the proposed polishing refers to the polishing with a polishing agent, which is in particular in the form of a suspension with polishing particles, such as very fine granules, particles o. Dg.., Is present or used.
  • the polishing surface also serves to transport the polishing agent into an effective gap between the contact surface of the tool and the surface to be polished and / or to disperse or move therein and / or to rub it with the polishing agent on the surface.
  • the polishing reduces the roughness of the surface and / or the cracks in the material which have arisen during previous shaping, for example by grinding, can be removed.
  • material is removed.
  • the removed material is also conveyed away from the working gap between the polishing surface and the surface to be polished by the tool or the polishing surface by means of the poying agent.
  • the present invention relates in particular to the polishing of a workpiece with the aid of a tool and a polishing agent.
  • the polishing can alternatively be done without separate or additional polish, but only with the tool.
  • the polishing surface is optionally porous or non-porous and / or provided with a favorable surface structure or texture in order to achieve the desired polishing effect, in particular with a specific polishing agent in the respective workpiece material.
  • the intermediate element and also the polishing element are preformed or shaped to adapt to the curvature.
  • the polishing element is then adapted to the shape of the intermediate element by previous shaping.
  • the preforming can be done, for example, by appropriate foaming or other prototyping with the desired shape.
  • the molding is preferably carried out by material removal or mechanical processing of the cap or the cap-forming elements, in particular by milling and / or turning, for example, plate or solid material.
  • the polishing element is preferably substantially thinner than the intermediate element.
  • the cap or the intermediate element and the polishing element are glued. This allows a simple structure.
  • a proposed device and a proposed method are characterized in particular by the diameter of the contact surface of the tool on the workpiece and / or the tilt angle of the axis of rotation of the tool to the normal (surface normal) of the contact surface during the polishing of the workpiece, that is, during the respective polishing process, is kept at least substantially constant or become. This is conducive to defined polishing with in particular defined material removal.
  • the proposed device and the proposed method are particularly characterized in that the tool is moved from an edge of a surface to be polished of the workpiece over the middle to the opposite side of the edge or is movable.
  • This allows a particularly uniform polishing, especially in the area of the optically important and sensitive center of the workpiece.
  • the usual stopping or ending of the polishing process in the region of the center usually leads to an uneven and / or undefined material removal.
  • the indentation depth of the particular elastically deformable polishing surface on the tool is preferably varied, controlled or regulated by corresponding delivery of the tool relative to the workpiece during the polishing process, particularly preferably as a function of the radial position the contact surface the workpiece, the desired diameter of the contact surface, the (desired) contact pressure of the tool on the workpiece and / or the profile of the workpiece, in particular the curvature of the workpiece in the region of the respective contact surface.
  • This contributes to a defined polishing and a defined material removal, whereby an optimization of the time required for the polishing is also made possible.
  • the distance of adjacent tracks of the preferably spiral-shaped polishing path of the contact surface on the workpiece or the surface to be polished is optionally kept at least substantially constant. This is conducive to a defined polishing or a defined material removal.
  • the rotation speed of the workpiece during one rotation is optionally dependent on the rotational position, a locally desired dwell time (polishing time), the diameter of the contact surface, the contact pressure of the tool on the workpiece and / or the profile of the workpiece, in particular in the region of the respective contact surface, varies or is controlled or regulated.
  • a locally desired dwell time polishing time
  • the diameter of the contact surface the contact pressure of the tool on the workpiece and / or the profile of the workpiece, in particular in the region of the respective contact surface
  • the tool is preferably provided with a polishing surface, which is formed from at least substantially closed pores, in particular wherein the polishing surface to more than 1 or 5% (based on the areal extent or number of pores) by Pores with a size of more than 0.5 mm and / or more than 25 or 50% (based on the areal extent or the number of pores) of pores with a size of less than 0.4 or 0.3 mm, more preferably less than 0.1 mm, and / or in particular wherein the size of the pores on the polishing surface is less than 1 mm, in particular less than 0.9 mm, and / or in particular wherein the polishing surface is not machined or not dressed.
  • the size of the pores in particular the average or maximum diameter is considered. It has emerged from experiments that such a polishing surface exhibits particularly good polishing properties, in particular when polishing precision optics or glass. Particularly preferred is the polishing surface or the polishing pad or cap forming this polyurethane or other suitable foam or
  • the tool is used for zonal polishing or prepared and prepared for the apparatus for polishing, so is a (further) onsieren or dressing of the polishing tool when new in the polishing machine, as in particular in the precision machining usual, not (more) required.
  • the workpiece to be polished is first measured and errors can then be corrected by correcting polishing with the proposed tool, the proposed device or the proposed method.
  • the proposed tool, the proposed device and / or the proposed method can be used in particular for Vorpolteren and / or Korrekturpolieren.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a proposed device for polishing an optical workpiece, wherein different positions of a proposed tool with associated tool spindle are shown;
  • Fig. 2 is a schematic section of the proposed tool
  • Fig. 3 is a schematic plan view of a surface to be polished of
  • FIG. 1 shows, in a schematic representation, a proposed device 1 for, in particular, zonal polishing of an optical workpiece 2, in particular a lens, a mirror or the like, particularly preferably of glass.
  • the device 1 is designed for polishing the workpiece 2 by means of a particular proposed tool 3 or other tool.
  • the preferred structure of the proposed polishing tool 3 will be explained in more detail in particular with reference to FIG. 2.
  • the tool 3 is shown together with an associated tool spindle 13 of the device 1 in three different positions, in particular for illustrating the movability of the tool 3 or a preferred method sequence.
  • the proposed tool 3 is shown in a schematic section in Fig. 2. It preferably has a carrier 4 with a curved head 5 and a particular hemispherical or conical cap 6.
  • the cap 8 is preferably of multilayer construction and, in the illustrated embodiment, preferably has an intermediate element 7 and a polishing element 8.
  • the tool 3, the cap 8 or its intermediate element 7 is attached to the head 5 of the tool 3, in particular adhesively bonded thereto.
  • the cap 8 or its polishing element 8 forms a polishing surface 9.
  • the polishing surface 9 of the tool 3 or the cap 8 or of the element 8 is preferably curved convexly, in particular geometrically similar to the head 5 or curved to suit and / or preferably spherical or hemispherical and / or conical.
  • the polishing element 8 is mounted on the intermediate element 7, in particular glued to this.
  • the cap 6 may also be formed in one piece and / or produced in a multilayered manner by bi-injection or the like.
  • the cap 6 or the intermediate element 7 and / or the polishing element 8 is or are preferably made of plastic or foam and / or of an elastic and / or flexible material.
  • the intermediate element 7 is made of a preferably closed-cell foam, in particular of polyurethane.
  • the cap 6 or the intermediate element 7 preferably has a static modulus of elasticity with a static permanent load of more than 0.5 N / mm 2 , preferably more than 1 N / mm 2 , in particular more than 1.5 N / mm 2 , and / or less than 30 N / mm 2 , preferably less than 15 N / mm 2 , in particular less than 7.0 N / mm 2 , and / or a dynamic elastic modulus at a dynamic continuous load of 10 Hz of more than 0.5 N / mm 2 , preferably more than 1 N / mm 2 , in particular more than 1.3 N / mm 2 , and / or less than 20 N / mm 2 , preferably less than 10 N / mm 2 , in particular less than 8.0 N / mm 2 , and / or a compression hardness at 10% deformation of more than 0.05 N / mm 2 , preferably more than 0.1 N / mm 2 , in particular more than 0.2
  • the polishing element 8 is preferably made of a harder and / or stiffer material than the intermediate element 7.
  • the polishing element 8 is preferably formed thin-walled and / or foil-like.
  • the density, preferably in accordance with DIN EN ISO 845: 2009-10, of the polishing element 8 is preferably more than 300 kg / m 3 , in particular more than 500 kg / m 3 , particularly preferably more than 700 kg / m 3 , and / or preferably less than 4000 kg / m 3 , in particular less than 3000 kg / m 3 , particularly preferably less than 2000 kg / m 3 .
  • the polishing element 8 or the cap 6 or polishing surface 9 preferably has a Shore A hardness of more than 5, in particular more than 10, more preferably more than 20, and / or preferably less than 90, in particular less than 80, more preferably less than 70, in particular according to DIN ISO EN 868: 2003-10 or DIN ISO 7619-1: 2012-02, on.
  • the polishing element 8 preferably has a thickness of more than 0.1 mm, in particular more than 0.3 mm, more preferably more than 0.4 mm, and / or preferably less than 3 mm, in particular less than 2 mm, more preferably less than 1 mm, on.
  • the thickness of the intermediate element 7 is preferably more than 2 mm and / or less than 10 mm, in particular about 3 to 7 mm.
  • the thickness of the intermediate element 7 is preferably at least 5 times, in particular approximately 10 times, the thickness of the polishing element 8 or more.
  • the cap 6, the intermediate element 7 and / or the polishing element 8 preferably has or each have an at least substantially constant thickness.
  • the polishing element 8 or the polishing surface 9 is preferably formed or produced from an open-cell or closed-cell plastic or composite material or the like.
  • the polishing element 8 is preferably made of a plastic film or of polyurethane.
  • the cap 6 or the intermediate element 7 and / or polishing element 8 is or are preformed or shaped to conform to the curvature of the head 5 and / or to achieve a desired curvature or other shape, such as a ball, preferably inside and / or outside, So adjusted before attaching to the tool 3 and head 5 in their shape of the head 5, in particular provided with a complementary curvature to the head 5 and intermediate element 7.
  • the tool 3 or the head 5 preferably forms a solid or non-compliant surface made of metal or other suitable material for the support and in particular also attachment of the cap 6 or elements 7, 8 arranged thereon.
  • / or polishing element 8 is particularly preferably mechanically, in particular by turning and / or milling.
  • Particularly preferred Voilmaterial is machined to the desired shape mechanically.
  • the mechanical processing has the advantage that a very uniform material layer, without material compression, deformation or other Materialunre- irregularities with the desired shape, in particular a cap-like or spherical, possibly also other shape can be produced.
  • the said shaping can also take place, for example, by appropriate foaming or other prototyping.
  • the preformed or machined cap 6 or correspondingly preformed or machined elements 7 and 8 is or are attached to the tool 3 or head 5, in particular by gluing.
  • the polishing element 8 is attached to the intermediate element 7 by gluing.
  • another connection can be made with it.
  • stress-free means, in particular, that in the applied state no local material deformations or stresses in the material of the cap 6 or elements 7, 8 occur due to adaptation to the curvature, which is caused by deformation during adaptation to the arched shape - He would and a uniform and in particular defined spring and damping behavior of the cap 6 or elements 7, 8 adversely affect (can).
  • the polishing element 8 should be mounted stress-free in this sense, in particular to avoid any wrinkling.
  • the polishing element 8 is adapted to the curvature of the outside of the intermediate element 7 by appropriate preforming, in particular shaping, prior to attachment to or connection to the intermediate element 7,
  • the tool 3 or its carrier 4 preferably has a collar
  • the tool 3 or the carrier 4 preferably has a connection section
  • the tool 3 is clamped or fastened to the tool spindle 13 by means of the tool chuck 14.
  • the stop 12 in this case serves in particular a defined axial position of the tool 3 on the tool spindle 13 or on the tool chuck 14.
  • other design solutions are also possible.
  • tools 3 with different curvature radii of the head 5 or the cap 6 or the polishing surface 9 are used depending on the shape of the surface 2A to be polished.
  • the radius of curvature of the polishing surface 9 is preferably more than 2 mm, in particular more than 3 mm or 5 mm, and / or preferably less than 1000 mm, in particular less than 500 mm, particularly preferably less than 100 mm, preferably as a function of the (maximum ) Curvature of the surface to be polished 2A and / or the desired use.
  • the distance of the polishing surface 9, in particular at the intersection with the axis of rotation R, to the stop 12 is preferably the same for all tools 3 even with different curvature or curvature.
  • the device according to the preamble 1 has the tool spindle 13 for rotating the associated or clamped tool 3 about an axis of rotation R, as indicated in FIG. 1.
  • the rotational speed is preferably about 1000 to 5000 revolutions per minute.
  • the rotational speed is preferably controlled or regulated.
  • the rotational speed is kept constant during the polishing process.
  • a change in the rotational speed during a polishing operation or an adaptation of the rotational speed to a respective tool 3 and / or workpiece 2 or for each polishing operation is possible.
  • the rotation of the tool 3 is preferably carried out without detection of the angle of rotation. It is therefore not a controlled axis of rotation in the sense of a CNC control.
  • the tool spindle 13 and thus the tool 3 are pivotable about a pivot axis B. In particular, it is a controlled or controlled pivot axis or C C-axis, also called rotary axis. In particular, the pivotal position is detected.
  • a defined pivoting is enabled, as exemplified by the three different positions shown in FIG.
  • the pivot axis B runs in the representation example transverse and in particular perpendicular to the axis of rotation R or drawing plane.
  • the pivot axis B is preferably arranged as close as possible to the tool 3 or to the polishing surface 9 and / or to the tool chuck 14.
  • the device 1 has a workpiece drive 15, in particular a workpiece spindle, for the workpiece 2, so that the workpiece 2 to be polished is rotatable about the rotation axis C with a defined angular position.
  • the workpiece 2 is held by a holder 18, such as a block piece, and / or held by means of a chuck on the workpiece drive 1 5 with a defined angular position or coupled with this.
  • the rotation axis C is in particular a controlled or controlled axis or a CNC axis, also called a rotary axis.
  • the rotational angle position is detected here.
  • an angle-dependent variation of the rotational speed is made possible even within one revolution.
  • the rotational speed of the workpiece drive 15 or of the workpiece 2 is generally variable, in particular, for example, from about 10 or 20 revolutions per minute (for polishing at the edge 2C of the side 2A of the workpiece 2 to be polished) up to about 2000 to 3000 revolutions per minute (FIG. for polishing in the area of the center 2B of the workpiece 2).
  • the C-axis preferably extends in a plane with the axis of rotation R (independent of the pivotal position of the tool spindle 13) and / or transversely or perpendicular to the pivot axis B.
  • the workpiece drive 15 and thus the workpiece 2 are preferably linearly movable in the Z direction or adjustable, as indicated in Fig. 1. The adjustment is carried out in particular by means of a carriage and adjusting drive, not shown, or the like.
  • the Z axis preferably runs parallel to the C axis and / or transversely or perpendicular to the pivot axis B.
  • the tool spindle 13 and thus the tool 3 is preferably adjustable transversely in the X direction, in particular by means of a carriage, not shown, and one associated drive.
  • This carriage then preferably also carries the B axis and the corresponding pivot drive for pivoting the tool spindle 13.
  • the X-axis and Z-axis are preferably each formed as a controlled or controlled axis or as a CNC axis or linear axis, so that an accurate positioning in the X and Z directions is made possible.
  • the X-axis preferably runs transversely or perpendicular to the C-axis, B-axis and / or Z-axis.
  • the X-axis preferably runs in or parallel to the common plane of the C-axis and R-axis.
  • the axes can also be stacked or distributed differently.
  • the Z-axis of the tool spindle 13 may be assigned instead of the workpiece drive 15.
  • the B-axis and / or X-axis are not realized on the tool side, but on the workpiece side.
  • the device 1 is, in particular, a polishing machine or CNC machine with X, Z, B and C axes.
  • the X-axis and / or the B-axis is horizontal.
  • the C-axis and / or the Z-axis is vertical.
  • the polishing tools 3 are each with their polishing surfaces 9 in height or in the vicinity of the B axis, so that the contact surface A can be pivoted as possible with a minimum radius.
  • the B-axis is preferably less than 100 or 50 mm, in particular less than 30 or 1 5 mm, more preferably less than 10 mm from the polishing surface 9 or contact surface A, in particular from the intersection of the axis of rotation R with the polishing surface 9, spaced , In particular, this distance is preferably at least substantially the same for tools 3 with other radii of curvature of the polishing surface 9.
  • the B-axis preferably intersects the axis of rotation R within the cap 6 or polishing surface 9.
  • the tool 3 in particular as indicated by arrow W in Fig. 1 and in Fig. 3 schematically on the workpiece 2 and the surface to be polished 2A are moved.
  • the tool 3 is particularly preferably moved starting from an edge 2C of the workpiece 2 or the surface 2A toward the center 2B and beyond it to the opposite side of the edge 2C, as illustrated in FIGS. 1 and 3.
  • This avoids and thereby enables or ensures a more optimal processing or a defined removal of material.
  • the polishing surface 9 of the tool 3 lies only in regions with a contact surface A on the workpiece 2 to be polished or its surface 2A, as shown schematically in particular in FIG. 4, which represents a fragmentary enlargement of the dash-dotted circular region of FIG.
  • the contact surface A is preferably at least substantially circular, depending on the three-dimensional shape of the surface 2A.
  • the contact surface A with which the polishing surface 9 rests against the workpiece 2 or the surface 2A, is also indicated.
  • the plane normal N intersects the axis of rotation R of the tool 3 at a (relative) tilt angle K, as indicated in FIGS. 1 and 4.
  • polishing with the tool 3 takes place in such a way that the contact surface A lies off-center with respect to the axis of rotation R on the polishing surface 9.
  • tilt angle K of more than 0 °, in particular more than 2 °, particularly preferably more than 5 ° or 10 °, and / or preferably less than 50 °, in particular less than 30 °, more preferably less than 25 °, worked or polished.
  • the tilt angle K is kept constant during the polishing process. This is achieved by corresponding pivoting of the tool spindle 13 and the tool 3.
  • the swivel angle S (angle of the rotation axis R to the C axis) then varies accordingly along the tool path W, as indicated schematically in FIG. 1, for example, by a small swivel angle. Angle S in the left position over a mean swivel angle S in the middle position to a large swivel angle S in the right position.
  • a polishing process in the sense of the present invention designates the complete polishing of the surface 2A of the workpiece 2 to be polished with a tool 3.
  • the tool path W is traversed or traversed by the tool 3, while on the one hand the tool 3 and on the other hand, the workpiece 2 rotates.
  • the contact surface A or its center AM then passes over the surface 2A to be polished into a particularly spiral polishing path P, as indicated in FIG. 3, however, only schematically. Namely, the spiral polishing path P is passed through once when the tool 3 or the abutment surface A moves from the edge region 2C to the center 2B or to the rotational axis C, respectively.
  • the device 1 is particularly preferably designed or controlled such that a uniform spiral or an at least substantially constant distance PA between adjacent polishing tracks PS of the polishing path P is reached or passed through, as indicated in FIG. 3.
  • the distance PA is therefore particularly preferably kept at least substantially constant.
  • the distance PA may alternatively vary, in particular depending on the workpiece radius at which the center of the contact surface (even) is located.
  • the diameter AD of the contact surface A is particularly preferably at least by a factor of 10 or 20 greater than the spiral spacing or spacing PA of adjacent polishing tracks PS.
  • the tool 3 rotates opposite to the workpiece 2.
  • a rectified rotation is possible.
  • the tool 3 rotates (much) faster than the workpiece 2.
  • the rotational speed of the workpiece 2 and, consequently, the speed of movement of the workpiece 2 along the tool path W are constant increased from the edge 2C towards the center 2B and then reduced again towards the edge.
  • the rotational speed of the workpiece 2 during one revolution in particular depending on the rotational position, the diameter AD of the contact surface A, the contact pressure of the tool 3 on the workpiece 2, the Eindiefeiefe E of the polishing surface 9 and / or the profile of the workpiece. 2 be varied in order to achieve a particularly uniform material removal or a desired polishing result. This allows in particular a highly accurate polishing processing.
  • the device 1 is embodied or the proposed method is implemented such that the size or the diameter AD of the abutment surface A is at least substantially kept constant during the polishing process. This is conducive to a uniform or defined material removal.
  • the size or the diameter AD of the contact surface A is determined in particular by the in Fig. 4 schematically indicated Eindiefeiefe E of the polishing surface 9 by appropriate delivery of the tool 3 during the polishing process, but also depends on the surface shape of the workpiece 2, in particular the respective Curvature ratios and from the curvature of the polishing surface 9 from.
  • the indentation depth E of the polishing surface 9 and thus also the size or diameter AD of the abutment surface A are correspondingly varied.
  • the indentation depth E of the polishing surface 9 is varied by appropriate infeed of the tool 3 during a polishing operation such that an at least substantially constant diameter AD is obtained, even with different curvatures of the surface 2A to be polished, particularly preferably with an aspherical surface 2A the contact surface A is enough. This is conducive to uniform or defined material removal over the entire polishing process.
  • the diameter AD of the contact surface A decreases from the edge 2C to the center 2B and increases in the reverse direction.
  • the speed of the C-axis is preferably derived from calculated residence times of the contact surface A over certain partial surfaces of the surface 2A to be polished.
  • the web speed or rotational speed of the workpiece 2 is changed within one revolution. In this way, in particular within one revolution, different polishing or residence times, depending on the required error correction, can be realized.
  • the speed of the X-axis is adjusted so that the desired constant spiral spacing or spacing PA of adjacent polishing tracks PS remains constant per revolution. Accordingly, then the feed in the X direction is directly coupled to the speed or number of revolutions of the C axis or vice versa.
  • the optimum dwell time of the tool 3 or of the contact surface A is determined in advance by means of local areas on the surface 2A of a simulation to be polished. Subsequently, the corresponding web positions and web speeds are determined from the calculated local residence times.
  • the optimum indentation depth E of the polishing surface 9 or delivery of the tool 3 on the workpiece 2 is optimally determined depending on the tool 3 and geometry of the surface 2 to be polished, in particular by means of appropriate calculations, estimates and / or measurements, the indentation depth E during the polishing process in particular is adjusted so that the diameter AD of the contact surface A remains as constant as possible.
  • the proposed polishing tool 3 is characterized in particular by a cap 6 or a cap structure with defined spring and damping properties. shadow out.
  • the Eindschreibiefe E very accurately the size of the contact surface A can be influenced.
  • the indentation depth E is preferably more than 0.1 mm and / or less than 0.8 mm.
  • the size or the diameter AD of the contact surface A is preferably more than 1 mm, in particular more than 3 mm, and / or less than 25 mm, in particular less than 15 or 10 mm.
  • a zonal polishing of the workpiece 2 is particularly preferred.
  • “Zonal” means that the contact surface A is substantially smaller than the surface 2A of the workpiece 2 to be polished, in particular with respect to the radial extent of the workpiece 2 average or largest diameter AD of Aniageflache A much smaller than the mean or largest radius of the workpiece 2.
  • the mean or largest radius of the workpiece 2 at least by a factor of 2, 3 or 5 is greater than the mean or largest diameter AD of the contact surface A.
  • the device 1 also has a feed, not shown, for polishing agents, as usual in polishing machines, so that the polishing agent can be supplied in the desired manner during polishing.
  • the proposed tool 3, the proposed device 1 and / or the proposed method can or can be used in particular for polishing precision optics or aspherical surfaces or other optical workpieces, preferably measuring the surface shape before polishing and thus by polishing a desired Surface shape can be achieved. This is also called correction polishing.
  • the polishing can be carried out in particular with an accuracy of 10 to 100 nm.
  • Tools 3 with smaller radii of curvature of the polishing surface 9, in particular with radii of curvature of less than 100 mm, more preferably less than 50 mm, are preferably used for correction purposes.
  • Tools 3 with larger radii of curvature of the polishing surface 9, in particular of up to 1000 mm, are preferably used for pre-polishing.
  • the proposed device 1 and the proposed method can basically be used both for pre-polishing and for corrective polishing. Individual aspects and features of the present invention can be implemented independently of one another, but also in any desired combination.

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Abstract

Es werden ein Werkzeug, eine Vorrichtung und ein Verfahren sowie eine Verwendung zum zonalen Polieren von optischen Werkstücken vorgeschlagen, wobei das Werkzeug eine vorgeformte Kappe zur Bildung einer Polierfläche aufweist und das Werkzeug am zu polierenden Werkstück derart angestellt wird, dass der Kippwinkel der Rotationsachse des Werkzeugs zu der Normalen der Anlagefläche am Werkstück und/oder die Größe der Anlagefläche zumindest im Wesentlichen konstant bleibt bzw. bleiben.

Description

Werkzeug, Vorrichtung und Verfahren zum Polieren von Linsen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und ein Ver- fahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15 sowie eine Verwendung des Werkzeugs, jeweils zum insbesondere nur zonalen Polieren von optischen Werkstücken, insbesondere Linsen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit dem zonalen Polieren von optischen Werkstücken. Das Werkzeug (Polierwerkzeug) weist eine Polierfläche auf, die nur partiell im Bereich einer Anlagefläche an das zu polierende Werkstück angelegt wird bzw. anlegbar ist. Diese Anlagefläche ist im Vergleich zu der zu polierenden Oberfläche des Werkstücks wesentlich kleiner, insbesondere gegenüber der radialen Erstreckung des Werkstücks. Unter "zonal" soll im Sinne der vorlie- genden Erfindung insbesondere nur ein Polieren mit einer solchen "kleinen" Anlagefläche verstanden werden. Demgegenüber erstrecken sich sogenannte Topfwerkzeuge mit ihrer Anlagefläche bzw. ihrem Anlagerand über den gesamten Radius einer zu polierenden Werkstückfläche. Mit dem vorschlagsgemäßen zonalen Polieren ist insbesondere auch ein Polieren von asphärischen und/oder freigeformten Oberflächen bzw. Werkstücken möglich.
Zum zonalen Polieren werden insbesondere pilzkopfförmige Polierwerkzeuge eingesetzt, wobei ein gewölbter Kopf des Werkzeugs ein flexibles bzw. elastisches Polierelement zur Bildung einer gewölbten Polierfläche trägt. Die EP 1 798 872 B1 zeigt beispielsweise ein solches Werkzeug. Beim Polieren liegt die Polierfläche des Werkzeugs partiell im Bereich ihrer Anlagefläche am Werkstück an, wobei hier der Kippwinkel zwischen der Flächennormalen der Anlagefläche und der Drehachse des Werkzeugs kontinuierlich verändert wird, so dass die Anlagefläche am Werk- zeug entlang eines Längengrads wandert.
Das zonale Polieren wird insbesondere für Präzisionsoptiken bzw. Werkstücke mit asphärischen Oberflächen, beispielsweise für Spiegel oder insbesondere Linsen, und insbesondere zum Korrigieren von Fehlern bei der Herstellung eingesetzt. Dementsprechend kommt es darauf an, eine möglichst genaue bzw. definierte Bearbeitung zu ermöglichen. Beim Polieren erfolgt nämlich immer ein gewisser Materialabtrag am Werkstück. Die DE 10 2004 047 563 A1 offenbart ein Verfahren zum Polieren eines rotierenden Werkstücks mit einem Werkzeug, das eine Gummimembran oder einen Stößel mit einer aufgeklebten Polyurethanmembran aufweist. Auf den genauen Aufbau des Werkzeugs wird nicht näher eingegangen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug, eine Vorrichtung und ein Verfahren sowie eine Verwendung zum insbesondere zonalen Polieren von optischen Werkstücken anzugeben, wobei ein besonders genaues bzw. definiertes Polieren des jeweiligen Werkstücks, insbesondere auch einer asphärischen Oberfläche, bei vorzugsweise einfachem Aufbau ermöglicht wird.
Die obige Aufgabe wird durch ein Werkzeug gemäß Anspruch 1 , eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8, ein Verfahren gemäß Anspruch 15 oder eine Verwendung ge- maß Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Werkzeug eine elastische Kappe zur Bildung einer Polierfläche bzw. eines Polierbelags auf, vor- zugsweise wobei die Kappe zur Formanpassung an die Wölbung eines gewölbten Kopfs des Werkzeugs vorgeformt bzw. formbearbeitet und/oder spannungsfrei auf dem Kopf sitzt bzw. ist. So lässt sich ein besonders definiertes Federverhalten der Kappe bzw. davon gebildeten Poiierfläche auf einfache Weise erreichen. Insbesondere kann nämlich durch die Vorformung oder Formbearbeitung vor dem An- bringen bzw. Ankleben der Kappe am Werkzeugkopf erreicht werden, dass ansonsten bei der Anpassung an die Wölbung auftretende, meistens Undefinierte Verformungen, Spannungen und dergleichen im Kappenmaterial vermieden oder zumindest minimiert werden. Vorzugsweise ist die Kappe mehrschichtig aufgebaut und weist insbesondere ein Zwischenelement und ein Polierelement auf. Dies ist der Erreichung der gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Federverhaltens, des Abriebverhaltens und des Polierverhaltens, zuträglich. Insbesondere bildet das Polierelement einen Polierbelag bzw. eine Polierfolie oder Polierschicht. Vorzugsweise bildet bei der vorliegenden Erfindung generell die Polierfläche bzw. der von der Kappe oder dem Polierelement gebildete Polierbelag einen Poliermittelträger für ein Poliermittel. Das vorschlagsgemäße Polieren bezieht sich auf das Polieren mit einem Poliermittel, das insbesondere in Form einer Suspension mit Polierteilchen, wie feinsten Körnchen, Partikeln o. dg!., vorliegt bzw. eingesetzt wird. Die Polierfläche dient insbesondere auch dazu, das Poliermittel in einen Wirkspalt zwischen der Anlagefläche des Werkzeugs und der zu polierenden Oberfläche zu transportieren und/oder darin zu verteilen bzw. zu bewegen und/oder mit dem Poliermittel auf der Oberfläche zu reiben.
Insbesondere wird durch das Polieren die Rauheit der Oberfläche reduziert und/oder können die bei einer vorhergehenden Formgebung, beispielsweise durch Schleifen, entstandenen Risse im Material entfernt werden. Dabei wird jeweils Material abgetragen. Das abgetragene Material wird von dem Werkzeug bzw. der Polierfläche auch mittels des Poiiermittels aus dem Wirkspalt zwischen Polierfläche und zu polierender Oberfläche weg gefördert.
Generell bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere also auf das Polieren eines Werkstücks mit Hilfe eines Werkzeugs und eines Poliermittels. Jedoch kann das Polieren alternativ auch ohne separates bzw. zusätzliches Poliermittel, sondern nur mit dem Werkzeug erfolgen.
Die Polierfläche ist je nach Poliermittel wahlweise porös oder nicht porös ausgebildet und/oder mit einer günstigen Oberflächenstruktur bzw. Textur versehen, um den gewünschten Poliereffekt insbesondere mit einem bestimmten Poliermittel bei dem jeweiligen Werkstückmaterial zu erreichen.
Vorzugsweise sind das Zwischenelement und auch das Polierelement zur Formanpassung an die Wölbung vorgeformt bzw. formbearbeitet. Das Polierelement ist dann an die Form des Zwischenelements durch vorherige Formgebung angepasst. So können auch Spannungen zwischen den beiden Elementen vermieden oder zumindest minimiert werden.
Die Vorformung kann beispielsweise durch entsprechendes Schäumen oder sons- tiges Urformen mit der gewünschten Form erfolgen. Die Formbearbeitung erfolgt vorzugsweise durch Materialabtrag bzw. mechanische Bearbeitung der Kappe bzw. der die Kappe bildenden Elemente, insbesondere durch Fräsen und/oder Drehen, beispielsweise aus Platten- bzw. Vollmaterial. Das Polierelement ist vorzugsweise wesentlich dünner als das Zwischenelement ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Kappe bzw. sind das Zwischenelement und das Polierelement aufgeklebt. Dies gestattet einen einfachen Aufbau.
Besonders bevorzugt weist das Werkzeug im Bereich des Kopfs einen Bund oder sonstigen Anschlag zur umfangsseitigen Abstützung und/oder Positionierung der Kappe auf. Dies ist einer einfachen und definierten Herstellung zuträglich. Gemäß einem zweiten, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnen sich eine vorschlagsgemäße Vorrichtung und ein vorschlagsgemäßes Verfahren insbesondere dadurch aus, dass der Durchmesser der Anlagefläche des Werkzeugs am Werkstück und/oder der Kippwinkel der Rotationsachse des Werkzeugs zu der Normalen (Flächennormalen) der Anlagefläche während des Polierens des Werkstücks, also während des jeweiligen Poliervorgangs, zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird bzw. werden. Dies ist einem definierten Polieren mit insbesondere definiertem Materialabtrag zuträglich.
Gemäß einem dritten, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Er- findung zeichnen sich die vorschlagsgemäße Vorrichtung und das vorschlagsgemäße Verfahren insbesondere dadurch aus, dass das Werkzeug von einem Rand einer zu polierende Oberfläche des Werkstücks über die Mitte bis zur gegenüberliegenden Seite des Rands bewegt wird bzw. bewegbar ist. Hierdurch wird ein besonders gleichmäßiges Polieren ermöglicht, insbesondere auch im Bereich der op- tisch wichtigen und sensiblen Mitte des Werkstücks. Das übliche Anhalten oder Beenden des Poliervorgangs im Bereich der Mitte führt nämlich meistens zu einem ungleichmäßigen und/oder Undefinierten Materialabtrag.
Gemäß einem vierten, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Er- findung wird die Eindrücktiefe der insbesondere elastisch verformbaren Polierfläche am Werkzeug durch entsprechende Zustellung des Werkzeugs relativ zum Werkstück während des Poliervorgangs vorzugsweise variiert, gesteuert bzw. geregelt, besonders bevorzugt in Abhängigkeit von der radialen Lage der Anlagefläche auf dem Werkstück, dem gewünschten Durchmesser der Anlagefläche, dem (gewünschten) Anlagedruck des Werkzeugs am Werkstück und/oder dem Profil des Werkstücks, insbesondere der Krümmung des Werkstücks im Bereich der jeweiligen Anlagefläche. Dies ist einem definierten Polieren und einem definierten Materi- alabtrag zuträglich, wobei auch eine Optimierung der für das Polieren benötigten Zeit ermöglicht wird.
Gemäß einem fünften, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird optional der Abstand benachbarter Spuren des vorzugsweise spiral- förmigen Polierwegs der Anlagefläche auf dem Werkstück bzw. der zu polierenden Oberfläche zumindest im Wesentlichen konstant gehalten. Dies ist einem definierten Polieren bzw. einem definierten Materialabtrag zuträglich.
Gemäß einem sechsten, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird optional die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks während einer Umdrehung in Abhängigkeit von der Drehlage, einer lokal gewünschten Verweildauer (Polierzeit), dem Durchmesser der Anlagefläche, des Anlagedrucks des Werkzeugs am Werkstück und/oder dem Profil des Werkstücks, insbesondere im Bereich der jeweiligen Anlagefläche, variiert bzw. gesteuert oder geregelt. Hier- durch kann auch unter Berücksichtigung des tatsächlichen dreidimensionalen Verlaufs der zu polierenden Oberfläche ein optimales Polieren mit definiertem Materialabtrag und/oder eine Beeinflussung oder Steuerung erreicht werden.
Gemäß einem siebten, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Werkzeug vorzugsweise mit einer Polierfläche versehen, die aus zumindest im Wesentlichen geschlossenen Poren gebildet ist, insbesondere wobei die Polierfläche zu mehr als 1 oder 5 % (bezogen auf die Flächenerstreckung oder Porenanzahl) durch Poren mit einer Größe von mehr als 0,5 mm und/oder zu mehr als 25 oder 50 % (bezogen auf die Flächenerstreckung oder der Porenanzahl) aus Poren mit einer Größe von weniger als 0,4 oder 0,3 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mm, gebildet ist und/oder insbesondere wobei die Größe der Poren an der Polierfläche weniger als 1 mm, insbesondere weniger 0,9 mm, beträgt und/oder insbesondere wobei die Polierfläche nicht mechanisch bearbeitet bzw. nicht abgerichtet ist. Als Größe der Poren wird insbesondere der mittlere oder maximale Durchmesser angesehen. Aus Versuchen hat sich nämlich ergeben, dass eine solche Polierfläche besonders gute Poliereigenschaften, insbesondere beim Polieren von Präzisionsoptiken bzw. Glas, zeigt. Besonders bevorzugt wird die Polierfläche bzw. der diese bildende Polierbelag bzw. Kappe aus Polyurethan oder einem sonstigen geeigneten Schaum oder
Kunststoff hergestellt. Vorzugsweise wird das Werkzeug für das zonale Polieren verwendet bzw. für die Vorrichtung zum Polieren hergestellt und vorbereitet, ist also ein (weiteres) Konditi- onieren oder Abrichten des Polierwerkzeugs im Neuzustand in der Poliermaschine, wie insbesondere bei der Präzisionsbearbeitung üblich, nicht (mehr) erforderlich. Besonders bevorzugt wird das zu polierende Werkstück zunächst vermessen und Fehler können dann durch Korrekturpolieren mit dem vorschlagsgemäßen Werkzeug, der vorschlagsgemäßen Vorrichtung bzw. den vorschlagsgemäßen Verfahren korrigiert werden. Das vorschlagsgemäße Werkzeug, die vorschlagsgemäße Vorrichtung und/oder die vorschlagsgemäßen Verfahren können insbesondere zum Vorpolteren und/oder Korrekturpolieren eingesetzt werden.
Die vorgenannten und nachfolgenden Aspekte und Merkmale der vorliegenden Er- findung können beliebig miteinander kombiniert, aber auch jeweils unabhängig voneinander realisiert werden.
Weitere Aspekte, Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung ei- nes bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung zum Polieren eines optischen Werkstücks, wobei verschiedene Positionen eines vorschlagsgemäßen Werkzeugs mit zugeordneter Werkzeugspindel dargestellt sind;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt des vorschlagsgemäßen Werkzeugs;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht einer zu polierenden Oberfläche des
Werkstücks, wobei eine Anlagefläche des Werkzeugs und der auf dem Werkstück zurückgelegte Polierweg schematisch angedeutet sind; und Fig. 4 eine ausschnittsweise Vergrößerung von Fig. 1 zur Veranschauli- chung des am Werkstück anliegenden Werkzeugkopfs.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine vorschlagsgemäße Vorrich- tung 1 zum insbesondere zonalen Polieren eines optischen Werkstücks 2, insbesondere einer Linse, eines Spiegels oder dergleichen, besonders bevorzugt aus Glas.
Die Vorrichtung 1 ist zum Polieren des Werkstücks 2 mittels eines insbesondere vorschlagsgemäßen Werkzeugs 3 oder eines sonstigen Werkzeugs ausgebildet. Der bevorzugte Aufbau des vorschlagsgemäßen Polierwerkzeugs 3 wird insbesondere noch anhand von Fig. 2 näher erläutert.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 ist das Werkzeug 3 zusammen mit einer zuge- ordneten Werkzeugspindel 13 der Vorrichtung 1 in drei verschiedenen Positionen insbesondere zur Veranschaulichung der Bewegbarkeit des Werkzeugs 3 bzw. eines bevorzugten Verfahrensablaufs dargestellt.
Das vorschlagsgemäße Werkzeug 3 ist in einem schematischen Schnitt in Fig. 2 dargestellt. Es weist vorzugsweise einen Träger 4 mit einem gewölbten Kopf 5 sowie eine insbesondere halbkugelförmige oder kegelförmige Kappe 6 auf.
Die Kappe 8 ist vorzugsweise mehrschichtig aufgebaut und weist beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise ein Zwischenelement 7 und ein Polierelement 8 auf.
Das Werkzeug 3, die Kappe 8 bzw. deren Zwischenelement 7 ist am Kopf 5 des Werkzeugs 3 angebracht, insbesondere auf diesen aufgeklebt.
Die Kappe 8 bzw. deren Polierelement 8 bildet eine Polierfläche 9.
Die Polierfläche 9 des Werkzeugs 3 bzw. der Kappe 8 bzw. des Elements 8 ist vorzugsweise konvex gewölbt, insbesondere geometrisch ähnlich zu dem Kopf 5 bzw. passend dazu gewölbt und/oder vorzugsweise sphärisch bzw. halbkugelförmig und/oder kegelförmig ausgebildet.
Das Polierelement 8 ist auf dem Zwischenelement 7 angebracht, insbesondere auf dieses aufgeklebt. Alternativ kann die Kappe 6 jedoch auch einstückig ausgebildet und/oder mehrschichtig durch Bi-Injektion oder dergleichen hergestellt sein.
Die Kappe 6 bzw. das Zwischenelement 7 und/oder das Polierelement 8 ist bzw. sind vorzugsweise aus Kunststoff bzw. Schaumstoff und/oder aus einem elastischen und/oder flexiblen Material hergestellt.
Besonders bevorzugt ist das Zwischenelement 7 aus einem vorzugsweise ge- schlossenzelügen Schaumstoff, insbesondere aus Polyurethan, hergestellt.
Die Kappe 6 bzw. das Zwischenelement 7 weist vorzugsweise einen statischen Elastizitätsmodul bei statischer Dauerlast von mehr als 0,5 N/mm2, vorzugsweise mehr als 1 N/mm2, insbesondere mehr als 1 ,5 N/mm2, und/oder weniger als 30 N/mm2, vorzugsweise weniger als 15 N/mm2, insbesondere weniger als 7,0 N/mm2, und/oder einen dynamischen Elastizitätsmodul bei einer dynamischen Dauerlast von 10 Hz von mehr als 0,5 N/mm2, vorzugsweise mehr als 1 N/mm2, insbesondere mehr als 1 ,3 N/mm2, und/oder weniger als 20 N/mm2, vorzugsweise weniger als 10 N/mm2, insbesondere weniger als 8,0 N/mm2, und/oder eine Stauchhärte bei 10%iger Verformung von mehr als 0,05 N/mm2, vorzugsweise mehr als 0,1 N/mm2, insbesondere mehr als 0,2 N/mm2, und/oder weniger als 3 N/mm2, vorzugsweise weniger als 2 N/mm2, insbesondere weniger als 1 N/mm2, auf, jeweils insbesondere gemessen gemäß DIN 53513:1990-03.
Das Polierelement 8 ist vorzugsweise aus einem härteren und/oder steiferen Mate- rial als das Zwischenelement 7 hergestellt.
Das Polierelement 8 ist vorzugsweise dünnwandig und/oder folienartig ausgebildet.
Das Raumgewicht - vorzugsweise nach DIN EN ISO 845:2009-10 - des Polie- relements 8 beträgt vorzugsweise mehr als 300 kg/m3, insbesondere mehr als 500 kg/m3, besonders bevorzugt mehr als 700 kg/m3, und/oder vorzugweise weniger als 4000 kg/m3, insbesondere weniger als 3000 kg/m3, besonders bevorzugt weniger als 2000 kg/m3. Das Polierelement 8 bzw. die Kappe 6 oder Polierfläche 9 weist vorzugsweise eine Shore-Härte A von mehr als 5, insbesondere mehr als 10, besonders bevorzugt mehr als 20, und/oder vorzugsweise weniger als 90, insbesondere weniger als 80, besonders bevorzugt weniger als 70, insbesondere gemäß DIN ISO EN 868:2003- 10 bzw. DIN ISO 7619-1 :2012-02, auf.
Das Polierelement 8 weist vorzugsweise eine Dicke von mehr als 0,1 mm, insbe- sondere mehr als 0,3 mm, besonders bevorzugt mehr als 0,4 mm, und/oder von vorzugsweise weniger als 3 mm, insbesondere weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm, auf.
Die Dicke des Zwischenelements 7 beträgt vorzugsweise mehr als 2 mm und/oder weniger als 10 mm, insbesondere etwa 3 bis 7 mm.
Die Dicke des Zwischenelements 7 beträgt vorzugsweise mindestens das 5-fache, insbesondere etwa das 10-fache, der Dicke des Polierelements 8 oder mehr. Die Kappe 6, das Zwischenelement 7 und/oder das Polierelement 8 weist bzw. weisen vorzugsweise jeweils eine zumindest im wesentlichen konstante Dicke auf.
Das Polierelement 8 bzw. die Polierfläche 9 ist vorzugsweise aus einem offenzelli- gen oder geschlossenzelligen Kunststoff oder Verbundwerkstoff oder dergleichen gebildet oder hergestellt.
Beim Darstellungsbeispiel ist das Polierelement 8 vorzugsweise aus einer Kunststofffolie bzw. aus Polyurethan hergestellt. Die Kappe 6 bzw. das Zwischenelement 7 und/oder Polierelement 8 ist bzw. sind zur Formanpassung an die Wölbung des Kopfs 5 und/oder Erreichung einer gewünschten Wölbung oder sonstigen Form, wie einer Kugel, vorzugsweise innen und/oder außen vorgeformt oder formbearbeitet, also vor dem Anbringen am Werkzeug 3 bzw. Kopf 5 in ihrer Form des Kopfs 5 angepasst, insbesondere mit einer komplementären Wölbung zum Kopf 5 bzw. Zwischenelement 7 versehen.
Das Werkzeug 3 bzw. der Kopf 5 bildet vorzugsweise eine feste bzw. nicht nachgiebige Fläche aus Metall oder einem sonstigen geeigneten Material zur AbStützung und insbesondere auch Befestigung der darauf angeordneten Kappe 6 bzw. Elemente 7, 8. Die Formgebung bzw. Formbearbeitung der Kappe 6 bzw. des Zwischenelements
7 und/oder Polierelements 8 erfolgt besonders bevorzugt mechanisch, insbesondere durch Drehen und/oder Fräsen. Besonders bevorzugt wird Voilmaterial zur gewünschten Formgebung mechanisch bearbeitet.
Die mechanische Bearbeitung hat den Vorteil, dass eine sehr gleichmäßige Materialschicht, ohne Materialstauchungen, Verformungen oder sonstigen Materialunre- gelmäßigkeiten mit der gewünschten Form, hier insbesondere einer kappenartigen bzw. sphärischen, ggf. auch sonstigen Form hergestellt werden kann.
Alternativ kann die genannte Formgebung beispielsweise auch durch entsprechendes Schäumen oder sonstiges Urformen erfolgen.
Die vorgeformte bzw. formbearbeitete Kappe 6 bzw. entsprechend vorgeformten oder formbearbeiteten Elemente 7 und 8 wird bzw. werden am Werkzeug 3 bzw. Kopf 5 angebracht, insbesondere durch Kleben. Besonders bevorzugt wird auch das Polierelement 8 am Zwischenelement 7 durch Kleben angebracht. Jedoch kann auch ein sonstiges Verbinden damit erfolgen.
Besonders bevorzugt ist oder sitzt die Kappe 6 bzw. das Zwischenelement 7 auf dem Kopf 5 spannungsfrei.
Erfindungsgemäß ist unter "spannungsfrei" insbesondere zu verstehen, dass im aufgebrachten Zustand keine lokalen Materialverformungen oder Spannungen im Material der Kappe 6 bzw. Elemente 7, 8 durch Anpassen an die Wölbung auftreten, die durch die bei der Verformung zur Anpassung an die gewölbte Form entste- he würden und die ein gleichmäßiges und insbesondere definiertes Feder- und Dämpfungsverhalten der Kappe 6 bzw. Elemente 7, 8 negativ beeinflussen (können).
Vorzugsweise soll entsprechend auch das Polierelement 8 spannungsfrei in diesem Sinne angebracht sein, insbesondere auch um eine evtl. Faltenbildung zu vermeiden. Besonders bevorzugt ist das Polierelement 8 an die Wölbung der Außenseite des Zwischenelements 7 durch entsprechende Vorformung, insbesondere Formbearbeitung, vor der Anbringung an oder Verbindung mit dem Zwischenelement 7 an- gepasst,
Das Werkzeug 3 bzw. die Kappe 6 bzw. das Polierelement 8 bzw. die Polierfläche
9 ist insbesondere derart ausgebildet, dass ein nicht dargestelltes Poliermittel über die Polierfläche 9 transportiert und dadurch das Werkstück 2 in einem mechanisch- chemischen Abtragsprozess bearbeitet und dadurch poliert werden kann, wie schon eingangs beschrieben.
Zur Erleichterung der Anbringung und/oder Positionierung der Kappe 6 bzw. Elemente 7, 8 weist das Werkzeug 3 bzw. dessen Träger 4 vorzugsweise einen Bund
10 oder sonstigen Anschlag auf, der insbesondere seitlich vom Kopf 5 abragt und/oder eine vorzugsweise umlaufende Schulter oder dergleichen bildet.
Das Werkzeug 3 bzw. der Träger 4 weist vorzugsweise einen Anschlussabschnitt
1 1 und/oder einen Anschlag 12 zur definierten Befestigung bzw. Halterung des Werkzeugs 3 an der zugeordneten Werkzeugspindel 13 bzw. deren Werkzeugfutter 14 o. dgl. auf.
Besonders bevorzugt wird das Werkzeug 3 mittels des Werkzeugfutters 14 an der Werkzeugspindel 13 eingespannt bzw. befestigt. Der Anschlag 12 dient hierbei insbesondere einer definierten Axiallage des Werkzeugs 3 an der Werkzeugspindel 13 bzw. am Werkzeugfutter 14. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Vorzugsweise werden Werkzeuge 3 mit unterschiedlichen Wölbungsradien des Kopfs 5 bzw. der Kappe 6 bzw. der Polierfläche 9 je nach Form der zu polierenden Oberfläche 2A eingesetzt.
Der Krümmungsradius der Polierfläche 9 beträgt vorzugsweise mehr als 2 mm, insbesondere mehr als 3 mm oder 5 mm, und/oder vorzugsweise weniger als 1000 mm, insbesondere weniger als 500 mm, besonders bevorzugt weniger als 100 mm, vorzugsweise in Abhängigkeit von der (maximalen) Krümmung der zu polierenden Oberfläche 2A und/oder des gewünschten Einsatzes. Beim Korrekturpolieren werden nämlich Werkzeuge 3 mit kleineren Krümmungsradien von vorzugsweise unter 00 mm eingesetzt. Der Abstand der Polierfläche 9, insbesondere im Schnittpunkt mit der Rotationsachse R, zu dem Anschlag 12 ist vorzugsweise bei allen Werkzeugen 3 auch bei unterschiedlicher Wölbung bzw. Krümmung gleich.
Die vorschiagsgemäße Vorrichtung 1 weist die Werkzeugspindel 13 zum Rotieren des zugeordneten bzw. eingespannten Werkzeugs 3 um eine Rotationsachse R auf, wie in Fig. 1 angedeutet. Die Rotationsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise etwa 1000 bis 5000 Umdrehungen pro Minute.
Die Rotationsgeschwindigkeit wird vorzugsweise gesteuert oder geregelt. Vorzugsweise wird die Rotationsgeschwindigkeit während des Poliervorgangs konstant gehalten. Jedoch ist grundsätzlich auch eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit während eines Poliervorgangs oder eine Anpassung der Rotationsgeschwindigkeit auf ein jeweiliges Werkzeug 3 und/oder Werkstück 2 bzw. für jeden Poliervorgang möglich.
Die Rotation des Werkzeugs 3 erfolgt vorzugsweise ohne Erfassung des Drehwinkels. Es handelt sich also insbesondere nicht um eine gesteuerte Rotationsachse im Sinne einer CNC-Steuerung. Die Werkzeugspindel 13 und damit das Werkzeug 3 sind um eine Schwenkachse B schwenkbar. Insbesondere handelt es sich um eine gesteuerte oder geregelte Schwenkachse bzw. C C-Achse, auch Rundachse genannt. Insbesondere wird die Schwenklage erfasst. So wird ein definiertes Schwenken ermöglicht, wie beispielhaft durch die drei unterschiedlichen Positionen in Fig. 1 dargestellt.
Die Schwenkachse B verläuft beim Darstellungsbeispiei quer und insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse R bzw. Zeichenebene.
Die Schwenkachse B ist vorzugsweise möglichst nah am Werkzeug 3 bzw. an der Polierfläche 9 und/oder an dem Werkzeugfutter 14 angeordnet. Die Vorrichtung 1 weist einen Werkstückantrieb 15, insbesondere eine Werkstückspindel, für das Werkstück 2 auf, so dass das zu polierende Werkstück 2 um die Rotationsachse C mit definierter Winkellage rotierbar ist, Vorzugsweise wird das Werkstück 2 mittels eines Halters 18, wie eines Blockstücks, und/oder mittels eines Futters am Werkstückantrieb 1 5 mit definierter Winkellage gehalten bzw. mit diesem gekoppelt.
Bei der Rotationsachse C handelt es sich insbesondere um eine gesteuerte bzw. geregelte Achse bzw. eine CNC-Achse, auch Rundachse genannt. Vorzugsweise wird hier also auch die Drehwinkellage erfasst. Besonders bevorzugt wird eine winkelabhängige Variation der Rotationsgeschwindigkeit auch innerhalb einer Umdrehung ermöglicht. Die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstückantriebs 15 bzw. des Werkstücks 2 ist generell variierbar, insbesondere beispielsweise von etwa 10 oder 20 Umdrehungen pro Minute (zum Polieren am Rand 2C der zu polierenden Seite 2A des Werkstücks 2) bis hin zu etwa 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute (zum Polieren im Bereich der Mitte 2B des Werkstücks 2).
Die C-Achse verläuft vorzugsweise in einer Ebene mit der Rotationsachse R (unabhängig von der Schwenklage der Werkzeugspindel 13) und/oder quer bzw. senkrecht zu der Schwenkachse B. Der Werkstückantrieb 15 und damit das Werkstück 2 sind vorzugsweise linear in Z- Richtung bewegbar bzw. verstellbar, wie in Fig. 1 angedeutet. Die Verstellung erfolgt insbesondere mittels eines nicht dargestellten Schlittens und VerStellantriebs oder dergleichen. Die Z-Achse verläuft vorzugsweise parallel zur C-Achse und/oder quer bzw. senkrecht zur Schwenkachse B.
Die Werkzeugspindel 13 und damit das Werkzeug 3 ist vorzugsweise quer in X- Richtung verstellbar, insbesondere mittels eines nicht dargestellten Schlittens und eins zugeordneten Antriebs. Dieser Schlitten trägt dann vorzugsweise auch die B- Achse und den entsprechenden Schwenkantrieb zum Schwenken der Werkzeugspindel 13. Die X-Achse und Z-Achse sind vorzugsweise jeweils als gesteuerte bzw. geregelte Achse bzw. als CNC-Achse oder Linearachse ausgebildet, so dass eine genaue Positionierung in X- und Z-Richtung ermöglicht wird. Die X-Achse verläuft vorzugsweise quer bzw. senkrecht zu der C-Achse, B-Achse und/oder Z-Achse.
Die X-Achse verläuft vorzugsweise in der oder parallel zu der gemeinsamen Ebene der C-Achse und R-Achse.
Die Achsen können auch anders gestapelt bzw. verteilt werden. Beispielsweise kann die Z-Achse der Werkzeugspindel 13 statt dem Werkstückantrieb 15 zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die B-Achse und/oder X-Achse nicht werkzeugseitig, sondern werkstückseitig realisiert werden.
Jedoch ist es wünschenswert, die Achsen auf die Werkzeugseite und Werkstückseite zu verteilen, um eine größere Bearbeitungsgenauigkeit zu ermöglichen.
Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich insbesondere um eine Poliermaschine bzw. CNC-Maschine mit X-, Z-, B- und C-Achse.
Vorzugsweise verläuft die X-Achse und/oder die B-Achse horizontal.
Besonders bevorzugt verläuft die C-Achse und/oder die Z-Achse vertikal.
Besonders bevorzugt befinden sich die Polierwerkzeuge 3 jeweils mit ihren Polierflächen 9 in Höhe bzw. in der Nähe der B-Achse, so dass die Anlagefläche A möglichst mit minimalem Radius geschwenkt werden kann. Die B-Achse ist vorzugsweise weniger als 100 oder 50 mm, insbesondere weniger als 30 oder 1 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 10 mm von der Polierfläche 9 bzw. Anlagefläche A, insbesondere von dem Schnittpunkt der Rotationsachse R mit der Polierflache 9, beabstandet. Insbesondere ist dieser Abstand auch bei Werkzeugen 3 mit anderen Krümmungsradien der Polierfläche 9 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gleich groß.
Die B-Achse schneidet die Rotationsachse R vorzugsweise innerhalb der Kappe 6 bzw. Polierfläche 9. Durch entsprechende relative Verstellung, insbesondere also durch Bewegen in X- und Z- ichtung sowie durch Schwenken um die B-Achse kann das Werkzeug 3 insbesondere wie durch Pfeil W in Fig. 1 und in Fig. 3 schematisch angedeutet über das Werkstück 2 bzw. die zu polierende Oberfläche 2A bewegt werden.
Besonders bevorzugt wird das Werkzeug 3 ausgehend von einem Rand 2C des Werkstücks 2 bzw. der Oberfläche 2A zur Mitte 2B hin und über diese hinaus bis zur gegenüberliegenden Seite des Rands 2C bewegt, wie in Fig. 1 und 3 veran- schaulicht. Hindurch wird ein Unterbrechen oder Beenden des Poliervorgangs im Bereich der Mitte 2B, wie beim Stand der Technik üblich, vermieden und dadurch eine optimalere Bearbeitung bzw. ein definierterer Materialabtrag ermöglicht oder sichergestellt. Die Polierfläche 9 des Werkzeugs 3 liegt beim Polieren nur bereichsweise mit einer Anlagefläche A am zu polierenden Werkstück 2 bzw. dessen Oberfläche 2A an, wie insbesondere auch in Fig. 4 schematisch dargestellt, die eine ausschnittsweise Vergrößerung des strichpunktierten Kreisbereichs von Fig. 1 darstellt. Die Anlagefläche A ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen kreisförmig, wobei dies (auch) von der dreidimensionalen Form der Oberfläche 2A abhängt. In der schematischen Draufsicht gemäß Fig. 3, ist die Anlagefläche A, mit der die Polierfläche 9 am Werkstück 2 bzw. deren Oberfläche 2A anliegt, ebenfalls angedeutet. Vorzugsweise schneidet die Fiächennormaie N die Rotationsachse R des Werkzeugs 3 unter einem (relativen) Kippwinkel K, wie in Fig. 1 und 4 angedeutet. Insbesondere erfolgt ein Polieren mit dem Werkzeug 3 derart, dass die Anlagefläche A außermittig bezüglich der Rotationsachse R auf der Polierfläche 9 liegt. Mit anderen Worten wird also (vorzugsweise immer) mit einem Kippwinkel K von mehr als 0°, insbesondere mehr als 2°, besonders bevorzugt mehr als 5° oder 10°, und/oder vorzugsweise weniger als 50°, insbesondere weniger als 30°, besonders bevorzugt weniger als 25°, gearbeitet bzw. poliert.
Besonders bevorzugt wird der Kippwinkel K beim jeweiligen Poliervorgang konstant gehalten. Dies wird durch entsprechendes Verschwenken der Werkzeugspindel 13 bzw. des Werkzeugs 3 erreicht. Der Schwenkwinkel S (Winkel der Rotationsachse R zu der C-Achse) variiert dann dementsprechend entlang der Werkzeugbahn W, wie schematisch in Fig. 1 angedeutet, beispielsweise von einem kleinen Schwenk- Winkel S in der linken Position über einen mittleren Schwenkwinkel S in der mittleren Position zu einem großen Schwenkwinkel S in der rechten Position.
Ein Poliervorgang im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet insbesondere das vollständige Polieren der zu polierenden Oberfläche 2A des Werkstücks 2 mit einem Werkzeug 3. Bei einem solchen Vorgang wird vorzugsweise, wie bereits erläutert, die Werkzeugbahn W von dem Werkzeug 3 durchlaufen bzw. abgefahren, während einerseits das Werkezeug 3 und andererseits das Werkstück 2 rotiert. Bei dem Poliervorgang überstreicht dann die Anlagefläche A bzw. deren Mittelpunkt AM die zu polierende Oberfläche 2A in einen insbesondere spiralförmigen Polierweg P, wie in Fig. 3 jedoch nur schematisch angedeutet. Der spiralförmige Polierweg P wird nämlich einmal durchlaufen, wenn sich das Werkzeug 3 bzw. die Anlagefläche A vom Randbereich) 2C ausgehend in die Mitte 2B bzw. zur Dreh- achse C bewegt. Der gleiche oder ein entsprechender spiralförmiger Polierweg P wird dann aber nochmals durchlaufen, wenn sich das Werkzeug 3 bzw. die Anlagefläche A weiter der Werkzeugbahn W folgend von der Mitte 2B wieder nach außen zum Randbereich 2B hinbewegt. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 1 derart ausgebildet oder erfolgt eine Steuerung oder Regelung derart, dass eine gleichmäßige Spirale bzw. ein zumindest im Wesentlichen konstanter Abstand PA zwischen benachbarten Polierspuren PS des Polierwegs P erreicht bzw. durchlaufen wird, wie in Fig. 3 angedeutet. Der Abstand PA wird also besonders bevorzugt zumindest im Wesentlichen konstant gehalten. Jedoch kann der Abstand PA alternativ variieren, insbesondere in Abhängigkeit vom Werkstückradius, an dem sich der Mittelpunkt der Anlagefläche (gerade) befindet.
Besonders bevorzugt ist der Durchmesser AD der Anlagefläche A mindestens um den Faktor 10 oder 20 größer als der Spiralabstand bzw. Abstand PA benachbarter Polierspuren PS.
Vorzugsweise rotiert das Werkzeug 3 entgegengesetzt zu dem Werkstück 2. Jedoch ist auch eine gleichgerichtete Rotation möglich.
Vorzugsweise rotiert das Werkzeug 3 (viel) schneller als das Werkstück 2. Zur Erreichung einer ähnlichen oder ggf, möglichst identischen Verweilzeit des Werkzeugs 3 bzw. der Änlagefläche A über einen Flächenbereich der Oberfläche 2A werden bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs 3 die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 2 damit einhergehend auch die Bewegungs- geschwindigkeit des Werkstücks 2 entlang der Werkzeugbahn W ausgehend von dem Rand 2C zu der Mitte 2B hin gesteigert und danach wieder zum Rand hin verringert.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 2 während einer Umdrehung insbesondere in Abhängigkeit von der Drehlage, dem Durchmesser AD der Anlagefläche A, dem Anlagedruck des Werkzeugs 3 am Werkstück 2, der Eindrücktiefe E der Polierfläche 9 und/oder dem Profil des Werkstücks 2 variiert werden, um ein besonders gleichmäßigen Materialabtrag bzw. ein gewünschtes Polierergebnis zu erreichen. Dies gestattet insbesondere eine hoch genaue Polierbearbeitung.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 1 derart ausgebildet bzw. wird das vorschlagsgemäße Verfahren derart realisiert, dass die Größe bzw. der Durchmesser AD der Anlagefläche A während des Poliervorgangs zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird. Dies ist einem gleichmäßigen bzw. definierten Materialabtrag zuträglich.
Die Größe bzw. der Durchmesser AD der Anlagefläche A wird insbesondere auch durch die in Fig. 4 schematisch angedeute Eindrücktiefe E der Polierfläche 9 durch entsprechende Zustellung des Werkzeugs 3 während des Poliervorgangs bestimmt, hängt aber auch von der Oberflächenform des Werkstücks 2, insbesondere den jeweiligen Krümmungsverhältnissen und von der Krümmung der Polierfläche 9 ab. Durch Variation der Zustellung des Werkzeugs 3 während des Poliervorgangs wird entsprechend die Eindrücktiefe E der Polierfläche 9 und damit auch die Größe bzw. Durchmesser AD der Anlagefläche A variiert.
Besonders bevorzugt wird die Eindrücktiefe E der Polierfläche 9 durch entspre- chende Zustellung des Werkzeugs 3 während eines Poliervorgangs so variiert, dass insbesondere auch bei unterschiedlichen Krümmungen der zu polierenden Oberfläche 2A, besonders bevorzugt bei einer asphärischen Oberfläche 2A, ein zumindest im Wesentlichen konstanter Durchmesser AD der Anlagefläche A er- reicht wird. Dies ist einem gleichmäßigen bzw. definierten Materialabtrag über den gesamten Poliervorgang hinweg zuträglich.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Durchmesser AD der Anlagefläche A ausgehend vom Rand 2C zur Mitte 2B hin abnimmt und in umgekehrter Richtung zunimmt.
Die Geschwindigkeit der C-Achse, also die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 2, wird vorzugsweise aus berechneten Verweilzeiten der Anlagefläche A über bestimmten Teilflächen der zu polierenden Oberfläche 2A abgeleitet.
Vorzugsweise wird zur Korrektur von lokalen rotationsasymmetrischen Fehlern der zu polierenden Oberfläche 2A die Bahngeschwindigkeit bzw. Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 2 innerhalb einer Umdrehung verändert. Hierdurch können insbe- sondere innerhalb einer Umdrehung unterschiedliche Polier- bzw. Verweilzeiten, je nach erforderlicher Fehlerkorrektur, realisiert werden.
Die Geschwindigkeit der X-Achse wird insbesondere so angepasst, dass pro Umdrehung der gewünschte konstante Spiralabstand bzw. Abstand PA benachbarter Polierspuren PS konstant bleibt. Dementsprechend ist dann der Vorschub in X- Richtung direkt an die Geschwindigkeit bzw. Anzahl der Umdrehungen der C- Achse gekoppelt oder umgekehrt.
Vorzugsweise wird die optimale Verweildauer des Werkzeugs 3 bzw. der Anlage- fläche A mittels in lokalen Bereichen auf der zu polierenden Oberfläche 2A einer Simulation vorab bestimmt. Anschließend werden die entsprechenden Bahnpositionen und Bahngeschwindigkeiten aus den berechneten lokalen Verweilzeiten bestimmt. Die optimale Eindrücktiefe E der Polierfläche 9 bzw. Zustellung des Werkzeugs 3 auf dem Werkstück 2 wird je nach Werkzeug 3 und Geometrie der zu polierenden Oberfläche 2 insbesondere mittels entsprechender Berechnungen, Abschätzungen und/oder Messungen optimal bestimmt, wobei die Eindrücktiefe E während des Poliervorgangs insbesondere so angepasst wird, dass der Durchmesser AD der Anla- gefläche A möglichst konstant bleibt.
Das vorschlagsgemäße Polierwerkzeug 3 zeichnet sich insbesondere durch eine Kappe 6 bzw. einen Kappenaufbau mit definierten Feder- und Dämpfungseigen- schatten aus. So kann durch die Eindrücktiefe E sehr genau die Größe der Anlagefläche A beeinflusst werden.
Die Eindrücktiefe E beträgt vorzugsweise mehr als 0,1 mm und/oder weniger 0,8 mm.
Die Größe bzw. der Durchmesser AD der Anlagefläche A beträgt vorzugsweise mehr als 1 mm, insbesondere mehr als 3 mm, und/oder weniger als 25 mm, insbesondere weniger als 15 oder 10 mm.
Besonders bevorzugt erfolgt ein zonales Polieren des Werkstücks 2. Unter "zonal" ist zu verstehen, dass die Anlagefläche A im Vergleich zu der zu polierenden Oberfläche 2A des Werkstücks 2 wesentlich kleiner ist, insbesondere gegenüber der radialen Erstreckung des Werkstücks 2. Besonders bevorzugt ist der mittlere oder größte Durchmesser AD der Aniageflache A wesentlich kleiner als der mittlere oder größte Radius des Werkstücks 2. Besonders bevorzugt ist der mittlere oder größte Radius des Werkstücks 2 mindestes um den Faktor 2, 3 oder 5 größer als der mittlere oder größte Durchmesser AD der Anlagefläche A. Beim Polieren können ergänzend weitere Parameter berücksichtigt werden, wie insbesondere in der DE 10 2009 004 787 A1 erläutert, die hiermit diesbezüglich als ergänzende Offenbarung genannt wird .
Die Vorrichtung 1 weist insbesondere auch eine nicht dargestellte Zuführung für Poliermittel, wie bei Poliermaschinen üblich, auf, so dass das Poliermittel beim Polieren in gewünschter Weise zugeführt werden kann.
Das vorschlagsgemäße Werkzeug 3, die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 und/oder das vorschlagsgemäße Verfahren kann bzw. können insbesondere zum Polieren von Präzisionsoptiken bzw. asphärischen Oberflächen oder sonstigen optischen Werkstücken eingesetzt werden, wobei die Oberflächenform vor dem Polieren vorzugsweise vermessen und so durch das Polieren eine gewünschte Oberflächenform erreicht werden kann. Dies wird auch als Korrekturpolieren bezeichnet. Das Polieren kann insbesondere mit einer Genauigkeit von 10 bis 100 nm erfolgen. Werkzeuge 3 mit kleineren Krümmungsradien der Polierfläche 9, insbesondere mit Krümmungsradien von weniger als 100 mm, besonders bevorzugt weniger als 50 mm, werden vorzugsweise für Korrekturzwecke eingesetzt. Werkzeuge 3 mit größeren Krümmungsradien der Polierfläche 9, insbesondere von bis zu 1000 mm, werden vorzugsweise zum Vorpolieren eingesetzt.
Nach dem optimalen Vorpolieren erfolgt vorzugsweise ein Messen der zu bearbeitenden Oberfläche 2A und dann das Korrekturpolieren,
Die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 und die vorschlagsgemäßen Verfahren können grundsätzlich sowohl zum Vorpolieren als auch zum Korrekturpolieren eingesetzt werden. Einzelne Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.
Bezugszeichenliste:
1 Vorrichtung
2 Werkstück
2A Oberfläche des Werkstücks
2B Mittelpunkt des Werkstücks
2C Rand des Werkstücks
3 Werkzeug
4 Träger
5 Kopf
8 Kappe
7 Zwischenelement
8 Polierelement
9 Polierfläche
10 Bund
1 1 Anschlussabschnitt
12 Anschlag
13 Werkzeugspindel
14 Werkzeugfutter
15 Werkstückantrieb
16 Halter
A Anlagefläche
AD Durchmesser der Anlagefläche
AM Mittelpunkt der Anlagefläche
B Schwenkachse
C Rotationsachse des Werkstücks
E Eindrücktiefe
K Kippwinkel
N Normale
P Polierweg
PA Abstand der Polierspuren
PS Polierspur
R Rotationsachse des Werkzeugs
S Schwenkwinkel
W Werkzeugbahn
X Linearachse
Z Linearachse

Claims

Patentansprüche:
1 . Werkzeug (3) zum vorzugsweise zonalen Polieren von optischen Werkstücken (2), insbesondere Linsen,
mit einem gewölbten Kopf (5) und einer darauf angeordneten, elastischen Kappe (6) zur Bildung einer Polierfläche (9),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kappe (6) zur Formanpassung an die Wölbung des Kopfs (5) vorgeformt bzw. formbearbeitet ist und/oder spannungsfrei auf dem Kopf (5) ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (6) mehrschichtig aufgebaut ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (6) ein Zwischenelement (7) und ein Poliereiement (8) aufweist.
4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (7) und/oder das Polierelement (8) zur Formanpassung an die Wölbung vorgeformt bzw. formbearbeitet ist bzw. sind.
5. Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polier- e!ement (8) an die Form des Zwischeneiements (7) durch vorherige Formgebung angepasst ist.
6. Werkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (6) eine zumindest im Wesentlichen konstante Dicke aufweist.
7. Werkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (3) im Bereich des Kopfs (5) einen Bund (10) oder sonstigen Anschlag zur umfangsseitigen Abstützung und/oder Positionierung der Kappe (6) aufweist.
8. Vorrichtung (1 ) zum vorzugsweise zonalen Polieren von optischen Werkstücken (2), insbesondere Linsen,
mit einer Werkzeugspindel (13) zum Rotieren eines Werkzeugs (3) und mit einem Werkstückantheb (1 5) zum Rotieren eines zu polierenden Werkstücks (2), wobei die Werkzeugspinde! (13) und der Werkstückantrieb (15) relativ zueinander schwenkbar und/oder zustellbar sind, so dass eine Polierfläche (9) des Werkzeugs (3) partiell im Bereich einer Anlagefläche (A) an das zu polierende Werkstück (2) anlegbar ist, insbesondere wobei der Mittelpunkt (AM) der Anlagefläche (A) einen spiralförmigen Polierweg (P) auf dem Werkstück (2) zurücklegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (1 ) derart ausgebildet ist, dass das Werkzeug (3) von einem Rand (2C) einer zu polierenden Oberfläche (2A) des Werkstücks (2) über die Mitte (2B) zur gegenüberliegenden Seite des Rands (2C) bewegt wird, und/oder dass die Vorrichtung (1 ) derart ausgebildet ist, dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A) und/oder der Kippwinkel (K) der Rotationsachse (R) des Werkzeugs (3) zu der Normalen (N) der Aniagefläche (A) während des Polierens zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird bzw. werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) derart ausgebildet ist, dass das Werkzeug (3) derart relativ zu dem Werkstück
(2) zugestellt und/oder bewegt wird, dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A) mindestens um den Faktor 10 oder 20 größer als der Abstand (PA) benachbarter Spuren (PS) des Polierwegs (P) der Anlagefläche (A) auf einer zu polierenden Oberfläche (2A) des Werkstücks (2) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückantrieb (15) eine gesteuerte Rotationsachse (C) für das Werkstück (2) bildet.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (2) während einer Umdrehung in Abhängigkeit von der Drehlage, dem Profil des Werkstücks (2), dem Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A), der Eindrücktiefe (E) der Polierfiäche (9), dem Anlagedruck des Werkzeugs (3) am Werkstück (2) und/oder der lokal gewünschten Verweildauer bzw. Polierzeit variierbar oder steuerbar bzw. regelbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Werkzeuge (3) mit unterschiedlichen Krümmungsradien der Polierfläche (9) einsetzbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand einer Schwenkachse (B) zum Verschwenken des Werkzeugs (3) relativ zum Werkstück (2) von einem Schnittpunkt der Rotationsachse (R) der Werkzeugspindel (13) mit der Polierfläche (9) weniger als 100 mm beträgt und/oder bei allen Werkzeugen (3) zumindest im Wesentlichen gleich groß ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand einer Schwenkachse (B) zum Verschwenken des Werkzeugs (3) relativ zum Werkstück (2) von einem Schnittpunkt der Rotationsachse (R) der Werkzeugspindel (13) mit der Polierfläche (9) bei allen Werkzeugen (3) zumindest im Wesentlichen gleich groß ist.
15. Verfahren zum vorzugsweise zonalen Polieren einer insbesondere asphärischen Oberfläche (2A) eines optischen Werkstücks (2), insbesondere einer Linse, wobei ein Werkzeug (3) mit einer gewölbten Polierfläche (9) relativ zu dem Werkstück (2) schwenkbar und/oder zustellbar ist, so dass die Polierfläche (9) des rotierenden Werkzeugs (3) partiell durch Eindrücken im Bereich einer Anlagefläche (A) an das zu polierende, rotierende Werkstück (2) angelegt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkzeug (3) von einem Rand (2C) der zu polierenden Oberfläche (2A) des Werkstücks (2) über die Mitte (2B) zur gegenüberliegenden der Seite des Rands (2C) bewegt wird, und/oder
dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A) und/oder der Kippwinkel (K) der Rotationsachse (R) des Werkzeugs (3) zu der Normalen (N) der Anlagefläche (A) während des Polierens des Werkstücks (2) zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird bzw. werden, und/oder
dass die Eindrücktiefe (E) der Polierfläche (9) durch Zustellung des Werkzeugs (3) während des Polierens des Werkstücks (2) - insbesondere in Abhängigkeit von der radialen Lage der Anlagefläche (A) auf dem Werkstück (2) - variiert wird, und/oder dass der Abstand (PA) benachbarter Spuren (PS) des Polierwegs (P) zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird, und/oder
dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (2) während einer Umdrehung insbesondere in Abhängigkeit von der Drehlage, der lokal gewünschten Verweildauer und/oder dem Profil des Werkstücks (2) variiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A) durch Variation der Eindrücktiefe (E) zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A) ausgehend von einem Rand (2C) zur Mitte (2B) der zu polierenden Oberfläche (2A) hin abnimmt und in umgekehrter Richtung zunimmt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (2) ausgehend von einem Polieren am Rand (2C) zur Mitte (2B) der Oberfläche (2A) hin zunimmt und in umgekehrter Richtung abnimmt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (AM) der Anlagefläche (A) einen spiralförmigen Polierweg (P) auf dem Werkstück (2) zurücklegt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (A) wesentlich kleiner als die Oberfläche (2A) des Werk- Stücks (2) ist.
21 . Verwendung eines Werkzeugs (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum zonalen Polieren einer Oberfläche (2A) eines optischen Werkstücks (2), insbesondere einer Linse,
wobei das Werkzeug (3) mit seiner gewölbten Polieroberfläche (9) relativ zu dem Werkstück (2) geschwenkt und/oder zugestellt wird, so dass die Polierfläche (9) des rotierenden Werkzeugs (3) partiell durch Eindrücken im Bereich einer Anlagefläche (A) an das zu polierende, rotierende Werkstück (2) angelegt wird, wobei die Anlagefläche (A) einen Polierweg (P) auf dem Werkstück (2) zurücklegt.
22. Verwendung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (3) von einem Rand (2C) der Oberfläche (2A) über die Mitte (2B) des Werkstücks (2) zur gegenüberliegenden Seite des Rands (2C) bewegt wird.
23. Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindrücktiefe (E) der Polierfläche (9) durch Zustellung des Werkzeugs (3) während des Polierens des Werkstücks (2) in Abhängigkeit von der radialen Lage der Anlagefläche (A) auf dem Werkstück (2) variiert wird.
24. Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (a) durch Variation der Eindrücktiefe (E) zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird.
25. Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (AD) der Anlagefläche (A) ausgehend von einem Rand (2C) zur Mitte (2B) der Oberfläche (2A) hin abnimmt und in umgekehrter Richtung zunimmt.
26. Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (PA) benachbarter Spuren (PS) des Polierwegs (P) zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird.
27. Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (AM) der Anlagefläche (A) einen spiralförmigen Polierweg (P) auf dem Werkstück (2) zurücklegt.
28. Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (2) während einer Umdrehung in Abhängikeit von der Drehlage, der lokal gewünschten Verweildauer und/oder dem Profil des Werkstücks (2) variiert wird.
29. Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (2) ausgehend von einem Polieren am Rand (2C) zur Mitte (2B) der Oberfläche (2A) hin zunimmt und in umgekehrter Richtung abnimmt.
30. Verwendung nach einem der Asprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippwinkel (K) der Rotationsachse (R) des Werkzeugs (3) zu der Normalen (N) der Anlagefläche (A) während des Polierens des Werkstücks (2) zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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