DE102023110601B3

DE102023110601B3 - Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen durch Materialabtrag mit einer Vorbearbeitungsmaschine und einer Feinbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102023110601B3
Application number: DE102023110601.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Michels; Volker Bickel
Original assignee: Optotech Optikmaschinen GmbH; Tooz Technologies GmbH
Current assignee: Optotech Optikmaschinen GmbH; Tooz Technologies GmbH
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2043-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung (1) zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen (100) durch Materialabtrag, mit einer Vorbearbeitungsmaschine (10) und mit einer Feinbearbeitungsmaschine (30). Die Vorbearbeitungsmaschine (10) weist eine Datenausgabeeinrichtung (12) auf, die dazu ausgestaltet ist, der bearbeiteten optischen Linse (100) aus der Vorbearbeitung resultierende, linsenspezifische Geometriedaten (D) zuzuordnen und diese auszugeben. Die Feinbearbeitungsmaschine (30) ist mit einer Prozesssteuerung (32) angesteuert, die dazu ausgestaltet ist, eine Feinbearbeitungsstrategie der Feinbearbeitungsmaschine (30) basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten (D) zu dieser optischen Linse (100) auszulegen und die Feinbearbeitungsmaschine (30) basierend auf dieser Feinbearbeitungsstrategie anzusteuern. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur formgebenden Feinbearbeitung einer optischen Linse (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen durch Materialabtrag gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen durch Materialabtrag gemäß den Ansprüchen 11 und 14.
Die Herstellung eines Brillenglases durch formgebende Bearbeitung erfolgt meist ausgehend von einem Brillenglasrohling durch ein- oder beidseitigen Materialabtrag. Dieser Materialabtrag ist aus wirtschaftlichen Gründen meist mehrstufig angelegt. Eine grobe Vorbearbeitung erfolgt z.B. durch Fräsen oder Vordrehen mit hohen Abtragsraten, gefolgt von einem präzisen Feinbearbeitungsprozessschritt, wie z.B. Diamantdrehen mit geringer Zustellung, und einem abschließenden Finishprozess, wie z.B. Polieren zum Glätten der zuvor erzeugten regelmäßigen Oberflächenstruktur.
Es ist bekannt, die beiden ersten Prozessschritte der Grob- und Feinbearbeitung, insbesondere auch Fräsen und Drehen, auf einer einzigen Maschine durchzuführen, so bspw. aus DE 10 2006 050 425 A1 . Der Finishprozess, insbesondere ein glättender Polierprozess, wird hingegen auf einer separaten Maschine durchgeführt. Für einen hohen Materialabtrag bei der groben Vorbearbeitung sind entsprechend große Bearbeitungskräfte notwendig, die wiederum zu Maschinenschwingungen führen, so dass ein paralleler Feinbearbeitungsprozess auf der gleichen Maschine nicht in ausreichender Qualität möglich ist. Bei kombinierten Fräs- und Drehmaschinen sollte daher die Feinbearbeitung in Arbeitspausen der Grobbearbeitung ausgeführt werden. Zudem sind die bekannten Bearbeitungsstrategien ineffizient und sowohl Vor- als auch Feinbearbeitung dauern lang.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Effizienz der Vor- und Feinbearbeitung von optischen Linsen, insbesondere bei der Herstellung von Brillengläsern, zu optimieren.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie den Ansprüchen 11 und 14 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10, 12, 13 und 15.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch ein Verfahren zur formgebenden Feinbearbeitung einer optischen Linse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen (darunter sollen auch optische Linsenrohlinge verstanden werden) durch Materialabtrag, mit einer Vorbearbeitungsmaschine und mit einer Feinbearbeitungsmaschine. Die Vorbearbeitungsmaschine sollte insbesondere dazu ausgestaltet sein, höhere Materialabtragsraten zu erzielen, als die Feinbearbeitungsmaschine.
Ein möglicher Erfindungsaspekt besteht darin, dass die Vorbearbeitungsmaschine eine Datenausgabeeinrichtung aufweist, die dazu ausgestaltet ist, der bearbeiteten optischen Linse aus der Vorbearbeitung resultierende, linsenspezifische Geometriedaten zuzuordnen und diese auszugeben, wobei die Feinbearbeitungsmaschine mit einer Prozesssteuerung angesteuert ist, die dazu ausgestaltet ist, eine Feinbearbeitungsstrategie der Feinbearbeitungsmaschine basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten zu dieser optischen Linse auszulegen und die Feinbearbeitungsmaschine basierend auf dieser Feinbearbeitungsstrategie anzusteuern.
Hierdurch lässt sich der Feinbearbeitungsprozess bzw. die Feinbearbeitungsstrategie in Kenntnis der linsenspezifischen Geometriedaten hinsichtlich der Bearbeitungszeit und der Fertigungsqualität optimieren. Durch Ausgabe und Verwertung der Geometriedaten kann die Feinbearbeitungsstrategie exakt auf die tatsächlich vorliegende Eingangsgeometrie (die Geometriedaten) angepasst und so die Prozesszeit erheblich reduziert werden. So stehen erfindungsgemäß Informationen über die tatsächlich in der Vorbearbeitung gefertigte Flächenform und somit zumindest mittelbar auch das Flächenaufmaß als Eingangsgröße zur Auslegung der Feinbearbeitungsstrategie zur Verfügung. Dabei ist die tatsächlich in der Vorbearbeitungsmaschine gefertigte Geometrie von dem zu fertigenden Zieldesign, der installierten Werkzeuggeometrie, des Werkzeugverschleißes, der Vorbearbeitungsstrategie und den Prozessparametern, wie z.B. Vorschub, Drehzahlen, Mindestaufmaß und Maschinengenauigkeit abhängig.
Ohne die ausgegebenen und verwerteten Geometriedaten müsste bei der sequenziellen Bearbeitung auf Vor- und Feinbearbeitungsmaschine die Feinbearbeitungsmaschine in Unkenntnis über das tatsächliche Flächenaufmaß bzw. die Aufmaßverteilung auf der Bearbeitungsfläche der optischen Linse nach der Vorbearbeitung arbeiten. Im einfachsten Fall startet man die Bearbeitungsstrategie dann mit einem hinreichend großen Sicherheitsabstand von der optischen Linse und durchläuft die Bearbeitungsstrategie unabhängig davon, ob das Werkzeug in Eingriff ist, oder aber noch Abstand von der optischen Linse hat. Dabei muss sich zumindest darauf verlassen werden, dass ein ausreichendes Flächenaufmaß vorhanden ist. Sobald man sich der optischen Linse im Eilgang weiter nähern möchte, um die Bearbeitungsstrategie abzukürzen, muss sich darauf verlassen werden, dass das maximal zulässige Flächenaufmaß gegenüber der zu fertigenden Feinbearbeitungszielfläche nicht überschritten ist und man nicht im Eilgang mit der optischen Linse kollidiert. Bestehen Zweifel an diesen Annahmen, ließen sich spezielle Makros mit mehreren Feinbearbeitungsüberläufen verwenden, was jedoch zu einer verlängerten Prozesszeit führt und in vielen Fällen nicht notwendig wäre. Die Entscheidung, ob ein solches Makro mit mehreren Überläufen angezogen wird, ließe sich allenfalls auf Basis einer dem Feinbearbeitungsprozess vorgelagerten Simulationsrechnung des Vorbearbeitungsprozesses unter Annahme standardisierter Parameter treffen. Aufgrund der erfindungsgemäß ausgegebenen Geometriedaten ist die Auslegung der Feinbearbeitungsstrategie gegenüber Lösungen mit solchen Makros wesentlich präziser möglich und die Feinbearbeitungsstrategie zeitlich abgekürzt.
Darüber hinaus wird durch die Rückmeldung der in der Vorbearbeitung gefertigten Geometrie auch sichergestellt, dass eine Vorbearbeitung tatsächlich stattgefunden hat. Läuft eine optische Linse, z.B. aufgrund eines Logistikfehlers in der Auftragssteuerung, aufgrund einer Maschinenstörung, ohne Vorbearbeitung, abgebrochener Vorbearbeitung, eines Bedienerfehlers oder unerwartet hohem Flächenaufmaß in die Feinbearbeitungsmaschine, lässt sich deren Weiterbearbeitung ausschließen, um Ausschuss, Werkzeugbruch, Produktivitätsausfall durch notwendige Maschinenjustage etc. zu vermeiden.
Bevorzugt weisen die Vorbearbeitungsmaschine und die Feinbearbeitungsmaschine voneinander getrennte Maschinenbetten und/oder getrennte Steuereinheiten auf.
Vorteilhaft an getrennten Maschinenbetten ist, dass Vor- und Feinbearbeitungsprozesse parallel ablaufen können, ohne dass die Feinbearbeitung durch Schwingungen der gröberen Vorbearbeitung beeinflusst wird. Der Zeitbedarf für Vor- und Feinbearbeitung je optischer Linse kann sehr unterschiedlich ausfallen und ist im Wesentliche abhängig von Material, herzustellender Flächengeometrie und Randform bzw. Umfangsform. Im Hinblick auf die Serienfertigung ergibt sich so auch die Möglichkeit, die installierte Vor- und Feinbearbeitungskapazität bedarfsgerecht und unabhängig voneinander vorhalten zu können, so kann bspw. eine Vorbearbeitungsmaschine mit zwei Feinbearbeitungsmaschinen kombiniert werden. Maschinenkonstruktion und gezielte Optimierung für den jeweiligen Prozess vereinfachen sich.
Getrennte Steuereinheiten ermöglichen den Einsatz einzelner Ansteuerungssoftware, die entsprechend weniger komplex ist. Auch sind Maschinen unterschiedlicher Generation oder aber auch unterschiedlicher Hersteller miteinander kombinierbar.
Die Vorbearbeitungsmaschine weist vorzugsweise ein Fräswerkzeug auf. Damit ist ein schneller Materialabtrag möglich.
Die Feinbearbeitungsmaschine weist bevorzugt ein Drehwerkzeug auf. Mit einem solchen lassen sich selbst Freiformflächen präzise fertigen, insbesondere, indem Vorschübe des Drehwerkzeugs an den Drehwinkel der optischen Linse gekoppelt werden.
Alternativ kann die Vorbearbeitungsmaschine auch ein Drehwerkzeug aufweisen, dessen Werkzeugradius bzw. dessen effektive Werkzeugschneidengeometrie größer ist als derjenige bzw. diejenige des Drehwerkzeugs der Feinbearbeitungsmaschine. Mit größerem Radius bzw. größeren Schneidengeometrien lassen sich höhere Materialabtragsraten erzielen.
Optische Linsen haben üblicherweise eine Vorderseite, eine gegenüberliegende Rückseite und einen Linsenumfang, welcher die Vorderseite und Rückseite begrenzt. Der Linsenumfang kann zumindest vor dessen Bearbeitung kreisrund sein.
Entsprechend ist optional vorgesehen, dass die linsenspezifischen Geometriedaten eine Vorderseite, eine Rückseite, eine Umfangsfläche (auch als Mantelfläche bezeichenbar) und/oder Facette der optischen Linse beschreiben. Es wird also wenigstens eine Fläche aus der Gruppe Vorderseite, Rückseite, Umfangsfläche und Facette beschrieben.
Bei der Brillenglasfertigung wird üblicherweise eine konvexe Vorderseite und eine konkave Rückseite hergestellt. Bereits ein optischer Linsenrohling kann hierzu über eine konvexe Vorderseite und eine konkave Rückseite verfügen. In vielen Fällen wird ausschließlich die konkave Rückseite formgebend weiterbearbeitet, um die optische Wirkung der optischen Linse entsprechend einem Rezept zur Korrektur eines Sehfehlers herzustellen. Möglich ist alternativ oder ergänzend aber auch eine formgebende Bearbeitung der konvexen Vorderseite.
Die Vorbearbeitungsmaschine sollte im Grunde zur Herstellung einer Vorbearbeitungszielfläche aus der optischen Linsen ausgebildet sein. Aufgrund technischer Rahmenbedingungen oder zugunsten der Prozesseffizienz können die tatsächlich gefertigte Fläche und damit auch die Geometriedaten von dieser Vorbearbeitungszielfläche abweichen. Möchte man am Ende der Feinbearbeitung eine definierte Feinbearbeitungszielfläche erzielen, so bietet es sich an, die Vorbearbeitungszielfläche durch ein Sollaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche mittelbar zu definieren.
Die Feinbearbeitungsmaschine sollte zur Herstellung der Feinbearbeitungszielfläche ausgehend von den aus der Vorbearbeitung resultierenden, linsenspezifischen Geometriedaten ausgebildet sein. Zur Zielerreichung sind die technisch notwendigen Werkzeuge erforderlich. Die Feinbearbeitungszielfläche ist letztlich diejenige, welche in der späteren Anwendung die optisch gewünschte Wirkung zu erzielen hat. Entsprechend sind hier anders als bei der Vorbearbeitung keine Flächenabweichungen zulässig, nur, weil der Bearbeitungsprozess schneller ablaufen soll oder nicht die entsprechenden Werkzeuge vorhanden sind.
Bei hohen Flächenkrümmungen der Zielfläche der Vorbearbeitung, wie z.B. bei auf Standarddurchmesser verblendeten Brillengläser mit starker Pluswirkung, kann im Vorbearbeitungsprozess in den Bereichen starker Krümmung nicht bis auf das angestrebte Minimalaufmaß Material abgetragen werden. Die vorgegebene Vorbearbeitungszielfläche lässt sich durch die Vorbearbeitungsmaschine entweder überhaupt nicht erreichen, oder aber man entscheidet sich zur Prozessabkürzung dazu, Abweichungen bewusst zuzulassen. Die tatsächlich resultierenden Geometriedaten weichen dann von der Vorbearbeitungszielfläche ab. Limitierend für die Erreichbarkeit der Vorbearbeitungszielfläche ist bspw. die Werkzeuggeometrie. Kleinere Werkzeuge bzw. Werkzeugradien erweitern den Bereich hin zu stärker gekrümmten Flächen, reduzieren aber die Effizienz des Vorbearbeitungsprozesses. Im Extremfall wäre für das Vorbearbeitungswerkzeug die gleiche, filigrane Werkzeuggeometrie analog der Feinbearbeitung notwendig. Somit ist es wirtschaftlich nicht sinnvoll, den Vorbearbeitungsprozess durch die Wahl kleiner Werkzeuge derart einzubremsen. Vielmehr ist es zweckmäßig, Vorbearbeitungsmaschinen mit Werkzeugen verschiedener und dem Produktionsspektrum angepasster Geometrie auszurüsten, was dann zwangsläufig zu einer erhöhten Varianz der Aufmaßverteilung als Eingangsgeometrie für den Feinbearbeitungsprozess führt. Hier kommen die Vorteile der erfindungsgemäß ausgegebenen Geometriedaten voll zum Tragen, denn diese Geometriedaten zur tatsächlich gefertigten Fläche stellt die Vorbearbeitungsmaschine für die folgende Feinbearbeitung zur Verfügung. Die Bearbeitungsstrategie der Vorbearbeitungsmaschine lässt sich also optimieren. Die Grenzen für die Auslegung der Bearbeitungsstrategie der Vorbearbeitungsmaschine können anhand dessen gesetzt werden, was die Feinbearbeitungsmaschine effizient zu leisten vermag, bspw. durch Definition eines zulässigen Maximalaufmaßes.
Auch eine im Vorbearbeitungsprozess gefertigte Randgeometrie bzw. die Rückmeldung, ob überhaupt eine Randbearbeitung stattgefunden hat, ermöglicht eine Anfahrt der Werkzeuge bei der Feinbearbeitung im Eilgang bis auf einen Mindestsicherheitsabstand, bevor dann die prozessrelevante Vorschubgeschwindigkeit zum Tragen kommt. Diese liegt üblicherweise unter der Eilganggeschwindigkeit, so dass sich hieraus eine Reduzierung der Prozesszeit ergibt.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Vorbearbeitungsmaschine die resultierenden, linsenspezifischen Geometriedaten der vorbearbeiteten optischen Linse dem Auftrag zuordnet und der Feinbearbeitungsmaschine als Eingangsparameter zusammen mit den sonst üblichen Auftrags- und Fertigungsparametern übermittelt. Da nun das tatsächliche Ergebnis der Vorbearbeitung Eingangsgröße für die Feinbearbeitung ist, ist eine Simulationsrechnung auf der Feinbearbeitungsmaschine mit Rekonstruktion bzw. Approximation der Vorbearbeitung nicht erforderlich.
Die Verfügbarkeit der Aufmaßverteilung bzw. der Geometriedaten und der daraus abgeleiteten Aufmaßverteilung bietet zudem die Möglichkeit, die Feinbearbeitung weiter zu optimieren und zu beschleunigen. Übersteigt das Flächenaufmaß die maximal gewünschte bzw. zulässige Zustellung, ist es nicht notwendig, über eine entsprechende Anzahl an Vorschnitten, das gewünschte Flächenaufmaß für den letzten Feinschnitt einzustellen, indem Drehzahl- und Vorschubverlauf/Spurrillenbreite in jedem Überlauf mit geänderter Zustellung nahezu repliziert werden. Stattdessen kann erfindungsgemäß bei Vorliegen eines hohen aber lokal begrenzten Flächenaufmaßes anhand der Kenntnis dieser lokalen Verteilungscharakteristik in Bereichen wo kein Materialabtrag erwartet wird und das Feinbearbeitungswerkzeug sozusagen in der Luft fährt, durch Vergrößerung des Vorschubs/der Spurrillenbreite die Zeit pro Überlauf gesenkt werden. Geht man von einer stetigen Werkzeugzustellung relativ zur Spindelmitte aus, so ergeben sich variable kreisringförmige, konzentrische Zonen, die im Feinbearbeitungsprozess mit unterschiedlich modifizierter radialer Zustellung überfahren werden. Die radiale Zustellung pro Spindelumdrehung in Zonen, wo kein Materialabtrag entsteht, kann erfindungsgemäß durchaus auf das zehn- bis hundertfache gegenüber den Zonen mit Materialabtrag angehoben werden.
Im Fall von auf Standarddurchmesser verblendeten Brillengläsern mit starker Pluswirkung ist der Bereich mit erhöhtem Flächenaufmaß nur im Sonderfall kreisringförmig. Die zuvor beschriebene Aufteilung in kreisringförmige Zonen mit unterschiedlichen radialen Vorschubwerten kann schon zu einer deutlichen Reduzierung der Bearbeitungszeit führen. Eine weitere Optimierung ist jedoch möglich, wenn die Zonen unterschiedlichen Vorschubs nicht kreisringförmig angenommen werden, sondern diese den Bereichen maximalen Flächenaufmaßes in der Art angepasst werden, dass mit einer minimalen Anzahl an Spindelumdrehungen diese Bereiche überfahren werden können. Eine erste angenäherte Variante besteht z.B. darin, diese Zonen elliptisch auszubilden. Die radiale Werkzeugzustellung zur Spindelmitte hin wäre in diesem Fall nicht mehr stetig, sondern oszillierend überlagert. Die radiale Werkzeugzustellung zur Spindelmitte ist dann an den Drehwinkel der optischen Linse gekoppelt. Die Feinbearbeitung kann gewissermaßen in eine Aufmaßhomogenisierung mit oszillierender radialer Werkzeugzustellung zur Spindelmitte und eine Endbearbeitung zum Abtrag des homogenisierten Flächenaufmaßes unterteilbar bzw. unterteilt sein. Die Qualität der Endbearbeitung ist durch die dann mögliche homogene Eindringtiefe des Werkzeugs hoch.
Erfindungsgemäß sollte die Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine eine Datenschnittstelle zum Empfang der Geometriedaten von der Datenausgabeeinrichtung der Vorbearbeitungsmaschine aufweisen. Die Datenschnittstelle kann unmittelbar zwischen der Vorbearbeitungsmaschine und der Feinbearbeitungsmaschine ausgebildet sein. Alternativ ist jedoch auch eine mittelbare Datenschnittstelle über ein Leitrechnersystem oder aber einen der optischen Linse physisch zugeordneten Datenträger möglich.
Weiterhin sollte die Vorbearbeitungsmaschine mit einer Prozesssteuerung angesteuert sein, die dazu ausgestaltet ist, eine Vorbearbeitungsstrategie der Vorbearbeitungsmaschine basierend auf einer Vorbearbeitungszielfläche auszulegen und die Vorbearbeitungsmaschine basierend auf dieser Vorbearbeitungsstrategie anzusteuern. Dabei können die aus der Vorbearbeitung resultierenden, linsenspezifischen Geometriedaten von der Vorbearbeitungszielfläche abweichen, dies insbesondere auch dadurch, dass die Vorbearbeitungsstrategie dies bewusst vorsieht. Im Besonderen kann die Vorbearbeitungszielfläche ein zumindest im Wesentlichen oder exakt homogenes Flächenaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche aufweisen.
Das tatsächlich hergestellte Flächenaufmaß, das sich zwischen Geometriedaten und Feinbearbeitungszielfläche ergibt, kann hingegen inhomogen ausfallen. Dementsprechend können die linsenspezifischen Geometriedaten eine tatsächlich in der Vorbearbeitungsmaschine gefertigte Flächenform umfassen. Es gibt dann also eine Diskrepanz dahingehend, was die Vorbearbeitungsmaschine idealerweise für eine Fläche fertigen soll (die Vorbearbeitungszielfläche), und der tatsächlich gefertigten Fläche (die Geometriedaten), wobei die Vorbearbeitungsmaschine Auskunft hierüber mittels der Geometriedaten erteilt.
Optional ist die Prozesssteuerung der Vorbearbeitungsmaschine dazu ausgestaltet, die Vorbearbeitungsstrategie unter Einhaltung einer Maximalüberschreitung des Flächenaufmaßes gegenüber der Vorbearbeitungszielfläche und/oder der Feinbearbeitungszielfläche auszulegen. Damit lässt sich die Vorbearbeitungszeit durch Auswahl des Werkzeugs reduzieren, weil zu Lasten der Vorbearbeitungspräzision die Bearbeitungsgeschwindigkeit gesteigert werden kann. Bis zu einer Maximalüberschreitung des lokalen Flächenaufmaßes kann die Weiterbearbeitung, insbesondere auch die Egalisierung der Vorbearbeitungsabweichung, der Feinbearbeitungsmaschine überlassen werden.
Im Speziellen umfasst die mit der Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine ausgelegte Feinbearbeitungsstrategie Werkzeugbahnen, Werkzeugbewegungen und/oder Bewegungen der optischen Linse.
Bei einer besonderen Ausführungsform ist entweder vorgesehen, dass die linsenspezifischen Geometriedaten eine Information zum Flächenaufmaß gegenüber einer Feinbearbeitungszielfläche der Feinbearbeitungsmaschine umfassen, wobei die Information zum Flächenaufmaß mit der Datenausgabeeinrichtung der Vorbearbeitungsmaschine ausgegeben wird, oder dass eine Information zum Flächenaufmaß gegenüber einer Feinbearbeitungszielfläche der Feinbearbeitungsmaschine mit der Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine basierend auf den linsenspezifischen Geometriedaten berechnet wird. Durch das Flächenaufmaß erfährt die Feinbearbeitungsmaschine wo sie noch wieviel Material abtragen muss. Diese Informationen liegen der Vorbearbeitungsmaschine in aller Regel bereits vor, denn deren Vorbearbeitungszielfläche ist bevorzugt basierend auf der Feinbearbeitungszielfläche zu bestimmen. Entsprechend kann das tatsächlich gefertigte Flächenaufmaß auch der Feinbearbeitungsmaschine bereitgestellt werden, um eine Neuberechnung auf Seiten der Feinbearbeitungsmaschine zu vermeiden.
Optional kann die Datenausgabeeinrichtung dazu ausgestaltet sein, die linsenspezifischen Geometriedaten in Form einer Oberflächen-Punktewolke oder mathematischen Formel (bspw. jeweils in einem kartesischen, zylindrischen oder kugelförmigen Koordinatensystem) auszugeben. Die Datenmenge steigt entsprechend mit zunehmender Anzahl an Datenpunkten an. Zur Meidung hoher Datenmengen kann es hinreichend sein, wenn die Geometriedaten weniger Datenpunkte aufweisen, als die Feinbearbeitungszielfläche. Es kann nämlich hinreichend sein, das Flächenaufmaß zwischen den Datenpunkten zu approximieren. Bestehende minimale Abweichungen des Aufmaßes zwischen Annahme und tatsächlicher Fläche egalisiert das Werkzeug der Feinbearbeitungsmaschine bei der Bearbeitung. Dahingegen muss die Feinbearbeitungszielfläche präzise hinsichtlich der optischen Wirkung gefertigt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Datenausgabeeinrichtung dazu ausgestaltet ist, die linsenspezifischen Geometriedaten inklusive wenigstens einer weiteren Information aus der Gruppe Mittendicke, Drehlage, Dezentrierung, Umfangsform, Facettengeometrie, Prismawinkel oder Blockerdaten auszugeben. Diese weiteren Informationen erleichtern die Aufnahme und Ausrichtung der optischen Linse in der Feinbearbeitungsmaschine. Außerdem kann die Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine die weiteren Informationen bei der Auslegung der Feinbearbeitungsstrategie berücksichtigen.
Als Facettengeometrie kommt insbesondere eine Facettierung des Linsenrands in Betracht. Der Übergang vom Linsenrand zu der zu bearbeiteten Fläche wird in der Regel innerhalb des Vorbearbeitungsprozesses bereits mit einer einen bestimmten Winkel aufweisenden linearen Fase oder einer an die Bearbeitungsfläche und/oder den Linsenumfang tangential anschließenden Fase versehen. Dies kann in einer Bewegung des Fräswerkzeuges beim Einschenken nach der Randbearbeitung in die zu bearbeitende Fläche, im Anschluss an die Randbearbeitung und vor der Flächenbearbeitung ohne direktes Einschwenken oder im Anschluss an Rand- und Flächenvorbearbeitung erfolgen. Bei der dann folgenden Feinbearbeitung ist der Materialabtrag, üblicherweise in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm, so gering, dass die zuvor gefertigte Facette erhalten bleibt bzw. wird das zu erwartende Abtragsmaß „grob“ vorgehalten. Die Facette hat zum einen kosmetische Gründe aber auch technologische. So kann mit einer richtig dimensionierten Facette der Werkzeugverschleiß in dem nachfolgenden Polierprozess signifikant reduziert werden.
Die Blockerdaten können darin bestehen, wie ein optischer Linsenrohling auf einem Blockstück festgelegt ist. Brillenglasrohlinge existieren in einer großen Variantenvielfalt bzgl. der Frontkrümmungen aufgrund der gewünschten Wirkung des fertigen Brillenglases aber auch material- oder herstellerbedingt. Um in der Produktion diese Vielfalt auf einfache Weise handhaben zu können, werden standardisierte Universalblockstücke verwendet, auf denen der zu bearbeitende Rohling mittels Alloy, Wachs, Kunststoff, Vakuum, etc. fixiert wird und somit mit der gleichen Aufspannreferenz in den verschiedenen Maschinen bearbeitet oder vermessen werden kann. Über die Ausrichtung des Rohlings zur Achse des standardisierten Universalblockstücks kann auch das zu fertigende Prisma in Lage und Richtung eingestellt sowie die Zylinderachse bei konventionelle torischer Fertigung definiert werden.
Die Geometriedaten können optional durch eine angenäherte Hüllfläche definiert sein, sodass die tatsächliche, während der Vorbearbeitung gefertigte Fläche immer auf der Hüllfläche (d.h. das lokale Flächenaufmaß kann lokal etwas größer sein als von der Hüllfläche beschrieben) oder zwischen Hüllfläche und Feinbearbeitungsfläche (d.h. das lokale Flächenaufmaß kann lokal etwas kleiner sein als mit der Hüllfläche beschrieben) liegt. Durch eine Hüllfläche lässt sich die Datenmenge gegenüber einer vollständigen Beschreibung der gefertigten Fläche reduzieren. Über Differenzbildung zur finalen Flächengeometrie (die Feinbearbeitungszielfläche) errechnet sich das vorhandene Flächenaufmaß und die Feinbearbeitungsstrategie inklusive der Werkzeugbahnen kann für die Feinbearbeitungsmaschine unabhängig von der Art der verwendeten Vorbearbeitungsstrategie berechnet werden. Hier bietet es sich an, dass die Vorbearbeitungsmaschine die Geometriedaten zur gefertigten Flächenform der optischen Linse in dem gleichen Datenformat ausgibt, wie diese selbst die zu erstellende Zielfläche erhält. Informationsverluste durch Datenkonvertierung werden so vermieden. Nach Möglichkeit sollte auch die Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine die Feinbearbeitungsstrategie ohne Konvertierung der Geometriedaten auslegen.
In einer anderen Variante umfassen die Geometriedaten ein tatsächlich vorhandenes Flächenaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche. Dies hat den Vorteil, dass auf der Feinbearbeitungsmaschine sofort die Aufmaßverteilung ersichtlich ist. Die erneute Differenzrechnung an einer Vielzahl von Flächenpunkten entfällt somit auf Seiten der Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine und eine notwendige Schnittaufteilung ist schneller auszulegen.
Die Maschinen können die zu fertigenden Zielflächen über ein Leitrechnersystem erhalten. Somit ist auch eine zentrale Datenschnittstelle über das Leitrechnersystem günstig, um die ausgegebenen Geometriedaten an die Prozesssteuerung der Feinbearbeitungsmaschine zu übergeben. Denkbar wäre aber auch, dass die Feinbearbeitungsmaschine die Geometriedaten bei der im Prozessablauf vorausgegangenen Vorbearbeitungsmaschine anfragt und diese dann von dieser durch Ausgabe bereitgestellt werden. Mit beiden Varianten ist für die Feinbearbeitungsstrategie auf einfache Weise eine sichere Bestimmung des Flächenaufmaßes und der Schnittaufteilung möglich, unabhängig davon, mit welcher Maschine, Werkzeug und Parameterkonfiguration die Vorbearbeitung stattgefunden hat.
Als günstig erweist es sich, wenn die Vorbearbeitungsmaschine dazu ausgestaltet ist, basierend auf einer Vorbearbeitungszielfläche ein nur im Wesentlichen homogenes Flächenaufmaß gegenüber der in der Feinbearbeitungsmaschine herzustellenden Feinbearbeitungszielfläche herzustellen, wobei über der gesamten Fläche ein definiertes Minimalaufmaß eingehalten wird. Die Vorbearbeitung kann so schnell und effizient erfolgen. Optional lässt sich dabei über der gesamten Fläche ein definiertes Maximalaufmaß einhalten. Damit vermeidet man ineffiziente Nacharbeiten auf Seiten der Feinbearbeitungsmaschine, die nicht für einen großen Materialabtrag ausgelegt ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen (dazu gehören auch optische Linsenrohlinge) durch Materialabtrag umfassend die folgenden Schritte:

(a) Materialabtragendes Bearbeiten einer optischen Linse mit einer Vorbearbeitungsmaschine;
(b) Ausgeben von aus der Vorbearbeitung resultierenden, linsenspezifischen Geometriedaten zur optischen Linse mit einer Datenausgabeeinrichtung der Vorbearbeitungsmaschine und Zuordnen der Geometriedaten zur vorbearbeiteten optischen Linsen;
(c) Auslegen einer Feinbearbeitungsstrategie einer Feinbearbeitungsmaschine zur Herstellung einer Feinbearbeitungszielfläche mit einer Prozesssteuerung basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten der Datenausgabeeinrichtung der Vorbearbeitungsmaschine zu dieser optischen Linse; und
(d) Ansteuern der Feinbearbeitungsmaschine entsprechend der Feinbearbeitungsstrategie und Herstellen einer Feinbearbeitungszielfläche, insbesondere durch Materialabtrag.

Damit wird erreicht, dass die Feinbearbeitungsstrategie effizient in Kenntnis der Geometriedaten ausgelegt wird, anstatt nur die Annahme zu treffen, dass die Vorbearbeitungsmaschine tatsächlich eine Zielvorgabe erfüllt hätte.
Das Verfahren ist von besonderem Vorteil, wenn die Vorbearbeitungsmaschine und die Feinbearbeitungsmaschine voneinander getrennte Maschinenbetten und/oder separate Steuereinheiten aufweisen. Trotz der Maschinenaufteilung können dann Vorbearbeitungsmaschine und Feinbearbeitungsmaschine effizient arbeiten.
Das Verfahren kann insbesondere mit allen optionalen Ausgestaltungsvarianten der zuvor beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung umgesetzt werden. Dabei verstehen sich die zur Bearbeitungsvorrichtung angegebenen Nutzungsangaben und beschriebenen Wirkungen auch als entsprechend verfahrenstechnisch umsetzbare Merkmale. Die optionalen Ausgestaltungsvarianten der Bearbeitungsvorrichtung sind daher auch optionale Weiterbildungen des Verfahrens.
Umgekehrt gehört es zum Erfindungsumfang, dass die vorstehenden Ausgestaltungsvarianten der Bearbeitungsvorrichtung durch eine Ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens weitergebildet werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur formgebenden Feinbearbeitung einer optischen Linse (dazu gehören auch optische Linsenrohlinge) durch Materialabtrag mit einem Drehwerkzeug in einem Drehprozess, wobei die optische Linse um eine Spindelachse rotierend angetrieben ist, und wobei eine Ausgangsfläche mit inhomogenem Flächenaufmaß gegenüber einer Feinbearbeitungszielfläche mit dem Drehwerkzeug bearbeitet wird, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:

(a) wenigstens ein Aufmaßhomogenisierungsschritt durch Abfahren der Ausgangsfläche mit dem Drehwerkzeug in einer unrunden Umlaufbahn um die Spindelachse durch Modulation einer radialen Zustellung (d.h. quer zur Spindelachse) des Drehwerkzeugs, wobei auf der unrunden Umlaufbahn Zonen des inhomogenen Flächenaufmaßes umfassend ein erhöhtes Flächenaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche liegen, und Modulation der axialen Zustellung (d.h. längs der Spindelachse) des Drehwerkzeugs zur Herstellung eines homogenen Zielaufmaßes gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche, wobei die Eindringtiefe des Drehwerkzeugs in die optische Linse über der Umlaufbahn variiert; und
(b) einen Endbearbeitungsschritt, bei dem das Zielaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche mit zumindest im Wesentlichen konstanter Eindringtiefe des Drehwerkzeugs über der Umlaufbahn bis zur Feinbearbeitungszielfläche abgetragen wird.

Damit wird erreicht, dass die Oberfläche im Endbearbeitungsschritt homogen abgefahren werden kann, die Spurrillen durchgängig und die Spurrillenbreiten konstant sind. Das gelingt bei dieser Feinbearbeitungsstrategie insbesondere auch dann, wenn die Ausgangsfläche das Resultat einer Vorbearbeitungsstrategie ist, welche nur ein inhomogenes Aufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche bereitstellt.
Bei diesem Verfahren kann die Ausgangsfläche den Geometriedaten des zuvor beschriebenen Verfahrens entsprechen, und insbesondere dieses Verfahren innerhalb des vorausgehend beschriebenen Verfahrens zur Anwendung kommen. Es bildet dann eine Grundlage für die Feinbearbeitungsstrategie.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine skizzenhaft dargestellte Bearbeitungsvorrichtung mit einer Vorbearbeitungsmaschine und einer Feinbearbeitungsmaschine;
2 einen skizzenhaften Querschnitt einer optischen Linse mit Vorbearbeitungszielfläche und Feinbearbeitungszielfläche;
3a eine schematische Darstellung eines spiralförmigen Bearbeitungspfads über einer optischen Linse;
3b eine schematische Darstellung eines unrunden Bearbeitungspfads über einer optischen Linse;

In 1 ist eine Bearbeitungsvorrichtung 1 zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen 100 durch Materialabtrag, die eine Vorbearbeitungsmaschine 10 und einer Feinbearbeitungsmaschine 30 aufweist, skizzenhaft dargestellt.
Die Vorbearbeitungsmaschine 10 weist zwei Fräswerkzeuge 13, 13` zur Bearbeitung der optischen Linse 100 auf. Die optische Linse 100 verfügt über eine Vorderseite 101, eine gegenüberliegende Rückseite 102 und einen Linsenumfang 103, welcher die Vorderseite 101 und Rückseite 102 an ihrem jeweiligen Umfang begrenzt. Eines der Fräswerkzeuge 13 dient vorliegend der Bearbeitung der Rückseite 102, des Linsenumfangs 103 oder einer Facette am Übergang des Linsenumfangs 103 zur Rückseite 102. Das andere der Fräswerkzeuge 13' dient zumindest vorrangig der Bearbeitung des Linsenumfangs 103. Die Fräswerkzeuge 13, 13` sind jeweils rotierend angetrieben. Außerdem ist die optische Linse 100 mit einem Spindelantrieb 16 angetrieben, welcher die optische Linse 100 drehend um eine Spindelachse 15 antreibt. Dieser Spindelantrieb 16 sitzt auf einem Kreuzschlitten, sodass die optische Linse 100 quer und längs zur Spindelachse 15 verschoben werden kann. Die Spindelachse 15 ist vorliegend parallel zu den Rotationsachsen der Fräswerkzeuge 13, 13` ausgerichtet. Abweichende Kinematiken sind jedoch ebenso umsetzbar. Die Fräswerkzeuge 13, 13` und der Spindelantrieb 16 sitzen auf einem gemeinsamen Maschinenbett 11.
Die Vorbearbeitungsmaschine 10 ist mit einer Prozesssteuerung 14 angesteuert, die dazu ausgestaltet ist, eine Vorbearbeitungsstrategie der Vorbearbeitungsmaschine 10 basierend auf einer Vorbearbeitungszielfläche ZF1 auszulegen und die Vorbearbeitungsmaschine 10 basierend auf dieser Vorbearbeitungsstrategie anzusteuern. Die Prozesssteuerung 14 kann am Maschinenbett 11 festgelegt sein, ist jedoch bevorzugt schwingungsentkoppelt und ggf. separat vom Maschinenbett 11 aufgestellt.
Die Vorbearbeitungsmaschine 10, insbesondere deren Prozesssteuerung 14, weist eine Datenausgabeeinrichtung 12 auf, die dazu ausgestaltet ist, der bearbeiteten optischen Linse 100 aus der Vorbearbeitung resultierende, linsenspezifische Geometriedaten D zuzuordnen und diese auszugeben.
Die Geometriedaten D sollen insbesondere auch nach Verlassen der Vorbearbeitungsmaschine 10 physisch oder logisch mit der bearbeiteten optischen Linse 100 verknüpft bleiben. Bei der Brillenglasherstellung üblich ist ein Weitertransport der optischen Linse 100 nach deren Vorbearbeitung als Linsenpaar für die Brille in einem Transportbehälter 110 (auch Tray genannt).
Im Anschluss an die Vorbearbeitung in der Vorbearbeitungsmaschine 10 wird die optische Linse 100 der Feinbearbeitungsmaschine 30 zugeführt, vorliegend mit dem skizzierten Transportbehälter 110.
Die Feinbearbeitungsmaschine 30 weist ein Drehwerkzeug 33 auf, das mit einem Servo- bzw. Oszillationsantrieb 37 (auch als Fast-Tool-bezeichnet) oszillierend angetrieben ist. Die optische Linse 100 ist mit einem Spindelantrieb 36 rotierend um eine Spindelachse 35 angetrieben, wobei der Spindelantrieb 36 auf einem Kreuzschlitten sitzt, um die optische Linse 100 entlang der Spindelachse 35 axial auf das Drehwerkzeug 33 zu- bzw. von diesem wegzubewegen, und um die optische Linse 100 quer zur Spindelachse 35 am Drehwerkzeug 33 vorbeizubewegen. Mit dem Drehwerkzeug 33 lassen sich beispielsweise Freiformflächen fertigen, indem Vorschübe des Drehwerkzeugs 33 an den Drehwinkel der optischen Linse 100 gekoppelt werden. Der Spindelantrieb 36 und der Servo- bzw. Oszillationsantrieb 37 sitzen auf einem gemeinsamen Maschinenbett 31.
Das Maschinenbett 11 der Vorbearbeitungsmaschine 10 und das Maschinebett 31 der Feinbearbeitungsmaschine 30 sind physisch voneinander getrennt, insbesondere zur Entkopplung der Schwingungen. Vorbearbeitungsmaschine 10 und Feinbearbeitungsmaschine 30 sind vorzugsweise unabhängig voneinander betreibbare Maschinen.
Die Feinbearbeitungsmaschine 30 ist mit einer Prozesssteuerung 32 angesteuert, die dazu ausgestaltet ist, eine Feinbearbeitungsstrategie der Feinbearbeitungsmaschine 30 basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten D zu dieser optischen Linse 100 auszulegen und die Feinbearbeitungsmaschine 30 basierend auf dieser Feinbearbeitungsstrategie anzusteuern.
Auch die Prozesssteuerungen 32 ist bevorzugt schwingungsentkoppelt und ggf. separat vom Maschinenbett 31 aufgestellt. Dabei sind die Prozesssteuerungen 14 und 32 in separaten Steuereinheiten der Vorbearbeitungsmaschine 10 und der Feinbearbeitungsmaschine 30 implementiert.
Weiterhin weist die Prozesssteuerung 32 der Feinbearbeitungsmaschine 30 eine Datenschnittstelle 34 zum Empfang der Geometriedaten D von der Datenausgabeeinrichtung 12 der Vorbearbeitungsmaschine 10 auf. Alternativ zur gezeigten unmittelbaren Datenverbindung, bei der die Feinbearbeitungsmaschine 30 vorzugsweise die Vorbearbeitungsmaschine 10 nach den Geometriedaten D der zur Bearbeitung anstehenden optischen Linse 100 anfragt, kommt auch eine Kommunikation über ein Leitrechnersystem oder aber eine Datenübergabe über einen Datenträger, der der optischen Linse 100 oder deren Transportbehälter 110 zugeordnet ist, in Betracht.
Die Feinbearbeitungsmaschine 30 erhält so präzise aus der Vorbearbeitung resultierende Geometriedaten D. Dadurch muss sie sich nicht darauf verlassen, dass die Vorbearbeitungsmaschine 10 die Vorbearbeitungszielfläche ZF1 erreicht hat oder etwaige Abweichungen hiervon approximieren. Vielmehr wird der Vorbearbeitungsmaschine 10 sogar Freiraum dahingehend gegeben, prozessökonomisch von der Vorbearbeitungszielfläche ZF1 abzuweichen. Die Vorbearbeitungszielfläche ZF1 ist schließlich nur ein Zwischenarbeitsstand, ohne dass hiermit optische Anwendungen der optischen Linse 100 durchgeführt werden müssten. Im Speziellen kann die Vorbearbeitungsmaschine 10, insbesondere deren Prozesssteuerung 14, dazu ausgestaltet sein, basierend auf der Vorbearbeitungszielfläche ZF1 ein nur im Wesentlichen homogenes Flächenaufmaß A gegenüber der in der Feinbearbeitungsmaschine 30 herzustellenden Feinbearbeitungszielfläche ZF2 herzustellen, wobei über der gesamten Fläche ein definiertes Minimalaufmaß eingehalten wird. Gleichzeitig sollte über der gesamten Fläche ein definiertes Maximalaufmaß eingehalten werden, denn dieses muss im Anschluss mit der Feinbearbeitungsmaschine 30 abgetragen werden.
Mit der von der Prozesssteuerung 32 der Feinbearbeitungsmaschine 30 ausgelegten Feinbearbeitungsstrategie werden Werkzeugbahnen, Werkzeugbewegungen und/oder Bewegungen der optischen Linse bestimmt, insbesondere unter Berücksichtigung der erhaltenen Geometriedaten D. Die linsenspezifischen Geometriedaten D sollten zumindest die Vorderseite 101, die Rückseite 102 und/oder die Umfangsfläche 103 der optischen Linse 100 beschreiben. Vor allem die von der Vorbearbeitungsmaschine 10 bearbeiteten Flächen sollten Teil der Geometriedaten D sein. Unveränderte Flächen könne auch von einer anderen Datenquelle, bspw. einer Maschinendatenbank zu der optischen Linse 100 oder einem Leitrechnersystem, bereitgestellt werden.
Ergänzend können die linsenspezifischen Geometriedaten D beispielsweise eine Information zum Flächenaufmaß A gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 der Feinbearbeitungsmaschine 30 umfassen, wobei die Information zum Flächenaufmaß A mit der Datenausgabeeinrichtung 12 der Vorbearbeitungsmaschine 10 ausgegeben wird. Alternativ könnte eine Information zum Flächenaufmaß A gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 der Feinbearbeitungsmaschine 30 mit deren Prozesssteuerung 32 basierend auf den linsenspezifischen Geometriedaten D berechnet werden.
Optional kann die Datenausgabeeinrichtung 12 dazu ausgestaltet sein, die linsenspezifischen Geometriedaten D inklusive wenigstens einer weiteren Information aus der Gruppe Mittendicke, Drehlage, Dezentrierung, Umfangsform, Facettengeometrie, Prismawinkel oder Blockerdaten auszugeben.
Die Datenausgabeeinrichtung 12 kann dazu ausgestaltet sein, die linsenspezifischen Geometriedaten D in Form einer Oberflächen-Punktewolke oder mathematischen Formel auszugeben.
Mit dieser Bearbeitungsvorrichtung 1 ist nunmehr ein Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen 100 durch Materialabtrag umfassend die folgenden Schritte durchführbar:

(a) Materialabtragendes Bearbeiten der optischen Linse 100 mit der Vorbearbeitungsmaschine 10;
(b) Ausgeben von aus der Vorbearbeitung resultierenden, linsenspezifischen Geometriedaten D zur optischen Linse 100 mit einer Datenausgabeeinrichtung 12 der Vorbearbeitungsmaschine 10 und Zuordnen der Geometriedaten D zur vorbearbeiteten optischen Linsen 100;
(c) Auslegen einer Feinbearbeitungsstrategie der Feinbearbeitungsmaschine 30 zur Herstellung der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 mit der Prozesssteuerung 32 basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten D der Datenausgabeeinrichtung 12 der Vorbearbeitungsmaschine 10 zu dieser optischen Linse 100;
(d) Ansteuern der Feinbearbeitungsmaschine 30 entsprechend der Feinbearbeitungsstrategie und Herstellen der Feinbearbeitungszielfläche ZF2.

Dabei kann der Materialabtrag mit dem Drehwerkzeug 33 in einem Drehprozess erfolgen, wobei die optische Linse 100 um die Spindelachse 35 rotierend angetrieben ist. Eine durch die Geometriedaten D definierte Ausgangsfläche F mit inhomogenem Flächenaufmaß A gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 lässt sich dann zweistufig bearbeiten. Insbesondere kann zunächst ein Aufmaßhomogenisierungsschritt durch Abfahren der Ausgangsfläche F mit dem Drehwerkzeug 33 erfolgen. Dabei wird eine Modulation der axialen Zustellung des Drehwerkzeugs 33 zur Herstellung eines homogenen Zielaufmaßes gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 vorgenommen, bei der die Eindringtiefe des Drehwerkzeugs 33 in die optische Linse 100 über der Umlaufbahn variiert. Optional ist dabei möglich, dass dies in einer unrunden Umlaufbahn um die Spindelachse 35 durch Modulation einer radialen Zustellung des Drehwerkzeugs 33 geschieht, wobei auf der unrunden Umlaufbahn Zonen des inhomogenen Flächenaufmaßes A umfassend ein erhöhtes Flächenaufmaß A1 gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 liegen. Anschließend kann ein Endbearbeitungsschritt erfolgen, bei dem das Zielaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 mit zumindest im Wesentlichen konstanter Eindringtiefe des Drehwerkzeugs 33 über der Umlaufbahn bis zur Feinbearbeitungszielfläche ZF2 abgetragen wird. Dabei ist die Umlaufbahn vorzugsweise rund (dazu soll auch die Spiralform zählen).
2 zeigt ein skizzenhafter Querschnitt einer optischen Linse 100, von der ein Teilausschnitt der Rückseite 102 enthalten ist, und die Vorderseite 101 und der Umfang 103 nur angedeutet sind. Ausgehend von der Rückseite 102, die bspw. in einer vorausgehenden Bearbeitung oder aber in einem Gussverfahren hergestellt ist, soll eine Feinbearbeitungszielfläche ZF2 durch zweistufige, materialabtragende Bearbeitung erzielt werden. Dabei kann einer Vorbearbeitungsmaschine 10 wie zuvor beschrieben eine Vorbearbeitungszielfläche ZF1 vorgegeben werden, oder aber die Vorbearbeitungszielfläche ZF1 wird von der Vorbearbeitungsmaschine 10 basierend auf der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 und bspw. einem Minimalaufmaß bestimmt. Aufgrund der Werkzeuggeometrie oder Einschränkungen hinsichtlich der Bewegungsfreiheiten des Werkzeugs relativ zur optischen Linse 100 kann es dabei notwendig sein, von der Vorbearbeitungszielfläche ZF1 mit homogenem Flächenaufmaß A gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 abzuweichen. Die tatsächlich gefertigte Fläche der Vorbearbeitung entspricht dann den Geometriedaten D und hält sowohl das minimale Flächenaufmaß A gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche ZF2 als auch ein maximales Flächenaufmaß ein. Es resultieren dann wie dargestellt Zonen A2 des inhomogenen Flächenaufmaßes A, die ein geringes Flächenaufmaß aufweisen, und solche Zonen A1, die ein erhöhtes Flächenaufmaß aufweisen.
Das inhomogene Flächenaufmaß A ist in der Folge mit einer Feinbearbeitungsmaschine, wie sie bspw. vorstehend beschrieben ist, weiter zu bearbeiten.
Hierzu ist in 3a eine schematische Darstellung eines spiralförmigen Bearbeitungspfads über einer optischen Linse 100 wiedergegeben. Man erkennt, dass in zwei konzentrischen Ringen Zonen A1 mit erhöhtem Flächenaufmaß innerhalb einer Zone A2 mit geringem, homogenen Flächenaufmaß liegen. Mit dem skizzierten spiralförmigen Bearbeitungspfad, der durch konstante Querbewegung des Werkzeugs und konstante Rotationsgeschwindigkeit der optischen Linse 100 erzielt werden kann, wird die ganze Rückseite 102 abgefahren, wobei je nach Zustellung unter Umständen ausschließlich die Zonen A1 mit inhomogenem, erhöhtem Flächenaufmaß abgetragen werden und das Drehwerkzeug dazwischen über der Oberfläche schwebt. Den Bearbeitungspfad könnte man durch einen Eilgang auf den Bereich zwischen den konzentrischen Ringen mit den Zonen A1 mit inhomogenem, erhöhtem Flächenaufmaß beschränken, um zunächst die Zonen A1 mit inhomogenem, erhöhtem Flächenaufmaß abzutragen.
Als besonders effizient erweist es sich allerdings, wenn man wie in 3b skizziert die radiale Zustellung des Werkzeugs in Abhängigkeit des Drehwinkels moduliert, wodurch ein unrunder Bearbeitungspfad abgefahren wird. Im Vergleich zum Spiralgang nach 3a ist der des skizzierten Vorgehens nach 3b nicht nur abgekürzt, sondern auch noch zu einer Ellipsenform gestaucht, um mit weniger Umdrehungen alle Zonen A1 mit inhomogenem, erhöhtem Flächenaufmaß abzufahren. Hierdurch lässt sich zunächst ein homogenes Flächenaufmaß erzeugen. Erst bei der Endbearbeitung sollte dann noch einmal die gesamte relevante Fläche der optischen Linse 100 spiralförmig und mit konstanter Eindringtiefe des Drehwerkzeugs abgefahren werden.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungsvorrichtung
10: Vorbearbeitungsmaschine
11: Maschinenbett
12: Datenausgabeeinrichtung
13: Fräswerkzeug
14: Prozesssteuerung
15: Spindelachse
16: Spindelantrieb
30: Feinbearbeitungsmaschine
31: Maschinenbett
32: Prozesssteuerung
33: Drehwerkzeug
34: Datenschnittstelle
35: Spindelachse
36: Spindelantrieb
37: Servoantrieb/Oszillationsantrieb/ Fast-Tool
100: optische Linse
101: Vorderseite
102: Rückseite
103: Umfangsfläche
110: Transportbehälter (Tray)
A: Flächenaufmaß
A1: Zonen des inhomogenen Flächenaufmaßes umfassend ein erhöhtes Flächenaufmaß
A2: Zonen des inhomogenen Flächenaufmaßes umfassend ein geringes Flächenaufmaß
D: Geometriedaten (die aus der Vorbearbeitung resultieren und linsenspezifisch sind)
F: Ausgangsfläche
ZF1: Vorbearbeitungszielfläche
ZF2: Feinbearbeitungszielfläche

Claims

Bearbeitungsvorrichtung (1) zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen (100) durch Materialabtrag, mit einer Vorbearbeitungsmaschine (10) und mit einer Feinbearbeitungsmaschine (30), dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorbearbeitungsmaschine (10) eine Datenausgabeeinrichtung (12) aufweist, die dazu ausgestaltet ist, der bearbeiteten optischen Linse (100) aus der Vorbearbeitung resultierende, linsenspezifische Geometriedaten (D) zuzuordnen und diese auszugeben, - wobei die Feinbearbeitungsmaschine (30) mit einer Prozesssteuerung (32) angesteuert ist, die dazu ausgestaltet ist, eine Feinbearbeitungsstrategie der Feinbearbeitungsmaschine (30) basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten (D) zu dieser optischen Linse (100) auszulegen und die Feinbearbeitungsmaschine (30) basierend auf dieser Feinbearbeitungsstrategie anzusteuern.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung (32) der Feinbearbeitungsmaschine (30) eine Datenschnittstelle (34) zum Empfang der Geometriedaten (D) von der Datenausgabeeinrichtung (12) der Vorbearbeitungsmaschine (10) aufweist.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbearbeitungsmaschine (10) mit einer Prozesssteuerung (14) angesteuert ist, die dazu ausgestaltet ist, eine Vorbearbeitungsstrategie der Vorbearbeitungsmaschine (10) basierend auf einer Vorbearbeitungszielfläche (ZF1) auszulegen und die Vorbearbeitungsmaschine (10) basierend auf dieser Vorbearbeitungsstrategie anzusteuern.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Prozesssteuerung (32) der Feinbearbeitungsmaschine (30) ausgelegte Feinbearbeitungsstrategie Werkzeugbahnen, Werkzeugbewegungen und/oder Bewegungen der optischen Linse (100) umfasst.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die linsenspezifischen Geometriedaten (D) eine Vorderseite (101), eine Rückseite (102), eine Umfangsfläche (103) und/oder Facette der optischen Linse (100) beschreiben.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die linsenspezifischen Geometriedaten (D) eine Information zum Flächenaufmaß (A) gegenüber einer Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) der Feinbearbeitungsmaschine (30) umfassen, wobei die Information zum Flächenaufmaß (A) mit der Datenausgabeeinrichtung (12) der Vorbearbeitungsmaschine (10) ausgegeben wird; oder b) eine Information zum Flächenaufmaß (A) gegenüber einer Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) der Feinbearbeitungsmaschine (30) mit der Prozesssteuerung (32) der Feinbearbeitungsmaschine (30) basierend auf den linsenspezifischen Geometriedaten (D) berechnet wird.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenausgabeeinrichtung (12) dazu ausgestaltet ist, die linsenspezifischen Geometriedaten (D) in Form einer Oberflächen-Punktewolke oder mathematischen Formel auszugeben.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenausgabeeinrichtung (12) dazu ausgestaltet ist, die linsenspezifischen Geometriedaten (D) inklusive wenigstens einer weiteren Information aus der Gruppe Mittendicke, Drehlage, Dezentrierung, Umfangsform, Facettengeometrie, Prismawinkel oder Blockerdaten auszugeben.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbearbeitungsmaschine (10) dazu ausgestaltet ist, basierend auf einer Vorbearbeitungszielfläche (ZF1) ein nur im Wesentlichen homogenes Flächenaufmaß gegenüber der in der Feinbearbeitungsmaschine (30) herzustellenden Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) herzustellen, wobei über der gesamten Fläche ein definiertes Minimalaufmaß eingehalten wird.
Bearbeitungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über der gesamten Fläche ein definiertes Maximalaufmaß eingehalten wird.
Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von optischen Linsen (100) durch Materialabtrag umfassend die folgenden Schritte: (a) Materialabtragendes Bearbeiten einer optischen Linse (100) mit einer Vorbearbeitungsmaschine (10); (b) Ausgeben von aus der Vorbearbeitung resultierenden, linsenspezifischen Geometriedaten (D) zur optischen Linse (100) mit einer Datenausgabeeinrichtung (12) der Vorbearbeitungsmaschine (10) und Zuordnen der Geometriedaten (D) zur vorbearbeiteten optischen Linsen (100); (c) Auslegen einer Feinbearbeitungsstrategie einer Feinbearbeitungsmaschine (30) zur Herstellung einer Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) mit einer Prozesssteuerung (32) basierend auf den ausgegebenen Geometriedaten (D) der Datenausgabeeinrichtung (12) der Vorbearbeitungsmaschine (10) zu dieser optischen Linse (100); (d) Ansteuern der Feinbearbeitungsmaschine (30) entsprechend der Feinbearbeitungsstrategie und Herstellen einer Feinbearbeitungszielfläche (ZF2).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vorbearbeitungsmaschine (10) und die Feinbearbeitungsmaschine (30) voneinander getrennte Maschinenbetten (11, 31) und/oder separate Steuereinheiten aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Bearbeitungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt wird.
Verfahren zur formgebenden Feinbearbeitung einer optischen Linse (100) durch Materialabtrag mit einem Drehwerkzeug (33) in einem Drehprozess, wobei die optische Linse (100) um eine Spindelachse (35) rotierend angetrieben ist, und wobei eine Ausgangsfläche (F) mit inhomogenem Flächenaufmaß (A) gegenüber einer Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) mit dem Drehwerkzeug (33) bearbeitet wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (a) Wenigstens einen Aufmaßhomogenisierungsschritt durch Abfahren der Ausgangsfläche (F) mit dem Drehwerkzeug (33) in einer unrunden Umlaufbahn um die Spindelachse (35) durch Modulation einer radialen Zustellung des Drehwerkzeugs (33), wobei auf der unrunden Umlaufbahn Zonen des inhomogenen Flächenaufmaßes (A) umfassend ein erhöhtes Flächenaufmaß (A1) gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) liegen, und Modulation der axialen Zustellung des Drehwerkzeugs (33) zur Herstellung eines homogenen Zielaufmaßes gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche (ZF2), wobei die Eindringtiefe des Drehwerkzeugs (33) in die optische Linse (100) über der Umlaufbahn variiert; und (b) einen Endbearbeitungsschritt, bei dem das Zielaufmaß gegenüber der Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) mit zumindest im Wesentlichen konstanter Eindringtiefe des Drehwerkzeugs (33) über der Umlaufbahn bis zur Feinbearbeitungszielfläche (ZF2) abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es Teil der Feinbearbeitungsstrategie des Anspruchs 11 ist, wobei die Ausgangsfläche (F) den Geometriedaten (D) entspricht.