DE19524391A1 - Verfahren zum Polieren sowie ggf. Bohren, Schneiden und Schweißen von Brillengläsern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren sowie ggf. Bohren, Schneiden und Schweißen von Brillengläsern, insbesondere von asphärischen Brillengläsern.

Das Herstellen der optischen Oberflächen von Brillengläsern erfolgt durch Fräsen oder Schleifen und anschließendem Polieren, um eine glatte, kratzerfreie Oberfläche zu erhalten. Der erforderliche Krümmungsradius kann durch Formpressen bereits angenähert verwirklicht sein, so daß für das Herstellen der endgültigen optischen Oberfläche nur noch ein geringer Abtrag erforderlich ist. Beim Fräsen oder Schleifen der optischen Oberfläche wird der Brillenglasrohling einseitig mit einer Halterung verbunden, mit der sich das Brillenglas mit einem Radius, der der gewünschten Krümmung der optischen Oberfläche entspricht, schwenken läßt. Zusätzlich läßt sich die Halterung für das Brillenglas in langsame Drehung versetzen, so daß sich die optische Oberfläche durch Fräsen oder Schleifen genau mit dem gewünschten Radius herstellen läßt. Dieser Schwenkbewegung lassen sich Radial- oder Parallelbewegungen überlagern, wenn ein Brillenglas mit asphärischer Oberfläche, z. B. einer der sphärischen Oberfläche überlagerten zylindrischen oder prismatischen Oberfläche hergestellt werden sollen.

Das anschließende Polieren erfolgt mit oszillierend bewegten Pads, die sich der geforderten Oberfläche anpassen sollen.

Bei diesem Bearbeitungsverfahren ist es schwierig, das Polieren so durchzuführen, daß bei asphärische Brillengläsern die genaue, z. B. durch Fräsen oder Schleifen hergestellte optische Oberfläche erhalten bleibt, da durch das Polieren mittels Polierpads keine geometrisch richtige Oberflächenbearbeitung gewährleistet ist, d. h. der breitflächige Materialabtrag beim Polieren verfälscht die Oberflächengeometrie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Polieren von Brillengläsern, insbesondere von asphärischen Brillengläsern zu schaffen, bei dem erreicht wird, daß keine Verfälschung der Oberflächengeometrie eintritt. Des weiteren soll ggf. ein Bohren, Formschneiden und Schweißen möglich sein.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß die Oberfläche mit einem energiereichen Laser- oder Elektronenstrahl beaufschlagt und dabei die Oberfläche relativ zum Strahl CNC-gesteuert bewegt wird, wobei der Abstand und/oder die Einwirkungsdauer und/oder die Einwirkungsenergie und/oder die Einwirkungsrichtung des Strahls örtlich in Abhängigkeit vom geforderten Abtrag gesteuert so veränderbar sind, daß nur ein Einebnen und Glätten der aus der Vorbearbeitung vorhandenen Oberflächenunebenheiten erfolgt. Diese Einebnen und Glätten ergibt sich dabei vorzugsweise überwiegend ohne Materialabtrag durch Anschmelzen und Zerfließen der Oberflächenunebenheiten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Brillenglasoberfläche punktuell eingeebnet und geglättet, d. h. poliert, und die Bearbeitung wird für jeden Oberflächenpunkt so gesteuert, daß die Bearbeitung entsprechend den Koordinaten dieses Oberflächenpunktes erfolgt. Auf diese Weise bleibt die Oberflächengeometrie, die das Brillenglas aufweisen soll, unverändert, d. h. durch das erfindungsgemäße Polieren treten die sonst unvermeidlichen Verfälschungen nicht auf.

Der die Oberfläche beaufschlagende Laser- oder Elektronenstrahl kann pulsierend und/oder oszillierend auf die Oberfläche einwirken.

Die Kontur der Oberfläche des Brillenglases wird in einem Rechner gespeichert und dient zur Steuerung des Polierprozesses. Durch die Anordnung einer Meßvorrichtung läßt sich die Bearbeitung Überwachen und mit den gespeicherten Werten vergleichen, so daß sie autoiatisch beendet wird, wenn die ganze Oberfläche poliert ist.

Der die Oberfläche polierende Laser- oder Elektronenstrahl wird möglichst genau auf den zu bearbeitenden Punkt fokussiert, ggf. entsprechend dem Abstand des Punkts mit veränderlicher Fokussierung, um eine möglichst hohe Energiedichte an diesem Punkt zu erreichen, jedoch erfolgt die Einwirkung grundsätzlich auf einer endlichen Fläche, um einen stetigen Übergang zwischen den einzelnen bearbeiteten Punkten und damit ein Einebenen und Glätten der Brillenglasoberfläche zu gewährleisten.

Der die Oberfläche polierende Strahl läßt sich z. B. linear über einen Durchmesser des Brillenglasrohlings führen, während das Brillenglas gleichzeitig in langsame Umdrehung versetzt wird. Hierdurch läuft der Laser- oder Elektronenstrahl spiralförmig über die Brillenglasoberfläche und wird dabei hinsichtlich seines Abstandes und/oder der Einwirkungsdauer und/oder der Einwirkungsenergie und/oder der Einwirkungsrichtung örtlich mittels der CNC-Steuerung der geforderten Oberflächengeometrie angepaßt, um ein winkelgerechtes Auftreffen des Laser- oder Elektronenstrahls und die günstigste Materialeinwirkung am jeweiligen Bearbeitungspunkt zu erreichen.

Selbstverständlich läßt sich der Laser- oder Elektronenstrahl auch zeilenmäßig über die Brillenglasoberfläche führen. In diesem Fall ist eine zusätzliche Drehung des Brillenglasrohlings nicht erforderlich.

Um geometrische Ungenauigkeiten beim Polieren zu vermeiden, kann der Laser- oder Elektronenstrahl in einer Anfangs- und Auslaufphase so gesteuert werden, daß die Energieeinwirkung z. B. nach einer e-Funktion ansteigt.

Mit demselben CNC-gesteuerten Laser- oder Elektronenstrahl läßt sich auch die Brillenglaskontur entsprechend der Form der Brillenglasöffnungen eines ausgewählten Brillengestells ausschneiden, ohne das Brillenglas aus seiner Aufspannung entnehmen oder in seiner Lage verändern zu müssen. Gleichermaßen läßt sich anschließend auch ein um das konturgeschnittene Brillenglas gelegtes Facettenband mit dem Brillenglas verschweißen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine seitliche Teilansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Grundplatte 1 auf, auf der ein Drehtisch 2 angeordnet ist. Dieser Drehtisch 2 ist mit einem Sauger zum einseitigen Halten eines Brillenglasrohlings 12 versehen. Um die Grundplatte 1 herum sind Schützwände 3 angeordnet, die den Arbeitsraum oberhalb der Grundplatte 1 abschließen. An einem seitlich an der Grundplatte 1 befestigten Ständer 4 ist ein um eine waagerechte Achse schwenkbarer Schwenkkopf 5 angeordnet, der einen drehbaren und axial verschiebbaren Teleskoparm 6 trägt. Am freien Ende des Teleskoparms 6 ist eine Führung 7 angeordnet, die eine darin heb- und senkbare Spindel 8 trägt. Am unteren Ende der Spindel 8 befindet sich ein Bearbeitungskopf 9, von dem ein Bearbeitungsstrahl 10 ausgeht. Bei diesem Bearbeitungsstrahl 10 handelt es sich um einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl. Die Behandlung mittels eines Elektronenstrahls muß in einer Vakuumkammer erfolgen.

Der Laser- oder Elektronenstrahl 10 ist möglichst genau auf den Bearbeitungspunkt der Oberfläche 13, die in Fig. 2 als asphärische Oberfläche dargestellt ist, fokussiert.

Mittels einer CNC-Steuerung 11, in die jeder Punkt der asphärischen Oberfläche 13 des Brillenglases einprogrammiert ist, wird die Oberflächenbearbeitung gesteuert vorgenommen. Zu diesem Zweck wird der Drehtisch 2 mit dem Brillenglasrohling 12 in langsame Umdrehung versetzt, während der Laser- oder Elektronenstrahl 10 durch axiales Verschieben des Teleskoparms 6 über den entsprechenden Durchmesser des Brillenglasrohlings 12 geführt wird.

Vorzugsweise wird der Laser- oder Elektronenstrahl stets in gleichbleibender Höhe über dem Brillenglas geführt. Um eine gleichmäßige Einwirkung auf die Brillenglasoberfläche, trotz aufgrund der Brillenglasgeometrie veränderlichen Abstands zur Brillenglasoberfläche zu erreichen, kann die Einwirkungsenergie, z. B. durch Verändern der Fokussierung, entsprechend angepaßt werden, derart, daß bei größerem Abstand eine stärkere Fokussierung und bei geringerem Abstand eine geringere Fokussierung eingestellt wird.

Der Laser- oder Elektronenstrahl 10 kann pulsieren und/oder durch eine gesteuerte Bewegung des Bearbeitungskopfes 9 über den Schwenkkopf 5 und/oder den Teleskoparm 6 in eine oszillierende Bewegung versetzt werden, um einen stetigen Übergang zwischen den einzelnen Punkten der zu bearbeitenden Oberfläche zu erreichen.

Zusätzlich oder anstelle der gesteuerten Veränderung der Einwirkungsenergie läßt sich auch die Bearbeitungsdauer des Laser- oder Elektronenstrahls 10 verändern, indem die Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehtischs 2 gesteuert verändert wird, um auf diese Weise die Einwirkung auf die Oberfläche entsprechend der Oberflächengeometrie zu steuern.

Beim Polieren ist es des weiteren vorteilhaft, den Bearbeitungskopf 9 und den Bearbeitungsstrahl stets senkrecht auf die Oberfläche 13 auftreffen zu lassen, d. h. den Bearbeitungskopf 9, wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, zum Rand des Brillenglasrohlings 12 geneigt einzustellen. Der erforderliche Winkel ergibt sich aus den in der CNC-Steuerung 11 gespeicherten Daten der Brillenglasoberfläche und wird durch die CNC-Steuerung durch Schwenken des Schwenkkopfs 5 und/oder Drehen des Teleskoparms 6 eingestellt.

Bei Verwendung von Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen, die besonders genau und unveränderlich auf den Bearbeitungspunkt fokussiert sind, ist es wichtig, den Abstand des Bearbeitungskopfes 9 von der Oberfläche 13 konstant zu halten. Dies läßt sich durch die CNC-Steuerung 11 erreichen, so daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein hochgenaues Polieren ohne Verfälschung der Oberflächengeometrie möglich ist.

Mittels des Laser- oder Elektronenstrahls 10 läßt sich zusätzlich der Rand des Brillenglases 12 bearbeiten, insbesondere läßt sich aus dem Brillenglasrohling ein fertiges Brillenglas 15 (mit unterbrochenen Strichen in Fig. 1 dargestellt) mit einer einem ausgewählten Brillengestell entsprechenden Form ausschneiden, ohne das Brillenglas aus seiner Aufspannung entnehmen oder in seiner Lage verändern zu müssen, so daß nur noch das Anbringen einer üblichen Dachfacette z. B. mittels einer herkömmlichen Brillenglasrandschleifmaschine erforderlich ist.

Anstatt des Anschleifens einer Dachfacette in einer gesonderten Brillenglasrandschleifmaschine läßt sich auch ein Facettenband auf das konturgeschnittene Brillenglas aufbringen und mittels des Laser- oder Elektronenstrahls mit dem Brillenglas verschweißen.

Wird der Bearbeitungskopf 9 zeilenweise über das Brillenglas 12 geführt, ist kein Drehtisch 2 erforderlich, sondern läßt sich der Brillenglasrohling 12 mittels eines Saugers direkt auf der Grundplatte 1 befestigen.

Die CNC-Steuerung 11 kann auch so eingerichtet sein, daß sie den Bearbeitungskopf in einer Spirale über die Oberfläche 13 des Brillenglases 12 führt, so daß auch in diesem Fall kein Drehtisch erforderlich ist.

Am Bearbeitungskopf 9 läßt sich ein Meßkopf 14 anordnen, von dem ein Meßstrahl 15 zum augenblicklich bearbeiteten Punkt der Oberfläche 13 gerichtet ist. Mittels des Meßstrahls 15 wird die Oberfläche 13 vermessen, und das Meßergebnis wird an die CNC-Steuerung 11 geleitet. Dort wird der Meßwert mit dem gespeicherten Sollwert verglichen, so daß die CNC-Steuerung in der Lage ist, die Bearbeitung entsprechend den Meßwerten zu steuern.

Um eine Verfälschung der Oberflächengeometrie in der Anfangs- und Auslaufphase des Polierens zu vermeiden, läßt sich die Energieeinwirkung z. B. nach einer e-Funktion ansteigend steuern, so daß sich die Anfangs- und Auslaufphase überlappen können, ohne daß dabei eine doppelter Materialeinwirkung eintritt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Polieren sowie ggf. Bohren, Schneiden und Schweißen von Brillengläsern, insbesondere von asphärischen Brillengläsern, bei dem

• - die Oberfläche mit einem energiereichen Laser- oder Elektronenstrahl beaufschlagt und dabei
• - die Oberfläche relativ zum Strahl CNC-gesteuert bewegt wird,
• - wobei der Abstand und/oder die Einwirkungsdauer und/oder die Einwirkungsenergie und/oder die Einwirkungsrichtung des Strahls örtlich in Abhängigkeit vom geforderten Abtrag gesteuert so veränderbar sind, daß nur ein Einebnen und Glätten der aus der Vorbearbeitung vorhandenen Oberflächenunebenheiten erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl pulsierend einwirkt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl quer zu seiner Achse oszillierend einwirkt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brillenglasoberfläche mittels eines Meßstrahls vermessen und die Einwirkungsenergie und/oder der Abstand der Strahlenquelle in Abhängigkeit von den Meßwerten im Vergleich zu gespeicherten Sollwerten gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkungsenergie durch Verändern der Fokussierung gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels desselben Laser- oder Elektronenstrahls das Anbringen von Bohrungen und/oder das Beschneiden des Brillenglasumfangs auf die Form eines ausgewählten Brillengestells und/oder das Verschweißen eines um das Brillenglas gelegten Facettenbandes, ohne das Brillenglas aus seiner Aufspannung zu entnehmen oder in seiner Lage zu verändern, erfolgt.