本發明涉及光學鏡片割邊機，具體的說，它涉及一種能自動定位或測量鏡片光學中心、散光軸位、邊緣輪廓、且能對多片鏡片進行操作的新穎數控光學鏡片割邊機。

背景技術：

現在佩戴眼鏡的人員越來越多，有用眼疲勞帶來的近視人群，有年齡增大眼睛功能退化的中老年人，這些人群都需要佩服眼鏡來校正屈光度，這使得用于校正光學視力或用于保護視力的眼鏡片的需求量上升。人的一生，不可能離開眼鏡，或近視，或老化。正是因為人人離不開眼鏡，所以眼鏡的基數非常龐大。而從工廠出來的眼鏡片，到能佩戴的眼鏡，中間有個重要的工序，就是根據鏡框形狀，根據驗光單的參數進行割邊裝配。割邊機的功能是根據佩戴者的眼鏡架形狀，佩戴者的瞳距，瞳高，散光軸位,把圓形的鏡片切割后能符合裝配要求，完美符合鏡框的形狀。

割邊機的出現可以追蹤到上兩個世紀，從手工磨制玻璃眼鏡片的時候，就出現了割邊機的雛形，不過那時主要是玻璃鏡片為主，磨邊機的主要功能是對已經用鉆石刀初步劃成鏡框形狀的鏡片用砂輪進行邊緣打磨。后來樹脂鏡片的興起，慢慢催生了程控的割邊機，如Nidek,Essilor等。再后來，開始出現高效的數控鏡片割邊機，如意大利MEI SYSTEM公司的641機型和德國SatisLoh公司的ES-5和ES-4系列。

剛開始所有光學鏡片都必須在上盤設備上對好光學中心和軸向，對好光學中心和散光軸位后在鏡片背面粘上一個小夾頭，這個工序我們叫上盤，然后靠這個夾頭的定位在機床上加工。后來出現了真空夾持技術，如Mei TBA單元，但是鏡片光學中心的定位始終要在別的工位或設備上完成，始終沒有在位的光學中心和散光軸位定位系統。

目前的技術限制有這樣幾個方面：

一、沒有在位的鏡片光學中心和散光軸位的定位技術的出現，都需要單獨在割邊機外進行光學中心和軸位的定位，如Mei System的TBA單元。

二、每次鏡片在割邊時，鏡片的精確上下面形數據中不太可能獲得，但為了保證鏡片邊緣有理想的邊緣形狀，如開槽，倒邊等都需要測量邊緣的形狀。但是目前的技術是采用接觸式探針的方法，如Mei的641的機型。但是機械探針一方面會劃傷鏡片，一方面也不夠快速。

三、無法進行鉆石切邊的加工工序。在無框老光鏡片中，有極大部分是需要平面的倒邊(俗稱鉆石切邊)，如圖7所示，但是目前所有現有的割邊機，都無法進行數控鉆石切邊加工，所有的鉆石切邊工作都是靠手工磨制完成。

四、人眼佩戴的鏡片，盡管左右眼的度數會有差異，但是左右眼鏡的外形是對稱的。也就是說，左右眼鏡有相同的加工工藝，如一樣的外框形狀，一樣的打孔，只是形狀相對鼻梁對稱而已。但是目前的所有數控加工設備，哪怕采用自動裝載系統。也都是要一片一片裝載，都無法做到一次裝載左右眼鏡片，如果對左右眼鏡的同一工序一并加工，大大提高加工效率。

所有以上技術的限制，已經需要革新推動技術的向前發展。本發明由此產生，把上述所有的技術限制，一舉攻破。

技術實現要素：

本發明的目的是解決以上提出的問題，提供一種能自動在位定位或測量鏡片光學中心、散光軸位、邊緣厚度、進行鉆石切邊，且能對多片鏡片進行操作的新穎數控光學鏡片割邊機。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是一種新穎數控光學鏡片割邊機，所述割邊機包括5軸數控和運動系統、鏡片邊緣輪廓測量系統、在位光學中心和散光軸位定位系統、至少一個工件軸、工具軸和鏡片真空吸附夾持系統；

所述5軸數控和運動系統包括XYZBC軸，X軸為橫軸，Y軸為縱軸，Z軸為豎軸，B軸繞Y軸方向旋轉，C軸繞Z軸方向旋轉；

所述鏡片邊緣輪廓測量系統與在位光學中心和散光軸位定位系統包括帶液體變焦的鏡頭的相機；所述相機和工具軸安裝在X軸上，相機和工具軸可沿X軸、Z軸移動；所述工具軸上設置有刀柄和刀具；

所述工件軸安裝在Y軸和B軸上，可沿C軸、B軸旋轉或Y軸移動；

所述鏡片真空吸附夾持系統包括真空發生器、支撐體和橡膠隔膜或真空吸附頭，依次由下往上設置；所述鏡片真空吸附夾持系統設置在工件軸上。

作為優化，所述工件軸至少設置有兩個。

作為優化，所述工件軸左右并排設置，各個工件軸的C軸采用渦輪蝸桿減速聯動結構或工件軸以轉軸對稱相互背靠背排列設置。

作為優化，所述工件軸安裝在一個轉鼓上，所述轉鼓轉動依次將鏡片切換到工作位置進行加工。

作為優化，所述相機為CCD相機或CMOS相機，所述相機的信號傳輸到工業電腦處理。

作為優化，所述工件軸上設置有標準圓環發生器，安裝在支撐體下面。

作為優化，所述在位光學中心和散光軸位定位系統既可直接照相法讀取鏡片表面標記信息實現定位，也可在位測量鏡片的光學中心和散光軸位實現定位。

作為優化，所述橡膠隔膜厚度為2mm。

作為優化，所述工具軸的最大轉速為40000rpm，所述刀柄為熱縮刀柄或HSK刀柄。

作為優化，所述刀具包括貼有聚氨酯或阻尼布拋光皮的彈性拋光工具。

本發明的有益效果如下：

1、本發明可以設置兩個以上工件軸，一次能夠裝載多片鏡片，一次換刀后可對相同工序進行加工，實現工序的加工優化，提高了生產效率。

2、本發明設置有鏡片邊緣輪廓測量系統，通過輪廓照相測量方法測量鏡片邊緣的輪廓信息，采用對鏡片邊緣形狀進行非接觸測量，不會劃傷鏡片，且采用液體變焦鏡頭，能夠快速調焦聚焦，便于快速測量。

3、本發明設有在位光學中心和散光軸位定位系統，通過相機可以直接讀取鏡片表面的標記信息或者和標準圓環發生器的配合，相機沿X軸移動對準鏡片，測量鏡片的光學中心(棱鏡參考點)和散光軸位，鏡片可以在割邊機上直接測量，不需要單獨在割邊機外進行光學中心和軸位的定位。

4、本發明設有5軸數控和運動系統，5軸聯動設計，增加了Y軸，在XYB軸的配合下，可以完成平面鉆石切邊工序。鉆石切邊后使用貼有聚氨酯或阻尼布拋光皮的彈性拋光工具進行拋光,以達到鏡片切邊透亮的效果。

附圖說明

圖1：5軸數控運動系統和工作框架圖；

圖2：多片工件裝載示意圖；

圖3：工件軸并排排列示意圖；

圖4：工件軸以轉軸對稱背靠背排列示意圖；

圖5：R鏡片邊緣測量示意圖；

圖6：L鏡片邊緣測量示意圖；

圖7：一個典型的無框鉆石切邊鏡片；

圖8：鏡片平面極坐標描述圖；

圖9：鏡片邊緣成像的模擬圖；

圖10：R鏡片的在位光學中心和散光軸位系統；

圖11：L鏡片的在位光學中心和散光軸位系統；

圖12：典型的漸進多焦點油標圖；

圖13：典型的鏡片定位表面標記圖；

圖14：在位光學中心和散光軸位系統；

圖15：標準圓環模擬圖；

圖16：標準圓環的像模擬圖；

圖17：鏡片真空吸附夾持系統；

圖18：鉆石切邊的軸系運動示意圖；

1、相機；2、工具軸；3、左工件軸；4、右工件軸；5、R鏡片；6、L鏡片；7、刀柄；8、刀具；9、支撐體；10、橡膠隔膜；11、真空發生器；12、帶液體變焦的鏡頭；13、標準圓環發生器；14、轉鼓。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例進行進一步詳細說明：

實施例一：

本實施例是一種新穎數控光學鏡片割邊機，割邊機包括5軸數控和運動系統、鏡片邊緣輪廓測量系統、在位光學中心和散光軸位定位系統、至少一個工件軸、工具軸2和真空吸附鏡片裝載系統；

5軸數控和運動系統包括XYZBC軸，X軸為橫軸，Y軸為縱軸，Z軸為豎軸，B軸繞Y軸方向旋轉，C軸繞Z軸方向旋轉；

工具軸2安裝在X軸上，相機1和工具軸2可沿X軸、Z軸移動；工具軸2上設置有刀柄7和刀具8；

為了方便安裝，優選采用有兩個聯動的雙工件軸，但工件軸不僅限于兩個，可以一直左右延伸排列增加到三個、四個、五個等，雙工件軸安裝在Y軸和B軸上，可沿C軸、B軸旋轉或Y軸移動；雙工件軸左右并排設置，如圖3所示，可以同時裝載右左兩片鏡片。

左工件軸3的C1和右工件軸的C2的軸采用渦輪蝸桿減速聯動結構，兩個工件軸為C1和C2可以聯動，也可以單獨驅動。這樣一次換刀可同時對左右兩片鏡片的相同工序進行加工，提高了工作效率，當然也允許只裝R鏡片5或L鏡片6。

鏡片邊緣輪廓測量系統包括帶液體變焦的鏡頭12的相機1，相機1安裝在X軸上，就在相機1可沿X軸、Z軸移動，則帶液體變焦的鏡頭12也可沿X軸、Z軸移動，相機1為CCD相機1或CMOS相機1，相機1的信號傳輸到工業電腦處理，通過輪廓照相測量方法測量鏡片的上下邊的位置和三維信息。在B軸的幫助下，可以讓R鏡片5的邊緣正對成像相機1，如圖5所示。當B軸旋轉-90度時，可以讓L鏡片6的邊緣正對成像相機1方便測量，如圖6所示。

本設計中，快速調焦聚焦是一個關鍵的指標。假定每2度取樣一個點，整個鏡片360度就有180個點，一般的調焦系統，如平時使用的相機、手機等，都是通過判斷圖像線條的銳度來作為清晰成像的標準，通過械變焦實現，這樣的調焦一般需要1-2s的反應時間，那么180個點至少就是180秒，顯然太慢。

采用帶液體變焦的鏡頭12相比有機械的變焦鏡頭，有快速的變焦反應時間，一般在10-20ms之間。如果外界能直接輸入“物”的位置信息，則變焦和聚焦反應可以更快。假定采用幀頻為50fps的相機，每幀的時間是20ms。180個點就是3.6s。在4s時間內完成鏡片邊緣的測量是快速合理的。采用帶液體變焦的鏡頭12有助于大大縮短變焦反應時間，有助于快速鏡片邊緣輪廓數據的測量。

如圖8所示，在鏡片外框初步切割后，其2維平面外框是由一系列的(ρ(θi)，θi)點組成的曲線。本設計中，采用ρ(θ)去控制帶液體變焦的鏡頭12對鏡片邊緣的清晰成像，如圖9所示。通過算法圖像提取，就可以ρ(θ)在θ處的鏡片上邊緣e1(θ)和下邊緣e2(θ)的位置值和邊緣厚度et(θ)信息。通過C1或C2的旋轉改變θ，就可以得到鏡片整個邊緣的形狀信息，上邊緣，下邊緣和邊緣厚度的信息。

在位光學中心和散光軸位定位系統基于上述的相機1和帶液體變焦的鏡頭12。相機1和帶液體變焦的鏡頭12可以沿X軸左右移動，確保相機1可以沿光軸對準R鏡片5或L鏡片6，以減少測量誤差，如圖10和圖11所示。

根據鏡片的種類，在位光學中心和散光軸位定位系統有兩種不同的工作模式：

一種是用于割邊鏡片表面有光焦度信息定位的鏡片，如漸進多焦點鏡片。漸進多焦點鏡片有現成的位置參考信息，如圖12所示；還有已經在鏡片上標注光學中心和軸位方向的油印，如圖13所示。此時在位光學中心和散光軸位定位系統直接采用照相法讀取圖鏡片表面的標記信息。通過這些標記信息，自動由軟件去控制定位鏡片的光學中心和割邊位置信息。

另外一種工作模式是針對普通的現片，這些鏡片表面沒有印刷位置參考信息。此時就需要在位光學中心和散光軸位定位系統來讀取鏡片的光學中心(棱鏡參考點)和散光軸位。在位光學中心和散光軸位定位系統的方式，如圖14所示。其工作原理是測量任一參考物經過鏡片后的變形情況來測定鏡片的光學中心(棱鏡參考點)和散光軸位。

本設計優選標準圓環發生器13,如圖15所示，每個工具軸2都有一個標準圓環發生器13，標準圓環發生器13安裝在支撐體9下面。在經過鏡片后的變形和中心偏移，如圖16所示，來得到光學中心(棱鏡參考點)和散光軸位的信息。有了這些信息，5軸數控和運動系統就可以根據鏡框形狀，根據佩戴者的瞳距、瞳高和散光軸位進行鏡片的車削磨拋加工。

鏡片真空吸附夾持系統如圖17所示，包括真空發生器11和支撐體9和橡膠隔膜10，依次由下往上設置，其中，橡膠隔膜也可以用真空吸附頭替代，鏡片真空吸附夾持系統設置在工件軸上。支撐體9可以根據不同的基彎或散光度進行選擇。支撐體9上面有一層橡膠隔膜10，橡膠隔膜10厚度為2mm，太厚雖然變形空間大，可以讓一個支撐體9適合于更多規格的鏡片，但是也容易導致吸附后位置發生變形，關鍵是加工時剛性小，加工尺寸的精度低。太薄雖然變形空間小，吸附后位置一般不容易發生變形，剛性好，但是每個支撐體9只能用于不多規格的鏡片，所以2mm是比較理想平衡的結果。

當鏡片放置在帶橡膠隔膜10的支撐體9后，在鏡片和橡膠層之間形成一個空腔，當真空發生器11把這部分空氣抽干時，鏡片就被牢牢地壓在支撐體9上，從而達到夾持鏡片的作用。本實施例集成的鏡片邊緣測量系統與在位光學中心和散光軸位測量可以修正因真空吸附夾持帶來的鏡片姿態改變，可以達到精確的割邊加工。

為了方便自動換刀，割邊機設置有8個工位的換刀器，由于樹脂鏡片外形具有復雜性，一個刀具8無法完成所有工序，采用有8個工位的換刀器，可以提供最多8個工具，足夠適合鏡片割邊加工中的復雜性和多樣性。業內一般采用換主軸或換刀兩種方法實現。換工具軸的特點是快速，但是需要一堆工具軸，因而造價高。采用自動換刀器成本低，但是有換刀時間，但本設計采用一次換刀可同時對兩片鏡片相同工序進行加工，相對來說，就是提高了效率。

工具軸2的最大轉速為40000rpm，用于實現快速的切割，即便工裝直徑小于8mm。刀柄7為熱縮刀柄7或HSK刀柄7，讓刀具8在高速旋轉時可靠工作。

刀具包括貼有聚氨酯或阻尼布拋光皮的彈性拋光工具，但不僅僅限于彈性拋光工具，刀具還可以為銑刀，鉆頭，金剛石銑磨工具等本領域常見刀具，彈性拋光工具是一種特殊刀具，用于鉆石切邊后進行拋光，以達到鏡片切邊透亮的效果。

為了優化切割效果，本設計可通知進行水切和干切兩種模式，可根據材料和工序進行優化。

使用方法：操作人員掃描工單，讓割邊機通訊服務器提取到割邊的具體形狀和數據。在左右兩個支撐體9上分別放置上R鏡片5和L鏡片6。開動真空發生器11，把R鏡片5和L鏡片6吸附固定在雙工件軸上。移動帶液體變焦的鏡頭12的相機1，如圖10和11所示，對R鏡片5和L鏡片6進行光學定心和散光軸位探測或讀取鏡片表面的定位信息，如圖12和13所示。然后數控系統自動根據鏡片的位置信息，自動生成加工G代碼，進行粗割邊，然后按圖5和6所示對鏡片的邊緣厚度進行測量，工具主軸通過8個工位的換刀器更換后續的工序用刀，如開槽，拋光工具，鉆孔工具等。等所有工序完成后，R鏡片5和L鏡片6就割邊完成。

如需加工鉆石切邊，其工作如圖18所示，鏡片在XYZB軸的控制下就可以完成。鉆石切邊后可使用貼有聚氨酯或阻尼布拋光皮的彈性拋光工具拋光,以達到鏡片切邊透亮的效果。

實施例二：

本實施例與實施例一的區別在于工件軸位置的設置，本實施例中，依舊選擇雙工件軸，但是工件軸以轉軸對稱相互背靠背排列，如圖4所示，但工件軸不僅限于兩個，可以一直左右延伸排列增加到四個、六個、八個等，其他結構與實施例一相同。

實施例三：

本實施例與實施例一的區別在于工件軸位置的設置，本實施例中，選擇四個工件軸，工件軸安裝在一個轉鼓14上，轉鼓14轉動依次將鏡片切換到工作位置進行加工，如圖2所示，但不僅限于四個，擴大轉鼓14的尺寸，轉鼓14上可以安裝更多工件軸，其他結構與實施例一相同。這種設計適合于無光焦度鏡片的切割，如太陽鏡和鏡框襯墊片。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域中的普通技術人員來說，在不脫離本發明核心技術特征的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。