用于精加工轴棱镜的方法和装置、适用于该装置的精加工机器及其用途制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种轴棱镜(L)的精加工方法，该轴棱镜具有带锥轴线(KA)和锥角(α)的凹形或凸形的锥表面(KF)，该方法在工具(W2)的加工区域(BB)上与液体相结合地使用束缚或松散颗粒形式的几何形状不确定的切削刃，该工具构设成用于具有锥形表面的线性接合部(LE)并且具有相对于锥轴线的前端(EB)。使用仅由轴棱镜围绕锥轴线的旋转运动和工具的相对摆动线性运动(摆动轴线R)产生的相对切削速度来移除锥形表面上的材料，所述直线运动期间，加工区域与锥表面呈线性接合，并且加工区域的前端相对于锥轴线沿俯视图的径向方向来回运动。本发明专利技术此外还涉及一种可以用于前述方法的装置，其可安装在精加工装置的工具主轴上。装在精加工装置的工具主轴上。装在精加工装置的工具主轴上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于精加工轴棱镜的方法和装置、适用于该装置的精加工机器及其用途


[0001]本专利技术总体上涉及一种轴棱镜的精加工方法和装置，以及包括该装置的精加工机器，以及该精加工机器对于轴棱镜精加工的应用。具体地，本专利技术涉及一种用于研磨、精密研磨和/或抛光诸如在精密光学中可以经受批量处理的凸或凹形锥形透镜表面的方法和装置。
[0002]在习惯技术术语中，“轴棱镜”是特殊的透镜，其在两个光学有效表面中的至少一个表面处形成为锥形或圆锥形。轴棱镜可以是凸面或凹面，由任何光学材料制成，例如石英玻璃、二氧化硅、锗、硅、红外线玻璃(硫族化物玻璃)、Zerodur(注册商标)等。近似平凸或平凹轴棱镜是典型的。在本专利技术的术语中，“轴棱镜”在最一般意义上应被理解为任何工件，无论其材料如何，其在至少一个工件表面处具有形成为凸或凹形锥形的至少一个区段。即使当与本专利技术相关时在下文中提及“锥形表面”，该表达应在最广义的意义上进行理解，并且除了具有任何轴向边界的锥形环形表面之外还包括具有任意四周边界的工件的满足直角圆锥数学描述的非环形的、凸弯曲表面区段或凹弯曲表面区段。

技术介绍

[0003]单独的轴棱镜例如从激光束产生环形光束轮廓。在这种情况下，环形光束的直径取决于轴棱镜的锥角，并随着轴棱镜和像平面之间的间距增加而增加，在这种情况下，环宽度保持恒定。通过轴棱镜与其它轴棱镜或其它透镜的组合，可以产生多个光束轮廓，例如在文件DE 10 2015 201 639 B4中描述的。
[0004]因此，轴棱镜主要用于光束整形和高功率领域的各种激光应用。例如，轴棱镜用于激光眼科手术的医疗领域。将激光束聚焦成环形光束轮廓的能力在此处有助于平滑和移除角膜组织。在那种情况下，用于最佳功率分布的环的直径可以通过凸和凹轴棱镜的组合以及相互间距的变化来设置。
[0005]关于轴棱镜的技术要求，在这一点上要提到的是，在上述应用中，具体取决于用途，允许的表面形状差异(RMSi＝根据DIN ISO 10110的均方根差异)位于RMSi≤0.7μm的范围内，部分甚至位于RMSi≤0.04μm的范围内。在这方面的RMSi值描述了总形状误差和最佳适应球形表面之间的差异。相应地，轴棱镜的精加工对加工质量提出了较高的要求。
[0006]轴棱镜的光学有效表面的生产或加工大致可分为两个加工阶段，即首先对光学有效表面进行成形或初步加工，以产生期望的宏观几何形状，然后对光学有效表面进行精加工，以便消除初步加工轨迹并获得期望的微观几何形状。鉴于轴棱镜的光学有效表面的成形或初步加工尤其取决于通过铣削、车削和/或磨削或者在其他情况下也进行原始成形或再成形的轴棱镜的材料来执行(例如参见文件US 2013/0272653 A1)，精加工中轴棱镜的光学有效表面通常经过精密研磨、研磨和/或抛光工艺，其中采用了几何形状不确定的切削刃，此类切削刃以束缚或松散的颗粒形式与工件和工具之间的液体相结合，在这种情况下，工件和工具之间是相对于彼此运动的。
[0007]类似于文献DE 195 43 184A1中公开的方法，在已知的加工轴棱镜的方法中，轴棱镜的锥形表面通过具有锥形周向表面的直径更小的抛光工具加工成精加工状态。在那种情况下，可驱动成绕其中心轴线旋转的抛光工具相对于同样可驱动成绕其锥轴线旋转的轴棱镜定位，使得抛光工具的中心轴线和轴棱镜的锥轴线位于一个平面内，其中，抛光工具的周向表面与轴棱镜的待抛光锥形表面对准。结果，抛光工具的周向表面和轴棱镜的待抛光的锥形表面沿着抛光工具的周向表面区段接合。在液体抛光介质的馈送下进行的抛光期间，抛光工具和轴棱镜被驱动以沿相同方向或(优选地)相反方向旋转，其中，抛光工具附加地沿着其周向表面区段轴向运动，该周向表面区段与待抛光的轴棱镜的锥形表面接触，直到轴棱镜的锥形表面被完全抛光。
[0008]由于抛光工具和轴棱镜的两个旋转运动的叠加，特别是在相反方向的旋转驱动的情况下，可以实现相对较大的抛光移除。然而，在这种情况下产生的抛光工具和轴棱镜之间的相对运动几乎只沿周向方向进行，或者根据抛光工具沿着抛光工具的接触周向表面区段的前进进行，甚至略微呈螺旋形进行。此外，根据与中心或锥轴线的径向间距，在不同的抛光区域中实现不同的移除效果。在这种已知的抛光工艺中，由于工具和工件之间的上述接合关系，存在抛光表面上形成具有径向主导方向的结构的风险，鉴于所期望的加工或表面质量的上述背景，应当特别避免这种情况。
[0009]最后，文件DE 36 43 914 A1公开了一种用于研磨或抛光诸如例如用于天文观测的非常大的光学元件的方法和装置。此处以望远镜的主镜为具体示例。在该现有技术中，工具形成为带状柔性膜，在所公开的示例中，其长度为5米，宽度为1米，其仅覆盖工件的待加工表面的一部分区域。在膜的远离待加工表面的一侧上设置有多个加载元件，这些加载元件由膜的后侧上的单独可控力支承，并以限定的压力分布将膜局部地压靠待加工表面。此外，现有技术的装置具有用于工件的旋转驱动器，该旋转驱动器具有与其连接的角度编码器，其输出端与用于启动加载元件的控制器连接。
[0010]在实际加工期间，膜设定成借助工件的表面沿径向方向进行摆动运动，该表面在其下方旋转并准备加工，其中，将膜压靠待加工表面的加载元件相对于工件是静止的，不参与膜的摆动运动。在这种情况下，压力分布的时间图根据工件和工具之间的旋转角度进行控制，具体地是为了缩短加工时间。然而，考虑到轴棱镜处的待精加工的锥体几何形状、其通常尺寸和此处要达到的加工精度，在该现有技术中既没有解决轴棱镜的精加工，也不能利用其中公开的压力分布概念。
[0011]专利技术目的
[0012]本专利技术的目的是提供一种可能最简单的轴棱镜精加工方法，该方法解决了上面关于现有技术讨论的问题。具体地，该方法应能够以高加工质量尽可能最快地精加工轴棱镜，并且没有在轴棱镜的精加工锥形表面上形成不期望的结构或其它表面缺陷的风险。本专利技术的目的还包括说明一种用于改进轴棱镜的精加工的装置，该装置能够尽可能简单地使用并且无需大量准备支出，以及适用于该目的的精加工机器，包括其用于轴棱镜的高质量精加工的使用。

技术实现思路

[0013]这些目的通过具有根据权利要求1的方法步骤的方法、具有权利要求5的特征的装
置和具有权利要求19的特征的精加工机器以及根据权利要求21的精加工机器的用途来实现。本专利技术的有利实施例是从属权利要求的主题。
[0014]根据本专利技术，在一种用于精加工具有带锥(圆锥)轴线和锥(圆锥)角的至少一个凹形或凸形的锥(圆锥)表面的轴棱镜的方法中，提供了通过相对切削速度在轴棱镜的锥表面处产生的材料移除，这种材料移除借助于具有用于与待加工的锥表面线性接合的加工区域的工具，该区域具有相对于锥轴线的前端，在工具的加工区域处使用束缚或松散颗粒形式的几何形状不确定的切削刃与液体，上述相对切削速度仅由轴棱镜围绕锥轴线的旋转运动和沿着工具的摆动轴线的相对摆动线性运动产生，在这种情况下，工具设置成与待加工的锥表面线性接合，其中在平面图中所见的加工区域的前端相对于锥轴线沿径向方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于轴棱镜(L)的精加工的方法，所述轴棱镜具有至少一个凹形或凸形的锥表面(KF)，所述锥表面具有锥轴线(KA)和锥角(α)，所述方法借助于具有用于与待加工的所述锥表面(KF)线性接合(LE)的加工区域(BB)的工具(W1、W2)，所述加工区域具有相对于所述锥轴线(KA)的前端(EB)，在所述工具(W1、W2)的所述加工区域(BB)处结合液体使用以束缚或松散颗粒形式的几何形状不确定的切削刃，其中，借助所述工具(W1、W2)在所述轴棱镜(L)的所述锥表面(KF)处以相对切削速度产生材料移除，所述相对切削速度仅由所述轴棱镜(L)围绕所述锥轴线(KA)的旋转运动(D)和所述工具(W1、W2)的相对摆动线性运动(摆动轴线R)导致，在这种情况下，所述工具与待加工的所述锥表面(KF)线性接合(LE)，其中，所述加工区域(BB)的所述前端(EB)如在平面图中所见沿相对于所述锥轴线(KA)的径向方向来回运动。2.根据权利要求1所述的用于轴棱镜(L)的精加工的方法，其特征在于，首先在所述轴棱镜(L)和所述工具(W1、W2)之间根据锥角(α)产生相对对准和调节运动，因此，所述工具(W1、W2)的所述加工区域(BB)与所述轴棱镜(L)的所述锥表面(KF)形成所述线性接合(LE)，其中，所述加工区域(BB)的所述前端(EB)面向所述锥轴线(KA)，由此在所述轴棱镜(L)和所述工具(W1、W2)之间产生作为前进运动的相对摆动线性运动(摆动轴线R)，所述轴棱镜(L)被驱动成围绕所述锥轴线(KA)(工件旋转轴线D)旋转，其中，如在平面图中所见，所述加工区域(BB)的所述前端(EB)在所述轴棱镜(L)围绕所述锥轴线(KA)旋转期间在所述锥表面(KF)上相对于所述锥轴线(KA)从所述锥表面(KF)的外边缘区域(RB)多次运动到至少接近所述锥轴线(KA)并再次返回。3.根据权利要求1或2所述的用于轴棱镜(L)的精加工的方法，其特征在于，在所述锥表面(KF)的精加工期间，所述轴棱镜(L)围绕所述锥轴线(KA)的转速和所述工具(W1、W2)在所述锥表面(KF)上的相对摆动线性运动(摆动轴线R)的频率彼此匹配，使得所述轴棱镜(L)每转一圈，所述工具(W1、W2)的往复运动次数是奇数。4.根据权利要求3所述的用于轴棱镜(L)的精加工的方法，其特征在于，在所述锥表面(KF)的精加工期间，所述轴棱镜(L)围绕所述锥轴线(KA)每转一圈，所述工具(W1、W2)的往复运动次数大于或等于三且小于或等于七。5.一种用于通过工具(W1、W2)对具有至少一个带锥轴线(KA)和锥角(α)的凹形或凸形的锥表面(KF)的轴棱镜(L)进行精加工的装置(10)，所述工具具有用于与待加工的所述锥表面(KF)线性接合的加工区域(BB)，其中，所述装置(10)具有基座(22)，所述基座适于通过凸缘安装在精加工机器(12)的工具主轴(14)上，并且在所述基座上安装引导工具托架(26)能够纵向运动的引导布置(24)，所述工具托架能够被驱动以沿着摆动轴线(R)摆动，并且承载用于所述轴棱镜(L)的精加工的工具(W1、W2)。6.根据权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，所述引导布置(24)包括引导框架(48)，用于所述工具托架(26)的导轨(52)在所述引导框架上安装在相互相对的侧部上。7.根据权利要求6所述的装置(10)，其特征在于，由滑动支承材料制成的所述导轨(52)在每个相互面对的侧部上具有相应的V形凹槽(54)，其中，所述工具托架(26)在每个相互远离的侧部上具有相应的楔形引导区段(56)，并且其中，所述工具托架(26)的所述楔形引导
区段(56)被接纳在所述导轨(52)的V形凹槽(54)中以能够滑动。8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的装置(10)，其特征在于，设置传动机构(58)以用于所述工具托架(26)的摆动驱动，所述传动机构适于将由所述精加工机器(12)的所述工具主轴(14)产生的旋转运动转换为所述工具托架(26)沿着所述摆动轴线(R)的往复线性运动。9.根据权利要求8所述的装置(10)，其特征在于，所述传动机构(58)包括转盘(60)，所述转盘可驱动地连接于所述精加工机器(12)的所述工具主轴(14)并且能够围绕旋转轴线(C)旋转，并且引导销(64)安装在所述转盘上以相...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：萨特隆有限公司，
类型：发明
国别省市：