DE19822495A1

DE19822495A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten sphärischer Spiegeloberflächen

Info

Publication number: DE19822495A1
Application number: DE19822495A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ohno; Masashige Mitsuhashi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1998-12-03
Also published as: US6179689B1; JPH10328997A; JP3019026B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Stirnfläche eines optischen Faserverbin ders, eines zylindrischen Materials, oder einer blockförmigen Stirnfläche aus Glas, Keramik oder Kunststoff durch Bearbei tung in eine konvexe sphärische Spiegelform zu bringen, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche die Bearbeitung mit verbesserter Effizienz und Genauigkeit aus führen kann.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche den Verbin dungsabschnitt von zwei Stirnflächen 8 der Hülse 21 eines op tischen Verbinders 22 darstellt, die einem Spiegelschleifvor gang unterzogen worden waren, um eine konvexe sphärische Form zu erzeugen. Wenn zwei optische Fasern 23 verbunden werden und optische Signale weitergeleitet werden, muß jede Anstren gung unternommen werden, um den optischen Verlust und die Re flexion zu unterdrücken, die an dem Spalt zwischen den Stirn flächen der optischen Fasern entstehen. Zur Zeit werden PC-optische Verbinder 22 (Verbinder mit physikalischem Kontakt) im breiten Umfang als Verfahren zur Realisierung von Verbin dungen mit niedrigen optischen Verlusten angewendet. Bei die sen PC-optischen Verbindern 22 werden Stirnflächen 8 von an den Enden optischer Fasern 23 vorgesehenen Hülsen 21 mit kon vexen sphärischen Spiegeloberflächen ausgebildet und die Stirnflächen der optischen Fasern 23 in engen Kontakt ge bracht.

Bei der Herstellung des PC-optischen Verbinders 22 kann überschüssiger Kleber oder eine überstehende Länge der opti schen Faser an der Spitze von dem Vorgang der Einführung und Befestigung der optischen Faser 23 in der Hülse 21 zurück bleiben. Bei der Spiegelschleifung der Stirnfläche 8 in eine konvexe sphärische Form in einer herkömmlichen Bearbeitungs einrichtung wird zuerst dieser überschüssige Kleber oder die überstehende optische Faser durch einen Grobschleifgang ent fernt, und dann gemäß Darstellung in Fig. 2 ein Schleifband 2 über einem Gestell 3 mit einer Oberfläche angeordnet, deren Querschnitt ein konkaver Bogen ist, die Stirnfläche des Werk stücks 1 in Kontakt mit dem Schleifband 2 gebracht und Druck ausgeübt, das Schleifband 2 in Bewegung versetzt während es an der oberen Oberfläche des Gestelles 3 in konkaver Form an liegt, dem Werkstück 1 eine Rotations- und eine Hin- und Her bewegung gegeben, um die konkave Oberflächenform des Gestells 3 auf das Werkstück durch den Schleifvorgang des Schleifban des zu übertragen und eine Endbearbeitung eine glatte konvex sphärische Form zu erhalten (Siehe beispielsweise DE-A-196 29 528).

Das vorstehend beschriebene herkömmliche Bearbeitungsver fahren für sphärische Hülsenstirnoberflächen hat den Nachteil einer niedrigen Bearbeitungseffizienz, da kein Schleiffluid verwendet wird, und in Fällen, in welchen Schleiffluid wie bei normalen Schleifvorgängen zugeführt wird, gibt es den Nachteil, daß die Menge des zugeführten Schleiffluids zu groß wird, oder daß keine geeignete Menge des Schleiffluids bei der Bearbeitung der sphärischen Oberfläche an der Stirnfläche der Hülse zugeführt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lö sung der vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik durch die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur sphärischen Bearbeitung, die nicht nur die Be arbeitung einen optischen Faserverbinders, sondern auch der Stirnfläche eines Blocks oder eines zylindrischen Materials beispielsweise aus Glas oder Keramik in eine Spiegeloberflä che mit konvex sphärischer Form mit hoher Effizienz und Ge nauigkeit ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.

In der vorliegenden Erfindung kann die Bearbeitungseffi zienz verbessert und ein Werkstück, das eine hochgenaue Spie geloberfläche aufweist, erzielt werden, indem man ein Schleifband über ein Gestell laufen läßt, das eine obere Oberfläche aufweist, deren Querschnittsform ein konkaver Bo gen ist; die Stirnfläche des Werkstückes in einen Kontakt mit dem Band drückt und dreht, und zusätzlich dem Werkstück eine Hin- und Herbewegung gibt; und zusätzlich einen dünnen Film aus Schleiffluid der Oberfläche des Schleifbandes zuführt.

Zusätzlich wird die auf das Werkstück ausgeübte vertikale Belastung während der Anfangsbearbeitung, in welcher die Randbereiche der Stirnfläche geschliffen werden, verringert, und dann nach dem Abschluß der Bearbeitung der Randabschnitte erhöht, wodurch die Bewegung des Schleifbandes nicht instabil wird und die Bearbeitung mit hoher Effizienz ausgeführt wer den kann.

Ferner wird der Austausch des Schleifbandes vereinfacht, indem das Schleifband in Form einer Kassette bereitgestellt wird.

Schließlich läuft die Bearbeitung des Werkstückes konti nuierlich ohne Unterbrechung ab, da der Zeitpunkt der Rotati onsumkehrung des Werkstückes nicht mit dem Zeitpunkt der Um kehrung der Hin- und Herbewegung übereinstimmt, wodurch so wohl die Bearbeitungseffizienz verbessert als auch eine sta bile Bearbeitung ohne auf das Werkstück ausgeübte plötzliche Belastungen realisiert wird.

Erfindungsgemäß kann die Stirnfläche eines Werkstückes mittels des Schleifvorgangs eines Schleifbands bearbeitet werden. Die Bearbeitungseffizienz wird verbessert, indem eine gleichmäßige und konsistente Menge eines Schleiffluids den Arbeitsflächen des Schleifbandes zugeführt wird.

Gemäß Anspruch 2 fokussiert sich die Bearbeitungsbela stung während der Anfangsbearbeitung auf die Randbereiche, da die ebene Stirnfläche des Werkstücks einen ausgeprägten Rand abschnitt zeigt. Es wird daher eine niedrige Belastung ausge übt bis die Bearbeitung der Randabschnitte abgeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Ausübung einer zu hohen Belastung vermieden, wie es erforderlich ist, daß die Randabschnitte keine Instabilität in der Bewegung des Schleifbandes bewir ken, und dadurch eine stabile Anfangsbearbeitung sicherge stellt. Die Bearbeitungsdruck wird dann nach dem Abschluß der Verarbeitung der Randabschnitte erhöht, um eine effizientere Bearbeitung zu ermöglichen.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist mit einem Wasser haltendem Material ausgestattet, das ein Schleiffluid zum Erzeugen eines dünnen Schleiffluidfilms auf der Oberflä che des Schleifbandes enthält. Das Wasser haltende Material der Vorrichtung ermöglicht eine gleichmäßige und konsistente Zuführung der erforderlichen Menge eines Schleiffluids auf die Arbeitsoberfläche des Schleifbandes, und ermöglicht da durch eine Verbesserung des Bearbeitungseffizienz. Das Wasser haltende Material kann beispielsweise aus Fasern oder einen Schwamm einer porösen Substanz, wie z. B. Polyurethanschaum, bestehen.

Bevorzugt wird in der Vorrichtung der vorliegenden Erfin dung eine Belastungsvariierungsvorrichtung bereitgestellt, welche den Bearbeitungsdruck für ein bestimmtes festes Zeit intervall reduziert, bis der Randbereich während der An fangsbearbeitung der Stirnfläche bearbeitet ist, und an schließend den Bearbeitungsdruck erhöht. Mit anderen Worten: während der Anfangsbearbeitung ist die Stirnfläche eines Werkstück eben und der Randbereich daher mit der Folge ausge prägt, daß sich die Bearbeitungsbelastung auf den Randbereich fokussiert. Es wird daher eine niedrige Bearbeitungsbelastung angewendet, bis die Bearbeitung des Randbereichs abgeschlos sen ist. Auf diese Weise wird die Anwendung einer zu hohen Belastung vermieden, wie es erforderlich ist, daß der Randab schnitte keine Instabilität in der Bewegung des Schleifbandes bewirkt, und dadurch eine stabile Anfangsbearbeitung sicher gestellt. Der Bearbeitungsdruck wird dann nach dem Abschluß der Bearbeitung des Randabschnittes erhöht, um eine effizien tere Bearbeitung zu ermöglichen.

Die Verwendung der Schleifbandkassettenvorrichtung nach Anspruch 4 steigert die Bearbeitungseffizienz durch die Ver einfachung des Austausches der Schleifbänder in der Bearbei tungsvorrichtung; und zusätzlich stellt der durch eine Blattfeder ausgeübte Rotationswiderstand der Zuführungsrolle eine einfache Zugspannungsquelle für das Schleifband bereit, um einen stabilen Schleifarbeitsablauf ohne Rückgriff auf komplizierte Vorrichtungen, wie z. B. einen Drehmomentmotor in der Zuführungsrolle, wie es nach dem Stand der Technik prak tiziert wird, zu ermöglichen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung getrennte Mechanismen für die Rotation eines stabförmigen Materials und für die Hin-und Herbewegung des stabförmigen Materials in der Längsrich tung auf der konkaven oberen Oberfläche des Gestells auf, wo bei die Rotationsrichtung des stabförmigen Materials in der Mitte der linearen Hin- und Herbewegung umgekehrt wird. Mit anderen Worten: Es wird kein Zustand bei der Rotations- und Hin- und Herbewegung des stabförmigen Materials erzeugt, in welchem die Bearbeitung plötzlich stoppt, d. h., ein Zustand in welchem sich beide Bewegungen gleichzeitig umkehren; und demzufolge wird das stabförmige Material einer kontinuierli chen Bearbeitung unterworfen und die Bearbeitungseffizienz verbessert. Ferner wird eine stabile Verarbeitung ermöglicht, da das stabförmige Material keinen abrupten Belastungen un terworfen wird.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vor teile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung auf der Basis der beigefügten Zeichnungen, wel che ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung veranschaulichen, klar ersichtlich.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, wobei ein Teilab schnitt einer optischen Faser aufgeschnitten ist;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht, die ei ne Vorrichtung zur sphärischen Oberflächenbearbeitung nach dem Stand der Technik darstellt;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht, die die erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur sphärischen Spie geloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung dar stellt;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht, die die zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung dar stellt;

Fig. 5A eine Veranschaulichung der anfänglichen Bearbei tung in der zweiten Vorrichtung zur sphärischen Spiegelober flächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5B eine Veranschaulichung der Bearbeitung nach einer Randbearbeitung in der zweiten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht der Schleifbandkassettenvorrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht der dritten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbear beitung der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht der vierten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbear beitung der vorliegenden Erfindung.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 3 ist eine schematische perspektivische An sicht der ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur sphäri schen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfin dung.

Das Werkstück 1 ist ein langes zylindrisches Material derart, wie es bei optischen Faserverbindern verwendet wird, dessen Stirnfläche 8 mittels der vorliegenden Bearbeitungs vorrichtung in eine Spiegeloberfläche mit einer hoch genauen konvexen sphärischen Form bearbeitet wird. Das Schleifband 2 ist ein dünnes riemenartiges Schleifband, das von der Zufüh rungsrolle 11 zugeführt und von der Aufnahmerolle 12 aufge nommen wird, und das sich über das Gestell 3 bewegt, wobei dessen Oberfläche mit der Stirnflächen 8 des Werkstücks 1 in Kontakt steht und dieses schleift. Das Gestell 3 ist ein ho rizontales Gestell im wesentlichen mit der Form eines recht eckigen Parallelflachs, in welchem die obere Seite eines Querschnittes in einem rechten Winkel zu der Längsrichtung einen konkaven Bogen mit einem vorgeschriebenen Krümmungsra dius beschreibt.

Der Schwamm 4 ist ein Wasser haltendes Material, das an der Außenseite der Zuführungsrolle 11 angeordnet ist und sich entlang der gesamten Länge der Zuführungsrolle 11 erstreckt der mit der Oberfläche des Schleifbandes 2 in Kontakt, das um die Zuführungsrolle 11 gewickelt ist, und der für eine gleichmäßige Zuführung des innerhalb seines schwammartigen Körpers enthaltenen Schleiffluids als dünner Film auf die Oberfläche des Schleifbandes 2 vorgesehen ist. Das dem Schwamm 4 zugeführte Schleiffluid wird von einem Schleif fluid-Speichertank 14 über ein Rohr 5 in einer vorgeschriebe nen Menge mittels einer Düse 7 zugeführt.

Eine Spannvorrichtung 6 hält das Werkstück 1 senkrecht zu der oberen Oberfläche des Gestells 3 und ferner in einem sol chen Zustand, daß die Rotationsachse des Werkstücks 1 mit dem Krümmungsmittelpunkt der konkaven Bogenoberfläche der oberen Oberfläche des Gestells 3 übereinstimmt, und wird von einem Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 über eine Zahnradmechanis mus gedreht.

Der Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 dreht sowohl die Spannvorrichtung 6 als auch das Ritzel 10 an dem Ende seiner Welle. Das Ritzel 10 steht mit einer Zahnstange 9 in Ein griff. Die parallel zu der Längsrichtung des Gestells 3 befe stigt ist, und in dem der Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 in Bewegung gesetzt wird, kann sich der Spannvorrichtungsro tationsmotor 13 zusammen mit der Spannvorrichtung 6 in der Längsrichtung des Gestells 3 hin- und herbewegen.

Der Scheifbandaufnahmemotor 18 ist koaxial zu der Aufnah merolle 12 so angeordnet, daß das Schleifband 2 von der Auf nahmerolle 12 aufgenommen wird.

Ein Festbelastungsmechanismus 19 ist ein Mechanismus, um eine vorgeschriebene vertikale Belastung auf das Werkstück 1 auszuüben, welches in der Spannvorrichtung 6 eingespannt ist, und um das Werkstückes 1 mit dem Schleifband 2 in Kontakt zu bringen.

Anschließend erfolgt eine Erläuterung im Hinblick auf das erste erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten der Stirnfläche 8 eines Werkstücks 1 in eine sphärische Spie geloberfläche mittels der Vorrichtung zur sphärischen Spiege loberflächenbearbeitung der vorstehend beschriebenen Erfin dung. Zuerst wird das beschriebene Schleifband 2 auf die Zu führungsrolle 11 gewickelt, worauf dann ein Ende des Schleif bands 2 abgezogen, über die obere Oberfläche des Gestells 3 geführt, und an der Aufnahmerolle 12 befestigt wird. Die Ro tationsachse des Werkstücks 1 wird anschließend zu dem Krüm mungsmittelpunkt der konkaven Bogenoberfläche auf der oberen Oberfläche des Gestells 3 ausgerichtet, und nachdem die Stirnfläche 8 des Werkstücks 1 mit dem Schleifband 2 in Kon takt gebracht ist, wird eine vorgeschriebene vertikale Bela stung mittels des Festbelastungsmechanismus 19 ausgeübt. Eine vorgeschriebene Menge eines vorgeschriebenen Schleiffluids wird dann kontinuierlich dem Schwamm 4 von dem Schleiffluid- Speichertank 14 über die Düse 7 zugeführt, worauf der Schwamm 4 mit dem Schleifband 2 in Kontakt gebracht wird und einen dünnen und gleichmäßigen Schleiffluidfilm auf der Oberfläche des Schleifbandes erzeugt.

Der Scheifbandaufnahmemotor 18 wird in Bewegung versetzt und das Schleifband 2 aufgewickelt. Der Spannvorrichtungsro tationsmotor 13 wird in Bewegung gesetzt, wodurch das Werk stück 1 gedreht wird und die Stirnfläche 8 mit der konkaven Bogenoberfläche des Gestells 3 in Kontakt kommt und von dem Schleifband 2 geschliffen wird, welches eine konkave Bo genoberfläche ausbildet. Gleichzeitig dreht der Spannvorrich tungsrotationsmotor 13 auch das Ritzel 10, wodurch sich das Werkstück 1 an der Zahnstange 9 in der Längsrichtung des Ge stells 3 bewegt.

Das Werkstück 1 wird somit gedreht und auf dem Schleif band 2 auf dem Gestell 3 bewegt. Die Umkehrung der Rotations richtung des Spannvorrichtungsrotationsmotors 13 kehrt sowohl die Rotationsrichtung des Werkstücks 1 als auch die Bewe gungsrichtung des Werkstücks 1 um, wodurch dem Werkstück 1 eine Hin- und Herbewegung geben wird.

Wenn auf diese Weise eine vorgeschriebene Schleifoberflä che auf der Stirnfläche 8 des Werkstücks 1 ausgebildet ist, wird das Werkstück 1 aus der Spannvorrichtung 6 entfernt, in anderes noch nicht bearbeitetes Werkstück 1 in der Spannvor richtung 6 montiert, und eine identische Bearbeitung ausge führt. Wenn das gesamte Schleifband 2 verbraucht ist, wird es gegen ein vorgeschriebenes Schleifband 2, welches eine extre me feine Körnung aufweist, zur Endbearbeitung ausgetauscht. Der Endbearbeitungsvorgang wird mit denselben Bearbeitungs schritten an Werkstücken 1 ausgeführt, weiche in dem ersten Vorgang unter Verwendung des ersten Schleifbandes 2 bearbei tet worden waren, und die Bearbeitung durch die Endbearbei tung bis auf eine vorgeschriebene Spiegeloberfläche abge schlossen.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Aus führungsform einer Vorrichtung zur sphärischen Spiegelober flächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 4 dargestellte zweite Vorrichtung zur sphärischen Spiegelober flächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung verändert den Festbelastungsmechanismus 19 der ersten in Fig. 3 dargestell ten Bearbeitungsvorrichtung zu dem Belastungsvariierungsme chanismus 29. Mit anderen Worten: Diese Vorrichtung hat den selben Aufbau wie die in Fig. 3 dargestellte Bearbeitungsvor richtung mit Ausnahme des Belastungsvariierungsmechanismus 29.

Der Belastungsvariierungsmechanismus 29 variiert die auf das Werkstück 1 ausgeübte vertikale Belastung zwischen ver schiedenen Werten, wodurch der Bearbeitungsdruck, mit welchem die Stirnfläche 8 des Werkstücks 1 mit dem Schleifband 2 in Kontakt steht, zwischen verschiedenen gewünschten Werten wäh rend der Bearbeitung variiert werden kann, wodurch ein effi zienterer Schleifvorgang ermöglicht wird.

Fig. 5A und 5B sind Ansichten, welche das zweite erfin dungsgemäße Verfahren zur sphärischen Spiegeloberflächenbear beitung unter Anwendung der in Fig. 4 dargestellten Vorrich tung veranschaulichen, wobei Fig. 5A die Anfangsbearbeitung und Fig. 5B den Zustand nach der Bearbeitung der Randab schnitte darstellt.

In dem in Fig. 5A dargestellten Anfangsbearbeitung wird mittels des Belastungsvariierungsmechanismus 29 eine leichte Belastung auf das Werkstück 1 während des Zeitintervalls aus geübt, bis der Randabschnitt 8A der Stirnfläche 8 des Werk stücks 1 bearbeitet ist. Nach Ablauf eines festgelegten Zei tintervalls zur Bearbeitung des Randabschnittes 8a wird die Belastung mittels des Belastungsvariierungsmechanismus 29 er höht und die Bearbeitung fortgesetzt, wie es in Fig. 5B dar gestellt ist. Eine Reduzierung der Anfangsbelastung auf diese Weise verhindert eine Instabilität in der Bewegung des Schleifbandes und ermöglicht eine effizientere Bearbeitung.

Fig. 6 und 7 sind perspektivische Ansichten, welche die dritte Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbei tung veranschaulichen, die eine erfindungsgemäße Schleifband kassettenvorrichtung enthält. Gemäß Darstellung in Fig. 6 wird die Schleifbandkassettenvorrichtung 28 von einer Kasset te 15 gebildet, in welcher eine Zuführungsrolle 11, auf wel che ein Schleifband 2 gewickelt ist, eine Aufnahmerolle 12, in welcher das Ende des Schleifbandes 2 befestigt ist, und eine Blattfeder 17 angeordnet sind. Diese Kassette ist für die Montage in einem Kassettenmontagemechanismus 16 ausgelegt, der Stifte verwendet, die in den Mittelpunkt der Zuführungs rolle und der Aufnahmerolle eingeführt werden, um die Kasset te zu positionieren.

Das Werkstück 1 und das Schleifband 2 werden so in Kon takt gebracht, daß die Rotationsachse des Werkstücks 1 zu dem Krümmungsmittelpunkt des Querschnittes der konkaven Bogen oberfläche auf dem Gestell 3 ausgerichtet ist, und der Spann vorrichtungsrotationsmotor 13 wird in Bewegung versetzt, wäh rend das Schleifband 2 mit niedriger Geschwindigkeit durch den Scheifbandaufnahmemotor 18 angetrieben wird. Gleichzeitig wird die Spannvorrichtung 6 in der Längsrichtung der Zahn stange 9 mittels der Zahnstange 9 und des Ritzels 10 hin- und herbewegt. Der Schwamm 4 ist so angeordnet, daß er mit der Oberfläche des Schleifbandes 2 über ein Fenster 20 in der Kassette 15 in Kontakt steht, und das Schleiffluid wird dem Schwamm 4 über die Düse 7 zugeführt, um einen dünnen Film aus Schleiffluid auf der Oberfläche des Schleifbandes 2 zu erzeu gen. Das Werkstück 1 rotiert und bewegt sich hin und her und unterliegt einer Anfangsbearbeitung in eine konvexe sphärisch Form. Wenn das Schleifband 2 nach der Bearbeitung mehrerer Werkstücke bis zu seinem Ende aufgewickelt ist, wird die Kas sette gegen eine andere Schleifbandkassettenvorrichtung 28 mit einem anderen Schleifband 2 mit einer feineren Körnung ausgetauscht, und die Werkstücke 1 welche einer Anfangsbear beitung worden waren, werden dann durch denselben Vorgang endbearbeitet. Die Stirnfläche 8 des Werkstücks 1 wird all mählich auf eine glatte, konvexe sphärische Oberfläche ge schliffen und poliert. Die Bearbeitung wird beendet, wenn die sphärische Form einen vorgeschriebenen Zustand erreicht hat. Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Schleifbandkas settenvorrichtung 28 vereinfacht den Austausch des Schleif bandes.

Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht der vierten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbear beitung der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser Vorrichtung und der in Verbindung mit Fig. 4 beschrie benen zweiten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächen bearbeitung der vorliegenden Erfindung besteht prinzipiell in der Bereitstellung eines Motors 31 für die Hin- und Herbewe gung der Spannvorrichtung zusätzlich zum dem Spannvorrich tungsrotationsmotor 13. Der Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 ist koaxial zu der Spannvorrichtung 6 angeordnet und dreht nur die Spannvorrichtung 6, während der neu bereitgestellte Motor 31 für die Hin- und Herbewegung der Spannvorrichtung das Ritzel 10 dreht, das mit der Zahnstange 9 in Eingriff steht, und dafür vorgesehen ist, den Antrieb für die Hin- und Herbewegung des Werkstücks 1 bereitzustellen.

Mittels der vorstehend beschriebenen Konstruktion ermög licht die vierte Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflä chenbearbeitung der vorliegenden Erfindung die Umkehrung der Drehrichtung des Werkstücks 1 in der Mitte der linearen Hin-und Herbewegung des Werkstücks 1, und bewirkt somit keine Zu stände, in welchen die Bearbeitung durch die gleichzeitige Umkehrung sowohl der Hin- und Herbewegung als auch der Rota tionsbewegung des Werkstücks 1 plötzlich angehalten wird, was In den hierin vorstehend beschriebenen ersten, weiten und dritten Vorrichtungen vorkommt. Demzufolge kann die Bearbei tungseffizienz des Werkstücks 1 verbessert, und zusätzlich eine stabilere Bearbeitung durchgeführt werden, da keine ab rupte Belastungen auf das Werkstück 1 ausgeübt werden. Was die anderen hierin vorstehend beschriebenen Punkte betrifft, wie z. B. die Zuführung des Schleiffluids, die Ausübung einer Belastung auf das Werkstück 1 durch den Belastungsvariie rungsmechanismus 29, und den Endbearbeitungsvorgang, der durch den Austausch des Schleifbands 2 erzielt wird, ent spricht dieser Bearbeitungsvorgang den Verfahren, die für die Verfahren für die erste, zweite und dritte Vorrichtung be schriebenen wurden.

Anschließend erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung hinsichtlich der Ausführungsformen der ersten und zweiten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung un ter Bezugnahme auf Fig. 3 und Fig. 4. Die nachstehenden Be dingungen sind in den in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Vor richtungen, die bei den zwei Bearbeitungsverfahren verwendet werden, identisch. Mit anderen Worten:

Gestell 3: Hergestellt aus Teflon-Material und mit einem Krümmungsradius von 17,5 mm für den konkaven Bogenabschnitt der oberen Oberfläche.

Schleifband 2 : 25 mm Breite, 150 m Länge und 25 µm Dicke. Zur Anfangsbearbeitung bestehen die Schleifpartikel aus Al₂O₃ mit einer Partikelgröße von 8 µm; zu Endbearbeitung bestehen die Schleifpartikel aus Diamant, mit einer Partikelgröße von 1,5 µm.

Schleiffluid: Reines Wasser wird dem Schwamm 4 mit einer Rate von 10 cm³/1,5 h (einer Menge, die für die Erzeugung ei nes Schleiffluidfilms auf der Oberfläche des Schleifbandes von etwa 50 cm³/m² geeignet ist) zugeführt.

Werkstück 1: Der optische Verbinder 22 wird von einer Glashülse 21 mit 2,5 mm Durchmesser, in welche ein optische Faser 23 mit 125 µm Durchmesser eingefügt ist, gebildet. (siehe Fig. 1).

Übersetzungsverhältnis: Das Übersetzungsverhältnis der an dem Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 und an der Spannvor richtung 6 befestigten Zahnräder ist 2 : 1.

1. Erstes Verfahren zur sphärischen Spiegeloberflächenbe arbeitung mittels der ersten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung

In Fig. 3 wurde die Vorrichtung gemäß den vorstehend be schriebenen Bedingungen mit dem in der Spannvorrichtung 6 be festigten Werkstück 1 aufgebaut. Ein vertikale Belastung von 150 p wurde über den Festbelastungsmechanismus 19 auf das Werkstück 1 ausgeübt, und reines Wasser wurde dem Schwamm 4 von der Düse 7 mit einer Rate von 10 cm³/1,5 h zugeführt. Diese Zuführungsmenge entsprach einem Film von etwa 50 cm³ pro Quadratmeter des Schleifbandes. Der Spannvorrichtungsro tationsmotor 13 drehte mit 200 Upm (400 Upm für das Werkstück 1), um eine Bearbeitung für ein Intervall von 1,5 Minuten auszuführen. Dasselbe Bearbeitungsverfahren wurde für 1000 Werkstücke 1 ausgeführt. Die Schleifpartikel des für diesen Anfangsbearbeitungsschritt verwendeten Schleifbandes 2 be standen aus Al₂O₃ mit einem Durchmesser von 8 µm.

Das Schleifband 2 wurde anschließend gegen ein Schleif band mit Diamantschleifpartikeln mit einer Partikelgröße von 1,5 µm zur Endbearbeitung ausgetauscht, und 1000 Werkstücke 1, die der vorstehend beschriebenen Anfangsbearbeitung unter zogen worden waren, wurden einer Endbearbeitung unterzogen. Die vertikale Belastung, die Menge des zugeführten reinen Wassers und die in Endbearbeitungsvorgang verwendete Mo tordrehzahl waren dieselben wie bei der Anfangsbearbeitung, und jedes der 1000 Werkstück 1 wurde einer Polierung für 1,5 Minuten unterzogen.

Die Bearbeitung von 1000 Werkstücken 1 wurde mit der vor stehend beschriebenen kontinuierlichen Bearbeitung beendet, was eine Anzahl darstellt, die 1,3fache des Volumens der Werkstücke ist, die herkömmlicherweise fertiggestellt wurden. Einschließlich der Zeit für den Wechsel und die Befestigung der Werkstücke betrug die für jedes Werkstück 1 erforderliche Zeit 3,5 Minuten. Der Krümmungsradius der sphärischen Ober fläche der fertiggestellten Stirnfläche 8 des Werkstückes 1 betrug 17,5 ± 1 mm, die Oberflächenrauhigkeit betrug 0,01 µm Rmax oder weniger, und eine glatte, konvexe, sphärische und störungsfreie Spiegeloberfläche wurde erhalten. Zusätzlich betrug der optische Verbindungsverlust des optischen Verbin ders 22 0,2 dB oder weniger, und der Rückstreuverlust betrug 45 dB oder mehr.

2. Zweites Verfahren zur sphärischen Spiegeloberflächen bearbeitung mittels der zweiten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der in dem zwei ten Verfahren zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung verwendeten Vorrichtung, und Fig. 5A und 5B veranschaulichen das Bearbeitungsverfahren, wobei Fig. 5A die Anfangsbearbei tung und Fig. 5B den Zustand nach der Bearbeitung der Randab schnitte der Stirnfläche darstellt.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung entspricht im Auf bau in jeder Hinsicht der in Fig. 3 dargestellten Vorrich tung, mit der Ausnahme der Änderung des Festbelastungsmecha nismus 19 in den Belastungsvariierungsmechanismus 29. In dem Belastungsvariierungsmechanismus 29 wird ein Elektromagnet verwendet.

Eine vertikale Belastung von 100 p wurde zuerst über den Belastungsvariierungsmechanismus 29 auf das Werkstück 1 aus geübt, worauf dann der Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 mit 200 Upm (400 Upm für das Werkstück 1) betrieben wurde, um den ausgeprägten Randabschnitt 8a einer ebenen Stirnfläche 8 des Werkstückes 1 zu bearbeiten (Siehe Fig. 5A). Die Belastung wurde dann auf 150 p mittels des Belastungsvariierungsmecha nismus 29 gesteigert und die Bearbeitung für 80 Sekunden durchgeführt, um die insgesamt 90 Sekunden dauernde Anfangs bearbeitung abzuschließen. (Siehe Fig. 5B).

Nach der Ausführung der Anfangsverarbeitung für 1000 Werkstücke 1 in dieser Weise wurde das Schleifband 2 an schließend gegen ein Schleifband für die Endbearbeitung aus getauscht, und die 1000 Werkstücke 1, die der Anfangsbearbei tung unterzogen worden waren, wurden der Endbearbeitung un erzogen. Während des Endbearbeitungsvorgangs betrug die ver tikale Belastung 150 p wurde der Spannvorrichtungsrotations motor 13 mit 200 Upm (400 Upm für die Werkstücke 1) betrie ben, und dauerte der Endbearbeitungsvorgang 90 Sekunden. Die Menge des dem Schwamm 4 in dem Anfangs- und Endbearbeitungs vorgang zugeführten reinen Wassers betrug 10 cm³/1,5 h (etwa 50 cm³/m²).

Die vorstehend beschriebene Bearbeitung beendete die kon tinuierliche Bearbeitung von 1000 Werkstücken 1, und diese Anzahl stellte das 1,3fache des Volumens von Werkstücken dar, die herkömmlicherweise fertiggestellt wurden. Ein schließlich der Zeit für den Wechsel betrug die für jedes Werkstück 1 erforderliche Zeit 3,5 Minuten. Der Krümmungsra dius der sphärischen Oberfläche der fertiggestellten Stirn fläche 8 des Werkstückes 1 betrug 17,5 ± 1 mm, die Oberflä chenrauhigkeit betrug 0,008 µm Rmax oder weniger, und eine glatte, konvexe, sphärische und störungsfreie Spiegeloberflä che wurde erhalten.

3. Drittes Ausführungsbeispiel mittels der dritten Vor richtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung

Die Beschreibung der dritten Ausführungsform der Vorrich tung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vor liegenden Erfindung erfolgt anschließend unter Bezugnahme auf Fig. 6 und Fig. 7. Diese Ausführungsform verwendet eine in Fig. 6 dargestellte Schleifbandkassettenvorrichtung 28.

Die Wickellänge des in dieser Schleifbandkassettenvor richtung 28 verwendeten Bandes betrug 150 m, seine Breite 25 mm und die Materialdicke 25 µm. Schleifpartikel aus Al₂O₃ mit einer Partikelgröße von 8 µm Durchmesser wurden auf dem zur Anfangsbearbeitung verwendeten Schleifband aufgebracht und Schleifpartikel aus Diamant, mit einer Partikelgröße von 1,5 µm Durchmesser wurden auf dem für die Endbearbeitung verwen deten Band aufgebracht.

Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung ist die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung mit der installierten Schleifband kassettenvorrichtung 28 von Fig. 6. Unter Verwendung dieser Vorrichtung konnten 1000 Werkstücke 1 unter denselben Bedin gungen wie in dem in Fig. 3 dargestellten ersten Bearbei tungsverfahren bearbeitet, und ein Bearbeitungsvolumen, das ein 1,3faches des herkömmlichen ist, erzielt werden. Zusätz lich konnte die Zeit für den Wechsel der Schleifbänder auf die Hälfte reduziert werden. Die Zeit für die Bearbeitung be trug 3,5 Minuten für jedes Werkstück. Der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche der fertiggestellten Stirnfläche 8 des Werkstückes 1 betrug 17,5 ± 1 mm, die Oberflächenrauhigkeit betrug 0,01 µm Rmax oder weniger, und eine glatte, konvexe, sphärische und störungsfreie Spiegeloberfläche wurde erhal ten. Zusätzlich betrug der optische Verbindungsverlust des optischen Verbinders 22 0,2 dB oder weniger, und der Rück streuverlust betrug 45 dB oder mehr.

4. Ausführungsbeispiel mittels der vierten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegen den Erfindung

Die Beschreibung der vierten Vorrichtung zur sphärischen Spiegeloberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung er folgt anschließend unter Bezugnahme auf Fig. 8.

Nach dem Einsetzen des Werkstücks 1 wurde eine vertikale Belastung von 100 p über den Belastungsvariierungsmechanismus 29 auf das Werkstück 1 ausgeübt, und reines Wasser wurde dem Schwamm 4 mittels der Düse 7 mit einer Rate von 10 cm³/1,5 h zugeführt, einer Rate, die einer Bedeckung von etwa 50 cm³ pro Quadratmeter des Schleifbandes entspricht. Der Spannvor richtungsrotationsmotor 13 wurde mit 400 Upm (400 Upm für das Werkstück 1) betrieben, der für die Hin- und Herbewegung der Spannvorrichtung vorgesehene Motor 31 wurde betrieben, um der Spannvorrichtung 6 eine Hin- und Herbewegung zu geben, und die Bearbeitung wurde für 10 Sekunden durchgeführt. Die Bela stung wurde dann mittels des Belastungsvariierungsmechanismus 29 auf 150 p erhöht und die Bearbeitung für 80 Sekunden durchgeführt. Nach der Bearbeitung von 1000 Werkstücken 1 wurde das Schleifband 2 ausgetauscht und eine vertikale Bela stung von 150 g mittels des Belastungsvariierungsmechanismus 29 auf die Werkstücke 1 ausgeübt, die zuvor der Anfangsbear beitung unterzogen worden waren, reines Wasser dem Schwamm 4 mittels der Düse 7 mit einer Rate von 10 cm³/1,5 h zugeführt, der Spannvorrichtungsrotationsmotor 13 mit 400 Upm betrieben, der Motor 31 für die Hin- und Herbewegung der Spannvorrich tung betrieben, und die Endbearbeitung für 90 Sekunden ausge führt. Das für die Endbearbeitung verwendete Schleifband 2 war ein Schleifband, auf welchem Diamant-Schleifpartikel mit 1,5 µm Durchmesser aufgeklebt worden waren, und das eine Wickellänge von 150 m, eine Breite von 25 mm, und eine Material dicke von 25 µm aufwies.

In diesem Ausführungsbeispiel konnten 1000 Werkstücke 1 kontinuierlich bearbeitet werden, und er wurde ein Bearbei tungsvolumen, das ein 1,3faches des herkömmlichen ist, erzielt.

Die erforderliche Zeit für die Bearbeitung der sphäri schen Oberfläche eines Werkstücks 1 betrug 3,5 Minuten pro Werkstück. Der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche der fertiggestellten Stirnfläche 8 des Werkstückes 1 betrug 17,5 ± 1 mm, die Oberflächenrauhigkeit betrug 0,005 µm Rmax oder weniger, und eine glatte, konvexe, sphärische und störungs freie Spiegeloberfläche wurde erhalten.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war das Werkstück 1 eine zylindrische Glashülse mit einer eingesetzten optischen Quarzglasfaser, aber eine ausgezeich nete konvexe sphärische Spiegeloberfläche kann in ähnlicher Weise erzielt werden, wenn das Werkstück 1 eine Hülse aus Zirkonkeramik oder eine Hülse aus Kunststoff aufweist, oder wenn eine säulenartige Form oder Blockform anstelle einer Hülse bearbeitet wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde Al₂O₃ als Schleifpartikelmaterial für die Anfangsbear beitung und Diamant als Mikroschleifpartikelmaterial für die Endbearbeitung verwendet, aber ein ähnlicher Effekt kann er zielt werden, wenn SiC.Diamant als Schleifpartikelmaterial für die Anfangsbearbeitung und CeO₂.Cr₂O₃ als Schleifparti kelmaterial für die Endbearbeitung verwendet werden.

Zusätzlich kann, obwohl Positionierungsstifte bei dem Kassettenmontagemechanismus 16 verwendet werden, der Aufbau des Mechanismus jede Form annehmen, die eine Positionierung der Kassette ermöglicht.

Schließlich kann auch, obwohl ein Elektromagnet als Bela stungsvariierungsmechanismus 29 verwendet wurde, dieselbe Wirkung mittels einer Feder und eines Druckzylinders oder mittels eines Motors in dem Belastungsvariierungsmechanismus 29 erzielt werden.

Die vollständige Offenbarung von DE-A-196 29 528 ein schließlich der Beschreibung, der Ansprüche, Zeichnungen und der Zusammenfassung ist hierin durch Bezugnahme in ihrer Ge samtheit beinhaltet.

Claims

1. Verfahren zur Bearbeitung von sphärischen Spiegeloberflä chen mit den Schritten:
Anordnen eines Schleifbandes (2) über einem Gestell (3), von dem ein in rechten Winkeln zu dessen Längsrich tung genommener Querschnitt einen konkaven Bogen be schreibt;
Ausüben eines Druckes, um die Stirnfläche (8) eines Werkstücks (1) mit dem Schleifband (2) in Kontakt zu bringen;
Antreiben des Schleifbandes (2);
Ausüben einer Rotationsbewegung und einer Hin- und Herbewegung auf das Werkstück (1); und
Bearbeiten der Stirnfläche (8) des Werkstücks (1) durch den Schleifvorgang des Schleifbandes (2);
dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge zwischen 50 cm³/m² und 10 cm³/m² eines Schleiffluids der Oberfläche des Schleifbandes (2) zuge führt wird, um einen dünnen und gleichmäßigen Film eines Schleiffluids zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der auf die Stirnfläche (8) des Werkstücks (1) ausgeübte Bearbeitungsdruck bei der Anfangsbearbeitung, bei welcher Randabschnitte (8a) der Stirnfläche (8) des Werkstücks (1) bearbeitet werden, reduziert und der Bearbeitungsdruck nach Abschluß der Bearbeitung der Randabschnitte (8a) erhöht wird.

3. Vorrichtung zur Bearbeitung von sphärischen Spiegelober flächen mit:
einem Gestell (3), von dem ein in einem rechten Win kel zu dessen Längsrichtung genommener Querschnitt einen konkaven Bogen beschreibt;
einem Schleifband (2), das auf dem Gestell (3) in ei nem rechten Winkel zu dessen Längsrichtung angeordnet ist;
einem Mechanismus (18, 11, 12) zum Antreiben des Schleifbandes (2);
einem Mechanismus (19) zum Aufbringen von Druck, um die Stirnfläche (8) des Werkstücks (1) so in Kontakt mit dem Schleifband (2) zu bringen, daß der Rotationsmittel punkt des stabförmigen Werkstücks (1) mit dem Mittelpunkt des Krümmungsradius des Querschnittes des Gestells (3) übereinstimmt; und
einem Mechanismus (9, 10, 13), um dem stabförmigen Werkstück (1) in der Längsrichtung des konkaven Bogens in dem Gestell (3) eine Hin- und Herbewegung während der Ro tationsbewegung des stabförmigen Werkstücks (1) zu geben; dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasser haltendes Material (4) vorgesehen ist, das Schleiffluid zur Erzeugung eines dünnen und gleichförmi gen Films des Schleiffluids auf der Oberfläche des Schleifbandes (2) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Schleifband (2) in einer Schleifbandkassettenvorrichtung (28) untergebracht ist, die aufweist;
eine Schleifbandzuführungsrolle (11);
eine Schleifbandaufnahmerolle (12);
eine Blattfeder (17), die der Rotation der Zufüh rungsrolle (11) einen Widerstand entgegensetzt; und
eine Kassette (15), die die Zuführungsrolle (11) und die Aufnahmerolle (12) unterbringt, und die ferner eine Öffnung (20) zur Zuführung des Schleiffluids zu dem Schleifband (2) mittels eines Wasser haltenden Materials (4) enthält;
wobei die Schleifbandkassettenvorrichtung (28) so ausgeführt ist, daß sie einen Einsatz in oder eine Ent nahme aus einem Mechanismus (16, 18) für den Antrieb des Schleifbandes (2) ermöglicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, welche ferner einen Belastungsvariierungsmechanismus (29) aufweist, der den auf die Stirnfläche (8) des Werkstücks (1) ausgeübten Be arbeitungsdruck erhöhen oder verringern kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner einen Bela stungsvariierungsmechanismus (29) aufweist, der den auf die Stirnfläche (8) des Werkstücks (1) ausgeübten Bear beitungsdruck während der Anfangsbearbeitung, bei der Randabschnitte (8a) der Stirnfläche (8) bearbeitet wer den, verringert und den Bearbeitungsdruck nach dem Ab schluß der Bearbeitung der Randabschnitte (8a) erhöht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, weiche ferner eine Vorrichtung (13) aufweist, weiche die Rotationsrich tung des Werkstücks (1) in der Mitte der linearen Hin-und Herbewegung umkehrt.