Verfahren und Anordnung zur spanabhebenden Herstellung einer torischen asphärischen konkaven Fläche an einem Kontaktlinsenrohling

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur spanabhebenden Herstellung einer torischen konkaven Fläche, deren Form wenigstens in Richtung eines Meridianschnittes eine Asphäre darstellt.
Sie ist besonders vorteilhaft einsetzbar für die Schaffung optischer Funktionsflächen in der Augenoptik, z.B. zur Fertigung von Kontaktlinsenrückflächen, aber auch zur Herstellung von Negativen zum Abformen von torischen konvexen Flächen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, in einem Arbeitsgang an einem Kontaktlinsenrohling eine torische konkave Fläche herzustellen, deren Form in Richtung des vertikalen Meridianschnitts eine Asphäre darstellt, welche durch die Wahl von Zeit- und Ortsparametern einfach variierbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur spanabhebenden Herstellung einer torischen konkaven Fläche, deren Form wenigstens in Richtung eines Meridianschnittes eine Asphäre darstellt.
Sie ist besonders vorteilhaft einsetzbar für die Schaffung optischer Funktionsflächen in der Augenoptik, z.B. zur Fertigung von Kontaktlinsenrückflächen, aber auch zur Herstellung von Negativen zum Abformen von torischen konvexen Flächen.

[0002] Der Entwicklungstrend, Kontaktlinsenrückflächen immer besser der Form des einzeln vermessenen Augapfels anzupassen, führt zu immer vielfältigeren Flächenformen. Dabei kann das Auge nur näherungsweise durch einfache Radien beschrieben werden. Meist besitzt es in zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Meridianen unterschiedliche Radien, die zum Rand hin unterschiedlich abflachen und annähernd einem Ellipsoiden gleichen.

[0003] Aus der DE-OS 30 31 942 ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Linsenoberflächen bekannt, welche in zwei zueinander senkrechten Meridianschnitten sphärische Flächen mit einem unterschiedlichen Radius aufweisen. Diese Radien werden in einem Arbeitsgang zum einen durch das Schwenken des Werkzeugsupports um einen einstellbaren Radienmittelpunkt und zum anderen durch den veränderbaren Rotationsradius des Werkzeuges (Meißel) bestimmt. Zwar können die Radien der Meridianschnitte variiert werden, in ihrer Form sind sie jedoch immer sphärisch.

[0004] Zur Schaffung einer Linsenoberfläche mit einer Form ähnlich einem Rotationsellipsoiden ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die Kontaktlinse in einem ersten Arbeitsgang sphärisch gedreht wird und anschließend, nachdem sie an diametral gegenüberliegenden Stellen gespannt und gezielt elastisch deformiert wurde, in einem zweiten Arbeitsgang erneut mit dem gleichen Radius, allerdings in einer um 90° verdrehten Stellung, überdreht wird. Nach dem Entspannen geht die elastische Deformation zurück und die Linsenoberfläche nimmt eine Form ähnlich einem Rotationsellipsoiden an, d.h. zwei zueinander senkrechte Meridianschnitte stellen eine sphärische und eine ellipsenähnliche Fläche dar.

[0005] Im EP 0307731 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung beschrieben, mit dem an einem Kontaktlinsenrohling eine torische Fläche hergestellt wird, bei der die Form eines Meridianschnittes (vertikaler Meridianschnitt) ebenso wie bei allen vorgenannten Anordnungen und Verfahren eine sphärische Fläche ist, die des dazu senkrechten (horizontaler Meridianschnitt) jedoch asphärisch beliebig gestaltbar ist. Während der sphärische Meridianschnitt wie üblich durch die Rotation des Werkzeuges erzeugt wird, entsteht der asphärische Meridianschnitt durch die Schwenkung und Translation des Werzeugschlittens über eine asphärische Schablone.
Durch die Wahl unterschiedlicher Schablonenkonturen ist die Form der Fläche in Richtung des horizontalen Meridianschnittes in seiner Form dem individuellen zuvor vermessenen Augapfel gut anpaßbar. Die Herstellung verschiedener Formen erfordert jedoch zwangsläufig die vorherige Anfertigung entsprechender Schablonen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und eine neue Anordnung zu schaffen, die es ermöglichen, in einem Arbeitsgang an einem Kontaktlinsenrohling eine torische konkave Fläche herzustellen, deren Form in Richtung des vertikalen Meridianschnittes, unabhängig von der Form des horizontalen Meridianschnittes, eine Asphäre darstellt, welche durch die Wahl von Zeit- und Ortsparametern einfach variierbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß die Drehachse I auf einer Kreisbahn um eine parallele, die Achse III schneidende Scheibenspindelachse II oder auf einer Geraden in Richtung der Schwenkachse IV zwischen zwei Endlagen bewegt wird. Dabei ist der Meißel 18 genau dann in Richtung der Achse III ausgerichtet, wenn die Drehachse I die Achse III schneidet.
Für die Bewegung der Drehachse I auf einer Kreisbahn ist das dann der Fall, wenn die Drehachse I und die Scheibenspindelachse II mit gleicher Drehzahl und gleichem Drehsinn rotieren, oder vorteilhafterweise die Drehachse I mit doppelter Drehzahl und entgegengesetztem Drehsinn als die Scheibenspindelachse II rotiert.
Die erfindungsgemäße gerätetechnische Umsetzung entsprechend der Ansprüche 4 und 7 ermöglichen die Durchführung des Verfahrens.
Entsprechend der Ansprüche 5,6,8 und 9 können Zeit- und Ortsparameter einer erfindungsgemäßen Anordnung variiert werden, wodurch die entstehende Form der Asphäre verändert werden kann.
Wenn die Relativlage der Scheibenspindelachse II bzw. der Schubstangenachse V zur Schwenkachse IV unverändert bleibt, ist die Form der entstehenden Fläche in Richtung des horizontalen Meridianschnitts sphärisch. Wird der Abstand der Scheibenspindelachse II bzw. der Schubstangenachse V zur Schwenkachse IV während der Bearbeitung verändert, so ist auch die Form der Fläche in Richtung des horizontalen Meridianschnitts asphärisch. Dadurch wird es möglich, mit einem Arbeitsgang eine Flächenform herzustellen, welche in Richtung zweier senkrecht aufeinander stehenden Meridianschnitte jeweils eine bestimmte Asphäre darstellt.

[0007] Zur Erläuterung der Erfindung sollen drei Ausführungsbeispiele an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:

Fig. 1

den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei welcher die Bewegungskurve des auf einer Werkzeugspindel 17 angeordneten Meißels 18 durch die Überlagerung zweier Rotationsbewegungen bestimmt wird,

Fig. 2

den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei welcher die Bewegungskurve des auf einer Werkzeugspindel 17 angeordneten Meißels 18 durch die Überlagerung einer Rotations- und einer Translationsbewegung bestimmt wird,

Fig. 3a

zwei Darstellungen eines Kontaktlinsenrohlinges 1 im vertikalen

Fig. 3b

Meridianschnitt, bearbeitet mit einer erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend Fig. 1

Fig. 4

Darstellung eines Kontaktlinsenrohlinges 1 im vertikalen Meridianschnitt, bearbeitet mit einer erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend Fig. 2

[0008] Als horizontaler Meridianschnitt soll ein Schnitt bezeichnet werden, welcher in der von der Achse III des Kontaktlinsenrohlinges 1 und der diese schneidende Drehachse I der Werkzeugspindel 17 aufgespannten Ebene liegt. Er liegt also nicht unbedingt in der natürlichen Horizontalebene, sondern kann zu dieser sogar um 90° verkippt angeordnet sein.
Als vertikaler Meridianschnitt soll ein zum horizontalen Meridianschnitt senkrecht verlaufender Schnitt bezeichnet werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird die Form des horizontalen Meridianschnittes der entstehenden asphärischen torischen konkaven Fläche am Kontaktlinsenrohling 1 durch Abtasten einer asphärischen Schablone 7 erzeugt, während die Form des vertikalen Meridianschnittes erfindungsgemäß durch zwei überlagerte Rotationen des auf einer Werkzeugspindel 17 angeordneten Meißels 18 bestimmt wird.
Der Kontaktlinsenrohling 1, der sich in einer Hilfsfassung befinden kann, wird mittels eines Spannhebels 2 in einer Spannvorrichtung 3, die sich am Spannstock 4 befindet, lageorientiert aufgenommen (Weg s1). Der Spannstock 4 wird auf einem Kreuzschlitten 5 zur Justierung des Kontaktlinsenrohlinges 1 zum Meißel 18 (horizontaler Justierweg s3, vertikaler Justierweg s6) bzw. zum Einstellen des Abtrages und zum Fahren in die Werkzeugwechselposition (Weg s2) geführt. Die vertikale Justierung des Kontaktlinsenrohlings 1 zum Meißel 18 erfolgt dabei so, daß der Meißel 18 und die Achse III des Kontaktlinsenrohlings 1 auf einer Linie angeordnet sind. Der Kreuzschlitten 5 sitzt auf einem Gestell 6, das außerdem eine asphärische Schablone 7, sowie die Lagerung der Schwenkachse IV eines darauf angeordneten Werkzeugsupports 8 aufnimmt. Die Schwenkbewegung des Werkzeugsupports 8 wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Antrieb realisiert. Auf dem Werkzeugsupport 8 ist ein Werkzeugschlitten 9 geführt. Am Gestell ist außerdem eine Haltegabel 10 für einen Abtasthebel 11 befestigt, der die Verschiebung des Werkzeugschlittes 9 realisiert (Verschiebeweg x). Eine Feder 12 gewährleistet das ständige Andrücken des Abtasthebels 11 an die asphärische Schablone 7 beim Schwenken. Der Werkzeugschlitten 9 trägt einen Spindelstock 15, in welchem eine Scheibenspindel 16 drehbar gelagert ist, auf der eine ebenfalls drehbar gelagerte Werkzeugspindel 17 außeraxial angeordnet ist. Weiterhin befindet sich auf dem Werkzeugschlitten 9 ein Antriebsblock 13 mit einem Motor 33, sowie einer Getriebestufe 14 zur Drehrichtungsunkehr und zur Realisierung eines Drehzahlverhältnisses von 2:1 zwischen der Drehzahl n2, der Werkzeugspindel 17 und der Drehzahl n1 der Scheibenspindel 16. Über einen ersten Riemen 19 erfolgt der Antrieb der Scheibenspindel 16 mit einer Drehzahl n1 und über einen zweiten Riemen 20 der Antrieb der Werkzeugspindel 17 mit der Drehzahl n2. Eine Spannrolle 21 gleicht die sich ändernde Riemenspannung infolge des eingestellten Achsversatzes s5 der Achsen I und II aus.
Statt des Meißels 18 kann auch ein anderes Schneidwerkzeug verwendet werden.

[0009] In Fig. 3a ist ist ein Kontaktlinsenrohling 1 im vertikalen Meridianschnitt dargestellt, wie er bei der Bearbeitung mit einer Anordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ensteht, wenn sich die Werkzeugspindel 17 während der Bearbeitung bezüglich dem Kontaktlinsenrohling 1 vor der Scheibenspindelachse II befindet. Es entsteht eine Asphäre, deren Anstieg zum Rand hin steiler wird.

[0010] Fig. 3b unterscheidet sich zu Fig. 3a dadurch, daß sich die Werkzeugspindel 17 während der Bearbeitung bezüglich dem Kontaktlinsenrohling 1 hinter der Scheibenspindelachse II befindet. Der Anstieg der entstehenden Asphäre wird zum Rand hin flacher.
Durch Variation des Abstandes s4 und des Achsabstandes s5 kann die Form der entstehenden Asphären verändert werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt.
Dieses unterscheidet sich gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Anordnung durch seine Aufbauten auf dem Werkzeugschlitten 9. Auf dem Werkzeugschlitten 9 ist ein Hubstangenlagerbock 22 befestigt, in welchem sich die Führungen 23 befinden, und an dem ein zweiter Motor 34 angebracht ist. Der zweite Motor 34 ist über eine einstellbare Kurbelscheibe 25 und ein Koppelglied 26 mit der in den Führungen 23 geführten Hubstange 24 verbunden. Dabei weist die Kurbelscheibe 25 die gleiche Drehzahl auf wie die Werkzeugspindel 17. Die Geschwindigkeitsänderung (Beschleunigung) über den Hub folgt, bei Antrieb über eine Kurbelscheibe, einer Sinuskuve. Durch einen numerisch gesteuerten Antrieb lassen sich auch andere Beschleunigungskurven realisieren, wodurch zweckdienlich die asphärische Fläche im vertikalen Meridianschnitt variiert werden kann.

[0011] Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, bestimmt auch die Größe des Hubes, gemeinsam mit dem Abstand der Schneidkante des Meißels 18 von der Drehachse I, die Form der asphärischen Fläche im vertikalen Meridianschnitt.

[0012] Weitere in den Zeichnungen nicht dargestellte Ausführungsbeispiele sind denkbar, indem der Werkzeugsupport 8 um eine feststehende Schwenkachse bewegt wird. Das Abtasten einer Schablone ist deshalb nicht erforderlich. Allerdings stellt der horizontale Meridianschnitt dann eine sphärische Fläche dar.
Sowohl sphärische, als auch asphärische Formen des horizontalen Meridianschnittes lassen sich erzielen, wenn statt des Schwenksupportes 8 ein gesteuertes x-y-Schlittensystem eingesetzt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur spanabhebenden Herstellung einer torischen asphärischen konkaven Fläche an einem Kontaktlinsenrohling (1), bei welchem der Kontaktlinsenrohling (1) um seine Achse (III) lagedefiniert gehalten und in dieser Achsrichtung zur Bearbeitung auf eine um eine Drehachse (I) rotierende mit einem Meißel (18) versehene Werkzeugspindel (17) zugestellt wird und während der Bearbeitung die Achse (III) des Kontaktlinsenrohlinges (1) und die Drehachse (I) der Werkzeugspindel (17) in Bezug aufeinander um eine zu beiden Achsen (III,I) rechtwinklige Schwenkachse (IV) verschwenkt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (I) um eine parallele, die Achse (III) schneidende Scheibenspindelachse (II) rotiert, wobei der Meißel (18) genau dann und nur dann in Richtung der Achse (III) ausgerichtet ist, wenn sich die Drehachse (I) und die Achse (III) schneiden.

2. Verfahren zur spanabhebenden Herstellung einer torischen asphärischen konkaven Fläche an einem Kontaktlinsenrohling (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahl (n2) der Drehachse (I) den doppelten Betrag und den entgegengesetzten Richtungssinn der Drehzahl (n1) der Scheibenspindelachse (II) aufweist.

3. Verfahren zur spanabhebenden Herstellung einer torischen asphärischen konkaven Fläche an einem Kontaktlinsenrohling (1), bei welchem der Kontaktlinsenrohling (1) um seine Achse (III) lagedefiniert gehalten und in dieser Achsrichtung zur Bearbeitung auf eine um eine Drehachse (I) rotierende mit einem Meißel (18) versehene Werkzeugspindel (17) zugestellt wird und während der Bearbeitung die Achse (III) des Kontaktlinsenrohlinges (1) und die Drehachse (I) der Werkzeugspindel (17) in Bezug aufeinander um eine zu beiden Achsen (III,I) rechtwinklige Schwenkachse (IV) verschwenkt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (I) auf einer Geraden in Richtung der Schwenkachse (IV) zwischen zwei Endlagen verschoben wird, wobei der Meißel (18) dann und nur dann in Richtung der Achse (III) ausgerichtet ist, wenn die Drehachse (I) die Achse (III) schneidet.

4. Anordnung zur spanabhebenden Herstellung einer torischen asphärischen konkaven Fläche an einem Kontaktlinsenrohling (1) mit einer den Kontaktlinsenrohling (1) um seine Achse (III) lagedefiniert haltenden Spannvorrichtung (3), welche sich an einem in Achsrichtung des Kontaktlinsenrohlinges (1) verschiebbaren Spannstock (4) befindet, einem Werkzeugsupport (8), welcher um eine senkrecht zur Kontaktlinsenrohlingachse (III) angeordnete Schwenkachse (IV) beweglich ist, einem auf dem Werkzeugsupport (8) mittelbar oder unmittelbar angeordneten Spindelstock (15) und einer von einem Motor (33) angetriebenen, mit einem Meißel (18) versehenen Werkzeugspindel (17), die um eine zur Achse (III) des Kontaktlinsenrohlings (1) und zur Schwenkachse (IV) rechtwinklig angeordnete Drehachse (I) rotiert, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkzeugspindel (17) außeraxial in einer Scheibenspindel (16) gelagert ist, welche, ebenfalls durch den Motor (33) angetrieben, um die Scheibenspindelachse (II) rotiert
und eine Getriebestufe (14) vorhanden ist, welche die Drehrichtung und das Drehzahlverhältnis zwischen der Werkzeugspindel (17) und der Scheibenspindel (16) bestimmt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Achsabstand (s5) der Drehachse (I) zur Scheibenspindelachse (II) variierbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Getriebestufe (14) so dimensioniert ist, daß die Werkzeugspindel (17) mit der doppelten Drehzahl und entgegengesetztem Richtungssinn rotiert wie die Scheibenspindel (16).

7. Anordnung zur spanabhebenden Herstellung einer torischen asphärischen konkaven Fläche an einem Kontaktlinsenrohling (1) mit einer den Kontaktlinsenrohling (1) um seine Achse (III) lagedefiniert haltenden Spannvorrichtung (3), welche sich an einem in Achsrichtung des Kontaktlinsenrohlinges (1) verschiebbaren Spannstock (4) befindet, einem Werkzeugsupport (8), welcher um eine senkrecht zur Kontaktlinsenrohlingachse (III) angeordneten Schwenkachse (IV) beweglich ist und einer von einem Motor angetriebenen Werkzeugspindel (17),die um eine zur Achse (III) des Kontaktlinsenrohlings (1) und zur Schwenkachse (IV) rechtwinklig angeordnete Drehachse (I) rotiert, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Werkzeugsupport (8) mittelbar oder unmittelbar ein Hubstangenlagerbock (22) aufgebracht ist, in welchem eine in Richtung der Schubstangenachse (V) angetriebene Schubstange (24) geführt ist, an der ein Spindelgehäuse (27) angebracht ist, in dem die Werkzeugspindel (17) gelagert ist und
daß die Schubstangenachse (V) parallel zur Schwenkachse (IV) auf der Drehachse (I) steht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem zum Antrieb der Schubstange (24) erforderlichen Motor (34) auf der Motorachse (VI) eine Kurbelscheibe (25) angebracht ist, in welcher ein mit der Schubstange (24) verbundenes Koppelglied (26) in einem veränderbaren Abstand von der Motorachse (VI) drehbar gelagert ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb der Schubstange (24) mittels eines numerisch gesteuerten Schritt- oder Servoantriebs erfolgt.

Zeichnung