DE3534920C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gra­ vieren von Werkstücken aus Glas oder optischem Kunststoffmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus verschiedenen Gründen sollen beispielsweise Brillen­ gläser mit Markierungen, Beschriftungen etc. versehen werden: Zum Beispiel ist es erforderlich, auf dem Glas Durchblick­ stellen, Zentrierpunkte etc. zu kennzeichnen. Darüber hinaus sollen Hinweise auf den Hersteller wie Warenzei­ chen etc. angebracht werden können. Häufig wird gewünscht, derartige Markierungen auf dem Brillenglas unlösbar anzu­ bringen, beispielsweise einzugravieren, um eine Entfernung der Markierungen unmöglich zu machen.

Seit langem ist es bekannt, derartige Markierungen mit einem Diamantwerkzeug einzuritzen. Eine hierzu geeignete Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 29 16 663 bekannt.

Bei diesen Ritzverfahren ergibt sich jedoch eine ungleich­ mäßige Gravur. Darüber hinaus wird das Gravierwerkzeug rasch und ungleichmäßig abgenutzt. Derartige Abnutzungen führen zu Aufsprüngen im Werkzeug, die sofort oder auch erst nach Abschluß der Gravur auftreten können.

Deshalb ist vorgeschlagen worden, das Gravieren bzw. das Beschädigen der Oberfläche des Werkstücks aus Glas bzw. aus einem Kunststoffmaterial mit einem Laser vorzunehmen.

Das Werkstück wird entweder direkt mit dem Laserstrahl oder indirekt über eine aufgelegte Folie bestrahlt. Durch die Wärmeabsorption ergibt sich eine Beschädigung am Auf­ treffpunkt des Laserstrahls.

Nachteilig ist jedoch, daß bei der direkten Bestrahlung die Intensität der Oberflächenbeschädigung und damit der Gravur nur schwer beherrschbar ist. Beim Auflegen einer Folie ist es nicht möglich, auf konkaven Flächen zu gra­ vieren. Darüber hinaus erfordert das Gravieren mit Laser­ strahlen hohe Investitionskosten für den energiereichen Laser.

Als weitere Methode ist vorgeschlagen werden. Markierungen in die Oberfläche des Linsenmaterials einzuätzen. Das Ätzen von Glas zur Herstellung von Gravuren hat jedoch insbesondere bei Brillengläsern kaum praktische Bedeutung erlangt, da auch die direkte Umgebung der Gravur mit dem Ätzmittel verunreinigt und damit beschädigt werden kann. Deshalb ist die Schärfe der Linienführung von mittels Ätzen hergestellten Gravuren noch schlechter als bei ge­ ritzten Gravuren.

Weiterhin ist es für allgemeine Oberflächen bekannt, Mar­ kierungen durch Gravieren herzustellen. Vorrichtungen zum Gravieren von Werkstücken sind beispielsweise aus der DE- OS 28 34 376 oder der DE-OS 23 49 007 bekannt. Von den aus diesen Druckschriften bekannten Vorrichtungen ist bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausge­ gangen worden. Diese bekannten Vorrichtungen verwenden zum Gravieren vergleichsweise "spitze" Gravierwerkzeuge.

Bei der Verwendung dieser bekannten gattungsgemäßen Vor­ richtungen zum Gravieren von Brillengläsern, also von Werkstücken mit gekrümmter Oberfläche erhält man keine randscharfen Gravuren.

Eine "Mit-Ursache" hierfür ist - wie erfindungsgemäß er­ kannt worden ist - die Tatsache, daß der "Stichel" der Krümmung der Oberfläche nicht "folgt". Weiterhin trägt - wie ebenfalls erfindungsgemäß erkannt worden ist - zum Ausbrechen der Ränder beim Gravieren von Brillengläsern die Verwendung spitzer Gravierwerkzeuge bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Markieren von Werkstücken aus Glas oder optischen Kunststoffmate­ rialien anzugeben, die bei geringen Investitionskosten die schnelle Herstellung randscharfer Konturen erlaubt.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise dadurch gelöst, daß weiterhin von einer Gravier-Vorrichtung ausge­ gangen wird, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 28 34 376 bekannt ist, und diese Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils weitergebildet wird.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß trotz der Nachtei­ le der bekannten Ritz- bzw. Graviervorrichtungen, die einen kraftbetätigten Stichel verwenden, randscharfe Gra­ vuren schnell dadurch erhalten werden können, daß zur Herstellung der Gravur ein stumpf-, insbesondere kugelförmig ange­ schliffenes Gravierwerkzeug verwendet wird, und daß dieses Werkzeug so gehalten wird, daß es "mit gleichmäßiger An­ druckkraft" der gekrümmten Werkstückoberfläche "folgt".

Die "vergleichsweise stumpfe" Ausbildung des Gravierwerk­ zeugs verhindert - obwohl der Schwingungserreger in hoch­ frequente Schwingungen versetzt wird - das Auftreten von Aussprüngen im Werkzeug. Dennoch ist durch die hochfre­ quente Schwingungserregung ein schnelles Herstellen der gewünschten Gravur möglich.

Typischerweise erhält man die Schwingungsfrequenzen zwi­ schen 30 und 40 kHz und einer Diamantnadel als Gravier­ werkzeug randscharfe Gravuren mit einer Graviertiefe in der Größenordnung von 0,5 µm; die Gravur kann dabei min­ destens genauso schnell, in der Regel jedoch wesentlich schneller als beim Ritzverfahren mit einem Werkzeug oder beim Lasergravieren ausgeführt werden.

Durch die Lagerung des Werkzeugs samt Schwingungserreger an einem Hebelarm ist sichergestellt, daß das Werkzeug der gekrümmten Oberfläche mit gleichmäßiger Andruckkraft folgt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Verschiebung des Werkstücks relativ zu dem Gravier­ werkzeug kann entweder dadurch erfolgen, daß das Gravier­ werkzeug mittels einer Zweiachsen-Steuer- bzw. Positio­ niereinheit (Anspruch 2) oder das Werkstück verschoben wird. Auch ist es möglich, daß das Gravierwerkzeug bei­ spielsweise in x-Richtung und das Werkstück (z. B.) in y- Richtung gleichzeitig verschoben werden.

In jedem Falle ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Steuereinheit die Verschiebung so einstellt, daß die Gravurstrecke pro Zeiteinheit konstant ist.

Der Gravierstift kann dabei in Richtung seiner Achse, senkrecht hierzu oder kombiniert zu Schwingungen angeregt werden (Ansprüche 3 bzw. 4).

In jedem Falle ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Schwin­ gungsfrequenzen im Ultraschallbereich, bevorzugt im Be­ reich zwischen 30 und 40 kHz liegen (Anspruch 5). Natür­ lich sind jedoch individuelle Unterschiede je nach dem zu gravierenden Material möglich.

Als Schwingungserreger können gemäß Anspruch 6 ein oder mehrere Piezokristalle eingesetzt werden. Derartige Piezo­ kristalle haben den Vorteil, daß sie zu vergleichsweise günstigen Kosten leicht als Ultraschallerreger erhältlich sind und darüber hinaus in einfacher Weise eine Einstellung der Amplitude der Schwingung und damit eine Anpassung an das jeweils zu gravierende Material erlauben. Jedoch kön­ nen auch alle anderen Schwingungserreger für Ultraschall­ frequenzen verwendet werden, sofern sie nur in der Lage sind, Schwingungen mit der gewünschten Amplitude und Lei­ stung in dem jeweiligen Frequenzband abzugeben.

In jedem Falle ist es gemäß Anspruch 7 vorteilhaft, wenn die Kraft, mit der das Gravierwerkzeug an dem Werkstück anliegt, einstellbar ist.

Besonders einfach ist dies dann zu realisieren, wenn das zu gravierende Werkstück horizontal angeordnet ist.

Eine besonders einfache Lösung, in diesem Falle die An­ druckkraft des Gravierwerkzeugs an dem Werkstück einzustel­ len, ist in Anspruch 8 gekennzeichnet: durch die Verwen­ dung von Gewichten bleibt die Andruckkraft - anders als beispielsweise bei der Verwendung von Federn - auch bei gekrümmten zu gravierenden Flächen immer gleich.

Die in den Ansprüchen 9 bzw. 10 gekennzeichnete Abhebevor­ richtung erlaubt in einfacher Weise das Gravieren von nicht geschlossenen Marken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, deren einzige Figur eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Gravieren von Werkstücken zeigt.

Ein Gravierstift 1 ist an seinem einen Ende fest in einem Schwingungserreger 2 eingespannt. Der Schwingungserreger 2 ist an einer Wippe bzw. einem Hebelarm 3 befestigt, der um eine Achse 4 dreh- bzw. schwenkbar gelagert ist.

Die aus dem Gravierstift 1, dem Schwingungserreger 2 und der Wippe 3 bestehende Anordnung ist auf einem x/y-Tisch 5 befestigt. Eine nicht dargestellte Steuereinheit ermög­ licht eine Verstellung des Gravierstifts 1 in der x/y- Ebene entlang vorgebbaren Gravurmustern.

An dem von dem Gravierstift 1 beabstandeten Ende 6 der Wippe 3 greift ein Exzenter 7 an, der ein Anheben und ein Absenken der Wippe 3 ermöglicht und motorisch betrieben sein kann. Im abgesenkten Zustand liegt der Gravierstift 1 auf einem zu gravierenden Werkstück 9, beispielsweise einem Brillenglas aus Silikatglas oder aus einem Kunst­ stoffmaterial auf, das auf einer Spannvorrichtung 10 be­ festigt ist.

Ferner ist an der Wippe 3 ein Stift 11 befestigt, auf den Gewichte 12 aufgeschoben werden können. Mit Hilfe dieser Gewichte 12 ist die Andruckkraft einstellbar, mit der der Gravierstift 1 auf dem zu gravierenden Werkstück 9 auf­ liegt.

Der Gravierstift 1 ist beispielsweise eine stumpf, insbesondere kugelförmig ausgebildete Diamantnadel. Je nach dem Mate­ rial des zu gravierenden Werkstücks können aber auch an­ dere Werkstoffe für den Gravierstift 1 verwendet werden. In jedem Falle ist die Ausbildung der Nadel als ver­ gleichsweise stumpfes Werkzeug jedoch vorteilhaft, da hierdurch in Verbindung mit der hochfrequenten Erregung randscharfe Gravuren ohne Ausbrechen der Ränder oder Ab­ splitterung des Werkstückmaterials möglich werden.

Zum Gravieren wird in an sich bekannter Weise der x/y- Tisch entsprechend dem gewünschten Graviermuster verscho­ ben, so daß die Graviernadel auf dem Werkstück das gewünsch­ te Zeichen abtastet. Der Schwingungserreger 2 wird mit einstellbarer Frequenz und Amplitude erregt. Für das Gra­ vieren von Silikatgläsern haben sich beispielsweise Fre­ quenzen von etwa 35 kHz als geeignet erwiesen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die nicht dargestellte Steuereinheit die Verschiebung so ausführt, daß die von dem Gravierstift pro Zeiteinheit abgetastete Länge kon­ stant ist, da so eine besonders gleichmäßige Gravur er­ zielt wird. Die Steuereinheit kann darüber hinaus auch das Abheben der Nadel steuern, so daß auch nichtgeschlossene Gravurmuster möglich werden.

Die Erregung des Gravierstifts 1 kann normal zur Oberflä­ che des zu gravierenden Werkstücks 1, d. h. in Richtung der Achse 13 des Schwingungserregers 2 erfolgen. Je nach Anwen­ dungsfall kann sie aber auch senkrecht zur Achse 13 oder mit Schwingungskomponenten in Richtung der Achse und mit Komponenten senkrecht hierzu erfolgen.

Als Schwingungserreger werden bevorzugt Piezoquarze verwendet; je nach gewünschter Leistung können auch mehre­ re Piezokristalle kombiniert werden.

Das in der Figur schematisch dargestellte Werkstück kann insbesondere ein Brillenglas aus Silikatglas oder aus einem Kunststoffmaterial sein. Es ist aber auch möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise Gieß­ formen zu gravieren; in diesem Falle ergibt sich die Mar­ kierung als "Positiv" auf der Linsenoberfläche.

In jedem Falle eignet sich die erfindungsgemäße Vorrich­ tung besonders zum Markieren von optischen Elementen, da sie eine randscharfe Gravur auf gekrümmten Oberflächen ermöglicht, die gut erkennbar ist und dennoch den Brillen­ träger nicht stört.

Die Steuereinheit kann beispielsweise eine in an sich bekannter Weise ausgeführte elektronische Positionierein­ heit oder eine Kopiereinrichtung sein.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Gravieren von Werkstücken aus Glas oder optischem Kunststoffmaterial, bei der der auf einem Halter (10) eingespannte zu gravierende Körper (9) entsprechend der gewünschten Gravur relativ zu einem Gravierstift (1) verschiebbar ist, der an der Ober­ fläche des Werkstücks anliegt, und den ein Schwingungser­ reger (2) zu hochfrequenten Schwingungen antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Gravieren von optischen Elementen, insbesondere von Brillengläsern der Gravierstift (1) ein stumpf, insbesondere kugelförmig angeschliffenes Gravierwerkzeug aufweist und fest in den Schwingungserreger (2) eingespannt ist, und daß der Schwingungserreger (2) und der in ihn eingespannte Gravierstift an einem um eine Achse (4) schwenkbaren Hebelarm (3) gehalten sind, der in Richtung auf die zu gravierende Oberfläche druckbeaufschlagt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Werkstück (9) während des Graviervorgangs ortsfest ange­ ordnet und eine Zweiachsen-Steuereinheit (5) vorgesehen ist, an der der schwenkbare Hebelarm angelenkt ist, und die den Gravierstift (1) entsprechend einem vorgebbaren Gravier­ muster mit konstanter Geschwindigkeit relativ zum Werk­ stück (9) bewegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (2) den Gravierstift (1) zu Schwingungen in Richtung seiner Längs­ achse (13) antreibt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (2) den Gravierstift (1) quer zu seiner Längsachse (13) ein- oder zweidimensional in Schwingung versetzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungsfrequenz des Schwingungserregers zwischen etwa 30 nd 40 kHz liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (2) aus Piezokristallen besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (3, 11, 12) vorgesehen ist, die den Gravierstift (1) mit einer einstellbaren Kraft an das Werkstück (9) andrückt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der Kraft Gewichte (12) auf den Schwingungserreger (2) auflegbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (3) zum Abheben des Gravierstifts vom Werkstück (9) mittels eines Exzenters (7) anhebbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (7) motorisch anhebbar ist, und daß das Anheben von der Steuereinheit steuerbar ist.