Verfahren zur Positionierung einer Linse

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Optik und Feinmechanik und eignet sich besonders zur Verwendung bei der Herstellung oder Bearbeitung von Linsen wie beispielsweise Brillengläsern, insbesondere individuellen Präzisionsgleitsichtgläsern, jedoch auch anderen Brillengläsern.

Bekannte Herstellungsverfahren für komplexe Linsen wie beispielsweise Präzisionsgleitsichtgläsern für Gleitsichtbrillen sehen vor, dass vorfabrizierte Halbzeuge, sogenannte Blanks, in einem Herstellungsschritt individuell weiterbearbeitet werden. Die Herstellung der Vorprodukte kann beispielsweise durch die Bearbeitung mit CNC-Maschinen oder im Gussverfahren erfolgen, wobei beispielsweise eine Oberfläche der Linse im Vorverfahren bereits fertiggestellt und die gegenüberliegende Oberfläche individuell bearbeitet werden kann. Die individuelle Anpassung der Linsen/Gläser/Brillengläser (diese Begriffe werden in diesem Text teilweise synonym verwendet) erfolgt entsprechend den individuellen Erfordernissen (Sehstärke, Sehprofil) in einem individualisierten Arbeitsschritt. Die derart hergestellte Linsenoberfläche wird auch Rezeptfläche genannt.

Für eine solche Bearbeitung ist es notwendig, die Position und Orientierung des vorbearbeiteten Glases in Bezug auf eine Bearbeitungseinrichtung und/oder eine Manipulationseinrichtung zu kennen. Ist diese Position/Orientierung bekannt, so kann das Glas in der Bearbeitungseinrichtung oder Manipuliereinrichtung festgelegt und bearbeitet werden.

Üblicherweise wird nach Fertigstellung des Glases/der Linse diese in Bezug auf die dioptischen Werte (Brechwert, Achse, Zylinder, Dicke usw.) vermessen und es werden Permanentmarkierungen und/oder Stempelmarkierungen auf das Glas/die Linse aufgebracht, die entsprechende Parameter der Linse (Glasbezugspunkt, Passkreuz, Fern- und Nahbereichskreis usw.) definieren.

In einem folgenden Schritt findet die Anpassung des Glases an eine individuelle Fassung, insbesondere ein Brillengestell sowie an die biometrischen Augen- und Gesichtsmaße des Trägers statt. Hierzu muss das Glas für den Einbau in die Fassung geeignet zentriert werden, so dass die optische Mittelachse des Glases bestmöglich zur Pupillenposition und Sehachse des Trägerauges ausgerichtet wird. Nach dieser Zentrierung wird das Glas an die Fassungskontur (bei Rahmengestellen) oder an die Lage der Befestigungspunkte (bei rahmenlosen Gestellen) angepasst. Dieser Vorgang wird als Einschleifen der Gläser bezeichnet. Für diesen Vorgang ist eine präzise Positionierung und Orientierung des Glases in oder relativ zu einer Bearbeitungsmaschine erforderlich. Zu diesem Zweck wird zunächst mittels einer optischen Messeinrichtung die Permanent-/Stempelmarkierung am Glas und damit dessen Bezugskoordinatensystem erfasst und rekonstruiert und das Glas in der so definierten Position relativ zur Bearbeitungseinrichtung festgelegt.

Es sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik Verfahren zur Bestimmung des optischen Bezugskoordinatensystems der Linse anhand von Permanent- und/oder Stempelmarkierungen bekannt, welche jedoch Defizite aufweisen, sobald erhöhte Präzisionsanforderungen gestellt werden. Aus den Patentdokumenten EP1093907EP 1 093 907 A2A2, DE10392953DE 103 92 953 B4B4, EP1762337EP 1 762 337 A1A1, US2007/02366576US 2007/02366576 A1A1, DE4431880DE 44 31 880 C2C2 und DE102007037730DE 10 2007 037 730 A1A1 sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen für eine optische Markierungserkennung und eine Glasausrichtung bekannt.

Aus der EP1093907EP 1 093 907 A2A2 ist ein Verfahren für die Festlegung von Brillengläsern zur Herstellung einer Glasrandkontur bekannt. Eine erste dort beschriebene Methode basiert auf der Erfassung der Referenzmerkmale des Glases, eine zweite Methode nutzt die optische Wirkung des Glases zur Bestimmung der Lage. Eine Lagebestimmung des Glases erfolgt lediglich in einer Ebene und in Bezug auf eine Drehposition um eine auf dieser Ebene senkrechte Achse.

Aus der DE10392953DE 103 92 953 B4B4 ist ein Verfahren zum Positionieren von Brillengläsern für weitere Bearbeitungsschritte bekannt, das eine Ausrichtung der Linse durch translatorische und rotatorische Positionierung vorsieht. Die Position und Orientierung der Linse wird durch eine zweidimensionale Abbildung mittels einer Kamera unter Nutzung der Glasform und bestehender Markierungen ermittelt.

Aus der EP1762337EP 1 762 337 A1A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern bekannt, bei dem nach einem ersten Bearbeitungsschritt Markierungen für die Rekonstruktion einer Lageinformation auf der bearbeiteten Glasseite angebracht werden.

Die US2007/0236657US 2007/0236657 A1A1 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Bearbeitung von Brillengläsern, bei dem die Lage der Linse durch Vermessung der optischen Eigenschaften bestimmt wird. In der genannten Schrift ist auch die Korrektur eines Ausrichtungsfehlers beschrieben, die jedoch ausschließlich rechnerisch erfolgt.

Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Neuerung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die eine Positionierung und Ausrichtung einer Linse/eines Brillenglases unter Verwendung von Markierungen möglichst gut und präzise gelingt. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 15 zeigen Implementierungsmöglichkeiten auf.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein Verfahren zur räumlichen Positionierung einer Linse, insbesondere eines Brillenglases, in einer Manipuliereinrichtung, bei dem vorgesehen ist, dass mittels der Manipuliereinrichtung die Linse/das Glas in eine Position gebracht wird, in der im Bereich einer bezüglich der Manipuliereinrichtung festgelegten ersten Beobachtungsachse die Oberfläche der Linse/des Glases auf dieser senkrecht steht, und dass an der Linse/dem Brillenglas angebrachte Markierungen entlang der ersten Beobachtungsachse optisch erfasst und aus diesen ein Glasbezugspunkt ermittelt wird.

Darunter, dass im Bereich der bezüglich der Manipuliereinrichtung festgelegten ersten Beobachtungsachse die Oberfläche der Linse/des Glases auf dieser senkrecht steht, soll jede im wesentlichen senkrecht stehende Richtung im Rahmen der erreichbaren Genauigkeit verstanden werden. Konkreter kann dazu ein Verfahren zur Positionierung einer Linse, insbesondere eines Brillenglases, in einer Manipuliereinrichtung vorgesehen sein, bei dem zunächst die Lage einer ersten Oberfläche oder eines ersten Oberflächenbereiches der Linse oder des Brillenglases in Bezug auf die Manipuliereinrichtung durch Erfassung von Parametern der Oberfläche bestimmt wird, indem dreidimensionale Positionen von wenigstens drei Punkten einer Oberfläche oder eines Oberflächenbereichs der Linse bestimmt werden und mit oder ohne Kenntnis einer die Oberfläche beschreibenden Funktion eine Oberflächenform- und -lage ermittelt wird,
bei dem danach durch Betätigung der Manipuliereinrichtung wenigstens die Ausrichtung der Linse / des Brillenglases derart eingestellt wird, dass im Bereich der bezüglich der Manipuliereinrichtung festgelegten ersten Beobachtungsachse die Oberfläche der Linse/des Glases auf dieser senkrecht steht und
bei dem danach an der Linse / dem Brillenglas angebrachte Markierungen entlang der ersten Beobachtungsachse optisch erfasst und aus diesen ein Glasbezugspunkt ermittelt wird,
oder
b) an der Linse / dem Brillenglas angebrachte Markierungen entlang der ersten Beobachtungsachse optisch erfasst und aus diesen ein vorläufiger Glasbezugspunkt ermittelt wird,
wobei nach der Ermittlung des vorläufigen Glasbezugspunktes an diesem eine Oberflächennormale oder räumliche Ausrichtung der ersten Oberfläche oder des ersten Oberflächenbereiches ermittelt wird und
die ermittelte Oberflächennormale mit der ersten Beobachtungsachse oder die ermittelte räumliche Ausrichtung mit einer auf der Beobachtungsachse senkrecht stehenden Fläche verglichen wird.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Ungenauigkeiten der Lagebestimmung des Glases /der Linse einerseits und Ungenauigkeiten der Bestimmung der Orientierung andererseits einander beeinflussen und abhängig voneinander sind. Bei einer Fehlausrichtung der Linse/des Brillenglases können optische Markierungen in Form von Stempelmarkierungen oder Permanentmarkierungen an dem Glas wegen der vorliegenden Verzerrungen möglicherweise nicht ausreichend genau erkannt werden, so dass sich in diesem Fall auch in Bezug auf die Positionierung oder Lageerkennung ein Fehler ergibt. Umgekehrt kann auch eine ungenügend genaue Positionierung oder unvollkommene Kenntnis über die Positionierung der Linse auf die Ermittlung der Ausrichtung der Linse möglicherweise einen Einfluss haben. Aus diesem Grunde wird in einer ersten Variante die Lage und Orientierung des Glases/der Linse durch eine Vermessung der Glasoberfläche anhand der 3D- Bestimmung von Oberflächenpunkten möglichst vollständig bestimmt, das Glas/die Linse wunschgemäß ausgerichtet und danach anhand der Markierungen der Glasbezugspunkt bestimmt. Alternativ wird in einer zweiten Variante des Verfahrens einerseits eine Lage-/Positionsermittlung anhand der Ermittlung eines vorläufigen Glasbezugspunktes vorgenommen und andererseits eine Oberflächennormale oder räumliche Ausrichtung der Oberfläche bestimmt. Danach wird festgestellt, ob die Ermittlung des vorläufigen Glasbezugspunktes entlang der Beobachtungsachse mit hinreichender Genauigkeit senkrecht zur Oberfläche des Glases im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes durchgeführt wurde. Zu diesem Zweck wird die ermittelte Oberflächennormale im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes mit der ersten Beobachtungsachse oder die ermittelte räumliche Ausrichtung der Oberfläche der Linse im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes mit einer auf der Beobachtungsachse senkrecht stehenden Fläche verglichen. Durch diesen Vergleich können Rückschlüsse auf die Güte und Zuverlässigkeit der Positions-/Lagebestimmung des Glasbezugspunktes einerseits und der Ermittlung der Ausrichtung der ersten Oberfläche oder der Oberflächennormalen andererseits gezogen werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann konkreter vorgesehen sein, dass zunächst die Lage und insbesondere die Form einer ersten Oberfläche oder eines ersten Oberflächenbereiches der Linse oder des Brillenglases in Bezug auf die Manipuliereinrichtung durch Erfassung von Parametern der Oberfläche bestimmt wird, und danach an der Linse/dem Brillenglas angebrachte Markierungen entlang einer ersten Beobachtungsachse optisch erfasst und aus diesen ein vorläufiger Glasbezugspunkt ermittelt wird und dass danach am vorläufigen Glasbezugspunkt eine Oberflächennormale oder räumliche Ausrichtung der ersten Oberfläche oder des ersten Oberflächenbereiches ermittelt wird, und dass darauf die ermittelte Oberflächennormale mit der ersten Beobachtungsachse oder die ermittelte räumliche Ausrichtung mit einer auf der Beobachtungsachse senkrecht stehenden Fläche verglichen wird.

Es kann jedoch in abgeänderter Reihenfolge auch vorgesehen sein, dass zunächst an der Linse/dem Brillenglas angebrachte Markierungen entlang einer ersten Beobachtungsachse optisch erfasst und aus diesen ein vorläufiger Glasbezugspunkt ermittelt wird und danach die Lage und insbesondere die Form einer ersten Oberfläche oder eines ersten Oberflächenbereiches der Linse oder des Brillenglases in Bezug auf die Manipuliereinrichtung durch Erfassung von Parametern der Oberfläche bestimmt wird, und danach am vorläufigen Glasbezugspunkt eine Oberflächennormale oder räumliche Ausrichtung der ersten Oberfläche oder des ersten Oberflächenbereiches ermittelt wird, und dass die ermittelte Oberflächennormale mit der ersten Beobachtungsachse oder die ermittelte räumliche Ausrichtung mit einer auf der Beobachtungsachse senkrecht stehenden Fläche verglichen wird.

Konkret kann in einem folgenden Schritt vorgesehen sein, dass nach der Ermittlung des vorläufigen Glasbezugspunktes und der Oberflächennormalen oder der räumlichen Ausrichtung der Oberfläche am vorläufigen Glasbezugspunkt die Oberflächennormale oder räumliche Ausrichtung mit der Orientierung der ersten Beobachtungsachse verglichen und eine Winkelabweichung zwischen der Oberflächennormalen und der Beobachtungsachse oder die Winkelabweichung der ermittelten räumlichen Ausrichtung der Oberfläche von einer auf der Beobachtungsachse senkrecht stehenden Fläche bestimmt wird.

Ergibt sich dabei beispielsweise, dass die Oberflächennormale des Glases/Brillenglases/der Linse im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes mit der Beobachtungsachsenrichtung übereinstimmt, so kann die Erfassung von Position und Ausrichtung des Glases und die Bestimmung eines Glasbezugspunktes als zuverlässig angesehen und beendet werden. Die Position und Ausrichtung der Linse ist dann in Bezug auf eine Bearbeitungseinrichtung definiert, so dass eine weitere Bearbeitung ohne weiteres erfolgen kann.

Ein weiterer Verfahrensschritt kann vorsehen, dass bei Unterschreiten einer festgelegten Winkelabweichung bei dem Vergleich der vorläufige Glasbezugspunkt als endgültiger Glasbezugspunkt definiert wird und dass bei Überschreiten einer festgelegten Winkelabweichung die Linse/ das Brillenglas gedreht, insbesondere derart gedreht wird, dass nach der Drehung am vorläufigen Glasbezugspunkt die Ausrichtung der Oberflächennormalen der Beobachtungsachse oder die räumliche Ausrichtung der Oberfläche einer auf der Beobachtungsachse senkrecht stehenden Fläche näher kommt als vor der Drehung, und dass danach eine Ermittlung eines weiteren vorläufigen Glasbezugspunktes und eine Ermittlung einer Oberflächennormalen oder der räumlichen Ausrichtung der Oberfläche an dem weiteren vorläufigen Glasbezugspunkt vorgenommen wird.

Hierdurch wird ein iterativer Prozess geschaffen, der im Falle einer ungenauen Bestimmung der Position und/oder der Orientierung des Glases eine gezielte Drehung und dadurch eine Verbesserung der Orientierung des Glases zum Sollzustand hin vorsieht. Danach ist eine erneute Bestimmung der Position und eines weiteren vorläufigen Glasbezugspunktes des Glases unter nun verbesserten Bedingungen, das heißt mit einer geringeren Verzerrung durch eine verringerte Fehlausrichtung des Glases vorgesehen.

Nachfolgend kann eine weitere Überprüfung der Ausrichtung des Glases durch Vergleich der ermittelten Oberflächennormalen mit der Beobachtungsachse oder durch Vergleich der räumlichen Ausrichtung der Oberfläche mit einer auf der Beobachtungsachse senkrechten Fläche vorgenommen werden und danach kann entschieden werden, ob eine weitere Korrektur der Ausrichtung des Glases durch eine weitere Drehung erforderlich ist oder nicht. Diese Iterationsschritte werden solange wiederholt, bis die Ausrichtung und Positionierung des Glases mit zufriedenstellender Präzision gelungen ist.

Zur Ermittlung der Oberflächennormalen im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes können verschiedene Verfahren vorgesehen sein, wobei eine erste Variante vorsehen kann, dass die Oberflächennormale an einem Punkt der Linse aus der Kenntnis der Oberflächenform und der Position sowie Orientierung der Linse in Bezug auf die Manipulationseinrichtung bestimmt wird.

Diese Variante setzt voraus, dass vorausgehend eine genaue Erfassung der Linsenkontur durch eine Vermessung stattgefunden hat oder die Kontur durch einen definierten Herstellprozess bekannt ist. Ist die Linsenform als Funktion bekannt, so kann dies durch Vermessung weniger Punkte an der Linsenoberfläche und eine rechnerische Anpassung (Fitting) unter Zuhilfenahme der bekannten Form erfolgen.

Eine weitere Variante kann vorsehen, dass die Oberflächennormale an einem Punkt der Linse aus der Bestimmung des Verlaufs eines an der Linse reflektierten Lichtstrahls, insbesondere mittels einer oder mehrerer Mattscheiben, ermittelt wird.

Hierzu ist eine genaue Kenntnis der Form der Linse nicht notwendig, da die Oberflächennormale experimentell ermittelt wird. Hierzu wird ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes an der Oberfläche der Linse reflektiert und die Verläufe des Eingangsstrahls und des Ausgangsstrahls werden durch Einschieben von Mattscheiben und Beobachtung der Lichtpunkte, die der Lichtstrahl auf den Mattscheiben erzeugt, vermessen. Eine 3-dimensionale Analyse der Lichtpunkte auf den Mattscheiben ergibt den Strahlenverlauf und ermöglicht einen Rückschluss auf die Oberflächennormale an dem Punkt der Oberfläche, an dem der Lichtstrahl reflektiert wird.

Das weitere Verfahren kann dann vorsehen, dass die ermittelte Oberflächennormale mit der Beobachtungsachse bei der Bestimmung des vorläufigen Glasbezugspunktes verglichen und in Abhängigkeit von einer Mindestabweichung die Linse gedreht und der Glasbezugspunkt erneut bestimmt wird.

Konkret kann auch vorgesehen sein, dass ausschließlich die Position und Ausrichtung einer ersten Oberfläche der Linse ermittelt wird, indem die Lage einer ersten Oberfläche oder eines ersten Oberflächenbereiches der Linse oder des Brillenglases in Bezug auf die Manipuliereinrichtung durch Erfassung von Parametern der Oberfläche bestimmt wird, indem 3-dimensionale Positionen von wenigstens 3 Punkten einer Oberfläche oder eines Oberflächenbereichs der Linse bestimmt werden und mit oder ohne Kenntnis einer die Oberfläche beschreibenden Funktion eine Oberflächenform ermittelt wird.

Hierzu kann weiter konkret vorgesehen sein, dass die 3-dimensionale Position der Punkte durch Beobachtung der Lichtstreuung eines Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, an der Linsenoberfläche insbesondere mittels einer oder mehrerer Kameras und mittels Triangulation bestimmt wird.

Derartige Punkte auf der Oberfläche der Linse können nacheinander, beispielsweise durch einen Laserstrahl, beleuchtet werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere voneinander beabstandete Punkte auf der Oberfläche der Linse in Form eines Musters gleichzeitig beleuchtet und an diesen Punkten jeweils die Lichtstreuung beobachtet wird.

Eine alternative Methode zur 3-dimensionalen Erfassung der Position von einzelnen Oberflächenpunkten der Linse/des Brillenglases kann vorsehen, dass die 3-dimensionale Position der Punkte sequentiell oder gleichzeitig durch eine chromatisch- konfokale Abstandsmessung bestimmt wird.

Bei der chromatisch-konfokalen Abstandsmessung wird eine dispersive Optik (Wellenausbreitung ist abhängig von der Frequenz/Wellenlänge) verwendet, welche das Licht einer Weißlichtquelle in seine verschiedenen Wellenlängen aufteilt und in unterschiedlichen Abständen mittels einer Optik auf einem beabstandeten Messobjekt fokussiert. Für eine der Wellenlängen befindet sich das Messobjekt im Fokus, was mittels Detektion der reflektierten Strahlen ermittelt werden kann. Aus der ermittelten Wellenlänge kann auf den Abstand des Objektpunktes geschlossen werden. Eine besondere Methode zur Ermittlung der räumlichen Ausrichtung der ersten Oberfläche der Linse/des Brillenglases im Bereich eines Glasbezugspunktes oder eines vorläufigen Glasbezugspunktes kann vorsehen, dass am Glasbezugspunkt oder vorläufigen Glasbezugspunkt eine räumliche Ausrichtung der ersten Oberfläche oder des ersten Oberflächenbereiches anhand der Richtung ermittelt wird, in die ein definierter Lichtstrahl reflektiert wird oder anhand des Ortes, an dem die Reflexion einer oder mehrerer Lichtquellen, deren Ort bekannt ist, von einer auf der ersten Beobachtungsachse angeordneten Kamera aus sichtbar wird.

Es kann somit ein definierter Lichtstrahl/Laserstrahl auf die Oberfläche gelenkt und der Verlauf eines reflektierten Lichtstrahls ermittelt werden und aufgrund der Daten über den Eingangsstrahl und den Ausgangsstrahl kann die Ausrichtung der Oberfläche ermittelt werden. Die Ausrichtung der Oberfläche kann jedoch auch anhand einer Abbildung ermittelt werden, die sich durch Reflexion eines oder mehrerer abgebildeter Lichtpunkte auf der Linsenoberfläche ergibt. Diese können mittels einer Kamera beobachtet werden, die beispielsweise in Richtung der ersten Beobachtungsachse ausgerichtet ist. Der Ort an dem ein Reflexionsbild eines Bildpunktes oder Lichtpunktes erscheint, ist von der Ausrichtung der reflektierenden Oberfläche abhängig, so dass aus dem reflektierten Bild die Ausrichtung der Oberfläche bestimmt werden kann.

Hierzu können bekannte Leuchtpunkte, Lichtquellen, Gegenstände, Muster oder Beleuchtungsmuster derart angeordnet werden, dass ihr Reflexionsbild nach Reflexion an der Linsenoberfläche in einer Kamera sichtbar wird. Diese Kamera wird in einer Position und Ausrichtung in Bezug auf die Linse/das Brillenglas montiert, die bekannt oder rekonstruierbar sind, beispielsweise kann die Kamera auf der ersten Beobachtungsachse montiert und parallel zu dieser ausgerichtet sein.

Eine besondere Ausgestaltung dieses Verfahrens kann vorsehen, dass auf der Beobachtungsachse und koaxial zu dieser eine Abbildungseinrichtung einer Kamera, insbesondere ein Objektiv angeordnet ist und dass ein definierter und bezüglich seiner Geometrie bekannter Lichtstrahl und/oder die Abbildung einer bezüglich ihrer Position bekannten Lichtquelle oder eines Musters oder Gegenstandes mittels eines Strahlteilerelementes entlang der Beobachtungsachse in die Abbildungseinrichtung und/oder in Richtung zu der zu positionierenden Linse/zum Brillenglas eingekoppelt wird, wobei die Einkoppelung insbesondere innerhalb des Objektivs oder zwischen dem Objektiv und der Linse/dem Brillenglas erfolgt.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass auf der Beobachtungsachse und koaxial mit dieser eine Abbildungseinrichtung einer Kamera, insbesondere ein Objektiv angeordnet ist, wobei die Kamera die Reflexion einer oder mehrerer bezüglich ihrer Position(en) und/oder ihrer Raumform und/oder ihrer Leuchtstärkenverteilung bekannter Lichtquelle(n) an der Oberfläche der Linse/des Brillenglases aufnimmt und aufgrund des reflektierten Musters die räumliche Ausrichtung der Oberfläche bestimmt wird.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf ein Verfahren der oben erläuterten Art, sondern auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wobei die Vorrichtung eine Manipuliereinrichtung zur Halterung einer Linse/eines Brillenglases und zu ihrer kontrollierten translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung aufweist, sowie wenigstens eine optische Beobachtungseinrichtung die entlang einer ersten Beobachtungsachse die Erkennung von Markierungen auf der Linse/dem Brillenglas erlaubt, sowie eine Messeinrichtung zur Ermittlung der Senkrechten auf der Oberfläche der Linse/des Glases oder der räumlichen Ausrichtung der Oberfläche im Bereich eines vorläufigen Glasbezugspunktes.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert.

Dabei zeigt

• 1 in zwei Abbildungen die Bestimmung des Glasbezugspunktes bei einer Linse mit einer korrekten (links) und einer fehlerhaften (rechts) Ausrichtung der Linse,
• 2 eine Darstellung zur Methode der Lagebestimmung einer Glas-/Linsenfläche,
• 3 einen Aufbau zur Glasausrichtung mittels punktueller Winkelmessung,
• 4 ein Schema zur Ausrichtung eines Glases/einer Linse mithilfe der Reflexion eines Lichtpunktes,
• 5 einen Aufbau zur Glasausrichtung mit einer koaxialen Einkopplung eines Lichtmusters im Bereich eines Kameraobjektivs,
• 6 einen Aufbau zur Glasausrichtung mittels koaxialer Einkopplung eines Lichtmusters zwischen einem Kameraobjektiv und einem Glas/einer Linse,
• 7 einen Aufbau zur Glasausrichtung, wobei mittels einer Kamera die Reflexion einer Lichtmusterquelle an der Glas-/Linsenoberfläche beobachtet wird, sowie die
• 8 bis 11 eine detailliertere Darstellung der Beobachtungsachse und der Lichtstrahlführung im Fall einer idealen Glasausrichtung (8 und 10) sowie einer nicht idealen Glasausrichtung (9 und 11). Der Glasbezugspunkt ist hier jeweils mit GBP bezeichnet.

Die 1 zeigt schematisch ein typisches Problem, das bei der Ermittlung des Glasbezugspunktes bei Brillengläsern mittels der Erkennung von Markierungen am Glas der Linse auftritt. Im linken Bereich der Figur ist schematisch die Linse 1a dargestellt, die bereits gut ausgerichtet ist, so dass der tatsächliche Glasbezugspunkt 2a im Fokus der Kamera 3 liegt. Die Linse 1a ist somit optimal ausgerichtet. Bei dieser Situation erscheinen die Markierungspunkte 4, 5 mit einer vorausberechenbaren, im Idealfall gleichen Verzerrung im Bild der Kamera 3, das entlang der ersten Beobachtungsachse 6 aufgenommen ist, so dass aus einer bekannten Verteilung der Markierungen 4,5 und dem gewonnenen Bild der Kamera 3 die Lage des Glasbezugspunktes 2a richtig erkannt wird.

Im rechten Bereich der 1 ist die nicht ausgerichtete, gegenüber der Beobachtungsachse 6 schräg liegenden Linse 1b mit den Markierungen 7, 11 dargestellt. Der Glasbezugspunkt steht auf dem Glas der Linse 1b im selben geometrischen Verhältnis zu den Markierungen 7, 11 wie bei der richtig ausgerichteten Linse 1a der Glasbezugspunkt 2a zu den Markierungen 4, 5. Der Glasbezugspunkt 2b wird jedoch von der Kamera 3 aufgrund der Verzerrungen durch die Schrägstellung der Linse 1b nicht richtig erkannt, da die Markierungen 7, 11 durch die Schrägstellung der Linse 1b und die Lichtbrechung unterschiedlich verschoben sind, da die Markierungen von der Kamera 3 aus gesehen auf der Rückseite der Linse 1b liegen,

Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, für die Bestimmung eines Glasbezugspunktes 2a, 2b aus der Erkennung von Markierungen 4, 5, 7, 11 eine möglichst gerade Ausrichtung der Linse 1a, 1b bezüglich der Beobachtungsachse 6 der Kamera 3 zu erreichen. Erst wenn eine solche Ausrichtung der Linse 1a, 1b durch Drehen der Linse gegenüber der Beobachtungsachse 6 erreicht ist, wird die Erkennung des Glasbezugspunktes mittels der Markierungen 4, 5, 7, 11 zuverlässig.

Die 2 zeigt einen Aufbau mit einer Kamera 8, die entlang einer Beobachtungsachse 6 auf eine Linse 1a gerichtet ist. Mit 9 ist ein telezentrisches Objektiv bezeichnet. Die Linse 1a ist in nicht näher dargestellter Weise mit einer Glashalterung, auch Maniuliereinrichtung 10 genannt, verbunden, die definierte translatorische und rotatorische Bewegungen der Linse/des Glases 1a ermöglicht.

Mittels des dargestellten Aufbaus kann auf der Basis einer punktförmigen Lasertriangulation die Lage und Ausrichtung der Fläche der Glasvorderseite (der Seite des Glases 1a die der Kamera 8 zugewandt ist) ermittelt werden. Dazu wird mithilfe eines Laserstrahls 12 aus einem Laser 13 ein Punkt der Linsenoberfläche der Linse 1a beleuchtet und jeweils die diffuse Lichtstreuung an der Glasoberfläche durch die Kamera 8, 9 beobachtet. Der im Bereich der Unterseite der Linse 1a reflektierte Teil des Laserlichts 12 kann von dem auf der Oberseite der Linse reflektierten Licht separiert werden. Für eine räumliche Lagebestimmung wird das Glas 1a mit dem Bewegungssystem der Glashalterung 10 in mehrere Positionen verschoben und es wird jeweils die genaue 3-dimensionale Lage eines Punktes auf der Glasoberfläche bestimmt. Aus den Einzelmessungen und der bekannten Relativbewegung zwischen dem Glas 1a und dem Triangulationssensor, der durch die Kamera 8 gebildet sein kann, werden 3D-Punkte der Glasoberfläche berechnet. Aus diesen kann eine Form der Linsenfläche konstruiert, oder wenn eine mathematische Beschreibung der Form bekannt ist, entsprechend durch ein Fitting ermittelt werden.

Im Ergebnis kann die Lage und Orientierung der Glasoberfläche der Linse 1a in Bezug auf die erste Beobachtungsachse 6 und die Glashalterung 10 genau bestimmt werden. Im nächsten Schritt kann in einer ersten Variante unmittelbar eine optimierte Ausrichtung des Glases durch die Manipuliereinrichtung derart vorgenommen werden, dass die Oberflächennormale des Glases im Bereich der ersten Beobachtungsachse parallel zu dieser ist. Danach kann der Glasbezugspunkt durch Erfassung der Markierungspunkte auf dem Glas mittels der Kamera 8, 9 fehlerfrei erkannt werden.

Alternativ können in einer anderen Variante des Verfahrens zunächst Markierungen auf der Linse/dem Glas 1a erkannt und hieraus kann mithilfe der Kamera 8, 9 ein vorläufiger Glasbezugspunkt auf der Linse bestimmt werden. Aufgrund der Kenntnis der Linsenoberfläche kann eine Oberflächennormale im Bereich des vorläufigen Glasbezugspunktes berechnet werden. Stimmt diese genau oder mit einer vernachlässigbaren Abweichung mit der Beobachtungsachse 6 überein, so war die Bestimmung des vorläufigen Glasbezugspunktes zuverlässig und der vorläufige Glasbezugspunkt kann zum endgültigen Glasbezugspunkt erklärt werden.

Stellt sich heraus, dass die Oberflächennormale im vorläufigen Glasbezugspunkt gegenüber der Beobachtungsachse über ein vertretbares Maß hinaus verkippt ist, so wird mittels der Glashalterung/Manipuliereinrichtung 10 durch Rotationsbewegungen die Linse derart verdreht, dass die bestimmte Oberflächennormale möglichst mit der Beobachtungsachse 6 zur Deckung kommt. Daraufhin wird nochmals ein vorläufiger Glasbezugspunkt mittels der Kamera 8, 9 bestimmt und an dem neuen vorläufigen Glasbezugspunkt erneut eine Oberflächennormale ermittelt, deren Ausrichtung auch wieder mit der Beobachtungsachse 6 abgeglichen werden kann. Das beschriebene Verfahren konvergiert in einem oder mehreren Schritten zum endgültigen Glasbezugspunkt.

Die Beleuchtung der Linsenoberfläche kann statt mit einzelnen Beleuchtungspunkten auch gleichzeitig mit einer Linie, einem Liniengitter, einer Punktmatrix oder allgemein einem Muster von Lichtpunkten geschehen. Damit können mehrere 3D-Punkte gleichzeitig auf der Glasoberfläche bestimmt und lokalisiert werden, so dass die Form, Lage und Ausrichtung der Glasoberfläche berechnet werden kann.

In der 3 ist ein Aufbau gezeigt, bei dem die Ausrichtung des Glases 1a mittels der Vermessung von Lichtstrahlen geschieht, die an der Glasoberfläche reflektiert werden. Hierzu wird jeweils ein Laserstrahl 12 auf die Oberfläche der Linse 1a gerichtet und der reflektierte Strahl 15 wird mittels einer eingeschobenen Mattscheibe 16 anhand eines Lichtpunktes sichtbar gemacht. Eine weitere Mattscheibe 17 kann einen reflektierten Strahl 15 an einer weiteren Stelle sichtbar machen, so dass die auf den Mattscheiben 16, 17 beobachteten Lichtpunkte mittels einer zweiten Kamera 18 beobachtet, registriert und lokalisiert werden können. Die Verbindung der Lichtpunkte erlaubt die Rekonstruktion des reflektierten Lichtstrahls 15, dessen Richtung mit der Richtung des einfallenden Lichtstrahls 12 verglichen werden kann. Aus der Richtung des einfallenden und des ausfallenden Strahls 12, 15 kann die Ausrichtung der Oberfläche der Linse 1a im Bereich des Reflexionspunktes berechnet werden, ohne dass unmittelbar eine Oberflächennormale ermittelt wird. Wird die Linse durch die Glashalterung zwischen verschiedenen Messungen verfahren, so kann auf diese Weise der Oberflächenverlauf, das heißt die räumliche Ausrichtung der Oberfläche der Linse 1a bestimmt werden. Ist die Gestalt der Oberfläche der Linse 1a auf diese Weise ermittelt, so kann grundsätzlich das anhand der 2 geschilderte Verfahren zur Ermittlung des endgültigen Glasbezugspunktes durchgeführt werden.

Die 4, 5, 6 und 7 beschreiben grundsätzlich Methoden zur Ausrichtung des Glases durch Beobachtung von Lichtmustern auf der Glasoberfläche mittels einer Kamera 8, 9.

In der 4 ist schematisch dargestellt, dass bei einer ideal ausgerichteten Linse 1a ein Lichtpunkt 19, der auf der ersten Beobachtungsachse 6 angeordnet ist, durch die Kamera 3 an derselben Stelle oder zumindest in derselben Richtung beobachtet wird, an der/in der auch seine Reflexion auf der Linsenoberfläche der Linse 1a erscheint. Dies ist genau dann der Fall, wenn die Oberflächennormale der Linse 1a mit der ersten Beobachtungsachse 6 zusammenfällt.

Ist dies nicht der Fall, wie im rechten Bereich der 4 anhand der fehlausgerichteten Linse 1b gezeigt, so wird das Bild des Lichtpunktes 19 gegenüber der Beobachtungsachse 6 seitlich verschoben, so dass von der Kamera 3 aus der Lichtpunkt 19 und sein Abbild als Reflexion auf der der Oberfläche der Linse 1b gegeneinander verschoben erscheinen. Die Verschiebung ist in der Figur in der Ebene des Kamerabildes mit D bezeichnet. Mit d ist die Winkelabweichung zwischen der Oberflächennormalen 22 auf der Oberfläche der Linse 1b und der ersten Beobachtungsachse 6 bezeichnet.

Die 5 zeigt einen Aufbau, bei dem der Lichtstrahl 12 (gestrichelt) eines Lichtpunktes 19 mittels eines ersten Strahlteilerspiegels 20a im Bereich des Objektivs 9 in die erste Beobachtungsachse 6 eingekoppelt wird. Anstelle eines einfachen Lichtpunktes kann auch eine Lichtmusterquelle verwendet werden. Das Lichtmuster ist durch den halbdurchlässigen Strahlteilerspiegel 20a mittels der Kamera 8 als primäres Lichtmuster ebenso erkennbar wie das sekundäre, von der Oberfläche der Linse 1a reflektierte Muster. Sind das primäre und das reflektierte Muster deckungsgleich, so kann daraus geschlossen werden, dass die Oberflächennormale auf der Linsenoberfläche der Linse 1a zu der Beobachtungsachse 6 deckungsgleich und koaxial ist. Fallen die Beleuchtungsmuster auseinander, so kann daraus geschlossen werden, dass die Oberflächennormale der Linsenoberfläche gegenüber der ersten Beobachtungsachse 6 schräg gestellt ist und dass somit die Linse 1a gegenüber der Sollausrichtung verdreht ist.

Eine ähnliche Ausgestaltung zeigt die 6 mit dem Unterschied, dass ein Strahlteilerspiegel 20b nicht im Objektiv 9 vorgesehen ist, sondern auf der ersten Beobachtungsachse 6 zwischen dem Objektiv 9 der Kamera 8 und der Glasoberfläche der Linse 1a.

Die 7 zeigt eine Anordnung, bei der eine Lichtmusterquelle 21 außerhalb des Wahrnehmungsfeldes der Kamera 8 und des Objektivs 9 angeordnet ist, derart, dass die Reflexion der Lichtmusterquelle 21 an der Oberfläche der Linse 1a mittels der Kamera 8 möglich ist. Anhand der Gestalt und Lage des Reflexionsbildes der Lichtmusterquelle 21 wie sie durch die Kamera 8 erfasst werden, lässt sich die Ausrichtung der Oberfläche der Linse 1a im Bereich des Reflexionspunktes bzw. der Beobachtungsachse 6 bestimmen.

Beispielsweise kann als Lichtmusterquelle 21 ein Ring von Beleuchtungspunkten gewählt werden, der die Kamera 8 oder die erste Beobachtungsachse 6 umgibt und dessen Reflexionsbild durch die Kamera 8 als ein zu der Beobachtungachse 6 konzentrischer Ring wahrgenommen wird. Ist der Ring des Reflexionsbildes verschoben und asymmetrisch zur ersten Beobachtungsachse 6, so kann geschlossen werden, dass die Oberfläche der Linse 1a gegenüber der Sollposition und -ausrichtung geneigt ist. Die Linse 1a kann in diesem Fall unter der Beobachtung durch die Kamera 8 gedreht werden, bis dass die Reflexion des Rings 21 zur Beobachtungsachse konzentrisch liegt. Danach kann der Glasbezugspunkt durch Beobachtung der Markierungen bestimmt werden.

Die genannten Methoden erlauben im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ermittlung eines Glasbezugspunktes mit hoher Genauigkeit, auch bei komplexen individuellen Linsenoberflächen. Nachdem der Glasbezugspunkt bestimmt ist und die Ausrichtung des Glases ebenfalls festliegt, kann die jeweilige Linse/das jeweilige Brillenglas für eine individuelle Fassung eingeschliffen werden.

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

• EP 1093907 A2 [0006, 0007]
• DE 10392953 B4 [0006, 0008]
• EP 1762337 A1 [0006, 0009]
• US 2007/02366576 A1
• DE 4431880 C2
• DE 102007037730 A1
• US 2007/0236657 A1