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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung mindestens eines optisch wirksamen Gegenstands, mit einer Strahlungsquelle, einer Messeinrichtung, Mitteln zum Halten des mindestens einen optisch wirksamen Gegenstands zwischen der Strahlungsquelle und der Messeinrichtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Vermessung mindestens eines optisch wirksamen Gegenstands mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei der mindestens eine optisch wirksame Gegenstand mit einer Messstrahlung bestrahlt wird und die daraus resultierende Strahlung gemessen wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der internationalen Patentanmeldung
WO 2016/095939 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Randbearbeiten einer optischen Linse, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Orientierung und der Kontur der optischen Linse aufweist. Die optische Linse ist hierbei zwischen einer Strahlungsquelle und einem Messgerät angeordnet. Nachteilig hierbei ist, dass nur die für die Randbearbeitung der optischen Linse erforderlichen Daten ermittelt werden können.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2014/019806 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer geometrischen Eigenschaft einer Linse für ein Brillenglas unter Nutzung des Fluoreszenzeffekts. Hierbei wird eine Oberfläche der zu vermessenden Linse lotrecht mit einer streifenförmigen Anregungsstrahlung bestrahlt, wobei die Linse unter der Anregungsstrahlung hindurchgeführt wird. Die erzeugte Fluoreszenzstrahlung wird mittels einer unter einem Winkel angeordneten Kamera detektiert. Die Auswertung erfolgt als Vergleich des detektierten Bildes mit Referenzwerten für gegebene Linsentypen (bspw. single vision, bifocal, progressive, etc.). Diese Messvorrichtung und das damit durchführbare Verfahren sind auf das berührungslose Abtasten der Linsenoberfläche und die schnelle Bestimmung des Linsentyps beschränkt.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 198 37 932 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Oberflächenform der Hornhaut des menschlichen Auges unter Nutzung des Fluoreszenzeffekts, wobei die Oberfläche mittels Triangulation vermessen wird. Hierfür wird die Hornhaut mit Anregungsstrahlung bestrahlt, wobei zugleich ein Streifenmuster auf die Hornhaut projiziert wird, und die resultierende streifenförmige Fluoreszenzstrahlung wird detektiert und ausgewertet. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren sind auf die Anforderungen und Rahmenbedingungen eines laserchirurgischen Eingriffs an der Hornhaut ausgerichtet.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2005/121740 A1 offenbart eine Messvorrichtung für Linsen zur Detektion unterschiedlicher Fehlertypen in der Linsenoberfläche. Ein programmierbarer LCD-Schirm produziert sich periodisch wiederholende Gittermuster. Die zu vermessende Linse wird mit mehreren Aufnahmen unter jeweils zeitlich und räumlich verschobenen Gittermustern erfasst. Die Einzelbilder werden rechnerisch in ein Gesamtbild überführt, welches Oberflächenfehler in der Linse sichtbar macht. Auch diese Messvorrichtung ist auf die Erfassung spezieller Daten, nämlich Oberflächenfehler in der Linse, beschränkt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass eine kompakt bauende Vorrichtung für eine Bestimmung verschiedener Kenngrößen, insbesondere von optischen Eigenschaften des optisch wirksamen Gegenstands, bereitgestellt wird. Dementsprechend soll ein gattungsgemäßes Verfahren derart weitergebildet werden, dass verschiedene Kenngrößen des optisch wirksamen Gegenstands bestimmt werden können.
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Die Lösung besteht in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zumindest eine erste Strahlungsquelle und zumindest eine zweite Strahlungsquelle aufweist, dass sie mindestens eine Mess- und/oder Detektionseinrichtung sowie mindestens eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei die zumindest erste Strahlungsquelle und die zumindest zweite Strahlungsquelle entweder jeweils zu einer Oberseite oder einer Unterseite des optisch wirksamen Gegenstands hin orientiert oder gemeinsam zur Oberseite oder Unterseite des optisch wirksamen Gegenstands hin orientiert sind, wobei die zumindest erste Strahlungsquelle zumindest vom optisch wirksamen Gegenstand reflektierbare Strahlung und/oder Anregungsstrahlung zur Anregung von Lumineszenzstrahlung im Werkstoff des optisch wirksamen Gegenstands und/oder im Werkstoff einer Beschichtung des optisch wirksamen Gegenstands emittiert und wobei die zumindest zweite Strahlungsquelle zumindest durch den optisch wirksamen Gegenstand hindurchtretende Strahlung emittiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Messstrahlung mindestens eine vom optisch wirksamen Gegenstand reflektierbare Strahlung verwendet wird und als resultierende Strahlung die Reflexionsstrahlung gemessen und/oder detektiert wird und/oder mindestens eine Anregungsstrahlung zur Anregung von Lumineszenzstrahlung im Werkstoff des optisch wirksamen Gegenstands und/oder im Werkstoff einer Beschichtung des optisch wirksamen Gegenstands verwendet und als resultierende Strahlung die Lumineszenzstrahlung gemessen und/oder detektiert wird und/oder mindestens eine durch den optisch wirksamen Gegenstand hindurchtretende Messstrahlung verwendet und als resultierende Strahlung die Transmissionsstrahlung gemessen und/oder detektiert wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben es somit, den optisch wirksamen Gegenstand auf besonders einfache und flexible Weise zu vermessen, insbesondere abhängig von den im Einzelfall gewünschten Messdaten, abhängig von den Eigenschaften des Werkstoffs oder der Werkstoffe des zu vermessenden optisch wirksamen Gegenstands sowie seinem Bearbeitungsstatus.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Messverfahren ermöglichen eine an die Anforderungen des Einzelfalls angepasste, schnelle, standardisierbare Vermessung des optisch wirksamen Gegenstands in jedem beliebigen Bearbeitungsstadium unter gleichen oder vergleichbaren Randbedingungen.
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Sowohl die erfindungsgemäße Vorrichtung als auch das erfindungsgemäße Verfahren können auf einfache Weise in ein bestehendes Bearbeitungssystem für den zu vermessenden optisch wirksamen Gegenstand integriert werden, und zwar sowohl in Bezug auf bestehende Bearbeitungsvorrichtungen als auch in Bezug auf bestehende Bearbeitungsabläufe.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner durch einen einfachen Aufbau aus. Es ist insbesondere nicht zwingend notwendig, telezentrische Vorrichtungen vorzusehen, weil der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Durchführung von Kalibrierungsmessungen erlaubt.
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Darüber hinaus kann der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise an die Anforderungen des Einzelfalls angepasst werden, die sich bspw. aus den Werkstoffeigenschaften des zu vermessenden optisch wirksamen Gegenstands ergeben. So kann ggf. die Wellenlänge der Anregungsstrahlung für die Lumineszenzstrahlung bspw. durch zuschaltbare Filter oder durch einfachen Austausch der Strahlungsquelle an die Lumineszenzeigenschaften des Werkstoffs des optisch wirksamen Gegenstands und/oder seiner Beschichtung im Einzelfall angepasst werden. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Anregungsstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 200 nm (UV-Strahlung) bis ca. 575 nm (Strahlung im sichtbaren Bereich; grün), da die Wellenlängen der emittierten Lumineszenzstrahlung dann in der Regel noch im sichtbaren Wellenlängenbereich (bis ca. 750 nm; rot) liegt und somit besonders einfach messbar und/oder detektierbar ist.
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Damit können auch optisch wirksame Gegenstände aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Lumineszenzeigenschaften, insbesondere mit Anregungsstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge problemlos vermessen werden, indem die Wellenlänge der Anregungsstrahlung durch geeignete Wahl der jeweiligen Strahlungsquelle angepasst wird. Die Wellenlänge der von der jeweiligen Strahlungsquelle emittierten Anregungsstrahlung wird daher so gewählt, dass abhängig vom gewählten Werkstoff des optisch wirksamen Gegenstands der gewünschte Lumineszenzeffekt eintritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wahlweise der Werkstoff des optisch wirksamen Gegenstands selbst als auch der Werkstoff einer ggf. auf dem optisch wirksamen Gegenstand vorhandenen Beschichtung zur Anregung von Lumineszenzstrahlung angeregt werden kann.
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Der einfache Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht es ferner, dass die Vorrichtung als solche bspw. auf einem Gestell, einer Halterung oder einem Arbeitstisch angeordnet sein und insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch in eine andere Einrichtung, bspw. zur Bearbeitung, insbesondere formgebenden Bearbeitung eines optisch wirksamen Gegenstands integriert sein.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass als zumindest erste Strahlungsquelle ein oder mehrere Laser verwendet werden. Die von einem Laser emittierte Strahlung ist in der Regel vergleichsweise energiereich, woraus eine von der Mess- und/oder Detektionseinrichtung erfasste entsprechend hohe Signalstärke resultiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ferner die Verknüpfung von Messdaten aus zwei oder mehr sukzessive oder zeitgleich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Messverfahren. Damit ist bspw. die Bestimmung einer flächigen Auswertung der Brechkraft des optisch wirksamen Gegenstands (so genannte „Power Map“) möglich. Auf diese Weise ist es bspw. auch möglich, auftragsgemäß in einen optisch wirksamen Gegenstand in Form einer optische Linse eingearbeitete Prismen von Prismenfehlern zu unterscheiden. Dies trifft sowohl auf Prismenfehler zu, die bei der formgebenden Bearbeitung einer Linse entstehen können, als auch auf Prismenfehler, die aufgrund einer nicht korrekten Positionierung einer Linse während ihrer Vermessung detektiert werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben es schließlich, mit Bearbeitungs- oder sonstigen Fehlern behaftete optisch wirksamen Gegenstände möglichst zeitnah nach Auftreten des Fehlers aus einer Bearbeitungsvorrichtung bzw. einem Bearbeitungsablauf zu entfernen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Besonders bevorzugt emittiert die zumindest erste Strahlungsquelle mindestens eine Anregungsstrahlung zur Anregung von Fluoreszenzstrahlung im Werkstoff des optisch wirksamen Gegenstands und/oder im Werkstoff einer Beschichtung des optisch wirksamen Gegenstands emittiert. Auf diese Weise wird ein längeres Nachleuchten des Werkstoffs bzw. der Werkstoffe vermieden, welches auf das folgende Bearbeitungsverfahren und/oder den folgenden Bearbeitungsablauf störend einwirken könnte.
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Vorzugsweise regt die zumindest erste Strahlungsquelle punktförmige, linienförmige, gitterförmige und/oder rasterförmige Lumineszenzstrahlung an. Dies kann bspw. dadurch geschehen, dass in den Strahlengang der von der zumindest ersten Strahlungsquelle emittierten Anregungsstrahlung eine beliebig ausgestaltete Schlitzblende oder Maske eingebracht wird, so dass die aus der Schlitzblende bzw. Maske austretende Anregungsstrahlung in Form eines entsprechenden Musters auf den zu vermessenden optisch wirksamen Gegenstand trifft und Lumineszenzstrahlung in Form dieses Musters anregt. Besonders bevorzugt ist es aber, eine Anordnung bzw. einen Array von zwei oder mehreren Strahlungsquellen vorzusehen, die jeweils bspw. punktförmige oder linienförmige Anregungsstrahlen emittierten, welche derart auf den zu vermessenden optisch wirksamen Gegenstand treffen, dass ein definiertes Muster resultiert, bspw. ein Punktmuster, Linienmuster, Streifenmuster, Gittermuster, Karomuster und so weiter.
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In einer besonders bevorzugten Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung emittiert die zumindest zweite Strahlungsquelle mindestens eine Strahlung in Form von Pixeln und/oder in Form von Mustern. Dies ist besonders vorteilhaft zur Messung und/oder Detektion von Kenngrößen des optisch wirksamen Gegenstands, wie bspw. seiner Kontur, seines Randes, seines Durchmessers, der Position von in den Gegenstand eingebrachten Markierungen (Gravuren u. dgl.) oder der Position von Mehrstärkenbereich bei Bifokal- oder Trifokalgläsern.
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Zweckmäßigerweise sind die mindestens eine Mess- und/oder Detektionseinrichtung und zumindest eine der Strahlungsquellen zu derselben Oberseite bzw. Unterseite des optisch wirksamen Gegenstands (60) hin orientiert. Mit dieser Anordnung kann bspw. die zumindest eine Strahlungsquelle sowohl zur Emission von reflektierbarer Strahlung als auch zur Emission von Anregungsstrahlung zur Anregung eines Lumineszenzeffekts verwendet werden.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die resultierende Reflexionsstrahlung und/oder die resultierende Lumineszenzstrahlung zur Triangulation der Oberfläche(n) der bestrahlten Oberseite und/oder der bestrahlten Unterseite des optisch wirksamen Gegenstands verwendet wird. Insbesondere aus der Triangulation ergeben sich zahlreiche, über die bestrahlte Oberseite bzw. Unterseite verteilte Messpunkte, die eine besonders genaue Auswertung zur Bestimmung von Kenngrößen der Oberseite bzw. Unterseite erlauben.
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In besonders vorteilhafter Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung der resultierenden Transmissionsstrahlung und/oder der resultierenden Reflexionsstrahlung zur Bestimmung der Brechkraft des optisch wirksamen Gegenstands (60) und/oder von Kenngrößen des optisch wirksamen Gegenstands (60).
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die sukzessive oder bevorzugt zeitgleiche Bestimmung verschiedenster Kenngrößen des optisch wirksamen Gegenstands, insbesondere die flächige Auswertung der Brechkraft des optisch wirksamen Gegenstands.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere für die Vermessung von ophthalmischen Linsen und Linsenrohlingen in beliebigen Bearbeitungsstadien bzw. an beliebigen Positionen eines Bearbeitungsablaufs in einem Bearbeitungssystem verwendet werden. Selbstverständlich können auch beliebige andere optisch wirksame Gegenstände vermessen werden, bspw. optische Linsen für Mikroskope, Kameraobjektive, Ferngläser oder Fernrohre.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 in einer Beladeposition;
- 3 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 in einer Messposition;
- 4 ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Gemäß 1 dient das Ausführungsbeispiel zum Vermessen eines optisch wirksamen Gegenstands 60 in Form einer optischen Linse (im Folgenden: Linse 60) mit einer im Ausführungsbeispiel konvexen Oberseite 61 und einer im Ausführungsbeispiel konkaven Unterseite 62. Die Linse 60 kann ferner in an sich bekannter Weise mit einer Beschichtung 60', bspw. einer Antireflex- und/oder einer Hartbeschichtung (Hardcoat) versehen sein. Die Die Vorrichtung 10 weist erfindungsgemäß zumindest eine erste Strahlungsquelle 40, ggf. eine weitere Strahlungsquelle 40' mit einer vorgeschalteten Schlitzblende oder Maske 43' zur Erzeugung eines Strahlungsmusters, eine zweite Strahlungsquelle 50 sowie eine Mess- und/oder Detektionseinrichtung 20 auf. Die Ausrichtung einer Mess- und/oder Detektionseinheit, bspw. des Kameraobjektivs 23 einer Kamera 22 der Mess- und/oder Detektionseinrichtung (siehe unten) definiert eine Messachse M.
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Die Vorrichtung 10 kann in an sich bekannter Weise auf einem Gestell, einer Halterung oder einem Arbeitstisch angeordnet sein. Die Vorrichtung kann aber bspw. auch in eine Einrichtung zur Bearbeitung, bspw. zur formgebenden Bearbeitung eines optisch wirksamen Gegenstands, bspw. einer optischen Linse, insbesondere einer ophthalmischen Linse, integriert sein.
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Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, weist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 einen Haltetisch 11 mit einer Unterseite 12 und einer Oberseite 13 auf.
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An der Unterseite 12 des Haltetischs 11 ist eine Kameraeinheit 20 befestigt. Die Kameraeinheit 20 weist eine Halterung 21 auf, an der eine Kamera 22 (im Ausführungsbeispiel eine Kamera mit einem CCD-Sensor) mit einem Kameraobjektiv 23 gehalten ist. Das Kameraobjektiv 23 ist vertikal nach oben gerichtet. Die Kamera 22 ist im Ausführungsbeispiel mit einem Polarisationsfilter (nicht dargestellt) versehen. Daher ist oberhalb des Kameraobjektivs 23 auf der Halterung 21 ein Motor 24, im Ausführungsbeispiel ein elektrisch betriebener Schrittmotor, zur Drehung des Polarisationsfilters angeordnet. Der Polarisationsfilter dient in an sich bekannter Weise zur Bestimmung der Polarisationsrichtung einer polarisierten Linse 60. Ferner weist die Kamera 22 bzw. das Kameraobjektiv 23 eine Filtereinrichtung (nicht dargestellt) zur Absorption und/oder Deflektion der von den Laserdioden 41 (siehe unten) emittierten Anregungsstrahlung auf. Durch eine Öffnung 24 in der Halterung 21 und eine Ausnehmung 14 im Haltetisch ergibt sich für das Kameraobjektiv 23 ein freier Messweg in vertikaler Richtung, wodurch eine vertikal verlaufende Messachse M definiert ist.
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Auf der Oberseite 13 des Haltetischs 11 ist ein Halteelement 15 angeordnet. Am Halteelement 15 ist ein Zahnstangengetriebe mit einer einen Motor aufweisenden Antriebseinheit 16 gehalten. Die Antriebseinheit 16 bewegt in an sich bekannter Weise eine Zahnstange 17 entlang einer Bewegungsachse z (im Folgenden: z-Achse). Die z-Achse und die Messachse M verlaufen im Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung parallel zueinander.
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Am unteren Ende der Zahnstange 17 ist eine Halteplatte 31 einer Greifeinheit 30 ortsfest angeordnet. Die Halteplatte 31 ist an einem Führungsschuh (33a) befestigt. Der Führungsschuh 33a ist an einer Führungsschiene 33b vorzugsweise spielfrei geführt, bspw. in an sich bekannter Weise rollend vorgespannt). Die Führungsschiene 33b ist an einer Führungsplatte 32 befestigt, die wiederum an der Halterung 15 gehalten ist.
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An der Halteplatte
31 ist eine Greifeinrichtung
34, im Ausführungsbeispiel eine Zentrier-/ Greifeinrichtung, mit bewegbaren Greifelementen
35 befestigt, wie sie bspw. aus der
WO 2016/095939 A1 bekannt ist. Die Greifeinrichtung
34 dient zum Greifen und Zentrieren der Linse
60. Mit Hilfe des Zahnstangengetriebes kann die Halteplatte
31 und damit die Greifeinrichtung
34 entlang der Führungsschiene
33b in Richtung der z-Achse vertikal verschoben werden.
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Die Greifelemente 35 sind im Ausführungsbeispiel pneumatisch bewegbar. Unterhalb der Halteplatte 31 ist daher ein pneumatischer Zylinderantrieb 36 zum Bewegen der Greifelemente 35 vorgesehen.
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Unterhalb der Greifeinrichtung 34 ist ein Ablagetisch 37 angeordnet, der mittels eines Haltearms 38 um eine parallel zur z-Achse und parallel zur Messachse M verlaufende Schwenkachse S verschwenkbar (im Ausführungsbeispiel pneumatisch über mittels eines Antriebszylinders 39') auf einer Lager- und Schwenkeinrichtung 39 angeordnet ist.
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Auf der Oberseite 13 der Halteplatte 11 ist ferner eine erste Strahlungsquelle 40 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel besteht diese erste Strahlungsquelle 40 aus zwei Gruppen 40a, 40b von je vier Laserdioden 41. Die Laserdioden 41 jeder Gruppe 40a, 40b sind im Ausführungsbeispiel parallel zueinander in je zwei Reihen und in einem Winkel von 15° zur z-Achse bzw. zur Messachse M angeordnet. Die Laserdioden 41 können mit geeigneten Elementen zum Erzeugen linienförmiger Strahlung versehen sein, bspw. Zylinderlinsen, Rasterlinsen, diffraktiven optischen Elementen (DOE). Auch die Verwendung computergenerierter Hologramme (CGH) ist möglich. Die Laserdioden 41 sind im Ausführungsbeispiel ferner gegeneinander versetzt angeordnet. Im Ergebnis sind auch die von den Laserdioden 41 emittierten linienförmigen Strahlen senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung zueinander versetzt oder beabstandet. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand der linienförmigen Strahlen zueinander ca. 10 mm. Die beiden Gruppen 40a, 40b von Laserdioden 41 sind wiederum in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Die Laserdioden 41 sind über Leitungen 42 derart mit einer Stromversorgungseinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, dass sie unabhängig voneinander und in beliebigen Kombinationen schaltbar sind.
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Unterhalb der Antriebseinheit 16 für das Zahnstangengetriebe ist eine Aufnahmeplatte 51 zur Aufnahme einer zweiten Strahlungsquelle 50 angeordnet. Als zweite Strahlungsquelle 50 ist im Ausführungsbeispiel ein TFT-basierter Flüssigkristall-Flachbildschirm vorgesehen. Die zweite Strahlungsquelle 50 ist oberhalb der Greifeinrichtung 34 angeordnet und in einer senkrecht zur z-Achse bzw. zur Messachse M orientierten Ebene angeordnet.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben (vgl. 3:
- Zu Beginn des Verfahrens befindet sich die Greifeinrichtung 34 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in ihrer Beladeposition (vgl. 2). In dieser Beladeposition ist der Ablagetisch 37 unmittelbar unterhalb der Greifeinrichtung 34 angeordnet.
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Zunächst wird die Vorrichtung
10 in an sich bekannter Weise (vgl.
WO 2016/095939 A1 ) im Verfahrensschritt
101 mit einem zu vermessenden optisch wirksamen Element, im Ausführungsbeispiel einer ggf. mit einer Beschichtung
60' versehenen Linse
60, bspw. für ein Brillenglas, beladen, indem dieses auf dem Ablagetisch
37 abgelegt wird. Die Linse
60 wird dabei so orientiert, dass ihre im Ausführungsbeispiel konkave Unterseite
62 zum Kameraobjektiv
23 hin und ihre im Ausführungsbeispiel konvexe Oberseite
61 zur zweiten Strahlungsquelle
50 hin ausgerichtet ist. Ferner werden im Verfahrensschritt
102 die Greifelemente
35 zunächst derart betätigt, dass die Linse
60 entlang ihres Umfangs innerhalb der Greifeinrichtung
34 in Bezug auf diese zentriert wird. Anschließend werden im Verfahrensschritt
102 die Greifelemente
35 der Greifeinrichtung
34 derart betätigt, dass die Linse
60 mittels der Greifelemente
35 klemmend gehalten wird, wobei die Zentrierung der Linse
60 im Wesentlichen beibehalten wird. Nun wird im Verfahrensschritt
103 der Ablagetisch
37 aus dem Messbereich des Kameraobjektivs
23 der Kamera
22 herausgeschwenkt, um die Messachse
M für das Kameraobjektiv
23 freizumachen. Schließlich wird im Verfahrensschritt
103 die Greifeinrichtung
34 zusammen mit der darin klemmend gehaltenen Linse
60 mittels des Zahnstangengetriebes entlang der z-Achse nach oben in Richtung der zweiten Strahlungsquelle
50 verschoben.
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Die Greifeinrichtung 34 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 befindet sich nun in einer definierten Messposition (vgl. 2). Diese Messposition kann unabhängig von den Eigenschaften des zu vermessenden optisch wirksamen Elements unverändert bleiben, um zur Standardisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens beizutragen.
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Es werden, sukzessiv oder zeitgleich, drei Messverfahren durchgeführt (vgl. 3):
- 1. Bestimmung der räumlichen Lage der Unterseite 62 der Linse 60
Im Verfahrensschritt 104 emittiert jede Laserdiode der beiden Gruppen 40a, 40b von Laserdioden 41 einen linienförmigen Strahl, im Ausführungsbeispiel Anregungsstrahlung mit einer Wellenlänge von 405 nm oder 450 nm, aus. Diese definierten Wellenlängen können bspw. mittels eines nicht dargestellten Filters aus der von den Laserdioden 41 emittierten Strahlung herausgefiltert werden.
Die von den Laserdioden 41 emittierten linienförmigen Strahlen weisen aufgrund der Anordnung der Laserdioden 41 senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung zueinander einen Abstand von ca. 10 mm auf. Im Ergebnis treffen die von allen im Ausführungsbeispiel acht Laserdioden emittierten linienförmigen Strahlen in Form eines Linienmusters von zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Gruppen aus je vier Linien auf den Werkstoff der Linse 60 und/oder ihrer Beschichtung 60'. Die von den derart angeordneten linienförmigen Strahlen angeregte Fluoreszenzstrahlung des Werkstoffs der Linse 60 und/oder ihrer Beschichtung 60' mit einer Wellenlänge von mehr als 405 nm bzw. 450 nm wird daher in Form von zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Gruppen aus je vier voneinander beabstandeter Linien (also in Form eines Gitter- oder Karomusters) emittiert.
Im Ausführungsbeispiel treffen zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete Gruppen aus je vier linienförmigen Strahlen auf die im Ausführungsbeispiel konkave Unterseite 62 der Linse 60. Die vom Werkstoff der Linse 60 und/oder ihrer Beschichtung 60' emittierte Fluoreszenzstrahlung bildet somit ein Karo- oder Gittermuster aus zwei mal vier fluoreszierenden Linien mit einer Wellenlänge von im Ausführungsbeispiel mehr als 405 nm bzw. 450 nm. Diese Fluoreszenzstrahlung wird im Verfahrensschritt 105 vom Kameraobjektiv 23 erfasst und im Ausführungsbeispiel mittels eines CCD-Sensors der Kamera 22 detektiert. Wenn die Kamera 22 bzw. das Kameraobjektiv 23 einen Filter zur Absorption oder Deflektion des von den Laserdioden 41 emittierten Anregungsstrahlung aufweist, kann die Fluoreszenzstrahlung besonders zuverlässig und störungsarm detektiert werden. Die daraus resultierenden Messdaten werden einer Auswerteeinheit 70 zugeführt.
Die Messdaten werden mittels eines an sich bekannten Triangulationsverfahrens (Streifenprojektion als 3D-Messverfahren) ausgewertet. Damit wird in an sich bekannter Weise die räumliche Lage der im Ausführungsbeispiel konkaven Unterseite 62 der Linse 60 ermittelt. Bei nicht symmetrischen Linsen (bspw. Freiformlinsen) ist das Messergebnis eindeutig. Bei symmetrischen Linsen (bspw. sphärischen Linsen) werden zur Bestimmung ihrer Lage im Raum noch Daten zu ihrer Randkontur (siehe dazu unten) benötigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann kalibriert werden, indem das vorstehend beschriebene Verfahren mit einem Flachglas als Messobjekt durchgeführt wird.
- 2. Bestimmung von Kenngrößen der Linse 60
Die zweite Strahlungsquelle 50 (im Ausführungsbeispiel ein TFT-basierter LCD-Bildschirm) sendet im Verfahrensschritt 106 Strahlen in einem definierten Muster (bspw. einem Streifenmuster) in Richtung der im Ausführungsbeispiel konvexen Oberseite 61 der Linse 60 aus. Die Strahlen treten durch die Linse 60 hindurch, wobei das definierte Muster entsprechend der Kenngrößen der Linse 60, insbesondere ihrer Kontur, ihrer Randkontur, etwaiger Markierungen (bspw. Lasergravuren) und/oder etwaiger Mehrstärkenzonen (bspw. Bifokal- oder Trifokalzonen) der Linse 60 verändert wird. Die resultierende Transmissionsstrahlung wird im Verfahrensschritt 107 vom Kameraobjektiv 23 der Kamera 22 erfasst und im Ausführungsbeispiel mittels des CCD-Sensors der Kamera 22 in Form von Messsignalen detektiert. Die aus dieser Transmissionsmessung resultierenden Messdaten werden der Auswerteeinheit 70 zugeführt und ausgewertet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann kalibriert werden, indem das vorstehend beschriebene Verfahren mit einem Flachglas als Messobjekt durchgeführt wird.
- 3. Bestimmung der Brechkraft der Linse 60
Die zweite Strahlungsquelle 50 (im Ausführungsbeispiel ein TFT-basierter LCD-Bildschirm) sendet im Verfahrensschritt 108 Strahlen in Form definierter Pixel in Richtung der im Ausführungsbeispiel konvexen Oberseite 61 der Linse 60 aus. Die Strahlen treten durch die Linse 60 hindurch, wobei sie abhängig von den optischen Eigenschaften der Linse 60, abgelenkt werden. Die resultierende Transmissionsstrahlung wird im Verfahrensschritt 109 vom Kameraobjektiv 23 der Kamera 22 erfasst und im Ausführungsbeispiel mittels des CCD-Sensors der Kamera 22 in Form von Messpunkten detektiert. Zur Auswertung der Messpunkte wird im Ausführungsbeispiel ein an sich bekanntes Raytracing-Verfahren verwendet (d. h. ein auf der Aussendung von Strahlen basierender Algorithmus zur Rückverfolgung der ermittelten Messpunkte zu ihrer Quelle, also den definierten Pixeln). Mittels des Raytracing-Verfahrens werden die vom CCD-Sensor der Kamera 22 erfassten resultierenden Messpunkte mit den auf der zweiten Strahlungsquelle 50 angeordneten Pixeln (d. h. den Ausgangspunkten der in Form von Messpunkten erfassten Strahlen) korreliert. Zum Zwecke der Zuordnung der vom CCD-Sensor erfassten Messpunkte zu den in der zweiten Strahlungsquelle 50 definierten Pixeln ist die zweite Strahlungsquelle 50 in an sich bekannter Weise entsprechend kodiert. Die aus der Transmissionsmessung und dem Raytracing-Verfahren resultierenden Messdaten werden der Auswerteeinheit 70 zugeführt. Bei diesem Messverfahren ist es von Vorteil, wenn das definierte Muster der von der zweiten Strahlungsquelle 50 ausgesendeten Strahlen so gewählt ist, dass am CCD-Sensor eine zureichende Signaltrennung, d. h. eine zureichende Auflösung der Messsignale erzielt wird, so dass im optimalen Fall jedes Messsignal ausgewertet werden kann.
Die Auswertung der Messdaten ergibt die Brechkraft der Linse 60.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann kalibriert werden, indem das vorstehend beschriebene Verfahren mit einem Flachglas als Messobjekt durchgeführt wird.
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Die Verknüpfung dieser Messdaten erlaubt im Verfahrensschritt 110 die Bestimmung einer flächigen Auswertung der Brechkraft der Linse 60 (so genannte „Power Map“). Damit ist es unter anderem möglich, auftragsgemäß in die Linse 60 eingearbeitete Prismen von Prismenfehlern zu unterscheiden. Dies trifft sowohl auf Prismenfehler zu, die bei der formgebenden Bearbeitung der Unterseite 62 der Linse 60 entstanden sind, als auch auf Prismenfehler, die aufgrund einer nicht korrekten Positionierung der Linse 60 in der Vorrichtung 10 detektiert werden.
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Die oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage der Linse 60 (Punkt 1) und zur Bestimmung ihrer Kenngrößen (Punkt 2) können auch deflektometrisch durchgeführt werden. Hierzu wird eine von einer Strahlungsquelle emittierten Strahlung verwendet, für welche die Linse 60 undurchlässig ist. Die Strahlungsquelle wird derart positioniert, dass die Linse 60 die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung in Richtung der Messachse M, also in Richtung des Kameraobjektivs 23 reflektiert, so dass die resultierende Reflexionsstrahlung vom Kameraobjektiv 23 erfasst und vom CCD-Sensor der Kamera 22 detektiert werden kann. Die Auswertung der resultierenden Messdaten erfolgt dann in an sich bekannter Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Haltetisch
- 12
- Unterseite von 11
- 13
- Oberseite von 11
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Halteelement
- 16
- Antriebseinheit (Zahnstangengetriebe)
- 17
- Zahnstange
- 18
- Motor (Zahnstangengetriebe)
- 19
- (frei)
- 20
- Mess- und/oder Detektionseinrichtung
- 21
- Halterung von 20
- 22
- Kamera
- 23
- Kameraobjektiv
- 24
- Motor (Polarisationsfilter)
- 25
- Öffnung in 21
- 26-29
- (frei)
- 30
- Greifeinheit
- 31
- Halteplatte
- 32
- Führungsplatte
- 33a
- Führungsschuh
- 33b
- Führungsschiene
- 34
- Greifeinrichtung
- 35
- Greifelemente
- 36
- pneumatischer Zylinderantrieb für 35
- 37
- Ablagetisch
- 38
- Haltearm von 37
- 39
- Lager- und Schwenkvorrichtung für 38
- 39'
- Antriebszylinder für 39
- 40
- erste Strahlungsquelle
- 40a,b
- Gruppen von 40
- 40'
- weitere Strahlungsquelle
- 41
- Laserdioden
- 42
- Leitungen
- 43'
- Maske
- 44-49
- (frei)
- 50
- zweite Strahlungsquelle
- 51
- Aufnahmeplatte
- 52-59
- (frei)
- 60
- optisch wirksamer Gegenstand
- 60'
- Beschichtung von 60
- 61
- Oberseite von 60
- 62
- Unterseite von 60
- 63
- Rand von 60
- 64-69
- (frei)
- 70
- Auswertungseinrichtung
- z
- Bewegungsachse (z-Achse)
- M
- Messachse
- S
- Schwenkachse
- 101
-
- 110
- Verfahrensschritte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2016/095939 A1 [0002, 0036, 0042]
- WO 2014/019806 [0003]
- DE 19837932 A1 [0004]
- WO 2005/121740 A1 [0005]
