Eine derartige Vorrichtung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster G 93 17 381.4 derselben Anmelderin beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus einer die Brillenfassung tragenden Halterung, einem an der Halterung angeordneten, relativ zur Brillenglasöffnung um eine senkrechte Achse drehbaren Signalgeber für kohärente, zum Nutgrund gerichtete Wellen, wie Ultraschallwellen oder Laserstrahlen, einem Meßwertaufnehmer für die relative Winkelstellung der Brillenglasöffnung mit Bezug auf den Signalgeber, einem Meßwertaufnehmer für den Abstand zwischen der Brillenglasöffnung und dem Signalgeber, einem Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale mit Bezug auf den Nutgrund sowie einer vom Meßwertaufnehmer für die Höhenlage der Signale gesteuerten Nachführeinrichtung für den Signalgeber zum Nachführen des Signalgebers entlang der Raumkurve des Nutgrundes.

Durch die Verwendung eines Signalgebers für kohärente Wellen, insbesondere Laserstrahlen, lassen sich die Abstände r schnell und genau ermitteln und zu der jeweiligen Winkelstellung 0 der Brillenglasöffnung mit Bezug auf den Signalgeber in Beziehung setzen. Die Abstände r und die Winkel 0 werden in bekannter Weise gespeichert, um sie für die Steuerung einer Schleifmaschine für die Ränder von Brillengläsern zu verwenden. Das Ansteuern der Schleifmaschine und das Schleifen des Brillenglases kann auch gleichzeitig mit dem Vermessen der Brillenglasöffnung erfolgen. Durch die Nachführeinrichtung für den Signalgeber zum Nachführen des Signalgebers entlang der Raumkurve des Nutgrundes wird einerseits dafür gesorgt, daß nur der Abstand zum Nutgrund gemessen wird. Andererseits ergibt die Nachführung ein Signal für die Höhenlage der Raumkurve des Nutgrundes, d. h. für die auf den Drehwinkel 0 bezogenen Z-Werte der Raumkurve. Diese Z-Koordinaten lassen sich beim Steuern des Schleifens eines Brillenglases dazu verwenden, die Lage der Facette genau entsprechend der Raumkurve des Nutgrundes in der Brillenfassung zu steuern und ggf. die Facette gegenüber dem vorderen Brillenglasrand zu verschieben, wenn es sich z. B. um sehr starke Minusgläser handelt, bei denen es aus ästhetischen Gründen vorteilhaft ist, die Vorderseite des Brillenglases mit gleichbleibendem Abstand zur Vorderseite der Brillenfassung anzuordnen.

Bei dieser bekannten Vorrichtung hat sich gezeigt, daß sie prinzipiell geeignet ist, die Daten der Raumkurve einer Facettennut in der Brillenglasöffnung einer Brillenfassung mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln, jedoch ist der apparative Aufwand verhältnismäßig hoch und erfordert das Steuern der Vorrichtung und das Auswerten der ermittelten Daten eine verhältnismäßig hohe Rechnerkapazität.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der ein genaues und schnelles, berührungsloses Abtasten der Nut in der Öffnung einer Brillenfassung und/oder des Umfangs eines Brillenglases oder einer Formscheibe möglich ist, ohne einen erheblichen apparativen Aufwand und eine hohe Rechnerkapazität zu erfordern.

Ausgehend von dieser Problemstellung wird eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß eine die Brillenfassung, das Brillenglas oder die Formscheibe tragende Halterung, eine an einem Träger angeordnete, relativ zu der Brillenglasöffnung, dem Brillenglas oder der Formscheibe um dessen Achse drehbare Lichtquelle, die ein etwa senkrecht zur Brillenfassungs-, Brillenglas- oder Formscheibenebene stehendes planparalleles Lichtbündel oder ein Netzraster auf die Innenkontur der Brillenglasöffnung oder auf die Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe richtet, eine in der Ebene senkrecht zur Drehachse an dem Träger beabstandet zur Lichtquelle angeordnete Optik mit einer Sensormatrix zum Aufnehmen des Bildes des Lichtbündels oder des Netzrasters in der Nut der Brillenfassung oder auf dem Umfang des Brillenglases oder der Formscheibe, einen Meßwertaufnehmer für die relative Winkelstellung der Brillengestellöffnung mit Bezug auf die Achse der Optik oder der Lichtquelle, eine mit der Optik gekoppelte Scharfeinstellvorrichtung für das aufgenommene Bild des Lichtbündels oder des Netzrasters, einen mit der Scharfeinstellvorrichtung verbundenen Meßwertumformer zum Umformen der Scharfeinstellsignale der Scharfeinstellvorrichtung in Werte für den Abstand zwischen dem Nutgrund oder dem Umfang des Brillenglases oder der Schablone und der Achse und bei der die Sensormatrix mit einer Einrichtung zum Erfassen der Höhenlage des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe gekoppelt ist, die ein Maß für den Verlauf der Raumkurve der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe in Richtung der Achse (Z-Achse) liefert..

Automatische Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtungen in Verbindung mit einer Sensormatrix sind bekannt. Sie beruhen auf dem Prinzip, daß ein charakteristischer Ausschnitt, eine Kante oder ein Punkt eines von der Aufnahmeoptik auf die Sensormatrix projizierten Bildes dann von einem Minimum von Pixeln der Sensormatrix erfaßt wird, wenn das Bild scharf eingestellt, d. h. genau focussiert ist. Durch ein unscharfes Bild verbreitern sich Kanten oder vergrößern sich Punkte, so daß eine größere Anzahl von Pixeln aktiviert wird. Mittels einer geeigneten, bekannten Bildanalyseeinrichtung läßt sich eine mit der Optik gekoppelte Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtung solange verstellen, bis ein scharfes Bild auf der Sensormatrix erscheint.

Beim Aufnehmen der Innenkontur der Brillenglasöffnung oder der Außenkontur eines Brillenglases oder einer Formscheibe durch schrittweises Drehen des Trägers mit der Lichtquelle und der Optik oder durch Drehen der Brillenglasöffnung oder des Brillenglases oder der Formscheibe verändert sich die Entfernung von der Optik zur Innenkontur der Brillenfassung oder der Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe, und es ist jedes Mal erforderlich, das Bild neu zu focussieren. Da die Lage der Optik auf dem Träger mit Bezug auf die Drehachse bekannt ist, läßt sich für jeden Winkelschritt O der Radius r von der Drehachse zur Innenkontur der Brillenglasöffnung oder zur Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe aus der Einstellung der Optik mittels der Scharfeinstell- oder Focussiereinrichtung direkt ermitteln.

Beim Aufnehmen der Innenkontur einer Brillenglasöffnung läßt sich als charakteristischer Ausschnitt das Bild der V-förmigen Facettennut verwenden, deren Schenkel in einer deutlich erkennbaren Spitze zusammenlaufen.

Die Einrichtung zum Erfassen der Höhenlage macht sich die Tatsache zunutze, daß die Sensormatrix als ein Koordinatennetz aufzufassen ist und sich daher die relative Höhenverschiebung der aufgenommenen und auf die Sensormatrix projizierten Bilder erfassen und in Daten für die Höhenlage bzw. den Verlauf der Raumkurve umsetzen läßt, um auch den räumlichen Verlauf der Innenkontur der Brillenglasöffnung oder der Außenkontur des Brillenglases oder der Formscheibe zu erfassen.

Die Veränderung der relativen Höhenlage der einzelnen aufgenommenen Bilder auf der Sensormatrix läßt sich direkt mittels einer Bildanalyseeinrichtung in entsprechende Daten für die Raumkurve umsetzen. Dies erfordert jedoch eine Optik mit einem verhältnismäßig großen Aufnahmewinkel.

Wenn eine von der Sensormatrix gesteuerte Nachführeinrichtung zum Nachführen der Lichtquelle und der Optik entlang der Raumkurve der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe in Richtung der Achse (Z-Achse) vorgesehen wird, braucht die Optik nur für einen verhältnismäßig kleinen Aufnahmewinkel vorgesehen zu sein, da das Bild mittels der Nachführeinrichtung stets zur Mitte der Sensormatrix geführt wird.

Dies läßt sich vorzugsweise dadurch erreichen, daß die Sensormatrix eine Sensorzeile aufweist, die über die Einrichtung zum Erfassen der Höhenlage des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe die Bewegung der Nachführeinrichtung anhält, wenn ein erster charakteristischer Bereich des Bildes auf dieser Sensorzeile ankommt.

Bei diesem ersten charakteristischen Bereich kann es sich beispielsweise um die Spitze der V-förmigen Facettennut handeln.

Werden weitere charakteristische Bereiche des Bildes der Nut oder des Umfangs des Brillenglases oder der Formscheibe mit Bezug auf den ersten charakteristischen Bereich erfaßt, lassen sich zusätzlich der Winkel und/oder die Winkellage und/oder die Breite der Nut in der Brillenglasöffnung oder der Winkel und/oder die Winkellage und/oder die Breite einer Facette auf dem Umfang eines Brillenglases oder die Breite des Umfangs des Brillenglases erfassen, so daß nach einem berührungslosen Abtasten der Innenkontur einer Brillenglasöffnung oder der Außenkontur eines Brillenglases oder einer Formscheibe über 360° ein Datensatz zur Verfügung steht, der in Abhängigkeit vom Drehwinkel 0 den jeweiligen Radius r, die Form, die Winkellage und die Höhenlage dieser Kontur umfaßt.

Dieser Datensatz läßt sich dazu verwenden, das Formbearbeiten von für die abgetastete Brillenfassung bestimmten Brillengläsern mittels einer CNC-gesteuerten Brillenglasformbearbeitungsmaschine so präzise zu steuern, daß sich die Brillengläser ohne weitere Nacharbeit paßgenau in die Brillenfassung einsetzen lassen.

Durch das berührungslose Abtasten der Außenkontur eines formgeschliffenen Brillenglases läßt sich der räumliche Verlauf der Vorder- und Rückkante ermitteln und die anzuschleifende Dachfacette so legen, daß sich die Brillengläser in ästhetisch ansprechender Weise in die Brillenfassung einsetzen lassen, was insbesondere bei starken Minusgläsern von Bedeutung ist, bei denen die Facette gegenüber der Vorderkante des Brillenglases überall den gleichen Abstand haben soll, damit die Vorderseite des Brillenglases einen gleichbleibenden Abstand zur Vorderseite der Brillenfassung aufweist.

Des weiteren läßt sich durch ein Abtasten eines fertigbearbeiteten Brillenglases mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung feststellen, ob das Profil der Dachfacette dem Profil der Facettennut der Brillenfassung entspricht, für die dieses Brillenglas bestimmt ist. Bei auf Abnutzung des verwendeten Bearbeitungswerkzeugs beispielsweise einer Schleifscheibe mit einer Facettennut zurückzuführenden Abweichungen läßt sich auf diese Weise ein automatischer Abrichtvorgang der Schleifscheibe einleiten, oder es ergeht ein Signal, daß ein Abrichten der Facettenschleifscheibe erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 eine Brillenfassungshälfte mit Darstellung der zu messenden Radien und Winkel, Fig. 2 eine Draufsicht auf ein fertiggeschliffenes, in die Brillenglasöffnung einzusetzendes Brillenglas, Fig. 3 eine Seitenansicht des Brillenglases gemäß Fig. 2, Fig. 4 eine schematische, seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 5a bis 5e eine Darstellung einer Sensormatrix mit darauf abgebildeter Facettennut bzw. darauf abgebildetem Rand eines fertigbearbeiteten Brillenglases.

Eine Brillenfassungshälfte 1 weist eine Brillenglasöffnung 2 auf, die mit einer umlaufenden Facettennut 3 mit einem spitzen Nutgrund 4 zur Aufnahme eines Brillenglases 5 mit einer angeschliffenen Dachfacette 6 bestimmt ist.

Etwa mittig in der Brillenglasöffnung 2 ist ein um eine Achse 26 drehbarer Träger 14 angeordnet. Auf der Oberseite des Trägers 14 befindet sich eine Lichtquelle 15, die ein planparalleles, senkrecht zur Ebene der Brillenglasöffnung 2 stehendes Lichtbündel 9 in Richtung der Facettennut 3 aussendet. Beabstandet zu der Lichtquelle 15 ist auf dem Träger 14 eine CCD-Kamera 16 mit einer Optik 11 angeordnet, die das durch das planparallele Lichtbündel 9 erzeugte Bild 10 der Facettennut 3 aufnimmt. Dieses Bild 10 wird auf eine Sensormatrix 13 in der CCD-Kamera 16 geworfen und läßt sich mittels einer Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtung 19 automatisch scharf einstellen.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird eine Brillenfassungshälfte 1, deren Facettennut 3 durch die CCD-Kamera 16 aufgenommen werden soll, auf eine Auflage 7 gelegt und mittels Klammern 8 festgehalten.

Um einen Datensatz der Facettennut 3 in der Brillenglasöffnung zu erhalten, wird der Träger 14 schrittweise gedreht und bei jedem Schritt ein Bild 10 des Lichtbündels 9 aufgenommen.

Da der Abstand der CCD-Kamera 16 von der Drehachse 26 bekannt ist, läßt sich der Abstand zwischen dem Bild 10 des Lichtbündels 9 in der Facettennut 3 in einem Rechner 27 ohne weiteres in einen Wert r für den Abstand von der Drehachse 26 zum entsprechenden Punkt der Facettennut 3 mit Bezug auf den jeweiligen Winkel 0 umrechnen.

Der Träger 14 ist in einer Führung 12 der Vorrichtung drehbar und axial verschiebbar (Z-Achse) angeordnet. Ein Stellmotor 17 dient dazu, den Träger 14 axial zu verschieben und ist als Schrittmotor ausgebildet, der gleichzeitig als Geber für die Z-Koordinate dient. Die Drehung des Trägers 14 wird durch einen weiteren Stellmotor 18 gesteuert, der gleichzeitig als Winkelgeber für die Winkel 0 dient. Die Steuerung der Stellmotoren 17,18 erfolgt durch einen Rechner 27, wie nachstehend noch erläutert wird.

Erfindungsgemäß ergibt sich aus der Einstellung der Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtung 19 ein Wert für den Abstand zwischen dem Bild 10 des Lichtbündels 9 und der Sensormatrix 13 in der CCD-Kamera 16.

Eine Sensormatrix besteht aus einer großen Anzahl von Pixeln, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Wird ein unscharfes Bild 20a des Bildes 10 des Lichtbündels 9 durch die Optik 11 auf die Sensormatrix 13 geworfen, wie dies aus Fig. 5a ersichtlich ist, wird dadurch eine größere Anzahl von Pixeln aktiviert, und die entsprechenden Signale gelangen in eine Einrichtung 29 zum Erfassen der Bildschärfe im Rechner 27. Mittels eines Bildanalysesystems läßt sich feststellen, ob das Bild 20a scharf oder unscharf ist. Solange es unscharf ist, veranlaßt die Einrichtung zum Erfassen der Bildschärfe 29 im Rechner 27 ein Verstellen der Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtung 19 bis ein scharfes Bild 20 des Bildes 10 des Lichtbündels 9 der Facettennut 3 auf die Sensormatrix 13 fällt und ein Minimum an Pixeln aktiviert. Die Scharfeinstell- oder Focussiervorrichtung 19 wird dann nicht mehr verstellt und die Einstellung der Scharfeinstell- oder Focussiereinrichtung 19 ergibt direkt ein Maß für den Abstand des Bildes 20 auf der Sensormatrix 13 zur Facettennut 3 und deren Nutgrund 4. Die Anzahl der Pixel der Sensormatrix wird in Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit, mit der der Radius r ermittelt werden soll, gewählt.

Um auch den räumlichen Verlauf der Nut 3 aufzunehmen, ist in dem Rechner 27 eine Einrichtung 28 zum Erfassen der Höhenlage des Bildes 20 auf der Sensormatrix 13 vorgesehen. Im einfachsten Fall kann es sich bei dieser Einrichtung 28 um ein Bildauswerteprogramm handeln, das den Abstand eines charakteristischen Punktes des Bildes 20, vorzugsweise eines Punktes 21 des Nutgrundes erfaßt und dessen Abstand zu einer Referenzlinie 25, beispielsweise einer Mittelzeile in der Sensormatrix 13 aufnimmt. Dieser Abstand wird für jeden Winkelschritt 0 dem Radius r zugeordnet und ergibt eine den räumlichen Verlauf der Facettennut 3 charakterisierende Datenmenge.

Im Hinblick darauf, daß eine Höhenverstellung des Trägers 14 mit der Lichtquelle 15 und der CCD-Kamera 16 erforderlich ist, um die Vorrichtung zum Aufnehmen einer Facettennut 3 in einer Brillenglasöffnung 2 einer vorgegebenen Brillenfassung in eine Startposition zu bringen, in der sich die Lichtquelle 15 und die CCD-Kamera 16 möglichst genau auf der Höhe des Bildes 10 des planparallelen Lichtbündels 9 befinden, läßt sich diese Höhenverstellvorrichtung auch dazu verwenden, die Z-Koordinaten der Facettennut 3 zu ermitteln. Dies geschieht in der Weise, daß bei jedem Winkelschritt 0 zunächst die Einrichtung 29 zum Erfassen der Bildschärfe in Tätigkeit tritt und das unscharfe Bild 20a in Fig. 5a in ein scharfes Bild 20 in Fig. 5b überführt. Danach wird mittels der Einrichtung 28 zum Erfassen der Höhenlage der Stellmotor 17 in Tätigkeit gesetzt und fährt den Träger 14 mit der Lichtquelle 15 und der CCD-Kamera 16 solange auf und ab, bis ein charakteristischer Bereich 21, nämlich das Bild des Nutgrunds 4 der Facettennut 3 in der Brillenglasöffnung 2 auf der Mittelzeile 25 liegt. Da der Stellmotor 17 als Weggeber ausgebildet ist, liefert das Verstellen des Stellmotors 17 bis der Punkt 21 auf der Mittelzeile 25 liegt, direkt die Z-Koordinate.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich noch dahingehend ausgestalten, daß auch der Winkel zwischen den Schenkeln der Facettennut 3 sowie die Winkellage der Facettennut 3 mit Bezug auf die durch die Brillenglasöffnung 2 verlaufende Ebene erfaßt werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß wenigstens ein weiterer charakteristischer Bereich des Bildes 20 erfaßt wird, beispielsweise das Ende 22 eines der Schenkel der Facettennut. Unter der Voraussetzung, daß die Facettennut, unabhängig von der Durchwölbung der Brillenfassungshälfte 1 immer senkrecht zur Brillenfassungsebene verläuft, genügt es, diesen einen weiteren Punkt 22 aufzunehmen, um ein genaues Bild der Facettennut 3 aufzunehmen und daraus eine Datenmenge zu entwickeln, die den Radius r, den Winkel 0 der Facettennut und die Breite der Facettennut enthält.

Da jedoch die Facettennut bei manchen Brillenfassungen nicht stets senkrecht zur Brillenfassungsebene verläuft, ist es zusätzlich noch möglich, den Endpunkt 23 des zweiten Schenkels der Facettennut aufzunehmen, wie dies in Fig. 5d dargestellt ist, und die Werte in eine Einrichtung 30 zum Erfassen der Winkellage einzugeben. Durch die Punkte 21,22, 23 mit Bezug auf die Mittelzeile 25 sind die Breite der Facettennut, der Winkel zwischen den Schenkeln der Facettennut und die Winkellage der Facettennut mit Bezug auf die Brillenfassungsebene definiert, lassen sich als Datenmenge speichern und zum Steuern der Randbearbeitung eines in die Brillenfassung einzusetzenden Brillenglases verwenden.

CNC-gesteuerte Brillenglasrandbearbeitungsmaschinen sind bekannt. Ggf. ist es erforderlich, das Steuerprogramm derartiger Maschinen sowie die Anzahl der steuerbaren Achsen dieser Maschine zu ergänzen, um auch die der Fig. 5d entsprechende Datenmenge verarbeiten zu können.

In Fig. 5e ist ein Bild 24 des Umfangs eines formgeschliffenen Brillenglases 5 dargestellt.

Dieses Bild 24 ist bereits bezüglich der Mittelzeile 25 ausgerichtet, indem die Spitze der Dachfacette auf die Mittelzeile 25 mittels der Einrichtung 28 zum Erfassen der Höhenlage und durch Verstellen des Stellmotors 17 für die Z-Koordinaten betätigt wurden. Es ist erkennbar, daß die Facette auf dem Brillenglas etwa mittig gegenüber der Vorderkurve 31 und der Rückkurve 32 des Brillenglasumfangs verläuft. Durch Vergleich dieses Bildes mit einem gespeicherten Soll-Bild lassen sich Abweichungen der Form der Dachfacette 6 von einer Soll-Form feststellen. Diese Abweichungen ergeben sich, wenn beispielsweise eine Schleifscheibe mit einer Facettennut zum Schleifen einer Dachfacette einen erhöhten Abnutzungsgrad aufweist. Auf diese Weise läßt sich daher der Abnutzungsgrad ermitteln, woraufhin es möglich ist, automatisch einen Abrichtvorgang der Schleifscheibe oder ein Warnsignal, das einen Hinweis auf eine zu große Abnutzung gibt, auszulösen. Eine Brillenglasrandbearbeitungsmaschine, die geeignet ist, diese Schritte durchzuführen, ist in der deutschen Patentanmeldung 198 04 455.0 derselben Anmelderin beschrieben, auf die zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen wird.

Selbstverständlich läßt sich auch noch die durch die Punkte 21,22, 23 charakterisierte Facettennut in der Brillenglasöffnung 2 der Brillenfassungshälfte 1 mit der Facettennut 6 am fertigbearbeiteten Brillenglas 5 vergleichen und feststellen, ob das Brillenglas 5 mit der angeschliffenen Dachfacette 6 geeignet ist, in die Brillenglasöffnung 2 der Brillenfassungshälfte 1 eingesetzt zu werden oder nicht, oder ob ein weiterer Nachbearbeitungsschritt erforderlich ist.

Um ein Brillenglas 5 oder eine Schablone mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermessen zu können, ist es erforderlich, eine besondere, nicht dargestellte Halterung für das Brillenglas 5 oder die Schablone vorzusehen, die so bezüglich des Trägers 14 mit der Lichtquelle 15 und der CCD-Kamera 16 angeordnet ist, daß sich das Brillenglas 5 oder die Schablone schrittweise drehen läßt, während der Träger 14 stillsteht, um den Außenumfang des Brillenglases 5 oder der Schablone in analoger Weise abzutasten, wie dies mit Bezug auf das Abtasten der Brillenglasöffnung 2 beschrieben wurde. Des weiteren ist es auch möglich, den Träger 14 nur in Z-Richtung beweglich zu gestalten, während die Auflage 7 mit der Brillenfassung 1 um die Achse 26 drehbar ist.