DE3801889A1 - Verfahren zur vermessung von brillenglaesern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermes­ sung von Brillengläsern mit wenigstens einer asphärischen Begrenzungsfläche sowie auf eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung dieses Verfahrens.

Die genaue Vermessung von Brillengläsern mit wenigstens einer asphärischen Begrenzungsfläche, also beispielsweise von sog. progressiven Brillengläsern, ist u.a. für die laufende Kontrolle der Fertigung von großer Bedeutung. Gegenwärtig sind hierzu Meßverfahren im Gebrauch, bei denen die asphärische Begrenzungsfläche mit einem Tastkör­ per bzw. Stichel oder dergleichen punktweise abgetastet wird. Aus dem so gewonnenen Pfeilhöhen-Gitternetz wird dann mit Hilfe eines Rechners der genaue Verlauf der as­ phärischen Fläche berechnet.

Die bekannten taktilen Meßverfahren bzw. die bekannten Meßmaschinen zur Durchführung dieser Verfahren, die die zu vermessende Fläche punktweise abtasten, haben den Nach­ teil, daß die Vermessung einer Fläche eine vergleichsweise lange Zeit in Anspruch nimmt. Dies verhindert z. B. die Aufnahme einer 100%-Stichprobe während der Fertigung, so daß Fertigungsfehler, wie sie beispielsweise durch beschä­ digte Fräser odgl. entstehen können, u.U. erst spät er­ kannt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Vermessung von Brillengläsern mit wenigstens einer asphärischen Begrenzungsfläche anzu­ geben, die die Vermessung einer asphärischen Begrenzungs­ fläche, die nicht notwendigerweise irgendeine Symmetrie aufweisen muß, in sehr kurzen Zeitspannen ermöglicht; dabei sollen das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die er­ findungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum problemlosen Einsatz im Prüffeld geeignet sein.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, zur Vermessung von Brillengläsern mit asphärischen Begrenzungsflächen interferometrische Verfahren einzusetzen.

Überraschenderweise sind derartige interferometrische Verfahren, die ansonsten in der optischen Meßtechnik Stan­ dard sind, zur Vermessung von asphärischen Brillengläsern bislang nicht in Betracht gezogen worden. Die Ursache hierfür dürfte sein, daß die auf dem einschlägigen Gebiet tätigen Fachleute interferometrische Meßverfahren nicht in Betracht gezogen haben, da es vergleichsweise sehr schwie­ rig ist, Referenzkörper mit einer Herstellgenauigkeit anzufertigen, bei denen Soll/Ist-Abweichung vernachläs­ sigbar gering ist, und daß bei Verwendung anderer Meßkör­ per die Interferenzordnung zu hoch und damit die genaue Bestimmung der Abweichung zu schwierig wird.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem, das offensichtlich bislang die Verwendung von interferometrischen Meßverfah­ ren zur absoluten Vermessung von Brillengläsern mit as­ phärischen Begrenzungsflächen und insbesondere zur Vermes­ sung von progressiven Brillengläsern verhindert hat, da­ durch umgangen, daß nicht versucht wird, einen "idealen" Referenzkörper herzustellen. Vielmehr wird in den "Re­ ferenz"-Strahlengang eines Zweistrahl-Interferometers ein Referenzkörper eingesetzt, der typischerweise ähnliche Fehler, d.h. Abweichungen von der Sollfläche, wie das zu vermessende Brillenglas aufweist. Der Referenzkörper ist lediglich mit einem absolut messenden Meßverfahren, bspw. dem eingangs erwähnten taktilen Meßverfahren (Anspruch 4), absolut vermessen, so daß die Gestalt seiner Oberfläche, bspw. als Pfeilhöhen-Gitternetz mit der erforderlichen Genauigkeit bekannt ist.

Da die Vermessung des Referenzkörpers nur ein einziges Mal vorzunehmen ist, ist die Meßzeit für den Referenzkörper von nicht allzu großer Bedeutung.

Die entstehenden Interferogramme werden mit einem Sensor, bspw. einer Halbleiterkamera aufgenommen und in einer Rechen- und Steuereinheit abgespeichert. Die Rechen- und Steuereinheit berechnet aus dem Ausgangssignal des Sensors die lokale Glasdickendifferenz zwischen Referenzkörper und dem zu prüfenden Brillenglas. Da die Phase des Interfero­ gramms erfindungsgemäß ferner in mehreren Schritten ver­ schoben werden kann, ist zusätzlich das Vorzeichen der Glasdickendifferenz bestimmbar.

Damit ist es möglich, aus den Pfeilhöhen des Referenzkör­ pers und der mit Vorzeichen bekannten lokalen Glasdicken­ differenz zwischen Referenzkörper und zu prüfenden Bril­ lenglas die Pfeilhöhen des zu vermessenden Brillenglases zu bestimmen (Anspruch 5) .

Selbstverständlich ist es möglich, aus den mit dem inter­ ferometrischen Meßverfahren bestimmten Pfeilhöhen des zu vermessenden Brillenglases in an sich bekannter Weise weitere optische Größen, wie den Flächenbrechwert, den Flächenastigmatismus zu berechnen (Anspruch 6).

Das erfindungsgemäße Verfahren hat als interferometrisches Meßverfahren den bei interferometrischen Verfahren all­ gemeinen Vorteil, daß die gesamte asphärische Begrenzungs­ fläche in einem Meßvorgang zur Messung herangezogen wird, so daß der eigentliche Meßvorgang nur sehr geringe Zeit in Anspruch nimmt. Die Berechnung der lokalen Glasdickendif­ ferenz nimmt selbst bei Verwendung eines typischen 16 Bit- Rechners gemäß Industriestandard nur wenige Sekunden in Anspruch, so daß auch bei großen Fertigungschargen mit nur einer Meßvorrichtung eine 100%-Stichprobe möglich wird. Damit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Kon­ trolle des Fertigungsergebnisses und ermöglicht eine ent­ sprechende aktive Rückkoppelung bei der Fertigung (Ansprü­ che 7 bis 9). Von besonderem Vorteil ist in jedem Falle, daß eine Ganzflächenanalyse in einem Bruchteil der Zeit vorgenommen werden kann, die für eine flächendeckende 3- Koordinaten-Messung erforderlich ist, deren Zeitaufwand sich nach Stunden bemißt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn für die einzelnen Brillen­ glastypen, die bei progressiven Gläsern beispielsweise durch Basiskurve, Addition etc. klassifiziert sind, "ange­ paßte Referenzkörper", d.h. absolut vermessene Brillen­ gläser des gleichen Typs verwendet werden, da dann in der Regel die Interferenzstreifen nicht zu dicht sind und mit einfachen Sensoren, beispielsweise handelsüblichen Halb­ leiterkameras aufgelöst werden können. Darüber hinaus wird der Rechenaufwand vermindert.

Als Zweistrahl-Interferometer können im Prinzip beliebige Interferometer verwendet werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines Mach-Zehnder-Interferometers.

Mach-Zehnder-Interferometer haben jedoch gegenüber anderen Zweistrahl-Interferometern den Vorteil, daß die Teilstrah­ lengänge bei großem Durchmesser räumlich weit getrennt sind, so daß die erforderlichen Aufnahmevorrichtungen für Referenz- und Prüfkörper leicht zugänglich angeordnet werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäß verwendetes Mach-Zehnder-In­ terferometer, und

Fig. 2 typische Interferogramme.

Fig. 1 zeigt einen typischen Aufbau eines Mach-Zehnder- Interferometers. Das Licht eines Lasers 1 wird durch Lin­ sen 2 und 3, zwischen denen ein Raumfilter 4 angeordnet ist, aufgeweitet, von einem Spiegel 5 umgelenkt und mit­ tels eines teildurchlässigen Spiegels 6 in zwei Teilstrah­ lengänge 7 und 8 aufgespalten. In dem Teilstrahlengang 7 ist ein Referenzkörper 9 und in dem anderen Teilstrahlen­ gang 8 der Prüfling 10 angeordnet. Ferner sind Kompensa­ tionskörper 11 und 12, die lediglich bei stark negativen bzw. stark positiven Prüfgläsern erforderlich sind, sowie Umlenkspiegel 13 und 14 vorgesehen. Das Licht der beiden Teilstrahlengänge 7 und 8 wird auf der teildurchlässigen Fläche 15 des Teilerwürfels 16 vereinigt und von Linsen 17 und 18 auf ein Sensorarray oder beispielsweise eine han­ delsübliche Fernsehkamera 19 abgebildet. Eine Mattscheibe 20 ermöglicht die direkte Beobachtung der Interferenz­ figuren.

Im Referenz-Strahlengang 7 ist ferner eine planparallele Platte bzw. ein Glasteil 21 vorgesehen, deren bzw. dessen Stellung in mehreren Schritten zur Änderung der Phasenlage des Referenzstrahlengangs veränderbar ist.

Die Ausgangssignale der Fernsehkamera 19 bzw. des Sensor­ arrays sind an eine nicht dargestellte Rechen- und Steuer­ einheit, beispielsweise einen handelüblichen PC gemäß Industriestandard angelegt, der die mit unterschiedlicher Stellung des Teils 21, d.h. mit unterschiedlicher Phasen­ lage aufgenommenen Interferogramme speichert.

Ferner ist in der Rechen- und Steuereinheit ein Datensatz gespeichert, der die Oberflächengestaltung des Referenz­ körpers angibt. Dieser Datensatz enthält beispielsweise die mit einem taktilen Meßverfahren aufgenommenen Pfeil­ höhen.

Durch Aufnahme von wenigstens drei Interferogrammen mit um mindestens 90° verschobener Phase können mit einem leicht herleitbaren Algorithmus die lokalen Pfeilhöhendifferenzen zwischen Prüfling und Referenzkörper sowie das Vorzeichen der Differenz ermittelt werden. Duch Überlagerung des so interferometrisch gewonnenen Datensatzes, der die lokalen Differenzen nach Größe und Richtung angibt, mit dem unab­ hängig gewonnenen Datensatz, der die Absolutwerte der Flächengestaltung des Referenzkörpers angibt, kann der Flächenverlauf der asphärischen Fläche des Prüflings voll­ ständig bestimmt werden.

Aufgrund der Verknüpfung der beiden Datensätze lassen sich noch weitere Größen, wie optische Größen (Flächenbrech­ wert, Flächenastigmatismus) sowie beispielsweise lokale Toleranzüberschreitungen berechnen.

Fig. 2a und 2b zeigt typische Interferogramme. Dabei zeigt Fig. 2a das Interferogramm, das dann entsteht, wenn die Oberfläche des Prüflings nur geringfügig von der Ober­ fläche des Referenzkörpers abweicht.

Fig. 2b zeigt ein Interferogramm, das entsteht, wenn zur Simulation von fehlerhaften Fertigungen die Polierzeiten der beiden ansonsten mit der gleichen Sollfläche verse­ henen Brillengläsern stark voneinander abweichen.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ kens - den interferometrisch gewonnenen Datensatz mit einem unabhängig gewonnenen Datensatz zu überlagern - beschrieben worden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Vermessung von Brillengläsern mit wenigstens einer asphärischen Begrenzungsfläche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• - das zu vermessende Brillenglas ist in den einen Teilstrahlengang eines Zweistrahl-Interferometers eingesetzt,
• - in den anderen Strahlengang ist ein Referenzkörper eingesetzt, dessen Begrenzungsflächen mit einem unabhängig absolut messenden Meßverfahren vermessen sind,
• - die entstehenden Interferogramme werden mit einem Sensor aufgenommen und in einer Rechen- und Steuereinheit abgespeichert,
• - die Phasenlage des Interferogramms wird in wenigstens drei Schritten verschoben,
• - die Rechen- und Steuereinheit berechnet aus dem Ausgangssignal des Sensors die lokale Glasdickendifferenz zwischen Referenzkörper und dem zu prüfenden Brillenglas und das Vorzeichen der Differenz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweistrahl-Interferometer ein Mach-Zehnder-Interferometer ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor eine Halbleiterka­ mera verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das absolut messende Meßver­ fahren ein taktiles Meßverfahren ist, bei dem die Ober­ fläche des Referenzkörpers punktweise abgetastet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Steuereinheit aus der lokalen Glasdickendifferenz und dem Vorzeichen der Differenz unter Berücksichtigung des Referenzkörpers die Absolutwerte der Pfeilhöhen berechnet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Steuereinheit in an sich bekannter Weise aus den Absolutwerten der Pfeilhöhen weitere optische Größen, wie Flächenbrech­ wert, Flächenastigmatismus etc. berechnet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Steuereinheit in an sich bekannter Weise aus den Absolutwerten und theoretischen Sollwertsvorgabe die Ist-Soll-Abweichungen errechnet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus der IST-SOLL-Abweichung und aus lokal vorgegebenen Toleranzwerten die Toleranzaus­ nutzung errechnet und ein Toleranzüberschreitung erfaßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei Interferogramme mit um mindestens 90° verschobener Phase aufgenommen werden.