DE3021244A1

DE3021244A1 - Polierkopf zur bearbeitung von linsen

Info

Publication number: DE3021244A1
Application number: DE19803021244
Authority: DE
Inventors: W Clifford Dawson; Raymond L Fournier
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1980-12-11
Also published as: FR2458357B1; CH639582A5; BR8003488A; FR2458357A1; JPS55164462A; GB2050884B; GB2050884A

Description

PATENTANWALT-DR. HERMANN O. ΓΗ. DlLHL-PIFlOMPHYSIKER D-8000 MÜNCHEN 19 - FLOGGENSTRASSE 17 - TELEFO N =089/177061

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4. 6. 1980 D/M

Anmelder:

American Optical Corporation

Southbridge, Massachusetts / USA

Polierkopf zur Bearbeitung von Linsen

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Postscheckkonto München Nr. 948 54-807 Reuschelbank Münctien (BLZ 700 303 00) Konto Nr 423.11343 Telex 52I5M5 Zeu3 Telegrammadresse 'Cable Adress: Zeuspatent

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PATENTANWALT-DR. HERMANN O. TH. DtEHL-D I ρι.ϋΜΡΗ YSI KER D-8000 MÜNCHEN 19 - FLÖGGENSTRASSE 17 - TE LE FO N: 08 9/17 70

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4. 6. 1980 D/M

Anmelder:

American Optical Corporation Southbridge, Massachusetts / USA

Polierkopf zur Bearbeitung von Linsen 20

Die Erfindung betrifft einen Polierkopf zur Bearbeitung von Linsen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung befasst sich mit Werkzeugen zur Bearbeitung der Oberfläche von Linsen, vorzugsweise von Brillengläsern und betrifft speziell eine Verbesserung eines zum Polieren der Linsenoberflächen dienenden Gerätes.

Bei der Oberflächenbehandlung von Brillengläsern werden Linsenrohlinge, deren Krümmungen dem jeweiligen Brillenrezept entsprechend geschliffen sind, mit weichen bzw. kissenförmigen Gebilden, sogenannten Poliertellern und Poliermitteln bearbeitet. Die Kissen bzw. Polierteller werden, sobald sie mit dem Poliermittel versehen sind, gegen die Linsenoberflächen angepresst und kräftig

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Postscheckkonto München Nr. 948 54-807 Reuschelbank München (BLZ 700 303 00) Konto Nr. 423.11343 Telex 5215145 Zeus Telegrammadresse/Cable Adress: Zeuspatent

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gegen diese gerieben, bis eine optisch glatte Oberfläche entsteht.

Um eine Verformung der speziell gewählten Oberflächengestalt der bearbeiteten Linse zu vermeiden und um gleichzeitig zu erreichen, daß alle Teile der Oberfläche mit in etwa einem gleichen Druck und einer gleichen Reibbewegung beaufschlagt werden, benötigte man bisher feste Schalen als Unterlage für die Polierteller, deren Bearbeitungsoberflächen Krümmungen aufwiesen, welche jeweils der Krümmung der damit zu bearbeitenden Linsenoberfläche entsprachen. Diese Schalen, welche als Auflage für die Polierteller dienen, werden jeweils in einer Anzahl benötigt, welche der Zahl der verschiedenen herzustellenden möglichen Oberf lächenkrüirunungen entsprechen, welche von unterschiedlichen Brillenrezepten vorgeschrieben sind. Dies bedeutet, daß jeweils eine Schale für eine derartige Oberflächenkrümmung benötigt wird und vorzugsweise Duplikate und Triplikate für die gebräuchlicheren Größen, um für die Erfordernisse der täglichen Produktion gerüstet zu sein. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, daß ein Bereich von Linsenkrümmungen gewünscht ist, der von 8 Dioptrien bis 4 Dioptrien reicht, und zwar abgestuft in Schritte je 1/8 Dioptrie, benötigt man 32 Schalen. Wenn gleichzeitig, ebenfalls in einer Abstufung von 1/8 Dioptrien,Gläser mit einem Zylinder bis zu 2 Dioptrien gefertigt werden sollen, benötigt man 512 zusätzliche Schalen oder insgesamt 544 Schalen. Desweiteren ist zu beachten, daß ein Linsenproduzent normalerweise in der Lage ist, Brillengläser mit Krümmungen von 3 Dioptrien bis 19 Dioptrien ein Achtel-Dioptrie abgestuft, herzustellen und diese sowohl mit als auch ohne Zylinderkorrektur. Die auf diese Weise benötigte erhebliche Lagerhaltung von Schalen erfordert nicht nur bedeutende Investitionen, sondern darüber hinaus hohe Lagerungs- und Wartungskosten, wobei die Personalprobleme noch hinzukommen.

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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen und im Zusammenhang damit stehenden Schwierigkeiten, die sich beim Polieren von Linsenoberflächen nach den bisherigen Techniken ergeben, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen weiten Bereich von Krümmungen von Linsenoberflächen und Kombinationen von Krümmungen mit einem einzigen Polierkopf zu polieren. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Erfindung wird ein Polierwerkzeug vorgeschlagen, das in der Lage ist, einen weiten Bereich von Linsenoberflächengestalten zu bearbeiten, wobei die Linsen-Bearbeitungsoberfläche aus einem billigen und leicht ersetzbaren elastomeren Material gebildet ist. Die vielseitige Anwendbarkeit des Werkzeuges wird damit noch erweitert, daß die Weichheit bzw. Rückprallelastizität bzw. das Federungsvermögen der Bearbeitungsoberfläche verstellbar ist. Man erhält aufgrund der vorliegenden Erfindung zum einen verbesserte Bearbeitungsmöglichkeiten zum Polieren der Linsen, zum anderen eine Verringerung in der notwendigen Lagerhaltung, in der Handhabungszeit für die Bedienungsperson und in der notwendigen Ausfall-bzw. Stillstandzeit der Maschine. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Mit der Erfindung wird somit ein Ersatz für die harten Schalen gemäß dem Stand der Technik geschaffen, der eine universelle Anwendbarkeit für ein formgerechtes Polieren über einen weiten Bereich von Oberflächenkrümmungen bietet. Die neue Lösung enthält einen Polierkopf mit einem Grundkörper, der auf der einen Seite einen Adapter bzw. ein Verbindungsstück für die

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Antriebsmaschine enthält. Auf der gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers ist eine innen napfartig ausgehöhlte gegossene oder durch Pressverfahren hergestellte elastomere Schale befestigt, deren äußere Oberflächenkrünunung so ausgewählt ist, daß sie für einen weiten Bereich von durch Brillenrezepte vorgegebenen Linsenoberflächenkrümmungen paßt. Es besteht die Möglichkeit, das hohle Innere der Schale entsprechend der jeweils gewünschten Weichheit bzw. Nachgiebigkeit derselben unterschiedlich unter Druck zu setzen.

Über die elastomere Schale wird ein dünner Polierteller bzw. dünnes Polierkissen aufgebracht, wonach unter Verwendung eines geeigneten Poliermittels eine zugeschliffene Linsenoberfläche auf den Polierteller mit einer Kraft aufgepresst wird, welche dazu führt, daß sich die Schalenoberfläche formmäßig der zugeschliffenen Linsenkrümmung anpasst. Durch eine heftige Bewegung der Linse und Schale gegeneinander läßt sich der zur Fertigstellung der Linse benötigte Poliervorgang durchführen, ohne daß es dabei zu einer Änderung in der Linsengestalt kommt.

Auf diese Weise läßt sich die Lagerhaltung für die Polierwerkzeuge verringern. Die Oberfläche der Schalen ist desweiteren bei dieser Ausgestaltung leicht preisgünstig zu ersetzen und es ergeben sich minimale Zeiten für die Werkzeughandhabung und für die Stillstandzeit der Maschinen, sowie weitere fabrikationsmäßige Annehmlichkeiten. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

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Figur 1 zeigt im Querschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 zeigt in Teildarstellung einen Querschnitt von einer Variante des in Figur 1 gezeigten Polierkopfes für die Bearbeitung von Linsen.

Der in den Zeichnungen dargestellte Polierkopf 10 enthält einen festen Grundkörper 12, von dem nach unten ein Adapter 14 für die Befestigung des Polierkopfes auf einer Antriebsmaschine und nach oben eine hohle elastomere Schale 16 abstehen.

Der Adapter 14 ist im Inneren mit einem Konus 18 versehen/ der so gestaltet ist, daß er auf die Antriebsspindel 20 einer geeigneten Linsenpoliermaschine paßt. Diese Befestigung von Bearbeitungswerkzeugen an Linsenflächenbearbeitungsmaschinen ist in den US-Patenten 2,916,857, 3,093,939 und 3,916,574 beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß der Adapter 14 auch mit einem Innen- oder Außengewinde versehen oder eine andere Halterung aufweisen kann, mittels derer er an den Spindeln für die Werkzeughalterung passend befestigt werden kann oder auf anderen Maschinen, wie beispielsweise der Arbeitsspindel, die in dem US-Patent 4,098,028 beschrieben ist.

Die Schale 16 kann durch Gießen oder Pressen die dargestellte napfförmige Gestalt erhalten. Die Schale enthält einen Befestigungsflansch 22 und ist auf dem Grundkörper 12 luftdicht mittels eines Klemmringes 24 und Befestigungsschrauben 26 befestigt. Eine Schale 16 mit einem Durchmesser von etwa 9,53 cm (3,75 inch) und einer Krümmung der Bearbeitungsoberfläche 28 von etwa 6 Dioptrien sowie mit TJandungsdicken, welche etwa den in Figur 1 dargestellten proportional sind, kann aus einem bei Zimmertem-

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peratur vulkanisierbaren (RTV) Silicone von einer Shore Α-Härte von etwa 60 gegossen sein. Ein Beispiel von einer derartigen Silicone ist das mit "Silastic J" bezeichnete Produkt der Firma Dow Corning Corporation, Midland, Michigan.

Die'Bearbeitungsoberfläche 28 weist vorzugsweise eine Krümmung auf, die im Mittelbereich von einer Reihe von Linsenoberflächenkrümmungen liegt, welche mit der Schale bearbeitet werden sollen. (Die Krümmung beträgt beispielsweise 6 Dioptrien für einen Bereich von Linsenkrümmungen von 8 bis 4 Dioptrien). Die Bearbeitungsoberfläche 28 ist mit einem dünnen Polierteller 30 bedeckt. Ein Luftventil 32 wie beispielsweise ein Schrader-Ventil bzw. ein Absperr-, Regulier- oder Rückschlagventil ermöglicht es, den gebildeten Hohlraum 34 aufzublasen. Dies erlaubt eine selektive Vorspannung der Oberfläche, sodaß diese eine geeignete Weichheit bzw. Rückprallelastizität bzw. ein geeignetes Federungsvermögen erhält und zwar dahingehend, daß die notwendige Kissenwirkung entsteht, um die Aufrechterhaltung einer optimalen Anpassung an die Krümmung der geschliffenen Linsenoberfläche der fertig zu bearbeitenden Linse zu gewährleisten, wobei diese Anpassung zu jedem Zeitpunkt des Poliervorgangs beibehalten wird. Es versteht sich, daß auch andere Medien wie Flüssigkeiten, Schäume, schwammförmige Strukturen oder andere geeignete Füllstoffe anstatt des vorstehend erwähnten Aufblasens mit Luft verwendbar sind.

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Ein wirksames Polieren einer optisch fein zugeschliffenen Oberfläche 36 der in Figur 1 dargestellten aufgekitteten Linse L, die beispielsweise einen Durchmesser von 66 mm eine Krümmung der Oberfläche 36 von 6 Dioptrien aufweist, läßt sich unter Einhaltung der folgenden Bedingungen erzielen:

1. Verwendeter Polierteller

2. Poliermittel

Filzvlies

Mischung aus gleichen Teilen von Aluminiumoxyd und Zinnoxyd,
oder Aluminiumoxyd
und Zirkonoxyd in
einer ausreichenden
Menge Wasser und/oder Glyzerin, um das Gemisch frei fließbar zu machen

3. Geschwindigkeit der unteren Antriebsspindel

4. Geschwindigkeit der oberen Antriebsspindel

5. Druck im Hohlraum

6. Belastung in Richtung des Pfeiles

7. Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles

8. Polierzeit

annähernd 30 Umdrehungen pro Minute

etwa 400 Umdrehungen pro Minute

1 ,38.1O⁴ bis 6,9.10⁴Pa (2 bis 10 PSI)
Auflage v.7,71-9,07 kg (17 bis 20 Lbs) d.h.Kraft v. 75,6 bis 89 N
etwa insgesamt
0,95 cm

8 bis 16 Minuten

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Es versteht sich aus Figur 1, daß die Anordnung aus dem Linsentragkörper B und der exzentrischen oberen Spindel 38 typischerweise von einer Ausgestaltung ist, wie sie zum Polieren von sphärischen Linsenoberflächen verwendet werden. Es wird diesbezüglich beispielshalber auf die US-Patente 2,916,857; 3,916,574 und 4,098,028 verwiesen. Diese Ausgestaltung erlaubt eine freie Rotation der Linse L über die mit dem Polierteller versehene Bearbeitungsoberfläche 28 des Polierkopfes 10.

Im Gegensatz zur Oberflächenbearbeitung durch Polieren mit starren Schalen erfolgt bei der Bearbeitungsoberfläche 28 eine Anpassung an die spezielle Krümmung der Linsenoberfläche 36. Hierdurch gelingt nicht nur ein Polieren der Linsenoberfläche, ohne daß dabei deren ursprüngliche Gestalt verändert wird, sondern gleichzeitig auch ein Polieren von torischen Gläsern, d.h.

von zusammengesetzten Krümmungen.

Die Bearbeitungsoberfläche 28 kann jedoch auch im Wege der Pressverformung oder im Wege eines Gießens zusammengesetzte Krümmungen, d.h. eine torische Form erhalten, wie dies für die Oberfläche 28a in Fig. 2 dargestellt ist, wenn dies erwünscht ist, sodaß die aufgekettete Linse L in üblicher Weise von einer Fassung gehaltert werden kann, bei der die Zylinderachse der Linse festgehalten ist, um dieselbe mit der Zylinderachse des Werkzeuges während des gesamten Poliervorganges parallel zu halten. Bezüglich derartiger Fassungen und deren Verwendung wird beispielshalber auf die US-Patente 2,916,857, 3,093,939 und 3,916,574 verwiesen. Im vorliegenden Falle erlaubt dabei die Anpassung der Bearbeitungsoberfläche 28a an einen weiten Bereich von torischen Oberflächenkrümmungen die Beschränkung der Lagerhaltung auf ein einziges Werkzeug.

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Unter den Bezeichnungen "Linsen" und "Brillengläser" werden die verschiedensten Ausgestaltungen derselben verstanden, d.h. solche, bei denen eine Seite oder beide Seiten geschliffen und/oder poliert und/ oder auf eine spezielle Kantenkontur zugeschnitten oder nicht zugeschnitten sind, wobei sie aus Kunststoff oder Glas bestehen können.

Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß zur Anpassung an spezielle Besonderheiten weitere Änderungen und Anpassungen der Erfindung vorgenommen werden können. So ist es beispielsweise möglich, die Bearbeitungsoberflächen 28 und 28a aus Figur 1 und Figur 2 konkav zu gestalten, so daß sie zum Polieren von konvexen Oberflächen von Brillengläsern usw. verwendbar sind. Die Anwendung des Polierkopfes ist selbstverständlich auch nicht auf Brillengläser beschränkt, sondern kann auch bei anderen Glas- oder Kunststoffgegenständen wie Linsen für Instrumente oder SpiegeJnverwendet werden, bei denen eine ähnliche Bearbeitung erwünscht ist.

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Claims

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Patentansprüche

f1·> Polierkopf zur Bearbeitung von Linsen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seite eines festen Grundkörpers (12) Mittel zur Befestigung des Polierkopfes auf einer Antriebsmaschine enthält, daß auf der gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers (12) eine elastomere Schale (16) befestigt ist, welche eine gekrümmte Linsen-Bearbeitungsoberfläche (28) und ein hohles Inneres (34) festlegt, und daß Mittel vorgesehen sind, welche es ermöglichen, die Weichheit der Bearbeitungsoberfläche (28) einzustellen.
2. Polierkopf nach Ansprch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Polierkopfes auf der Antriebsmaschine durch ein von der Unterseite des Grundkörpers (12) abstehendes Verbindungsstück (18) gebildet ist.
3. Polierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (16) an dem Grundkörper (12) fluiddicht befestigt ist,und daß die Mittel zur Einstellung der Weichheit der Bearbeitungsfläche eine Fluiddurchführung enthalten, welche in das hohle Innere (34) führt und dazu dient, die Schale (16) mit Druck zu beaufschlagen.
4. Polierkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddurchführung ein Ventil (32) enthält.
5. Polierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Bearbeitungsoberfläche (28) nach außen konvex verläuft.

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6. Polierkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Bearbeitungsoberfläche (28) nach außen konkav verläuft.
7. Polierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Bearbeitungsoberfläche (28) , in Dioptrien gemessen, in etwa dem Mittelwert der Krümmungen entspricht, den eine Reihe von zu bearbeitenden Linsenoberflächen aufweist.
8. Polierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen sich über die Bearbeitungsoberfläche erstreckenden Polierteller (30) .
9. Polierkopf nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, daß der Polierteller (30) aus einem Filzvlies geformt ist.
10. Polierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (16) aus einer Silicone mit einer Shore A Härte von etwa 60 gebildet ist.
11. Polierkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennze ichnet, daß die Silicone bei Zimmertemperatur aushärtbar ist.
12. Polierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die elastomere Schale lösbar an dem festen Grundkörper (12) befestigt ist.

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