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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer
Vielzahl von Linsenrohlingen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Eine übliche Prozedur,
die eingesetzt wird, um eine Linse für ein Paar verschriebener Brillengläser herzustellen,
verwendet einen Linsenrohling aus Glas oder Kunststoff mit zwei
Haupt-Linsenflächen. Im
Allgemeinen ist eine der Hauptflächen
vorbearbeitet, und die andere Fläche
erfordert das Ausführen von
Schneid- und Poliervorgängen
an ihr, um eine gegebene Linsenvorschrift für einen bestimmten Brillenträger zu erfüllen. Der
Linsenrohling ist gewöhnlich
in einer Vorrichtung zum Erzeugen von Linsenoberflächen montiert,
die ein Schneidwerkzeug aufweist, um an die Hauptfläche des
zu schneidenden und zu polierenden Linsenrohlings anzugreifen. Das Schneidwerkzeug
wird typischerweise, ansprechend auf von einer Steuereinrichtung
in Übereinstimmung mit
Daten, welche die Vorschrift für
die Linse darstellen, ausgegebene Befehle, entlang mehreren Achsen
bewegt.
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Das
Schneidwerkzeug, das verwendet wird, um die konvexen oder konkaven
Konturen der Linsenoberfläche
zu erzeugen, hat typischerweise ein sphärisches Schneidende oder eine
sphärische Schneidspitze,
die sich dreht, wenn sie sich über
die Oberfläche
des Linsenrohlings bewegt. Dieser Typ eines Schneidwerkzeugs wird
gemeinhin als eine Kugelfräse
bezeichnet. Während
des Vorgangs der Erzeugung einer Linsenoberfläche wird die Kugelfräse typischerweise
in einem spiralförmigen
Muster über die
Oberfläche
des Linsenrohlings bewegt, wobei am Außenrand des Linsenrohlings
begonnen wird und sich auf die Mitte des Rohlings zubewegt wird.
Es sind auch drehbankartige Vorrichtungen mit einem Einzelpunktwerkzeug
bekannt.
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Ein
Problem, das mit der spiralförmigen
Bearbeitung verbunden ist, besteht darin, dass die Mitte der Linse
eine Abnormität
aufweist, die eine Sekundäroperation
erforderlich macht, um die Abnormität zu entfernen.
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Eine
andere Schwierigkeit, die bei der Erzeugung einer Linsenoberfläche in dieser
Weise auftritt, besteht darin, dass bekannte Vorrichtungen zum Erzeugen
von Linsenoberflächen
im Allgemeinen einen einzigen Linsenrohling aufweisen, wodurch der
Prozess zum Erzeugen von mehr als einer Linse zeitaufwendig und
kostspielig gemacht wird.
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Auf
der Grundlage des vorstehend Erwähnten
ist es wünschenswert,
eine Vorrichtung zum Erzeugen von Linsenoberflächen bereitzustellen, die die
vorstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik überwindet.
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In
US-A-5 748 482 ist eine Vorrichtung offenbart, die die Merkmale
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Vorrichtung zum Herstellen einer Linsenoberfläche bereitzustellen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zum Herstellen einer Linsenoberfläche bereitzustellen, die mehrere Linsen
in einem einzigen Arbeitsgang jeweils gemäß einer anderen Vorschrift
erzeugen kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Herstellen einer
Vielzahl von Linsenrohlingen nach Anspruch 1 vorgesehen.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist die Werkzeugtraganordnung ein Schneidwerkzeug
auf, das um eine Achse im Wesentlichen parallel zu einer Z-Achse drehbar ist
und entsprechend der individuellen Linsenvorschrift für jeden
Linsenrohling in X-Achsenrichtung bewegbar ist. Die Linsentraganordnung weist
ein Schwungrad mit einer Vielzahl daran befestigter Linsenrohlinge
auf. Das Schwungrad ist in Z-Achsenrichtung beweglich und um die
Z-Achse drehbar, so dass das Schneidwerkzeug an jeden Linsenrohling
individuell angreift, um die geeignete Vorschrift daran herauszuarbeiten.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird auch ein Endbearbeitungswerkzeug
von der Werkzeugtraganordnung getragen, um das Polieren von jedem
der Linsenrohlinge abzuschließen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Werkzeug an einem
Schwungrad angeordnet, das um eine Z-Achse drehbar ist und in Z-Achsenrichtung beweglich
ist, wobei eine Vielzahl von Linsenrohlingen durch einen Rahmen
getragen wird. Jeder Linsenrohling ist durch eine Betätigungseinrichtung
in X-Achsenrichtung
entsprechend der individuellen Linsenvorschrift in Eingriff mit
dem Werkzeug bewegbar, um die geeignete Vorschrift in jede der Linsen einzuarbeiten.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die ein rasterartiges Bearbeiten mehrerer Linsen ermöglicht,
führt zu
einer Linse, die keine zentrale Abnormität aufweist, wodurch ein besseres Endprodukt
erzielt wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mehrere Linsen
gleichzeitig erzeugt werden, wobei jeder Linsenrohling nach seiner
individuellen Vorschrift bearbeitet wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zum Erzeugen von
Linsenoberflächen
auf einer Vielzahl von Linsenrohlingen mit einem Werkzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung aus 1 entlang
einer Linie 2–2,
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3 ist
eine vergrößerte schematische Vorderansicht
des durch das Werkzeug aus 1 bearbeiteten Linsenrohlings,
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4 ist
eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zum Erzeugen von
Linsenoberflächen
auf einer Vielzahl von Linsenrohlingen gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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5 ist
eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zum Erzeugen von
Linsenoberflächen
auf einer Vielzahl von Linsenrohlingen gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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6 ist
eine Draufsicht der in 5 dargestellten Vorrichtung,
und
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die 7a bis
d sind seitliche Teilaufrisse, in denen jedes von der Vielzahl von
Schneidwerkzeugen der Vorrichtung aus 5 dargestellt
ist, die gleichzeitig einen Schneidvorgang an einer Vielzahl von
Linsenrohlingen gemäß jeder
individuellen Linsenvorschrift ausführen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf 1 sei bemerkt, dass eine Vorrichtung 10 zum
gleichzeitigen Bearbeiten einer Vielzahl von Linsenrohlingen 12 eine
Steuereinrichtung 14 zum Speichern von Daten, die eine
oder mehrere Linsenvorschriften darstellen, aufweist. Die Vorrichtung 10 weist
auch eine Werkzeugtraganordnung 16 und eine Linsentraganordnung 18 auf.
Die Linsentraganordnung 18 weist ein Schwungrad 20 mit
einem Seitenabschnitt 22 auf, der eine Tragfläche 24 aufweist.
Das Schwungrad 20 wird durch eine verschiebbare Achse 26 getragen
und in Z-Achsenrichtung durch einen Z-Antriebsmotor 28 angetrieben. Ein
Z-Antriebs-Encoder 30 ist mit dem Motor 28 verbunden
und kommuniziert mit der Steuereinrichtung 14. Das Schwungrad 20 wird
durch einen Schwungrad-Drehmotor 34 um eine Achse 32 gedreht.
Ein Dreh-Encoder 35 ist mit dem Motor 34 verbunden und
kommuniziert mit der Steuereinrichtung 14.
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Mit
Bezug auf 2 sei bemerkt, dass eine Vielzahl
von Linsenrohlinghaltern 36 fest an der Tragfläche 24 des
Seitenabschnitts 22 des Schwungrads 20 angebracht
ist. Jeder Linsenrohlingshalter 36 weist eine Spannvorrichtung 38 zum
Halten des Linsenrohlings 12 auf. Jeder Linsenrohling 12 weist
eine Linsenfläche 40 auf.
Wenngleich dargestellt ist, dass vier Linsen gleichzeitig bearbeitet
werden, kann jede andere Anzahl von Linsen um das Schwungrad 20 herum
angeordnet werden.
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Die
Werkzeugtraganordnung 16 weist einen Werkzeugbetätigungsmotor 42 mit
einem Encoder 43 auf, wodurch eine Verstellschraube 44 angetrieben wird,
die an einem festen Ausleger 46 befestigt ist, wie am besten
in 1 dargestellt ist. Ein Schneidwerkzeug 48 ist
beweglich an der Verstellschraube 44 befestigt. Das Schneidwerkzeug 48 weist
eine Schneidwerkzeugspindel 50 und eine Schneide 52 auf.
Die Schneidwerkzeugspindel 50 weist einen Schneid-Drehmotor 54 zum
Drehen der Schneide 52 um eine Achse 56 auf. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Schneide 52 eine Frässäge mit einer
Schneidkante 58. Die Schneidkante 58 ist so ausgebildet,
dass sie einen vorgegebenen Radius aufweist. Die Schneide 52 kann
jedoch durch eine Diamantkugel ersetzt werden.
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Beim
Betrieb ist jeder der mehreren Linsenrohlinge 12 an dem
entsprechenden Linsenhalter 36 befestigt. Eine individuelle
Vorschrift für
jede der Vielzahl von Linsen wird in die Steuereinrichtung 14 geladen.
Das Schwungrad 20 wird durch den Z-Antriebsmotor 28 gleichmäßig in Z-Achsenrichtung bewegt
und durch den Schwungrad-Drehmotor 34 gleichmäßig um seine
Achse 32 gedreht. Wenn das Schwungrad 20 gedreht
wird, greift das Schneidwerkzeug 48 nacheinander an jedem
der Linsenrohlinge 12 an.
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Wenn
die Schneidkante 58 der Schneide 52 des Schneidwerkzeugs 48 an
die Oberfläche 40 von einem
der Linsenrohlinge 12 angreift, nimmt die Schneide 52 einen
einzigen Durchgang dadurch vor, wie in 3 dargestellt
ist. Das Ausmaß des Schneideingriffs
zwischen der Schneide 52 und dem Linsenrohling 12 wird
durch die spezifische Vorschrift dieser bestimmten Linse 12 vorgeschrieben,
die in der Steuereinrichtung 14 gespeichert ist. Die Steuereinrichtung 14 schreibt
das Ausmaß des
X-Achsen-Eingriffs des Schneidwerkzeugs 48 für jede Drehposition
des Schwungrads 20 vor.
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Das
Schwungrad 20 wird im Wesentlichen gleichmäßig gedreht,
bis das Schneidwerkzeug 48 den Bearbeitungsdurchgang durch
die Linse 12 abgeschlossen hat. Während sich das Schwungrad 20 weiter
dreht, greift das Schneidwerkzeug 48 an den folgenden Linsenrohling 12 an.
Das Ausmaß des
Eingriffs zwischen dem Schneidwerkzeug 48 und jedem der
Linsenrohlinge 12 hängt
von der spezifischen Vorschrift dafür ab. Bei jeder Umdrehung des Schwungrads 20 bewegt
sich das Schwungrad 20 über
die Dicke der Schneide 52 in Z-Achsenrichtung. Die Encoder 30, 35 und 43 führen der
Steuereinrichtung 14 Rückkopplungsinformationen
in Bezug auf die Position der Motoren 28, 34 bzw. 42 zu.
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Mit
Bezug auf 4 sei bemerkt, dass gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Werkzeugtraganordnung 16 auch einen
Endbearbeitungswerkzeug-Halter 60 mit einem Endbearbeitungswerkzeug 62 aufweist.
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Endbearbeitungswerkzeug ein Diamant.
Der Endbearbeitungswerkzeug-Halter 60 ist an dem Ausleger 46 befestigt,
so dass er in X-Achsenrichtung entlang der Verstellschraube 44 beweglich ist.
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Sobald
das gesamte überschüssige Material durch
das Schneidwerkzeug 48 von den Linsenrohlingen entfernt
wurde, greift das Endbearbeitungswerkzeug 60 nacheinander
in jeden der Linsenrohlinge 12 ein, um jede Linse endzubearbeiten.
Das Endbearbeitungswerkzeug 60 bewegt sich in X-Achsenrichtung,
um an jede Linse anzugreifen, wenn das Schwungrad 20 gedreht
wird.
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Die
Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung,
die eine Vielzahl von Linsen gleichzeitig rasterartig bearbeitet,
macht das zusätzliche
Polieren jeder Linse überflüssig. Im
Gegensatz zu dem Gerät, das
die Linse spiralförmig
bearbeitet, wobei sich ein zentraler Schönheitsfehler auf der Linse
ergibt, beseitigt die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung die zentrale Abnormität.
Abhängig
von der bestimmten Anwendung und vom spezifischen Typ des verwendeten
Schneidwerkzeugs kann die Linse nur durch das Schneidwerkzeug geschnitten
werden und dann durch ein anderes Gerät, das in der Industrie wohlbekannt
ist, endbearbeitet werden. Alternativ kann die Linse bei Verwendung
des Schneidwerkzeugs 48 und des Endbearbeitungswerkzeugs 62, wie
in 4 dargestellt ist, zur Polymer-Hart beschichtung
bereit sein, ohne dass zusätzliche
Endbearbeitungs- und Polierschritte erforderlich wären.
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Die 5 und 6 zeigen
eine Vorrichtung 110 gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur gleichzeitigen Bearbeitung einer
Vielzahl von Linsenrohlingen 112. Die Vorrichtung 110 weist
eine Steuereinrichtung 114 auf, die Daten speichert, welche
eine oder mehrere Linsenvorschriften darstellen. Die Steuereinrichtung 114 gibt
Befehlssignale in maschinenlesbarem Format an verschiedene Komponenten
der Vorrichtung entsprechend den Daten aus, um den Gesamtbearbeitungsvorgang
der Vorrichtung zu steuern. Die Vorrichtung 110 weist weiter
eine Werkzeugtraganordnung 116 und eine Linsentraganordnung 118 auf.
Die Werkzeugtraganordnung 116 weist ein Schwungrad 120 mit
einer Tragfläche 122 und
einem Umfangskantenabschnitt 124 auf. Das Schwungrad 120 ist
an einer Achse 126 angebracht und wird in Z-Achsenrichtung durch
einen Z-Antriebsmotor 128 zwischen
einer erhöhten
und einer abgesenkten Position, ansprechend auf von der Steuereinrichtung 114 ausgegebene
Befehlssignale, angetrieben. Ein Encoder 130 kommuniziert
mit dem Motor 128 und gibt während des Betriebs Signale
an die Steuereinrichtung 114 aus, welche die Position der
Achse 126 und damit des Schwungrads 120 angeben.
Auf diese Weise steuert die Steuereinrichtung 114 präzise die
Bewegung des Schwungrads 120 zwischen der erhöhten und
der abgesenkten Position während
des Bearbeitungsvorgangs. Das Schwungrad 120 wird über mehrere
Zahnräder 133 durch
einen Schwungrad-Drehmotor 134 um seine Mittelachse 132 gedreht.
Ein zugeordneter Encoder 135 ist mit dem Drehmotor 134 verbunden
und gibt Signale an die Steuereinrichtung 114 aus, welche
die Drehposition des Schwungrads 120 angeben.
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Eine
Vielzahl von Schneidspitzen 138 ist lösbar in einer Vielzahl zugeordneter
Spitzenhalter 140 angebracht, die von der Tragfläche 122 des Schwungrads 120 angrenzend
an den Umfangskantenabschnitt 124 getragen werden. Die
Spitzenhalter 140 sind um die Tragfläche 122 herum beabstandet, wobei
sich mindestens eine Schneidkante 142 jeder Schneidspitze 138 über den
Umfangskantenabschnitt 124 des Schwungrads 120 hinaus
erstreckt.
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Die
Linsentraganordnung 118 weist einen festen Rahmen 144 mit
einer Vielzahl von Linsenrohlingshaltern 146 auf, die beabstandet
an dem Rahmen 144 angrenzend an den Umfangskantenabschnitt 124 des
Schwungrads 120 angebracht sind. Jeder Linsenrohlingshalter 146 weist
eine Spannvorrichtung 148 zum Halten des Linsenrohlings 112 auf, wodurch
mindestens eine nach außen
weisende Linsenfläche 150 definiert
ist. Jeder Linsenrohlingshalter 146 weist auch eine X-Achsen-Betätigungseinrichtung 152 zum
Bewegen des Linsenrohlings 112 in X-Achsenrichtung auf,
die in etwa senkrecht zur Mittelachse 132 zwischen einer
vorderen und einer hinteren Position orientiert ist. Die Bewegung
jeder Betätigungseinrichtung 152 wird
unabhängig,
ansprechend auf von der Steuereinrichtung 114 ausgegebene
Befehle, gesteuert. Wenn die Steuereinrichtung 114 eine
bestimmte Betätigungseinrichtung 152 anweist,
den zugeordneten Linsenrohling in die vordere Position zu bewegen,
wird die Linsenoberfläche 150 des
Rohlings 112 in Schneideingriff mit den Schneidkanten 142 der
Schneidspitzen 138 gebracht. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
weist die X-Achsen-Betätigungseinrichtung 152 einen
Servomotor 154 auf, der mit einem zugeordneten Encoder 156 verbunden
ist.
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Beim
Betrieb gibt die Steuereinrichtung 114 in Übereinstimmung
mit den Linsenvorschriftsdaten Befehlssignale aus, um den Antriebsmotor 134 zu veranlassen,
das Schwungrad 120 mit einer vorgegebenen Drehrate um die
Mittelachse 132 zu drehen. Gleichzeitig und auch ansprechend
auf von der Steuereinrichtung 114 ausgegebene Befehle bewegt
die Betätigungseinrichtung 128 das
Schwungrad 120 in Z-Achsenrichtung zwischen der erhöhten Position und
der abgesenkten Position. Die Steuereinrichtung 114 betätigt auch
unabhängig
jeden Linsenmotor 154, um die Linsenoberfläche 150 jedes
Linsenrohlings 112 in Schneideingriff mit der Schneidfläche 142 jeder
Schneidspitze 138 zu bewegen. Die verhältnismäßig hohe Drehträgheit des
Schwungrads 120 ermöglicht
eine glatte Bewegung konstanter Geschwindigkeit, wenn die Schneidspitzen 138 an
die Linsenrohlinge 112 angreifen und den Bearbeitungsvorgang ausführen, und
die gleichzeitige Drehung des Schwungrads 120, die Bewegung
des Schwungrads in Z-Achsenrichtung
und die unabhängige
Bewegung jedes Linsenrohlings 112 in X-Achsenrichtung bewirken,
dass die Schneidspitzen 138 in einem rasterartigen Muster
an die Linsenoberfläche 150 jedes
Linsenrohlings 112 angreifen und diese durchqueren. Das
von der Vorrichtung 110 ausgeführte rasterartige Musterschneiden
ermöglicht
eine überlegene
Endbearbeitung, frei von den schalenartigen Einkerbungen, Werkzeugmarkierungen
und Mittelfehlern, die für
Linsendrehmaschinen aus dem Stand der Technik charakteristisch sind.
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Wenngleich
in den 5 und 6 eine Vielzahl von Spitzenhaltern 140 mit
Schneidspitzen 138 dargestellt ist, wären auch ein oder mehrere Spitzenhalter
mit Schneidspitzen akzeptierbar. Wenngleich in den 5 und 6 vier
Linsen dargestellt sind, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
in ähnlicher
Weise eine beliebige Anzahl von Linsen gleichzei tig gefertigt werden.
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Wie
in den 7a bis d dargestellt ist, ermöglicht die
unabhängige
Bewegung jedes Linsenrohlingshalters 146, dass jeder der
Linsenrohlinge 112 nach einer anderen Linsenvorschrift
ansprechend auf von der Steuereinrichtung 114 ausgegebene
Befehle geschnitten wird. Dies wird erreicht, indem jeder Linsenrohlingshalter 146 in
X-Achsenrichtung repositioniert wird, wenn das sich drehende Schwungrad 120 aufeinanderfolgende
Schneidwerkzeuge in Eingriff mit dem vom Halter gehaltenen Block
bringt. Auf diese Weise kann die Linsenoberfläche 150 jedes Rohlings 112 unabhängig bearbeitet werden,
um die von einer bestimmten Linsenvorschrift spezifizierten Werte
für eine
Kugel, einen Zylinder, eine Achse, ein Prisma oder andere optische Parameter
bereitzustellen. Beispielsweise entsprechen die Daten für die in 7a dargestellte
Linse einer Vorschrift, die eine sphärische Linse mit einer positiven
Brennweite fordert, während
die Daten für
die in 7b dargestellte Linse einer
Vorschrift entsprechen, die eine sphärische Linse mit einer negativen Brennweite
spezifiziert. Die Daten für
die in 7c dargestellte Linse entsprechen
einer Vorschrift, die eine sphärische
Linse mit einer negativen Brennweite fordert, welche einen prismatischen
Basiseffekt aufweist. Die Daten für die in 7d dargestellte
Linse entsprechen einer Vorschrift, die eine sphärische Linse mit einer positiven
Brennweite fordert, die nasal dezentriert ist, so dass die dünnste Kante
der Linse die temporale Kante ist. Weil die Vorrichtung 110 in der
Lage ist, gleichzeitig eine Vielzahl von Linsen zu bearbeiten, werden
die verschiedenen Linsenvorschriften in einem einzigen Bearbeitungsvorgang
erzeugt. Demgemäß ermöglicht die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eine erheblich bessere Produktivi tät als Linsenschneidvorrichtungen
aus dem Stand der Technik.
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Wenngleich
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Motoren und/oder Betätigungseinrichtungen
Servomotoren sind, werden Fachleute verstehen, dass die Motoren und/oder
Betätigungseinrichtungen
nicht auf die erläuterte
Servomotor- und Encoder-Kombination
beschränkt
sind, sondern dass es sich dabei um beliebige einer Anzahl bekannter
Betätigungseinrichtungstypen
handeln kann, die geeignet sind, um eine Last zwischen einer erhöhten Position
und einer abgesenkten Position zu bewegen und/oder um das Schwungrad
zu drehen. Andere geeignete Betätigungseinrichtungen
umfassen beispielsweise einen hydraulischen oder pneumatischen Kolben
bzw. Zylinder, der mit einem Servoventil gekoppelt ist, oder eine
Verstellschraubenspindel, die über
ein Gewinde in Eingriff mit einem Mantel steht, der wiederum zur Drehung
mit einem Träger
gekoppelt ist. Zusätzlich können Schrittmotoren
oder Luftlagermotoren austauschend verwendet werden, ohne von den
breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wenngleich
bevorzugte Ausführungsformen dargestellt
und beschrieben wurden, können
verschiedene Modifikationen und Austauschungen vorgenommen werden,
ohne vom Schutzumfang der Ansprüche
abzuweichen. Demgemäß ist zu
verstehen, dass die vorliegende Erfindung beispielhaft beschrieben
wurde und nicht als einschränkend
anzusehen ist.