CN1434757A - 预切削机和磨边机 - Google Patents

Abstract

提供一种用于加工光学元件周边的预切削机或磨边机。本发明的预切削机或磨边机的优点是，它不需要将光学元件安置在装置上，完全自动，其周期时间约为10秒。该机器也能够对任何形状不同直径的光学元件进行预切削或磨边，而有没有描迹资料都可以。该机器自动清洗光学元件，并使边缘加工台基本上没有碎屑。

Description

预切削机和磨边机

发明领域

本发明涉及用于生产眼镜镜片的机器。特别是，本发明涉及一种用于对光学镜片进行预切削或磨边的机器。

发明背景

在制造眼镜镜片之后，需要对镜生磨边，以便能将镜片装入眼镜架。此外，在某些使用光学预成型件或薄片的制造过程中，可能希望在其表面上浇注一层或多层之前对预成型件或薄片进行预切削，以便将中心厚度减到最小。

目前大多数预切削机和磨边机需要将光学元件(意指镜片、预成型件或薄片)安装在一个装置上，以便夹持和安置该光学元件。使用一个装置的缺点是，在完成修边或磨边过程后，必须将其拆除。此外，该光学元件是用胶粘纸固定在装置上的，一旦操作完成，胶粘纸必须从光学元件上除去。这些附加的步骤相当复杂，因此对自动化机器是相当复杂，因此对自动化机器是相当费钱的。

常规的预切削机和磨边机在若干其它方面也是有缺点的。特别是，目前的机器需要一个操作人员将光学元件装载到每个台上和将其卸下，这是低效率和费钱的。另一问题是，需要描迹资料来切削光学元件，以便将其装入一个特定形状的眼镜架。其次，光学元件是手动清洗的。由于这些原因，常规的预切削机和磨边是低效率和费钱的。

此外，使制造光学元件的区域基本上没有微粒和碎屑是重要的。为了保证磨边或预切削的碎屑不会污染制造区域，这些操作通常在一个与光学元件制造区隔开的区域内进行。

最后，通常常规机器的最佳周期时间为每个光学元件约60秒钟。因此，为了提高生产速率，通常使用不止一台机器。

因此，希望研制一种预切削机、一种磨边机或两者，它们能克服上述缺点中的一些或全部。

附图简述

图1是本发明所述的一种示范的预切削机的顶视图。

图2是图1中机器的一种示范的单面转移机构在夹持光学元件时的透视图。

图3是图2中转移机构的一对齿轮设置在光学元件周边周围时的放大的部分顶视图。

图4是图1中机器的一种示范的粗磨台的透视图。

图5是碎屑保留容器的部分省略的透视图，容器中设置一个研磨轮。

图6是用于将光学元件支承在转台上的平台的放大透视图。

图7是图1中清洗和干燥台的示范透视图。

图8是图1扫描台的示范透视图。

图9是图1中检验和刻痕台的示范透视图。

发明和优选实施例详述

本发明指向一种用于加工光学元件的机器。“光学元件”指一个眼镜镜片、一个预成型件或一个光学薄片。“预成型件”或“光学薄片”指一个成形的光学透明的物件，能够折射光线并适用于生产眼镜镜片。

在本发明的机器中，提供一个用于产生控制信号的控制器和一个用于支承光学元件的平台，该平台固定在一个转台的外周边或轮廓线的邻近处。该转台可以转动，使得平台在与控制器产生的控制信号相对应的多个加工台之间转移。或者是，平台可以沿轮廓线在多个加工台之间转移，也与控制器的信号对应。围绕转台或沿轮廓线的多个加工台包括：1)一个用于接受待加工的光学元件的输入台；2)一个扫描台，用于测定光学元件的高度和检测光学元件表面上或光学元件内部的并在光学元件边缘邻近处的一个定位标记；3)一个研磨台，用于根据从储存在一存储装置内的多个规定的形状信息中选定的形状信息或描迹资料来相对于几何中心研磨光学元件的周边；4)一个检验台和任选的刻痕台，用于证实光学元件的直径符合该规定的形状信息的直径，并任选地将定位标记转移到已研磨的光学元件的边缘上；5)一个清洗和干燥台；以及6)一个用于接受已加工的光学元件的输出台。“形状信息”指将光学元件研磨到一种希望的形状或构型所需的参数，这种形状或构型不受限制地包括基本上圆形的、椭圆形的或卵形的构型，或者基本上对应于眼镜架扫迹资料或其类似物和其复合物的构型。

本发明也涉及一种用于利用上述机器加工光学元件的方法。该自动加工光学元件的方法包括的步骤有，利用转移机构将光学元件从输入台的输入平台上自动卸下，并将其装载到一个固定在转台外周边或轮廓线邻近处的转台的平台上。光学元件由转移机构自动定中心，以便与平台基本上同心。其次，转动转台或移动平台，使光学元件被安置在扫描台上。在扫描台上，利用第一测头扫描光学元件的前表面以测定光学元件的绝对高度，而利用第二测头扫描光学元件的后表面以确定定位标记的位置。该标记可以在光学元件的表面上或在光学元件的内部。然后转动转台或移动平台，将光学元件安置在粗磨台上，以便根据从储存在一存储装置内的多个规定的形状信息中选定的形状信息研磨光学元件的周边。其后，又一次转动转台或移动平台，将光学元件安置在较细的研磨台上，在该处利用第一研磨轮根据选定的形状信息研磨光学元件周边的最后部分，随后安置在细磨台上，在该处利用第二研磨轮根据选定的形状信息进行所述光学元件周边的最后研磨。第二研磨轮比第一研磨轮更加平滑。

该技术的普通专业人员将会理解，光学元件的边缘可以通过各种边缘加工机构中的任何一种来磨边或预切削，这些机构不受限制地包括研磨、切削、修整等等及其复合。因此，本发明的机器是指包括所有这些边缘加工机构，虽然为了方便起见，本发明在本文中利用研磨作为这些加工机构的示例。

为了使研磨台基本上没有碎屑，使用一种清洗介质如液体(如水)，空气或其复合，它们可以通过其取向面对一碎屑保留容器内壁的一排喷嘴进行喷射，研磨轮就安置在该容器内。一旦光学元件已被研磨，就转动转台或移动平台，将光学元件安置在检验台和任选的刻痕台上，在该处检验光学元件的直径，以保证该直径符合选定的形状信息，并且任选地可以在一个与定位标记相对应的位置上在表面中做一刻痕。然后卸下光学元件，将其移到清洗和干燥台上，在该处将光学元件装载到一个安装在清洗保留容器内的清洗平台上。当隔离在清洗保留容器内时，光学元件受到清洗介质如空气、清洗液或其复合的清洗，而清洗平台可以围绕清洗保留容器的中心轴转动，以干燥光学元件。作为最后一步，将光学元件从清洗平台上卸下，并移动到输出台上。

图1是按照本发明所述的一种优选的预切削机/磨边机5的顶视图。该机器：1)利用机械装置确定光学元件1的几何中心；2)检测光学元件1的高度和邻近光学元件边缘的定位标记；3)将相对于几何中心为同心或偏心的光学元件切削到规定的直径；4)将光学元件边缘上的定位标记转移到新的边缘；5)洗净光学元件，如果需要的话，同时干燥光学元件；以及6)检验光学元件的直径。预切削机/磨边机5包括一个转移机构10，如一个机械臂或具有枢轴臂102和夹持器103的机器人，夹持器103包括两个指形件104，如图2中所示。为了提高效率，该夹持器可以是多面设置的，最好是两面设置的，以便它能夹持两个或多个光学元件。

在图2中，转移机构10通过装置105连接到枢轴壁102上。一个开放机构如空气气缸106，用于通过围绕光学元件1的周边沿水平面彼此相对地移动指形件104来开放和闭合该夹持器。每个指形件104的终端为一对齿轮107a、107b。

图3是围绕光学元件1的边缘设置的一对齿轮107a、107b的放大图。如图3中所示，在制造光学元件1期间和为了给注射成型打浇口，如该领域中熟知的，可以在光学元件的周边上切削出平面1a。由于该平面1a，使用常规的夹持装置，将会使利用夹持器来确定光学元件的中心变得不够精确。按照本发明所述的齿轮107a、107b被设计成能够与平面1a无关地精确地测定光学元件的中心。特别是，弹簧加载的销钉108a、108a’、108b、108b’是相对于齿轮107a、107b的周边沿径向向内地伸张的。

作为例子，图3显示，销钉108b接触平面1a。接触光学元件1的一部分没有平面的圆周的齿轮107a的直径大于接触光学元件1的一部分有平面1a的圆周的齿轮107b的直径。这两个齿轮互相依赖地工作。因此，齿轮107a在接触光学元件1的没有平面1a的外圆周之后，会妨碍另一齿轮107b靠近平面1a。于是这两个齿轮妨碍夹持器围绕光学元件的平面部分过于紧密地闭合，从而保证精确地确定光学元件的中心。

如图所示，机器5有一个输入台15、扫描台25、粗磨台35、细磨台40、检验和任选的刻痕台45、洗净和干燥台50，以及输出台55。在操作中，光学元件早先是用手动安置在输入台15的平台上的。或者，光学元件可以利用独立的机器人或转移装置自动地安置在平台上。平台中的传感器产生一个信号，该信号被传送到摇控的中央处理器60，指示该光学元件已被安置在输入台15上。在另一个实施例中，中央处理器可以局部地设置在机器本身中。在收到从中央处理器60来的选定的有效信息和从传感器来的表明光学元件已被装载到输入台上的指示后，产生一个信号，表示光学元件已准备就绪，等待加工。

转移机构10从输入台15的平台上拾取光学元件，并将该元件基本上同心地装载在一个固定于转台30外周边邻近处的平台上。图6表示该平台有一个镜片1，该镜片通过一对垂直设置的支承件705、710夹持在两个垫片715之间。上支承件710是静止的，而下支承件705可以通过空气气缸730沿垂直方向移动。弹簧725使下支承件705保持在与跟镜片同心的相应垫片闭合的位置中。为了装载镜片1，支承件705向下移开，而镜片当通过夹持器受到夹持时，位于与跟上支承件710相应的垫片715接触的位置中。然后下支承件705及其垫片715升高而与镜片接触。当夹持器夹起镜片时，它确定镜片中心的位置。

转台30旋转，直到光学元件1安置于扫描台25上，如图8中所示。在扫描台25上，第一测头900a扫描光学元件的前表面，以测定其绝对高度，而第二测头900b扫描光学元件，以确定光学元件的邻近其周边或边缘的设置在其后表面上的定位标记或其内部的标记。如果使用表面标记，最好该标记是一个突出点，更为最好的是位于光学元件的后表面上，该突出点相对于光学元件的后表面突出高度约50微米(0.05mm)。测头900a、900b通过任何运动机构(如液压机构，最好是空气气缸905a、905b)分别沿垂直方向移动，并通过伺服马达910沿径向设置。

其次，转台30使光学元件从扫描台25转动到粗磨台35。图4是粗磨台35的透视图，它包括一个研磨轮505，用于将光学元件的周边修整到一个与一选定的形状信息相对应的给定的直径，该选定的形状信息是从储存在中央处理器60的存储装置内的多个规定的形状信息中选取的。或者，这些规定的信息或描迹资料可以储存在机器本身的局部存储装置中，或可以例如利用键盘或鼠标来输入。研磨轮505分别利用水平马达515和垂直马达520在镜片邻近处移动，而一旦安置合适，该研磨轮就由马达510驱动。在光学元件的所要周边部分已被研磨后，转台30将光学元件转动到细磨台40上，在该处利用比粗磨更精细的研磨轮进行光学元件周边最后研磨。除了使用不同的研磨轮505以外，细磨台的结构与图4中所示的粗磨台的结构相似。

由于研磨光学元件周边而产生的微粒和碎屑(如聚碳酸酯材料的)会降低机器的总效率，并可能最终导致机械故障。因此希望通过清洗碎屑来保持一个洁净的工作区域，最好是通过润湿碎屑而不润湿光学元件和研磨轮。这是通过将研磨轮505、平台705、710和光学元件1隔离在一个碎屑保留容器605中来达到的，如图5中的部分省略的透视图所示。碎屑保留容器605的凸缘620与转台30配合，以包围光学元件和研磨轮。在从光学元件周边磨去多余的聚碳酸酯时，一排沿容器周边设置的喷嘴610对着容器内壁喷射空气、一种液体(如去离子水)或其混合物。磨下的微粒或碎屑经过通道615冲出碎屑保留容器605。可以将粗磨台35和细磨台40限制在一个单独的或两个分开的碎屑保留容器内，以保持一个基本上无碎屑的制造区。

其后，转台30转动到检验台，在预切削机实施例中，同时是刻痕台45，如图9中所示。在该位置上，机器检验光学元件1的直径，例如利用一个机械滚柱1000。此外，在预切削机实施例中，利用一个刻痕轮1005在扫描台检测定位标记的准确位置处在光学元件的周边中刻入一个刻痕。因为邻近光学元件周边的最初标记已在研磨操作中磨掉，所以需要重新确立定位标记。滚柱1000可以沿垂直轴也可以沿径向移动，而刻痕轮1005由马达1010驱动而可以在一水平面内移动。

然后转移机构10从转台30的平台705、710中卸下光学元件，并将其移至清洗台和(如果需要的话)干燥台50，如图7中所示。为了从台50的垂直支承件705、710中移去光学元件，将夹持器的指形件安置在镜片周围，然后降低下支承件705，使光学元件只由夹持器103支承。在台50上，待清洗的镜片1夹持在一对垂直设置的支承件中，这一对支承件与图6中所示的相似，但体积较小。

在使用多面夹持器如双面夹持器的实施例中，如果一个已被清洗和干燥的第一光学元件被装载在台50的支承件上，那么同时夹持一个待清洗和干燥的第二光学元件的双面夹持器将第一光学元件从清洗和干燥台50上卸下，并将待清洗的第二光学元件装载到支承件上。

一旦光学元件置于台50上的垂直支承件之间，就用空气、一种清洗液(如去离子水)或两者来喷射。最好是，垂直支承件偏心地安装在一根连接伺服马达805的轴上，使得当伺服马达围绕中心轴815转动时，光学元件产生自旋，而转动产生的离心力使碎屑和水滑离光学元件的表面，打击清洗保留容器810的侧面，并流入一个通道。

转移机构10将光学元件从台50转移到输出台55的平台上。具体地说，夹持器的指形件安置在光学元件周边的周围而保持在支承件705、710之前。然后沿垂直方向下降支承件705，由此从支承件之间松开镜片，使光学元件仍由夹持器支承。在光学元件已被安置在输出台55的平台上而转移机构10已被移出后，机构给中央处理器60传递一个信息，发出信号告知光学元件的加工已经完成。当光学元件从输出台55上的平台处被取走时，该信号复位。

本发明的预切削机或磨边机的优点在于，它提供的机器不需要将光学元件安装在一个装置上。此外，该机器完全自动，其周期时间约为10秒。该机器也能将一个光学元件预切削或磨边到任何一种不同的直径，而有没有描迹资料都可以。该机器能自动地清洗光学元件，并使研磨台基本上没有碎屑。

虽然上面对本发明的一个优选实施例图示、描述和指出了本发明的主要新颖特点，但可以理解，该技术的专业人员可以对例示装置的形式和细节及其操作进行各种省略、替换和变化，而并不偏离本发明的精神实质和范围。例如，它明显地意味着，以基本上同样的方法来完成基本上同样的作用从而获得同样结果的所有那些部件和步骤或两者的组合，都在本发明的范围以内。从一个所述实施例到另一个的部件的替换也完全被包括和考虑。也可以理解，附图不需要按比例绘制，它们只是一种概念的性质。因此，本发明的要求只受本文附属的权利要求书的范围的限制。

Claims (34)

1.一种加工光学元件的机器，包括：

一个产生控制信号的控制器；和

一个包括一平以的转台，该平台固定在所述转台的外周边的邻近处，以支承所述光学元件，所述转台可以转动，使得该平台根据所述控制器产生的控制信号而在多个加工台之间转移，所述多个加工台包括一个用于接受待加工光学元件的输入台、一个用于测定光学元件高度和检测光学元件边缘邻近处定位标记的扫描台、一个用于根据从储存在一存储装置内的多个规定的形状信息中选定的形状信息来相对于几何中心加工光学元件周边的边缘加工台、一个用于确证镜片直径与规定形状信息的直径相符合的检验台、一个清洗和干燥台，以及一个用于接受已加工的光学元件的输出台。

2.权利要求1所述的机器，其特征在于该边缘加工台是一个研磨台，用于研磨光学元件的周边。

3.权利要求1所述的机器，其特征在于该定位标记位于光学元件的后表面上。

4.权利要求1所述的机器，其特征在于该检验台还包括一个刻痕台，用于将定位标记移置到已研磨的光学元件的边缘上。

5.权利要求2所述的机器，其特征在于该检验台还包括一个刻痕台，用于将定位标记移置到已研磨的光学元件的边缘上。

6.权利要求1、2、4或5所述的机器，其特征在于还包括转移机构，用于自动地将光学元件装载到平台上或将光学元件从平台上卸下。

7.权利要求6所述的机器，其特征在于该转移机构自动地确定光学元件的中心，并将光学元件安置成与平台基本上同心。

8.权利要求1、2、4或5所述的机器，其特征在于该扫描台包括：

一个第一测头，用于描扫光学元件的前表面，以测定光学元件的绝对高度；以及

一个第二测头，用于扫描光学元件，以确定定位标记的位置。

9.权利要求2或5所述的机器，其特征在于该研磨台包括：

一个粗磨台，用于按照规定的形状信息研磨光学元件周边的一个重要部分；以及

一个细磨台，用于按照规定的形状信息最终研磨光学元件的周边。

10.权利要求2或5所述的机器，其特征在于所述研磨台包括：

一个研磨轮，用于根据选定的形状信息磨去所述光学元件的周边；以及

一个围绕所述研磨轮设置的碎屑保留容器，该容器有一排定向的喷嘴，使得每个喷嘴喷射的液体射击所述碎屑保留容器的内表面，从内表面上排除被清洗物质。

11.权利要求10所述的机器，其特征在于所述液体为去离子水。

12.权利要求10所述的机器，其特征在于所述研磨台在研磨光学元件时产生碎屑，该碎屑被吸入喷射液体。

13.权利要求6所述的机器，其特征在于所述转移机构是单面的并包括一个夹持器，该夹持器有两个指形件，可以在一个开放位置和一个闭合位置之间彼此相对地移动。

14.权利要求13所述的机器，其特征在于每个指形件包括一对互相依赖的工作齿轮，每个齿轮有一个销，该销可以相对于齿轮沿径向向内移动，所述齿轮补偿沿光学元件周边的平面部分而利用所述转移机构来确定光学元件中心的位置。

15.权利要求6所述的机器，其特征在于所述转移机构是双面的并包括两个夹持器，每个夹持器有两个指形件，可以在一个开放位置和一个闭合位置之间彼此相对地移动。

16.权利要求15所述的机器，其特征在于每个指形件包括一对互相依赖的工作齿轮，每个齿轮有一个销，该销可以相对于齿轮沿径向向内移动，所述齿轮补偿沿光学元件周边的平面部分而利用所述转移机构来确定光学元件中心的位置。

17.权利要求1、2、4或5所述的机器，其特征在于所述平台包括一对垂直支承件，该垂直支承件包括一个上支承件和一个下支承件。

18.权利要求17所述的机器，其特征在于平台还包括一对垫片，安置在所述垂直支承件之间，用于保护所述光学元件。

19.权利要求17所述的机器，其特征在于上支承件是静止的，而所述下支承件可以沿垂直方向移动。

20.权利要求1、2、4或5所述的机器，其特征在于所述清洗和干燥台包括：

一个具有中心轴的清洗保留容器；以及

一个可以围绕该中心轴转动并设置在所述清洗保留容器内的清洗平台。

21.一种用于自动加工光学元件的方法，包括以下步骤：

利用转移机构将所述光学元件自动装载到一个固定在一转台的外边缘邻近处的平台上和从该平台上卸下所述光学元件；以及

根据一控制器产生的控制信号将所述转台转动到代表多个加工台的不同位置，所述多个加工台包括一个用于接受该光学元件的输入台、一个用于测定光学元件的几何中心和检测光学元件边缘邻近处定位标记的扫描台、一个用于根据从储存在一存储装置内的多个规定的形状信息中选定的形状信息来相对于几何中心加工光学元件周边的边缘加工台、一个用于确证光学元件的直径与选定的形状信息的直径相符合的检验台、一个清洗和干燥台，以及一个用于接受已加工的光学元件的输出台。

22.权利要求21所述的方法，其特征在于该边缘加工台是一个用于研磨光学元件周边的研磨台。

23.权利要求21或22所述的方法，其特征在于该检验台还包括一个刻痕台，用于将定位标记移置到已研磨的光学元件的边缘上。

24.一种用于自动加工光学元件的方法，包括下列步骤：

(a)利用转移机构将所述光学元件从输入台上的输入平台上自动卸下；

(b)将所述光学元件装载到固定于转台外边缘邻近处的转台平台上；以及

(c)利用所述转移机构自动确定所述光学元件的中心，使得与所述转台平台基本上同心；

(d)转动所述转台，使得所述光学元件被安置在扫描台上；

(e)利用第一测头扫描所述光学元件的前表面，以测定所述光学元件的高度；以及

(f)利用第二测头扫描光学镜片的后表面，以确定一个定位标记的位置。

25.权利要求24所述的方法，其特征在于还包括下列步骤：

(g)转动所述转台，将所述光学元件安置在研磨台上，用以根据从储存在一存储装置内的多个规定的形状信息中选定的形状信息来研磨所述光学元件的周边。

26.权利要求25所述的方法，其特征在于所述转动步骤(g)包括：

(h)转动所述转台，将所述光学元件安置在粗磨台上；

(i)利用第一研磨轮根据选定的形状信息研磨所述光学元件周边的一个重要部分；

(j)转动所述转台，将所述光学元件安置在细磨台上；以及

(k)利用第二研磨轮根据选定的形状信息研磨所述光学元件周边的一个重要部分，所述第二研磨轮比所述第一研磨轮更加平滑。

27.权利要求25所述的方法，其特征在于还包括通过一排喷嘴喷射一种液体，喷嘴的取向面对一个碎屑保留容器的内壁，所述研磨轮就安置在该容器内。

28.权利要求25所述的方法，其特征在于还包括：

(l)转动所述转台，将所述光学元件安置在检验台上；以及

(m)检验所述镜片的直径与该选定的形状信息的直径相符合。

29.权利要求28所述的方法，其特征在于步骤(m)的检验台还包括一个刻痕台，用于在光学元件的表面上在一对应于定位标记的位置上做一刻痕。

30.权利要求28或29所述的方法，其特征在于还包括：

(n)将所述光学元件从所述转台上卸下；

(o)将所述光学元件从所述转台上转移到清洗和干燥台上；

(p)将所述光学元件装载到一个安置在清洗保留容器内的清洗平台上；

(q)用一种清洗液喷射所述光学元件；以及

(r)围绕清洗保留容器的中心轴转动所述清洗平台，以干燥所述光学元件。

31.权利要求30所述的方法，其特征在于还包括：

(s)将所述光学元件从所述清洗平台上卸下；以及

(t)将所述光学元件从清洗和干燥台上转移到输出台上。

32.权利要求24所述的方法，其特征在于所述转台平台包括一个上支承件和一个下支承件。

33.权利要求32所述的方法，其特征在于所述装载步骤(b)包括：

沿垂直方向下降所述下支承件；

移动所述转移机构，使得所述光学元件被安置成与所述上支承件接触；以及

升高所述下支承件以接触所述光学元件，使得所述光学元件被夹持在所述上支承件和下支承件之间。

34.一种用于加工一个沿其周边具有至少一个平面部分的光学元件的机器，包括：

一个用于确定光学元件中心位置的夹持器，所述夹持器有两个指形件，它们可以在一开放位置和一闭合位置之间彼此相对地移动，其中每个指形件包括一对互相依赖的工作齿轮，每个齿轮有一个可以相对于齿轮沿径向向内移动的销钉，所述齿轮补偿沿光学元件周边的至少一个平面部分，而同时利用所述夹持器确定光学元件的中心。

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