DE9317381U1 - Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten der Öffnung eines Brillengestells - Google Patents

Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten der Öffnung eines Brillengestells

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DE9317381U1
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Description

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08.11.1993 Meine Akte Nr. 7127b R/Si
Wernicke & Co. GmbH
"Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten der Öffnung eines Brillengestells"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten des Nutgrundes in der Brillenglasöffnung eines Brillengestells und Speichern der gewonnenen Werte oder unmittelbaren Steuern der Bearbeitung eines Brillenglasrohlings mit Hilfe dieser Werte.
Eine derartige Vorrichtung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 87 15 619.9 derselben Anmelderin beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind oberhalb und unterhalb des inneren Öffnungsrandes des Brillengestells ein Drehspiegel und eine Kollimierlinse einerseits und eine Sammellinse und ein Detektor andererseits eines Laserscanners angeordnet, wobei der Detektor und ein Winkelmeßwertgeber gemeinsam auf einen Auswerter geschaltet sind. Um auch die vom Nutgrund der Brillenglasöffnung des Brillengestells beschriebene Raumkurve aufnehmen zu können, ist zu dem ersten Laserscanner ein rechtwinklig hierzu gelegener
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zweiter Laserscanner angeordnet, der die senkrecht zur mittleren Ebene dieser Brillenglasöffnung gerichteten Koordinaten der Öffnung aufnehmen soll und dessen Detektor ebenfalls mit dem Auswerter verbunden ist. Die Laserscanner können dabei stationär angeordnet sein, während die das Brillengestell tragende Halterung drehbar angeordnet sein kann. Mit der räumlichen Anordnung der bekannten Vorrichtung ist es nicht möglich, den Nutgrund in der Brillenglasöffnung eines Brillengestells zu vermessen, vielmehr wird die Innenkontur der Brillenglasöffnung und die Vorder- bzw. Hinterfläche des Brillengestells im Bereich der Brillenglasöffnung ermittelt, woraus, mit der Annahme, daß die Facettennut überall die gleichen Abmessungen und überall den gleichen Abstand zur Vorder- oder Rückseite des Brillengestells aufweist, der Verlauf der Facettennut indirekt errechnet wird.
Die bekannte Vorrichtung löst damit zwar schon das Problem, ein Brillengestell berührungsfrei abzutasten, so daß dieses nicht fest eingeklemmt zu werden braucht und daher auch nicht mehr die Gefahr einer Verformung des Brillengestells durch die Halterung gegeben ist, jedoch hat sich herausgestellt, daß die Abweichungen der Facettennut von der äußeren Form des Brillengestells und der Brillenglasöffnung doch so groß sind, daß das direkte, berührungslose Vermessen der Facettennut bis zum Nutgrund vorteilhaft ist. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen
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Mitteln eine Vorrichtung zu schaffen, die dem räumlichen Verlauf der Facettennut einer Brillenglasöffnung Rechnung trägt und dabei Werte für die Raumkurve der Facettennut erstellt, die speicherbar sein sollen oder unmittelbar der Herstellung eines Brillenglases für ein bestimmtes Brillengestell dienen können.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sie aus einer das Brillengestell tragenden Halterung, einem an der Halterung angeordneten, relativ zur Brillenglasöffnung um eine senkrechte Achse drehbaren Signalgeber für kohärente, zum Nutgrund gerichtete Wellen, wie Ultraschallwellen oder Laserstrahlen, einem Meßwertaufnehmer für die relative Winkelstellung der Brillenglasöffnung mit Bezug auf den Signalgeber, einem Meßwertaufnehmer für den Abstand zwischen der Brillengestellöffnung und dem Signalgeber, einem Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale mit Bezug auf den Nutgrund sowie einem vom Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale gesteuerten Nachführeinrichtung für den Signalgeber zum Nachführen des Signalgebers entlang der Raumkurve des Nutgrundes besteht.
Vorteilhafterweise kann derselbe Signalgeber, der die Meßwerte für den Abstand zwischen der Brillengestellöffnung und dem Nutgrund auch als Signalgeber für den Meßwertaufnehmer für die
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Höhenlage der Signale des Signalgebers dienen. Durch die Verwendung eines Signalgebers für kohärente Welle, insbesondere Laserstrahlen, lassen sich die Abstände r schnell und genau ermitteln und 2u der jeweiligen Winkelstellung^ der Brillengestellöffnung mit Bezug auf den Signalgeber in Beziehung setzen. Die Abstände r und die WinkelO werden dann in bekannter Weise gespeichert, um sie für die Steuerung einer Schleifmaschine für die Ränder von Brillengläsern zu verwenden. Das Ansteuern der Schleifmaschine und das Schleifen des Brillenglases kann auch gleichzeitig mit dem Vermessen der Brillenglasöffnung erfolgen. Durch die Nachführeinrichtung für den Signalgeber zum Nachführen des Signalgebers entlang der Raumkurve des Nutgrundes wird einerseits dafür gesorgt, daß nur der Abstand zum Nutgrund gemessen wird. Gleichzeitig ergibt die Nachführung ein Signal für die Höhenlage der Raumkurve des Nutgrundes, d. h. für die auf den Drehwinkels^bezogenen Z-Werte der Raumkurve. Diese Z-Koordinaten lassen sich beim Steuern des Schleifens eines Brillenglases dazu verwenden, die Lage der Facette genau entsprechend der Raumkurve des Nutgrundes im Brillengestell zu steuern und ggf. die Facette gegenüber dem vorderen Brillenglasrand zu verschieben, wenn es sich z. B. um sehr starke Minusgläser handelt, bei denen es aus ästhetischen Gründen vorteilhaft ist, die Vorderseite des Brillenglases mit gleichbleibenden Abstand zur Vorderseite des Brillengestells anzuordnen.
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Während der Abstand, d. h. die Radiuskoordinate r der Brillenglasöffnung durch Auswerten der Interferenzerscheinungen zwischen den ausgesandten und den reflektierten kohärenten Wellen ermittelt wird, läßt sich die Z-Koordinate daraus bestimmen, daß die Intensität des aus der Facettennut reflektierten Wellen dann ein Maximum ist, wenn der Strahl genau auf den Nutgrund gerichtet ist und senkrecht zur Drehachse steht.
Um sicherzustellen, daß die Radiuskoordinate r richtig gemessen wird, kann es bei stark von der kreisrunden Form abweichenden Brillenglasöffnungen erforderlich sein, den auf den Nutgrund gerichteten Strahl auf den Radiusstrahl des jeweiligen Krümmungsmittelpunkts des Nutgrundes entsprechend der Winkelstellung zu bringen. Zu diesem Zweck kann eine vom Meßwertaufnehmer für den Abstand gesteuerte Nachführeinrichtung zum Nachführen des Signalgebers auf den jeweiligen Radiusstrahl des Krümmungsmittelpunkts des Nutgrundes entsprechend der Winkelstellung vorgesehen sein. Diese Nachführeinrichtung wird in ähnlicher Weise die Nachführeinrichtung für die Z-Koordinaten durch die Intensität des reflektierten Strahls gesteuert.
Vorzugsweise können der Signalgeber und der Meßwertaufnehmer für den Abstand aus einer Laserscanneranordnung bestehen, wobei die
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Laserstrahlen des Laserscanners durch die senkrechte Achse geführt und über einen Spiegel oder ein Prisma auf den Nutgrund gerichtet sein können. Hierdurch ist eine zwanglose Anordnung des Laserscanners mit Bezug auf das Brillengestell möglich.
Der Laserscanner kann feststehen, während die Halterung des Brillengestells um die senkrechte Achse der Brillenglasöffnung drehbar ist. Vorzugsweise stehen jedoch sowohl der Laserscanner als auch die Halterung des Brillengestells fest, während die Laserstrahlen über einen Drehspiegel oder ein Drehprisma auf den Nutgrund gerichtet sind.
Der auf die Intensität der aus dem Nutgrund reflektierten Strahlen ansprechende Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale kann die Nachführeinrichtung solange verstellen, bis die Intensität ein Maximum erreicht hat.
Der Spiegel oder das Prisma können höhenverstellbar und kippbar angeordnet sein, wobei der Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale auf die Intensität der aus dem Nutgrund reflektierten Strahlen anspricht und die Nachführeinrichtung die Winkelstellung des Kippspiegels oder Kipprismas solange verstellt, bis die Intensität ein Maximum und der Winkel des zum Nutgrund geführten Strahls mit der senkrechten Achse einen rechten Winkel erreicht haben.
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Der Laserscanner kann so gestaltet sein, daß er nicht nur auf die Interferenzwirkung zwischen ausgesandtem und reflektiertem Strahl anspricht, sondern auch auf die Intensität der aus dem Nutgrund relektierten Strahlen. Auf diese Weise ist es möglich, den Spiegel oder das Prisma um die senkrechte Achse oszillieren zu lassen und die Nachführeinrichtung zum Nachführen des Signalgebers auf den jeweiligen Radiusstrahl solange zu verstellen, bis die Intensität ein Maximum erreicht hat und sich der Spiegel oder das Prisma mit der senkrechten Achse auf dem jeweiligen Radiusstrahl des Krümmungsmittelpunkts des Nutgrundes entsprechend der Winkelstellung befindet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Brillengestellhälfte mit Darstellung der zu
messenden Radien und Winkel,
Fig. 2 eine Ansicht eines fertiggeschliffenen, in die
Brillenglasöffnung einzusetzenden Brillenglas,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Brillenglases gemäß Fig.
2 und
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Fig. 4 eine scheinatische Darstellung der
erf indungsgeraäßen Vorrichtung.
Eine Brillengestellhälfte 1 weist eine Brillenglasöffnung 2 auf, die mit einer umlaufenden Nut 3 zur Aufnahme eines Brillenglases 5 mit einer angeschliffenen Dachfacette 6 bestimmt ist. Wichtig für die Abmessungen und den Verlauf der Raumkurve der Dachfacette ist ein sich aus den Schrägflächen der Nut 3 ergebender, im wesentlichen spitzer Nutgrund 4. Da die Brillenglasöffnung 2 eine sehr stark von der kreisrunden Form abweichende Kontur aufweist, ergibt sich der in Fig. 3 dargestellte, räumliche Verlauf des Brillenglasumfangs und dementsprechend der Dachfacette 6. Damit sich das Brillenglas 5 problemlos in die jeweilige Brillenglasöffnung 2 einsetzen läßt, sollen die Nut 3 und der Nutgrund 4 der Brillengestellhälfte 1 möglichst genau sowohl in Richtung der X- und Y-Achse als auch in Richtung der Z-Achse vermessen werden. Die Z-Achse 26 und der Schnittpunkt der X-, Y-Achsen ist durch die optische Achse M des Brillenglases 5 verlaufend dargestellt. Die ümfangskontur der Brillenglasöffnung 2 wird jedoch nicht in X-, Y-Koordinaten, sondern in Polarkoordinaten mit den Winkeln (fc? und den Radien r aufgenommen und gespeichert, da das Ansteuern von CNC-gesteuerten Brillenglasrandschleifmaschinen über Polarkoordinaten erfolgt.
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Es ist ersichtlich, daß der Krümmungsmittelpunkt der Brillenglasöffnung beim Winkel Q) mit M zusammenfällt, so daß
r auf dem Radiusstrahl des Krümmungsmittelpunkts liegt und in diesem Punkt auf der Kontur des Nutgrundes 4 senkrecht steht. Demgegenüber ist ersichtlich, daß der von M unter dem Winkel {^) ausgehende Radius r nicht auf dem Nutgrund 4 an dieser Stelle senkrecht steht, da der Krümmungsmittelpunkt M an dieser Stelle seitlich von r liegt. Der durch M verlaufende
Z 3-
Radiusstrahl 27 schneidet die X-Achse in 29. Ist nun die Verschiebung 28 von M bis 29 bekannt und wird von dem Punkt 29 aus der Abstand zum Nutgrund 4 durch den Krümmungsmittelpunkt M verlaufend gemessen, läßt sich r mittels einfacher Rechenoperationen errechnen, die sich programmieren lassen.
Die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkel (fc^ , der Radien r und der Z-Koordinaten besteht aus einer Auflage 7 für die Brillengestellhälfte 1, die Teil eines Gehäuses ist und Klammern 8 zum Halten der Brillengestellhälfte 1 aufweist. Diese Klammern 8 sind so angeordnet und wirken so auf die Brillengestellhälfte 1, daß diese auf keinen Fall verformt wird.
Ein Laserscanner 9, der als Signalgeber und Meßwertaufnehmer für den Abstand zum Nutgrund 4 dient, ist unterhalb der Auflage 7 in dem im einzelnen nicht dargestellten Gehäuse angeordnet. Von dem
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Laserscanner wird ein Laserstrahl durch einen Tubus 11 in einen in der senkrechten Achse 26 liegenden Tubus 12 über einen
Spiegel oder ein Prisma 13 gelenkt. In einem weiteren, in dem Tubus 12 senkrecht verschiebbaren und drehbaren Tubus 14 ist ein Spiegel oder Prisma 15 angeordnet, der den Laserstrahl 10 durch eine Optik 16 zum Nutgrund 4 der Brillengestellhälfte 1 lenkt. Eine Nachführeinrichtung in Form eines Stellmotors 17 dient zum Verstellen des Tubus 14 in Richtung der Z-Achse 26 und
gleichzeitig als Geber für die Z-Koordinate. Ein weiterer
Stellmotor 18 dient dazu, den Tubus 14 um die Z-Achse 26 zu
drehen und gleichzeitig als Winkelgeber für die Winkel (£) . Ein halbdurchlässiger Spiegel 19 ist im Strahlengang des
Laserstrahls 10 im Tubus 12 angeordnet und lenkt einen Teil der vom Nutgrund 4 reflektierten, über die Optik 16 und den Spiegel oder das Prisma 15 umgelenkten Laserstrahlen zu einem Sensor 20. Dieser Sensor 20 spricht auf die Intensität der auf ihn
treffenden Strahlen an und bewirkt ein Verstellen des
Stellmotors 17 bis die Intensität ein Maximum erreicht hat, was gleichbedeutend damit ist, daß der Laserstrahl 10 genau auf den Nutgrund 4 senkrecht zur Z-Achse 26 gerichtet ist. Die sich aus der stellung des Stellmotors 17 ergebenden Z-Koordinaten werden einem Rechner und Datenspeicher 25 zugeleitet.
Wenn der Spiegel oder das Prisma 15 feststehen und den
Laserstrahl 10 unter einem Winkel von 90° auf den Nutgrund 4
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Stresemannstraöe 28 4O21O Düsseiaorf Te!. O2J1-363531 I J ,FdV^S &Pgr;-36,5141
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leiten, ist es erforderlich, zu Beginn des Vermessene einer Facettennut 3 den Tubus 14 durch Handsteuerung so zu verstellen, daß der Anfangspunkt der Facettennut genau im Nutgrund 4 liegt.
Um das Auffinden des Nutgrundes zu erleichtern, kann der Spiegel oder das Prisma 15 mittels einer Kippvorrichtung 21 um eine zur Z-Achse 26 senkrechte Achse kippbar sein. Befindet sich die Optik 16 zu Beginn des Meßvorganges nicht genau in Höhe des Nutgrundes 4, läßt sich der Laserstrahl 10 durch Kippen des Spiegels oder des Prismas 15 mittels der Kippvorrichtung 21 auf den Nutgrund 4 richten, was sich durch ein Intensitätsmaximum bemerkbar macht, das allerdings nicht so groß ist wie das, das entsteht, wenn der Laserstrahl 10 mit der Z-Achse 26 einen rechten Winkel bildet. Der Stellmotor 17 wird nunmehr solange angesteuert, bis der Spiegel oder das Prisma 15 in die Stellung zurückbewegt sind, in der der Laserstrahl 10 einen rechten Winkel mit der Z-Achse 26 bildet. Danach kann das Vermessen der Raumkurve der Facettennut 3 und des Nutgrundes 4 in der bereits beschriebenen Weise erfolgen. Während der Tubus 14 mittels des Stellmotors 18 Schritt für Schritt in vorgebbaren Winkelschritten gedreht wird, mißt der Laserscanner 9 den Abstand des Nutgrundes 4 von der Z-Achse 26, d. h. den zu dem jeweiligen Winkel O gehörigen Radius r.
Läßt sich der Radius r nicht direkt messen, weil die Abweichung
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Stresemannstraße 28 4O21O Düsseldorf Tel. O2 Jl-36 3^31 i *l |^
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der Brillenglasöffnung 2 von der kreisrunden Form zu groß ist, läßt sich der Laserscanner 9 mittels Stellmotoren 23, 24 in Richtung der X- und Y-Achse bewegen, bis sich der auf den Nutgrund 4 gerichtete Laserstrahl 10 auf dem jeweiligen Radiusstrahl 27 des Krümmungsmittelpunktes M entsprechend der jeweiligen Winkelstellung befindet. Zu diesem Zweck ist an dem Spiegel oder dem Prisma 15 eine Oszillationsvorrichtung 22 angeordnet, die den Spiegel oder das Prisma 15 in eine oszillierende Bewegung um die Z-Achse 26 versetzt.
Die sich daraus ergebenden Intensitätsunterschiede des vom Nutgrund 4 reflektierten Laserstrahls werden im Laserscanner 9 ausgewertet und bewirken eine Ansteuerung der Stellmotoren 23, 24 derart, daß sich der Laserscanner 9 mit den Tuben 11, 12, solange in X-, Y-Richtung bewegt, bis die Intensität ein Maximum erreicht hat und sich damit die Z-Achse 26 auf dem jeweiligen Radiusstrahl des Krümmungsmittelpunkts des Nutgrundes entsprechend der jeweiligen Winkelstellung befindet. Der nunmehr gemessene Radius steht auf dem Nutgrund senkrecht und läßt sich im Rechner 25 problemlos in den von M ausgehenden Radius r umrechnen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich somit auf einfache Weise und hochgenau die Raumkurve der Facettennut 3 über den Nutgrund 4 vermessen. Die ermittelten Werte in
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Polarkoordinaten r, (£j) und in Z-Koordinaten lassen sich direkt zum Ansteuern einer CNC-gesteuerten Brillenglasrandschleifmaschine einsetzen.
Der Laserscanner kann mit sichtbarem oder Infrarotlicht arbeiten. Auch ist die Verwendung eines Ultraschallscanners denkbar, da sich mittels Ultraschall ebenfalls sehr genau die Abstände zu einer schallreflektierender Oberfläche ermitteln lassen.

Claims (9)

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    08.11.1993 Meine Akte Nr. 7127b R/St
    Wernicke S Co. GmbH
    Schutzansprüche
    1. Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten des Nutgrundes in der Öffnung eines Brillengestells und Speichern der gewonnenen Werte oder unmittelbaren Steuern der Bearbeitung eines Brillenglasrohlings mit Hilfe dieser Werte mit
    - einer das Brillengestell (1) tragenden Halterung (7, 8),
    - einem an der Halterung (7, 8) angeordneten, relativ 2ur Brillengestellöffnung (3) um eine senkrechte Achse (26) drehbaren Signalgeber (9) für kohärente, zum Nutgrund gerichtete Wellen wie Ultraschallwellen oder Laserstrahlen (10),
    - einem Meßwertaufnehmer (18) für die relative Winkelstellung der Brillengestellöffnung (3) mit Bezug auf den Signalgeber
    einem Meßwertaufnehmer (9) für den Abstand zwischen den Nutgrund (4) und dem Signalgeber (9), einem Meßwertaufnehmer (20) für die Höhenlage der Signale
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    Stresemannstraße 28 4O2IO Düsseldorf Tel O2Jl-3o;33i *· *· /cJ^gf 11-365141
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    mit Bezug auf den Nutgrund (4),
    - einer vom Meßwertaufnehmer (20) für die Höhenlage der Signale gesteuerten Nachführeinrichtung (17, 21) für den Signalgeber (9) zum Nachführen des Signalgebers (9) entlang der RaumJcurve des Nutgrundes (4).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet: durch eine vom Meßwertaufnehmer (9) für den Abstand gesteuerten Nachführeinrichtung (23, 24) zum Nachführen des Signalgeber (9) auf den jeweiligen Radiusstrahl des Krümaiungsmittelpunkts des Nutgrundes entsprechend der Winkelstellung.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber und der Meßwertaufnehmer für den Abstand aus einer Laserscanneranordnung (9 - 16) bestehen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlen (10) des Laserscanners (9) durch die senkrechte Achse (26) geführt und über einen Spiegel oder ein Prisma (15) auf den Nutgrund (4) gerichtet sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Laserscanner (9) feststeht und die Halterung (7, 8) des Brillengestells (1) um die senkrechte Achse (26) der Brillengestellöffnung (3) drehbar ist.
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    Siresemannstraße 28 4O21O Düsseldorf FeI. 0211-3^3531.· . I & *&
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  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (9) und die Halterung (7, 8) des Brillengestells (1) feststehen und die Laserstrahlen (10) über einen Drehspiegel oder ein Drehprisma (15) auf den Nutgrund (4) gerichtet sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (20) für die Höhenlage der Signale auf die Intensität der aus dem Nutgrund (4) reflektierten Strahlen anspricht und die Nachführeinrichtung (17) solange verstellt, bis die Intensität ein Maximum erreicht hat.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel oder das Prisma (15) kippbar angeordnet ist, der Meßwertaufnehmer (20) für die Höhenlage der Signale auf die Intensität der aus dem Nutgrund (4) reflektierten Strahlen anspricht und die Nachführeinrichtung (17) und die Winkelstellung des Kippspiegels oder Kipprismas (15) solange verstellt werden, bis die Intensität ein Maximum und der Winkel des zum Nutgrund (4) geführten Strahls (10) mit der senkrechten Achse (26) einen rechten Winkel erreicht haben.
    DIPL.-ING JOCHENREHDERS Patentanwalt European Paten; attorney . .ng elipl.ENSSM
    Siresemannsrraße 28 4&Ogr;21&Ogr; Düsseiaorf fei 0211-3^35*31.· . *· *ffcx 0?j
    - 17 -
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 sowie einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (9) auch auf die Intensität der aus dem Nutgrund (4) reflektierten Strahlen (10) anspricht, der Spiegel oder das Prisma (15) um die senkrechte Achse (26) oszillieren und die Nachführeinrichtung (23, 24) zum Nachfüllen des Signalgebers (9) auf den jeweiligen Radiusstrahl solange verstellt wird,bis die Intensität ein Maximum erreicht hat und sich der Spiegel oder das Prisma (15) mit der senkrechten Achse (26) auf dem jeweiligen Radiusstrahl des Krümmungsmittelpunkts des Nutgrundes (4) entsprechend zur Winkelstellung befindet.
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