用于为眼镜镜片施加涂层的方法与流程

本发明涉及一种用于为眼镜镜片施加涂层、尤其是用于借助针头或喷射计量装置为眼镜镜片的边缘施加涂层的方法，所述眼镜镜片和计量装置相对于彼此运动并且在此将涂层材料从计量装置涂覆到眼镜镜片、尤其是其边缘上。

针头计量装置在此应理解为这样一种装置，在其中从该装置的中空针头将涂层材料在连续流动中施加到待施加涂层表面上。喷射计量装置应理解为这样一种装置，在其中涂层材料逐滴地从计量头向待施加涂层表面方向喷出。喷出的液滴在此经过计量头与待施加涂层表面之间的飞行距离。

如在专利申请de102018002384.3(关于功能优化的层的专利申请)中所描述的那样，以可流动的涂层材料对眼镜镜片的边缘进行施加涂层时会受到许多影响因素的影响，这些影响因素会影响施加涂层过程。除了作用在涂层材料上的力之外，随镜片而异的形状以及与镜片厚度有关的镜片边缘可变厚度分布也具有重要影响。如在发明申请de102018002384.3中所描述的，通过根据边缘厚度控制涂层材料的量来对眼镜镜片的几何结构可变的边缘表面进行施加涂层是有意义的。在此也规定根据厚度分布轴向移动涂层位置，以便实现均匀的涂层。这种对涂层材料的量和/或计量装置位置的控制也可在接下来进一步描述的发明中设置。

在该方法中，在很大程度上忽略了计量装置的位置和定向、尤其是角度定向与镜片边缘的待施加涂层表面的位置和定向、尤其是角度定向——分别在(地球坐标系的)空间中或相对于彼此——之间的关系以及施加涂层所需的运动轴的类型和布置以及计量装置与边缘表面之间的相对位置和相对运动的控制。在本专利申请的范围中，“边缘”也应理解为在眼镜镜片的边缘加工过程中制造的眼镜镜片区域，其用于避免与镜架发生碰撞(如运动眼镜中的“台架”(shelf)，图1)、降低受伤风险(如安全倒棱，图2)或出于美观原因而设置(如装饰棱面，图3)。

根据镜架的设计，可将眼镜镜片制作成非常不同的形状。可以是从圆形到飞行员眼镜形状再到矩形的几乎任何几何结构(图4)。因此，边缘轮廓的曲率根据每个镜片的圆周角位置(在眼镜镜片围绕光轴或平行于其旋转时)而变化，即随镜片而异。例如通过具有恒定角分度的半径来描述形状。根据半径会产生外部形状的特定曲率(图4)。

边缘的曲率在大多数镜片形状中都是凸形的，但也可具有凹形的几何结构，例如在用于运动镜架的眼镜镜片的情况下(图5)。

此外，在几何结构上这样构造眼镜镜片的边缘，使得其将眼镜镜片可靠地保持在相应镜架中并使其居中。因此制作不同的边缘结构，在图6中示出其中一些重要的边缘结构。

因此，眼镜镜片的表面由多个表面形成，其几何结构非常不同并且原则上随镜片而异。眼镜镜片边缘的施加涂层例如在整个眼镜镜片边缘上进行或进一步优选仅在选定的表面区域上、即眼镜镜片边缘的部分表面上进行。相反，其它表面、尤其是光学有效表面优选不应或仅应在例外情况下被施加涂层。

在施加涂层过程中，边缘的不同几何结构会导致问题，本发明的任务针对该问题。

原则上，如果在施加涂层过程中计量装置和待施加涂层表面之间的几何关系保持恒定，则将最佳地实现高质量的施加涂层结果。但在实践中，在整个施加涂层过程中保持眼镜镜片和计量装置之间理想的相对位置恒定已证明是不可实现的或者只能以非常高的控制耗费或机器耗费来实现该理想的相对位置。这例如只能以在眼镜镜片和/或计量装置的运动中允许特别高的自由度的机器实现。但这种机器非常昂贵。

计量装置和待施加涂层表面、尤其是眼镜镜片的边缘表面之间的距离和角度是特别重要的。在借助计量针头进行施加涂层的情况下，该距离优选选择得小于计量针头的内直径di、优选di/2。这是有利的，因为可建立到待施加涂层表面的稳定的液桥。在喷射计量系统的情况下，该距离优选在大约1至2mm的范围内，喷射计量系统头部的几何结构基于工作方式显著大于计量针头的几何结构。喷射计量系统的计量头的常见宽度在b＝5至20mm的范围内并且因此比计量距离大至多20倍。

图7示出在固定计量装置中由此产生的问题。显而易见的是，当眼镜镜片旋转时，在镜片边缘与计量系统之间可发生碰撞。此外，计量针头下方的间隙几何结构或喷射计量器中的入射角可改变。流动特性或镜片边缘上形成的液滴形状由此改变。

另一个重要问题是在施加涂层表面未垂直于重力的轴线走向、即非水平地定向时由重力引起的涂层液体的流走(图8)。根据倾斜的大小、希望的层厚度、涂层材料的粘度和密度，由此可导致不均匀的涂层厚度直至不希望的涂层材料流走。对此的背景例如是在考虑涂层表面的倾斜的情况下通过作用的重力对涂层材料和表面之间的力平衡的影响(图9)。

因此，本发明的任务是提供一种用于为眼镜镜片、尤其是眼镜镜片的边缘施加涂层的方法，借助该方法可以经济上合理的、尤其低成本的方式进行施加涂层，同时避免所描述的问题。

根据本发明，所述任务通过开头所提类型的方法来解决，其中，在涂覆过程之前和/或期间基于计量装置的几何结构数据和测量的或从数据存储器中获取的眼镜镜片的待施加涂层表面、尤其是边缘表面的几何结构数据，确定用于控制眼镜镜片和/或计量装置的运动的控制数据。这种数据例如可存储在控制装置中。

本发明优选规定，在进行施加涂层之前完成确定施加涂层过程所需的、用于眼镜镜片和/或计量装置的运动的所有控制数据，这些数据尤其是从用于控制眼镜镜片和/或计量装置的运动致动器的控制装置调用并且根据这些预先确定的控制数据来操控运动致动器。在此情况下，优选在施加涂层之前完全确定眼镜镜片和/或计量装置的运动轨迹。

在此优选这样确定控制数据，使得在整个施加涂层过程期间保持眼镜镜片和计量装置之间的预先确定/规定的相对位置、优选理想的相对位置。因此，以理想的方式确保在整个施加涂层过程期间都存在该相对位置。

当在保持预先确定的相对位置、尤其是期望的理想的相对位置的情况下确定控制数据时，有可能无法在整个施加涂层过程中、例如在眼镜镜片旋转时无法在每个圆周角位置处都保持该预先确定的相对位置，或换句话说，有可能在上述规定下无法完全为整个施加涂层过程确定控制数据。例如当在确定控制数据时表明在眼镜镜片和/或计量装置的运动轨迹的至少一个点上会发生碰撞或者不符合另一规定的过程条件时，则会发生这种情况。

本发明可规定，在这种情况下请求改变预先确定/规定的相对位置或通过控制系统自动改变预先确定/规定的位置。例如可这样进行所述改变，使得产生新的规定/预先确定的相对位置，该相对位置例如通过差异而偏离先前的、尤其是理想的相对位置。然后重新确定控制数据。

改变规定/预先确定的相对位置的过程可多次地、如迭代地进行，直到能够为整个施加涂层过程、例如为眼镜镜片旋转时的所有圆周角位置确定控制数据。

在此情况下，控制数据的确定因此集中在偏离原始位置、如假定为理想位置的规定的相对位置上。但这是有利的，因为在该实施方式中在整个施加涂层过程期间保持该预先确定的相对位置，即使该预先确定的相对位置不对应于理想位置。

在迭代期间也可规定，改变、如减小差异，从先前的相对位置出发以该差异形成新的规定的相对位置。

本发明也可规定，仅对于运动轨迹中的那些不能保持规定的相对位置的位置改变该规定的相对位置，尤其是必要也迭代地改变，直到在相应位置上至少保持(必要时多次)改变的规定的相对位置。因此可实现施加涂层过程完全通过所确定的控制数据进行，在此在眼镜镜片和/或计量装置的运动轨迹的一些位置上保持根据原始规定、尤其是理想的相对位置，并且在一些位置上保持与其偏离的相对位置。

本发明还可规定，首先这样预计算控制数据，使其保持规定的相对位置，并且在眼镜镜片和/或计量装置的运动轨迹的那些在预计算中没有达到该规定的相对位置的位置上，在执行施加涂层期间这样调节控制数据，使得相对位置在执行施加涂层期间至少保持在规定的界限内。为此本发明可规定，在施加涂层期间在测量技术上检测相对位置。

在所有实施方式中本发明可规定，通过在施加涂层之前和/或期间确定的控制数据在眼镜镜片和/或计量装置的运动期间将待施加涂层眼镜镜片表面和计量装置之间的相对位置保持在规定的界限内。

规定的界限例如可通过角度范围给出，相对位置保持在该角度范围内。

在一种可能的实施方式中本发明可规定，使眼镜镜片旋转并且根据旋转角度位置可从存储的几何结构数据来确定控制数据，该控制数据用于使计量装置这样运动，使得在所有施加涂层位置上实现待施加涂层表面和计量装置之间的预先确定/规定的相对位置。

在固定的计量装置中，尤其是在计量轴线沿重力方向定向时，例如也可使眼镜镜片旋转并且根据旋转角度位置从存储的几何结构数据确定控制数据，该控制数据用于这样改变旋转轴线的定向和/或表面到计量装置的距离，使得在所有施加涂层位置上实现待施加涂层表面和计量装置之间的预先确定/规定的相对位置。

在施加涂层过程期间在眼镜镜片优选旋转的情况下，本发明可规定，围绕眼镜镜片的光轴或围绕平行于眼镜镜片的光轴的旋转轴线进行旋转。

为了保持规定的相对位置、尤其是为了必要时迭代地改变所述规定的相对位置，例如可在空间上改变优选地相对于眼镜镜片固定的旋转轴线的位置，例如通过改变角度和/或通过平移旋转轴线。为此可在执行施加涂层的机器中设置至少一个机器自由度。

代替在此具体提及的运动可能性，也可使眼镜镜片和/或计量装置进行其它运动。

根据所使用的计量装置，优选至少使用下述几何结构数据来确定控制数据，所述几何结构数据例如存储在控制装置中或被输入用于运动控制。

在计量针头的情况下，例如可考虑与涂覆过程有关的针尖的几何结构、尤其是计量针尖相对于机器坐标系的姿态(postion)和位置(lage)的直接或间接描述。在图10中示例性示出计量针头的三种可能的实施方式。

例如可存储与涂覆过程有关的材料出口的姿态和位置、尤其是针头的与镜片边缘碰撞有关的几何结构参数、优选外直径da。相应的数据也可间接地输入到控制装置中，即通过用适合的虚拟几何结构、如半径为rr的球形或圆形几何结构来描述实际的计量针头的几何结构(图11)。

类似地，在喷射计量系统的情况下，例如将喷嘴的位置和姿态、尤其是计量头的与和镜片边缘碰撞有关的几何结构参数、如宽度b存储在控制装置中。相应的数据也可间接地输入到控制装置中，即通过用适合的虚拟几何结构、如半径为rr的球形或圆形几何结构来描述实际的几何结构。

优选通过说明限界的结构、尤其是眼镜镜片边缘的在眼镜镜片光轴方向上间隔开的前棱边和后棱边和/或通过每个涂覆位置上的表面法线来描述待施加涂层表面的几何结构。表面法线的矢量位置根据表面内部所观察的位置而变化(图12)。因此对于眼镜镜片可规定，在每个涂覆位置上存储多个关于表面法线的数据。

眼镜镜片相对于计量装置的运动和/或计量装置相对于眼镜镜片的运动的控制进一步优选这样进行，使得通过所确定的控制数据将计量装置的计量轴线保持在关于待施加涂层表面的表面法线小于或等于+/-45°的角度范围内、优选关于待施加涂层表面的表面法线小于或等于+/-15°的角度范围内作为规定的相对位置。

将计量装置和待施加涂层表面之间的相对位置保持在所述界限内证明足以进行施加涂层。

在相对位置的上述变化中，尤其是在迭代中，本发明可规定，相对位置在所述界限内自动改变。

计量装置的轴线应理解为在涂层液体即将排出时计量针头的轴线。在弯曲的计量针头中，针头的最后一段定义计量轴线(图13)。尤其是，轴线位于涂层材料从计量针头不受干扰地排出的方向上。因此，根据本发明，计量针头的计量轴线位于相对于表面法线的最大张角为+/-45°的圆锥中。

在喷射计量器的情况下，计量轴线通过喷出液滴的飞行方向限定。根据上面的描述，在此情况下计量轴线也位于相对于表面法线的张角为+/-45°、优选小于+/-15°的圆锥中。

根据待施加涂层表面的位置，为保持上述根据本发明的角度范围所需的表面和计量轴线之间的相对位置，例如可通过最多两个旋转轴线(角度α和β)中的运动来实现(图14a)。作为替代方案，相对运动可通过3个平移运动和2个旋转运动的组合来实现。

尤其是在用于控制运动的所有可能的实施方式中，眼镜镜片和/或计量轴线可平移和/或旋转地运动(图14b)。

在本发明的另一种实施方式中优选规定，计量装置的轴线应在相对于通过重力走向限定的轴线(尤其是竖直线)的+/-45°的角度范围内、优选在+/-30°的角度范围内定向。由此，重力以有利的方式作用在排出的液体上。计量轴线可固定地设置在空间中或可运动地设置，即尤其是可利用控制数据保持在该角度范围内。通过这种设置确保重力基本上、尤其是主要作用在涂覆方向上并且通过重力不会在液体束或液滴上产生明显的横向力或反作用力。

当使用计量针头时，在计量针头与表面之间形成稳定的液桥对于施加涂层的质量非常重要。如果在涂覆过程期间液桥断开或其几何结构明显改变，则预计在涂层中产生缺陷或不均匀性。尤其是当表面和计量轴线之间的角度位置在计量期间未保持恒定或角度位置的调整不是无极地，而是仅在确定的步骤中进行时，就会出现这个问题。

为了在计量轴线与表面之间的角度位置变化的情况下仍能实现稳定的液桥，本发明优选可规定，将计量针头的几何结构近似或假定为半径为rr的圆形或球形几何结构，其中心点至少大致、优选正好位于计量轴线上(图11)。然后这样控制施加涂层过程期间的运动，使得眼镜镜片边缘的边缘表面始终接触该圆形或球形几何结构，尤其是与该圆形或球形相切。优选，圆形或球形几何结构这样虚拟地定位在计量轴线上，使得在计量轴线垂直/法向于边缘表面的情况下，计量针头与表面之间的距离a根据计量针头的内直径di在0.25×di至1.25×di的范围内、优选在0.4×di至0.6×di的范围内来选择。

为了进一步优选在与眼镜镜片边缘的施加涂层有关的角度范围内在计量轴线与表面之间形成稳定且足够恒定的液桥，在此这样选择半径rr，使其在尺寸r1和r2之间。在此如下确定半径r1和r2：

r1≥3/4*di、优选r1≥5/4*di并且

r2≤1.5*(2*di^2+2*da*di+da^2)/(4*di)、优选

r2≤(2*di^2+2*da*di+da^2)/(4*di)

为了在计量轴线和边缘表面之间的角度位置变化的情况下进一步提高液桥的稳定性，在本发明的另一种实施方式提出，相对于计量系统的轴线——该轴线固定地定位在相对于通过重力走向定义的轴线+/-45°的角度范围内——这样定位眼镜镜片，使得待施加涂层表面与计量系统的轴线之间的角度δ在15至60°的范围内、优选在30°至45°的范围内(图15)。该实施方式可代替前述实施方式实施，根据该前述实施方式保持关于表面法线的角度范围。

本发明的所述实施方式尤其是设置用于针头计量系统并且对于在表面和计量针头之间的液桥在很大程度上恒定的条件下降低了碰撞风险(针头/眼镜镜片)。