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Die
Erfindung betrifft das Schleifen von ophthalmischen Linsen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Schleifen
von Linsen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 25. Eine Vorrichtung und ein Verfahren wie in den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 und 25 beschrieben sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise
durch das Dokument
FR-A-
2543039 .
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Sie
betrifft insbesondere ein Verfahren zum Schleifen einer ophthalmische
Linse an deren Rand/Umfang gemäß einer
vorbestimmten Kontur, welche der eines Kreises eines Brillengestells
entspricht in welchem das Glas bestimmungsgemäß montiert werden soll, wobei
gemäß dem Verfahren das
Profil von zumindest einer der Seiten der Linsen bezüglich/gegenüber der
zu formenden vorbestimmten Kontur gemessen wird, und danach die
in Rotation versetzt Linse mit ihrem Rand/Umfang in Kontakt mit
einem Schleifwerkzeug gebracht wird.
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Bevor
zu dem Schleifen der Linse übergegangen
wird, ist es häufig
wünschenswert
das Profil von zumindest einer seiner Seiten gegenüber/bezüglich der
zu bildenden Kontur zu kennen, so dass es während dem Schleifen möglich ist,
die relative Positionierung der Linse bezüglich des Schleifwerkzeugs zu
kontrollieren/steuern, so dass sich der genutzte/nutzbare Abschnitt
der letzteren systematisch im Lot des Randes der Linse und insbesondere
im Lot eines vorbestimmten Bereichs an dem Rand/Umfang der Linse
befindet.
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Im
Allgemeinen ist die zu formende Kontur vorab bekannt – und gespeichert – mittels
einer am Kreis des Gestells selbst ausgeführten Messung.
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Es
sind bereits Verfahren von oben genannten Typ bekannt gemäß derer
der Schritt des Messens mittels eines mechanischen Fühlers ausgeführt wird,
welcher mit der rotierenden Linse in Kontakt kommt, ausgerichtet
bezüglich
der zu formenden Kontur.
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Eine
elastische Rückstelleinrichtung
erlaubt den Fühler
während
zumindest einer vollständigen Umdrehung
der Linse in Kontakt mit dieser zu halten.
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Da
die Seite der Linse, mit welcher der Fühler in Kontakt ist, selten
rotationssymmetrisch ist, entsteht während der Rotation der Linse
eine Translation des Fühlers
von der, in Kenntnis der Winkelposition der Linse um seine Rotationsachse,
zu jedem Zeitpunkt die dreidimensionale Form des gemessenen Profils
abgeleitet werden kann.
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Für ein vertieftes
Wissen eines solchen Verfahrens kann auf die französische Patentanmeldung, die
von der Anmelderin angemeldet wurde und unter der Nummer
FR-A-2543039 veröffentlicht
worden ist, Bezug genommen werden.
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Dieses
Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dessen sind bis zum jetzigen
Zeitpunkt vollständig
zufrieden stellend gewesen.
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Wenn
man jedoch die immer höheren
Ansprüche
der Träger
und in der Folge der Optiker, die selbstverständlich diesen genügen wollen,
in Betracht zieht, muss zugegeben werden, dass dieses Verfahren
und somit diese Vorrichtung eine gewisse Anzahl von Nachteilen aufweist,
die im folgenden aufgezählt
sind.
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Die
durch den Fühler
auf die Linse applizierte mechanische Kraft bewirkt auf der letzteren
Spannungen und Deformationen, die Messfehler beim Messen/Vermessen
des Profils implizieren können.
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Die
Reibung, die durch das Gleiten des Fühlers an der Linse bei der
Rotation bewirkt wird, kann an der betreffenden Seite dieser unschöne Kratzer hervorrufen.
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Dieselbe
Reibung ruft an dem Fühler
chronische Abnutzung hervor, was einerseits zu Messfehlern bei der
Vermessung führt,
und andererseits ein häufiges
Ersetzen des Fühlers
erzwingt.
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Angesichts
des Krümmungsradius
der betreffenden Seite der Linse und daher der Neigung dieser Seite
bezüglich
der Translationsachse des Fühlers
besitzt die Reaktion, der an den Fühler applizierten Linse eine
Komponente senkrecht zu dieser Achse, was zu einem Absenken oder
zumindest zu einem Versatz des Fühlers
führen
kann und somit nicht nur einen Messfehler sondern auch eine Beschädigung des
Fühlers
verursachen kann.
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Wenn
das zu vermessende Profil zumindest lokal nah an dem Rand der unbearbeiteten/rohen
Linse ist, ist die Verwendung des Fühlers riskant, denn er hat
die Tendenz zum Rand der Linse hin zu gleiten, wo er aufgrund der
Drehbewegung jener nur beschädigt
werden kann,.
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Die
aggressive Herstellungsumgebung, in welcher sich Wasser und Späne/Staub
vom Schleifen vermischen, ruft eine beschleunigte Abnutzung des
Fühlers
hervor, der im Übrigen
eine mechanische Einrichtung ist, deren Herstellung delikat und
kostenintensiv ist.
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Um
den Fühler
zu schützen
ist es üblich,
die Rotationsgeschwindigkeit der Linse während der Vermessung des Profils
zu reduzieren, was die Zykluszeit/Taktzeit erhöht und somit die Produktivität behindert.
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Die
Erfindung hat zum Ziel insbesondere diese zuvor genannten Nachteile
zu lösen,
indem sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen bereitstellt,
welche es erlaubt, das Profil in gleichzeitig sicherer, zuverlässiger,
präziser
und dauerhafter Weise zu vermessen.
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Dazu
schlägt
die Erfindung ein Verfahren zum Schleifen einer ophthalmische Linse
bezüglich ihres
Randes vor, welche eine so genannte Vorderseite und eine dazu gegenüberliegende
so genannte Rückseite
aufweist, entlang einer vorbestimmten Kontur, welche der eines Kreises
eines Brillengestells entspricht, in welchem die Linse bestimmungsgemäß montiert
werden soll, wobei die Kontur an der Vorderseite von einem so genannten
vorderen Rand und an der Rückseite
von einem so genannten hinteren Rand begrenzt ist, wobei das Verfahren
einen Schritt des Messens/Vermessens umfasst, bei welchem die dreidimensionale
Form von zu mindest einem des vorderen oder des hinteren Randes gemessen/vermessen
wird; bei dem Schritt des Messen wird der Rand auf der beleuchteten
Seite der Linse mittels eines Lichtbündels abgetastet, welches an der
Seite einen Lichtspot ausbildet, gleichzeitig werden an einer optischen
Aufnahmeeinrichtung, welche auf den Lichtspot gerichtet ist, die
aufeinander folgenden Positionen eines Bildes des Lichtspots gemessen
und aus den durchgeführten
Messungen die dreidimensionale Form des Randes bestimmt/hergeleitet;
es ist darüber
hinaus ein Bearbeitungsschritt vorgesehen, demnach die in Rotation
versetzte Linse mit ihrem Rand in Kontakt mit einem Schleifwerkzeug gebracht
wird und die relative Positionierung der Linse und des Werkzeugs
in Abhängigkeit
der Messungen gesteuert wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt schlägt
die Erfindung eine Maschine/Vorrichtung zum Schleifen einer ophthalmische
Linse bezüglich
ihres Randes vor, welche eine so genannte Vorderseite und eine dazu gegenüberliegende
so genannte Rückseite
aufweist, entlang einer vorbestimmten Kontur, welche der eines Kreises
eines Brillengestells entspricht, in welchem die Linse bestimmungsgemäß montiert
werden soll, wobei die zu bildende Kontur an der Vorderseite von
einem so genannten vorderen Rand und an der Rückseite von einem so genannten
hinteren Rand begrenzt ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Drehhalterung
zur Montage der Linse, ein Drehschleifwerkzeug, eine Einrichtung
um die Halterung und das Werkzeug zueinander entlang einer Richtung
parallel zu der Rotationsachse der Halterung zu versetzen, eine
Einrichtung um die Halterung und das Werkzeug zueinander entlang
einer Richtung senkrecht zur Achse A der Halterung zu versetzen, eine
Steuereinheit, dazu ausgelegt, die Einrichtung zu steuern, wobei
die Vorrichtung darüber
hinaus zumindest eine optische Messeinrichtung, umfassend eine Lichtquelle,
welche ein Lichtbündel
bildet, ausgerichtet hin zu einer der Flächen der Linse um dort einen
Lichtspot auszubilden, eine optische Aufnahmeeinrichtung, ausgerichtet
hin zu dem Lichtspot und verbunden mit der Steuereinheit umfasst,
wobei diese eine Recheneinrichtung umfasst, die dazu geeignet ist,
die dreidimensionale Form von zumindest einem der Ränder in
Abhängigkeit
der in der optischen Aufnahmeeinrichtung durchgeführten Messungen
zu berechnen.
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Da
die Messung des Profils ohne Kontakt ausgeführt ist, ist die Linse von
jeglichen Spannungen/Beaufschlagungen und Deformation bewahrt. Die
Kratzer an ihrer Oberfläche
werden vermieden. Die relative Positionierung der Linse und der
Vorrichtung erlauben die präzise
und unveränderliche
Messung des Profils, zu Gunsten der Messgenauigkeit.
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Es
ist möglich
die Taktzeit/Zykluszeit zu verringern, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit
der Linse während
dem Messschritt ohne Einfluss auf die Präzision der Messungen zu erhöhen woraus
eine erhöhte
Produktivität
folgt.
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Bei
Bedarf wird bei dem Messschritt gleichzeitig die dreidimensionale
Form des vorderen Rands und diejenige des hinteren Rands gemessen, indem
jeder Rand mittels zweier Lichtbündel,
die jeweils auf jeder der Seiten einen Lichtspot bilden, abgetastet
wird, und es werden gleichzeitig an der optischen Aufnahmeeinrichtung,
die auf den Lichtspot gerichtet ist, die aufeinander folgenden Positionen
eines Bildes von jedem Lichtspot gemessen und aus den durchgeführten Messungen
die dreidimensionale Form des vorderen Randes und die des hinteren Randes
abgeleitet/hergeleitet.
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Dazu
umfasst die Vorrichtung zwei optische Messeinrichtungen, welche
einerseits zwei Lichtquellen jeweils beidseitig der Linse gegenüberliegend umfassen,
wobei diese Quellen zwei Lichtbündel
erzeugen, welche auf die Vorderseite bzw. die Rückseite der Linse gerichtet
sind, um auf jeder einen Lichtspot zu bilden, und andererseits eine
optische Aufnahmeeinrichtung auf jeden Lichtspot gerichtet umfassen,
wobei die Recheneinrichtung dazu ausgelegt ist, die dreidimensionale
Form jedes Randes zu berechnen.
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In
dem Messschritt kann an der zu bildenden Kontur ein Zwischenprofil
lokalisiert werden, welches sich zwischen dem vorderen und dem hinteren
Rand befindet, beispielsweise um an dem Umfang/dem Rand der Linse
eine Fase bezüglich
des Lots dieses Zwischenprofils auszuführen. Die Rechenmittel sind dabei
dazu ausgelegt eine solche Wahl durchzuführen.
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Dazu
wird bei dem Herstellungsschritt ein Fasenschleifer als Schleifwerkzeug
eingesetzt und die relative Positionierung der Linse und des Werkzeugs
so gesteuert, um an der zu bildenden Kontur der Linse eine Fase
auszubilden, deren Spitze mit dem Zwischenprofil zusammen fällt/überlagert
ist.
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Bei
dem Messschritt wird beispielsweise jede Lichtquelle, d.h. jedes
erzeugte Lichtbündel wechselweise
für jede
Winkelposition der Linse aktiviert. Somit werden Interferenzen zwi schen
den Lichtquellen vermieden. Die Steuerungseinheit ist also dazu
ausgelegt die Lichtquellen wechselweise zu aktivieren.
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Die
oder jede Lichtquelle und folglich das oder jedes Lichtbündel sind/ist
vorzugsweise von der Rotationsachse der Linse beabstandet.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist das oder jedes Lichtbündel
geradlinig, so dass es an der beleuchteten Fläche der Linse einen im Wesentlichen
punktförmigen
Lichtspot ausbildet. Die Lichtquelle ist dazu ausgelegt, ein solches
Lichtbündel/einen
solchen Lichtstrahl zu produzieren.
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Die
Lichtquelle ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass das Lichtbündel/der
Lichtstrahl im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Linse ist.
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Bei
dem Messschritt werden somit aus der Messung jeder der aufeinander
folgenden Positionen des Bildes des Lichtspots die aufeinander folgenden Koordinaten
des Lichtspots parallel zu der Rotationsachse der Linse hergeleitet.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
ist das Lichtbündel/der
Lichtstrahl eben, so dass es auf der beleuchteten Seite der Linse
einen linearen Lichtspot ausbildet. Es versteht sich, dass die Lichtquelle
dazu ausgelegt ist, einen solchen Strahl/ein solches Bündel zu
produzieren.
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Vorzugsweise
ist die oder jede Lichtquelle so ausgerichtet, dass das Lichtbündel, das
sie produziert, eine Winkelhalbierende im Wesentlichen parallel
zu der Rotationsachse der Linse aufweist.
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Bei
dem Messschritt werden somit in dem Bild des Lichtspots an der optischen
Aufnahmeeinrichtung ein Bildpunkt des Schnittpunkts des Lichtspots
und des Randes gewählt,
die aufeinander folgenden Positionen dieses Punktes an der optischen
Aufnahmeeinrichtung gemessen und aus der Messung von jeder der aufeinander
folgenden Positionen dieses Punkts die aufeinander folgenden Koordinaten
des Schnittpunkts parallel zu der Rotationsachse der Linse hergeleitet.
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Eine
Triangulationsrechnung erlaubt die aufeinander folgenden Koordinaten
des Lichtspots nach der Messung der Positionen seines Bildes herzuleiten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist der oder jede Lichtquelle so ausgerichtet, dass das Lichtbündel und
die Rotationsachse der Linse im Wesentlichen koplanar sind.
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Beispielsweise
ist/sind die optische(n) Aufnahmeeinrichtung(en) dazu ausgelegt,
dass ihre optische Ausrichtungsachse mit dem Lichtbündel/Lichtstrahl
einen konstanten Ausrichtungswinkel ungleich Null ausbildet.
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Der
Wert dieses Ausrichtungswinkels ist vorzugsweise im Bereich von
40° bis
50° und
ist zum Beispiel gleich 45° gewählt.
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Wenn
das Lichtbündel
gerade ist und eine Ebene mit der Rotationsachse der Linse ausbildet, bildet
die Ausrichtungsachse beispielsweise mit dem Lichtbündel eine
Ebene senkrecht zu der Ebene aus, die durch das Lichtbündel und
die Rotationsachse der Linse gebildet ist.
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Wenn
das Lichtbündel
eben ist und sich in einer Ebene beinhaltend die Rotationsachse
der Linse erstreckt, ist die optische Aufnahmeeinrichtung vorzugsweise
so angeordnet, dass die Ausrichtungsachse mit der Winkelhalbierenden
des Lichtbündels eine
Ebene senkrecht zu der Ebene ausbildet, die das Lichtbündel und
die Rotationsachse der Linse beinhaltet.
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Zum
Zwecke der Präzision
kann die oder jede Lichtquelle so gewählt werden, dass das Lichtbündel, das
sie produziert, kohärent
ist; es handelt sich beispielsweise um einen Laser.
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Die
optische Aufnahmeeinrichtung(en) umfasst beispielsweise ein Objektiv,
dessen optische Achse mit der Ausrichtungsachse überlagert ist, so wie einen
Schirm, welcher die Ausrichtungsachse schneidet und an dem sich
das Bild des Lichtspots ausbildet.
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Dieser
Schirm kann im Wesentlichen senkrecht zu der Ausrichtungsachse sein,
aber er kann genauso gut geneigt bezüglich dieser gemäß einem nicht
rechten Winkel sein.
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Beispielsweise
ist der Schirm bezüglich
der Ausrichtungsachse gemäß einem
Winkel geneigt, dessen Wert im Wesentlichen gleich 45° ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich im Lichte der
folgenden Beschreibung einer lediglich beispielhaft und nicht einschränkend angegebenen
Ausführungs
form, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben ist in denen:
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die 1 eine
partielle Perspektivansicht einer Schleifvorrichtung gemäß der Erfindung
ist, welche eine Drehhalterung zur Montage der Linse, ein Drehschleifwerkzeug,
zwei Messeinrichtungen umfasst, jede ausgebildet aus einer Lichtquelle
und einer optischen Aufnahmeeinrichtung, welche beiderseits der
Linse angeordnet sind;
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die 2 eine
perspektivische Detailansicht der Linse und einer der Messeinrichtungen
der 1 ist, gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Lichtquelle ein lineares Lichtbündel produziert,
welches an der beleuchteten Seite der Linse einen im wesentlichen
punktförmigen
Lichtspot ausbildet; dort ist ebenfalls in gestrichelten Linien
das zu messende Profil dargestellt;
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die 3 eine
Teilschnitt-Seitenansicht der Linse und der Messeinrichtung der 2 ist,
entlang einer in dieser Figur durch die Ebene III-III dargestellten
Schnittebene;
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die 4 ein
Schema ist, welches in der Ebene die Beleuchtungsachse der Lichtquelle
der 2 und 3, sowie das Objektiv der optischen Aufnahmeeinrichtung
und deren Schirm darstellt, gemäß einer
Ausführungsform,
bei der der Schirm senkrecht zur optischen Achse des Objektivs ist;
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die 5 eine
Ansicht analog zur 4 ist, gemäß einer Ausführungsvariante,
bei der der Bildschirm der optischen Aufnahmeeinrichtung mit der optischen
Achse des Objektivs einen Winkel von ungefähr 45° bildet;
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die 6 eine
schematische Ansicht ist, welche den Schirm der optischen Aufnahmeeinrichtung der
vorangegangenen Figuren zeigt, an dem sich in der Form eines Punktes
ein Bild des Lichtspots befindet, welcher an der beleuchteten Seite
der Linse ausgebildet ist;
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die 7 eine
analoge Ansicht zur 2 ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform,
bei der die Lichtquelle ein ebenes Lichtbündel bildet, welches an der
beleuchteten Seite der Linse einen linearen Lichtspot ausbildet;
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die 8 eine
Schnittansicht der Linse der 7 ist, entlang
der Schnittebene VIII-VIII; die optische Messeinrichtung ist ebenfalls
schematisch dargestellt;
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die 9 eine
schematische Ansicht analog zu der 6 ist aber
für die
zweite Ausführungsform der 7 und 8:
das Bild des Lichtspots zeigt sich auch auf dem Schirm in der Form
eines Striches;
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die 10 eine
Detailansicht von der Seite ist, welche die Linse der 1 während des
Fasenschleifens zeigt, entlang der in dieser Figur durch den Pfeil
X gekennzeichneten Richtung.
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In
den Figuren sind eine Linse 1 dargestellt, welche zwei
optische Oberflächen/Flächen aufweist, welche
jeweils eine so genannte Vorderseite 2 und eine so genannte
Rückseite 3 umfassen,
verbunden Mittels eines anfänglich
zylindrischen Randes/Umfangs 4 mit kreisförmigen Profil
(1, 2) was im Wesentlichen der Form
entspricht, in der Rohlinsen an die Optiker geliefert werden.
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Die
Linse 1 ist dazu bestimmt Schleifvorgängen ausgesetzt zu werden,
die durch Bearbeitung Ihres Randes 4 darauf hin wirken
die Kontur dieser an die Kontur eines Kreises eines Rillengestells
(nicht dargestellt) anzupassen.
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Am
Ende weist der Rand/Umfang 4 der Linse 1, begrenzt
an der Vorderseite 2 durch einen so genannten vorderen
Rand 5 und an der Rückseite 3 durch
einen so genannten hinteren Rand 6 (in der 2 mit
unterbrochenen Linien dargestellt) eine Kontur auf, die im Wesentlichen
demjenigen des Kreises des Gestells entspricht.
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Um
den festen/geschlossenen Halt der Linse zu gewährleisten, weist ein solcher
Kreis gewöhnlicherweise
eine innere Nut auf, im Allgemeinen Frontring/Haltering genannt,
mit im Wesentlichen dreieckigem Querschnitt, wohingegen an dem Rand/Umfang 4 der
Linse 1 eine Rippe 7 mit im Wesentlichen dreieckigen
Querschnitt ausgeführt
ist, im Allgemeinen Fase genannt, dazu geeignet durch Fassung mit
dem Haltering wechselzuwirken.
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Bestimmte
Halteringe/Frontringe weisen einen gekrümmten Abschnitt auf, zum Beispiel
einen Kreisbogen in welchem Fall an der Linse 1 eine Nut mit
gekrümmtem
Querschnitt von entsprechendem Profil ausgeführt wird.
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Bestimmte
Ränder/Kreise
der Gestelle weisen dahingegen eine innere Rippe und/oder einen Draht
auf in welchem Fall am Rand 4 der Linse 1 eine Nut
ausgeführt
wird, die dazu geeignet ist mittels Passung mit Rippe und/oder diesem
Draht zusammen zu wirken.
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Im
Folgenden der Beschreibung wird angenommen, dass gewünscht ist
an der Linse 1 eine Fase 7 auszubilden, wobei
die entsprechenden Schleifvorgänge
leicht zur Ausführung
einer Nut angepasst werden können.
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Das
Schleifen der Linse 1 umfasst zumindest zwei Vorgänge. Das
heißt
einen Vorschleifvorgang, der darauf abzielt dem Rand 4 der
Linse 1 eine Kontur zu verleihen, die derjenigen des Kreises
des Gestells nahe kommt, im Allgemeinen mit einem Überstand,
und dann einem Feinbearbeitungsvorgang, der darauf abzielt an dem
Rand 4 der Linse 1, in diesem Fall eine Fase auszubilden.
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Um
eine gute Passung/Einpassung ohne Schwierigkeiten der Linse 1 in
dem entsprechenden Kreis des Gestells zu erlauben, muss die dreidimensionale
Form der Fase 7 der dreidimensionalen Form des Halterings
entsprechen, welche sich im Allgemeinen nicht in einer Ebene erstreckt,
sondern eine leichte Krümmung/Wölbung aufweist.
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Diese
dreidimensionale Form des Halterings ist vorab bei den Schleifvorgängen der
Linse 1 festgestellt worden mittels eines speziellen Apparats (nicht
dargestellt).
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Die
dreidimensionale Form der Fase 7, das heißt in der
Praxis die dreidimensionale Form seiner Spitze ist somit vorbestimmt.
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Nach
diesem Bestimmungsvorgang ist im Allgemeinen ein Ausrichtungs- und
Zentriervorgang der Linse vorgesehen, der darauf abzielt diese im richtigen
Winkel bezüglich
des Kreises des Gestells zu positionieren, wobei ihr optisches Zentrum
mit der Pupillenachse des Trägers
in horizontaler Trageposition in Deckung gebracht wird.
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Wenn
dieser Positioniervorgang durchgeführt ist, wird an der Linse
ein Haftgreifblock 8, im Allgemeinen „Eichel" genannt, angeordnet und die Gesamtheit
in einer Schleifvorrichtung 9 (wie unten beschrieben) montiert
unter Beibehaltung der Zentrierung und der Ausrichtung der Linse 1.
Letztere befindet sich also in der in der 1 dargestellten
Konfiguration.
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Diese
Vorgänge
sind detaillierter in der, von der Anmelderin angemeldeten unter
der Nr.
FR-A-2742238 veröffentlichten
französischen
Patentanmeldung beschrieben. Der entsprechende Apparat, hergestellt
von der Anmelderin ist im Übrigen kommerziell
erhältlich.
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Zudem
weist die Linse 1 im Bereich ihres Randes eine bestimmte
Dicke auf, sodass sie nach ihrer Montage in dem Kreis des Gestells
beiderseits dessen herausragt.
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Die
auszuführende
Fase 7 muss somit korrekt zwischen dem vorderen Rand 5 und
dem hinteren Rand 6 positioniert sein, um eine korrekte
Positionierung der Linse 1 in Ihrem Kreis zu gewährleisten.
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Um
dieses korrekte Positionieren der Fase 7 zu gewährleisten,
wird vor dem rändern/schleifen
der Linse 1 zum Messen/Vermessen der auszubildenden dreidimensionalen
Form des vorderen Rands 5 und des hinteren Rands 6 übergegangen.
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Wie
im Folgenden ersichtlich, wird jede dieser Messungen kontaktlos
ausgeführt.
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Zunächst beschreiben
wir aber das Schleifgerät 9.
Es handelt sich um eine automatische Schleifmaschine, zum Beispiel
mit digitaler Steuerung.
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Diese
Schleifmaschine/Schleifgerät 9 umfasst
zwei Tragarme 10 gegenüber
einander, zwischen denen die Linse 1 durch Klemmen gehalten wird.
Diese Tragarme 10 sind gemeinsam um eine erste gemeinsame
Achse A1 in Rotation versetzt.
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Die
Tragarme 10 sind an einem beweglichen Träger 11 montiert,
welcher frei schwenkend an einem (nicht dargestellten) Gestell des
Schleifgeräts 9 montiert
ist, um eine zweite Achse A2 parallel zu der ersten Achse A1. Angesichts
dieser Kinematik wird der Träger 11 in
der folgenden Beschreibung Waage genannt.
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Das
Schleifgerät 9 umfasst
darüber
hinaus ein Werkzeug 12, angeordnet ausgerichtet bezüglich der
Tragarme 10 und in Rotation um eine dritte Achse A3 parallel
zu den vorangegangenen A1 und A2 angetrieben. Es handelt sich hierbei
um ein Schleifwerk, das dazu geeignet ist, die Gesamtheit der Vorschleif-, Endbearbeitungsfasenschleif-
und Nutherstellungsvorgänge
auszuführen.
Es könnte
sich aber genauso gut um eine einfache Schleifscheibe handeln.
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Das
Werkzeug 12 wird von einem, mittels eines Motors M1 entlang
der Achse A3 in Translation beweglichen Schlitten (nicht dargestellt)
getragen. Diese Beweglichkeit in der Translation ist in der 1 durch
den mit Z bezeichneten Doppelpfeil dargestellt.
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Die
Bewegung der Waage 11 dient dazu, die Tragarme 10 des
Werkzeugs 12 anzunähern
oder zu entfernen, sodass sie der Kontur der Linse 1 die
vorbestimmte Form verleihen.
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Das
Schleifgerät 9 umfasst
zudem einen Arm 13, einerseits Mittels eines ersten Endes 14 am
Gestell um die zweite Achse A2 der Waage 11 und andererseits
Mittels eines zweiten Endes 15 um eine vierte Achse A4
parallel zu den vorangegangenen A1, A2, A3 beweglich an einer Nuss 16 montiert,
welche selbst in Translation beweglich entlang einer fünften Achse
A5 montiert ist, im Allgemeinen als Nachführachse bezeichnet, senkrecht
zu den ersten Achsen A1–A4.
Die Beweglichkeit in Translation der Nuss 16 ist in der 1 durch
den mit X bezeichneten Doppelpfeil dargestellt.
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Die
Nuss 16 weist einen Gewindeeinschnitt auf; sie ist im Schraubeingriff
mit einem Gewindestab 17, der sich entlang der fünften Achse
A5 erstreckt, um die er Mittels eines Motors M2 in Rotation versetzt wird.
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Zwischen
der Waage 11 und dem Arm 13 ist ein Kontaktsensor
(nicht dargestellt) angeordnet, zum Beispiel von elektromagnetischer,
optischer oder einfach elektrischer Art. Ein solches Schleifgerät 9,
auf die die Erfindung hier angewandt wird, ist dem Fachmann wohl
bekannt, da sie kommerziell verbreitet ist und in der Vergangenheit
Gegenstand vieler Patente der Anmelderin war.
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Es
kann auf die unter der Nr.
FR-A-2734505 veröffentlichte
französische
Patentanmeldung Bezug genommen werden.
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Wenn
die zu schleifende Linse 1, eingeklemmt zwischen den Tragarmen 10,
durch diese in Rotation versetzt, in Kontakt mit dem Werkzeug 12, durch
Schwenken der Waage 11, hin zur einer Arbeitsposition gebracht
wird, in der die Tragarme 10 sich in der Nähe des Werkzeugs 12 befinden,
ist die Linse 1 Gegenstand einer Materialabtragung durch das
Werkzeug 12 bis die Waage 11 in Anschlag mit dem
Arm 13 kommt.
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Jeder
Schleifvorgang (Vorschleifen, Entbearbeitung) wird als beendet angenommen
wenn der Anschlag der Waage 11 an dem Arm 13 mittels
des Sensors detektiert wurde, bei einer kompletten Umdrehung der
Linse 1 um die erste Achse A1. Die Kontur des Randes 4 der
Linse 1 entspricht also im Allgemeinen mit Überstand
der Kontur des Kreises des Gestells, für das die Linse 1 bestimmt
ist.
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Das
Schleifgerät 9 umfasst
eine Steuerungseinheit 18, um diese Vorgänge zu koordinieren,
und dazu verbunden mit den Motoren M1 und M2. Es ist diese Steuerungseinheit 18,
in der sich die dreidimensionale Form des Halterings gespeichert
befindet.
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Das
Schleifgerät 9 umfasst
zudem für
die Messung der dreidimensionalen Form des zu bildenden vorderen
Randes 5 eine erste optische Messeinrichtung 19 und
zur Vermessung der dreidimensionalen Form des zu bildenden hinteren
Randes 6 eine zweite optische Messeinrichtung 20.
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Diese
Einrichtungen 19, 20 sind beiderseits der Linse 1 angordnet
wobei jede eine Lichtquelle 21 umfasst, welche an dem Gestell
des Schleifgeräts 9 befestigt
und gegenüber
einer der Seiten 2, 3 der Linse 1 angeordnet
ist.
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Diese
Lichtquelle 21, welche bezüglich des Werkzeugs 12 an
der anderen Seite des Trägerarms 10 angeordnet
ist, produziert ein Lichtbündel 22,
welches hin zu dieser Seite 2, 3 der Linse 1 gerichtet
ist um dort einen Lichtspot 23 auszubilden.
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Das
Ausbilden dieses Spots 23 resultiert aus einem Diffusionsphänomen beim
Aufprall des Strahls/Bündels 22 an
der Fläche 2, 3,
welche eine bestimmte Rauheit aufweist.
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Dieses
Diffusionsphänomen
ist in der 3 durch konzentrische Pfeile
dargestellt, welche das diffundierte Licht kennzeichnen.
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Diese
Lichtquelle 21 ist vorzugsweise ein Laser, ausgewählt wegen
seiner Präzision,
und das produzierte Lichtbündel 22 ist
somit kohärent.
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Gemäß einer
in den 2–6 dargestellten
Ausführungsform
ist die Quelle so gewählt
und eingestellt, dass das hergestellte Lichtbündel 22 geradlinig
ist, sodass der auf der beleuchteten Seite 2, 3 der
Linse 1 gebildete Spot 23 ein im Wesentlichen punktförmiger Spot
ist.
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Die
Lichtquelle 21 ist so angeordnet, dass das Bündel 22 gleichzeitig
von der Rotationsachse A1 der Trägerarme 10 beabstandet
und zu diesem parallel ist, so dass sie zusammen eine mit P bezeichnete
Ebene ausbilden.
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Jede
optische Messvorrichtung 19, 20 umfasst zudem
optische Aufnahmeeinrichtungen 24 in der Form einer Kamera,
ausgerüstet
mit einem Objektiv 25 und einem photosensitiven Schirm 26.
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Die
Kamera 24 ist auf den Lichtspot 23 gerichtet.
Genauer gesagt weist diese Kamera 24 eine Ausrichtungsachse
A6 auf, welche mit der optischen Achse ihres Objektivs 25 zusammen
fällt,
und die das Lichtbündel 22 in
der Nähe
des Lichtspots 23 schneidet, sodass sie ein im Wesentlichen
punktförmiges Bild 27 von
diesem an dem Schirm 26 bildet (6).
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Die
Kamera 24 ist einerseits so ausgerichtet, dass ihre Ausrichtungsachse
A6 zusammen mit dem Lichtbündel 22 eine
mit P' bezeichnete
Ebene senkrecht zu der Ebene P bildet.
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Andererseits
ist sie so ausgerichtet, dass ihre Ausrichtungsachse A6 mit dem
Lichtbündel 22 einen
als Ausrichtungswinkel bezeichneten konstanten Winkel α ungleich
null bildet.
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Der
Wert dieses Ausrichtungswinkels α liegt beispielsweise
zwischen 40° und
50°. Vorzugsweise ist
der Wert des Ausrichtungswinkels α im
Wesentlichen gleich 45°.
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Um
die dreidimensionale Form jedes zu bildenden Randes 5, 6 zu
messen, wird wie folgt verfahren.
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Die
Linse 1 wird durch ein Schwenken der Waage 11 positioniert,
bis der Lichtspot 23 mit dem zu bildenden Rand 5, 6 überein kommt,
von dem bereits die Projektion auf der Ebene senkrecht zur Rotationsachse
A1 der Linse 1 bekannt ist, wobei diese Projektion in der
Steuereinheit 18 bei dem Messen der Kontur das Halterings
gespeichert worden ist.
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Die
Linse 1 wird somit in Rotation um ihre Achse A1 versetzt,
wobei die Steuereinheit 18 gleichzeitig und kontinuierlich
das Schwenken der Waage 11 steuert, so dass der Lichtspot 23 die
Gesamtheit des zu bildenden Randes 5, 6 in Übereinstimmung mit
diesem in jedem Punkt abtastet.
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Darüber hinaus
versetzt sich in Anbetracht der leichten Krümmung der beleuchteten Seite 2, 3 der
Lichtspot 23 während
der Rotation der Linse 1 parallel zu der Rotationsachse
A1 von dieser entlang einer geradlinigen Bahn 28 zwischen
zwei Umkehrendpunkten 29, 30, wobei der diese
zwei Punkte 29, 30 trennende Abstand Tiefe des
Feldes genannt wird.
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Gemeinsam
damit versetzt sich das punktförmige
Bild 27 des Lichtspots 23 auf dem Schirm 26 ebenfalls
entlang einer geradlinigen Bahn 31, welche in der 6 mit
unterbrochenen Strichen dargestellt ist. Diese Bahn 31 ist
die Projektion der Bahn 28, welcher der Lichtspot 23 folgt,
auf dem Schirm 26.
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Es
versteht sich, dass die Größe des Schirm 26 und
der Abstand von der Linse 1 in dem sich die Kamera 24 befindet,
in Abhängigkeit
von der Tiefe des Feldes gewählt
sind, damit das Bild 31 der Bahn des Lichtspots 23 niemals
den Schirm 26 verlässt.
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Im
Allgemeinen ist die Tiefe des Feldes im Vornherein bekannt, so dass
es möglich
ist, eine Voreinstellung des Schirmes 26 vorzunehmen.
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Ein
Versetzen des Lichtspots 23 über eine Distanz dz entlang
seiner geradlinigen Bahn 28 bewirkt ein proportionales
Versetzen seines Bildes 27 entlang der eigenen Bahn 31 über eine
Distanz d1.
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Die
aufeinander folgenden Positionen des Bildes 27 des Spots 23 auf
dem Schirm 26 werden in jedem Punkt gemessen.
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Bekannte
Lösungen
erlauben eine solche Messung durchzuführen. Dazu kann der Schirm 26 einen
optischen Matrizensensor vom Typ CCD umfassen, wobei die darin gebildeten
Bilder somit Gegenstand einer klassischen digitalen Verarbeitung sind.
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Hier
sind die ausgesandte Wellenlänge
des Bündels 22 und
der Bereich der Wellenlängen,
die durch das Material der Linse 1 durchlässig sind,
inkompatibel gewählt.
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Das
Material der Linse ist für
bestimmte UV-Strahlen durchlässig
und allgemeiner für
jedes Bündel
einer minimalen Wellenlänge
von 325 nm. Eine Lichtquelle, deren Wellenlänge geringer als dieser Wert
ist, wird sich gegenüber
einer der Linsen so verhalten, als ob diese opak wäre. Eine
UV-Diode oder eine UV-Laserdiode kann dazu vorteilhafter Weise als
Lichtquelle verwendet werden, um eventuelle sekundäre Bilder
des Bündels 22,
welche sich an der optischen Aufnahmeeinrichtung 24 bilden,
zu unterdrücken,
wobei diese Bilder sich zusätzlich
zu dem direkt von der ersten getroffenen Fläche der Linse 1 reflektierten
Bild bilden, was für
die Umsetzung der Erfindung notwendig ist.
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Diese
Sekundärbilder
können
daher herrühren,
dass, wenn das ausgesandte Bündel 22 durch die
Linse 1 durchlässig
ist, jegliche Intensität
des Bündels 22 nicht
vollständig
von der ersten getroffenen Oberfläche reflektiert wird. Ein Rest-Bündel kann ins
Innere des Glases diffundieren und entlang eines Brechungswinkels
die gegenüber
liegende Seite zu der einfallenden Seite treffen und dort als Sekundärbild in
Richtung der optischen Aufnahmeeinrichtung 24 reflektiert
werden. Andere Sekundärbilder
können ebenfalls
durch Vielfachreflektionen des Bündels
zwischen den Seiten des Glases gebildet werden entlang dem durch
die dicke Wellenlinie 1 begrenzten Bahnen.
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Gemäß einer
in den 3 und 4 dargestellten Ausfübrungsform
erstreckt sich der Schirm 26 in einer Ebene senkrecht zur
Ausrichtungsachse A6.
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Als
Variante (5) erstreckt sich der Schirm 26 in
einer bezüglich
der Richtungsachse geneigten Ebene um mit letzterer einen nicht
rechten Winkel β auszubilden,
dessen Wert zwischen 40° und 50° liegt, vorzugsweise
gleich oder im Wesentlichen gleich von 45°.
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Eine
einfache Triangulationsrechnung erlaubt aus der Position seines
Bildes 27 die Position oder Koordinaten des Spots 23 entlang
seiner Bahn 28 herzuleiten.
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Die
Ergebnisse werden für
jede Winkelposition der Linse 1 in der Steuereinheit 18 gespeichert,
so dass nach einer vollständigen
Umdrehung der Linse 1 ein Datenensemble, das eine digitale
Modulierung der dreidimensionalen Form des zu bildenden Randes 5, 6 bildet,
gespeichert ist.
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Gemäß einer
zweiten in den 7 bis 9 dargestellten
Ausführungsform
ist die Quelle 21 so gewählt und gesteuert, dass das
produzierte Lichtbündel 22' eben ist, so
dass der an der beleuchteten Seite 2, 3 der Linse 1 gebildete
Spot 23' ein
im Wesentlichen linearer Spot ist.
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Das
Montieren der optischen Messeinrichtung 19, 20 ist
das Gleiche wie das zuvor für
die erste Ausführungsform
beschriebene, wobei die Verwendung der Winkelhalbierenden 32 des
Lichtbündels 22 zur
Ausrichtung der Kamera 24 das geradlinige Lichtbündel 22 der
ersten Ausführungsform
substituiert.
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Dabei
ist die Lichtquelle 21, wobei sie von der Rotationsachse
A1 der Trägerarme 10 beabstandet
ist, so angeordnet und eingestellt, dass einerseits die Ebene P
in der sich das Lichtbündel 22' erstreckt, diese
Rotationsachse A1 beinhaltet und andererseits so, dass die Winkelhalbierende 32 des
Bündels 22' im Wesentlichen
parallel zu dieser selben Rotationsachse A1 ist.
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Die
Ausrichtungsachse A1 bildet mit der Winkelhalbierenden 32 des
Lichtbündels 22' eine Ebene P' senkrecht zu der
durch diese gebildete Ebene P, wobei der Wert des Ausrichtwinkels α derselbe
wie zuvor ist.
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Um
eine solche Ausrichtung zu erreichen, genügt es in der Praxis die Montage
der oben beschriebenen Ausführungsform
wieder zu verwenden und an die Lichtquelle eine Verbreiterungslinse
anzufügen,
um ein ebenes Lichtbündel 22' auszubilden.
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Die
Kamera 24 ist dabei so ausgerichtet, dass ihre Ausrichtungsachse
A6 das Lichtbündel 22' an ihrer Winkelhalbierenden 32 schneidet,
wobei das Bild 27' des
Lichtspots 23' an
dem Schirm 26 somit auf Grund der Konkavität (oder
der Konvexität)
der beleuchteten Seite 2, 3 eine gekrümmte Linie
ist.
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Um
die dreidimensionale Form des zu bildenden Rands 5, 6 zu
messen wird für
den mechanischen Teil in der gleichen Weise fortgefahren, wie zuvor
für die
erste Ausführungsform
beschrieben, wobei lediglich die Behandlung/Bearbeitung des Bildes 27' unterschiedlich
ist. Folglich sind die Rechenmittel der Steuereinheit 18 angepasst.
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Dabei
wird die Linse 1 durch ein Schwenken der Waage 11 positioniert
bis die Winkelhalbierende 32 des Lichtbündels 22' mit dem zu
formenden Rand 5, 6 der beleuchteten Seite 2, 3 übereinstimmt,
wobei letzterer im Wesentlichen an dem Lichtspot 23' zentriert ist.
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Die
Linse 1 wird in Rotation um ihre Achse A1 versetzt, wobei
die Steuereinheit 18 gleichzeitig und kontinuierlich das
Schwenken der Waage 11 steuert, so dass der Lichtspot 23' die Gesamtheit
des zu bildenden Randes 5, 6 abtastet, wobei die
Winkelhalbierende 32 des Lichtbündels 22' in jedem Punkt mit
dem zu bildenden Rand 5, 6 übereinstimmt.
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Während der
Drehung/Rotation der Linse 1 versetzt sich der Lichtspot 23' parallel zur
Rotationsachse A1 von dieser entlang einer Bahn umfasst zwischen
zwei Umkehrrandlinien, wohingegen sein Bild 27' sich gemeinsam
auf dem Schirm 26 versetzt.
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An
jedem Punkt ist eine Messung der Position auf dem Schirm 26 von
jedem Punkt dieses Bildes 27' durchgeführt.
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Eine
einfache Rechnung des Mittels erlaubt es, einen Zwischenpunkt des
Bildes 27' auszuwählen, der
dem Schnitt des Spots 23' mit
dem zu bildenden Rand 5, 6 entspricht, von dem
mittels Triangulation die Position oder Koordinaten entlang seiner Bahn
hergeleitet werden, d.h. parallel zu der Rotationsachse A1 der Linse 1.
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Die
Datenbearbeitung ist also die gleiche wie zuvor, und es wird am
Ende eine digitale Modelisierung der dreidimensionalen Form des
zu bildenden Randes 5, 6 erhalten.
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Dahingegen
ist dieses zweite Verfahren zumindest in der Theorie präziser als
das Erste.
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In
der Tat entspricht das im Schirm 26 gebildete Bild 27,
wenn sich Verunreinigungen auf der Bahn des geradlinigen Lichtbündels 22 befinden, nicht
mehr einem Punkt des zu bildenden Randes 5, 6,
was zu einem Messfehler führen
kann, wenn dieser auch punktuell ist.
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Bei
der Verwendung eines ebenen Lichtbündels 22' ruft das Vorhandensein
von Verschmutzungen auf der Bahn des Bündels 22' das Erscheinen von
Diskontinuitäten
in dem Bild 27' hervor,
es ist aber möglich
ein kontinuierliches Bild mittels einer einfachen Interpolationsrechnung
wieder herzustellen.
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Gemäß einer
in der 1 dargestellten Ausführungsform sind die optischen
Messeinrichtungen 19, 20 symmetrisch bezüglich der
Linse 1 angeordnet, so dass ihre Lichtquellen 21 gegenüber einander angeordnet
sind, wobei die Bündel 22, 22' die sie produzieren
koaxial (für
die erste Ausführungsform)
beziehungsweise koplanar (für
die zweite Ausführungsform)
sind.
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Um
eine Messung des vorderen Rands 5 und des hinteren Rands 6 zu
erhalten, kann auf zumindest zwei verschiedene Arten fortgefahren
werden.
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Es
ist möglich
eine erste vollständige
Umdrehung der Linse 1 durchzuführen, während der die eine der Quellen 21 aktiviert
ist, um die dreidimensionale Form des entsprechenden zu formenden Rands 5 zu
messen und danach eine zweite vollständige Umdrehung durchzuführen, während der
die andere Lichtquelle 21 aktiviert ist, um den anderen
zu formenden Rand 6 zu messen.
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Als
Variante ist es möglich
eine einzelne vollständige
Umdrehung der Linse 1 auszuführen, während der, für jede Winkelposition
dieser wechselweise jede der beiden Lichtquellen 21 aktiviert
wird, um gleichzeitig die beiden zu formenden Ränder 5 und 6 zu
messen, ohne dass die Lichtquelle 21 der ersten Messeinrichtung 19,
die durch die zweite Einrichtung 20 durchgeführten Messungen,
und umgekehrt, mittels eines Brechungsphänomens stört.
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Konkret übertragen
sich diese wechselweisen Aktivierungen durch gegenphasiges Blinken
der beiden Lichtquellen.
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Schließlich wird
eine digitale Modelisierung der dreidimensionalen Form des zu bildenden
vorderen Rands 5 und des zu bildenden hinteren Rands 6 sowie
deren Lokalisierung parallel zu der Rotationsachse A1 der Linse 1 erhalten.
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Es
ist also vorab die Dicke der Linse 1 in Bezug auf ihre
zu formenden Ränder 5, 6 bekannt,
und es kann die Lokalisierung eines vorbestimmten so genannten Zwischenprofils 33,
welches der Spitze der zu bildenden Fase 7 entspricht,
zwischen dem vorderen Rand 5 und dem hinteren Rand 6 gewählt werden.
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Wie
zuvor beschrieben umfasst das Schleifen der Linse einen ersten Vorbearbeitungsschritt während dessen
die Linse 1 bearbeitet wird, wobei ihr Rand 4 Gegenstand
einer Materialabtragung ist, bis diese die vorbestimmte gewünschte Kontur
aufweist, wobei der oben genannte vordere Rand 5 und der
hintere Rand 6 somit gebildet werden.
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Dieser
Vorbearbeitungsschritt kann mittels eines Vorschleifers 34 eines
Sets von Schleifern 12 ausgeführt werden. Das Schleifen umfasst
daraufhin einen zweiten Bearbeitungsschritt in diesem Fall des Fasenschleifens,
währenddessen
an dem Rand 4 der Linse 1 eine Fase 7 entlang
der vorbestimmten Form und Lokalisierung, wie oben beschrieben,
hergestellt wird.
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Dieser
Schritt kann mittels eines Feinschleifers 35 des Sets von
Schleifern 12, neben dem Vorschleifer 34 ausgeführt werden
und bei dem eine Nut/Rille 36 ausgeführt wird, deren Querschnitt
ein Profil in der Form eines V aufweist.
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Für jede Winkelposition
der Linse 1 steuert die Steuereinheit 18 in Abhängigkeit
der ausgeführten
Messungen die relative Positionierung des Werkzeugs 12 und
der Linse 1 entlang einer Richtung parallel zu der Rotationsachse
A1 der Linse 1, so dass sich der Boden der Nut 36 systematisch
ausgerichtet bezüglich
des in der Steuereinheit 18 gespeicherten Zwischenprofils 33 befindet.
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Die
oben beschriebenen optischen Messungen weisen eine höhere Präzision bezüglich klassischer
mechanischer Messungen auf, zu Gunsten der Präzision des Schleifens.
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Die
Erfindung wurde mit Bezug auf eine Ausführungsform einer Fase 7 in
Form eines V an dem Rand 4 der Linse 1 beschrieben.
Es versteht sich jedoch, dass es möglich ist in gleicher Weise
eine Nut anstelle einer Fase auszuführen.
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Dazu
reicht es, einen Nutschleifer zu verwenden, welcher eine Randrippe
aufweist.
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Genauso
kann die Erfindung zum Abkanten/Abfasen der Ränder der Linse, in Abhängigkeit der
ausgeführten
dreidimensionalen Messungen ausgeführt werden.
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Wenn
es lediglich notwendig ist, einen der Ränder des Umfangs/Randes der
Linse abzukanten, kann man sich damit zufrieden geben, die dreidimensionale
Form dieses Randes zu messen, in der zuvor beschriebenen Art. Es
reicht also, eine einzige optische Messeinrichtung anzuwenden oder
zu aktivieren.