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    • 专利摘要:
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten einer optischen Achse 1.1 einer Linse 1 mit zwei eine Spindelachse w aufweisenden Werstückspindeln 2.1, 2.2, die an ihrer Stirnseite jeweils eine Zentrierglocke 3.1, 3.2 zur Aufnahme der Linse 1 aufweisen. Dabei sind eine mit Bezug zur Spindelachse w axial zur Zentrierglocke 3.1, 3.2 versetzt angeordnete Lichtquelle 4 für einen koaxial zur Werkstückspindel 2.1, 2.2 auszurichtenden, durch die zwischen den Zentrierglocken 3.1, 3.2 anbringbare Linse 1 durchtretenden Lichtstrahl 5 und ein mit Bezug zur Zentrierglocke 3.1, 3.2 gegenüberliegend angeordneter erster Lichtdetektor 6.1 für den Lichtstrahl 5 vorgesehen. Der Lichtdetektor ist als Kamera-Einheit 6.1 ausgebildet, die einen Sensor (?) wie einen CCD-Chip zur Erkennung und Auswertung der durch den Lichtstrahl 5 generierten Lichtintensität aufweist.
    公开号:DE102004030896A1
    申请号:DE200410030896
    申请日:2004-06-25
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Frank Dr. Flesch；Klaus Krämer；Gunter Schneider
    申请人:Schneider GmbH and Co KG；
    IPC主号:B24B13-005
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten eineroptischen Achse einer Linse mit zwei eine Spindelachse w aufweisenden Werkstückspindeln,die an ihrer Stirnseite jeweils eine Zentrierglocke zur Aufnahmeder Linse aufweisen, wobei eine mit Bezug zur Spindelachse w axial zurZentrierglocke versetzt angeordnete Lichtquelle für einenkoaxial zur Werkstückspindelauszurichtenden, durch die zwischen den Zentrierglocken anbringbareLinse durchtretenden Lichtstrahl und ein mit Bezug zur Zentrierglockegegenüberliegendangeordneter erster Lichtdetektor für den Lichtstrahl vorgesehensind.
    [0002] Esist bereits eine Linsenrandschleifmaschine mit einer Werkzeugspindelund zwei koaxial zueinander angeordneten Zentrierglocken aus der DE 198 25 922 C2 bekannt.Gemäß Spalte9, Zeilen 22 ff ist der Einsatz eines Lasergerätes und eines Laserdetektorsvorgesehen, mittels dessen ermittelt werden kann, zu welcher Seitehin die nur ungenau aufgelegte Linse exzentrisch übersteht.Durch kontrollierte Drehbewegung in der C-Achse wird die untere Zentrierspindeldann so eingestellt, dass die Linse mit ihrem exzentrischen ÜberstandRichtung Werkzeugspindel zeigt. Die Werkzeugspindel wird dann miteinem Schleifwerkzeug oder einem speziellen Ausrichtwerkzeug bestückt, dasaus dem Werkzeugmagazin entnommen wird. Durch Verfahren des Schleifwerkzeugeswird dieses in Kontakt mit der Linse gebracht und durch langsamesVerfahren des Schlittens die Linse so lange verschoben bis ihre Achsemit der geometrischen Drehachse der Zent rierspindel zusammenfällt. Diese Übereinstimmung wirdmittels Lasermessung registriert und der Vorgang des Zentrierensvon der CNC-Steuerung gestoppt.
    [0003] Indiesem Zusammenhang ist es allgemeiner Stand der Technik, unterVerwendung einer Fokussiereinheit den durch den Laser abgegebenenLichtstrahl vor dem Durchtreten durch die Linse zu fokussieren,um damit einen entsprechend kleinen Lichtpunkt auf dem Laserdetektorzu erzeugen. Der Laserdetektor ist dabei als einfacher PSD-Aufnehmer ausgebildet,der die Bestimmung beliebiger Licht-Pixel aus der Menge aller durchden Lichtstrahl beleuchteten Pixel zulässt. Eine Auswertung der amjeweiligen Pixel herrschenden Lichtintensität ist nicht möglich.
    [0004] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausrichtvorrichtung undein Verfahren zum Ausrichten von Linsen derart auszubilden und anzuordnen,dass eine schnelle und genaue Ausrichtung der Linse gewährleistetist.
    [0005] Gelöst wirddie Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,dass der Lichtdetektor als Kamera-Einheit ausgebildet ist, die einenSensor wie einen CCD-Chip zur Erkennung und Auswertung der durch denLichtstrahl generierten Lichtintensität aufweist. Hierdurch wirderreicht, dass der auf dem Lichtdetektor bzw. auf dem Kamerasensorauftreffende Lichtstrahl seiner Intensität nach ausgewertet werden kann.Der auf dem Sensor auftreffende Lichtstrahl erzeugt eine LichtstrahlpositionP, die eine von der Streuung des Lichtstrahls und von dessen Ablenkung abhängige geometrischeForm aufweist. Der Einsatz einer Kameraeinheit bzw. eines CCD-Chipsgewährleistetdie Auswertung dieser Form bzw. der dieser Form zugrunde liegendenLichtintensitätan den jeweiligen Pixeln zur Bestimmung des Abstands a zwischender so gebildeten Lichtstrahlposition P und der Spindelachse w.
    [0006] Vorteilhaftist es hierzu auch, dass die Lichtquelle als Lichtablenkeinheitausgebildet ist, wobei ein die Lichtquelle aktivierender Laser vorgesehen ist,der mit Bezug zur Spindelachse w radial versetzt zur Lichtquelleangeordnet ist. Durch den Einsatz der Lichtablenkeinheit wie z.B. eines Prismas wird der Einsatz der Vorrichtung für durchlichtigeLinsen (Durchlichtlinsen) einerseits sowie lichtundurchlässige Linsen(Auflichtlinsen) andererseits möglich.Dabei wird auf sichtbares Licht Bezug genommen, das die Generierungeiner sichtbaren Lichtstrahlposition P gewährleistet. Insbesondere beider Ausrichtung von Auflichtlinsen wird der von der Lichtablenkeinheit bzw.vom Prisma auf die Linsenoberflächeauftreffende Lichtstrahl auf der Linsenoberfläche reflektiert und tritt wiederumdurch die Lichtablenkeinheit bzw. das Prisma hindurch, um auf demSensor der Kameraeinheit aufzutreffen. Der zur Generierung des Lichtstrahlserforderliche Laser ist dabei in radialer Richtung seitlich versetztdazu angeordnet und behindert damit diesen Strahlengang nicht.
    [0007] EinezusätzlicheMöglichkeitist gemäß einer Weiterbildung,dass die Lichtquelle an einem ersten X-Y-Verstelltisch angeordnetist, der eine stufenlose Positionierung in einer rechtwinklig zurSpindelachse w angeordneten X-Y-Ebene gewährleistet. Der Einsatz desX-Y-Verstelltisches lässtdie Kalibrierung des Systems, also die Ausrichtung des Lichtstrahls, rechtwinkligzur Sensorflächeund koaxial zur Spindelachse w zu.
    [0008] Fernerist es vorteilhaft, dass ein zweiter Lichtdetektor vorgesehen ist,der mit Bezug zur Lichtquelle gegenüberlie gend zum ersten Lichtdetektor angeordnetist. Da der erste Lichtdetektor mit Bezug zur Linse gegenüberliegendzur Lichtablenkeinheit angeordnet ist, also für Durchlichtlinsen verwendet wird,ist der zweite Lichtdetektor zum Ausrichten von Auflichtlinsen vorgesehen.Er erfasst den oben beschriebenen, von der Linse reflektierten Lichtstrahl einerAuflichtlinse bzw. einer undurchlichtigen Linse.
    [0009] Vorteilhaftist es auch, dass der erste und/oder der zweite Lichtdetektor aneinem zweiten X-Y-Verstelltisch angeordnet ist, der eine stufenlose Positionierungin der X-Y-Ebene gewährleistet.Somit ist die Kalibrierung des Systems, also die Ausrichtung derjeweiligen Detektoren bzw. Sensoren, relativ zum generierten Lichtstrahlmöglich.
    [0010] Dabeiist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Winkelstellung derLichtquelle und/oder des Lichtdetektors zur Spindelachse w einstellbarist. Neben der seitlichen Ausrichtung in der X-Y-Ebene dient dieAusrichtung in einer X-Z-bzw. Y-Z-Ebene ebenfalls der Kalibrierung des Systems mit Rücksichtauf eine möglicheVerkippung des Prismas bzw. der Lichtquelle.
    [0011] DieErfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Ausrichteneiner auf einer Zentrierglocke aufliegenden Linse, durch die einvon einer Lichtquelle generierter, koaxial oder parallel zur Spindelachsew ausgerichteter Lichtstrahl gesendet und von einem Detektor dieLichtstrahlposition P erfasst wird, wobei die Lage der Linse nachdem Auswerten der Position P des Lichtstrahls auf dem Detektor durch einrechtwinklig zur Spindelachse w in Richtung einer x-Achse bewegbaresWerkzeug automatisch korrigiert wird. Die oben genannte Aufgabewird dadurch gelöst,dass der Abstand a der Lichtstrahlposition P zur Spindelachse wbe rechnet wird und die Linse in Abhängigkeit von der ermitteltenLichtstrahlpositionen P derart zum Werkzeug ausgerichtet wird, dass der,die Lichtstrahlposition P begründendeTeil der Linse bzw. mindestens ein Schnittpunkt der Linse mit demLichtstrahl auf einer die Spindelachse w und eine Werkzeugachsez verbindenden Graden, zwischen der Spindelachse w und der Werkzeugachsez angeordnet ist. Der Schnittpunkt der Linse mit dem Lichtstrahlist dabei der Punkt, von dem aus der Lichtstrahl von der Linse ausgehendauf den Detektor fällt. Dieserist bei verkippter Linse exzentrisch zur Spindelachse w angeordnet.
    [0012] Durchdas Drehen der Linse um die Spindelachse w wird erreicht, dass aufdem Sensor der Kameraeinheit verschiedene LichtstrahlpositionenP beschrieben werden, die durch die Drehung in Verbindung mit demWinkelfehler α derLinse auf einem Positionskreis angeordnet sind. Die verschiedenenAbständea der Lichtstrahlpositionen P zur Spindelachse w können somitberechnet und fürdie Ausrichtung der Linse günstigeVerschieberichtungen und Verschiebewege ermittelt werden, so dassnur ein Ausrichtvorgang notwendig ist. Bei der Verschiebung der Linseauf der Zentrierglocke ist zu beachten, dass eine kombinierte Bewegungder Linse erfolgt. Die Linse wird beim Verschieben translatorisch,rechtwinklig zur Spindelachse w verschoben und gleichzeitig um denMittelpunkt des der Zentrierglocke zugewandten Linsenradius R2 verschwenkt.
    [0013] Vonbesonderer Bedeutung ist fürdie vorliegende Erfindung, dass zur Ermittlung des Abstands a derLichtstrahlpositionen P die Lichtintensitätsverteilung auf dem als CCD-Chipausgebildeten Detektor erfasst wird und von der geometrischen Formder Lichtstrahlpositionen P, die sich durch die Lichtintensitätsverteilungergibt, ein Mittelpunkt oder ein geometrischer Schwerpunkt und dessenAbstand a zur Spindelachse w berechnet wird. Die Berücksichtigungdes Mittelpunktes bzw. des geometrischen Schwerpunktes der so gebildetenLichtstrahlposition P gibt sehr genau die tatsächlichen Auflageverhältnisseder Linse bzw. deren Winkelfehler α wider.
    [0014] ImZusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnungist es von Vorteil, dass zur Berechnung des Mittelpunktes oder desgeometrischen Schwerpunktes eine Umfangslinie der geometrischenForm der Lichtstrahlpositionen P ermittelt wird. Die Berücksichtigungder Umfangslinie dient der Schwerpunktsbestimmung und führt ebenfallszu einer sehr genauen Ermittlung des Winkelfehlers α.
    [0015] Vorteilhaftist es ferner, dass zwischen 1 und 50, insbesondere zwischen 3 und20 Lichtstrahlpositionen P, P' proUmdrehung der Linse ermittelt werden. Bei der Auswahl der zu ermittelndenLichtstrahlpositionen P ist die zur Berechnung benötigte Rechenzeiteinerseits sowie die Anzahl der zur Verfügung stehenden Positionen andererseitsabzuwägen.
    [0016] Außerdem istes vorteilhaft, dass ausgehend von dem Abstand a zumindest einerLichtstrahlposition P ein Winkelfehler α der Linse berechnet wird. Der Winkelfehler α stellt dabeidie maßgebliche,für den AnwenderaussagekräftigsteGröße dar,sodass dieser mit Berücksichtigungder gegebenen Toleranzen, wie z. B. die Auflösung des Sensors oder etwaige Linsenfehler,die Genauigkeit der Ausrichtung bzw. Linsenposition ermitteln kannbzw. kennt.
    [0017] Fernerist es vorteilhaft, dass bei der Berechnung des Winkelfehlers α die MittendickeMd der Linse, die beiden Krüm mungsradienR1, R2 der Linse, der Brechungsindex der Linse, das die Linse umgebendeMedium und/oder der Abstand der Linse zum Detektor berücksichtigtwird.
    [0018] Schließlich istes von Vorteil, dass zur Auswertung der Lichtintensitätsverteilungauf dem Detektor ein Intensitätsschwellwertfür dieeinzelnen Pixel-Helligkeitswerte definiert wird und nur diejenigen Pixel,deren Helligkeitswert oberhalb des Intensitätsschwellwertes liegt, für die Ermittlungder geometrischen Form der Lichtstrahlpositionen P verwendet werden.Die Berücksichtigungbzw. der Einsatz eines Intensitätsschwellwertsgewährleistetebenfalls eine äußerst präzise Auswertungder gegebenen Auflageverhältnisseder Linse. Durch das damit verbundene Ausblenden sehr schwach beleuchteterSensorabschnitte bzw. Pixel werden Streulicht und die damit verbundenenEinflüssein der Auswertung nicht berücksichtigt.
    [0019] Vorteilhaftist es hierzu auch, dass zur Auswertung der Lichtintensitätsverteilungauf dem Detektor ein Vergleich mit einer früheren, bekannten Lichtintensitätsverteilungerfolgt. Die verschiedenen Beispiele für mögliche Lichtintensitätsverteilungen, insbesonderevon sehr schlecht bzw. außermittigaufgelegten Linsen, könnendabei beispielhaft generiert werden, sodass für die Auswertung ein Rückgriffauf diese Daten zur Abschätzungder aktuellen Auflageverhältnisseder Linse möglichist. Wenn der Vergleich mit einer früheren, bekannten Lichtintensitätsverteilungpositiv ausfällt,also wenn ein auswertbares Bild der Lichtstrahlposition P vorhandenist, so wird sofort der Ausrichtvorgang eingeleitet. Sollte aberkein der Auswertung zugänglichesBild vorliegen, also eine in soweit undefinierte Reflexion des Lichtstrahlsan der Spindelinnenseite, so muss die Linse vorab, wie unten beschrieben,grob ausgerichtet werden.
    [0020] Letztlichist es von Vorteil, dass das Werkzeug an die Linse herangefahrenwird und die Linse durch weiteren Vorschub v des Werkzeugs verschobenwird, wobei die sich damit veränderndeLichtstrahlposition P in einer Frequenz f ermittelt wird. Durchdie Ermittlung der jeweils neuen Lichtstrahlposition mit gegebenerFrequenz kann somit der sich veränderndeAbstand a und damit der sich veränderndeWinkelfehler α ermitteltwerden, sodass der Verschiebeprozess nach Erreichen eines gewünschtenMinimalabstands bzw. nach Unterschreiten eines einstellbaren Abstandsschwellwertsendet. Sollte währenddes Verschiebeprozesses der Abstand wieder größer werden, weil die Linsein eine ungewünschteRichtung bewegt wird, so endet der Verschiebeprozess ebenfalls.Die fürdie Ermittlung erforderliche Frequenz f ist dabei maßgeblichabhängig vonder Verschiebegeschwindigkeit, sodass bei sehr geringen Verschiebegeschwindigkeiteneine entsprechend niedrigere Frequenz gewählt werden kann.
    [0021] Vorteilhaftist es auch, dass die Frequenz f zwischen 1 und 50 Hz, insbesonderezwischen 10 und 20 Hz beträgt.Daneben sind auch Frequenzen kleiner als 1 Hz, also zwischen 0,01Hz und 0.9 Hz vorgesehen.
    [0022] Fernerist es vorteilhaft, dass das Werkzeug an die Linse herangefahrenwird und die Linse durch weiteren Vorschub v des Werkzeugs verschoben wird,wobei der Vorschub v, der kontinuierlich oder in Intervallen zwischen1 μm und200 μm,insbesondere zwischen 5 μmund 50 μmerfolgt. Die oben genannte Messfrequenz f wäre bei kontinuierlicher Verschiebungdes Werkzeugs bzw. kontinuierlicher Bewegung des Werkzeugs festzulegen.Bei Anwendung von Intervallbewegun gen, also schrittweisen Bewegungendes Werkzeugs, erfolgt die jeweilige Messung des neuen Abstandsnach dem jeweiligen Verschiebeintervall, also zwischen den verschiedenen Verschiebebewegungen.Dabei ist eine Berücksichtigungdes sich veränderndenWerkzeugdurchmessers nicht notwendig.
    [0023] Außerdem istes vorteilhaft, dass die Durchmesserveränderung des Werkzeugs durchAuswertung des Soll-Ist-Vergleichs des Durchmessers der Linse ermitteltund als Korrekturwert fürden aktuellen Werkzeugdurchmesser berücksichtigt wird. Dabei ist esnotwendig, die zu bearbeitenden Linsen vor sowie nach dem Bearbeitenzu vermessen, sodass die Abweichung zwischen dem gewünschtenSoll-Wert und dem erreichten Ist-Werterfasst wird. Diese Abweichung ist demnach ein Maß für die Abtragungbzw. Ungenauigkeit des Werkzeugs und kann somit in zukünftigenMessungen Einfluss finden. Das Werkzeug kann somit präziser positioniertund die Linse somit schneller angefahren werden.
    [0024] Vonbesonderer Bedeutung ist fürdie vorliegende Erfindung, dass die Vorschubgeschwindigkeit desWerkzeugs beim Anfahren an die Linse zwischen 10 mm/min und 200mm/min, insbesondere zwischen 30 mm/min und 60 mm/min und/oder beimVerschieben der Linse zwischen 0,1 mm/min und 100 mm/min, insbesonderezwischen 0,5 mm/min und 10 mm/min beträgt. Bei einer kontinuierlichenVerschiebung des Werkzeugs, wie oben bereits beschrieben, ist inAbhängigkeitder gewünschtenMessfrequenz und in Abhängigkeitdes zurückzulegendenVerschiebewegs die gewünschteVorschubgeschwindigkeit zu wählen.
    [0025] Vorteilhaftist es auch, dass währenddes Rotierens und vor dem Erfassen der Lichtstrahlpositionen P aufdem Detektor das Werkzeug zum Ausrichten der Linse mit Abstand rtzur Spindelachse w positioniert wird, wobei rt gleich der Radiusr der Linse plus ein Toleranzwert t ist und der Toleranzwert t in Abhängigkeitvom Werkzeugdurchmesser zwischen 20 μm und 1000 μm, insbesondere zwischen 50 μm und 300 μm beträgt. Hierbeiwird berücksichtigt,dass eine Linse sehr grob außermittigzur Auflage kommt, sodass zunächstaufgrund erheblicher Winkelfehler α eine direkte Lichtpunktpositionauf dem Sensor nicht generiert wird und damit eine Auswertung nichtmöglichist. Der durch Spindeln durchtretende Lichtstrahl wird innerhalbder Spindel durch die Spindelinnenseite reflektiert und trifft insoweitunkontrolliert auf den Sensor auf. In diesem Fall ist eine grobekonzentrische Ausrichtung der Linse bis auf einen die automatischeAusrichtung zulassenden Winkelfehler α möglich. Bei dieser Ausrichtungist es vorteilhaft, wenn die Linse und die Schleifscheibe im Berührpunktdie gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, also gegeneinanderabwälzen,so dass neben den Auflagekräftender Linse auf der Zentrierglocke keine zusätzlichen Reibungskräfte an derLinse angreifen.
    [0026] Fernerist es vorteilhaft, dass eine Vorrichtung wie einleitend beschriebenverwendet wird.
    [0027] WeitereVorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen undin der Beschreibung erläutertund in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
    [0028] 1 eineperspektivische Ansicht der Ausrichtvorrichtung mit Spindeln, Linseund Zentrierglocken im Schnitt,
    [0029] 2 eineDraufsicht auf den Detektor mit verschiedenen LichtstrahlpositionenP, P',
    [0030] 3 eineLinse im Schnitt mit beiden Radien R1, R2 sowie der optischen Achse.
    [0031] DieVorrichtung zum Ausrichten einer Linse 1 ist koaxial zueiner Spindelachse w ausgerichtet. Kern der Vorrichtung sind eineerste Werkzeugspindel 2.1 und eine zweite Werkzeugspindel 2.2,die übernicht dargestellte Antriebselemente antreibbar sind, wobei zumindestdie obere Spindel 2.1 koaxial verfahrbar ist. An den jeweiligenStirnseiten der beiden Spindeln 2.1, 2.2 ist jeweilseine Zentrierglocke 3.1, 3.2 vorgesehen, die zurAufnahme der Linse 1 dienen. Die jeweilige Zentrierglocke 3.1, 3.2 weistdabei eine ringförmigeStirnseite auf, die gegen die Linsenoberfläche anlegbar bzw. auf die Linsenoberfläche auflegbarund rechtwinklig zur Spindelachse w ausgerichtet ist. Nach obenanschließendan die erste Werkzeugspindel 2.1 ist eine ebenfalls koaxialzur Spindelachse w angeordnete, als Prisma ausgebildete Lichtquelle 4 angeordnet,die übereinen seitlich zum Prisma 4 angeordneten Laser 7 mitLicht beaufschlagt wird. Der so generierte Lichtstrahl 5 wirddadurch ausgehend vom Prisma 4 koaxial zur Spindelachsew abgelenkt.
    [0032] Diebeiden Werkstückspindeln 2.1, 2.2 sowie diebeiden Zentrierglocken 3.1, 3.2 weisen eine konzentrischeAusnehmung bzw. Bohrung auf, durch die ein vom Prisma 4 ausgehenderLichtstrahl 5 durchtreten bzw. durchlaufen kann. Hierbeidurchtritt der Lichtstrahl 5 die zwischen beiden Zentrierglocken 3.1, 3.2 aufgenommeneLinse 1.
    [0033] Unterhalbder Werkzeugspindeln 2.1, 2.2 ist eine erste Kameraeinheit 6.1 angeordnet,die einen ersten Sensor 6.3 zur Detektierung des von derLinse 1 abgelenkten Lichtstrahls 5 dient.
    [0034] DieLinse 1 ist dabei mit einem Winkelfehler α verkipptinnerhalb der beiden Zentrierglocken angeordnet, sodass sich zwischenihrer optischen Achse 1.1 und der Spindelachse w der Winkel α ergibt.
    [0035] Gegenüberliegendzur ersten Kameraeinheit 6.1 ist eine zweite Kameraeinheit 6.2 angeordnet,die bei Ausrichtung von lichtundurchlässigen Linsen 1 bzw.Auflichtlinsen zur Erfassung des ebenfalls abgelehnten Lichtstrahls 5 dient.Der Lichtstrahl 5 tritt dabei aus dem Prisma 4 aus,wird auf der Linsenoberflächereflektiert und trifft nach erneutem Durchtreten durch das Prisma 4 aufeinem zweiten Sensor 6.4 der zweiten Kameraeinheit 6.2 auf.
    [0036] Sowohldie erste Kameraeinheit 6.1 als auch die zweite Kameraeinheit 6.2 sowiedas Prisma 4 sind jeweils an einem X-Y-Verstelltisch 8.1 bis 8.3 angeordnet.Der X-Y-Verstelltisch ist dabei in Richtung einer X- und in Richtungeiner Y-Achse translatorisch verstellbar. Daneben sind die beidenKameraeinheiten 6.1, 6.2 sowie das Prisma 4 über einenicht weiter dargestellte Verkippvorrichtung 10.1, 10.3 inihrer Winkelstellung zur Spindelachse w einstellbar.
    [0037] Zusätzlich istdie Kameraeinheiten 6.1, 6.2 sowie das Prisma 4 miteiner Höhenverstellung 11.1 – 11.3 ausgestattet.
    [0038] Seitlichversetzt zur Linse 1 ist ein nicht weiter dargestelltes,als Schleifscheibe ausgebildetes Werkzeug 9 vorgesehen,welches in Richtung der X-Achse sowie in Richtung der Z-Achse translatorischbewegbar angetrieben ist.
    [0039] Derin 2 dargestellte Sensor 6.3 bzw. dessenSensorflächeweist in etwa 106 nicht dargestellte Pixelzur Erfassung der auf ihn auftreffenden Lichtintensität auf. Aufeiner Sensorfläche 6.5 sind beispielhaftmehrere durch den abgelenkten Lichtstrahl generierte LichtstrahlpositionenP, P' dargestellt,wie sie sich durch Drehung der Linse 1 zeitlich versetztergeben. Die jeweilige Lichtstrahlposition P, P' weist dabei eine in etwa runde geometrischeForm auf, deren Schwerpunkt nach Auswertung der Lichtintensitätsverteilungermittelt wird. Die verschiedenen Lichtstrahlpositionen P, P' befinden sich dabei aufeiner in etwa kreisförmigenBahn, die konzentrisch oder exzentrisch zur Spindelachse w positioniertist.
    [0040] DurchAuswertung des Abstands a wird zwischen der LichtstrahlpositionP, P' und der Spindelachsew der dieser Auslenkung zugrunde liegende Winkelfehler α, also dieVerkippung der Linse 1 innerhalb ihrer Aufnahme bestimmt.
    [0041] Diein 3 dargestellte Linse 1 weist zwei verschiedeneKrümmungsradienR1, R2 auf, deren Mittelpunkte durch die optische Achse 1.1 verbunden sind.Aufgrund des Winkelfehlers α derLinse 1 auf der nur skizziert dargestellten Zentrierglocke 3.2 schließt diesemit der Spindelachse w den Winkelfehler α ein. Der Lichtstrahl 5 trifftdabei auf koaxial zur Spindelachse w und versetzt zur optischenAchse 1.1 auf die Linse 1 auf, wird gebrochenund läuftdurch die Linse 1 bis an die Unterseite, wo er versetztzur optischen Achse 1.1 und versetzt zur Spindelachse w austrittund wieder gebrochen wird. Nach dem Durchtritt durch die Spindel 2.2 triffter auf dem Sensor 6.5 bzw. dem CCD-Aufnehmer auf. Der sich ergebende Abstanda wird wie oben beschrieben ausgewertet und der Winkelfehler α ermittelt.
    [0042] Nachdem Ausrichten der Linse 1, also der Verschiebung der Linse 1 inRichtung der x-Achse ist die optische Achse 1.1 vorzugsweisekoaxial zur Spindelachse w ausgerichtet und damit die Linse 1 zentriert.Das anschließendeBearbeiten des Seitenrandes der Linse 1 gewährleisteteine späteredefinierte Ausrichtung der optischen Achse 1.1 der Linse 1.
    1 Linse 1.1 optischeAchse 2.1 Werkstückspindel 2.2 Werkstückspindel 3.1 Zentrierglocke 3.2 Zentrierglocke 4 Lichtquelle,Prisma 5 Lichtstrahl 6.1 ersterLichtdetektor, Kamera-Einheit 6.2 zweiterLichtdetektor, Kamera-Einheit 6.3 ersterSensor 6.4 zweiterSensor 6.5 Sensorfläche 7 Laser 8.1 ersterX-Y-Verstelltisch 8.2 zweiterX-Y-Verstelltisch 8.3 dritterX-Y-Verstelltisch 9 Werkzeug 10.1 Verkippvorrichtung 10.3 Verkippvorrichtung 11.1 Höhenverstellung 11.2 Höhenverstellung 11.3 Höhenverstellung a Abstand α Winkelfehler Md Mittendicke P Lichtstrahlposition P' Lichtstrahlposition R1 Krümmungsradius R2 Krümmungsradius w Spindelachse x Achse y Achse z Achse f Frequenz v Vorschub rt Abstand r Radius t Toleranzwert
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] Vorrichtung zum Ausrichten einer optischen Achse(1.1) einer Linse (1) mit zwei eine Spindelachsew aufweisenden Werkstückspindeln(2.1, 2.2), die an ihrer Stirnseite jeweils eineZentrierglocke (3.1, 3.2) zur Aufnahme der Linse(1) aufweisen, wobei eine zur Zentrierglocke (3.1, 3.2)in axialer Richtung der Spindelachse w versetzt angeordnete Lichtquelle (4)für einenkoaxial zur Werkstückspindel(2.1, 2.2) auszurichtenden, durch die zwischenden Zentrierglocken (3.1, 3.2) anbringbare Linse(1) durchtretenden Lichtstrahl (5) und ein inRichtung des Lichtstrahls (5) nach der Zentrierglocke (3.1, 3.2)angeordneter erster Lichtdetektor (6.1) für den Lichtstrahl (5)vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektorals Kamera-Einheit (6.1) ausgebildet ist, die eine Sensorfläche (6.5),wie einen CCD-Chipzur Erkennung und Auswertung der durch den Lichtstrahl (5)generierten Lichtintensitätaufweist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelle (4) als Lichtablenkeinheit ausgebildetist, wobei ein die Lichtquelle (4) aktivierender Laser(7) vorgesehen ist, der in radialer Richtung zur Spindelachsew versetzt zur Lichtquelle (4) angeordnet ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelle (4) an einem ersten X-Y-Verstelltisch (8.1)angeordnet ist, der stufenlos in einer rechtwinklig zur Spindelachsew verlaufenden X-Y-Ebenepositionierbar ist.
    [4] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein zweiter Lichtdetektor (6.2) vorgesehenist, der mit Bezug zur Lichtquelle (4) gegenüberliegendzum ersten Lichtdetektor (6.1) angeordnet ist.
    [5] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Lichtdetektor(6.1, 6.2) an einem zweiten X-Y-Verstelltisch(8.2) angeordnet ist, der stufenlos in einer rechtwinkligzur Spindelachse w verlaufenden X-Y-Ebene positionierbar ist.
    [6] Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Lichtquelle (4)und/oder dem Lichtdetektor (6.1, 6.2) und derSpindelachse w übereine Verkippvorrichtung (10.1, 10.3) einstellbarist.
    [7] Verfahren zum Ausrichten einer auf einer Zentrierglocke(3.1) aufliegenden Linse (1) mit folgenden Verfahrensschritten: a)durch die Linse (1) wird ein von einer Lichtquelle (4)generierter Lichtstrahl (5) gesendet, b) die Zentrierglocke(3.1) wird mit der Linse (1) um eine Spindelachsew der Zentrierglocke (3.1) gedreht und dabei wird mindestenseine von mehreren Lichtstrahlpositionen P auf einem Detektor (6.1)ermittelt, c) der Abstand a der Lichtstrahlposition P zur Spindelachsew wird berechnet, d) die Linse (1) wird in Abhängigkeitvon der ermittelten Lichtstrahlpositionen P und/oder in Abhängigkeit desAnstandes a derart zum Werkzeug (9) ausgerichtet, dassmindestens ein Schnittpunkt der Linse (1) mit dem Lichtstrahl(5) auf einer die Spindelachse w und eine Werkzeugachsez verbindenden Graden angeordnet ist, e) die Lage der Linse(1) auf der Zentrierglocke (3.1) wird in Abhängigkeitder Lichtstrahlposition P auf dem Detektor (6.1) durchein in radialer Richtung zur Spindelachse w bewegbares Werkzeug(9) automatisch korrigiert.
    [8] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass a) zur Ermittlung des Abstands a der LichtstrahlpositionenP die Lichtintensitätsverteilungauf dem als CCD-Chipausgebildeten Detektor erfasst wird, b) von der geometrischenForm der Lichtstrahlpositionen P, die sich durch die Lichtintensitätsverteilung ergibt,ein Mittelpunkt oder ein geometrischer Schwerpunkt und dessen Abstanda zur Spindelachse w berechnet wird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass zur Berechnung des Mittelpunktes oder des geometrischen Schwerpunkteseine Umfangslinie der geometrischen Form der LichtstrahlpositionenP ermittelt wird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen 3 und 500, insbesondere zwischen 10 und 50 LichtstrahlpositionenP, P' pro Umdrehungder Linse ermittelt werden.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass ausgehend von dem Abstand a zumindest einer LichtstrahlpositionP ein Winkelfehler α derLinse (1) berechnet wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass bei der Berechnung des Winkelfehlers α die Mittendicke Md der Linse(1), die beiden KrümmungsradienR1, R2 der Linse (1), der Brechungsindex der Linse (1),das die Linse (1) umgebende Medium und/oder der Abstandder Linse zum Detektor berücksichtigtwird.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass a) zur Auswertung der Lichtintensitätsverteilung auf dem Detektor(6.1) ein Intensitätsschwellwertfür die einzelnenPixel-Helligkeitswerte definiert wird, b) nur diejenigen Pixel,deren Helligkeitswert oberhalb des Intensitätsschwellwertes liegt, für die Ermittlungder geometrischen Form der Lichtstrahlpositionen P verwendet werden.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass zur Auswertung der Lichtintensitätsverteilung auf dem Detektor(6.1) ein Vergleich mit einer früheren, bekannten Lichtintensitätsverteilungerfolgt.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass das Werkzeug (9) an die Linse (1) herangefahrenwird und die Linse (1) durch weiteren Vorschub v des Werkzeugs(9) verschoben wird, wobei die sich damit verändernde LichtstrahlpositionP in einer Frequenz f ermittelt wird.
    [16] Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Frequenz f zwischen 1 und 50 Hz, insbesondere zwischen10 und 20 Hz beträgt.
    [17] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass das Werkzeug (9) an die Linse (1) herangefahrenwird und die Linse (1) durch weiteren Vorschub v des Werkzeugs(9) verschoben wird, wobei der Vorschub v, der kontinuierlichoder in Intervallen zwischen 1 μmund 200 μm, insbesonderezwischen 5 μmund 50 μmerfolgt.
    [18] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass die Durchmesserveränderungdes Werkzeugs (9) durch Auswertung des Soll-Ist-Vergleichsdes Durchmessers der Linse (1) ermittelt und als Korrekturwertfür denaktuellen Werkzeugdurchmesser berücksichtigt wird.
    [19] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs (9) beimAnfahren an die Linse (1) zwischen 10 mm/min und 100 mm/min, insbesonderezwischen 30 mm/min und 60 mm/min und/oder beim Verschieben der Linse(1) zwischen 0,1 mm/min und 100 mm/min, insbesondere zwischen0,5 mm/min und 10 mm/min beträgt.
    [20] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass währenddes Rotierens und vor dem Erfassen der Lichtstrahlpositionen P aufdem Detektor (6.1) das Werkzeug (9) zum Ausrichtender Linse (1) mit Abstand rt zur Spindelachse (w) positioniertwird, wobei rt gleich der Radius r der Linse plus ein Toleranzwertt ist und der Toleranzwert t in Abhängigkeit vom Werkzeugdurchmesserzwischen 20 μmund 1000 μm,insbesondere zwischen 50 μmund 300 μmbeträgt.
    [21] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet,dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004030896B4|2010-09-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-12| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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