JP2005199367A - レンズの外周加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工済レンズの光軸のずれによる誤差と、加工自体の不良による誤差との両方を加工機械上で計測可能なレンズの外周加工装置を得る。
【解決手段】同一軸線上に対向配置されて同期回転する一対のカップ状ホルダと、レンズを加工する工具６と、一対のホルダの間に加工前後のレンズを搬送するローダとを備えたレンズの外周加工装置において、前記軸線に隣接する第２の軸線上に対向配置されて同期回転する第２のカップ状ホルダの対３ａ、４ａと、当該第２のホルダの対に把持されたレンズ５を計測するセンサ５７とを備えている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、レンズ芯取機その他の外周加工装置に関するもので、球面状に成形したレンズの表裏面を同一軸線回りに回転するカップ状ホルダで挟持して外周加工を行う装置に関し、特に加工済レンズの形状計測を可能にした装置に関するものである。

レンズは少なくとも一方が凸球面ないし凹球面状となっている表裏の面を成形した後、その球面形状によって決定される光軸を中心として外周部の加工を行っている。このような手順でレンズの外周加工を行うためには、レンズの光軸を加工装置の基準軸に正確に一致させた状態でレンズを固定することが必要である。一般的には同一軸線上で同期回転するカップ状ホルダの対向する周縁でレンズの表裏面を挟持する構造が採用されており、レンズを軽く把持してホルダを回転させたときに、レンズに働く慣性力によってレンズがホルダ上で滑って、レンズの光軸がホルダの回転軸に一致する現象を利用してレンズの位置決めを行い、その後ホルダで強くレンズを挟持して外周加工を行っている。

上記のようにして加工されたレンズの形状誤差は、光軸がずれた状態でレンズが固定されたために起こる誤差と、加工自体が不正確であるために起こる誤差（例えば工具の磨耗に起因する径寸法の誤差）との２種類の誤差が含まれたものとなる。前者に起因する誤差は、加工済レンズを光軸回りに回転させながらレンズの外周部表面の高さ（厚さ）を計測して、厚さ方向の高さ分布を見ることによって計測できる。後者の誤差は、例えば長さ測定器で直径を計測することによっても計測可能であるが、前記方法でマイクロメータの触針をレンズ外周に接触させて、その振れを基準値と比較することによっても計測可能である。

従来、加工済レンズの計測は、加工装置とは別に設けられた計測装置にレンズを１個ずつ搬送して行われていた。この種の計測装置では、光学的にレンズの光軸を求めてそれを基準にしてレンズの外径を計測しており、加工時の光軸のずれによる誤差も加工自体が不良であることによる誤差も共に計測することが可能で、これらの誤差が許容範囲を超える不良レンズは、検査段階で排除されていた。

一方、従来装置として、加工装置のホルダに把持されたレンズの外周面の表面高さを計測するセンサを備えた芯取機が知られている。この従来装置は、ホルダに把持されたレンズの外周を側方に押すプッシャが設けられており、レンズをホルダで把持した後、ホルダを回転させながらレンズ外周部の高さ分布を計測し、その計測値からホルダの回転中心と光軸のずれを検出して、そのずれがなくなるように必要な位相でレンズを停止してプッシャでレンズを押すという動作をホルダの回転中心と光軸のずれが許容範囲になるまで繰り返して、その後、ホルダでレンズを固定して外周加工を行うというものである。

この従来装置によれば、光軸のずれに起因する加工済レンズの誤差については、許容範囲内に収めることができる。
特開２０００‐２１０８５４号公報

加工済レンズを光学的に光軸を検出する計測装置で検査するという従来方法は正確な検査が可能であるが、検査に手数が掛かり、大量生産される小型のレンズを全品検査することが困難であるという問題がある。一方、外周部の高さ計測用のセンサを設けた芯取機は、加工済レンズの不良率は低下するが、加工前のレンズの芯出しに時間が掛かり、レンズを軽く挟持した状態でホルダを回転させることによりレンズの芯出しをする一般的な方法に比べて、加工装置１台当り単位時間の加工数量が非常に少なく、従ってレンズ１個当りの加工コストは非常に高くなるという問題がある。

この発明は、従来装置の上記問題を解決するためになされたもので、加工済レンズの光軸のずれによる誤差と、加工自体の不良による誤差との両方いずれも加工機械上で計測することができるレンズの外周加工装置を得ることを課題としている。

上記課題を解決した本願請求項１の発明に係るレンズの外周加工装置は、支持枠１３と、この支持枠に支持されて同一軸線上に対向配置されて同期回転する一対のカップ状ホルダ３、４と、当該ホルダの一方を他方に向けて付勢する進退装置２３と、前記一対のホルダに把持されたレンズ５の軸方向及び半径方向に移動位置決め可能に設けられた工具台１４と、前記レンズを加工するべく当該工具台に装着された工具６と、前記一対のホルダの間に加工前後のレンズを搬送するローダ９とを備えたレンズの外周加工装置において、前記支持枠に支持されて前記軸線に隣接する第２の軸線上に対向配置されて同期回転する第２のカップ状ホルダの対３ａ、４ａと、当該ホルダの一方を他方に向けて付勢する第２の進退装置２３ａと、前記第２のホルダの対に把持されたレンズ５を計測するセンサ５７とを備えている。

本願請求項２の発明は、上記手段を備えたレンズの外周加工装置において、前記第２のホルダの対に把持されたレンズ５の軸方向及び半径方向に移動位置決め可能に設けられた第２の工具台１４ａと、当該レンズを加工するべく第２の工具台に装着された第２の工具６ａとを備え、前記センサ５７が前記第２の工具台に進退可能又は着脱可能に装着されていることを特徴とするものである。

また本願請求項３の発明に係るレンズの外周加工装置は、１個のワーク台７とローダ９とを備えた支持枠１３に支持されて互いに独立して動作する２組の加工ユニット１０、１０ａを備え、当該加工ユニットの一方１０ａに加工済レンズの外形計測用のセンサ５７が進退自在又は着脱自在に設けられているというものである。

センサ５７は、例えば揺動型の触針を備えたデジタルマイクロメータなどであり、この種のセンサで第２のホルダの対３ａ、４ａで把持されたレンズの外周部の高さと、外周半径との円周方向の分布を計測することにより、加工時の光軸のずれによる誤差と工具の磨耗等による誤差との両者を同時に検出することが可能である。

加工済レンズがその光軸を第２のホルダの対３ａ、４ａの回転軸に正確に一致した状態で把持されることが保証されていれば、レンズ表面外周部の円周方向の高さ分布の計測のみで加工時における光軸のずれに起因する加工誤差を検出することができる。しかし、計測時のレンズの芯出しを加工時におけるレンズの芯出しと同じ手段で行ったときは、計測時にレンズの光軸がホルダの回転軸と常に一致するということは保証されない（もし保証されるなら、加工時においても保証されるはずであるから、計測する必要がないこととなる）。

この問題は、レンズ外周部の高さと外径との円周方向の分布を両者の位相を一致させた状態で対比することにより解決可能である。即ち、レンズ表面の高さ分布を外周寸法の分布から算出される仮想の（外径基準の）光軸を中心とする計測値に換算したときに、その誤差が許容値以内であれば外周基準の光軸とレンズ表面の高さ基準の光軸とが許容誤差範囲内にあるということであり、従ってたとえホルダに光軸がずれた状態で把持されたレンズを計測した場合であっても、加工が正確に行われたかどうかを判定することができる。

この発明の外周加工装置は、成形されたレンズの表裏面を把持するホルダを加工側と計測側にそれぞれ備えることとなるので、計測側にもレンズ加工用の工具を設け、かつセンサ５７を進退自在又は着脱自在に設けるようにしてやれば、光軸ずれによる加工誤差の発生のおそれがない曲率の大きなレンズに対しては、加工ステージと計測ステージとで並行してレンズの加工を行うことにより、加工能率を２倍にでき、そして光軸ずれによる加工誤差が生ずるおそれのある曲率の小さいレンズの加工においては、加工ステージで加工したレンズの総てを計測ステージで計測して不良品を排除するという１台の装置で二通りの加工に対応することができ、合理的でかつ能率のよいレンズの外周加工を行うことが可能になる。並行加工を行う場合にも、計測を伴う加工を行う場合にも、加工ステージ１０と計測ステージ１０ａへは１個のローダでレンズの搬入搬出を行うことが可能であり、レンズの計測と加工とが並行して行われるため、計測を伴う加工においても加工タクトが長くなることがなく、かつ計測に特別の人手を要することもない。

この発明のレンズの外周加工装置によれば、加工されたレンズの形状誤差を直ちに計測でき、加工装置に設けられているローダで加工位置と計測位置とにレンズを搬送でき、計測のための特別の手数を必要としない。また、計測時のレンズの光軸を検出する手数が不要なので、レンズの計測を短時間で行うことができ、レンズの生産性が向上し、不良品を含まないレンズを安価に提供できる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。実施例装置の概略全体平面を示す図１において、７はワーク台、８はワーク台７に搭載されたパレットで、加工前後のレンズ５は、各パレットにマトリックス状に設けた受台に保持されている。９はローダで、ワーク台７の図１で上下方向（Ｙ方向）のガイド３９に案内されて、ワーク台７の直上を走行する。ローダ９には、ローダ９の長手方向、即ち図１の左右方向（Ｘ方向）に走行する真空吸引型のハンド４０が設けられており、当該ハンドでレンズ５を１個ずつ吸着保持して、加工ユニット１０に設けられているワーク軸の位置へと搬送する。１１は操作盤、１２は操作盤を支持している門形の架台である。１０は加工ユニットで、２個の加工ユニット１０、１０ａがこれらを支持するコラム（支持枠）１３の両側に略対称に配置されている。

図２は、１個の加工ユニットの要部構造を示す側面図で、１及び２は同一垂直線上に配置された上下のワーク軸、６は砥石（工具）、１４は砥石台（工具台）、１５はＺスライドである。

図２において、下ワーク軸２は、コラム（機械フレーム）１３に固定した下軸受ケース５０に回転自在かつ上下動不能に軸支されている。下ワーク軸２の上端には、上向きカップ状の下レンズホルダ４が装着され、下端には下従動歯車１８が固定されている。上ワーク軸１は、コラム１３に固定した上下方向の直動ガイド５１で上下移動自在に装着された上軸受ケース１７に軸支されており、下端には下向きカップ状の上レンズホルダ３が装着され、上端には上従動歯車１６が固定されている。

コラム１３の上部にはプーリ１９、２０が軸支され、当該プーリにはワイヤ２１が下向きコの字状に掛け回され、当該ワイヤ２１の一端に上軸受ケース１７が連結され、他端にバランス錘２２が連結されて、上ワーク軸１をバランスさせている。上従動歯車１６の軸心上部には、スラスト軸受が内蔵され、その上方にクランプシリンダ２３が配置されている。このクランプシリンダの下向きのロッド２４が伸長して、前記スラスト軸受を押圧することにより、上ワーク軸１が下降して、上レンズホルダ３と下レンズホルダ４との間でレンズ５を挟持する。

ワーク軸１、２に隣接して駆動軸２８が平行に軸支されている。駆動軸２８には、上下に駆動歯車３０、３１が固定されており、それぞれ上下の従動歯車１６、１８に噛合している。駆動軸２８は、下駆動歯車３１及びこれに噛合するピニオン３２を介して、ワーク軸駆動用のサーボモータ２９に連結されている。上従動歯車１６は、歯幅を大きくしてあり、レンズ５の装脱の際に上ワーク軸１が上動したときも、上駆動歯車３０との噛合が外れないようになっている。

レンズ５は、上ワーク軸１が上動した状態で、ローダ９のハンド４０により、下レンズホルダ４上に置かれる。次に、クランプシリンダ２３に低圧の空気圧が供給され、レンズ５を上下のレンズホルダ３、４で軽く挟持する。この状態でサーボモータ２９を高速回転させると、上下のワーク軸が高速同期回転し、レンズ５はその球面の曲率に従って安定位置に移動し、レンズ５の光軸がワーク軸１、２の軸心に一致する。そこでクランプシリンダ２３に所定圧の空気圧を供給してレンズ５をクランプし、サーボモータ２９を所定の回転数で回転して、砥石６によりレンズ５の外周加工を行う。外周加工が終了したら、サーボモータ２９を停止し、クランプシリンダ２３の空気圧を開放し、上ワーク軸１を上動させて、加工済レンズを搬出する。

砥石６は、砥石台１４に固定した砥石軸ケース５２に垂直軸回りに自由回転可能に軸支されている。砥石台１４は、直動ガイド３３と送りねじ３４とを介して砥石６の切り込み方向（Ｘ方向）に移動位置決め自在に、Ｚスライド１５に装着されている。Ｚスライド１５は、垂直方向の直動ガイド３６及び送りねじ３７で垂直方向（Ｚ方向）に移動位置決め自在に、コラム１３に装着されている。

上記構造は、加工ユニット１０、１０ａに共通の構造である。加工ユニットの一方１０ａには、図３、４に示す構造で、レンズ５の表面に接触する触針５８を備えたセンサ５７が装着されている。すなわち、加工ユニット１０ａの砥石軸ケース５２の下端には、砥石軸と同一軸回りに所定角回動可能に、砥石カバー５４を兼ねたブラケット５５が装着されている。ブラケット５５の一箇所には、放射方向を向いたセンサホルダ５６が設けられており、このセンサホルダにレンズ計測用のセンサ５７が装着されている。

センサ５７は、触針５８の揺動量により触針先端の移動距離を高精度で計測する位置センサである。センサ５７は、その触針５８が砥石軸の放射方向を向く方向にして、センサホルダ５６に装着されている。この装着構造により、砥石台１４をＺＸ方向に位置決めして、触針５８の先端をレンズホルダ３、４に挟持されたレンズ５の上面外周部と外周とに選択的に接触させることができる。
加工ユニット１０と１０ａの両方で並行してレンズ５の外周加工を行うときは、ブラケット５５を回動してセンサホルダ５６を退避させる。このとき、砥石カバーの開口５４ａがレンズ５側を向き、この開口に臨出する砥石６でレンズ５を加工する。

加工ユニット１０でレンズの加工を行い、加工済レンズの計測を加工ユニット１０ａ側で行うときは、ブラケット５５を進出方向に回動する。この回動により、センサホルダ５６に装着されたセンサ５７の触針５８がレンズホルダ３、４に挟持されたレンズを計測する位置に進出する。ブラケット５５の進出位置と退避位置とは、ノックピン５９などで正確に位置決めされ、必要があれば、締結ねじなどを用いたクランプ装置により、進出位置と退避位置とでブラケット５５を砥石軸ケース５２に固定できるようにする。

砥石台１４のＺ方向及びＸ方向位置は、工具送りモータ（サーボモータ）３５、３８を制御する図示しないＮＣ装置で制御可能である。従って、センサブラケット５６を進出させた状態で、砥石台１４をＺＸ方向に位置決めすることにより、図４に示すように、センサの触針５８の先端をレンズ５の上面外周部に接触させる位置（実線）と、レンズの外周に接触させる位置（点線）とにセンサ５７を移動させることができる。触針５８をレンズ上面に接触してワーク軸を低速回転することでレンズ５の厚さ分布が計測でき、また触針５８をレンズの外周に接触させてワーク軸を低速回転させることにより、レンズ５の偏心保持状態を検出できる。この両者から、レンズの外周が光軸を中心として所定の精度内で加工されているかどうかを検出できる。

以上説明したセンサ５７の装着構造は、砥石カバー５４の回動によりセンサ５７を計測位置に進出させるのであるが、センサホルダ５６を着脱自在にして、レンズの計測を行うときには、センサ５７を加工ユニット１０ａの砥石台１４に装着するようにしてもよい。

図５〜７はセンサ５７を着脱自在にした構造の例を示す図で、砥石軸ケース５２にブラケット６２を固定し、このブラケット６２に着脱自在なセンサホルダ５６を設けた例である。この例では、スリ割り６３を設けた固定スリーブ６４を砥石軸ケース５２に固定ボルト６５で締付けて固定し（図７参照）、この固定スリーブ６４の下端にブラケット６２を図示しないボルトで固定している。ブラケット６２の前縁には、位置決め用の凹所６６とボルト孔６７（図６参照）とが設けられている。センサ５７は、側面Ｌ字形のセンサホルダ５６に装着されている。センサホルダ５６の取付面には、位置決め突起６８が設けられている。砥石カバー５４は、砥石軸ケース５２に固定されている。

加工ユニット１０と１０ａの両方でレンズ５の外周加工を並行して行うときは、センサホルダ５６を取外しておく。加工ユニット１０で加工したレンズの計測を加工ユニット１０ａで行うときは、ブラケット６２にセンサホルダ５６を、凹所６６と突起６８とを嵌合させて、ボルト６９で固定する。この状態で砥石台１４をＺ及びＸ方向に位置決めすることにより、図５に示したと同様にしてレンズ５の上面及び外周の計測を行うことができる。

以上説明した芯取機は、２個の加工ユニット１０、１０ａでレンズ加工を並行して行う形態と、一方の加工ユニット１０で加工したレンズを加工直後に加工ユニット１０ａで計測する形態との両形態を必要に応じて選択できる。計測を含む加工を行うときは、加工ユニット１０ａにセンサ５７を進出ないし装着し、ローダ９で加工前レンズを加工ユニット１０に供給して加工を行い、加工済レンズを加工ユニット１０から加工ユニット１０ａに搬送し、加工ユニット１０ａのレンズホルダ３、４で搬入されたレンズを挟持してワーク軸１、２を低速回転させながら、レンズの上面と周面の計測を行う。これによりレンズの外周加工精度が所定の精度で加工されているかどうかが判定できるので、合格レンズはストッカに戻し、不合格レンズはＮＧボックスに排出する。

なお、並行加工が必要ないときは、加工ユニット１０ａの砥石やその駆動装置は当然不要であり、砥石台の送り機構もレンズの上面と外周の計測に必要な２位置の位置決めのみが可能な簡単なもので良い。

実施例装置の概略全体平面図 図１の装置における１個の加工ユニットの側面図 センサ取付構造の実施例を示す斜視図 図３の断面側面図 センサ取付構造の他の実施例を示す斜視図 図５のセンサホルダ部の詳細斜視図 図５の固定スリーブの詳細図

符号の説明

１ ワーク軸
1a 第２の軸線
２ ワーク軸
2a 第２の軸線
３ 上レンズホルダ
3a 第２の上レンズホルダ
４ 下レンズホルダ
4a 第２の下レンズホルダ
５ レンズ
６ 砥石
6a 第２の砥石
９ ローダ
10,10a 加工ユニット
13 支持枠
14 砥石台
14a 第２の砥石台
23 クランプシリンダ
23a 第２のクランプシリンダ
57 センサ

Claims (3)

1. 支持枠(13)と、この支持枠に支持されて同一軸線上に対向配置されて同期回転する一対のカップ状ホルダ(3,4)と、当該ホルダの一方を他方に向けて付勢する進退装置(23)と、前記一対のホルダに把持されたレンズ(5)の軸方向及び半径方向に移動位置決め可能に設けられた工具台(14)と、前記レンズを加工するべく当該工具台に装着された工具(6)と、前記一対のホルダの間に加工前後のレンズを搬送するローダ(9)とを備えたレンズの外周加工装置において、
   前記支持枠に支持されて前記軸線に隣接する第２の軸線上に対向配置されて同期回転する第２のカップ状ホルダの対(3a,4a)と、当該ホルダの一方を他方に向けて付勢する第２の進退装置(23a)と、前記第２のホルダの対に把持されたレンズ(5)を計測するセンサ(57)とを備えた、レンズの外周加工装置。
2. 前記第２のホルダの対に把持されたレンズ(5)の軸方向及び半径方向に移動位置決め可能に設けられた第２の工具台(14a)と、当該レンズを加工するべく第２の工具台に装着された第２の工具(6a)とを備え、前記センサ(57)が前記第２の工具台に進退可能又は着脱可能に装着されている、請求項１記載のレンズの外周加工装置。
3. １個のワーク台(7)とローダ(9)とを備えた支持枠(13)に支持されて互いに独立して動作する２組の加工ユニット(10,10a)を備え、当該加工ユニットの一方(10a)に加工済レンズの外形計測用のセンサ(57)が進退自在又は着脱自在に設けられている、レンズの外周加工装置。

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