DE102021005399A1

DE102021005399A1 - Verfahren zur spanenden bearbeitung von brillenlinsen und werkstück- haltekopf für optische werkstücke, wie brillenlinsen

Info

Publication number: DE102021005399A1
Application number: DE102021005399.0A
Authority: DE
Inventors: Holger Schäfer; Johannes Claar; Gregor Pavel; Tobias Gelada
Original assignee: Satisloh AG
Current assignee: Satisloh AG
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2023-05-04
Also published as: CN118176087A; EP4426515A1; WO2023073249A1

Abstract

Ein Werkstück-Haltekopf (10) hat ein Gehäuse (50), in/an dem eine Halteanordnung (48) und eine Abstützanordnung (49) für ein optisches Werkstück (14) aufgenommen sind. Die Halteanordnung besitzt eine am Gehäuse montierte, gummielastische Dichtmanschette (52) mit einer umlaufenden Dichtlippe (53) zur Anlage am Werkstück, die eine vakuumbeaufschlagbare Öffnung (54) des Gehäuses umgibt. Die Abstützanordnung weist mehrere längsverschiebbare, am Werkstück anlegbare Stifte (55) auf, welche mittels eines Klemmmechanismus (56) bezüglich des Gehäuses festlegbar sind. Jedem der Stifte ist eine pneumatisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung (57) zugeordnet, über die der Stift je nach pneumatischer Beaufschlagung bezüglich des Gehäuses auswärts in eine Abstützposition für das Werkstück oder umgekehrt einwärts in eine einen Werkstückkontakt vermeidende Parkposition bewegbar ist. Ferner wird ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen ohne Verwendung eines Blockstücks offenbart, bei dem etwa ein solcher Werkstück-Haltekopf für eine stets eindeutige Definition von Ort und Lage des Werkstücks im Raum sorgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen aus Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat, CR39 oder sogenannte „High Index“ Materialien, wie es in sogenannten „RX-Werkstätten“, d.h. Produktionsstätten zur Fertigung von individuellen Brillenlinsen nach Rezept in sehr großem Umfang praktiziert wird. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf einen Werkstück-Haltekopf für optische Werkstücke, wie Brillenlinsen, der insbesondere in einem solchen Verfahren Verwendung finden kann.
Das hier beschriebene Verfahren wie auch der hier beschriebene Werkstück-Haltekopf eignen sich beispielsweise sehr gut für einen Einsatz in Kombination mit bzw. in einem Verfahren zur spanenden Bearbeitung von insbesondere Brillenlinsen aus Kunststoff, wie es in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 derselben Anmelderin beschrieben ist, und/oder einen Einsatz im Zusammenspiel mit einer Werkstück-Aufnahme, wie sie in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 005 202.1 derselben Anmelderin beschrieben ist. Bezüglich der älteren Verfahrens- und Vorrichtungsdetails wird an dieser Stelle zunächst ausdrücklich auf die vorgenannten älteren deutschen Patentanmeldungen Bezug genommen.
STAND DER TECHNIK
In der oben erstgenannten älteren deutschen Patentanmeldung wird schon ausführlich beschrieben, welche Prozessschritte derzeit regelmäßig in RX-Werkstätten bei der industriellen Fertigung von Brillenlinsen durchlaufen werden, so dass das übliche Vorgehen an dieser Stelle nur sehr kurz umrissen werden soll. Ausgangsprodukt bei der industriellen Fertigung von Brillenlinsen ist ein halbfertiger Brillenlinsenrohling, auch „Blank“ genannt, der eine bereits fertigbearbeitete, spritzgusstechnisch vorbereitete oder auf andere Weise vorgeformte optisch wirksame Fläche aufweist und an seiner anderen optisch wirksamen Fläche und dem Rand zwischen den optischen wirksamen Flächen zu einer fertigen Brillenlinse zu bearbeiten ist.
Wie in dieser älteren deutschen Patentanmeldung im Detail anhand der 16 und 17 und mit Zitaten zum jeweils einschlägigen Stand der Technik erläutert wird - worauf hier nochmals verwiesen sei - werden dabei üblicherweise die folgenden Prozessschritte in sequentieller Abfolge durchlaufen: a) sogenanntes „Blocken“ des Brillenlinsenrohlings an einem Blockstück mit den Unterschritten Position feststellen sowie Positionieren und fixieren auf dem Blockstück, b) sogenanntes „Generieren“ mit den Unterschritten Randvorbearbeitung und Flächenbearbeitung, c) Polieren und d) Markieren, wobei die Prozessschritte b) bis d) am geblockten Werkstück durchgeführt werden, sodann e) sogenanntes „Abblocken“ des Werkstücks vom Blockstück, f) Beschichten und g) sogenanntes „Edgen“ mit den Unterschritten Position erkennen sowie Randform final bearbeiten. In den Prozessschritten b) bis d) stellt das Blockstück eine Aufnahme oder Maschinenschnittstelle zur Bearbeitung des Werkstücks dar, um das Werkstück bei der Bearbeitung drehend antreiben zu können und in stets definierter Position und Orientierung im Raum zuverlässig zu halten.
Die insoweit umrissene, vorbekannte Prozesskette beinhaltet mit den obigen Prozessschritten a) Blocken und e) Abblocken zwei Abläufe, die notwendige Hilfsprozesse darstellen, selbst aber den Wert der hergestellten Brillenlinse nicht steigern. Wünschenswert wäre also eine Prozesskette, die ohne diese Hilfsprozesse auskommt. Insbesondere zur Effizienzsteigerung und auch aus ökologischen Erwägungen wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, bei der Herstellung der optisch wirksamen Flächen von Brillenlinsen „blocklos“ zu arbeiten (siehe z.B. WO 2015/ 059007 A1, US 9,969,051 B2 , DE 10 2016 112 999 A1 , DE 10 2004 016 445 B4 ).
Die dort offenbarten Konzepte sehen allerdings bei der Flächenbearbeitung der Brillenlinsen nur eine unzureichende Abstützung des Werkstücks an der Gegenfläche vor und/oder arbeiten mit mechanisch aufgebrachten, am Werkstückrand oder im Werkstückzentrum angreifenden Haltekräften. Beides - unzureichende Abstützung / mechanisch aufgebrachte Haltekräfte - birgt die Gefahr von unerwünschten Linsenverformungen, die letztlich der Bearbeitungsqualität abträglich sein können. Zu diesbezüglichen Einzelheiten siehe insbesondere die Diskussion dieses Stands der Technik in den beiden vorgenannten, älteren deutschen Patentanmeldungen der Anmelderin.
Um diese Thematik zu adressieren, wird in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 vor allem ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von insbesondere Brillenlinsen aus Kunststoff vorgeschlagen, bei dem aus einem Rohling ein Halbzeug mit vorbestimmten Flächengeometrien an Frontseite und Rückseite sowie einem konturierten Rand von vorbestimmter Randdicke dazwischen ausgebildet wird und das die folgenden Hauptschritte umfasst: i) Bereitstellen des zumindest an Rückseite und Rand zu bearbeitenden Rohlings mit einer Rohlingsdicke; ii) blockloses Aufnehmen des Rohlings zum abgestützten Halten an der Rückseite; iii) Bearbeiten des Rohlings an der Frontseite mittels eines ersten Werkzeugs, zur Ausbildung einer umlaufenden geometrischen Form mit einer Tiefe größer oder gleich der Randdicke des auszubildenden Halbzeugs, wobei am Werkstück eine Umfangsfläche verbleibt, die den konturierten Rand des auszubildenden Halbzeugs definiert; iv) Aufnehmen des Werkstücks zum abgestützten Halten an der Frontseite; und v) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite mittels wenigstens eines zweiten Werkzeugs, zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite.
Es wird also vorgeschlagen, in dem Hauptschritt iii) des Verfahrens eine Bearbeitung des konturierten Rands des auszubildenden Halbzeugs - sei es im Sinne eines Vorrandens oder eines Fertigrandens des Werkstücks - vorzuholen bzw. zeitlich vorzuziehen, und zwar ausgehend von der Frontseite des dabei gemäß dem Hauptschritt ii) an der Rückseite blocklos aufgenommenen Rohlings, bevor das Werkstück nach dem Aufnehmen an seiner Frontseite im Hauptschritt iv) an seiner Rückseite gemäß dem Hauptschritt v) flächenbearbeitet wird. Jedenfalls nach dem Hauptschritt v) ist das generierte Halbzeug dann vollständig vom überschüssigen, radial äußeren Rohlingsmaterial getrennt, welches als Ringstück oder in Ringsegmenten abfällt.
Dieses im Grunde zweistufige Vorgehen - zunächst (1.) Werkstückaufnahme an der Rückseite und Bearbeitung an der Frontseite des Werkstücks nahe dem Rohlingsrand, danach (2.) Aufnahme an der Frontseite und Bearbeitung an der Rückseite des Werkstücks auch im Zentrum - mit der vorgesehenen Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte bietet bei der spanenden Bearbeitung von insbesondere Kunststoff-Brillenlinsen Vorteile betreffend vornehmlich das für die Prozesssicherheit wichtige Halten des Werkstücks während der eigentlichen Rand(vor)bearbeitung sowie das für die Bearbeitungsqualität relevante Unter- bzw. Abstützen des Werkstücks während der eigentlichen Flächenbearbeitung. Diese Effekte und Vorteile werden in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 ausführlich diskutiert, worauf an dieser Stelle verwiesen sei.
Namentlich für die zweite Stufe des obigen Vorgehens - (2.) Aufnahme des Werkstücks an der Frontseite und Bearbeitung an der Rückseite auch im Zentrum - wird in der oben zweitgenannten älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 005 202.1 vorrichtungsseitig eine Aufnahme zur Bearbeitung von optischen Werkstücken mit jeweils zwei Werkstückflächen und einem Werkstückrand dazwischen offenbart, die eine Halteanordnung sowie eine Abstützanordnung für das Werkstück umfasst. Eine an einem Gehäuse montierte, gummielastische Membran hat dabei einen Aufnahmeabschnitt, auf dessen Außenseite das Werkstück mit einer Werkstückfläche flächig aufgelegt werden kann. Die Membran begrenzt zusammen mit dem Gehäuse eine Kammer, in der eine Vielzahl von separat längsverschieblichen Stiften der Abstützanordnung aufgenommen ist. Letztere können jeweils mit einem Stiftende an einer Innenseite des Aufnahmeabschnitts der Membran zur Anlage gebracht und wahlweise gegen eine Längsverschiebung bezüglich des Gehäuses durch einen Klemmmechanismus od.dgl. relativ zueinander festgelegt werden, um den Aufnahmeabschnitt nach Maßgabe einer Geometrie des mittels der Halteanordnung gehaltenen Werkstücks fest abzustützen.
Die Halteanordnung für das Werkstück ist bei dieser Aufnahme in oder an dem Aufnahmeabschnitt der Membran vorgesehen und vermag das Werkstück zu halten, ohne am Werkstückrand anzugreifen. Insbesondere im Hinblick auf ein im Prozessgeschehen leicht steuerbares Lösen des Werkstücks von der Aufnahme kann die Halteanordnung in bzw. an dem Aufnahmeabschnitt der gummielastischen Membran hierfür z.B. mit dem Wirkprinzip „Vakuum“ arbeiten. Dabei kann an der Kammer im Gehäuse ein Vakuum angelegt werden, während im Aufnahmeabschnitt der gummielastischen Membran eine Perforation als Bestandteil der Halteanordnung ausgebildet ist, so dass ein an der Kammer angelegtes Vakuum über die Perforation auf der Außenseite des Aufnahmeabschnitts der gummielastischen Membran zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks ansteht.
Wie in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 005 202.1 ausführlich erläutert wird, worauf an dieser Stelle verwiesen sei, vermag die so ausgebildete Aufnahme optische Werkstücke wie Brillenlinsen bei der Werkstückbearbeitung in prozesssicherer Weise sowie ohne der Bearbeitungsqualität abträgliche Werkstückverformungen zu unterstützen und zu halten, wodurch diese Aufnahme für den Einsatz in einer gänzlich blocklos auskommenden Herstellprozesskette prädestiniert ist, wie sie z.B. in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 beschrieben ist. Namentlich für die erste Stufe des obigen blocklosen Vorgehens - (1.) Werkstückaufnahme an der Rückseite und Bearbeitung an der Frontseite des Werkstücks nahe dem Rohlingsrand - besteht vorrichtungsseitig allerdings ebenfalls ein Bedarf für einen besonders geeignet ausgebildeten Werkstück-Haltekopf, was ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. In diesem Zusammenhang offenbaren etwa die Druckschriften WO 2009/135689 A1 und WO 2016/058676 A1 noch vorbekannte Lösungen für Werkstück-Halteköpfe an Vorrichtungen zum Blocken von Brillengläsern (kurz „Blocker“ genannt) unter Verwendung von Blockstücken.
So ist aus der Druckschrift WO 2009/135689 A1 (7 und 8) eine Linsen-Spanneinheit in einem Blocker bekannt, die eine Saugerlippe zum Ansaugen eines Brillenglases aufweist, welche ein Stiftrelief umschließt, das einer Kontaktfläche des Brillenglases anpassbar und wahlweise klemmbar ist, um das Brillenglas an dessen Kontaktfläche möglichst vollflächig abzustützen. Zur Klemmung des Stiftreliefs ist ein zentral angebrachter Spreizdorn vorgesehen, welcher über einen pneumatischen Hubzylinder axial verschiebbar ist. Der Hubzylinder bewirkt bei Druckbeaufschlagung eine axiale Bewegung des konischen Spreizdorns, die ihrerseits eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Stifte des Stiftreliefs ausübt. Da alle Stifte dicht gepackt in einer Hülse geführt sind, wird diese Klemmkraft von Stift zu Stift übertragen. Hierdurch verklemmen sich die Stifte in der Hülse und werden axial unbeweglich. Die Stifte werden im ungeklemmten Zustand lediglich durch ihr Eigengewicht nach unten geschoben und können sich an der Kontaktfläche des Brillenglases anlegen.
Der den Oberbegriff des Patentanspruchs 7 bildenden Druckschrift WO 2016/058676 A1 (4 und 5) ist ferner ein Haltekopf für Brillengläser zu entnehmen, der in bzw. an einem Gehäuse - neben einer Saugeinrichtung mit einer ringförmigen, elastischen Saugerlippe zum Halten eines Brillenglases vermittels Unterdruck - eine Gegenlageranordnung zum Abstützen eines an dem Haltekopf gehaltenen Brillenglases in seiner ausgerichteten Lage aufweist. Die Gegenlageranordnung hat parallel zu einer Blockerachse verlaufende, um diese und die Saugerlippe herum verteilt angeordnete Druckstifte, die bezüglich des Haltekopfs unter Schwerkrafteinfluss längsverschieblich sind, um jeweils mit einem vom Haltekopf durch eine zugeordnete Bohrung im Gehäuse vorstehenden Ende mit dem Brillenglas in Anlage zu gelangen. Ferner sind die Druckstifte in ihrer jeweiligen axialen Relativstellung zum Haltekopf festsetzbar. Hierfür sind die Druckstifte in paralleler Anordnung mit einer Mehrzahl von Zylinderstiften in einem zwischen einer Zylinderhülse und einer Lagerhülse ausgebildeten Ringraum des Haltekopfs aufgenommen, wobei zur axialen Festsetzung der Druckstifte ein pneumatischer Antrieb vorgesehen ist, mittels dessen ein Keil durch eine Aussparung in der Zylinderhülse hindurch in einer Richtung quer zur Blockerachse zwischen benachbarte Zylinderstifte eingetrieben bzw. eingeschoben werden kann, was im Ergebnis zu einer kraftschlüssigen Klemmung der Druckstifte führt.
Die vorbeschriebenen, bekannten Werkstück-Halteköpfe sind allerdings hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten auf vertikale Anordnungen - wie dies in Blockern schon wegen der zeitweise flüssigen Blockmaterialien üblich ist - beschränkt und insofern nicht flexibel verwendbar.
Ein weiteres Thema der vorliegenden Erfindung ist schließlich, wie ohne die Verwendung eines Blockstücks in einer effizienten Prozesskette zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen sichergestellt werden kann, dass Position und Orientierung des Werkstücks im Raum immer eindeutig bekannt sind. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass es sich bei Brillenlinsenrohlingen nicht zwingend um rotationssymmetrische Werkstücke handeln muss, diese insbesondere an der vorgeformten Frontseite vielmehr auch Flächengeometrien aufweisen können, die von sphärischen oder ebenen Geometrien abweichen, beispielsweise torische Flächengeometrien.
Auch gibt es in der Brillenindustrie Ansätze, sogenannte „Freiformflächen“ auf Front- und Rückseite der Brillenlinsen aufzuteilen, so dass ein Brillenlinsenrohling als Eingangsprodukt der hier betrachteten Prozesskette an der Frontseite schon eine im Verhältnis komplexe, unsymmetrische Geometrie aufweisen kann. Insbesondere bei einem solchen Ansatz ist es natürlich sehr wichtig, sicherzustellen, dass die zu erzeugende Flächengeometrie an der Rückseite hinsichtlich ihres Orts, d.h. der Position im Raum, wie auch im Hinblick auf ihre Lage, d.h. die Orientierung im Raum, zur Flächengeometrie der Frontseite passend generiert wird, um die gewünschte optische Wirkung zu erzielen. Dies geht nur, wenn hierbei Position und Orientierung des gesamten Werkstücks im Raum eindeutig definiert sind.
AUFGABENSTELLUNG
Dem insoweit geschilderten Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung zunächst die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen zu schaffen, das ohne den Einsatz eines Blockstücks die vorbeschriebenen Probleme adressiert und insbesondere eine prozesssichere Werkstückbearbeitung in effizienter Weise ermöglicht. Darüber hinaus umfasst die Erfindungsaufgabe die Bereitstellung eines Werkstück-Haltekopfs für optische Werkstücke, wie Brillenlinsen, der insbesondere in dem obigen Verfahren - und auch ansonsten - sehr flexibel einsetzbar ist und sich gleichermaßen zum Halten und Abstützen von Werkstückrohlingen, teilbearbeiteten Halbzeugen sowie fertigbearbeiteten Werkstücken in der optischen Industrie, namentlich der Brillenindustrie eignet.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diesen Aufgaben werden durch ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen mit den Verfahrensschritten gemäß dem Patentanspruch 1 sowie einen Werkstück-Haltekopf für optische Werkstücke, wie Brillenlinsen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte oder zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen, bei dem ausgehend von einem Rohling ein Halbzeug mit vorbestimmten Flächengeometrien an einer Frontseite und einer davon abgewandten Rückseite und mit einem Rand zwischen der Frontseite und der Rückseite ausgebildet wird, umfasst erfindungsgemäß die folgenden, in der angegebenen Reihenfolge ablaufenden Hauptschritte: i) Bereitstellen des Rohlings, der an der Frontseite bereits die vorbestimmte Flächengeometrie aufweisen kann und wenigstens an der Rückseite zu bearbeiten ist; ii) Festlegen und Bestimmen von Ort und Lage des Rohlings im Raum; iii) blockloses Aufnehmen des Rohlings an der Rückseite unter Berücksichtigung der im Schritt ii) bestimmten Ort- und Lageinformationen mittels eines definiert räumlich positionierbar angeordneten Werkstück-Haltekopfs zum abgestützten Halten des Werkstücks; iv) Vermessen des mittels des Werkstück-Haltekopfs gehaltenen Rohlings an der Frontseite zur Erfassung der Frontseiten-Geometrie; v) direktes Übergeben des Werkstücks von dem Werkstück-Haltekopf an eine definiert lage- und winkelpositionierbar angeordnete Werkstück-Aufnahme zum blocklosen Aufnehmen des Werkstücks an der Frontseite unter Berücksichtigung der im Schritt iv) erfassten Frontseiten-Geometrieinformationen und zum abgestützten Halten des Werkstücks; und vi) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite mittels wenigstens eines Werkzeugs, zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite; wobei das Werkstück zwischen den Schritten iii) und v) am Werkstück-Haltekopf ununterbrochen gehalten wird, so dass Ort und Lage des Werkstücks im Raum stets klar definiert sind.
Mit anderen Worten gesagt wird das zu bearbeitende Werkstück vom Werkstück-Haltekopf im Verfahrensschritt iii) „in die Hand genommen“, und zwar von einer Position und mit einer Orientierung im Raum, die nach dem Verfahrensschritt ii) bekannt ist, und erst dann wieder „aus der Hand gelegt“, wenn das Werkstück im Verfahrensschritt v) an die Werkstück-Aufnahme z.B. eines Generators übergeben wird. Dazwischen wird das Werkstück vom Werkstück-Haltekopf nicht „aus der Hand gelegt“, so dass Position und Orientierung des Werkstücks im Raum stets eindeutig definiert sind. Erst nach Übergabe des Werkstücks an die Werkstück-Aufnahme z.B. des Generators im Schritt v) liegen die „Verantwortung“ und Kontrolle über Position und Orientierung des Werkstücks dort. Somit „übernimmt“ erfindungsgemäß der Werkstück-Haltekopf in einem definierten Abschnitt des Verfahrens zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen quasi die Funktionen des Blockstücks im Stand der Technik, ohne allerdings die Notwendigkeit der Verwendung eines Blockstücks und folglich ohne die damit verbundenen Nachteile.
Während die „Verantwortung“ und Kontrolle über Position und Orientierung des Werkstücks zwischen den Verfahrensschritten iii) und v) bei der Vorrichtung liegen, welche den das Werkstück tragenden Werkstück-Haltekopf definiert räumlich zu positionieren vermag - z.B. bei einem 6-Achs-Knickarmroboter oder irgendeiner anderen Vorrichtung mit entsprechenden Positionierungsmöglichkeiten im Raum - erfolgt als einzig obligater Verfahrensschritt iv) das Vermessen des vom Werkstück-Haltekopf gehaltenen Werkstücks an der Frontseite. Mit den dabei erfassten Informationen über die Frontseiten-Geometrie kann z.B. eine Oberflächennormale am - im Stand der Technik sogenannten - „Blockpunkt“ des Werkstücks gewonnen werden, die im Verfahrensschritt v) eine definiert positionierte Übergabe an die Werkstück-Aufnahme für die Rückseitenbearbeitung des Werkstücks ermöglicht. Dabei können auch bekannte Blocktechniken „substituiert“ bzw. mit anderen Mitteln realisiert werden, wie beispielsweise im Stand der Technik ein Blocken mit Dezentration, also einer Verschiebung des Werkstücks oder einer prismatischen Verkippung des Werkstücks.
In der Verfahrensphase zwischen den Verfahrensschritten iii) und v), in welcher der Werkstück-Haltekopf das Werkstück an dessen Rückseite „festhält“, können vorteilhaft weitere optionale Manipulationen oder Bearbeitungen an der zugänglichen Frontseite des Werkstücks erfolgen. Beispielsweise können für die spätere Brillenlinsenbearbeitung oder -befestigung Löcher in die Frontseite gebohrt, Markierungen z.B. mittels eines Lasers an der Frontseite angebracht, eine (Schutz)Folie, ein (Schutz)Lack od.dgl. auf der Frontseite appliziert werden, etc.
Da in dieser Verfahrensphase das Werkstück stets am Werkstück-Haltekopf verbleibt, sind auch Fehlerquellen in der Produktion reduziert, die im Stand der Technik z.B. während des Transports eines auf einem Blockstück geblockten Rohlings vom Blocker zum Generator möglich waren, etwa durch Herausnehmen und Vertauschen von geblockten Rohlingen aus dem Rezeptkasten. Somit leistet das erfindungsgemäße Verfahren auch einen Beitrag zur Prozesssicherheit bei der spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen.
Nicht zuletzt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Sinne einer „intelligenten“ Automation gegenüber dem herkömmlichen Stand der Technik auch eine erhebliche Durchsatz- und Effizienzsteigerung bei der spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen erzielt, weil die zeitaufwändigen und fehleranfälligen Schritte des eigentlichen Verbindens des Rohlings mit einem Blockstück (Auffüllen mit „Alloy“, also einer metallischen Legierung, bzw. Verkleben mittels eines Blockmaterials) und des eigentlichen Lösens des Halbzeugs vom Blockstück (z.B. Abblocken mit Wasser unter Hochdruck) gänzlich entfallen.
In diesem Zusammenhang ist noch anzumerken, dass im Stand der Technik nach wie vor sehr viel mit „Alloy“ geblockt wird. Bevor ein „frisch“ aufgeblockter Brillenlinsenrohling im Generator bearbeitet werden darf, muss diese Paarung mindestens 45 Minuten pausieren, um auf Raumtemperatur abkühlen zu können. Dies ist zumindest beim Produktionsstart eine „verlorene“ Wartezeit. Es ist aber auch eine Fehlerquelle, wenn Bedienpersonal manuell einen noch zu warmen geblockten Brillenlinsenrohling in einen Generator zur Bearbeitung einlegt. Während der Bearbeitung im Generator kühlt der Rohling unter der Zufuhr von Kühlschmiermittel ab und verformt sich, so dass es zu unerwünschten optischen Wirkungsabweichungen und Ausschuss kommen kann. Auch solche Totzeiten und Fehlerquellen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.
In einem optionalen, wenngleich bevorzugten Verfahrensschritt kann zeitlich zwischen dem Schritt iv) des Vermessens des Rohlings und dem Schritt v) des direkten Übergebens des Werkstücks vom Werkstück-Haltekopf an die Werkstück-Aufnahme ein Bearbeitungsschritt vii) erfolgen, bei dem der am Werkstück-Haltekopf gehaltene Rohling so bearbeitet wird, dass am Werkstück eine Umfangsfläche verbleibt, die einen konturierten Rand des auszubildenden Halbzeugs definiert. Insbesondere kann im Bearbeitungsschritt vii) der Rohling an der Frontseite mittels eines Werkzeugs bearbeitet werden, um eine umlaufenden Nut oder Stufe mit einer Tiefe, welche größer oder gleich einer Randdicke des auszubildenden Halbzeugs und kleiner als eine Rohlingsdicke ist, oder einen umlaufenden Einstich zu erzeugen, der wenigstens teilweise eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke besitzt.
Damit wird vorteilhaft eine Bearbeitung des konturierten Rands des auszubildenden Halbzeugs - sei es im Sinne eines Vorrandens oder eines Fertigrandens des Werkstücks - vorgeholt bzw. zeitlich vorgezogen, und zwar ausgehend von der Frontseite des gemäß dem Hauptschritt iii) dabei an der Rückseite blocklos aufgenommenen Rohlings, bevor das Werkstück nach dem Aufnehmen an seiner Frontseite im Hauptschritt v) gemäß dem Hauptschritt vi) an seiner Rückseite flächenbearbeitet wird. Jedenfalls nach dem Hauptschritt vi) ist das generierte Halbzeug dann vollständig vom überschüssigen, radial äußeren Rohlingsmaterial getrennt, welches im Hauptschritt vi) als Ringstück oder in Ringsegmenten abfällt. Weitere Details und vorteilhafte Effekte einer solchen Verfahrensergänzung sind in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 derselben Anmelderin ausführlich beschrieben, auf die hier nochmals ausdrücklich verwiesen sei.
In einer bevorzugten Verfahrensausgestaltung kann das Werkstück ferner zeitlich nach dem Bearbeitungsschritt vii) und vor dem Schritt v) des direkten Übergebens des Werkstücks vom Werkstück-Haltekopf an die Werkstück-Aufnahme nochmals an der Frontseite vermessen werden, um Ort und Lage des Werkstücks am Werkstück-Haltekopf zu überprüfen. Dieses erneute Vermessen, welches taktil oder optisch mit an sich bekannten Messeinrichtungen erfolgen kann, dient insbesondere dazu, sicherzustellen, dass es bei dem optionalen Bearbeitungsschritt vii) nicht zu einer unerwünschten Verschiebung oder Verdrehung des Werkstücks auf dem Werkstück-Haltekopf gekommen ist, bzw. dazu, nach Maßgabe einer etwa festgestellten linearen und/oder rotativen Werkstückverlagerung auf dem Werkstück-Haltekopf eine ggf. erforderliche Korrektur an den Frontseiten-Geometrieinformationen vorzunehmen, bevor das Werkstück an die Werkstück-Aufnahme des Generators übergeben wird. Diese letztlich die Werkstück-Durchlaufzeiten erhöhende Qualitätssicherungsmaßnahme kann bei einem stabil laufenden Prozess aber auch entbehrlich sein.
In weiterer bevorzugter Verfahrensausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, im Schritt ii) des Festlegens und Bestimmens von Ort und Lage des Rohlings im Raum den Rohling nach Ablage auf einer Ablagefläche geometrisch zu zentrieren, um den Ort des Rohlings festzulegen, worauf der Rohling mittels eines optischen Messsystems im Hinblick auf Markierungen untersucht wird, um die Lage des Rohlings zu bestimmen. Grundsätzlich ist es zwar möglich, hier ohne geometrische Zentrierung des Rohlings zu arbeiten und zum Festlegen und Bestimmen von Ort und Lage des Rohlings im Raum z.B. eine einfache Ablage des Rohlings mit nachfolgender Vermessung vorzusehen, dies verkompliziert allerdings die Vermessung und ist deshalb weniger bevorzugt. Darüber hinaus kann anstelle der Untersuchung des Rohlings im Hinblick auf Markierungen eine messtechnische Ermittlung der optischen Eigenschaften des Rohlings erfolgen, aus denen dann auf Ort und Lage des Rohlings im Raum geschlossen werden kann. Auch dies ist indes aufwändiger und darum weniger bevorzugt.
Das Vermessen des Rohlings im Schritt iv) bzw. nach dem optionalen Bearbeitungsschritt vii), um die Frontseiten-Geometrie des Rohlings absolut und/oder deren relative Position und Orientierung im Raum zu erfassen, kann ebenfalls grundsätzlich auf optische Weise erfolgen. Insbesondere im Hinblick auf einen kostengünstigen, von den jeweiligen Umgebungsbedingungen möglichst unabhängigen und prozesssicheren Erfassungsvorgang ist es jedoch bevorzugt, wenn im Schritt iv) des Vermessens des Rohlings der mittels des Werkstück-Haltekopfs gehaltene Rohling taktil abgetastet wird, um die Frontseiten-Geometrie zu erfassen, und/oder nach dem Bearbeitungsschritt vii) das mittels des Werkstück-Haltekopfs gehaltene Werkstück taktil abgetastet wird, um Ort und Lage des Werkstücks am Werkstück-Haltekopf zu überprüfen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Werkstück-Haltekopf für optische Werkstücke, wie Brillenlinsen, die jeweils zwei Werkstückflächen und einen Werkstückrand dazwischen aufweisen, und der sich insbesondere für einen Einsatz in dem obigen Verfahren eignet, ein eine Mittelachse aufweisendes Gehäuse, in bzw. an dem eine Halteanordnung und eine Abstützanordnung für ein zu bearbeitendes Werkstück aufgenommen sind, wobei die Halteanordnung eine am Gehäuse montierte, gummielastische Dichtmanschette mit einer um die Mittelachse umlaufenden Dichtlippe zur Anlage an dem zu bearbeitenden Werkstück hat, die eine Öffnung des Gehäuses umgibt, an der ein Unterdruck anlegbar ist, um das zu bearbeitende Werkstück zu halten, während die Abstützanordnung eine Mehrzahl von bezüglich des Gehäuses längsverschiebbaren, an dem zu bearbeitenden Werkstück anlegbaren Stiften aufweist, welche mittels eines Klemmmechanismus wahlweise bezüglich des Gehäuses festlegbar sind; mit der Besonderheit, dass jedem der Stifte eine pneumatisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung zugeordnet ist, über die der jeweilige Stift je nach Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnung wahlweise entweder in einer Richtung aus dem Gehäuse hinaus in eine Abstützposition für das zu bearbeitende Werkstück oder umgekehrt in einer Richtung in das Gehäuse hinein in eine Parkposition bewegbar ist.
Somit können die Stifte der Abstützanordnung den jeweiligen Bearbeitungs- und/oder Handhabungserfordernissen entsprechend wahlweise bezüglich des Gehäuses des Werkstück-Haltekopfs vor- oder zurückgefahren werden, und zwar unabhängig von Ort und Lage des Werkstück-Haltekopfs im Raum. Folglich können die Stifte der Abstützanordnung entweder - aktiv ausgefahren und geklemmt - das am Werkstück-Haltekopf aufgenommene Werkstück gegen äußere Kräfte, wie sie zum Beispiel bei einer Bearbeitung des Werkstücks am Werkstück angreifen, geeignet abstützen oder - aktiv eingefahren und geklemmt - „den Weg sicher freimachen“, so dass z.B. unerwünschte Werkstückkollisionen mit den Stiften zuverlässig vermieden werden und/oder schnelle räumliche Werkstück-Haltekopf-Bewegungen auf kurzen Wegen möglich sind. Anders als im oben diskutierten Stand der Technik bedarf es zur Nutzung - oder Nicht-Nutzung - der Stifte vorteilhaft auch nicht des Schwerkrafteinflusses, was einen sehr flexiblen Einsatz des Werkstück-Haltekopfs mit beliebiger Orientierung im Raum ermöglicht.
Im Einsatzbeispiel der Brillenlinsenfertigung kann so eine Brillenlinse etwa an einer bearbeiteten oder fertigen Werkstückfläche mittels der Halteanordnung am Werkstück-Haltekopf aufgenommen und gehalten werden, ohne dass die in zurückgezogener Position geklemmten Stifte der Abstützanordnung mit dieser Werkstückfläche in Kontakt treten und diese ggf. beschädigen können. Andererseits kann ein zu bearbeitender Brillenlinsenrohling am Werkstück-Haltekopf aufgenommen und unter einer Abstützung durch die geklemmten Stifte der Abstützanordnung gehalten werden, so dass z.B. bei einer taktilen Vermessung oder einer Bearbeitung des Brillenlinsenrohlings äußere Kräfte am Brillenlinsenrohling angreifen können, ohne dass der Rohling dabei übermäßig verformt wird oder vom Werkstück-Haltekopf verloren geht.
Weitere Vorteile des Vorsehens einer pneumatisch beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Anordnung für jeden Stift bestehen darin, dass die einzelnen Stifte der Abstützanordnung unabhängig vom jeweiligen Stiftverfahrweg auf einfache Weise mit derselben Kraft - Stiftkraft gleich pneumatischer Druck mal wirksamer Kolbenfläche der zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung - beaufschlagt werden können, bevor die Stiftklemmung erfolgt. Damit ist auch bei stark gekrümmten, prismatisch verschobenen oder verkippten Flächengeometrien am Werkstück oder unstetigen Flächengeometrien am Werkstück - z.B. bei einem Werkstück mit einem oder mehreren Absätzen oder Stufen auf der aufzunehmenden Fläche, ähnlich sogenannten „Bifokalgläsern“ in der Brillenindustrie - eine über der Fläche gesehen kräftemäßig sehr homogene Aufnahme des Werkstücks am Werkstück-Haltekopf möglich, bevor die Stifte durch Klemmung „eingefroren“ werden, anders als dies etwa bei Stiften möglich wäre, die nur mittels einer Schraubendruckfeder elastisch vorgespannt sind und somit federwegabhängig verschiedene Vorspannkräfte erfahren können, mit der Gefahr, bei der Aufnahme des Werkstücks Spannungen im Werkstück zu induzieren. Für eine kräftemäßig homogene Aufnahme des Werkstücks am Werkstück-Haltekopf ist es im Übrigen auch förderlich, wenn die Stifte der Abstützanordnung vorzugsweise gleichmäßig winkelbeabstandet voneinander auf einem gemeinsamen Teilkreis um die Mittelachse des Gehäuses verteilt sind. Dies schafft vorteilhaft eine breite „Abstützbasis“ am Werkstück-Haltekopf und wirkt einem „Kippeln“, d.h. Ausweichbewegungen bei der Bearbeitung des aufgenommenen Werkstücks auf der Abstützanordnung entgegen.
Nicht zuletzt besteht ein wichtiger Vorteil der pneumatischen Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnungen für die Stifte der Abstützanordnung darin, dass über den pneumatischen Druck der jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung, was konstruktiv indes etwas aufwändiger wäre.
Ferner kann in einer bevorzugten Weiterbildung des Werkstück-Haltekopfs vorgesehen sein, dass der Kolben der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung auf wenigstens einer seiner Stirnseiten mit einem Pufferelement für eine Endlagendämpfung versehen ist. Dies ist insbesondere auf derjenigen Stirnseite des Kolbens zweckmäßig, mit welcher der Kolben bei einer Druckbeaufschlagung ansonsten ungedämpft am Gehäuse anschlagen würde, um schnelle Kolbenbewegungen mit geringer Geräuschentwicklung und ohne die Gefahr von Beschädigungen an Kolben und Gehäuse zu ermöglichen.
Grundsätzlich ist es denkbar, die Zylinderräume der Kolben-Zylinder-Anordnungen jeweils separat über zugeordnete Verbindungsbohrungen mit Druckluft bzw. Vakuum zu beaufschlagen. Hinsichtlich einer möglichst kleinen Baugröße und einem tunlichst geringen Gewicht des Werkstück-Haltekopfs ist es demgegenüber jedoch bevorzugt, wenn die Zylinderräume der Kolben-Zylinder-Anordnungen über einen gemeinsamen Ringraum im Gehäuse druck- oder unterdruck-beaufschlagbar sind.
Vorzugsweise ist jeder einseitig druck- oder unterdruck-beaufschlagbare Kolben der den Stiften zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnungen mit einem Nutring versehen, dessen statische Dichtlippe in einer Radialnut des Kolbens eingeknüpft ist, während dessen dynamische Dichtlippe dem jeweiligen Zylinderraum zugewandt an einer Kolbenlauffläche des Zylinderraums elastisch anliegt. Gegenüber der möglichen Alternative eines O-Rings zur Kolbenabdichtung hat das Vorsehen eines Nutrings, d.h. eines Lippendichtrings am Kolben zunächst den Vorteil einer geringeren Reibung an der zugeordneten Kolbenlauffläche des Zylinderraums. Überhaupt lassen sich die Geometrie und die Vorspannung der dynamischen Dichtlippe des Nutrings, mit der diese die Abstützkraft vor der Klemmung der Stifte auf einfache Weise und sehr flexibel eingestellt werden kann. Über den pneumatischen Druck kann schließlich auch vorteilhaft die Bewegungsgeschwindigkeit der Stifte in gewissen Grenzen beeinflusst werden. In Summe lässt sich der erfindungsgemäß ausgebildete Werkstück-Haltekopf insbesondere bei der Herstellung von Brillenlinsen sehr flexibel einsetzen.
In einer bevorzugten, konkreten Ausgestaltung des Werkstück-Haltekopfs kann vorgesehen sein, dass die Stifte der Abstützanordnung mit ihren vom Gehäuse abgewandten Enden in ihrer Abstützposition über die Öffnung des Gehäuses für einen Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück vorstehen und in ihrer Parkposition in der Öffnung des Gehäuses versenkt sind, um einen Werkstückkontakt zu vermeiden.
Grundsätzlich ist es möglich, die den Stiften zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnungen so auszugestalten, dass deren Kolben im jeweiligen Zylinderraum zweiseitig mit einem Druck bzw. einem Vakuum beaufschlagt werden kann. Demgegenüber ist es insbesondere im Hinblick auf eine möglichst kompakte und leichte Ausgestaltung des Werkstück-Haltekopfs jedoch bevorzugt, wenn die den Stiften zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnungen jeweils einen einseitig über einen Zylinderraum druck- oder unterdruck-beaufschlagbaren Kolben aufweisen.
Dabei kann die Ausgestaltung bevorzugt so gewählt sein, dass der Kolben der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung bei einer Druckbeaufschlagung den zugeordneten Stift in die Abstützposition bewegt und bei einer Unterdruckbeaufschlagung den zugeordneten Stift in die Parkposition bewegt. Eine invertierte Ausgestaltung ist prinzipiell aber auch möglich, mit Erreichen der Parkposition der Stifte durch Druckbeaufschlagung und Erreichen der Abstützposition der Stifte durch Unterdruckbeaufschlagung Dichtlippe an der Kolbenlauffläche des Zylinderraums anliegt, im Zusammenspiel mit der Materialpaarung im Anlagebereich sehr gut im Hinblick darauf vorwählen bzw. optimieren, dass einerseits bei einer Druckbeaufschlagung des Zylinderraums die dynamische Dichtlippe nicht zu stark mit der Kolbenlauffläche verpresst wird, mit der Folge hoher Reibkräfte im Anlagebereich, andererseits bei einer Beaufschlagung des Zylinderraums mit Unterdruck die dynamische Dichtlippe nicht übermäßig von der Kolbenlauffläche abhebt, mit der Folge einer nur „schleppenden“ Kolbenbewegung. Insofern stellt der Nutring bei nur einseitiger Beaufschlagung des Kolbens ein gutes „Vehikel“ dar, die Ein- und Ausfahrbewegungen des jeweiligen Stifts der Abstützanordnung des Werkstück-Haltekopfs hinsichtlich Leichtgängigkeit und Ansprechverhalten zu optimieren. Derartige Nutringe sind im Übrigen z.B. von der Firma Freudenberg, Weinheim, Deutschland im Handel gut verfügbar.
Was die Halteanordnung des Werkstück-Haltekopfs angeht, kann die gummielastische Dichtmanschette insbesondere nach Maßgabe der Geometrie des zu haltenden Werkstücks grundsätzlich eine beliebige Ringform (z.B. elliptisch oder mehreckig) aufweisen. Namentlich für runde Werkstückgeometrien ist es jedoch bevorzugt, wenn die gummielastische Dichtmanschette der Halteanordnung kreisringförmig ausgebildet ist.
Ferner kann die Dichtlippe der Halteanordnung bezüglich der Mittelachse des Gehäuses parallel oder nach radial außen/vorne schrägverlaufend ausgerichtet sein. Für das Halten auch kleinerer Werkstücke mit der Halteanordnung des Werkstück-Haltekopfs ist es indes bevorzugt, wenn die Dichtlippe der gummielastischen Dichtmanschette bezüglich der Mittelachse des Gehäuses nach radial innen schräggestellt ist.
Was weiterhin die räumliche Beziehung von Halteanordnung und Abstützanordnung angeht, ist es insbesondere zum abgestützten Halten von runden Werkstücken bevorzugt, wenn die Halteanordnung und die Abstützanordnung in einer bezüglich der Mittelachse konzentrischen Anordnung in bzw. an dem Gehäuse aufgenommen sind. Den jeweiligen Halte- und Abstützerfordernissen entsprechend - und auch in Abhängigkeit von der Größe der zu haltenden Werkstücke - können ferner die Stifte der Abstützanordnung innerhalb oder außerhalb der gummielastischen Dichtmanschette platziert sein. Im Hinblick auf möglichst hohe Haltekräfte ist es allerdings bevorzugt, wenn die Stifte der Abstützanordnung bezüglich der Mittelachse des Gehäuses radial innerhalb der gummielastischen Dichtmanschette angeordnet sind.
Bezüglich des Klemmmechanismus für die Abstützanordnung des Werkstück-Haltekopfs ist es des Weiteren zunächst einer tunlichst kurzen und leichten Ausgestaltung des Werkstück-Haltekopfs förderlich, wenn der Unterdruck für die Halteanordnung an die Öffnung des Gehäuses bevorzugt durch den Klemmmechanismus für die Stifte der Abstützanordnung hindurch anlegbar ist.
Der Klemmmechanismus selbst kann bevorzugt für jeden Stift der Abstützanordnung einen Klemmkeil aufweisen, der mittels eines gemeinsamen Betätigungskeils gegen den zugeordneten Stift zur Anlage bringbar ist, um den jeweiligen Stift bezüglich des Gehäuses zu klemmen. Derartige Keilgetriebe können vorteilhaft hohe Haltekräfte erzeugen und sind besonders verschleißarm. Andere Klemmmechanismen, wie sie im Werkzeugmaschinenbau bekannt sind, z.B. nach dem Hydrodehnprinzip, können hier allerdings ebenfalls zum Einsatz kommen, wenn auch insbesondere in Hinblick auf ein möglichst geringes Gewicht des Werkstück-Haltekopfs weniger bevorzugt.
Einer möglichst hohen Leichtgängigkeit des Klemmmechanismus ist es ferner förderlich, wenn die Klemmkeile bevorzugt am Gehäuse in Klemmrichtung geführt sind. So kann einem Verdrehen oder Verkanten der Klemmkeile im Gehäuse vorteilhaft entgegengewirkt werden.
Bevorzugt kann der Klemmmechanismus pneumatisch betätigbar sein, zumal schon die Stifte der Abstützanordnung auf diese Weise bewegt werden. Dies ist vorteilhaft auch dem Erhalt einer kompakten Bauform des Werkstück-Haltekopfs förderlich. Andere Betätigungsprinzipien (hydraulisch, elektrisch) sind indes ebenfalls denkbar.
So kann in einer bevorzugten Ausgestaltung des Werkstück-Haltekopfs dem Klemmmechanismus eine Kolben-Zylinder-Anordnung zugeordnet sein, deren Kolben mit dem Betätigungskeil in Wirkverbindung steht und auf gegenüberliegenden Seiten pneumatisch beaufschlagbar ist, um über den Betätigungskeil die Klemmkeile entweder gegen die Stifte der Abstützanordnung zu drücken oder zu entlasten. Wenngleich hier der Einsatz z.B. einer einseitig gegen Federkraft pneumatisch beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Anordnung ebenfalls möglichst ist, ist die vorerwähnte Ausgestaltung des Klemmmechanismus insbesondere im Hinblick auf eine hohe Betätigungssicherheit bevorzugt.
Was die Abstützanordnung des Werkstück-Haltekopfs angeht, kann es sich bei den längsverschiebbaren Stiften der Abstützanordnung bevorzugt um Zylinderstifte handeln. Ein runder Querschnitt der Stifte ist herstellungstechnisch besonders günstig, wenn auch andere Querschnittsformen für die Stifte möglich sind.
Zur Vermeidung unerwünschter Verformungen an den Stiften der Abstützanordnung ist es des Weiteren bevorzugt, wenn die Stifte der Abstützanordnung über die axiale Länge der Klemmkeile des Klemmmechanismus hinweg im Gehäuse axial geführt sind.
Wiederum in herstellungstechnischer Hinsicht sowie mit Blick auf ein möglichst geringes Gewicht und einen kleinen Bauraumbedarf ist ferner eine Ausgestaltung des Werkstück-Haltekopfs bevorzugt, bei der jeder Stift der Abstützanordnung einstückig mit einem Kolben der jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist. Eine mehrteilige Ausbildung von Stift und Kolben ist hier indes ebenfalls denkbar.
Im Hinblick auf eine möglichst große Abstützfläche am einzelnen Stift der Abstützanordnung sowie eine tunlichst geringe Gefahr einer Beschädigung des zu haltenden Werkstücks ist es außerdem bevorzugt, wenn die vom Gehäuse abgewandten Enden der Stifte im Wesentlichen linsenförmig ausgebildet sind. Dies schließt im Gegensatz zu einem kugelkalottenförmigen Stiftende ein planes Stiftende mit einer Verrundung am Stiftrand ein. Den jeweiligen Abstützerfordernissen und Bauraumrestriktionen entsprechend kann die Abstützanordnung im Übrigen zwischen 3 und 9 Stifte aufweisen, vorzugsweise besitzt die Abstützanordnung 6 Stifte.
Um den Werkstück-Haltekopf an den verschiedensten Kinematiken zur räumlichen Bewegung des Werkstück-Haltekopfs montieren zu können, kann das Gehäuse des Werkstück-Haltekopfs schließlich - als Schnittstelle - bevorzugt einen Befestigungsabschnitt zur auswechselbaren Befestigung an einem Roboterarm od.dgl. aufweisen.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Werkstück-Haltekopfs ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten, teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche oder entsprechende Teile oder Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer kombinierten CNC-Fräs-Drehmaschine zur Bearbeitung von insbesondere Brillenlinsen als optischen Werkstücken (auch „Generator“ genannt) von schräg oben / vorne rechts, an deren zentraler Werkstückspindel eine Aufnahme für die Werkstück-Bearbeitung montiert ist und der ein 6-Achs-Knickarmroboter zugeordnet ist, welcher endseitig mit einem Werkstück-Haltekopf nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung versehen ist, wobei zur Vereinfachung der Darstellung lediglich die Baugruppen in bzw. an der Maschine dargestellt sind, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich erscheinen;
2 eine perspektivische Ansicht der Maschine gemäß 1 von schräg oben / vorne links zur Veranschaulichung weiterer Details der Maschine, insbesondere einer Werkstück-Wendeeinrichtung vor der Werkstückspindel, die in 1 durch den 6-Achs-Knickarmroboter verdeckt ist;
3 eine perspektivische Ansicht des von der Maschine gemäß 1 getrennten bzw. abmontierten 6-Achs-Knickarmroboters mit Blick auf bzw. in den am Roboterende montierten Werkstück-Haltekopf nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, auch zur Veranschaulichung der Bewegungsfreiheitsgrade des 6-Achs-Knickarmroboters, die eine freie Positionierung und Orientierung des endseitig montierten Werkstück-Haltekopfs im Raum gestatten;
4 eine perspektivische Ansicht des vom 6-Achs-Knickarmroboter gemäß den 1 bis 3 getrennten bzw. abmontierten Werkstück-Haltekopfs nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der eine Vakuum-Halteanordnung sowie eine Abstützanordnung für die zu bearbeitenden optischen Werkstücke aufweist;
5 eine Draufsicht auf den in 4 dargestellten Werkstück-Haltekopf;
6 eine Schnittansicht des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4 entsprechend der Schnittverlaufslinie VI-VI in 5;
7 eine Schnittansicht des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4 entsprechend der Schnittverlaufslinie VII-VII in 5;
8 eine Schnittansicht des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4 entsprechend der Schnittverlaufslinie VIII-VIII in 5;
9 eine Schnittansicht des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4 entsprechend der Schnittverlaufslinie IX-IX in 5;
10 eine Seitenansicht des in 4 dargestellten Werkstück-Haltekopfs;
11 eine Schnittansicht des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4 entsprechend der Schnittverlaufslinie XI-XI in 10;
12 eine perspektivische Ansicht von einzelnen Teilen des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4 zur Veranschaulichung von Details eines Klemmmechanismus zur Klemmung von längsverschiebbaren Stiften der Abstützanordnung, die bei diesem Ausführungsbeispiel radial innerhalb einer gummielastischen Dichtmanschette der Vakuum-Halteanordnung mit umlaufender Dichtlippe am Werkstück anlegbar sind;
13 eine Schnittansicht des Werkstück-Haltekopfs gemäß 4, die hinsichtlich des Schnittverlaufs der 9 entspricht, sich von der 9 allerdings darin unterscheidet, dass gezeigt ist, wie ein Brillenlinsenrohling mittels der gummielastischen Dichtmanschette der Halteanordnung durch Vakuum an dem Werkstück-Haltekopf gehalten ist und dabei eine axiale Abstützung durch die gegenüber der Darstellung in 9 nach rechts längsverschobenen Stifte der Abstützanordnung erfährt;
14 ein Ablaufdiagramm von Schritten zur automatisierten Werkstück-Handhabung in einem ohne den Einsatz von Blockstücken ablaufenden Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen nach einem erfindungsgemäßen Verfahrensbeispiel, in dem der in den 1 und 2 gezeigte Generator mit dem 6-Achs-Knickarmroboter und dem Werkstück-Haltekopf gemäß den 3 bis 13 zum Einsatz kommen kann, wobei mit einer gestrichelten Linie diejenigen Handhabungsschritte umrahmt sind, in denen ein und dasselbe Werkstück am Werkstück-Haltekopf verbleibt, mit demgemäß klarer und eindeutiger Definition von Ort und Lage des Werkstücks im Raum; und
15 bis 48 perspektivische Ansichten und eine Schnittansicht (36) - jeweils mit Blick auf das Werkstück - zur Illustration der automatisierten Werkstück-Handhabung gemäß den einzelnen Handhabungsschritten nach 14 anhand eines Generators ähnlich den 1 und 2, wobei ein Werkstück-Haltekopf nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Einsatz kommt, der gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eine radial invertierte Anordnung der Stifte zur Werkstückabstützung und der Dichtmanschette zum Halten des Werkstücks aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den 1 bis 3 ist beispielhaft für ein technisches Umfeld, in dem ein nachfolgend anhand der 4 bis 13 mit einem ersten Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf die 29 bis 48 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel ausführlich beschriebener Werkstück-Haltekopf 10 zum Einsatz kommen kann, eine kombinierte CNC-Fräs-Drehmaschine zur Bearbeitung von insbesondere Brillenlinsen (kurz: Generator 11) mit einem 6-Achs-Knickarmroboter 12 dargestellt. Solche Generatoren 11 sind von der Satisloh AG, Baar, Schweiz unter der Handelsbezeichnung „VFT-orbit“ erhältlich und Gegenstand der Druckschrift EP 2 011 603 Al, auf die an dieser Stelle bezüglich Aufbau und Funktion des Generators 11 zunächst ausdrücklich verwiesen sei. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel (1 und 2) - wie auch später bei näherer Schilderung des Verfahrensablaufs (ab 37) - wird das Werkstück bei seiner Bearbeitung in dem Generator 11 an einer Werkstück-Aufnahme 13 flächig abgestützt gehalten, die Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 005 202.1 derselben Anmelderin ist, auf die hinsichtlich Aufbau und Funktion der Werkstück-Aufnahme 13 hier ebenfalls ausdrücklich verwiesen sei.
Eine Brillenlinse 14 als Beispiel für ein zu bearbeitendes optisches Werkstück ist in 13 gezeigt. Die Brillenlinse 14 hat zwei - jedenfalls am Ende der Bearbeitung optisch wirksame - Werkstückflächen, die nachfolgend entsprechend ihrer Einbaulage in einem Brillengestell Frontseite 15 (vom Auge abgewandt) und Rückseite 16 (dem Auge zugewandt) genannt werden, und einen Werkstückrand 17 dazwischen. Es handelt sich in den verschiedenen Bearbeitungszuständen, d.h. ausgehend vom Brillenlinsenrohling über das teilbearbeitete Brillenlinsenhalbzeug bis hin zur fertigbearbeiteten Brillenlinse - hier unabhängig vom jeweiligen Bearbeitungszustand durchgehend mit dem Bezugszeichen 14 beziffert - stets um ein flächiges Werkstück. Als solches muss die Brillenlinse 14 bei der Bearbeitung und Handhabung, insbesondere soweit dabei äußere Kräfte auf die Brillenlinse 14 wirken, zuverlässig gehalten und zugleich gegen unerwünschte Verformungen abgestützt werden, wozu der hier beschriebene Werkstück-Haltekopf 10 einen Beitrag leistet, ohne die Brillenlinse 14 am Werkstückrand 17 zu halten.
Kurzgefasst besitzt der Generator 11 gemäß den 1 und 2 eine Werkstückspindel 18, mittels der die an der Werkstück-Aufnahme 13 abgestützt gehaltene Brillenlinse 14 um eine Werkstück-Drehachse B drehend angetrieben werden kann. Ferner hat der Generator 11 im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Bearbeitungseinheiten für die spanende Bearbeitung der an der Werkstückspindel 18 über die Werkstück-Aufnahme 13 gehaltenen Brillenlinse 14, nämlich zwei Dreh-Bearbeitungseinheiten 19, 20 mit jeweils einem Fast-Tool-Servo 21, 22, der dazu dient, eine Linearbewegung in Richtung F1 bzw. F2 für einen jeweils zugeordneten Drehmeißel 23, 24 als Drehwerkzeug zu erzeugen, sowie eine Fräs-Bearbeitungseinheit 25 mit einer Werkzeugspindel 26 zur Erzeugung einer Drehbewegung um eine Werkzeug-Drehachse C für ein Fräswerkzeug 27. Darüber hinaus weist der Generator 12 einen allgemein mit 28 bezifferten Verstellmechanismus zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Werkstückspindel 18 und dem jeweiligen Werkzeug 23, 24, 27 auf, um (wenigstens) wahlweise ein Laden/Entladen oder ein spanendes Bearbeiten der Brillenlinse 14 zu ermöglichen. Hierbei umfasst der Verstellmechanismus 28 eine Linearantriebseinheit sowie eine Schwenkantriebseinheit (beide in den Figuren nicht zu sehen), die aufeinander angeordnet sind, wobei die Werkstückspindel 18 mittels der Schwenkantriebseinheit um eine Schwenkachse A schwenkbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Werkstück-Drehachse B steht, während die Werkstückspindel 18 mittels der Linearantriebseinheit entlang einer Linearachse Y bewegbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Schwenkachse A und im Wesentlichen parallel zur Werkstück-Drehachse B verläuft.
Der Verstellmechanismus 28 ist im Zentrum einer ringtrogartigen Ausnehmung 29 angeordnet, die ausgehend von einer Oberseite 30 mittig in einem Maschinengestell 31 ausgebildet ist und einen Arbeitsraum 32 des Generators 11 begrenzt. Um die Ausnehmung 29 herum sind, wie insbesondere die 2 zeigt, ausgehend von der Oberseite 30 mehrere Flanschflächen in das Maschinengestell 31 eingelassen, welche der Montage der Bearbeitungseinheiten 19, 20, 25 in einer sternartigen Anordnung um den Arbeitsraum 32 herum und weiterer Einheiten bzw. Stationen dienen, die nachfolgend noch beschrieben werden. Unmittelbar an der Ausnehmung 29 im Maschinengestell 31 befindet sich gemäß den 1 und 2 zunächst noch eine Messstation 33 zum Vermessen der Brillenlinsen 14, insbesondere für eine Kalibrierung des Generators 11.
Ferner ist in den 1 und 2 rechts neben der Fräs-Bearbeitungseinheit 25 eine weitere kleine Frässpindel 34 - mit geeigneter Kapselung und Spanabsaugung (nicht gezeigt) ausgerüstet - vorgesehen. Mittels der Frässpindel 34 kann ein Fingerfräser 35 um eine weitere Werkzeug-Drehachse D in der Drehzahl gesteuert drehend angetrieben werden - siehe hierzu ebenfalls die 35 und 36, dort allerdings in einer Variante mit einer insbesondere zur Verbesserung der Spanabfuhr im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung der Werkzeug-Drehachse D. Diese Bearbeitungseinheit (Frässpindel 34) dient dazu, am Brillenlinsenrohling 14 mittels des Fingerfräsers 35 eine umlaufende Nut 36 (vgl. 36), Stufe oder einen umlaufenden Einstich in der Frontseite 15 auszubilden, bevor die Bearbeitung der Rückseite 16 des dann an der Werkstück-Aufnahme 13 gehaltenen Werkstücks 14 beginnt. Dieses Vorgehen zum Vor- bzw. Fertigranden bei der Bearbeitung von Brillenlinsen 14 ist in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 derselben Anmelderin ausführlich beschrieben, auf die an dieser Stelle bezüglich der Verfahrensdetails ausdrücklich verwiesen sei.
Die 1 und 2 zeigen schließlich als weitere Bestandteile der Fertigungsanordnung ebenfalls die folgenden Baugruppen:

(a) eine seitlich am Maschinengestell 31 montierte Transporteinrichtung mit einem Förderband 37 für den Transport von Rezept- oder Arbeitskästen 38, in denen die zu bearbeitenden/bearbeiteten Brillenlinsen 14 transportiert werden;
(b) den 6-Achs-Knickarmroboter 12 (siehe auch 3), der an der Oberseite 30 des Maschinengestells 31 angeflanscht ist und an seinem freien Ende den Werkstück-Haltekopf 10 für verschiedene, nachfolgend noch beschriebene Aufgaben trägt;
(c) eine am Maschinengestell 31 des Generators 11 verschwenkbar gehaltene Werkstück-Wendeeinrichtung 39, die funktional zwischen der an der Werkstückspindel 18 des Generators 11 gehaltenen Werkstück-Aufnahme 13 und dem Werkstück-Haltekopf 10 des 6-Achs-Knickarmroboters 12 angeordnet ist;
(d) eine Imagingstation 40 (vgl. auch die 15 bis 32) zum Festlegen und Bestimmen von Ort und Lage des Brillenlinsenrohlings 14 im Raum; und
(e) eine Messstation 41 - siehe insbesondere auch die 33 bis 35, dort allerdings wiederum in einer anderen, nämlich im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung der Station - zur Vermessung des am Werkstück-Haltekopf 10 gehaltenen Brillenlinsenrohlings 14 an der Frontseite 15, um die Frontseiten-Geometrie des Brillenlinsenrohlings 14 zu erfassen.

Der 6-Achs-Knickarmroboter 12 ist in der Lage, zu bearbeitende/ bearbeitete Brillenlinsen 14 mit seinem Werkstück-Haltekopf 10 zwischen dem Arbeitskasten 38 auf dem Förderband 37, der Imagingstation 40, der Messstation 41, der Frässpindel 34, der Werkstück-Wendeeinrichtung 39 und der Werkstück-Aufnahme 13 an der Werkstückspindel 18 des Generators 11 zu transportieren und an der jeweiligen Stelle den dort jeweils gegebenen Bearbeitungs- und/oder Handhabungserfordernissen entsprechend definiert räumlich zu positionieren, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. Wie im Ausführungsbeispiel gemäß 3 prinzipiell gezeigt ist, besitzt der 6-Achs-Knickarmroboter 12 hierfür in an sich bekannter Weise ausgehend von einer am Maschinengestell 31 des Generators 11 montierbaren Roboterbasis 42 fünf funktional in einer Reihe hintereinander angeordnete Roboterarme 43, 44, 45, 46, 47, die relativ zueinander verschwenk- bzw. verdrehbar, wie dies in 3 mit Drehpfeilen und gestrichelt eingezeichneten Achsen ebenfalls angedeutet ist, miteinander verbunden sind. Der Werkstück-Haltekopf 10 ist hierbei am letzten, d.h. endseitigen Roboterarm 47 drehbar montiert.
Was die weitere Kinematik des vorbeschriebenen Generators 11 angeht, ist noch festzuhalten, dass die Werkstückspindel 18 mittels des aus Linearantriebseinheit und Schwenkantriebseinheit bestehenden Verstellmechanismus 28 CNC-lagegeregelt (A-Achse, Y-Achse) in einer bezüglich der Schwenkachse A senkrecht verlaufenden Ebene bewegbar ist, während die an der Werkstück-Aufnahme 13 gehaltene Brillenlinse 14 im Drehwinkel CNC-lagegeregelt (B-Achse) um die Werkstück-Drehachse B drehbar ist. Somit kann die Brillenlinse 14 von einer Bearbeitungseinheit oder Station zur nächsten Bearbeitungseinheit oder Station bewegt werden (A-Achse), bezüglich einer Bearbeitungseinheit oder Station quer zu dieser (A-Achse, ggf. mit Y-Achse kombiniert, insbesondere für Vorschubbewegungen) und/oder bezüglich einer Bearbeitungseinheit oder Station in Richtung auf diese zu bzw. von dieser weg (Y-Achse, insbesondere für Zustellbewegungen). Werkzeugseitig kann dabei das Fräswerkzeug 27 mittels der Werkzeugspindel 26 der Fräs-Bearbeitungseinheit 25 um die Werkzeug-Drehachse C in der Drehzahl gesteuert drehend angetrieben werden bzw. der jeweilige Drehmeißel 23, 24 mittels des zugeordneten Fast-Tool-Servos 21, 22 entlang der jeweiligen Linearachse F1, F2 CNC-lagegeregelt und nach Maßgabe der an der Brillenlinse 14 zu erzeugenden Flächenform reziprozierend zugestellt werden, um Späne abzuheben.
Weitere Details des Werkstück-Haltekopfs 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind den 4 bis 13 zu entnehmen. Allgemein umfasst der Werkstück-Haltekopf 10 für die Funktionen „Halten“ und „Abstützen“ einer zu bearbeitenden Brillenlinse 14 eine Halteanordnung 48 sowie eine Abstützanordnung 49, die in bzw. an einem Gehäuse 50 mit einer Mittelachse 51 aufgenommen sind und beide später noch im Detail beschrieben werden. Die Halteanordnung 48 hat allgemein eine am Gehäuse 50 montierte, gummielastische Dichtmanschette 52, die eine um die Mittelachse 51 umlaufende Dichtlippe 53 zur Anlage an dem zu bearbeitenden Werkstück 14 aufweist. Die Dichtlippe 53 umgibt eine Öffnung 54 des Gehäuses 50, an der auf noch zu beschreibende Weise ein Unterdruck angelegt werden kann, um das zu bearbeitende Werkstück 14 zu halten. Die Abstützanordnung 49 hingegen weist allgemein eine Mehrzahl von bezüglich des Gehäuses 50 längsverschiebbaren, an dem zu bearbeitenden Werkstück 14 anlegbaren Stiften 55 auf, welche mittels eines Klemmmechanismus 56 wahlweise bezüglich des Gehäuses 50 festlegbar sind.
Wie nachfolgend ebenfalls noch im Detail erläutert werden wird, besteht eine Besonderheit des Werkstück-Haltekopfs 10 darin, dass jedem der Stifte 55 der Abstützanordnung 49 eine pneumatisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung 57 zugeordnet ist, über die der jeweilige Stift 55 je nach Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnung 57 wahlweise entweder in einer Richtung aus dem Gehäuse 50 hinaus in eine Abstützposition (in 13 gezeigt) für das zu bearbeitende Werkstück 14 oder umgekehrt in einer Richtung in das Gehäuse 50 hinein in eine Parkposition (insbesondere in den 4 und 6 bis 9 dargestellt) bewegbar ist. Aus den genannten Figuren ist ersichtlich, dass die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 mit ihren vom Gehäuse 50 abgewandten Enden in ihrer Abstützposition (13) über die Öffnung 54 des Gehäuses 50 für einen Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück 14 vorstehen, während sie in ihrer Parkposition (siehe etwa die 9) in der Öffnung 54 des Gehäuses 50 versenkt sind, um einen Werkstückkontakt zu vermeiden.
Wie insbesondere die Schnittansichten gemäß den 6 bis 9 und 13 zeigen, ist das Gehäuse 50 des Werkstück-Haltekopfs 10 mehrteilig aus mehreren metallischen Gehäuseteilen 58 bis 62 ausgebildet. Die einzelnen Gehäuseteile 58 bis 62 sind unter Zuhilfenahme von allgemein mit 63 bezifferten Gehäuseschrauben miteinander verschraubt, wie dies am besten in den 7, 9 und 13 zu erkennen ist. Dabei sind die Gehäuseteile 58 bis 62 aneinander bezüglich der Mittelachse 51 des Gehäuses 50 zentriert sowie mittels in diesen Figuren voll schwarz gezeichneten O-Ringen 64 geeignet gegeneinander und gegenüber der Umgebung abgedichtet, wie z.B. in 6 zu sehen ist. Bei den Gehäuseteilen des Werkstück-Haltekopfs 10 handelt es sich im Einzelnen - von links nach rechts in den 6 bis 10 und 13 gesehen - um eine Adapterplatte 58, einen Zylinderdeckel 59, ein Zylindergehäuse 60, eine Basis 61 und eine Grundplatte 62, die nachfolgend insbesondere funktional näher beschrieben werden sollen.
An einem Ende des Werkstück-Haltekopfs 10 bildet zunächst die Adapterplatte 58 einen Befestigungsabschnitt des Gehäuses 50 aus, über den der Werkstück-Haltekopf 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Roboterarm 47 des 6-Achs-Knickarmroboters 12 auswechselbar befestigt ist, so dass der Werkstück-Haltekopf 10 mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 im Raum bewegt werden kann. Hierbei zentriert ein Zentrierabsatz 65 der Adapterplatte 58 das Gehäuse 50 am Roboterarm 47 des 6-Achs-Knickarmroboters 12. Eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben 66 (vgl. 8) dient der lösbaren Befestigung der Adapterplatte 58 am Roboterarm 47, während ein Passstift 67 (siehe 9) dabei für eine korrekte Winkelausrichtung des Gehäuses 50 um die Mittelachse 51 sorgt.
An dem anderen Ende des Werkstück-Haltekopfs 10 schließt das Gehäuse 50 mit der Grundplatte 62 ab, welche die vakuumbeaufschlagbare Öffnung 54 des Gehäuses 50 begrenzt. Am Außenumfang ist die Grundplatte 62 mit einer Radialnut 68 versehen, in der die kreisringförmig ausgebildete, gummielastische Dichtmanschette 52 der Halteanordnung 48 mit einem Befestigungsabschnitt 69 eingeknüpft ist. Wie insbesondere den Schnittansichten gemäß den 6 bis 9 und 13 zu entnehmen ist, ist dabei die Dichtlippe 53 der gummielastischen Dichtmanschette 52 bezüglich der Mittelachse 51 des Gehäuses 50 nach radial innen schräggestellt.
Der Perspektive gemäß 4 sowie der Draufsicht auf die Grundplatte 62 nach 5 ist besonders gut zu entnehmen, dass die Halteanordnung 48 und die Abstützanordnung 49 des Werkstück-Haltekopfs 10 in einer bezüglich der Mittelachse 51 konzentrischen Anordnung in bzw. an dem Gehäuse 50 aufgenommen sind. Dabei sind im hier gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Werkstück-Haltekopfs 10 die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 bezüglich der Mittelachse 51 des Gehäuses 50 radial innerhalb der gummielastischen Dichtmanschette 52 angeordnet. Diese Figuren zeigen auch, dass die im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Stifte 55 der Abstützanordnung 49 gleichmäßig winkelbeabstandet voneinander auf einem gemeinsamen Teilkreis um die Mittelachse 51 des Gehäuses 50 verteilt sind. Außerdem ist hier gut zu erkennen, dass es sich bei den längsverschiebbaren Stiften 55 der Abstützanordnung 49 um Zylinderstifte handelt (vgl. 5), die gemäß insbesondere 4 an ihren vom Gehäuse 50 abgewandten Enden im Wesentlichen linsenförmig ausgebildet sind, mit einem zentralen flachen Bereich und einer Verrundung am Rand.
Zentraler Kern des Gehäuses 50 ist die Basis 61, die in sehr kompakter Ausgestaltung wesentliche Bestandteile der Abstützanordnung 49 und des Klemmmechanismus 56 hierfür aufnimmt. Zunächst ist in diesem Zusammenhang zu sagen, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel jeder Stift 55 der Abstützanordnung 49 einstückig mit einem Kolben 70 der jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung 57 ausgebildet ist, wie die 9, 12 und 13 zeigen. Die Basis 61 bildet hierbei entsprechend der Stiftanzahl Zylinderräume 71 zur Aufnahme der Kolben 70. Auf der in den 9 und 13 rechten Seite der Zylinderräume 71 erstrecken sich die Stifte 55 durch Bohrungen 72 in der Basis 61 und der Grundplatte 62 hindurch, um mit ihren im Wesentlichen linsenförmigen Enden in der Öffnung 54 der Grundplatte 62 zu enden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kolben 70 der Kolben-Zylinder-Anordnungen 57 für die Stifte 55 nicht beidseitig druck- oder unterdruck-beaufschlagbar - was ebenfalls möglich wäre - sondern über den zugeordneten Zylinderraum 71 jeweils einseitig druck- bzw. unterdruck-beaufschlagbar. Hierfür kommunizieren die Zylinderräume 71 der Kolben-Zylinder-Anordnungen 57 auf der in den 6 bis 9 und 13 linken Seite der Basis 61 mit einem gemeinsamen Ringraum 73 im Gehäuse 50, der zwischen der Basis 61 und dem Zylindergehäuse 60 ausgebildet ist. Dieser Ringraum 73 wiederum ist über in 7 gezeigte Verbindungsbohrungen 74 in der Basis 61 mit einem außen an der Basis 61 angebrachten Pneumatikanschluss 75 zur Betätigung der Abstützanordnung 49 pneumatisch verbunden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass der Kolben 70 der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung 57 bei einer Druckbeaufschlagung der Zylinderräume 71, die hier über den Pneumatikanschluss 75, die Verbindungsbohrungen 74 in der Basis 61 und den gemeinsamen Ringraum 73 erfolgt (vgl. 7), den zugeordneten Stift 55 in die Abstützposition (siehe 13) bewegt bzw. schiebt und bei einer Unterdruckbeaufschlagung, die hier denselben Weg geht, den zugeordneten Stift 55 in die Parkposition (vgl. 9) bewegt bzw. zieht.
Hierfür ist jeder einseitig druck- oder unterdruck-beaufschlagbare Kolben 70 der den Stiften 55 zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnungen 57 mit einem Nutring 76 versehen, wie in den 9, 12 und 13 gezeigt ist. Die statische Dichtlippe des jeweiligen Nutrings 76 ist in einer Radialnut des Kolbens 70 eingeknüpft (siehe die 9 und 13), während dessen dynamische Dichtlippe 77 dem jeweiligen pneumatisch beaufschlagten Zylinderraum 71 zugewandt an einer Kolbenlauffläche des Zylinderraums 71 elastisch anliegt. In den 9, 12 und 13 ist schließlich auch zu sehen, dass der Kolben 70 der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung 57 auf seiner dem freien Ende des angebrachten Stifts 55 zugewandten Stirnseite mit einem Pufferelement 78 für eine Endlagendämpfung versehen ist, welches verhindert, dass der Kolben 70 bei einer Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 71 ungedämpft am Bohrungsboden in der Basis 61 anschlägt.
Was weitere Einzelheiten des Klemmmechanismus 56 für die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 angeht, ist zunächst zu sagen, dass der Klemmmechanismus 56 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Keilprinzip arbeitet. Genauer gesagt weist der Klemmmechanismus 56 für jeden Stift 55 der Abstützanordnung 49 einen Klemmkeil 79 auf, wie am besten im Querschnitt gemäß 11 zu sehen ist. Der jeweilige Klemmkeil 79 ist mittels eines für alle Klemmkeile 79 gemeinsamen, im Querschnitt betrachtet sechseckigen Betätigungskeils 80 gegen den zugeordneten Stift 55 zur Anlage bringbar ist, um den jeweiligen Stift 55 bezüglich des Gehäuses 50 zu klemmen. Hierbei stützt sich der vom zugeordneten Klemmkeil 79 belastete Stift 55 am Umfang der Bohrungen 72 in der Basis 61 und der Grundplatte 62 ab, die für einen Eingriff des jeweiligen Klemmkeils 79 mit dem zugeordneten Stift 55 radial in Richtung des Betätigungskeils 80 freigebohrt sind, wie die 11 zeigt.
In diesem Zusammenhang illustriert die Perspektive gemäß 12, die zur besseren Veranschaulichung des Klemmmechanismus 56 nur zwei Stift-/Keilpaarungen 55/79 an der Grundplatte 62 des Gehäuses 50 zeigt, dass die Klemmkeile 79 am Gehäuse 50 in Klemmrichtung geführt sind. Genauer gesagt sind hierfür in der Grundplatte 62 bezüglich der Mittelachse 51 des Gehäuses 50 radial verlaufende Führungsnuten 81 zur gleitfähigen Aufnahme von komplementär geformten Führungsvorsprüngen 82 an den Klemmkeilen 79 ausgebildet. In axialer Richtung, entlang der Mittelachse 51 gesehen, sind die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 über die axiale Länge der Klemmkeile 79 des Klemmmechanismus 56 hinweg im Gehäuse 50 axial geführt, nämlich in den seitlich, d.h. nach radial innen offenen Bohrungen 72 der Basis 61 und der Grundplatte 62.
Der Klemmmechanismus 56 kann ferner ebenfalls pneumatisch betätigt werden. Dazu ist dem Klemmmechanismus 56 eine Kolben-Zylinder-Anordnung 83 zugeordnet, deren Kolben 84 mit dem Betätigungskeil 80 in Wirkverbindung steht. Der Kolben 84 des Klemmmechanismus 56 ist auf gegenüberliegenden Seiten pneumatisch beaufschlagbar, um über den Betätigungskeil 80 die Klemmkeile 79 des Klemmmechanismus 56 entweder gegen die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 zu drücken oder zu entlasten. Hierfür ist der Kolben 84 gemäß den 6 bis 9 und 13 mit einem Kolbenschaft 85 in einer Zentralbohrung 86 der Basis 61 abgedichtet geführt, während ein mit dem Kolbenschaft 85 einstückig verbundener Kolbenkopf 87 des Kolbens 84 am Außenumfang geeignet abgedichtet in einem Zylinderraum 88 läuft, der im Zylindergehäuse 60 ausgebildet und auf der vom Klemmmechanismus 56 abgewandten Seite durch den Zylinderdeckel 59 begrenzt ist. Für eine zug- und druckfeste Verbindung zwischen dem Betätigungskeil 80 und dem Kolben 84 des Klemmmechanismus 56 sorgt eine mechanische Verbindungsanordnung 89, die gemäß den 6 bis 9 und 13 eine Gewindestange umfasst, welche in zentralen Gewindebohrungen im Betätigungskeil 80 und im Kolben 84 eingeschraubt und dort mit je einer Kontermutter längeneinstellbar gesichert ist.
Zur pneumatischen Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnung 83 des Klemmmechanismus 56 sind zwei Pneumatikanschlüsse 90, 91 am Gehäuse 50 vorgesehen. Der erste Pneumatikanschluss 90 ist gemäß 6 am Zylinderdeckel 59 montiert und steht über eine Verbindungsbohrung 92 (vgl. 6) im Zylinderdeckel 59 mit dem Zylinderraum 88 im Zylindergehäuse 60 in pneumatischer Verbindung. Es ist ersichtlich, dass der Klemmmechanismus 56 so durch Druckluft-Beaufschlagung des Pneumatikanschlusses 90 zur Klemmung der Stifte 55 betätigt werden kann, wobei sich der vom druckbeaufschlagten Kolben 84 über die Verbindungsanordnung 89 geschobene Betätigungskeil 80 in den 6 bis 9 und 13 nach rechts bewegt und aufgrund der Keilwirkung die Klemmkeile 79 nach radial außen schiebt.
Der zweite Pneumatikanschluss 91 ist gemäß 8 am Zylindergehäuse 60 angebracht und steht über eine Verbindungsbohrung 93 (vgl. 8) im Zylindergehäuse 60 mit dessen Zylinderraum 88 in pneumatischer Verbindung. Es ist wiederum ersichtlich, dass der Klemmmechanismus 56 so durch Druckluft-Beaufschlagung des Pneumatikanschlusses 91 zum Freigeben der Stifte 55 gelöst werden kann, wobei sich der vom druckbeaufschlagten Kolben 84 über die Verbindungsanordnung 89 gezogene Betätigungskeil 80 in den 6 bis 9 und 13 nach links bewegt und die Klemmkeile 79 in radialer Richtung freigibt.
In den 4 bis 8 ist noch ein weiterer Pneumatikanschluss 94 am Gehäuse 50 zu erkennen, der an der Basis 61 montiert ist und über eine Verbindungsbohrung 95 (vgl. insbesondere 6) in der Basis 61 mit dem Inneren der Basis 61 kommuniziert. An diesem Pneumatikanschluss 94 lässt sich das Vakuum für die Halteanordnung 48 anlegen. Hierbei gelangt der Unterdruck in der Basis 61 durch den Klemmmechanismus 56 für die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 hindurch an die Öffnung 54 des Gehäuses 50, und zwar über sechs axiale Bohrungen 96 in der Grundplatte 62, die in den 4, 5, 7 und 12 zu sehen sind.
Für den Fachmann ist insoweit ersichtlich, wie eine zu bearbeitende Brillenlinse 14 mit dem vorbeschriebenen Werkstück-Haltekopf 10 unter Zuhilfenahme der Halteanordnung 48 durch Vakuum gehalten werden und dabei vermittels der Abstützanordnung 49 wahlweise eine Abstützung erfahren kann, die hierbei durch den Klemmmechanismus 56 wahlweise festgesetzt werden kann, wie insgesamt in 13 gezeigt.
Nachfolgend soll anhand der 14 bis 48 noch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen 14 beschrieben werden, bei dem ausgehend von einem Rohling ein Halbzeug mit vorbestimmten Flächengeometrien an einer Frontseite 15 und einer davon abgewandten Rückseite 16 und mit einem Rand 17 zwischen der Frontseite 15 und der Rückseite 16 ausgebildet wird. Dabei kommt ein Werkstück-Haltekopf 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zum Einsatz, der die oben vorbeschriebenen Funktionalitäten - (1.) Halteanordnung 48 mit Dichtlippe 53 und Vakuum, (2.) Abstützanordnung 49 mit wahlweise aus- bzw. einfahrbaren Stiften 55, die in ihrer jeweiligen Lage mittels (3.) eines Klemmmechanismus festgesetzt werden können - aufweist, dies allerdings in anderer räumlicher Anordnung, nämlich mit vertauschter radialer Lage von Halteanordnung 48 (jetzt radial innen) und Abstützanordnung 49 (jetzt radial außen). Die Beschreibung weiterer konstruktiver Details des Werkstück-Haltekopfs 10 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel soll an dieser Stelle indes unterbleiben, weil dies für das Verständnis des Verfahrensablaufs nicht erforderlich erscheint.
Auch das Maschinenumfeld ist gegenüber der Darstellung in den 1 und 2 leicht modifiziert - u.a. sind die Messstation 41 und die Frässpindel 34 in vertikaler Anordnung übereinander platziert, insbesondere um dazwischen besonders kurze Verfahrwege für den Werkstück-Haltekopf 10 zu realisieren - was allerdings erneut für das Verständnis des Verfahrensablaufs nicht relevant ist und daher nicht näher erläutert werden soll.
Allgemein umfasst das Verfahren die folgenden, in der angegebenen Reihenfolge ablaufenden Hauptschritte:

i) Bereitstellen des Rohlings, der an der Frontseite 15 bereits die vorbestimmte Flächengeometrie aufweisen kann und wenigstens an der Rückseite 16 zu bearbeiten ist - zum Beispiel aus einem der Arbeitskästen 38 auf dem Förderband 37;
ii) Festlegen und Bestimmen von Ort und Lage des Rohlings im Raum - im Ausführungsbeispiel in der Imagingstation 40;
iii) blockloses Aufnehmen des Rohlings an der Rückseite 16 unter Berücksichtigung der im Schritt ii) bestimmten Ort- und Lageinformationen mittels des definiert räumlich positionierbar angeordneten Werkstück-Haltekopfs 10 zum abgestützten Halten des Werkstücks 14 - was z.B. unter Zuhilfenahme des 6-Achs-Knickarmroboters 12 gemäß 3 oder einer anderen Handhabungskinematik mit entsprechenden Bewegungsfreiheitsgraden, wie in 3 rechts gezeigt, erfolgen kann;
iv) Vermessen des mittels des Werkstück-Haltekopfs 10 gehaltenen Rohlings an der Frontseite 15 zur Erfassung der Frontseiten-Geometrie - im Ausführungsbeispiel in der Messstation 41;
v) direktes Übergeben des Werkstücks 14 von dem Werkstück-Haltekopf 10 an die - beispielweise im Generator 11 gemäß den 1 und 2 - definiert lage- und winkelpositionierbar angeordnete Werkstück-Aufnahme 13 zum blocklosen Aufnehmen des Werkstücks 14 an der Frontseite 15 unter Berücksichtigung der im Schritt iv) erfassten Frontseiten-Geometrieinformationen und zum abgestützten Halten des Werkstücks 14; und
vi) Bearbeiten des Werkstücks 14 an der Rückseite 16 mittels wenigstens eines Werkzeugs - etwa dem Fräswerkzeug 27 und/oder den Drehmeißeln 23, 24 des Generators 11 gemäß den 1 und 2 - zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite 16;

In dem Ablauf gemäß den 14 bis 48 ist als weitere Besonderheit ein optionaler Schritt eingefügt - in 14 der mit „Roboter: Rohling Randvorbearbeitung (Cribbing)“ bezeichnete Punkt: Es erfolgt nämlich zeitlich zwischen dem Schritt iv) des Vermessens des Rohlings 14 und dem Schritt v) des direkten Übergebens des Werkstücks 14 vom Werkstück-Haltekopf 10 an die Werkstück-Aufnahme 13 ein Bearbeitungsschritt vii), bei dem der am Werkstück-Haltekopf 10 gehaltene Rohling 14 so bearbeitet wird, dass am Werkstück 14 eine Umfangsfläche verbleibt, die einen konturierten Rand 17' des auszubildenden Halbzeugs definiert. In diesem in den 35 und 36 veranschaulichten Bearbeitungsschritt vii) wird der Rohling 14 an der Frontseite 15 mittels eines Werkzeugs - beispielsweise dem Fingerfräser 35 gemäß den 1 und 2 - bearbeitet, um eine umlaufenden Nut 36 (oder Stufe, nicht gezeigt) mit einer Tiefe T1, welche größer oder gleich einer Randdicke D2 des auszubildenden Halbzeugs und kleiner als eine Rohlingsdicke D1 ist, oder einen umlaufenden Einstich (ebenfalls nicht dargestellt) zu erzeugen, der wenigstens teilweise eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke besitzt. Weitere Details sowie Sinn und Zweck dieses Vorgehens sind in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 004 831.8 derselben Anmelderin ausführlich beschrieben, worauf an dieser Stelle nochmals ausdrücklich verwiesen sei.
Der konkrete Ablauf gemäß den 15 bis 48 kann nun eher stichpunktartig wie folgt zusammengefasst werden, wobei Pfeile in den Figuren die jeweiligen Bewegungen illustrieren:

15: Der in dem Arbeitskasten 38 mit der Frontseite 15 nach oben gelagerte Rohling 14 wird mittels des Förderbands 37 in eine Entnahmeposition unterhalb eines an dem Förderband 37 angeordneten Umsetzers 97 verfahren, der mit einem ersten Sauger 98 zur Aufnahme des Rohlings 14 ausgerüstet ist.
16: Der Umsetzer 97 wird um eine Schwenkachse 99 so verdreht, dass der erste Sauger 98 gegenüber dem Rohling 14 angeordnet ist.
17: Der Umsetzer 97 wird in Richtung des Arbeitskastens 38 in eine Linsenaufnahmeposition verfahren, in welcher der erste Sauger 98 an der Frontseite 15 des Rohlings 14 anliegt. Durch Anlegen eines Vakuums wird der Rohling 14 am ersten Sauger 98 gehalten.
18: Der an dem ersten Sauger 98 gehaltene Rohling 14 wird mit dem Umsetzer 97 nach oben in eine obere Endlage des Umsetzers 97 verfahren.
19: Der Umsetzer 97 wird wieder um 180 Grad um seine Schwenkachse 99 verdreht, so dass der Rohling 14 oben auf dem Umsetzer 97 aufliegt. Jetzt zeigt die Rückseite 16 des Rohlings 14 nach oben. In dieser Position erfolgt die Übergabe des Rohlings 14 an eine weitere Fördereinrichtung 100, an welcher der Rohling 14 mit seiner Rückseite 16 mittels eines zweiten Saugers 101 gehalten wird.
20: Der zweite Sauger 101 der weiteren Fördereinrichtung 100 ist am Ende einer Kolbenstange 102 eines Übergabezylinders 103 gehalten, der seinerseits am Ende eines Schwenkarms 104 angeordnet ist, welcher mittels eines Hubmechanismus 105 quer zum Förderband 37, also in Richtung der Imagingstation 40 bewegbar ist. Der zweite Sauger 101 wird mittels des Übergabezylinders 103 in Richtung des Rohlings 14 verfahren, bis der zweite Sauger 101 auf der Rückseite 16 des Rohlings 14 aufliegt. In dieser Position wird zunächst der zweite Sauger 101 der weiteren Fördereinrichtung 100 mit einem Unterdruck beaufschlagt und im Anschluss der erste Sauger 98 des Umsetzers 97 belüftet.
21: Der Rohling 14 wird an der Rückseite 16 durch den zweiten Sauger 101 gehalten mittels des Übergabezylinders 103 von dem Umsetzer 97 abgehoben.
22: Der Rohling 14 wird mittels des Schwenkarms 104 um eine Schwenkachse 106 der weiteren Fördereinrichtung 100 über die Imagingstation 40 verschwenkt.
23: Der Hubmechanismus 105 wird in seine untere Endlage verfahren.
24: Der Rohling 14 wird mittels des Übergabezylinders 103 auf einer Ablagefläche 107 der Imagingstation 40 mit der Frontseite 15 nach unten abgelegt und der zweite Sauger 101 wird belüftet.
25: Der Hubmechanismus 105 wird in seine obere Endlage verfahren.
26: Der Übergabezylinder 103 wird um die Schwenkachse 106 in seine Parkposition über dem Umsetzer 97 verschwenkt.
27: Zwei linear verfahrbare Greifarme 108 eines Zentriergreifers 109 der Imagingstation 40 werden aufeinander zu bewegt, um den Rohling 14 an seinem Werkstückrand 17 in der Imagingstation 40 geometrisch zu zentrieren und damit den Ort des Rohlings 14 im Raum festzulegen, entsprechend dem ersten Teil des obigen Verfahrensschritts ii).
28: Der Rohling 14 wird durch den Zentriergreifer 109 auf der Imagingstation 40 gehalten. In dieser Position wird der Rohling 14 mittels eines an sich bekannten optischen Messsystems 110 mit Sender 111 und Empfänger 112 - in den 15 bis 27 prinzipiell gezeigt, beispielsweise ein Videosystem - im Hinblick auf bei der Herstellung des Rohlings 14 angebrachte Markierungen untersucht. Dies dient dazu, die Lage des Rohlings 14, d.h. dessen Orientierung im Raum zu bestimmen, entsprechend dem zweiten Teil des obigen Verfahrensschritts ii).
29: Der im Ausführungsbeispiel an dem 6-Achs-Knickarmroboter 12 gehaltene Werkstück-Haltekopf 10 wird räumlich definiert gegenüber dem Rohling 14 positioniert.
30: Die Halteanordnung 48 mit der Dichtlippe 53 des Werkstück-Haltekopfs 10 und dann die Abstützanordnung 49 mit den ausfahrbaren Stiften 55 des Werkstück-Haltekopfs 10 werden an dem Rohling 14, genauer dessen Rückseite 16 zur Anlage gebracht. Die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 werden mittels des Klemmmechanismus des Werkstück-Haltekopfs 10 gegen ein Verschieben gesichert. Dann wird an der Halteanordnung 48 des Werkstück-Haltekopfs 10 ein Unterdruck angelegt, um den Rohling 14 mittels der Halteanordnung 48 am Werkstück-Haltekopf 10 fest zu halten. Nun sind Ort und Lage des Rohlings 14 im Raum festgelegt.
31: Die Greifarme 108 des Zentriergreifers 109 der Imagingstation 40 werden auseinandergefahren, um den Rohling 14 von der Imagingstation 40 freizugeben.
32: Der Werkstück-Haltekopf 10 mit dem daran abgestützt gehaltenen Rohling 14 wird im Ausführungsbeispiel mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 nach oben von der Ablagefläche 107 aus der Imagingstation 40 herausgehoben und in Richtung der Messstation 41 transportiert.
33: Der Rohling 14 wird zur Abtastung seiner Frontseite 15 gegen Messtaster 113 der Messstation 41 verfahren.
34: Der Rohling 14 hat seine Endlage bezüglich der Messtaster 113 der Messstation 41 erreicht. Jetzt wird der mittels des Werkstück-Haltekopfs 10 gehaltene Rohling 14 taktil abgetastet, um im Schritt iv) des Vermessens des Rohlings 14 die Frontseiten-Geometrie zu erfassen. Je nach den jeweiligen Messerfordernissen kann der Rohling 14 entsprechend den 33 und 34 auch mehrfach sowie ggf. versetzt und/oder verkippt gegen die Messtaster 113 der Messstation 41 gefahren werden, um die Frontseiten-Geometrie des Rohlings 14 vollständig zu erfassen.
35: Nachdem die Frontseiten-Geometrieinformationen durch die Messtaster 113 der Messstation 41 erfasst sind, kann der Rohling 14 im Ausführungsbeispiel mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 in Richtung der hier ortsfesten Frässpindel 34 transportiert werden.
36: Der am Werkstück-Haltekopf 10 abgestützt gehaltene Rohling 14 wird im Ausführungsbeispiel von dem 6-Achs-Knickarmroboter 12 so bezüglich des Fingerfräsers 35 geführt - welcher dabei von der ortsfesten Frässpindel 34 um die Drehachse D drehend angetrieben wird - dass eine umlaufende Nut 36, Stufe oder ein umlaufender Einstich in der Frontseite 15 des Rohlings 14 eingefräst wird, wie oben schon erwähnt. An diesen optionalen Bearbeitungsschritt kann sich ein erneuter Messschritt anschließen, z.B. entsprechend den 33 und 34 mit taktiler Abtastung, wobei das Werkstück 14 nochmals an der Frontseite 15 vermessen wird, um Ort und Lage des Werkstücks 14 am Werkstück-Haltekopf 10 zu überprüfen.
37: Für die nächsten Bearbeitungsschritte muss das Werkstück 16 an die Werkstück-Aufnahme 13 des Generators 11 übergeben werden. Bei einer kontinuierlichen Brillenlinsenfertigung muss zunächst das von dieser Werkstück-Aufnahme 13 gehaltene, wenigstens an der Rückseite 16' bearbeitete Halbzeug 14' des vorausgegangenen Fertigungsauftrags entladen werden.
38: Die außerhalb des Arbeitsraums 32 des Generators 11 angeordnete Werkstück-Wendeeinrichtung 39 wird um eine Drehachse 114 verschwenkt.
39: Ein an einer Kolbenstange 115 eines Vorschubzylinders 116 angeordneter dritter Sauger 117 wird in Richtung der Werkstück-Aufnahme 13 in den Arbeitsraum 32 des Generators 11 hinein verfahren, bis der dritte Sauger 117 an der Rückseite 16' des bearbeiteten Halbzeugs 14' anliegt. Im Anschluss wird das Halbzeug 14' durch Anlegen eines Vakuums am dritten Sauger 117 fixiert und von der Werkstück-Aufnahme 13 durch Belüften der Werkstück-Aufnahme 13 freigegeben.
40: Der an der Kolbenstange 115 des Vorschubzylinders 116 angebrachte dritte Sauger 117 mit dem daran gehaltenen, bearbeiteten Halbzeug 14' wird aus dem Arbeitsraum 32 des Generators 11 heraus verfahren.
41: Die Werkstück-Wendeeinrichtung 39 wird um die Drehachse 114 zurück in ihre Parkposition verschwenkt, womit die Werkstück-Aufnahme 13 freiliegt.
42: Das am Werkstück-Haltekopf 10 abgestützt gehaltene neue Werkstück 14 wird im Ausführungsbeispiel mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 mit seiner Frontseite 15 auf der Werkstück-Aufnahme 13 positioniert, worauf an der Werkstück-Aufnahme 13 des Generators 11 ein Haltevakuum angelegt und die Halteanordnung 48 des Werkstück-Haltekopfs 10 zur definierten Werkstückübergabe belüftet wird. Jetzt kann die Bearbeitung der Rückseite 16 des Werkstücks 14 im Generator 11 beginnen.
43: Der nunmehr unbeladene Werkstück-Haltekopf 10 wird im Ausführungsbeispiel mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 von der Werkstück-Aufnahme 13 des Generators 11 zurückgezogen.
44: Die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 des Werkstück-Haltekopfs 10 werden aktiv in die Parkposition zurückgezogen, so dass nur die Halteanordnung 48 vom unbeladenen Werkstück-Haltekopf 10 vorsteht.
45: Der unbeladene Werkstück-Haltekopf 10 wird im Ausführungsbeispiel mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 vor der Werkstück-Wendeeinrichtung 39 positioniert und das fertig bearbeitete Halbzeug 14' wird mit seiner Frontseite 15' voran über die Kolbenstange 115 des Vorschubzylinders 116 in Richtung des unbeladenen Werkstück-Haltekopfs 10 bewegt.
46: Der Werkstück-Haltekopf 10 wird mit seiner flexiblen Halteanordnung 48 voran mittels des 6-Achs-Knickarmroboters 12 im Ausführungsbeispiel zur Übernahme gegen die Frontseite 15' des Halbzeugs 14' gefahren. Da die Stifte 55 der Abstützanordnung 49 des Werkstück-Haltekopfs 10 dabei aktiv zurückgezogen sind, können sie nicht mit der Frontseite 15' des Halbzeugs 14' kollidieren. An der Halteanordnung 48 des Werkstück-Haltekopfs 10 wird nun ein Haltevakuum angelegt, worauf der dritte Sauger 117 an der Werkstück-Wendeeinrichtung 39 des Generators 11 belüftet wird, wodurch das Halbzeug 14' an den Werkstück-Haltekopf 10 übergeben wird.
47: Die Kolbenstange 115 des Vorschubzylinders 116 an der Werkstück-Wendeeinrichtung 39 wird eingefahren.
48: Das an der Halteanordnung 48 des Werkstück-Haltekopfs 10 unabgestützt gehaltene Halbzeug 14' wird im Ausführungsbeispiel vom 6-Achs-Knickarmroboter 12 im Arbeitskasten 38 auf dem Förderband 37 platziert und die Halteanordnung 48 des Werkstück-Haltekopfs 10 wird zur Werkstückablage belüftet.

Ein Werkstück-Haltekopf hat ein Gehäuse, in/an dem eine Halteanordnung und eine Abstützanordnung für ein optisches Werkstück aufgenommen sind. Die Halteanordnung besitzt eine am Gehäuse montierte, gummielastische Dichtmanschette mit einer umlaufenden Dichtlippe zur Anlage am Werkstück, die eine vakuumbeaufschlagbare Öffnung des Gehäuses umgibt. Die Abstützanordnung weist mehrere längsverschiebbare, am Werkstück anlegbare Stifte auf, welche mittels eines Klemmmechanismus bezüglich des Gehäuses festlegbar sind. Jedem der Stifte ist eine pneumatisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung zugeordnet, über die der Stift je nach pneumatischer Beaufschlagung bezüglich des Gehäuses auswärts in eine Abstützposition für das Werkstück oder umgekehrt einwärts in eine einen Werkstückkontakt vermeidende Parkposition bewegbar ist. Ferner wird ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen ohne Verwendung eines Blockstücks offenbart, bei dem etwa ein solcher Werkstück-Haltekopf für eine stets eindeutige Definition von Ort und Lage des Werkstücks im Raum sorgt.
Bezugszeichenliste

10: Werkstück-Haltekopf
11: Generator (kombinierte CNC-Fräs-Drehmaschine)
12: 6-Achs-Knickarmroboter
13: Werkstück-Aufnahme
14, 14': Brillenlinse / Werkstück
15, 15': Frontseite
16, 16': Rückseite
17, 17': Werkstückrand
18: Werkstückspindel
19: Drehbearbeitungseinheit
20: Drehbearbeitungseinheit
21: Fast-Tool-Servo
22: Fast-Tool-Servo
23: Drehmeißel
24: Drehmeißel
25: Fräs-Bearbeitungseinheit
26: Werkzeugspindel
27: Fräswerkzeug
28: Verstellmechanismus
29: Ausnehmung
30: Oberseite
31: Maschinengestell
32: Arbeitsraum
33: Messstation
34: Frässpindel
35: Fingerfräser
36: Nut
37: Förderband
38: Arbeitskasten
39: Werkstück-Wendeeinrichtung
40: Imagingstation
41: Messstation
42: Roboterbasis
43: Roboterarm
44: Roboterarm
45: Roboterarm
46: Roboterarm
47: Roboterarm
48: Halteanordnung
49: Abstützanordnung
50: Gehäuse
51: Mittelachse
52: Dichtmanschette
53: Dichtlippe
54: Öffnung
55: Stift
56: Klemmmechanismus
57: Kolben-Zylinder-Anordnung
58: Adapterplatte, Gehäuseteil
59: Zylinderdeckel, Gehäuseteil
60: Zylindergehäuse, Gehäuseteil
61: Basis, Gehäuseteil
62: Grundplatte, Gehäuseteil
63: Gehäuseschraube
64: O-Ring
65: Zentrierabsatz
66: Befestigungsschraube
67: Passstift
68: Radialnut
69: Befestigungsabschnitt
70: Kolben
71: Zylinderraum
72: Bohrung
73: Ringraum
74: Verbindungsbohrung
75: Pneumatikanschluss
76: Nutring
77: dynamische Dichtlippe
78: Pufferelement
79: Klemmkeil
80: Betätigungskeil
81: Führungsnut
82: Führungsvorsprung
83: Kolben-Zylinder-Anordnung
84: Kolben
85: Kolbenschaft
86: Zentralbohrung
87: Kolbenkopf
88: Zylinderraum
89: Verbindungsanordnung
90: Pneumatikanschluss
91: Pneumatikanschluss
92: Verbindungsbohrung
93: Verbindungsbohrung
94: Pneumatikanschluss
95: Verbindungsbohrung
96: Axialbohrung
97: Umsetzer
98: erster Sauger
99: Schwenkachse
100: weitere Fördereinrichtung
101: zweiter Sauger
102: Kolbenstange
103: Übergabezylinder
104: Schwenkarm
105: Hubmechanismus
106: Schwenkachse
107: Ablagefläche
108: Greifarm
109: Zentriergreifer
110: Messsystem
111: Sender
112: Empfänger
113: Messtaster
114: Drehachse
115: Kolbenstange
116: Vorschubzylinder
117: dritter Sauger
A: Schwenkachse (winkellagegeregelt)
B: Werkstück-Drehachse (winkellagegeregelt)
C: Werkzeug-Drehachse (drehzahlgesteuert)
D: Werkzeug-Drehachse (drehzahlgesteuert)
D1: Rohlingsdicke
D2: Randdicke des Halbzeugs
F1: Linearachse 1. Fast-Tool-Servo (lagegeregelt)
F2: Linearachse 2. Fast-Tool-Servo (lagegeregelt)
T1: Tiefe der Nut in der Frontseite
Y: Linearachse Werkstück (lagegeregelt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102021004831 [0002, 0007, 0009, 0012, 0028, 0062, 0085]
DE 102021005202 [0002, 0010, 0012, 0058]
US 9969051 B2 [0005]
DE 102016112999 A1 [0005]
DE 102004016445 B4 [0005]
WO 2009/135689 A1 [0012, 0013]
WO 2016/058676 A1 [0012, 0014]
EP 2011603 [0058]

Claims

Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen (14), bei dem ausgehend von einem Rohling ein Halbzeug mit vorbestimmten Flächengeometrien an einer Frontseite (15) und einer davon abgewandten Rückseite (16) und mit einem Rand (17) zwischen der Frontseite (15) und der Rückseite (16) ausgebildet wird, mit den folgenden, in der angegebenen Reihenfolge ablaufenden Hauptschritten: i) Bereitstellen des Rohlings, der an der Frontseite (15) bereits die vorbestimmte Flächengeometrie aufweisen kann und wenigstens an der Rückseite (16) zu bearbeiten ist; ii) Festlegen und Bestimmen von Ort und Lage des Rohlings im Raum; iii) blockloses Aufnehmen des Rohlings an der Rückseite (16) unter Berücksichtigung der im Schritt ii) bestimmten Ort- und Lageinformationen mittels eines definiert räumlich positionierbar angeordneten Werkstück-Haltekopfs (10) zum abgestützten Halten des Werkstücks (14); iv) Vermessen des mittels des Werkstück-Haltekopfs (10) gehaltenen Rohlings an der Frontseite (15) zur Erfassung der Frontseiten-Geometrie; v) direktes Übergeben des Werkstücks (14) von dem Werkstück-Haltekopf (10) an eine definiert lage- und winkelpositionierbar angeordnete Werkstück-Aufnahme (13) zum blocklosen Aufnehmen des Werkstücks (14) an der Frontseite (15) unter Berücksichtigung der im Schritt iv) erfassten Frontseiten-Geometrieinformationen und zum abgestützten Halten des Werkstücks (14); und vi) Bearbeiten des Werkstücks (14) an der Rückseite (16) mittels wenigstens eines Werkzeugs (23, 24, 27), zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite (16) ; wobei das Werkstück (14) zwischen den Schritten iii) und v) am Werkstück-Haltekopf (10) ununterbrochen gehalten wird, so dass Ort und Lage des Werkstücks (14) im Raum stets klar definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zeitlich zwischen dem Schritt iv) des Vermessens des Rohlings und dem Schritt v) des direkten Übergebens des Werkstücks (14) vom Werkstück-Haltekopf (10) an die Werkstück-Aufnahme (13) ein Bearbeitungsschritt vii) erfolgt, bei dem der am Werkstück-Haltekopf (10) gehaltene Rohling so bearbeitet wird, dass am Werkstück (14) eine Umfangsfläche verbleibt, die einen konturierten Rand (17') des auszubildenden Halbzeugs definiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei im Bearbeitungsschritt vii) der Rohling an der Frontseite (15) mittels eines Werkzeugs (35) bearbeitet wird, um eine umlaufenden Nut (36) oder Stufe mit einer Tiefe (T1), welche größer oder gleich einer Randdicke (D2) des auszubildenden Halbzeugs und kleiner als eine Rohlingsdicke (D1) ist, oder einen umlaufenden Einstich zu erzeugen, der wenigstens teilweise eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke (D1) besitzt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Werkstück (14) zeitlich nach dem Bearbeitungsschritt vii) und vor dem Schritt v) des direkten Übergebens des Werkstücks (14) vom Werkstück-Haltekopf (10) an die Werkstück-Aufnahme (13) nochmals an der Frontseite (15) vermessen wird, um Ort und Lage des Werkstücks (14) am Werkstück-Haltekopf (10) zu überprüfen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt ii) des Festlegens und Bestimmens von Ort und Lage des Rohlings im Raum der Rohling nach Ablage auf einer Ablagefläche (107) geometrisch zentriert wird, um den Ort des Rohlings festzulegen, worauf der Rohling mittels eines optischen Messsystems (110) im Hinblick auf Markierungen untersucht wird, um die Lage des Rohlings zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt iv) des Vermessens des Rohlings der mittels des Werkstück-Haltekopfs (10) gehaltene Rohling taktil abgetastet wird, um die Frontseiten-Geometrie zu erfassen, und/oder nach dem Bearbeitungsschritt vii) das mittels des Werkstück-Haltekopfs (10) gehaltene Werkstück (14) taktil abgetastet wird, um Ort und Lage des Werkstücks (14) am Werkstück-Haltekopf (10) zu überprüfen.
Werkstück-Haltekopf (10) für optische Werkstücke (14), wie Brillenlinsen, die jeweils zwei Werkstückflächen (15, 16) und einen Werkstückrand (17) dazwischen aufweisen, insbesondere für einen Einsatz in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem eine Mittelachse (51) aufweisenden Gehäuse (50), in bzw. an dem eine Halteanordnung (48) und eine Abstützanordnung (49) für ein zu bearbeitendes Werkstück (14) aufgenommen sind, wobei die Halteanordnung (48) eine am Gehäuse (50) montierte, gummielastische Dichtmanschette (52) mit einer um die Mittelachse (51) umlaufenden Dichtlippe (53) zur Anlage an dem zu bearbeitenden Werkstück (14) hat, die eine Öffnung (54) des Gehäuses (50) umgibt, an der ein Unterdruck anlegbar ist, um das zu bearbeitende Werkstück (14) zu halten, während die Abstützanordnung (49) eine Mehrzahl von bezüglich des Gehäuses (50) längsverschiebbaren, an dem zu bearbeitenden Werkstück (14) anlegbaren Stiften (55) aufweist, welche mittels eines Klemmmechanismus (56) wahlweise bezüglich des Gehäuses (50) festlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Stifte (55) eine pneumatisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung (57) zugeordnet ist, über die der jeweilige Stift (55) je nach Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnung (57) wahlweise entweder in einer Richtung aus dem Gehäuse (50) hinaus in eine Abstützposition für das zu bearbeitende Werkstück (14) oder umgekehrt in einer Richtung in das Gehäuse (50) hinein in eine Parkposition bewegbar ist.
Werkstück-Haltekopf (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (55) der Abstützanordnung (49) mit ihren vom Gehäuse (50) abgewandten Enden in ihrer Abstützposition (13) über die Öffnung (54) des Gehäuses (50) für einen Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück (14) vorstehen und in ihrer Parkposition (9) in der Öffnung (54) des Gehäuses (50) versenkt sind, um einen Werkstückkontakt zu vermeiden.
Werkstück-Haltekopf (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stiften (55) zugeordneten Kolben-ZylinderAnordnungen (57) jeweils einen einseitig über einen Zylinderraum (71) druck- oder unterdruck-beaufschlagbaren Kolben (70) aufweisen und/oder dass der Kolben (70) der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung (57) bei einer Druckbeaufschlagung den zugeordneten Stift (55) in die Abstützposition bewegt und bei einer Unterdruckbeaufschlagung den zugeordneten Stift (55) in die Parkposition bewegt und/oder dass der Kolben (70) der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung (57) auf wenigstens einer seiner Stirnseiten mit einem Pufferelement (78) für eine Endlagendämpfung versehen ist und/oder dass die Zylinderräume (71) der Kolben-Zylinder-Anordnungen (57) über einen gemeinsamen Ringraum (73) im Gehäuse (50) druck- oder unterdruck-beaufschlagbar sind.
Werkstück-Haltekopf (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einseitig druck- oder unterdruck-beaufschlagbare Kolben (70) der den Stiften (55) zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnungen (57) mit einem Nutring (76) versehen ist, dessen statische Dichtlippe in einer Radialnut des Kolbens (70) eingeknüpft ist, während dessen dynamische Dichtlippe (77) dem jeweiligen Zylinderraum (71) zugewandt an einer Kolbenlauffläche des Zylinderraums (71) elastisch anliegt.
Werkstück-Haltekopf (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Dichtmanschette (52) der Halteanordnung (48) kreisringförmig ausgebildet ist und/oder dass die Dichtlippe (53) der gummielastischen Dichtmanschette (52) bezüglich der Mittelachse (51) des Gehäuses (50) nach radial innen schräggestellt ist und/oder dass die Stifte (55) der Abstützanordnung (49) gleichmäßig winkelbeabstandet voneinander auf einem gemeinsamen Teilkreis um die Mittelachse (51) des Gehäuses (50) verteilt sind und/ oder dass die Halteanordnung (48) und die Abstützanordnung (49) in einer bezüglich der Mittelachse (51) konzentrischen Anordnung in bzw. an dem Gehäuse (50) aufgenommen sind und/oder dass die Stifte (55) der Abstützanordnung (49) bezüglich der Mittelachse (51) des Gehäuses (50) radial innerhalb der gummielastischen Dichtmanschette (52) angeordnet sind.
Werkstück-Haltekopf (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck an die Öffnung (54) des Gehäuses (50) durch den Klemmmechanismus (56) für die Stifte (55) der Abstützanordnung (49) hindurch anlegbar ist.
Werkstück-Haltekopf (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmmechanismus (56) für jeden Stift (55) der Abstützanordnung (49) einen Klemmkeil (79) aufweist, der mittels eines gemeinsamen Betätigungskeils (80) gegen den zugeordneten Stift (55) zur Anlage bringbar ist, um den jeweiligen Stift (55) bezüglich des Gehäuses (50) zu klemmen, und/oder dass die Klemmkeile (79) am Gehäuse (50) in Klemmrichtung geführt sind und/oder dass der Klemmmechanismus (56) pneumatisch betätigbar ist und/oder dass dem Klemmmechanismus (56) eine Kolben-Zylinder-Anordnung (83) zugeordnet ist, deren Kolben (84) mit dem Betätigungskeil (80) in Wirkverbindung steht und auf gegenüberliegenden Seiten pneumatisch beaufschlagbar ist, um über den Betätigungskeil (80) die Klemmkeile (79) entweder gegen die Stifte (55) der Abstützanordnung (49) zu drücken oder zu entlasten.
Werkstück-Haltekopf (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den längsverschiebbaren Stiften (55) der Abstützanordnung (49) um Zylinderstifte handelt und/oder dass die Stifte (55) der Abstützanordnung (49) über die axiale Länge von Klemmkeilen (79) des Klemmmechanismus (56) hinweg im Gehäuse (50) axial geführt sind und/oder dass jeder Stift (55) der Abstützanordnung (49) einstückig mit einem Kolben (70) der jeweils zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung (57) ausgebildet ist und/oder dass die vom Gehäuse (50) abgewandten Enden der Stifte (55) im Wesentlichen linsenförmig ausgebildet sind und/oder dass die Abstützanordnung (49) zwischen 3 und 9 Stifte (55) aufweist.
Werkstück-Haltekopf (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (50) einen Befestigungsabschnitt (58) zur auswechselbaren Befestigung an einem Roboterarm (47) od.dgl. hat.