WO2000003839A1 - Vorrichtung zum berührungslosen abtasten der brillenglasöffnung einer brillenfassung oder des umfangs eines brillenglases oder einer formscheibe - Google Patents

Vorrichtung zum berührungslosen abtasten der brillenglasöffnung einer brillenfassung oder des umfangs eines brillenglases oder einer formscheibe Download PDF

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WO2000003839A1
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lens
spectacle
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circumference
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& Co. Gmbh Wernicke
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Gottschald, Lutz
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    • B24B9/144—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass of optical work, e.g. lenses, prisms the spectacles being used as a template

Definitions

  • the invention relates to a device for contactless scanning of the groove in the opening of a spectacle opening and / or the circumference of a spectacle lens or a shaped pane and for storing the values obtained or for directly controlling the processing of a raw lens with the aid of these values
  • German utility model G 93 17 381 4 Such a device is described in German utility model G 93 17 381 4 by the same applicant.
  • This known device consists of a holder carrying the spectacle frame, a signal transmitter for coherent shafts directed towards the groove base, which is arranged on the holder and rotatable relative to the spectacle lens opening about a vertical axis.
  • a transducer for the relative angular position of the lens opening with reference to the signal transmitter a transducer for the distance between the lens opening and the signal transmitter, a transducer for the height of the signals with respect to the groove base and one from the transducer for the height the signal-controlled tracking device for the signal generator for tracking the signal generator along the space curve of the groove base
  • the distances r can be determined quickly and precisely and related to the respective angular position ⁇ of the lens opening with reference to the signal transmitter.
  • the distances r and the angles ⁇ are stored in a known manner, in order to use it for the control of a grinding machine for the edges of spectacle lenses.
  • the control of the grinding machine and the grinding of the spectacle lens can also take place simultaneously with the measurement of the spectacle lens opening.
  • the tracking device for the signal transmitter for tracking the signal transmitter along the space curve of the groove base ensured that only the distance to the groove base is measured.
  • the tracking gives a signal for the height of the space curve of the groove base, ie for the Z values of the space curve related to the angle of rotation ⁇ .
  • These Z coordinates can be controlled when grinding e
  • This known device has been shown to be suitable in principle for determining the data of the spatial curve of a facet groove in the spectacle lens opening of a spectacle frame with sufficient accuracy, but the outlay on equipment is relatively high and requires the device to be controlled and the data determined to be evaluated a relatively high computing capacity
  • the invention is based on the problem of creating an improved device of the type mentioned at the outset, with which an accurate and quick, contactless scanning of the groove in the opening of a spectacle frame and / or the circumference of a spectacle lens or a molded lens is possible without a considerable apparatus To require effort and a high computing capacity
  • a device of the type mentioned at the outset which, according to the invention, has a holder which carries the spectacle frame, the spectacle lens or the shaped lens, a light source which is arranged on a support and which can be rotated about its axis relative to the spectacle lens opening, the spectacle lens or the shaped lens
  • a plane-parallel bundle of light, which is approximately perpendicular to the plane of the spectacle frame, spectacle lens or shaped lens, or a network grid is aimed at the inner contour of the spectacle lens opening or at the outer contour of the spectacle lens or shaped lens
  • an optic arranged at a distance from the light source on the carrier with an optical system Sensor matrix for recording the image of the light beam or the grid in the groove of the eyeglass frame or on the circumference of the eyeglass lens or the shaped lens, a sensor for the relative angular position of the eyeglass frame opening with reference to the axis of the optics o of the light source, a focusing device coupled to the optics for the captured image of the bundle of
  • Automatic sharpening or focusing devices in connection with a sensor matrix are known. They are based on the principle that a characteristic A section, an edge or a point of an image projected onto the sensor matrix by the imaging optics is then captured by a minimum of pixels of the sensor matrix when the image is in focus, that is to say is precisely focused. A blurred image causes edges to widen or dots to increase, so that a larger number of pixels is activated
  • a focusing or focusing device coupled to the optics can be adjusted until a sharp image appears on the sensor matrix
  • the inner contour of the spectacle lens opening or the outer contour of a spectacle lens or a shaped pane is recorded by gradually rotating the carrier with the light source and the optics or by rotating the spectacle lens opening or the spectacle lens or the shaped pane, the distance from the optics to the inner contour of the spectacle frame or the outer contour changes of the lens or the shaped lens, and it is necessary to refocus the image every time. Since the position of the optics on the support with respect to the axis of rotation is known, the radius r from the axis of rotation to the inner contour of the lens opening can be used for each angular step ⁇ or determine the outer contour of the spectacle lens or the shaped lens directly from the adjustment of the optics using the sharpening device or focusing device
  • the image of the V-shaped facet groove can be used as the characteristic cut-out, the legs of which converge in a clearly recognizable tip
  • the change in the relative altitude of the individual images recorded on the sensor matrix can be converted directly into corresponding data for the space curve by means of an image analysis device.
  • this requires optics with a relatively large recording angle
  • a tracking device controlled by the sensor matrix for tracking the light source and the optics along the spatial curve of the groove or the circumference of the spectacle lens or the shaped disk in the direction of the axis (Z-axis)
  • the optics need only be provided for a relatively small recording angle his, since the image is always guided to the center of the sensor matrix by means of the tracking device, this can preferably be achieved in that the sensor matrix has a sensor row which, via the device for detecting the height of the image of the groove or the circumference of the spectacle lens or the shaped disk, the movement of the Tracking device stops when a first characteristic area of the image arrives on this sensor line.
  • This first characteristic area can be, for example, the tip of the V-shaped facet groove
  • the contactless scanning of the outer contour of a ground lens can determine the spatial course of the front and rear edges and the roof facet to be ground so that the lenses can be inserted into the eyeglass frame in an aesthetically pleasing manner, which is particularly important for strong minus glasses.
  • the facet is to have the same distance everywhere in relation to the front edge of the spectacle lens, so that the front of the spectacle lens has a constant distance from the front of the spectacle frame
  • FIG. 1 shows a spectacle frame half showing the radii and angles to be measured
  • FIG. 2 shows a plan view of a finished, polished spectacle lens to be inserted into the spectacle lens opening
  • FIG. 3 shows a side view of the spectacle lens according to FIG. 2,
  • Fig. 4 is a schematic, side sectional view of the inventive
  • An eyeglass frame half 1 has an eyeglass lens opening 2 which is designed with a circumferential facet groove 3 with a pointed groove base 4 for receiving an eyeglass lens 5 with a ground roof facet 6
  • a carrier 14 rotatable about an axis 26 is arranged approximately in the center of the spectacle lens opening 2.
  • a light source 15 which emits a plane-parallel bundle of light 9 perpendicular to the plane of the spectacle lens opening 2 in the direction of the facet groove 3
  • a CCD camera 16 with optics 11 is arranged on the carrier 14, which captures the image 10 of the facet groove 3 generated by the plane-parallel light bundle 9. This image 10 is thrown onto a sensor matrix 13 in the CCD camera 16 and can be automatically focus by means of a focus or focusing device 19
  • a spectacle frame half 1 the facet groove 3 of which is to be recorded by the CCD camera 16, is placed on a support 7 and held in place by means of clips 8
  • the carrier 14 is rotated step by step and an image 10 of the bundle of light 9 is recorded with each step Image 10 of the light beam 9 in the facet groove 3 in a computer 27 easily convert into a value r for the distance from the axis of rotation 26 to the corresponding point of the facet groove 3 with reference to the respective angle ⁇
  • the carrier 14 is rotatably and axially displaceable (Z-axis) in a guide 12 of the device.
  • a servomotor 17 serves to axially shift the carrier 14 and is designed as a stepper motor, which also serves as an encoder for the Z coordinate.
  • the rotation of the carrier 14 is controlled by a further servomotor 18, which at the same time serves as an angle transmitter for the angles ⁇ .
  • the servomotors 17, 18 are controlled by a computer 27, as will be explained below
  • a value for the distance between the image 10 of the light bundle 9 and the sensor matrix 13 in the CCD camera 16 results from the setting of the focusing device or focusing device 19
  • a sensor matrix consists of a large number of pixels which are arranged in rows and columns. If an unsharp image 20a of the image 10 of the light bundle 9 is thrown onto the sensor matrix 13 by the optics 11, as can be seen from FIG. 5a, this will result in a larger one Number of pixels activated, and the corresponding signals arrive in a device 29 for detecting the sharpness of the image in the computer 27.
  • An image analysis system can be used to determine whether the image 20a is sharp or out of focus.
  • the device causes the sharpness of the image 29 to be determined
  • Computer 27 an adjustment of the focusing device or focusing device 19 until a sharp image 20 of the image 10 of the light bundle 9 of the facet groove 3 falls on the sensor matrix 13 and a minimum of pixels is activated.
  • the focusing device or focusing device 19 is then no longer adjusted and the setting of the Focusing or focusing device 19 directly gives a measure of d
  • the number of pixels of the sensor matrix is selected depending on the desired accuracy with which the radius r is to be determined
  • a device 28 for detecting the height of the image 20 on the sensor matrix 13 is provided in the computer 27.
  • this device 28 can be an image evaluation program that measures the distance of a characteristic Detects the point of the image 20, preferably a point 21 of the groove base, and records its distance from a reference line 25, for example a center line in the sensor matrix 13. This distance is assigned to the radius r for each angular step ⁇ and results in a quantity of data characterizing the spatial course of the facet groove 3
  • this height adjustment device can also be used to determine the Z coordinates of the facet groove 3. This is done in such a way that with each angular step ⁇ the device 29 for detecting the sharpness of the image comes into operation and the unsharp image 20a in FIG 5a converted into a sharp image 20 in FIG. 5b.
  • the servomotor 17 is activated by means of the device 28 for detecting the altitude and moves the carrier 14 with the light source 15 and the CCD camera 16 up and down until a characteristic area 21, namely the image of the groove base 4 of the facet groove 3 in the spectacle lens opening 2 on the central line 25 t Since the servomotor 17 is designed as a displacement sensor, adjusting the servomotor 17 until the point 21 is on the center line 25 directly provides the Z coordinate
  • the device according to the invention can also be designed in such a way that the angle between the legs of the facet groove 3 and the angular position of the facet groove 3 with respect to the plane running through the spectacle lens opening 2 can also be detected.
  • This can be achieved in that at least one further characteristic area of the Image 20 is captured, for example the end 22 of one of the legs of the facet groove, provided that the facet groove, regardless of the bulging of the spectacle frame half 1 is always perpendicular to the plane of the spectacle frame, it is sufficient to record this another point 22 in order to obtain an accurate picture of the Record facet groove 3 and use it to develop a data set that contains the radius r, the angle ⁇ of the facet groove and the width of the facet groove
  • the facet groove in some eyeglass frames is not always perpendicular to the plane of the eyeglass frame, it is additionally possible to record the end point 23 of the second leg of the facet groove, as shown in FIG. 5d, and to enter the values into a device 30 for detecting the angular position
  • the points 21, 22, 23 with reference to the center line 25 define the width of the facet groove, the angle between the legs of the facet groove and the angular position of the facet groove with respect to the plane of the spectacle frame, can be stored as a quantity of data and can be used to control edge processing Use glasses to be inserted into the frame
  • FIG. 5e an image 24 of the circumference of a form-ground spectacle lens 5 is shown. This image 24 is already aligned with respect to the center line 25 by the tip of the roof facet on the center line 25 by means of the device 28 for detecting the altitude and by adjusting the servomotor 17 for the Z coordinates have been actuated. It can be seen that the facet on the spectacle lens runs approximately centrally in relation to the front curve 31 and the back curve 32 of the spectacle lens circumference.
  • the facet groove in the spectacle lens opening 2 of the spectacle frame half 1 characterized by the points 21, 22, 23 can also be compared with the facet groove 6 on the finished spectacle lens 5 and it can be determined whether the spectacle lens 5 with the ground roof facet 6 is suitable in the spectacle lens opening 2 of the spectacle frame half 1 to be used or not, or whether a further post-processing step is required
  • the spectacle lens 5 or the template can be rotated step by step while the carrier 14 is stationary in order to scan the outer circumference of the spectacle lens 5 or the template in a manner analogous to that described with reference to the scanning of the spectacle lens opening 2 it is also possible to make the carrier 14 movable only in the Z direction, while the support 7 with the spectacle frame 1 can be rotated about the axis 26

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Abstract

Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten der Nut in der Öffnung einer Brillenfassung (2) und/oder des Umfangs eines Brillenglases oder einer Formscheibe und zum Speichern der gewonnenen Werte oder zum unmittelbaren Steuern der Bearbeitung eines Rohglases mit Hilfe dieser Werte mit einer die Brillenfassung (2), das Brillenglas oder die Formscheibe tragenden Halterung, einer an einem Träger (14) angeordneten, relativ zu der Brillenglasöffnung, dem Brillenglas oder der Formscheibe um dessen Achse (26) drehbaren Lichtquelle (15), die ein etwa senkrecht zur Brillengestell-, Brillenglas- oder Formscheibenebene stehendes planparalleles Lichtbündel (9) oder ein Netzraster auf die Innenkontur der Brillengestellöffnung oder auf die Aussenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe richtet, einer in der Ebene senkrecht zur Drehachse an dem Träger (14) beabstandet zur Lichtquelle angeordneten Optik (11) mit einer Sensormatrix zum Aufnehmen des Bildes des Lichtbündels (9) oder des Netzrasters in der Nut der Brillenglasöffnung oder auf dem Umfang des Brillenglases oder der Formscheibe, einem Messwertaufnehmer (18) für die relative Winkeleinstellung THETA der Brillenglasöffnung mit Bezug auf die Achse der Optik (11) oder der Lichtquelle (15), einer mit der Optik gekoppelten Scharfeinstell- oder Fokussiervorrichtung (19) für das aufgenommene Bild des Lichtbündels oder des Netzrasters, einem mit der Scharfeinstell- oder Fokussiervorrichtung (19) verbundenen Messwertumformer zum Umformen der Scharfeinstellsignale der Scharfeinstell- oder Fokussiervorrichtung in Werte für den Abstand zwischen dem Nutgrund (4) oder dem Umfang des Brillenglases oder der Schablone und der Achse (26) und bei der die Sensormatrix mit einer Einrichtung (28) zum Erfassen der Höhenlage des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe gekoppelt ist, die ein Mass für den Verlauf der Raumkurve des Nutgrundes oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe in Richtung der Achse (Z-Achse) liefert.

Description

"Vorrichtung zum beruhrungslosen Abtasten der Brillenglasoffnung einer Brillenfassung oder des Umfangs eines Brillenglases oder einer Formscheibe"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum beruhrungslosen Abtasten der Nut in der Öffnung einer Brillenoffnung und/oder des Umfangs eines Brillenglases oder einer Formscheibe und zum Speichern der gewonnenen Werte oder zum unmittelbaren Steuern der Bearbeitung eines Rohglases mit Hilfe dieser Werte
Eine derartige Vorrichtung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 93 17 381 4 derselben Anmelderin beschrieben Diese bekannte Vorrichtung besteht aus einer die Brillenfassung tragenden Halterung, einem an der Halterung angeordneten, relativ zur Brillenglasoffnung um eine senkrechte Achse drehbaren Signalgeber für kohärente, zum Nutgrund gerichtete Wellen, wie Ultraschallwellen oder Laserstrahlen, einem Meßwertaufnehmer für die relative Winkelstellung der Brillenglasoffnung mit Bezug auf den Signalgeber, einem Meßwertaufnehmer für den Abstand zwischen der Brillenglasoffnung und dem Signalgeber, einem Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale mit Bezug auf den Nutgrund sowie einer vom Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale gesteuerten Nachführeinrichtung für den Signalgeber zum Nachfuhren des Signalgebers entlang der Raumkurve des Nutgrundes
Durch die Verwendung eines Signalgebers für kohärente Wellen, insbesondere Laserstrahlen, lassen sich die Abstände r schnell und genau ermitteln und zu der jeweiligen Winkelstellung Θ der Brillenglasoffnung mit Bezug auf den Signalgeber in Beziehung setzen Die Abstände r und die Winkel Θ werden in bekannter Weise gespeichert, um sie für die Steuerung einer Schleifmaschine für die Rander von Brillenglasern zu verwenden Das Ansteuern der Schleifmaschine und das Schleifen des Brillenglases kann auch gleichzeitig mit dem Vermessen der Brillenglasoffnung 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 Andererseits ergibt die Nachführung ein Signal für die Höhenlage der Raumkurve des Nutgrundes, d h für die auf den Drehwinkel Θ 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 in der Brillenfassung zu steuern und ggf die Facette gegenüber dem vorderen Brillenglasrand zu verschieben, wenn es sich z B um sehr starke Minusglaser handelt, bei denen es aus ästhetischen Gründen vorteilhaft ist, die Vorderseite des Brillenglases mit gleichbleibendem Abstand zur Vorderseite der Brillenfassung anzuordnen
Bei dieser bekannten Vorrichtung hat sich gezeigt, daß sie prinzipiell geeignet ist, die Daten der Raumkurve einer Facettennut in der Brillenglasoffnung einer Brillenfassung mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln, jedoch ist der apparative Aufwand verhältnismäßig hoch und erfordert das Steuern der Vorrichtung und das Auswerten der ermittelten Daten eine verhältnismäßig hohe Rechnerkapazitat
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der ein genaues und schnelles, beruhrungsloses Abtasten der Nut in der Öffnung einer Brillenfassung und/oder des Umfangs eines Brillenglases oder einer Formscheibe möglich ist, ohne einen erheblichen apparativen Aufwand und eine hohe Rechnerkapazitat zu erfordern
Ausgehend von dieser Problemstellung wird eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemaß eine die Brillenfassung, das Brillenglas oder die Formscheibe tragende Halterung, eine an einem Trager angeordnete, relativ zu der Brillenglasoffnung, dem Brillenglas oder der Formscheibe um dessen Achse drehbare Lichtquelle, die ein etwa senkrecht zur Brillenfassungs-, Brillenglas- oder Formscheibenebene stehendes planparalleles Lichtbundel oder ein Netzraster auf die Innenkontur der Brillenglasoffnung oder auf die Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe richtet, eine in der Ebene senkrecht zur Drehachse an dem Trager beabstandet zur Lichtquelle angeordnete Optik mit einer Sensormatrix zum Aufnehmen des Bildes des Lichtbundels oder des Netzrasters in der Nut der Brillenfassung oder auf dem Umfang des Brillenglases oder der Formscheibe, einen Meßwertaufnehmer für die relative Winkelstellung der Brillengestelloffnung mit Bezug auf die Achse der Optik oder der Lichtquelle, eine mit der Optik gekoppelte Scharfeinstellvorrichtung für das aufgenommene Bild des Lichtbundels oder des Netzrasters, einen mit der Scharfeinstellvorrichtung verbundenen Meßwertumformer zum Umformen der Scharfeinstellsignale der Scharfeinstellvorrichtung in Werte für den Abstand zwischen dem Nutgrund oder dem Umfang des Brillenglases oder der Schablone und der Achse und bei der die Sensormatrix mit einer Einrichtung zum Erfassen der Höhenlage des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe gekoppelt ist, die ein Maß für den Verlauf der Raumkurve der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe in Richtung der Achse (Z-Achse) liefert
Automatische Scharfeinsteil- oder Focussiervorrichtungen in Verbindung mit einer Sensormatrix sind bekannt Sie beruhen auf dem Prinzip, daß ein charakteristischer Ausschnitt, eine Kante oder ein Punkt eines von der Aufnahmeoptik auf die Sensormatrix projizierten Bildes dann von einem Minimum von Pixeln der Sensormatrix erfaßt wird, wenn das Bild scharf eingestellt, d h genau focussiert ist Durch ein unscharfes Bild verbreitern sich Kanten oder vergrößern sich Punkte, so daß eine größere Anzahl von Pixeln aktiviert wird Mittels einer geeigneten, bekannten Bildanalyseeinrichtung laßt sich eine mit der Optik gekoppelte Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtung solange verstellen, bis ein scharfes Bild auf der Sensormatrix erscheint
Beim Aufnehmen der Innenkontur der Brillenglasoffnung oder der Außenkontur eines Brillenglases oder einer Formscheibe durch schrittweises Drehen des Tragers mit der Lichtquelle und der Optik oder durch Drehen der Brillenglasoffnung oder des Brillenglases oder der Formscheibe verändert sich die Entfernung von der Optik zur Innenkontur der Brillenfassung oder der Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe, und es ist jedes Mal erforderlich, das Bild neu zu focussieren Da die Lage der Optik auf dem Trager mit Bezug auf die Drehachse bekannt ist, laßt sich für jeden Winkelschritt Θ der Radius r von der Drehachse zur Innenkontur der Brillenglasoffnung oder zur Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe aus der Einstellung der Optik mittels der Scharfeinsteil- oder Focussiereinrichtung direkt ermitteln
Beim Aufnehmen der Innenkontur einer Brillenglasoffnung laßt sich als charakteristischer Ausschnitt das Bild der V-formigen Facettennut verwenden, deren Schenkel in einer deutlich erkennbaren Spitze zusammenlaufen
Die Einrichtung zum Erfassen der Höhenlage macht sich die Tatsache zunutze, daß die Sensormatrix als ein Koordinatennetz aufzufassen ist und sich daher die relative Hohenverschiebung der aufgenommenen und auf die Sensormatrix projizierten Bilder erfassen und in Daten für die Höhenlage bzw den Verlauf der Raumkurve umsetzen laßt, um auch den raumlichen Verlauf der Innenkontur der Brillenglasoffnung oder der Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe zu erfassen
Die Veränderung der relativen Höhenlage der einzelnen aufgenommenen Bilder auf der Sensormatrix laßt sich direkt mittels einer Bildanalyseeinrichtung in entsprechende Daten für die Raumkurve umsetzen Dies erfordert jedoch eine Optik mit einem verhältnismäßig großen Aufnahmewinkel
Wenn eine von der Sensormatrix gesteuerte Nachführeinrichtung zum Nachführen der Lichtquelle und der Optik entlang der Raumkurve der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe in Richtung der Achse (Z-Achse) vorgesehen wird, braucht die Optik nur für einen verhältnismäßig kleinen Aufnahmewinkel vorgesehen zu sein, da das Bild mittels der Nachführeinrichtung stets zur Mitte der Sensormatrix gefuhrt wird Dies laßt sich vorzugsweise dadurch erreichen, daß die Sensormatrix eine Sensorzeile aufweist, die über die Einrichtung zum Erfassen der Höhenlage des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe die Bewegung der Nachführeinrichtung anhält, wenn ein erster charakteristischer Bereich des Bildes auf dieser Sensorzeile ankommt Bei diesem ersten charakteristischen Bereich kann es sich beispielsweise um die Spitze der V-formigen Facettennut handeln
Werden weitere charakteristische Bereiche des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe mit Bezug auf den ersten charakteristischen Bereich erfaßt, lassen sich zusatzlich der Winkel und/oder die Winkellage und/oder die Breite der Nut in der Brillenglasoffnung oder der Winkel und/oder die Winkellage und/oder die Breite einer Facette auf dem Umfang eines Brillenglases oder die Breite des Umfangs des Brillenglases erfassen, so daß nach einem beruhrungslosen Abtasten der Innenkontur einer Brillenglasoffnung oder der Außenkontur eines Brillenglases oder einer Formscheibe über 360° ein Datensatz zur Verfügung steht, der in Abhängigkeit vom Drehwinkel Θ den jeweiligen Radius r, die Form, die Winkellage und die Höhenlage dieser Kontur umfaßt Dieser Datensatz laßt sich dazu verwenden, das Formbearbeiten von für die abgetastete Brillenfassung bestimmten Brillenglasern mittels einer CNC-gesteuerten Brillenglasformbearbeitungsmaschine so präzise zu steuern, daß sich die Brillenglaser ohne weitere Nacharbeit paßgenau in die Brillenfassung einsetzen lassen
Durch das beruhrungslose Abtasten der Außenkontur eines formgeschliffenen Brillenglases laßt sich der raumliche Verlauf der Vorder- und Ruckkante ermitteln und die anzuschleifende Dachfacette so legen, daß sich die Brillenglaser in ästhetisch ansprechender Weise in die Brillenfassung einsetzen lassen, was insbesondere bei starken Minusglasern von Bedeutung ist, bei denen die Facette gegenüber der Vorderkante des Brillenglases überall den gleichen Abstand haben soll, damit die Vorderseite des Brillenglases einen gleichbleibenden Abstand zur Vorderseite der Brillenfassung aufweist
Des weiteren laßt sich durch ein Abtasten eines fertigbearbeiteten Brillenglases mittels der erfmdungsgemaßen Vorrichtung feststellen, ob das Profil der Dachfacette dem Profil der Facettennut der Brillenfassung entspricht, für die dieses Brillenglas bestimmt ist Bei auf Abnutzung des verwendeten Bearbeitungswerkzeugs beispielsweise einer Schleifscheibe mit einer Facettennut zurückzuführenden Abweichungen laßt sich auf diese Weise ein automatischer Abrichtvorgang der Schleifscheibe einleiten, oder es ergeht ein Signal, daß ein Abrichten der Facettenschleifscheibe erforderlich ist
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert In der Zeichnung zeigen
Fig 1 eine Brillenfassungshalfte mit Darstellung der zu messenden Radien und Winkel,
Fig 2 eine Draufsicht auf ein fertiggeschliffenes, in die Brillenglasoffnung einzusetzendes Brillenglas,
Fig 3 eine Seitenansicht des Brillenglases gemäß Fig 2,
Fig 4 eine schematische, seitliche Schnittansicht der erfmdungsgemaßen
Vorrichtung und
Fig 5a bis 5e eine Darstellung einer Sensormatrix mit darauf abgebildeter
Facettennut bzw darauf abgebildetem Rand eines fertigbearbeiteten Brillenglases
Eine Brillenfassungshalfte 1 weist eine Brillenglasoffnung 2 auf, die mit einer umlaufenden Facettennut 3 mit einem spitzen Nutgrund 4 zur Aufnahme eines Brillenglases 5 mit einer angeschliffenen Dachfacette 6 bestimmt ist
Etwa mittig in der Brillenglasoffnung 2 ist ein um eine Achse 26 drehbarer Trager 14 angeordnet Auf der Oberseite des Tragers 14 befindet sich eine Lichtquelle 15, die ein planparalleles, senkrecht zur Ebene der Brillenglasoffnung 2 stehendes Lichtbundel 9 in Richtung der Facettennut 3 aussendet Beabstandet zu der Lichtquelle 15 ist auf dem Trager 14 eine CCD-Kamera 16 mit einer Optik 11 angeordnet, die das durch das planparallele Lichtbundel 9 erzeugte Bild 10 der Facettennut 3 aufnimmt Dieses Bild 10 wird auf eine Sensormatrix 13 in der CCD-Kamera 16 geworfen und laßt sich mittels einer Scharfeinstelloder Focussiervorrichtung 19 automatisch scharf einstellen
Wie aus Fig 4 ersichtlich, wird eine Brillenfassungshalfte 1, deren Facettennut 3 durch die CCD-Kamera 16 aufgenommen werden soll, auf eine Auflage 7 gelegt und mittels Klammern 8 festgehalten
Um einen Datensatz der Facettennut 3 in der Brillenglasoffnung zu erhalten, wird der Trager 14 schrittweise gedreht und bei jedem Schritt ein Bild 10 des Lichtbundels 9 aufgenommen Da der Abstand der CCD-Kamera 16 von der Drehachse 26 bekannt ist, laßt sich der Abstand zwischen dem Bild 10 des Lichtbundels 9 in der Facettennut 3 in einem Rechner 27 ohne weiteres in einen Wert r für den Abstand von der Drehachse 26 zum entsprechenden Punkt der Facettennut 3 mit Bezug auf den jeweiligen Winkel Θ umrechnen
Der Trager 14 ist in einer Fuhrung 12 der Vorrichtung drehbar und axial verschiebbar (Z- Achse) angeordnet Ein Stellmotor 17 dient dazu, den Trager 14 axial zu verschieben und ist als Schrittmotor ausgebildet, der gleichzeitig als Geber für die Z-Koordinate dient Die Drehung des Tragers 14 wird durch einen weiteren Stellmotor 18 gesteuert, der gleichzeitig als Winkelgeber für die Winkel Θ dient Die Steuerung der Stellmotoren 17, 18 erfolgt durch einen Rechner 27, wie nachstehend noch erläutert wird
Erfmdungsgemaß ergibt sich aus der Einstellung der Scharfeinsteil- oder Focussiervorrichtung 19 ein Wert für den Abstand zwischen dem Bild 10 des Lichtbundels 9 und der Sensormatrix 13 in der CCD-Kamera 16
Eine Sensormatrix besteht aus einer großen Anzahl von Pixeln, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind Wird ein unscharfes Bild 20a des Bildes 10 des Lichtbundels 9 durch die Optik 11 auf die Sensormatrix 13 geworfen, wie dies aus Fig 5a ersichtlich ist, wird dadurch eine größere Anzahl von Pixeln aktiviert, und die entsprechenden Signale gelangen in eine Einrichtung 29 zum Erfassen der Bildscharfe im Rechner 27 Mittels eines Bildanalysesystems laßt sich feststellen, ob das Bild 20a scharf oder unscharf ist Solange es unscharf ist, veranlaßt die Einrichtung zum Erfassen der Bildscharfe 29 im Rechner 27 ein Verstellen der Scharfeinsteil- oder Focussiervorrichtung 19 bis ein scharfes Bild 20 des Bildes 10 des Lichtbundels 9 der Facettennut 3 auf die Sensormatrix 13 fallt und ein Minimum an Pixeln aktiviert Die Scharfeinsteil- oder Focussiervorrichtung 19 wird dann nicht mehr verstellt und die Einstellung der Scharfeinstell- oder Focussiereinrichtung 19 ergibt direkt ein Maß für den Abstand des Bildes 20 auf der Sensormatrix 13 zur Facettennut 3 und deren Nutgrund 4 Die Anzahl der Pixel der Sensormatrix wird in Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit, mit der der Radius r ermittelt werden soll, gewählt
Um auch den raumlichen Verlauf der Nut 3 aufzunehmen, ist in dem Rechner 27 eine Einrichtung 28 zum Erfassen der Höhenlage des Bildes 20 auf der Sensormatrix 13 vorgesehen Im einfachsten Fall kann es sich bei dieser Einrichtung 28 um ein Bildauswerteprogramm handeln, das den Abstand eines charakteristischen Punktes des Bildes 20, vorzugsweise eines Punktes 21 des Nutgrundes erfaßt und dessen Abstand zu einer Referenzlinie 25, beispielsweise einer Mittelzeile in der Sensormatrix 13 aufnimmt Dieser Abstand wird für jeden Winkelschritt Θ dem Radius r zugeordnet und ergibt eine den raumlichen Verlauf der Facettennut 3 charakterisierende Datenmenge
Im Hinblick darauf, daß eine Hohenverstellung des Tragers 14 mit der Lichtquelle 15 und der CCD-Kamera 16 erforderlich ist, um die Vorrichtung zum Aufnehmen einer Facettennut 3 in einer Brillenglasoffnung 2 einer vorgegebenen Brillenfassung in eine Startposition zu bringen, in der sich die Lichtquelle 15 und die CCD-Kamera 16 möglichst genau auf der Hohe des Bildes 10 des planparallelen Lichtbundels 9 befinden, laßt sich diese Hohenverstellvorrichtung auch dazu verwenden, die Z-Koordinaten der Facettennut 3 zu ermitteln Dies geschieht in der Weise, daß bei jedem Winkelschritt Θ zunächst die Einrichtung 29 zum Erfassen der Bildscharfe in Tätigkeit tritt und das unscharfe Bild 20a in Fig 5a in ein scharfes Bild 20 in Fig 5b überführt Danach wird mittels der Einrichtung 28 zum Erfassen der Höhenlage der Stellmotor 17 in Tätigkeit gesetzt und fahrt den Trager 14 mit der Lichtquelle 15 und der CCD-Kamera 16 solange auf und ab, bis ein charakteristischer Bereich 21, nämlich das Bild des Nutgrunds 4 der Facettennut 3 in der Brillenglasoffnung 2 auf der Mittelzeile 25 liegt Da der Stellmotor 17 als Weggeber ausgebildet ist, liefert das Verstellen des Stellmotors 17 bis der Punkt 21 auf der Mittelzeile 25 liegt, direkt die Z-Koordinate
Die erfindungsgemaße Vorrichtung laßt sich noch dahingehend ausgestalten, daß auch der Winkel zwischen den Schenkeln der Facettennut 3 sowie die Winkellage der Facettennut 3 mit Bezug auf die durch die Brillenglasoffnung 2 verlaufende Ebene erfaßt werden Dies laßt sich dadurch erreichen, daß wenigstens ein weiterer charakteristischer Bereich des Bildes 20 erfaßt wird, beispielsweise das Ende 22 eines der Schenkel der Facettennut Unter der Voraussetzung, daß die Facettennut, unabhängig von der Durchwolbung der Brillenfassungshalfte 1 immer senkrecht zur Brillenfassungsebene verlauft, genügt es, diesen einen weiteren Punkt 22 aufzunehmen, um ein genaues Bild der Facettennut 3 aufzunehmen und daraus eine Datenmenge zu entwickeln, die den Radius r, den Winkel Θ der Facettennut und die Breite der Facettennut enthalt
Da jedoch die Facettennut bei manchen Brillenfassungen nicht stets senkrecht zur Brillenfassungsebene verlauft, ist es zusatzlich noch möglich, den Endpunkt 23 des zweiten Schenkels der Facettennut aufzunehmen, wie dies in Fig 5d dargestellt ist, und die Werte in eine Einrichtung 30 zum Erfassen der Winkellage einzugeben Durch die Punkte 21, 22, 23 mit Bezug auf die Mittelzeile 25 sind die Breite der Facettennut, der Winkel zwischen den Schenkeln der Facettennut und die Winkellage der Facettennut mit Bezug auf die Brillenfassungsebene definiert, lassen sich als Datenmenge speichern und zum Steuern der Randbearbeitung eines in die Brillenfassung einzusetzenden Brillenglases verwenden
CNC-gesteuerte Brillenglasrandbearbeitungsmaschinen sind bekannt Ggf ist es erforderlich, das Steuerprogramm derartiger Maschinen sowie die Anzahl der steuerbaren Achsen dieser Maschine zu erganzen, um auch die der Fig 5d entsprechende Datenmenge verarbeiten zu können In Fig 5e ist ein Bild 24 des Umfangs eines formgeschliffenen Brillenglases 5 dargestellt Dieses Bild 24 ist bereits bezuglich der Mittelzeile 25 ausgerichtet, indem die Spitze der Dachfacette auf die Mittelzeile 25 mittels der Einrichtung 28 zum Erfassen der Höhenlage und durch Verstellen des Stellmotors 17 für die Z-Koordinaten betätigt wurden Es ist erkennbar, daß die Facette auf dem Brillenglas etwa mittig gegenüber der Vorderkurve 31 und der Ruckkurve 32 des Brillenglasumfangs verlauft Durch Vergleich dieses Bildes mit einem gespeicherten Soll-Bild lassen sich Abweichungen der Form der Dachfacette 6 von einer Soll-Form feststellen Diese Abweichungen ergeben sich, wenn beispielsweise eine Schleifscheibe mit einer Facettennut zum Schleifen einer Dachfacette einen erhöhten Abnutzungsgrad aufweist Auf diese Weise laßt sich daher der Abnutzungsgrad ermitteln, woraufhin es möglich ist, automatisch einen Abrichtvorgang der Schleifscheibe oder ein Warnsignal, das einen Hinweis auf eine zu große Abnutzung gibt, auszulosen Eine Brillenglasrandbearbeitungsmaschine, die geeignet ist, diese Schritte durchzuführen, ist in der deutschen Patentanmeldung 198 04 455 0 derselben Anmeldeπn beschrieben, auf die zur Erläuterung aller hier nicht naher beschriebenen Einzelheiten ausdrucklich Bezug genommen wird
Selbstverständlich laßt sich auch noch die durch die Punkte 21, 22, 23 charakterisierte Facettennut in der Brillenglasoffnung 2 der Brillenfassungshalfte 1 mit der Facettennut 6 am fertigbearbeiteten Brillenglas 5 vergleichen und feststellen, ob das Brillenglas 5 mit der angeschliffenen Dachfacette 6 geeignet ist, in die Brillenglasoffnung 2 der Brillenfassungshalfte 1 eingesetzt zu werden oder nicht, oder ob ein weiterer Nachbearbeitungsschritt erforderlich ist
Um ein Brillenglas 5 oder eine Schablone mittels der erfmdungsgemaßen Vorrichtung vermessen zu können, ist es erforderlich, eine besondere, nicht dargestellte Halterung für das Brillenglas 5 oder die Schablone vorzusehen, die so bezuglich des Tragers 14 mit der Lichtquelle 15 und der CCD-Kamera 16 angeordnet ist, daß sich das Brillenglas 5 oder die Schablone schrittweise drehen laßt, wahrend der Trager 14 stillsteht, um den Außenumfang des Brillenglases 5 oder der Schablone in analoger Weise abzutasten, wie dies mit Bezug auf das Abtasten der Brillenglasoffnung 2 beschrieben wurde Des weiteren ist es auch möglich, den Trager 14 nur in Z-Richtung beweglich zu gestalten, wahrend die Auflage 7 mit der Brillenfassung 1 um die Achse 26 drehbar ist

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung zum beruhrungslosen Abtasten der Nut in der Öffnung (2) einer Brillenfassung (1) und/oder des Umfangs (6) eines Brillenglases (5) oder einer Formscheibe und zum Speichern der gewonnenen Werte oder zum unmittelbaren Steuern der Bearbeitung eines Rohglases mit Hilfe dieser Werte mit
- einer die Brillenfassung (1), das Brillenglas (5) oder die Formscheibe tragenden Halterung (7, 8),
- einer an einem Trager (14) angeordneten, relativ zu der Brillenglasoffnung (2), dem Brillenglas (5) oder der Formscheibe um dessen Achse (26) drehbaren Lichtquelle (15), die ein etwa senkrecht zur Brillengestell-, Brillenglas- oder Formscheibenebene stehendes planparalleles Lichtbundel (9) oder ein Netzraster auf die Innenkontur (3) der Brillengestelloffnung (2) oder auf die Außenkontur (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe richtet,
- einer in der Ebene senkrecht zur Drehachse (26) an dem Trager (14) beabstandet zur Lichtquelle (15) angeordneten Optik (11) mit einer Sensormatrix (13) zum Aufnehmen des Bildes (10) des Lichtbundels (9) oder des Netzrasters in der Nut (3) der Brillenglasoffnung (2) oder auf dem Umfang (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe,
- einem Meßwertaufnehmer (18) für die relative Winkeleinstellung Θ der Brillenglasoffnung
(2) mit Bezug auf die Achse (26) der Optik (11) oder der Lichtquelle (15),
- einer mit der Optik (11) gekoppelten Scharfeinst eil- oder Fokussiervorrichtung (19) für das aufgenommene Bild (10) des Lichtbundels (9) oder des Netzrasters,
- einem mit der Scharfeinstell- oder Fokussiervorrichtung (19) verbundenen Meßwertumformer zum Umformen der Scharfeinstellsignale der Scharfeinsteil- oder Fokussiervorrichtung (19) in Werte für den Abstand zwischen dem Nutgrund (4) oder dem Umfang (6) des Brillenglases (5) oder der Schablone und der Achse (26) und
- bei der die Sensormatrix (13) mit einer Einrichtung (28) zum Erfassen der Höhenlage des Bildes (20, 24) der Nut
(3) oder des Umfangs (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe gekoppelt ist, die ein Maß für den Verlauf der Raumkurve des Nutgrundes (4) oder des Umfangs (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe in Richtung der Achse (26, Z-Achse) liefert
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Optik (11) und die Sensormatrix (13) als Teile einer CCD-Kamera (16) ausgebildet sind
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Sensormatrix (13) mit einer Einrichtung (29) zum Erfassen der Bildscharfe gekoppelt ist, die die Scharfeinsteil- oder Focussiervorrichtung (19) für die Optik (11) steuert und ein Maß für den Radius (r) des Nutgrundes
(4) oder des Umfangs (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe liefert
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer von der Sensormatrix (13) gesteuerten Nachführeinrichtung (17) zum Nachführen der Lichtquelle (15) und der Optik (11) entlang der Raumkurve der Nut (3) oder des Umfangs (6) des Brillenglases
(5) oder der Formscheibe in Richtung der Achse (26, Z-Achse)
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, bei der die Sensormatrix (13) mit einer Einrichtung (30) zum Erfassen der Winkellage des Bildes (20, 24) der Nut (3) oder des Umfangs (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe gekoppelt ist
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4 oder 5, bei der die Sensormatrix (13) eine Sensorzeile (25) aufweist, die über die Einrichtung (28) zum Erfassen der Höhenlage des Bildes (20, 24) der Nut (3) oder des Umfangs (6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe die Bewegung der Nachführeinrichtung (17) anhält, wenn ein erster charakteristischer Bereich (21) des Bildes (20) auf dieser Sensorzeile (25) ankommt
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Sensormatrix (13) mit wenigstens einer weiteren Einrichtung (30) gekoppelt ist, die die Lage wenigstens eines weiteren charakteristischen Bereichs (22, 23) des Bildes (20, 24) der Nut (3) oder des Umfangs
(6) des Brillenglases (5) oder der Formscheibe mit Bezug auf den ersten charakteristischen Bereich (21) erfaßt und daraus den Winkel und/oder die Winkellage und/oder die Breite der Nut (3) oder den Winkel und/oder die Winkellage und/oder die Breite einer Facette (6) auf dem Umfang des Brillenglases (5) oder die Breite des Umfangs des Brillenglases (5) ableitet
Brillenglasrandbearbeitungsmaschine mit wenigstens einem Brillenglasrandbearbeitungswerkzeug mit einer Facettennut, einer drehbaren, relativ zum Brillenglasrandbearbeitungswerkzeug wenigstens radial verstellbaren Brillenglashaltewelle, einer die Brillenglasrandbearbeitungsmaschine steuernden Steuereinrichtung, einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Vorrichtung zum Abtasten der Facettennut des Brillenglasrandbearbeitungswerkzeugs hinsichtlich Durchmesser und Querschnittsform, einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Vorrichtung zum Abtasten der Facettennut (3) einer Brillenglasöffnung (2) in einer ausgewählten Brillenfassung (1) einschließlich der Querschnittsform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einer Vergleichseinrichtung in der Steuereinrichtung zum Vergleichen der Werte der Facettennut (3) der Brillenfassung (1) mit den Werten der Facettennut des Brillenglasbearbeitungswerkzeugs und Einrichtungen zum Steuern des Durchführens der Facettenbearbeitung mit den ermittelten Werten, wenn die verglichenen Werte innerhalb eines vorgebbaren ersten Toleranzbereichs oder des Durchführens der Facettenbearbeitung mit einem Korrekturwert, wenn die verglichenen Werte innerhalb eines zweiten Toleranzbereichs liegen, oder des Abbrechens der Facettenbearbeitung, wenn die verglichenen Werte außerhalb beider Toleranzbereiche liegen, oder des Durchführens eines Abrichtvorgangs des Brillenglasrandbearbeitungswerkzeugs.
PCT/EP1999/004260 1998-07-13 1999-06-19 Vorrichtung zum berührungslosen abtasten der brillenglasöffnung einer brillenfassung oder des umfangs eines brillenglases oder einer formscheibe WO2000003839A1 (de)

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