用于光學(xué)質(zhì)量方面的工件、尤其是精密光學(xué)元件中的球面透鏡表面的研磨、精密研磨和 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于光學(xué)質(zhì)量方面的工件的 研磨、精密研磨和/或拋光的裝置。具體來說，本發(fā)明涉及一種用于例如必須在精密光學(xué)元 件中進(jìn)行大量處理的球面透鏡表面的研磨、精密研磨和/或拋光的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在此處論述的處理或精密處理過程（針對所述處理利用具體來說杯形磨輪或組 合磨輪（例如，根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)DIN58741-2、DIN58721-4、DIN58721-5、DIN58721-6 或DIN 58721-7)或精密研磨或拋光工具（例如，拋光碗）以作為研磨工具）中，工具和工件在相同 或相反方向上旋轉(zhuǎn)且同時(shí)相對于彼此樞轉(zhuǎn)，使得工具與工件之間的接合區(qū)不斷改變。
[0003] 對于（具體來說）拋光機(jī)處球面拋光工具的修整以及對于研磨機(jī)處杯形磨輪進(jìn)行 的球面透鏡的研磨，重要的是，工具主軸的工具旋轉(zhuǎn)軸線與工件主軸的工件旋轉(zhuǎn)軸線安置 在共同對準(zhǔn)平面中，其中還發(fā)生工具主軸與工件主軸的相對樞轉(zhuǎn)。僅當(dāng)滿足這些幾何前提 條件時(shí)，環(huán)形工具研磨表面才與工具切割表面的完整環(huán)形區(qū)段接合用于產(chǎn)生經(jīng)處理表面的 整個(gè)寬度上的所要半徑，使得在球面表面的處理的情況下，可實(shí)現(xiàn)所謂的'交叉研磨'，不論 在透鏡還是拋光工具處。'交叉研磨'通常應(yīng)理解為表面外觀處理，其中在經(jīng)處理球面表面 上產(chǎn)生半圓形處理或研磨凹槽，所述凹槽全部在球面表面的頂點(diǎn)處相交且從相交點(diǎn)向各側(cè) 徑向延伸出去，使得產(chǎn)生花朵圖案的形狀（見圖10:研磨圖案M)。另一方面，如果不滿足前 述幾何前提條件，因此如果工具主軸與工件主軸之間存在對準(zhǔn)誤差（所述誤差可在所產(chǎn)生 的處理或研磨圖案M處（比較圖11和12)同樣較好地辨識出），那么例如當(dāng)通過杯形磨輪 對拋光碗進(jìn)行修整時(shí)，拋光碗僅在一側(cè)被安正或修整，且拋光碗處產(chǎn)生的形狀不再是球形， 而是扁長表面。然而，扁長拋光工具不適合球面拋光過程。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中不乏對于調(diào)節(jié)裝置的提議，可通過所述調(diào)節(jié)裝置設(shè)定用于產(chǎn)生交叉研 磨處理圖案的工具主軸與工件主軸之間的上述對準(zhǔn)，所述調(diào)節(jié)裝置在下文簡稱為用于交叉 研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備。經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)的解決方案中，研磨主軸頭部的一側(cè)懸浮在彎曲軸承中，而在 相對側(cè)上，提供調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，且在最簡單情況下所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由一或多個(gè)設(shè)定螺釘和壓縮彈 簧形成，但亦可包括壓電設(shè)定器或具有滾珠螺釘?shù)乃欧R達(dá)。研磨主軸頭部可通過調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)圍繞彎曲軸承樞轉(zhuǎn)，在此情況下主軸軸線沿著曲線移動，因此執(zhí)行兩個(gè)軸向方向上的移 動。結(jié)果是，在每個(gè)主軸對準(zhǔn)設(shè)定中基本上兩個(gè)校正是必需的，即一個(gè)校正在一個(gè)軸向方向 (y)上以用于產(chǎn)生軸向?qū)?zhǔn)且一個(gè)校正在另一軸向方向（x)上以便再次校正軸向間隔，所 述軸向間隔已由于曲線運(yùn)動借助對應(yīng)的線性移動軸線（X軸）而改變。這表示（正如類似 已知的可調(diào)節(jié)離心安裝的工具主軸（見例如DE19846260A1 :圖2 ;列12 ;行4到12)) -定 程度的努力。
[0005] 進(jìn)一步的問題是，尤其是彎曲軸承解決方案，源自需要研磨主軸頭部的彈性變形 或其到其它機(jī)器零件的彈性耦合的接頭構(gòu)造。由于這些措施，機(jī)器的總體硬度顯著減小，這 使得通過所導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性和經(jīng)處理表面的較差質(zhì)量（邊緣區(qū)損壞、地形誤差等）其自身 在負(fù)面意義上尤其在較高處理力的情況下顯而易見。
[0006] 最后，現(xiàn)有技術(shù)中還提出以下解決方案，其中整個(gè)機(jī)器上部部分（DE 102006028164A1)或其至少一部分（見形成權(quán)利要求1的前序部分的DE202008016620U1 : 圖1到5 :主軸架20)可依據(jù)CNC技術(shù)通過用于交叉研磨調(diào)節(jié)的相關(guān)聯(lián)引導(dǎo)件和驅(qū)動作為 單獨(dú)'Y滑動'線性移位。該種軸向?qū)?zhǔn)調(diào)節(jié)確定是用戶友好的且不會導(dǎo)致機(jī)器硬度顯著減 ??；然而，其技術(shù)上較復(fù)雜且需要完整的CNC軸線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明因此（從如DE 202008016620U1表示的現(xiàn)有技術(shù)開始）具有以下目標(biāo)：產(chǎn) 生一種用于光學(xué)質(zhì)量方面的工件尤其是精密光學(xué)元件中的球面透鏡表面的研磨、精密研磨 和/或拋光的裝置，其包括用于交叉研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備，所述設(shè)備盡可能簡單且經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì) 且不損害裝置的總體硬度。
[0008] 此目標(biāo)通過權(quán)利要求1中指示的特征來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利或便宜的展開為權(quán)利 要求2到14的標(biāo)的物。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，在一種用于光學(xué)質(zhì)量方面的工件尤其是精密光學(xué)元件中的球面透鏡 表面的研磨、精密研磨和/或拋光的裝置的情況下，所述裝置包括機(jī)器框架、工具借助其可 圍繞工具旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的工具主軸，以及工件借助其可圍繞工件旋轉(zhuǎn)軸線C旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動的工件主軸，其中工具主軸和工件主軸在彼此垂直延伸的第一和第二方向（x、z)上可進(jìn) 行相對軸向調(diào)節(jié)（X軸、Z軸），且另外可在樞轉(zhuǎn)平面X-Z中圍繞樞軸線B相對于彼此樞轉(zhuǎn)， 且所述裝置另外具有用于交叉研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備，所述設(shè)備包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，借助所述調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)主軸的一者至少在垂直于第一和第二方向x、z的第三方向y上可定位，使得工具旋轉(zhuǎn)軸 線A和工件旋轉(zhuǎn)軸線C定位在樞轉(zhuǎn)平面X-Z中，工件主軸在第一和第二方向x、z上軸向可 調(diào)節(jié)（X軸、Z軸）且可圍繞樞軸線B樞轉(zhuǎn)，而用于交叉研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備與工件主軸接合且 包括夾持機(jī)構(gòu)，所述夾持機(jī)構(gòu)可獨(dú)立于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)而激活且其起到將通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)定位的工 件主軸相對于機(jī)器框架固定的作用。
[0010] 換句話說，根據(jù)本發(fā)明，所有處理移動（X、z和B軸）提供在工具側(cè)上，同時(shí)僅交叉 研磨調(diào)節(jié)與工件側(cè)相關(guān)聯(lián)，其中另一特征是用于在交叉研磨調(diào)節(jié)之后將工件主軸相對于機(jī) 器框架固定的夾持機(jī)構(gòu)獨(dú)立于用于交叉研磨調(diào)節(jié)的實(shí)際調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)或與之分離。結(jié)果是，在 第三方向y上可用于交叉研磨調(diào)節(jié)的移動可能性或定位可能性絕不會減小裝置的處理相 關(guān)硬度。
[0011] 此外，與界定所述類別的現(xiàn)有技術(shù)相反，用于交叉研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不 必接受或承受任何處理力，因?yàn)榇斯δ苤概山o夾持機(jī)構(gòu)。因此，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的組件也不必相對 于處理力的量值來設(shè)計(jì)或標(biāo)定尺寸，而是可經(jīng)設(shè)計(jì)為相比而言'不穩(wěn)定的'，因此是簡單且 經(jīng)濟(jì)的。
[0012] 由于此外僅第三方向y上的小設(shè)定行程對于交叉研磨調(diào)節(jié)（短沖程線性移動）是 必需的，所以工件主軸布置在機(jī)器框架中幾乎固定的位置中，這允許（尤其）工件相對于例 如液體研磨或拋光介質(zhì)的最佳可能流出的優(yōu)化。此外，工件相對于工件主軸處的環(huán)境的密 封可非常簡單且因此經(jīng)濟(jì)地實(shí)行；例如在較大相對移動的情況下將必需的復(fù)雜波紋管、迷 宮式密封件等在此處是多余的。相當(dāng)重要的是，用于交叉研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可布 置在機(jī)器框架的使用者容易接近的位置處。
[0013] 所述裝置優(yōu)選地包括套管，工件主軸以在至少第三方向y上的間隙被接納在套管 中，且套管緊固到機(jī)器框架并具有上部環(huán)形支撐表面，工件主軸通過主軸凸緣擱置在所述 上部環(huán)形支撐表面上，其中主軸凸緣可通過夾持機(jī)構(gòu)抵靠支撐表面選擇性地拉拽以便將工 件主軸相對于機(jī)器框架固定。有利的是，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，工件主軸的固有重量輔助工件主軸 相對于機(jī)器框架的摩擦固定。由于套管的環(huán)形支撐表面完全包圍工件旋轉(zhuǎn)軸線C，所以實(shí)現(xiàn) 借助主軸凸緣緊固或夾持的工件主軸到機(jī)器框架的非常強(qiáng)有力的耦合。
[0014] 所述布置在此處可有利地使得主軸凸緣在夾持機(jī)構(gòu)解除激活時(shí)以及在工件主軸 通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)定位期間可在套管的支撐表面上移位，其中支撐表面在第二方向Z上支撐工 件主軸，因此為工件主軸界定'逆沖斷面'。套管的支撐表面因此不僅具有力吸收功能，而且 還具有引導(dǎo)功能；在第二方向z上作用的另外的引導(dǎo)元件等因此是多余的。
[0015] 如果也在第三方向y上的工件主軸的特殊引導(dǎo)將被需要或在相應(yīng)應(yīng)用中（例如依 據(jù)用于交叉研磨調(diào)節(jié)的設(shè)備的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的相應(yīng)設(shè)計(jì)）被需要，那么基本上有可能以一種方 式（例如，以橢圓形式）構(gòu)造如橫截面中所見的套管，使得套管的內(nèi)壁表面具有在第三方向 y上的引導(dǎo)功能。然而，套管優(yōu)選地具有旋轉(zhuǎn)對稱構(gòu)造，在此情況下套管與主軸凸緣之間的 工件主軸是在夾持機(jī)構(gòu)解除激活時(shí)以及工件主軸通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)定位期間起到在第三方向y 上相對于機(jī)器框架引導(dǎo)工件主軸的用途的引導(dǎo)布置。套管可因此作為轉(zhuǎn)動零件非常經(jīng)濟(jì)且 精密地產(chǎn)生；套管在其在機(jī)器框架上安裝期間相對于機(jī)器框架的旋轉(zhuǎn)角定向并不需要。
[0016] 主軸凸緣與套管之間的所論述的引導(dǎo)布置原則上可由例如V形引導(dǎo)件或鳩尾引 導(dǎo)件等常規(guī)引導(dǎo)系統(tǒng)形成。然而，相對于引導(dǎo)布置的產(chǎn)生和組裝的簡單能力，優(yōu)選的是引導(dǎo) 布置在主軸凸緣或套管處具有至少兩個(gè)槽或凹槽，其在第三方向y上延伸，且提