EP4565389A1 - Bestimmung der lage einer optischen linse in bezug auf eine auflage oder halterung - Google Patents

Bestimmung der lage einer optischen linse in bezug auf eine auflage oder halterung

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EP4565389A1
EP4565389A1 EP24709670.4A EP24709670A EP4565389A1 EP 4565389 A1 EP4565389 A1 EP 4565389A1 EP 24709670 A EP24709670 A EP 24709670A EP 4565389 A1 EP4565389 A1 EP 4565389A1
Authority
EP
European Patent Office
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lens
rotation
holding element
axis
optical lens
Prior art date
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EP24709670.4A
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French (fr)
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EP4565389C0 (de
EP4565389B1 (de
Inventor
Patrick KERNER
Andrea HEIGL
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Rodenstock GmbH
Original Assignee
Rodenstock GmbH
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Publication date
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Publication of EP4565389A1 publication Critical patent/EP4565389A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4565389C0 publication Critical patent/EP4565389C0/de
Publication of EP4565389B1 publication Critical patent/EP4565389B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/22—Equipment for exact control of the position of the grinding tool or work at the start of the grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/005—Blocking means, chucks or the like; Alignment devices
    • B24B13/0055—Positioning of lenses; Marking of lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B51/00—Arrangements for automatic control of a series of individual steps in grinding a workpiece

Definitions

  • the present invention relates to the determination of the position of an optical lens which is held on a known lens surface of the optical lens by a lens holding element, as well as the processing or testing of a lens held in this way.
  • both the shape of the existing front surface of the spectacle lens blank and the desired final shape of the back surface, which is yet to be manufactured, are known in the coordinate system of the spectacle lens.
  • the position (positioning and orientation) of the front surface and the back surface relative to each other is also precisely determined.
  • REPLACEMENT BLADE This is also crucial for the desired optical effect. Especially with complex-shaped surfaces, such as progressive lenses, even small deviations in the relative position (positioning and/or orientation) of both surfaces to each other could have an unacceptably strong influence on the optical effects.
  • the precise position (position and direction/orientation) of the entire spectacle lens, in particular the known front surface, relative to the holding element must be precisely determined. Since the precise position and orientation (e.g. relative to a corresponding processing or testing tool) of an optical lens is often very important for processing or checking the lens surface(s) (including the edge), this information must be known for the state in which such a lens is held by the respective lens holding element.
  • the object of the present invention is to further improve the quality of optical lenses or their optical characterization. This is achieved within the scope of the present invention by a method according to the independent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the invention provides a computer-implemented method for determining a (stable) position (position and orientation) of an optical lens with respect to a lens holding element, while the optical lens is held by a holding force with a (known) first lens surface against a contact area of the The first lens surface of the optical lens is at least partially in contact with the lens holding element.
  • the lens holding element provides the contact area for this purpose.
  • the method according to the invention comprises providing surface data of the first lens surface of the optical lens.
  • This first lens surface therefore has a known surface shape which is defined by the surface data.
  • the surface data of the first lens surface can be in the form of arrow heights.
  • the surface data of the first lens surface are made available, for example, as arrow heights in a coordinate system of the lens in a database, in a file system or via an interface to the computer which carries out the method according to the invention.
  • they can originate, for example, from standard lens data (e.g. base curve of a spectacle lens) or from an individual surface optimization of a lens (e.g. an individual progressive spectacle lens).
  • the surface data of the first lens surface can also have been determined by (for example optical and/or mechanical/tactile) measurements of the surface of the lens and can be provided as (temporarily) stored data via a database or in a file system, e.g. of a measurement management system.
  • Providing the surface data of the first lens surface thus preferably comprises reading the stored surface data from a data storage device and/or measuring the first lens surface, e.g. using standardized area measuring devices such as Dual LensMapper, wherein the measuring device or its control unit makes the measured first lens surface available to the computer that carries out the method according to the invention, as described above.
  • surface data of the contact area of the lens holding element are provided.
  • the surface data of the contact area of the lens holding element can be provided, for example, as coordinates of surface points in a Coordinate system of the lens holding system in a database, in a file system or via an interface to the computer that carries out the method according to the invention.
  • This surface data can also be present as stored values in a database or a file system, e.g. of a goods management system, and made available for the method described here. For example, it can originate from type-specific, technical data sets of the lens holding element, e.g. given by design drawings of the lens holding element, or it can also have been measured directly on the specific lens holding element.
  • the provision of the surface data therefore preferably includes reading out the stored surface data from a data storage device and/or measuring the surface, e.g. using standardized coordinate measuring devices, wherein the measuring device or its control unit makes the measured surface data available to the computer that carries out the method according to the invention, as described above.
  • force effect data of the holding force are provided in a database, in a file system or via an interface to the computer that carries out the method according to the invention, which determine at least one force application point and one force direction of the holding force.
  • This force effect data can be available as stored values in a database or a file system, e.g. of a goods management system, or it can be calculated for use by e.g. a calculation system, for example if a clamping arm of the lens holding element is controllable and its position and force effect must be determined depending on the lens and provided for the method described here.
  • they can come at least partially from type-specific, technical data sets of the lens holding element, e.g. given by design drawings of the lens holding element.
  • the force effect data can also be at least partially selected or entered by a user of the method described here, in particular via a user interface (e.g. computer workstation).
  • a user could select (by entering via an operating terminal) that gravity should act as a holding force and/or in which direction (e.g. in relation to a coordinate system of the lens holding element) the holding force should act.
  • at least the direction of the holding force can result automatically from an orientation of the lens holding element in space (predetermined or entered by the user).
  • the point of application of the force of gravity can then be calculated from the respective, current position of the lens relative to the lens holding element (e.g.
  • the provision of the force effect data therefore preferably comprises at least partially reading out stored data from a data storage device and/or input by a user and/or calculation from stored data and/or data entered by a user and/or data calculated in advance.
  • first contact point of the first lens surface with the contact area of the lens holding element is provided.
  • the provision of the first contact point preferably takes place depending on and adapted to the specific application in which the present invention is used. Examples and preferred embodiments of this are described in more detail below.
  • the method comprises a virtual rotation of the optical lens about a first axis of rotation, which runs through the (at least one) first contact point and is both perpendicular to a force action axis, which runs through the force application point and parallel to the force direction, and perpendicular to the perpendicular from the first contact point to the force action axis, in the direction of a torque which is determined by the force action data for a rotation about the first axis of rotation.
  • This virtual rotation can take place in particular in iterative, small steps. In any case, it takes place until the first lens surface of the optical lens and the contact area of the lens holding element form a second contact point with one another.
  • the optical lens is virtually rotated about a second axis of rotation, which runs through the first and second contact points, in the direction of a torque which is determined by the force effect data for a rotation about the second axis of rotation, until the first lens surface of the optical lens and the contact area of the lens holding element form a third contact point.
  • This virtual rotation can also take place in particular in iterative, small steps.
  • the two virtual rotations take place at least when the respective torques are not equal to zero, i.e. when the axis of force action does not intersect with the respective axis of rotation. This will usually be the case in practice. Only in exceptional cases, when this condition is not met, can the method, for example, abort the calculation and determine the position of the optical lens as the stable position sought.
  • this position can be output as the position to be determined.
  • the method thus comprises outputting the position (position and orientation) of the optical lens resulting from the virtual rotations about the first and second axes of rotation as the position to be determined.
  • the output can in particular be in the form of an output of a data set via a screen and/or a computer-readable data interface for data transmission and/or Data storage can take place.
  • the output of the position to be determined preferably includes displaying and/or transmitting and/or storing position and/or orientation data which clearly defines the position and/or orientation of the lens relative to the lens holding element in the position determined (as stable).
  • position and/or orientation data which clearly defines the position and/or orientation of the lens relative to the lens holding element in the position determined (as stable).
  • at least three translational (position) and three rotational coordinates (orientation) of the lens (relative to the lens holding element) are thereby clearly defined, directly or indirectly.
  • the position to be determined also defines fewer degrees of freedom in order to already describe the position of the optical lens clearly (enough).
  • the position to be determined only clearly defines three translational and two rotational coordinates.
  • the third coordinate describing the rotational symmetry can be disregarded.
  • the second lens surface can also be clearly determined relative to the lens holding element and thus also relative to the first lens surface. This is of corresponding use depending on the process in which the present invention is used, as will be described below using a few examples.
  • the specific shape and position of the second lens surface may initially be unknown.
  • the aim of the measuring process may be to determine the shape and position of the second lens surface relative to the first lens surface.
  • Measuring processes that directly measure only one lens surface (e.g. optically or mechanically) in a coordinate system of a corresponding measuring device are often technically much simpler, faster and more cost-effective, and sometimes also more precise, than measuring processes that (have to) measure both lens surfaces relative to a coordinate system of the measuring device and/or relative to each other.
  • the method according to the invention makes it possible to determine the position and orientation of the first lens surface relative to the lens holding element.
  • the method according to the invention enables a very simple and precise determination of the position of the first lens surface relative to the measuring device. This applies in particular if the lens holding element is a component of the measuring device or the position of the lens holding element relative to the measuring device is known, in particular calibrated.
  • the position of the first lens surface relative to the measuring device obtained by means of the method according to the invention and the shape of the second lens surface as well as its position relative to the first lens surface can be used to simulate measuring methods in a calculation system, for example, and thereby determine target values for the measurement. Examples of these measuring methods are transmission measurements such as the lensmeter and automapper.
  • the method according to the invention when using the method according to the invention, it can be sufficient to carry out a measurement of the second lens surface (in the coordinate system of the measuring device) using the measuring device in order to determine the relative position of the second lens surface relative to the first lens surface.
  • a measurement of the second lens surface in the coordinate system of the measuring device
  • reflection measurements or area measurements e.g. by scanning the lens surface.
  • a given second lens surface is to be processed (e.g. thinly coated) without significantly changing its shape (and position)
  • its position (position and orientation) relative to the first lens surface may already be known.
  • the aim may be to coat a complex, finished lens on the second lens surface, e.g. to apply a protective layer, an anti-reflective layer, a color, etc.
  • this processing e.g. coating
  • the position of the optical lens relative to the processing device or conversely a processing head, e.g.
  • the method according to the invention makes it possible to determine the position and orientation of the first lens surface relative to the lens holding element very precisely. Insofar as the position of the second lens surface relative to the first lens surface is already known (specified) in this application example, the position of the second lens surface relative to the lens holding element is therefore also determined or can be determined. Since it is generally technically very simple to determine or set the position of the lens holding element relative to a processing device very precisely, the method according to the invention enables a very simple and precise adjustment of the position of the second lens surface relative to the processing device or the position of a processing head of the processing device relative to the second lens surface. This applies in particular if the lens holding element is a component of the processing device or the position of the lens holding element relative to the processing device is known, in particular calibrated.
  • a second lens surface to be manufactured is to be processed (e.g. ground or milled) by adapting the shape to a specified target, in addition to the shape of the second lens surface, its position (position and orientation) relative to the first lens surface can already be known as the target of the manufacturing process.
  • the aim of the manufacturing process can be to manufacture a complex-shaped second lens surface in such a way that it ultimately occupies an exact position relative to the first lens surface.
  • this processing of the second lens surface e.g. milling or grinding
  • it is important to be able to adjust the position of the optical lens i.e.
  • the method according to the invention makes it possible to determine the position and orientation of the first lens surface relative to the lens holding element very precisely. Since it is usually technically very simple to change the position of the lens holding element relative to a production device (e.g. grinding or Milling machine) or the position of a process head (e.g. milling or grinding head) of the production device relative to the lens holding element to be determined or adjusted very precisely, the method according to the invention enables a very simple and precise adjustment of the position of the first lens surface relative to the production device such that the second lens surface to be produced by the production device then assumes the desired position relative to the first lens surface.
  • a production device e.g. grinding or Milling machine
  • a process head e.g. milling or grinding head
  • the lens holding element is a component of the production device or the position of the lens holding element relative to the production device is known, in particular calibrated.
  • the initial shape and position of the second lens surface i.e. before it is formed
  • the embodiment for the processing process described above can be applied analogously.
  • the present invention thus makes it possible to determine the position and orientation of the optical lens (i.e. its lens surfaces) relative to the lens holding element very reliably and precisely. This means that the optical lens can also be positioned very precisely relative to a corresponding processing tool.
  • the invention thus makes it possible to determine an optimal coordinate transformation, for example by means of an iteration process.
  • the method according to the invention is dynamically adaptive and thus results in a much more precise, but also faster, determination of the optimal coordinate transformation, particularly for complex lens surfaces.
  • lens holding elements are a block ring or a flat support.
  • the method is particularly suitable for spectacle lenses as preferred optical lenses.
  • the holding force can be the gravity of the optical lens itself.
  • Lens or a clamping arm that presses the optical lens against the contact area of the lens holding element.
  • the method according to the invention is carried out in an iterative process, so that a coordinate transformation for determining the position (position and orientation) of the optical lens is found by iteration.
  • One idea of the invention is that the spectacle lens is forced by all exerted forces into a position in which all forces and torques are compensated by the support of the first lens surface (e.g. front or back surface of a spectacle lens) on the contact area of the lens holding element. If the optical lens is not yet in this stable position, the optical lens will move towards this stable position due to the forces and torques. Modeling this physical dynamic ensures that the optimal or stable position of the optical lens and thus the optimal coordinate transformation can be found.
  • the method also comprises, if a projection point resulting from a projection of the force application point along the force direction onto a temporary contact plane through the first, second and third contact point does not lie within a triangle formed by the first, second and third contact point, a virtual rotation of the optical lens about a further axis of rotation, which runs at least through that contact point from the first, second and third contact point which is closest to the projection point, in the direction of a torque which is determined by the force effect data for a rotation about the further axis of rotation, until the first lens surface of the optical lens and the contact area of the lens holding element form a further contact point.
  • this step is carried out iteratively, wherein the contact point or contact points (from the first, second and third contact point) which are not contained in the further axis of rotation are discarded in the further iteration steps. Rather, a new constellation of three contact points is preferably searched for in an iterative manner until the projection point lies within the convex surface (triangle) formed by the three contact points.
  • the further axis of rotation runs through a further contact point from the first, second and third contact points in such a way that the contact point from the first, second and third contact points lying outside the further axis of rotation and the projection point are separated from one another by the further axis of rotation within the temporary contact plane.
  • the further axis of rotation divides the temporary contact plane into two half-planes, with the projection point and the contact point from the first, second and third contact points lying outside the further axis of rotation lying in different half-planes. In this case, in particular, this contact point not passed through by the further axis of rotation is discarded.
  • the further axis of rotation runs both perpendicular to the force action axis and perpendicular to the perpendicular from the contact point through which the axis of rotation runs to the force action axis.
  • both contact points not passed through by the further axis of rotation are discarded and the (iterative) method preferably looks for two further contact points.
  • the force application point is the center of gravity of the optical lens and the direction of the force is vertical, i.e. the direction of the gravitational field (i.e. the direction of gravity).
  • the provision of the first contact point preferably depends on and is adapted to the specific application in which the present invention is used.
  • the first contact point can be determined in such a way that the lens is to be aligned with respect to a measuring sensor.
  • a lensmeter or a Shack-Hartmann sensor can be used as a measuring sensor.
  • the location of the measuring sensor preferably defines two (horizontal) coordinates of the position of a reference point (e.g. lens center) relative to the lens holding element and thus relative to the measuring device (e.g. relative to a sensor center).
  • the provision of the first contact point with the The aim is that the lens center and the sensor center (particularly in the stable position to be determined) lie on a straight line that is particularly perpendicular to a support plane defined by the lens holding element. Angular coordinates of a rotation around this straight line can then be determined by aligning an internal coordinate system of the measuring sensor, e.g. reference of a cylinder base and/or a prism base of the optical lens.
  • the first support point could be provided in such a way that the optical lens is aligned with respect to a blocking ring formed by the lens holding element, with a blocking ring center defining, for example, two (horizontal) coordinates of a reference point (e.g. lens center) relative to the blocking ring (in particular relative to the blocking ring center).
  • the first contact point could thus be provided with the aim that the lens center and the blocking ring center lie on a straight line that is in particular perpendicular to a support plane defined by the blocking ring.
  • Angular coordinates of a rotation about this straight line can then be defined by the alignment based on a reference specification by a cylinder base and/or a prism base of the optical lens.
  • the specific choice of the first contact point is preferably linked to fewer boundary conditions, since here preferably only the relative distance of the highest point of the second lens surface from a flat support formed by the lens holding element is determined and this value is independent of the choice of the coordinate system and thus independent of the two horizontal translations (i.e. parallel to the flat support) and the rotation around the vertical (i.e. the perpendicular to the flat support).
  • providing a first contact point of the first lens surface with the contact area of the lens holding element comprises providing a target value for the position of the optical lens relative to the lens holding element and specifying a starting value for the first contact point.
  • the target specification is preferably provided dependent on and adapted to the application in which the method according to the invention is used, as has already been described by way of example.
  • the lens holding element in the coordinate system of the optical lens is preferably described by a set of possible contact points, e.g. an edge curve of the optical lens when positioning a concave first lens surface on a flat support of the lens holding element or the projection of the blocking ring onto the first lens surface.
  • the starting value for the first contact point can be selected from this set of possible contact points. This selection is also preferably made dependent on and adapted to the application in which the method according to the invention is used. For example, when a front surface of a spectacle lens is resting on a flat support, a point with the smallest arrow height can be selected as the first contact point, and when a back surface of a spectacle lens is resting on a flat support, a point with the largest arrow height can be selected as the first contact point.
  • the method includes checking the resulting position of the optical lens for compliance with the target specification after the virtual rotation of the optical lens about the second axis of rotation; and determining a correction value for the first contact point if the target specification is not met to a required level of accuracy (i.e. within permitted tolerance deviations). If the target specification is met (or a deviation is within a permitted tolerance), the method can preferably output the position of the optical lens resulting from the virtual rotations about the first and second axes of rotation as the position to be determined, without a correction value for the first contact point being or having to be determined.
  • the virtual rotation about a first axis of rotation, the virtual rotation about a second axis of rotation, the checking for compliance with the target and, if necessary, the determination a correction value for the first contact point is determined iteratively until compliance with the target specification is determined.
  • the correction value for the first contact point can be determined using a Newton method.
  • At least one coordinate of a target position of at least one reference point of the optical lens is provided as a target specification.
  • a target specification e.g. a lens center
  • two coordinates of the target position of the at least one reference point of the optical lens relative to the lens holding element are provided as a target specification. This is particularly advantageous in applications in which, for example, a lens center is to be aligned relative to a sensor center of a measuring device or a tool center of a processing device.
  • At least one coordinate of a target orientation of the optical lens relative to the lens holding element is preferably provided as a target specification. This is particularly advantageous in applications in which, for example, a reference axis of a cylinder effect and/or a prism base is to be aligned relative to a measuring device or a processing device.
  • the invention provides a method for processing at least one lens surface of an optical lens, comprising:
  • an optical lens having a first lens surface with known surface data and a second lens surface to be machined
  • Blocking the lens with the first lens surface on a lens holding element wherein the position (position and orientation) of the optical lens with respect to the lens holding element is determined by a method described here, in particular according to one of the preferred embodiments described here;
  • Fig. 1 is a schematic representation of an optical lens held by a lens holding element
  • Fig. 2A and 2B are schematic representations of virtual constellations between an optical lens and a lens holding element during a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an exemplary positioning of a spectacle lens 10 as an example of a preferred optical lens, which has a first lens surface 12 and a second lens surface 14.
  • Surface data are known at least for the first lens surface, which are made available to the method according to the invention.
  • the surface data are made available, for example, as arrow heights in a coordinate system (x'-y'-z') of the spectacle lens in a database. In particular, they can originate, for example, from standard lens data (e.g. base curves) or from an individual surface optimization of a spectacle lens.
  • Fig. 1 shows the coordinate system (x'-y'-z') of the spectacle lens (y' axis runs into the plane of the drawing).
  • the exact shape of the second lens surface 14 does not have to be known for the method for determining the position and orientation of the spectacle lens.
  • the aim is to determine the exact position (position and orientation), i.e. in particular (up to) three translational and (up to) three rotational parameters, of the spectacle lens 10 relative to a lens holding element 16 which holds the spectacle lens.
  • the lens holding element 16 has a contact area 18 on which the spectacle lens 10 is arranged with the first lens surface 12 and against which the spectacle lens is pressed. This results in direct contact between the first lens surface 12 and the contact area 18.
  • This position is naturally then stable if, for example, there are at least three contact points between the lens surface 12 and the contact area 18, which form a triangle through whose surface an axis of the force with which the spectacle lens 10 is pressed against the lens holding element passes.
  • Fig. 1 also shows a coordinate system (x-y-z) (y-axis runs into the plane of the drawing), which is firmly defined in the system of the lens holding element.
  • the exact coordinates of the first lens surface 12 in this coordinate system in the stable position depend in particular on the surface shape of the first lens surface 12 and the shape of the contact area 18.
  • the aim is to determine this exact position of the first lens surface 12 and thus of the entire spectacle lens 10 relative to the lens holding element (i.e. in particular in the coordinate system of the lens holding element).
  • the surface data of the spectacle lens which are initially made available in the coordinate system of the spectacle lens (x'-y'-z'), can be transformed into the coordinate system of the lens holding system (x-y-z).
  • the individual (virtual) rotations and translations of the spectacle lens i.e. the transformed surface data
  • Fig. 2 schematically shows some virtual, temporary positions during a determination of the (stable) position of the spectacle lens.
  • surface data of the known first lens surface 12 is provided, in particular in a coordinate system of the spectacle lens 10.
  • surface data of the contact area 18 of the lens holding element 16 is provided.
  • the method is now intended to determine a stable contact between the spectacle lens 10 and the lens holding element 16 when a force acts on the spectacle lens, which presses the spectacle lens 10 with the first lens surface 12 against the contact area 18 of the lens holding element 16.
  • force effect data of the holding force are also provided, which define at least one force application point 20 and a force direction 22 of the holding force.
  • a constellation is to be described in which the spectacle lens is supported on a horizontal support surface under the effect of its own gravity. (contact area 18 of the lens holding element 16).
  • the center of gravity of the spectacle lens 10 can thus be provided as the force application point 20.
  • the spectacle lens protrudes laterally beyond the contact area 18.
  • the contact area 18 could also protrude laterally beyond the spectacle lens.
  • an initial position of the spectacle lens 10 relative to the lens holding element 16 is determined, at which a first contact point 30-1 results between the first lens surface 12 and the contact area 18.
  • This first contact point 30-1 is provided in particular in the coordinate system (x-y-z) of the lens holding element 16.
  • the method can particularly preferably be carried out in this coordinate system.
  • the coordinate system is preferably defined as a right-handed coordinate system in which the z-axis is directed in the opposite direction of the force acting on the optical lens (e.g. spectacle lens 10).
  • the x-axis is perpendicular to the z-axis and is otherwise freely selectable. In particular, it can be selected, for example, relative to (e.g. perpendicular to) an (initial) axis of the coordinate system used to describe the spectacle lens geometry (e.g. a y'-axis, which can represent a vertical axis of the spectacle lens in a position of use).
  • a position is initially selected in which the spectacle lens touches the contact area 18 with the first lens surface 12, which is to be held by the lens holding element 16, and thus defines an initial coordinate transformation from the coordinate system used to describe the spectacle lens geometry and the coordinate system used to describe the support of the spectacle lens.
  • a corresponding initial virtual position with the first contact point 30-1 is shown schematically in particular in Fig. 2A.
  • the following steps are then preferably carried out, in particular recursively:
  • the first contact point 30-1 is identified as the pivot point. If the resulting torque with respect to this pivot point is 0, the recursive process is terminated. If the torque is not 0, it generates a direction of rotation in which the lens is rotated, with the pivot point being held. The rotation is continued until at least a second contact point 30-2 of the lens surface 12 of the lens 10 with the contact area 18 of the lens holding element 16 is created.
  • This virtual constellation is shown schematically in Fig. 2B. The rotation is taken into account in the coordinate transformation. The process continues recursively with the two contact points found.
  • a coordinate transformation is found that describes the transition from the coordinate system used to describe the glass geometry to the coordinate system used to describe the support.
  • the following algorithm for determining the flat support for a spectacle lens i.e. the back surface rests on a horizontal plane, is considered.
  • the resulting force is given by the weight acting at the center of gravity of the spectacle lens.
  • the support plane is preferably perpendicular to this force and forms the contact area of the lens holding element.
  • the support plane is defined with respect to the spectacle lens in such a way that it also touches a point on the back surface (first surface) of the spectacle lens.
  • the recursion described above is then carried out, whereby the resulting torque can be determined by the weight at the center of gravity with respect to the described pivot point or axis of rotation.
  • the recursion is terminated when, for example, there are at least three points of contact between the spectacle lens and the support plane and these describe a convex hull within which the projection of the center of gravity perpendicular to the support plane is contained.
  • a toric back surface it is possible, for example, that the contact points and the projection of the center of gravity lie on a straight line in the support plane and thus the lens comes to rest on only two contact points.
  • a rest position of the lens on only one contact point is given, for example, when the flat support of a rotationally symmetrical, biconvex lens is determined.

Landscapes

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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung der Lage einer optischen Linse, welche an einer bekannten Linsenoberfläche der optischen Linse von einem Linsenhalteelement gehalten wird, sowie die Bearbeitung und/oder Messung und/oder Prüfung einer derart gehaltenen Linse. Ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Lage einer optischen Linse (10) in Bezug auf ein Linsenhalteelement (16), während die optische Linse (10) durch eine Haltekraft mit einer ersten Linsenoberfläche (12) an einen Anlagebereich des Linsenhalteelements (16) gedrückt wird, umfasst dabei: ein Bereitstellen von Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche der optischen Linse; ein Bereitstellen von Oberflächendaten des Anlagebereichs des Linsenhalteelements; ein Bereitstellen von Kraftwirkungsdaten der Haltekraft, welche zumindest einen Kraftangriffspunkt und eine Kraftrichtung der Haltekraft festlegen; ein Bereitstellen eines ersten Kontaktpunktes der ersten Linsenoberfläche mit dem Anlagebereich des Linsenhalteelements; ein virtuelles Rotieren der optischen Linse um eine erste Drehachse, welche durch den ersten Kontaktpunkt und sowohl senkrecht zu einer Kraftwirkungsachse, welche durch den Kraftangriffspunkt und parallel zur Kraftrichtung verläuft, als auch senkrecht zum Lot vom ersten Kontaktpunkt auf die Kraftwirkungsachse verläuft, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die erste Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche der optischen Linse und der Anlagebereich des Linsenhalteelements einen zweiten Kontaktpunkt bilden; und ein virtuelles Rotieren der optischen Linse um eine zweite Drehachse, welche durch den ersten und den zweiten Kontaktpunkt verläuft, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die zweite Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche der optischen Linse und der Anlagebereich des Linsenhalteelements einen dritten Kontaktpunkt bilden; und ein Ausgeben der sich nach den virtuellen Rotationen um die erste und die zweite Drehachse ergebenden Lage der optischen Linse als die zu bestimmende Lage.

Description

„BESTIMMUNG DER LAGE EINER OPTISCHEN LINSE IN BEZUG AUF EINE AUFLAGE ODER HALTERUNG“
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung der Lage einer optischen Linse, welche an einer bekannten Linsenoberfläche der optischen Linse von einem Linsenhalteelement gehalten wird, sowie die Bearbeitung oder Prüfung einer derart gehaltenen Linse.
Optische Linsen weisen üblicherweise einander gegenüberliegende Linsenoberflächen auf, welche zusammen die erwünschten optischen Eigenschaften der Linse bewirken. Um die gewünschten optischen Eigenschaften solcher optischen Linsen mit hoher Genauigkeit zu gewährleisten, ist sowohl die exakte Form jeder einzelnen Linsenoberfläche als auch deren relative Lage zueinander entscheidend. Viele, vor allem komplexer geformte, individuell angepasste optische Linsen, so zum Beispiel viele hochwertige Brillengläser, werden aus Linsenrohlingen hergestellt, indem ausgehend vom Linsenrohling eine oder beide der einander gegenüberliegenden Linsenoberflächen mechanisch bearbeitet oder zumindest beschichtet werden. Für solche Schritte während der Herstellung einer optischen Linse, wird diese optische Linse oft an der jeweils anderen, gegenüberliegenden Linsenoberfläche gehalten (z.B. geblockt).
Beispielsweise ist es bei der Herstellung von Brillengläsern oft üblich, zumindest die Rückfläche individuell zu bearbeiten (z.B. durch Schleifen, Polieren, Fräsen, Beschichten, usw.), während das halbfertige Brillenglas durch ein entsprechendes Linsenhalteelement an der Vorderfläche gehalten und manipuliert wird. Dabei sind zunächst sowohl die Form der vorhandenen Vorderfläche des Brillenglasrohlings als auch die gewünschte endgültige, aber erst zu fertigende Form der Rückfläche im Koordinatensystem des Brillenglases bekannt. Dabei ist auch die Lage (Positionierung und Orientierung) der Vorderfläche und der Rückfläche relativ zueinander präzise
ERSATZBLATT (REGEL 26) festgelegt. Diese ist auch entscheidend für die gewünschte optische Wirkung. Besonders bei komplex geformten Flächen, wie zum Beispiel für progressive Brillengläser (Gleitsichtgläser) könnten bereits kleine Abweichungen der relativen Lage (Positionierung und/oder Orientierung) beider Flächen zueinander die optischen Wirkungen inakzeptabel stark beeinflussen.
Um die Rückfläche aber in genau dieser präzisen Lage (Positionierung und Orientierung) relativ zur Vorderfläche fertigen zu können, muss die präzise Lage (Position und Richtung/Orientierung) des gesamten Brillenglases, insbesondere der bekannten Vorderfläche relativ zum Halteelement genau bestimmt werden. Da für die Bearbeitung oder Überprüfung der Linsenoberfläche(n) (einschließlich des Randes) einer optischen Linse deren genaue Position und Orientierung (z.B. relativ zu einem entsprechenden Bearbeitungs- oder Prüfwerkzeug) oft sehr wichtig ist, müssen diese Informationen für den Zustand bekannt sein, in dem eine solche Linse von dem jeweiligen Linsenhalteelement gehalten wird.
Ein Beispiel einer Möglichkeit zum Bestimmen der Lage einer optischen Linse während der Herstellung wird in EP 3 437 797 A1 beschrieben. Dabei wird eine Koordinatentransformation zwischen einer Beschreibung in Koordinaten in einem System des Glases und Koordinaten in einem System einer Halterung gefunden, indem eine Vielzahl von Punktetriplets betrachtet wird und aus dieser Vielzahl die optimale Konfiguration bestimmt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Qualität optischer Linsen oder deren optische Charakterisierung weiter zu verbessern. Dies wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Somit bietet die Erfindung in einem Aspekt ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer (stabilen) Lage (Position und Orientierung) einer optischen Linse in Bezug auf ein Linsenhalteelement, während die optische Linse durch eine Haltekraft mit einer (bekannten) ersten Linsenoberfläche an einen Anlagebereich des Linsenhalteelements gedrückt wird. Dabei steht die erste Linsenoberfläche der optischen Linse zumindest teilweise mit dem Linsenhalteelement in Kontakt. Das Linsenhalteelement bietet als Kontaktfläche hierfür den Anlagebereich.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen von Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche der optischen Linse. Diese erste Linsenoberfläche weist also eine bekannte Oberflächenform auf, welche durch die Oberflächendaten definiert ist. Insbesondere können die Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche in Form von Pfeilhöhen vorliegen. Die Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche werden beispielsweise als Pfeilhöhen in einem Koordinatensystem der Linse in einer Datenbank, in einem Dateisystem oder über eine Schnittstelle dem Computer, der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, zur Verfügung gestellt. Insbesondere können sie dabei beispielsweise aus Standardlinsendaten (z.B. Basiskurve eines Brillenglases) oder aus einer individuellen Flächenoptimierung einer Linse (z.B. eines individuellen progressiven Brillenglases) stammen. Sie können also vorab z.B. von einem Linsendesign-Programm berechnet und in eine Datenbank oder in einem Dateisystem z.B. in einem Warenverwaltungssystem übertragen worden sein. Alternativ können die Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche aber auch durch (beispielsweise optische und/oder mechanische/taktile) Messungen der Oberfläche der Linse ermittelt worden sein und als (zwischen)gespeicherte Daten über eine Datenbank oder in einem Dateisystem z.B. eines Messverwaltungssystems bereitgestellt werden. Das Bereitstellen der Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche umfasst somit vorzugsweise ein Auslesen der gespeicherten Oberflächendaten aus einem Datenspeicher und/oder ein Messen der ersten Linsenoberfläche z.B. mittels standardisierten Flächenmessgeräten wie Dual LensMapper, wobei das Messgerät bzw. dessen Steuerungseinheit die gemessene erste Linsenoberfläche dem Computer, der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wie oben beschrieben zur Verfügung stellt.
Außerdem werden Oberflächendaten des Anlagebereichs des Linsenhalteelements bereitgestellt. Die Oberflächendaten des Anlagebereichs des Linsenhalteelements können beispielsweise als Koordinaten von Oberflächenpunkten in einem Koordinatensystem des Linsenhaltesystems in einer Datenbank, in einem Dateisystem oder über eine Schnittstelle dem Computer, der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, bereitgestellt werden. Auch diese Oberflächendaten können als gespeicherte Werte in einer Datenbank oder einem Dateisystem z.B. eines Warenverwaltungssystems vorliegen und für das hier beschriebene Verfahren bereitgestellt werden. Sie können beispielsweise aus typenspezifischen, technischen Datensätzen des Linsenhaltelements z.B. gegeben durch Konstruktionszeichnungen des Linsenhalteelements stammen oder auch direkt am konkreten Linsenhalteelement gemessen worden sein. Das Bereitstellen der Oberflächendaten umfasst somit vorzugsweise ein Auslesen der gespeicherten Oberflächendaten aus einem Datenspeicher und/oder ein Messen der Oberfläche z.B. mittels standardisierten Koordinatenmessgeräten, wobei das Messgerät bzw. dessen Steuerungseinheit die gemessenen Oberflächendaten dem Computer, der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wie oben beschrieben zur Verfügung stellt.
Zusätzlich werden Kraftwirkungsdaten der Haltekraft in einer Datenbank, in einem Dateisystem oder über eine Schnittstelle dem Computer, der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, bereitgestellt, welche zumindest einen Kraftangriffspunkt und eine Kraftrichtung der Haltekraft festlegen. Diese Kraftwirkungsdaten können als gespeicherte Werte in einer Datenbank oder einem Dateisystem z.B. eines Warenverwaltungssystems vorliegen oder sie können für eine Anwendung durch z.B. ein Berechnungssystem berechnet werden beispielsweise wenn ein Klemmarm des Linsenhalteelements steuerbar ist und dessen Position und Kraftwirkung in Abhängigkeit der Linse bestimmt werden muss und für das hier beschriebene Verfahren bereitgestellt werden. Sie können beispielsweise zumindest teilweise aus typenspezifischen, technischen Datensätzen des Linsenhalteelements z.B. gegeben durch Konstruktionszeichnungen des Linsenhalteelements stammen. Alternativ oder zusätzlich können die Kraftwirkungsdaten auch zumindest teilweise von einem Benutzer des hier beschriebenen Verfahrens insbesondere über eine Benutzerschnittstelle (z.B. Bildschirmarbeitsplatz) ausgewählt oder eingegeben werden. So könnte beispielsweise ein Benutzer (durch eine Eingabe über ein Bedienterminal) auswählen, dass die Schwerkraft als Haltekraft wirken soll und/oder in welcher Richtung (z.B. in Bezug auf ein Koordinatensystem des Linsenhalteelements) die Haltekraft wirken soll. Insbesondere bei einer Berücksichtigung der Schwerkraft der optischen Linse kann zumindest die Kraftrichtung der Haltekraft automatisch aus einer (vorgegebenen bzw. vom Benutzer eingegebenen) Orientierung des Linsenhalteelements im Raum ergeben. Der Kraftangriffspunkt der Schwerkraft kann dann aus der jeweiligen, momentanen Lage der Linse relativ zum Linsenhalteelement (z.B. als die Koordinaten des Schwerpunkts der Linse im Koordinatensystem der Linse) rechnerisch ermittelt werden. Das Bereitstellen der Kraftwirkungsdaten umfasst damit vorzugsweise zumindest teilweise ein Auslesen von gespeicherten Daten aus einem Datenspeicher und/oder eine Eingabe durch einen Benutzer und/oder eine Berechnung aus gespeicherten und/oder von einem Benutzer eingegebenen und/oder vorab berechneten Daten.
Schließlich wird ein erster Kontaktpunkt der ersten Linsenoberfläche mit dem Anlagebereich des Linsenhalteelements bereitgestellt. Das Bereitstellen des ersten Kontaktpunktes erfolgt vorzugsweise abhängig von und angepasst an die konkrete Anwendung, im Rahmen welcher die vorliegende Erfindung genutzt wird. Beispiele und bevorzugte Ausführungsformen hierzu werden weiter unten noch ausführlich beschrieben.
Basierend auf diesen Daten umfasst das Verfahren ein virtuelles Rotieren der optischen Linse um eine erste Drehachse, welche durch den (zumindest einen) ersten Kontaktpunkt verläuft und sowohl senkrecht zu einer Kraftwirkungsachse, welche durch den Kraftangriffspunkt und parallel zur Kraftrichtung verläuft, als auch senkrecht zum Lot vom ersten Kontaktpunkt auf die Kraftwirkungsachse liegt, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die erste Drehachse festgelegt ist. Dieses virtuelle Rotieren kann insbesondere in iterativen, kleinen Schritten erfolgen. Es erfolgt jedenfalls so lange bis die erste Linsenoberfläche der optischen Linse und der Anlagebereich des Linsenhalteelements einen zweiten Kontaktpunkt miteinander bilden.
Soweit in dieser Beschreibung von „virtuellen“ Rotationen und/oder Translationen einer Linse die Rede ist, ist damit insbesondere gemeint, dass hier keine echte Linse physikalisch/mechanisch bewegt wird, sondern dass Fixpunkte der Linse (insbesondere Oberflächenpunkte) in einem gegebenen (insbesondere einem zum Linsenhalteelement festen) Koordinatensystem gemeinsam computerimplementiert rechnerisch so transformiert werden, dass diese Transformation eine echte physikalische/mechanische Rotation bzw. Translation dieser Fixpunkte gemeinsam (und damit der Linse) beschreibt, also simuliert.
Basierend auf dem ersten und zweiten Kontaktpunkt erfolgt ein virtuelles Rotieren der optischen Linse um eine zweite Drehachse, welche durch den ersten und den zweiten Kontaktpunkt verläuft, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die zweite Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche der optischen Linse und der Anlagebereich des Linsenhalteelements einen dritten Kontaktpunkt bilden. Auch diese virtuelle Rotation kann insbesondere in iterativen, kleinen Schritten erfolgen.
Die beiden virtuellen Rotationen erfolgen zumindest dann, wenn die jeweiligen Drehmomente ungleich Null sind, wenn also insbesondere die Kraftwirkungsachse sich nicht mit der jeweiligen Drehachse schneidet. Dies wird in der Praxis in der Regel zutreffen. Nur ausnahmsweise, wenn diese Bedingung nicht zutrifft, kann das Verfahren die Berechnung beispielsweise abbrechen und die Lage der optischen Linse bereits als die gesuchte stabile Lage bestimmen.
Sobald die gewünschte, stabile Lage der Linse relativ zum Linsenhalteelement erreicht ist, welche insbesondere durch (zumindest) drei Kontaktpunkte der ersten Linsenoberfläche mit dem Anlagebereich des Linsenhalteelements charakterisiert sein kann, kann diese Lage als zu bestimmende Lage ausgegeben werden. Somit umfasst das Verfahren ein Ausgeben der sich nach den virtuellen Rotationen um die erste und die zweite Drehachse ergebenden Lage (Position und Orientierung) der optischen Linse als die zu bestimmende Lage. Das Ausgeben kann dabei insbesondere in Form einer Ausgabe eines Datensatzes über einen Bildschirm und/oder eine computerlesbare Datenschnittstelle zur Datenübertragung und/oder Datenspeicherung erfolgen. Somit umfasst das Ausgeben der zu bestimmenden Lage vorzugsweise ein Anzeigen und/oder ein Übertragen und/oder ein Speichern von Positions- und/oder Orientierungsdaten, die die Position und/oder Orientierung der Linse relativ zum Linsenhalteelement in der (als stabil) ermittelten Lage eindeutig festlegt. Insbesondere sind damit direkt oder indirekt zumindest drei translatorische (Position) und drei rotatorische Koordinaten (Orientierung) der Linse (relativ zum Linsenhaltelement) eindeutig festgelegt. Soweit die Linse Symmetrien aufweist, welche zu Invarianzen der Form der Linse führen, kann es ausreichend sein, wenn die zu bestimmende Lage auch weniger Freiheitsgrade festlegt, um die Lage der optischen Linse bereits eindeutig (genug) zu beschreiben. So kann es bei einer vollständig rotationssym metrischen Linse beispielsweise ausreichen, wenn die zu bestimmende Lage nur drei translatorische und zwei rotatorische Koordinaten eindeutig festlegt. Die dritte, die Rotationssymmetrie beschreibende Koordinate kann unberücksichtigt bleiben.
Durch die auf diese Weise bestimmte Lage der optischen Linse relativ zum Linsenhalteelement ist auch die zweite Linsenoberfläche relativ zum Linsenhalteelement und somit auch relativ zur ersten Linsenoberfläche eindeutig bestimmbar. Dies ist je nach Prozess, in welchem die vorliegende Erfindung Anwendung findet, von entsprechendem Nutzen, wie dies nachfolgend an einigen Beispielen beschrieben wird.
So kann beispielsweise für einen Messprozess die konkrete Form und Lage der zweiten Linsenoberfläche (relativ zur ersten Linsenoberfläche) anfänglich noch unbekannt sein. Ziel des Messprozesses kann es sein, Form und Lage der zweiten Linsenoberfläche relativ zur ersten Linsenoberfläche zu bestimmen. Dabei sind Messprozesse, welche direkt nur eine Linsenoberfläche (z.B. optisch oder mechanisch) in einem Koordinatensystem einer entsprechenden Messvorrichtung messen, technisch oft zumindest viel einfacher, schneller und kostengünstiger, manchmal auch präziser, als Messprozesse, die beide Linsenoberflächen relativ zu einem Koordinatensystem der Messvorrichtung und/oder relativ zueinander messen (müssen). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es allerdings, die Position und Orientierung der ersten Linsenoberfläche relativ zum Linsenhalteelement sehr genau zu bestimmen. Da es in der Regel technisch sehr einfach ist, die Lage des Linsenhalteelements relativ zu einer Messvorrichtung sehr präzise zu bestimmen oder einzustellen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr einfache und präzise Bestimmung der Lage der ersten Linsenoberfläche relativ zur Messvorrichtung. Dies gilt in besonderer Weise, wenn das Linsenhalteelement ein Bestandteil der Messvorrichtung ist oder die Lage des Linsenhalteelements relativ zur Messvorrichtung bekannt, insbesondere kalibriert, ist. Durch die mittels erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Lage der ersten Linsenoberfläche zur Messvorrichtung und die Form der zweiten Linsenoberfläche sowie ihre Lage relativ zur ersten Linsenoberfläche können Messverfahren z.B. in einem Berechnungssystem simuliert werden und dadurch Sollwerte für die Messung bestimmt werden. Beispiel für diese Messverfahren sind Transmissionsmessungen wie z.B. der Scheitelbrechwertmesser und Automapper. Weiter kann es ausreichen, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mittels der Messvorrichtung eine Messung der zweiten Linsenoberfläche (im Koordinatensystem der Messvorrichtung) durchzuführen, um die relative Lage der zweiten Linsenoberfläche relativ zur ersten Linsenoberfläche zu bestimmen. Beispiel hierfür sind Reflexionsmessungen oder Flächenmessungen z.B. durch Abtasten der Linsenfläche.
In einer anderen beispielhaften Anwendung, in der eine gegebene zweite Linsenoberfläche bearbeitet (z.B. dünn beschichtet) werden soll, ohne ihre Form (und Lage) wesentlich zu ändern, kann neben der Form der zweiten Linsenoberfläche auch ihre Lage (Position und Orientierung) relativ zur ersten Linsenoberfläche bereits bekannt sein. So kann es beispielsweise das Ziel sein, eine komplex fertig geformte Linse auf der zweiten Linsenoberfläche zu beschichten, z.B. zum Anbringen einer Schutzschicht, einer Entspiegelungsschicht, einer Färbung, usw.. Um diese Bearbeitung (z.B. Beschichtung) möglichst präzise durchführen zu können, kann es vorteilhaft sein, die zu bearbeitende zweite Linsenoberfläche möglichst präzise relativ zur Bearbeitungsvorrichtung zu positionieren und zu orientieren. Dazu sollte die Lage der optischen Linse relativ zur Bearbeitungsvorrichtung (oder umgekehrt ein Bearbeitungskopf, z.B. Sprühkopf, der Bearbeitungsvorrichtung relativ zur optischen Linse) möglichst genau eingestellt werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, die Position und Orientierung der ersten Linsenoberfläche relativ zum Linsenhalteelement sehr genau zu bestimmen. Soweit in diesem Anwendungsbeispiel ohnehin aber die Lage der zweiten Linsenoberfläche relativ zur ersten Linsenoberfläche bereits bekannt (vorgegeben) ist, ist somit auch die Lage der zweiten Linsenoberfläche relativ zum Linsenhalteelement bestimmt oder bestimmbar. Da es in der Regel technisch sehr einfach ist, die Lage des Linsenhalteelements relativ zu einer Bearbeitungsvorrichtung sehr präzise zu bestimmen oder einzustellen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr einfache und präzise Einstellung der Lage der zweiten Linsenoberfläche relativ zur Bearbeitungsvorrichtung bzw. der Lage eines Bearbeitungskopfes der Bearbeitungsvorrichtung relativ zur zweiten Linsenoberfläche. Dies gilt in besonderer Weise, wenn das Linsenhalteelement ein Bestandteil der Bearbeitungsvorrichtung ist oder die Lage des Linsenhalteelements relativ zur Bearbeitungsvorrichtung bekannt, insbesondere kalibriert, ist.
In einer weiteren beispielhaften Anwendung, in der eine zu fertigende zweite Linsenoberfläche bearbeitet (z.B. geschliffen oder gefräst) werden soll, indem die Form einer festgelegten Zielvorgabe angepasst werden soll, kann neben der Form der zweiten Linsenoberfläche auch ihre Lage (Position und Orientierung) relativ zur ersten Linsenoberfläche als Zielvorgabe des Fertigungsprozesses bereits bekannt sein. So kann es beispielsweise das Ziel des Fertigungsprozesses sein, eine komplex geformte zweite Linsenoberfläche derart zu fertigen, dass sie am Ende eine exakte Lage relativ zur ersten Linsenoberfläche einnimmt. Um diese Bearbeitung der zweiten Linsenoberfläche (z.B. Fräsen oder Schleifen) möglichst präzise durchführen zu können, ist es wichtig, die Lage der optischen Linse (also der ersten Linsenoberfläche) relativ zur Fertigungsvorrichtung (insbesondere relativ zu einem Prozesskopf der Fertigungsvorrichtung, wie z.B. einem Fräs- oder Schleifkopf) möglichst genau einstellen zu können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, die Position und Orientierung der ersten Linsenoberfläche relativ zum Linsenhalteelement sehr genau zu bestimmen. Da es in der Regel technisch sehr einfach ist, die Lage des Linsenhalteelements relativ zu einer Fertigungsvorrichtung (z.B. Schleif- oder Fräsmaschine) oder die Lage eines Prozesskopfes (z.B. Fräs- oder Schleifkopf) der Fertigungsvorrichtung relativ zum Linsenhalteelement sehr präzise zu bestimmen oder einzustellen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr einfache und präzise Einstellung der Lage der ersten Linsenoberfläche relativ zur Fertigungsvorrichtung derart, dass die von der Fertigungsvorrichtung zu fertigende zweite Linsenoberfläche dann die gewünschte Lage relativ zur ersten Linsenoberfläche einnimmt. Dies gilt in besonderer Weise, wenn das Linsenhalteelement ein Bestandteil der Fertigungsvorrichtung ist oder die Lage des Linsenhalteelements relativ zur Fertigungsvorrichtung bekannt, insbesondere kalibriert, ist. Soweit für einen solchen Fertigungsprozess neben Form und Lage der zu fertigen zweiten Linsenoberfläche auch die anfängliche Form und Lage der zweiten Linsenoberfläche (also vor ihrer Umformung) bekannt ist und zur Steuerung des Fertigungsprozesses (z.B. zur Festlegung von Aufsetzpunkten eines Prozesskopfes zu Beginn des Fräs- oder Schleifvorgangs) genutzt werden soll, sind hierfür die Ausführung zum oben beschriebenen Bearbeitungsprozess (z.B. Beschichten) analog anwendbar.
Die vorliegende Erfindung schafft damit die Möglichkeit, die Position und Orientierung der optischen Linse (also ihrer Linsenoberflächen) relativ zum Linsenhalteelement sehr zuverlässig und präzise zu bestimmen. Damit kann die optische Linse auch sehr genau relativ zu einem entsprechenden Bearbeitungswerkzeug positioniert werden.
Die Erfindung ermöglich somit, beispielsweise durch ein Iterationsverfahren, eine optimale Koordinatentransformation zu bestimmen. Im Vergleich zum Stand der Technik müssen dabei nicht mehrere Konfigurationen verglichen werden. Vielmehr ist das erfindungsgemäße Verfahren dynamisch adaptiv und ergibt damit insbesondere für komplexe Linsenoberflächen eine viel genauere, aber auch schnellere Bestimmung der optimalen Koordinatentransformation.
Beispiele für Linsenhalteelemente sind ein Blockring oder die Planauflage. Als bevorzugte optische Linsen ist das Verfahren insbesondere für Brillengläser anwendbar. Als Haltekraft können insbesondere die eigene Schwerkraft der optischen Linse oder ein Klemmarm dienen, der die optische Linse gegen den Anlagebereich des Linsenhalteelements drückt.
Insbesondere erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren in einem iterativen Prozess, so dass eine Koordinatentransformation zur Bestimmung der Lage (Position und Orientierung) der optischen Linse durch eine Iteration gefunden wird. Dabei liegt eine Idee der Erfindung darin, dass das Brillenglas durch alle ausgeübten Kräfte in eine Lage gezwungen wird, in der alle Kräfte und Drehmomente durch die Auflage der ersten Linsenoberfläche (z.B. Vorder- oder Rückfläche eines Brillenglases) auf den Anlagebereich des Linsenhalteelements kompensiert werden. Befindet sich die optische Linse noch nicht in dieser stabilen Lage wird sich die optische Linse durch die Kräfte und Drehmomente in Richtung dieser stabilen Lage bewegen. Eine Modellierung dieser physikalischen Dynamik stellt sicher, dass die optimale bzw. stabile Lage der optischen Linse und damit die optimale Koordinatentransformation gefunden werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren außerdem, falls ein Projektionspunkt, welcher sich durch eine Projektion des Kraftangriffspunktes entlang der Kraftrichtung auf eine temporäre Kontaktebene durch den ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt ergibt, nicht innerhalb eines vom ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt gebildeten Dreiecks liegt, ein virtuelles Rotieren der optischen Linse um eine weitere Drehachse, welche zumindest durch denjenigen Kontaktpunkt aus dem ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt verläuft, welcher dem Projektionspunkt am nächsten liegt, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die weitere Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche der optischen Linse und der Anlagebereich des Linsenhalteelements einen weiteren Kontaktpunkt bilden. Besonders bevorzugt wird dieser Schritt iterativ durchgeführt, wobei der Kontaktpunkt oder die Kontaktpunkte (aus dem ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt), welche(r) nicht in der weiteren Drehachse enthalten ist in den weiteren Iterationsschritten verworfen wird. Vielmehr wird vorzugsweise in iterativer Weise eine neue Konstellation von drei Kontaktpunkten gesucht, bis der Projektionspunkt innerhalb der von den drei Kontaktpunkten gebildeten konvexen Fläche (Dreieck) liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die weitere Drehachse durch einen weiteren Kontaktpunkt aus dem ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt derart, dass der außerhalb der weiteren Drehachse liegende Kontaktpunkt aus dem ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt und der Projektionspunkt durch die weitere Drehachse innerhalb der temporären Kontaktebene voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten teilt die weitere Drehachse die temporäre Kontaktebene in zwei Halbebenen, wobei der Projektionspunkt und der außerhalb der weiteren Drehachse liegende Kontaktpunkt aus dem ersten, zweiten und dritten Kontaktpunkt in unterschiedlichen Halbebenen liegen. In diesem Fall wird insbesondere dieser nicht von der weiteren Drehachse durchlaufene Kontaktpunkt verworfen.
Alternativ oder zusätzlich verläuft die weitere Drehachse in einer anderen bevorzugten Ausführungsform oder in einem anderen Iterationsschritt sowohl senkrecht zur Kraftwirkungsachse als auch senkrecht zum Lot vom Kontaktpunkt, durch welchen die Drehachse verläuft, auf die Kraftwirkungsachse. Insbesondere in diesem Fall werden beide nicht von der weiteren Drehachse durchlaufenen Kontaktpunkte verworfen und das (iterative) Verfahren sucht vorzugsweise zwei weitere Kontaktpunkte.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftangriffspunkt der Schwerpunkt der optischen Linse und die Kraftrichtung die Vertikale, also die Richtung des Schwerefeldes (d.h. die Richtung der Schwerkraft).
Das Bereitstellen des ersten Kontaktpunktes erfolgt vorzugsweise abhängig von und angepasst an die konkrete Anwendung, im Rahmen welcher die vorliegende Erfindung genutzt wird. So kann beispielsweise für ein Messverfahren der erste Kontaktpunkt derart bestimmt werden, dass die Linse bezüglich eines Messsensors ausgerichtet werden soll. Als Messsensor kommt ein Scheitelbrechwertmesser oder ein Shack- Hartmann-Sensor infrage. Der Ort des Messsensors legt dabei vorzugsweise zwei (horizontale) Koordinaten der Position eines Referenzpunktes (z.B. Linsenmitte) relativ zum Linsenhalteelement und damit relativ zur Messvorrichtung (z.B. relativ zu einer Sensormitte) fest. So könnte das Bereitstellen des ersten Kontaktpunktes mit der Zielsetzung erfolgen, dass die Linsenmitte und die Sensormitte (insbesondere in der zu bestimmenden stabilen Lage) auf einer Gerade liegen, die insbesondere senkrecht zu einer vom Linsenhalteelement festgelegten Auflageebene steht. Winkelkoordinaten einer Rotation um diese Gerade können dann durch die Ausrichtung eines internen Koordinatensystems des Messsensors z.B. Referenz einer Zylinderasche und/oder einer Prismenbasis der optischen Linse festgelegt werden.
Für einen Blockprozess, wie er beispielsweise für ein Fräsen, Schleifen und/oder Polieren einer Linse eingesetzt werden kann, könnte der erste Auflagepunkt derart bereitgestellt werden, dass die optische Linse bezüglich eines vom Linsenhalteelement gebildeten Blockrings ausgerichtet wird, wobei eine Blockringmitte beispielsweise zwei (horizontale) Koordinaten eines Referenzpunktes (z.B. Linsenmitte) relativ zum Blockring (insbesondere relativ zur Blockringmitte) festlegt. So könnte das Bereitstellen des ersten Kontaktpunktes mit der Zielsetzung erfolgen, dass die Linsenmitte und die Blockringmitte auf einer Gerade liegen, die insbesondere senkrecht zu einer vom Blockring festgelegten Auflageebene steht. Winkelkoordinaten einer Rotation um diese Gerade können dann durch die Ausrichtung aufgrund einer Referenzvorgabe durch eine Zylinderasche und/oder eine Prismenbasis der optischen Linse festgelegt werden.
Für die Ermittlung einer Bauhöhe einer optischen Linse ist die konkrete Wahl des ersten Kontaktpunktes vorzugsweise an weniger Randbedingungen geknüpft, da hier vorzugsweise nur der relative Abstand des höchsten Punkt der zweiten Linsenoberfläche von einer vom Linsenhalteelement gebildeten Planauflage bestimmt wird und diese Größe unabhängig von der Wahl des Koordinatensystems und damit unabhängig von den zwei horizontalen (also zur Planauflage parallelen) Translationen und der Rotation um die Vertikale (also die Senkrechte zur Planauflage) ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bereitstellen eines ersten Kontaktpunktes der ersten Linsenoberfläche mit dem Anlagebereich des Linsenhalteelements ein Bereitstellen einer Zielvorgabe für die Lage der optischen Linse relativ zum Linsenhalteelement und ein Vorgeben eines Startwertes für den ersten Kontaktpunkt. Die Zielvorgabe wird vorzugsweise abhängig von und angepasst and die Anwendung bereitgestellt, im Rahmen derer das erfindungsgemäße Verfahren genutzt wird, wie dies beispielhaft bereits beschrieben wurde. Für eine Wahl des Startwerts des ersten Kontaktpunkts wird vorzugsweise das Linsenhalteelement im Koordinatensystem der optischen Linse durch eine Menge von möglichen Kontaktpunkten beschrieben, z.B. eine Randkurve der optischen Linse bei einer Positionierung einer konkaven ersten Linsenoberfläche auf einer Planauflage des Linsenhalteelement oder die Projektion des Blockrings auf die erste Linsenoberfläche. Aus dieser Menge von möglichen Kontaktpunkten kann der Startwert für den ersten Kontaktpunkt ausgewählt werden. Auch diese Auswahl wird vorzugsweise abhängig von und angepasst an die Anwendung vorgenommen, im Rahmen derer das erfindungsgemäße Verfahren genutzt wird. So kann beispielsweise bei einer Auflage einer Vorderfläche eines Brillenglases auf einer Planauflage als erster Kontaktpunkt ein Punkt mit der kleinster Pfeilhöhe und bei einer Auflage einer Rückfläche eines Brillenglases auf einer Planauflage als erster Kontaktpunkt ein Punkt mit der größten Pfeilhöhe ausgewählt werden.
Außerdem umfasst das Verfahren in dieser bevorzugten Ausführungsform nach dem virtuellen Rotieren der optischen Linse um die zweite Drehachse ein Überprüfen der resultierenden Lage der optischen Linse auf Einhaltung der Zielvorgabe; und ein Ermitteln eines Korrekturwertes für den ersten Kontaktpunkt, falls die Zielvorgabe nicht bis zu einer geforderten Genauigkeit (also innerhalb erlaubter Toleranzabweichungen) eingehalten ist. Sollte die Zielvorgabe eingehalten sein (bzw. eine Abweichung innerhalb einer erlaubten Toleranz liegen), kann das Verfahren vorzugsweise die sich nach den virtuellen Rotationen um die erste und die zweite Drehachse ergebenden Lage der optischen Linse als die zu bestimmende Lage ausgeben, ohne dass ein Korrekturwert für den ersten Kontaktpunkt ermittelt wird oder werden muss.
Zumindest aber soweit eine Korrektur für den ersten Kontaktpunkt vorgenommen wird, nachdem die Zielvorgabe als nicht eingehalten erkannt wurde, werden das virtuelle Rotieren um eine erste Drehachse, das virtuelle Rotieren um eine zweite Drehachse, das Überprüfen auf Einhaltung der Zielvorgabe und gegebenenfalls das Ermitteln eines Korrekturwertes für den ersten Kontaktpunkt iterativ durchgeführt, bis eine Einhaltung der Zielvorgabe ermittelt wird. Vorzugsweise kann das Ermitteln des Korrekturwertes für den ersten Kontaktpunkt mittels eines Newton-Verfahrens durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird als Zielvorgabe zumindest eine Koordinate einer Zielposition zumindest eines Referenzpunktes der optischen Linse (z.B. eine Linsenmittelpunkt) relativ zum Linsenhalteelement (und damit insbesondere relativ zu einer Mess- bzw. Bearbeitungsvorrichtung) bereitgestellt. Besonders bevorzugt werden dabei als Zielvorgabe vorzugsweise zwei Koordinaten der Zielposition des zumindest einen Referenzpunktes der optischen Linse relativ zum Linsenhalteelement bereitgestellt. Dies ist insbesondere in Anwendungen vorteilhaft, in denen beispielsweise eine Linsenmitte relativ zu einer Sensormitte einer Messvorrichtung oder einer Werkzeugmitte einer Bearbeitungsvorrichtung ausgerichtet werden soll.
Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise als Zielvorgabe zumindest eine Koordinate einer Zielorientierung der optischen Linse relativ zum Linsenhalteelement (und damit insbesondere relativ zu einer Mess- bzw. Bearbeitungsvorrichtung) bereitgestellt. Dies ist insbesondere in Anwendungen vorteilhaft, in denen beispielsweise eine Referenzachse einer Zylinderwirkung und/oder einer Prismenbasis relativ zu einer Messvorrichtung oder einer Bearbeitungsvorrichtung ausgerichtet werden soll.
In einem weiteren Aspekt bietet die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest einer Linsenoberfläche einer optischen Linse, umfassend:
Bereitstellen einer optischen Linse mit einer ersten Linsenoberfläche mit bekannten Oberflächendaten und einer zu bearbeitenden zweiten Linsenoberfläche;
Blocken der Linse mit der ersten Linsenoberfläche an einem Linsenhalteelement, wobei die Lage (Position und Orientierung) der optischen Linse in Bezug auf das Linsenhalteelement mit einem hier beschriebenen Verfahren insbesondere gemäß einer der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen bestimmt wird; und
Bearbeiten der zweiten Linsenoberfläche, während die optische Linse durch das Linsenhalteelement in der bestimmten Lage relativ zum Linsenhalteelement gehalten wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer von einem Linsenhalteelemente gehaltenen optischen Linse;
Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen von virtuellen Konstellationen zwischen einer optischen Linse und einem Linsenhalteelement während eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Positionierung eines Brillenglases 10 als Beispiel einer bevorzugten optischen Linse, welches eine erste Linsenoberfläche 12 und eine zweite Linsenoberfläche 14 aufweist. Zumindest für die erste Linsenoberfläche sind Oberflächendaten bekannt, welche dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung gestellt werden. Die Oberflächendaten werden beispielsweise als Pfeilhöhen in einem Koordinatensystem (x‘-y‘-z‘) des Brillenglases in einer Datenbank zur Verfügung gestellt. Insbesondere können sie dabei beispielsweise aus Standardlinsendaten (z.B. Basiskurven) oder aus einer individuellen Flächenoptimierung eines Brillenglases stammen. In Fig. 1 ist das Koordinatensystem (x‘-y‘-z‘) des Brillenglases dargestellt (y‘-Achse läuft in die Zeichenebene hinein). Die genaue Form der zweiten Linsenoberfläche 14 muss für das Verfahren zum Bestimmen der Lage (Position und Orientierung) des Brillenglases nicht bekannt sein. Ziel ist es, die genaue Lage (Position und Orientierung), also insbesondere (bis zu) drei translatorische und (bis zu) drei rotatorische Parameter, des Brillenglases 10 relativ zu einem Linsenhalteelement 16, welches das Brillenglas hält, zu bestimmen. So weist das Linsenhalteelement 16 einen Anlagebereich 18 auf, an welchen das Brillenglas 10 mit der ersten Linsenoberfläche 12 angeordnet wird und gegen welchen das Brillenglas gedrückt wird. Es kommt damit zu einem direkten Kontakt zwischen der ersten Linsenoberfläche 12 und dem Anlagebereich 18. Diese Lage ist dabei naturgemäß dann stabil, wenn sich beispielsweise zumindest drei Kontaktpunkte zwischen der Linsenoberfläche 12 und dem Anlagebereich 18 ergeben, welche ein Dreieck bilden, durch dessen Fläche eine Achse der Kraft, mit der das Brillenglas 10 gegen das Linsenhalteelement gedrückt wird, hindurchtritt.
In Fig. 1 ist außerdem ein Koordinatensystem (x-y-z) dargestellt (y-Achse läuft in die Zeichenebene hinein), welches im System des Linsenhalteelements fest definiert ist. Die genauen Koordinaten der ersten Linsenoberfläche 12 in diesem Koordinatensystem in der stabilen Lage hängen insbesondere von der Oberflächenform der ersten Linsenoberfläche 12 und der Form des Anlagebereichs 18 ab. Ziel ist es, diese genaue Lage der ersten Linsenoberfläche 12 und damit des gesamten Brillenglases 10 relativ zum Linsenhalteelement (also insbesondere im Koordinatensystem des Linsenhalteelements) zu bestimmen. Dazu können die Oberflächendaten des Brillenglases, welche anfänglich im Koordinatensystem des Brillenglases (x‘-y‘-z‘) zur Verfügung gestellt werden, in das Koordinatensystem des Linsenhaltesystems (x-y-z) transformiert werden. Insbesondere in diesen Koordinaten können anschließend die einzelnen (virtuellen) Rotationen und Translationen des Brillenglases (also der transformierten Oberflächendaten) durchgeführt werden.
Fig. 2 zeigt schematisch einige virtuelle, temporäre Lagen während eines Bestimmens der (zu bestimmenden, stabilen) Lage des Brillenglases. Dazu werden Oberflächendaten der bekannten ersten Linsenoberfläche 12, insbesondere in einem Koordinatensystem des Brillenglases 10 bereitgestellt. Außerdem werden Oberflächendaten des Anlagebereichs 18 des Linsenhalteelements 16 bereitgestellt. Das Verfahren soll nun einen stabilen Kontakt zwischen dem Brillenglas 10 und dem Linsenhalteelement 16 bei Wirkung einer Kraft auf das Brillenglas bestimmen, welche das Brillenglas 10 mit der ersten Linsenoberfläche 12 gegen den Anlagebereich 18 des Linsenhalteelements 16 drückt. Dazu werden außerdem Kraftwirkungsdaten der Haltekraft bereitgestellt, welche zumindest einen Kraftangriffspunkt 20 und eine Kraftrichtung 22 der Haltekraft festlegen. In der schematisch dargestellten Ausführungsform soll eine Konstellation beschrieben werden, in der das Brillenglas unter Wirkung der eigenen Schwerkraft auf einer horizontalen Auflagefläche (Anlagebereich 18 des Linsenhalteelements 16) abgelegt wird. Als Kraftangriffspunkt 20 kann somit der Schwerpunkt des Brillenglases 10 bereitgestellt werden. In der dargestellten Ausführungsform von Fig. 1 und 2 ragt das Brillenglas seitlich über den Anlagebereich 18 hinaus. Alternativ könnte auch der Anlagebereich 18 seitlich über das Brillenglas hinausragen.
Außerdem wird eine anfängliche Lage des Brillenglases 10 relativ zum Linsenhalteelement 16 ermittelt, bei welcher sich ein erster Kontaktpunkt 30-1 zwischen der ersten Linsenoberfläche 12 und dem Anlagebereich 18 ergibt. Dieser erste Kontaktpunkt 30-1 wird insbesondere im Koordinatensystem (x-y-z) des Linsenhalteelements 16 bereitgestellt.
Besonders bevorzugt kann das Verfahren in diesem Koordinatensystem durchgeführt werden. Dabei wird das Koordinatensystem vorzugsweise als ein rechtshändiges Koordinatensystem definiert, bei dem die z-Achse in die entgegengesetzte Richtung der Kraftwirkung auf die optische Linse (z.B. Brillenglas 10) gerichtet ist. Die x-Achse steht senkrecht zur z-Achse und ist ansonsten frei wählbar. Insbesondere kann sie beispielsweise relativ zu (z.B. senkrecht zu) einer (anfänglichen) Achse des Koordinatensystems gewählt werden, das zur Beschreibung der Brillenglasgeometrie benutzt wird (z.B. eine y‘-Achse, welche eine Vertikalachse des Brillenglases in einer Gebrauchsstellung repräsentieren kann). Es wird initial eine Position gewählt, in der das Brillenglas mit der ersten Linsenoberfläche 12, die vom Linsenhalteelement 16 gehalten werden soll, den Anlagebereich 18 berührt und damit eine initiale Koordinatentransformation aus dem Koordinatensystem, das zur Beschreibung der Brillenglasgeometrie benutzt wird, und dem Koordinatensystem, das zur Beschreibung der Auflage des Brillenglases benutzt wird, definiert. Eine entsprechende anfängliche virtuelle Lage mit dem ersten Kontaktpunkt 30-1 ist insbesondere in Fig. 2A schematisch dargestellt.
Danach werden, insbesondere rekursiv, vorzugsweise folgende Schritte ausgeführt: Der erste Kontaktpunkt 30-1 wird als Drehpunkt identifiziert. Wenn das bzgl. dieses Drehpunkts resultierende Drehmoment 0 ist, ist das rekursive Verfahren beendet. Wenn das Drehmoment nicht 0 ist, erzeugt es eine Rotationsrichtung, in der das Brillenglas rotiert wird, wobei der Drehpunkt festgehalten wird. Die Rotation wird fortgesetzt bis mindestens ein zweiter Kontaktpunkt 30-2 der Linsenoberfläche 12 des Brillenglases 10 mit dem Anlagebereich 18 des Linsenhalteelements 16 entsteht. Diese virtuelle Konstellation ist in Fig. 2B schematisch dargestellt. Die Rotation wird in der Koordinatentransformation berücksichtigt. Es wird mit den zwei gefundenen Berührpunkten rekursiv weitergearbeitet.
Wenn zwei Berührpunkte vorhanden sind, wird durch diese Punkte eine Drehachse beschrieben. Wenn das resultierende Drehmoment um diese Drehachse 0 ist, ist das rekursive Verfahren beendet. Wenn das Drehmoment nicht 0 ist, bestimmt es eine Rotation. Diese Rotation wird bei fester Drehachse so lange ausgeführt bis mindestens ein dritter Berührpunkt auf der Fläche des Brillenglases gefunden ist. Die Rotation wird in der Koordinatentransformation berücksichtigt. Es wird das rekursive Verfahren mit diesen drei Berührpunkten weitergeführt.
Wenn drei oder mehr Berührpunkte gefunden sind, wird geprüft, ob die resultierende Kraft innerhalb der konvexen Form, die aus den drei oder mehr Berührpunkten erzeugt wird, wirkt. Damit ist die stabile optimale Lage des Brillenglases gefunden, da das resultierende Drehmoment bzgl. jeder Achse durch zwei Berührpunkte durch die Auflage an einem weiteren Berührpunkt kompensiert werden kann. Wenn diese stabile Lage nicht gefunden wurde, bestimmt man die zur resultierenden Kraft nächstliegende Verbindungsgerade der mindestens drei Berührpunkte, d.h. das Drehmoment um eine Achse durch zwei Berührpunkte das nicht durch die Auflage eines weiteren Berührpunkts kompensiert werden kann, und führt das Verfahren rekursiv aus, wobei die nicht auf der Verbindungslinie liegenden Berührpunkte entfernt wurden.
Nach Beendigung ist durch die rekursive Anwendung der Rotationen in der Koordinatentransformation eine Koordinatentransformation gefunden, die den Übergang aus dem Koordinatensystem, das zur Beschreibung der Glasgeometrie benutzt wird, in das Koordinatensystem, das zur Beschreibung der Auflage benutzt wird, beschreibt. Als Beispiel wird im Folgenden ein Algorithmus für die Bestimmung der Planauflage für ein Brillenglas, d.h. die Rückfläche liegt auf einer waagrechten Ebene auf, betrachtet. Die resultierende Kraft ist durch die Gewichtskraft, die im Schwerpunkt des Brillenglases wirkt, gegeben. Die Auflageebene steht vorzugsweise senkrecht zu dieser Kraft und bildet dabei den Anlagebereich des Linsenhalteelements. In einem ersten Schritt wird die Auflageebene bezüglich des Brillenglases so definiert, dass sie zusätzlich ein Punkt der Rückfläche (erste Fläche) des Brillenglases berührt. Danach wird die oben beschriebene Rekursion durchgeführt, wobei das resultierende Drehmoment durch die Gewichtskraft im Schwerpunkt bezüglich des beschriebenen Drehpunkts bzw. der Drehachse bestimmt werden kann. Die Rekursion ist beendet, wenn z.B. mindestens drei Berührpunkte des Brillenglases mit der Auflageebene existieren und diese eine konvexe Hülle beschreiben, innerhalb der die Projektion des Schwerpunkts senkrecht auf die Auflageebene enthalten ist. Bei einer torischen Rückfläche ist es z.B. möglich, dass die Berührpunkte und die Projektion des Schwerpunkts auf einer Geraden in der Auflageebene liegen und somit das Brillenglas auf nur zwei Berührpunkten zu liegen kommt. Dies ist ein Beispiel für die Abbruchbedingung der Rekursion mit zwei Berührpunkten und einem resultierenden Drehmoment von 0. Eine Ruhelage des Brillenglases auf nur einem Berührpunkt ist z.B. gegeben, wenn die Planauflage eines rotationssymmetrischen, bikonvexen Brillenglases bestimmt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Lage einer optischen Linse (10) in Bezug auf ein Linsenhalteelement (16), während die optische Linse (10) durch eine Haltekraft mit einer ersten Linsenoberfläche (12) an einen Anlagebereich (18) des Linsenhalteelements (16) gedrückt wird, umfassend:
Bereitstellen von Oberflächendaten der ersten Linsenoberfläche (12) der optischen Linse (10);
Bereitstellen von Oberflächendaten des Anlagebereichs (18) des Linsenhalteelements (16);
Bereitstellen von Kraftwirkungsdaten der Haltekraft, welche zumindest einen Kraftangriffspunkt (20) und eine Kraftrichtung (22) der Haltekraft festlegen;
Bereitstellen eines ersten Kontaktpunktes (30-1 ) der ersten Linsenoberfläche (12) mit dem Anlagebereich (18) des Linsenhalteelements (16); virtuelles Rotieren der optischen Linse (10) um eine erste Drehachse, welche durch den ersten Kontaktpunkt (30-1 ) und sowohl senkrecht zu einer Kraftwirkungsachse, welche durch den Kraftangriffspunkt (20) und parallel zur Kraftrichtung (22) verläuft, als auch senkrecht zum Lot vom ersten Kontaktpunkt (30-1 ) auf die Kraftwirkungsachse verläuft, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die erste Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche (12) der optischen Linse (10) und der Anlagebereich (18) des Linsenhalteelements (16) einen zweiten Kontaktpunkt (30- 2) bilden; virtuelles Rotieren der optischen Linse (10) um eine zweite Drehachse, welche durch den ersten (30-1 ) und den zweiten Kontaktpunkt (30-2) verläuft, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die zweite Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche (12) der optischen Linse (10) und der Anlagebereich (18) des Linsenhalteelements (16) einen dritten Kontaktpunkt bilden; und
Ausgeben der sich nach den virtuellen Rotationen um die erste und die zweite Drehachse ergebenden Lage der optischen Linse (10) als die zu bestimmende Lage.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , außerdem umfassend, falls ein Projektionspunkt, welcher sich durch eine Projektion des Kraftangriffspunktes (20) entlang der Kraftrichtung (22) auf eine temporäre Kontaktebene durch den ersten (30-1 ), zweiten (30-2) und dritten Kontaktpunkt ergibt, nicht innerhalb eines vom ersten (30- 1 ), zweiten (30-2) und dritten Kontaktpunkt gebildeten Dreiecks liegt: virtuelles Rotieren der optischen Linse (10) um eine weitere Drehachse, welche zumindest durch denjenigen Kontaktpunkt aus dem ersten (30-1 ), zweiten (30-2) und dritten Kontaktpunkt verläuft, welcher dem Projektionspunkt am nächsten liegt, in Richtung eines Drehmoments, welches durch die Kraftwirkungsdaten für eine Rotation um die weitere Drehachse festgelegt ist, bis die erste Linsenoberfläche (12) der optischen Linse (10) und der Anlagebereich (18) des Linsenhalteelements (16) einen weiteren Kontaktpunkt bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die weitere Drehachse durch einen weiteren Kontaktpunkt aus dem ersten (30-1 ), zweiten (30-2) und dritten Kontaktpunkt derart verläuft, dass der außerhalb der weiteren Drehachse liegende Kontaktpunkt aus dem ersten (30-1 ), zweiten (30-2) und dritten Kontaktpunkt und der Projektionspunkt durch die weitere Drehachse innerhalb der temporären Kontaktebene voneinander getrennt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die weitere Drehachse sowohl senkrecht zur Kraftwirkungsachse als auch senkrecht zum Lot vom Kontaktpunkt, durch welchen die Drehachse verläuft, auf die Kraftwirkungsachse verläuft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kraftangriffspunkt (20) der Schwerpunkt der optischen Linse (10) und die Kraftrichtung (22) die Vertikale ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bereitstellen eines ersten Kontaktpunktes (30-1 ) der ersten Linsenoberfläche (12) mit dem Anlagebereich (18) des Linsenhalteelements (16) umfasst:
Bereitstellen einer Zielvorgabe für die Lage der optischen Linse (10) relativ zum Linsenhalteelement (16); und
Vorgeben eines Startwertes für den ersten Kontaktpunkt (30-1 ), wobei das Verfahren nach dem virtuellen Rotieren der optischen Linse (10) um die zweite Drehachse außerdem umfasst:
Überprüfen der resultierenden Lage der optischen Linse (10) auf Einhaltung der Zielvorgabe; und
Ermitteln eines Korrekturwertes für den ersten Kontaktpunkt (30-1 ), falls die Zielvorgabe nicht eingehalten ist, und wobei im Verfahren das virtuelle Rotieren um eine erste Drehachse, das virtuelle Rotieren um eine zweite Drehachse, das Überprüfen auf Einhaltung der Zielvorgabe und gegebenenfalls das Ermitteln eines Korrekturwertes für den ersten Kontaktpunkt (30-1 ) iterativ durchgeführt werden, bis eine Einhaltung der Zielvorgabe ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln eines Korrekturwertes für den ersten Kontaktpunkt (30-1 ) mittels eines Newton-Verfahrens durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei als Zielvorgabe zumindest eine Koordinate einer Zielposition zumindest eines Referenzpunktes der optischen Linse (10) relativ zum Linsenhalteelement (16) bereitgestellt wird, wobei als Zielvorgabe vorzugsweise zwei Koordinaten der Zielposition des zumindest einen Referenzpunktes der optischen Linse (10) relativ zum Linsenhalteelement (16) bereitgestellt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei als Zielvorgabe zumindest eine Koordinate einer Zielorientierung der optischen Linse (10) relativ zum Linsenhalteelement (16) bereitgestellt wird.
10. Verfahren zum Bearbeiten zumindest einer Linsenoberfläche einer optischen Linse (10), umfassend:
Bereitstellen einer optischen Linse (10) mit einer ersten Linsenoberfläche (12) mit bekannten Oberflächendaten und einer zu bearbeitenden zweiten Linsenoberfläche (14);
Blocken der Linse (10) mit der ersten Linsenoberfläche (12) an einem Linsenhalteelement (16), wobei die Lage der optischen Linse (10) in Bezug auf das Linsenhalteelement (16) mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bestimmt wird;
Bearbeiten der zweiten Linsenoberfläche (14), während die optische Linse (10) durch das Linsenhalteelement (16) in der bestimmten Lage relativ zum
Linsenhalteelement (16) gehalten wird.
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