JP4431413B2

JP4431413B2 - 眼鏡レンズ加工装置

Info

Publication number: JP4431413B2
Application number: JP2004022248A
Authority: JP
Inventors: 俊昭水野
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP2004255561A

Description

本発明は、眼鏡レンズの周縁を加工する眼鏡レンズ加工装置に関する。

この種の装置としては、未加工の眼鏡レンズをレンズ回転軸で挟持し、このレンズ回転軸をモータにより回転することにより、その挟持したレンズを回転させ、レンズの周縁を砥石に押し当てて加工するものが知られている（特許文献１参照）。レンズを加工する際には、レンズの光学中心又は枠心にレンズ保持のための治具であるカップを取り付けて加工する。カップは吸着カップや粘着テープを使って取り付けられる。
特開平１１−３３３６８４号公報

しかしながら、加工中にレンズ保持力以上の過大なトルクがレンズに加わると、レンズとカップ間で回転ずれを起こし、レンズ回転軸の回転角度に対して実際のレンズの軸角度がずれるという、いわゆる軸ずれが生じる問題があった。軸ずれがあると、レンズの軸角度精度が悪くなるばかりか、仕上がり形状の再現性も悪くなる。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、加工時のレンズの軸ずれを抑え、精度の良い加工を可能にする眼鏡レンズ加工装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）被加工レンズを保持するレンズ回転軸を回転する第１駆動モータを持つレンズ回転手段と、レンズの周縁を加工する砥石の回転軸とレンズ回転軸との軸間距離を変動させる第２駆動モータを持つ軸間距離変動手段とを備え、被加工レンズの周縁を砥石により加工する眼鏡レンズ加工装置において、前記第１駆動モータをサーボモータとし、さらに、サーボモータの回転角度誤差若しくは電流値を検出するか、又はレンズ回転軸に設けられたトルクセンサにより、レンズ加工時に前記レンズ回転軸に加わるトルクをモニタするモニタ手段と、カップまたはレンズ回転軸とレンズとの間に回転ズレを起こさない値として予め設定されたレンズの保持許容トルク値を設け、前記モニタ手段によりモニタされるトルクが前記保持許容トルク値内に入るように、前記レンズ回転手段による回転速度又は前記軸間距離変動手段による加工圧を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、加工時のレンズの軸ずれを抑え、精度の良い加工が行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る眼鏡レンズ加工装置の外観構成を示す図である。本体１の上部右奥には、眼鏡枠形状測定装置２が内蔵されている。測定装置２としては、本出願人による特開平４−９３１６３号公報、特開平５−２１２６６１号公報等に記載のものが使用できる。測定装置２の前方には、測定装置２を操作するためのスイッチを持つスイッチパネル部４１０、加工情報等を表示するディスプレイ４１５が配置されている。また、４２０は加工条件等の入力や加工のための指示を行う各種のスイッチを持つスイッチパネル部である。４０２は加工室用の開閉窓である。

図２は本体１の筐体内に配置されるレンズ加工部の構成を示す斜視図である。ベース１０上にはキャリッジ部７００が搭載され、キャリッジ７０１が持つ２つのレンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒに保持された被加工レンズＬＥは、砥石回転軸６０１に取り付けられた砥石群６０２により研削加工される。砥石群６０２はプラスチック用粗砥石６０２ａ、ガラス用粗砥石６０２ｂ、ヤゲン加工及び平加工用の仕上げ砥石６０２ｃからなる。回転軸６０１はスピンドル６０３によりベース１０に回転可能に取り付けられている。回転軸６０１の端部にはプーリ６０４が取り付けられており、プーリ６０４はベルト６０５を介して砥石回転用モータ６０６の回転軸に取り付けられたプーリ６０７と連結されている。キャリッジ７０１の後方には、レンズ形状測定部５００が設けられている。

キャリッジ部７００の構成を、図２〜図４に基づいて説明する。図３はキャリッジ部７００の概略構成図であり、図４は図２におけるキャリッジ部７００をＥ方向から見たときの図である。

キャリッジ７０１は、レンズＬＥを２つのレンズ回転軸７０２Ｌ、７０２Ｒにチャッキングして回転させることができ、また、ベース１０に固定され、且つ砥石回転軸６０１と平行に延びるキャリッジシャフト７０３に対して回転摺動自在になっている。以下では、キャリッジ７０１を砥石回転軸６０１と平行に移動させる方向をＸ軸、キャリッジ７０１の回転によりレンズ回転軸（７０２Ｌ、７０２Ｒ）と砥石回転軸６０１との軸間距離を変化させる方向をＹ軸として、レンズチャック機構及びレンズ回転機構、キャリッジ７０１のＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を説明する。

＜レンズチャック機構及びレンズ回転機構＞
キャリッジ７０１の左腕７０１Ｌにレンズ回転軸７０２Ｌが、右腕７０１Ｒにレンズ回転軸７０２Ｒがそれぞれ回転可能に同一軸線上で保持されている。回転軸７０２Ｌの端部にはカップ受け３０３が取り付けられている。一方、回転軸７０２Ｒの端部にはレンズ押え３０４が取り付けられている。右腕７０１Ｒの中央上面にはチャック用モータ７１０が固定されており、モータ７１０の回転軸に付いているプーリ７１１の回転がベルト７１２を介して、右腕７０１Ｒの内部で回転可能に保持されている送りネジ７１３を回転させる。送りネジ７１３の回転により、送りナット７１４が軸方向に移動される。これにより、送りナット７１４に連結した回転軸７０２Ｒが軸方向に移動することができる。加工に際しては、図５に示すように、レンズＬＥの前面屈折面には固定治具であるカップ５０を取付けておき、そのカップ５０の基部を回転軸７０２Ｌ側のカップ受け３０３に装着する。カップ５０としては、吸着タイプと粘着テープを介在させて取り付けるタイプがある。モータ７１０を回転駆動することにより回転軸７０２Ｒが回転軸７０２Ｌ側に移動され、レンズＬＥが回転軸７０２Ｌ、７０２Ｒによって挟持される。

左腕７０１Ｌの左側端部にはモータ取付用ブロック７２０が取り付けられており、回転軸７０２Ｌはブロック７２０を通ってその左端にはギヤ７２１が固着されている。ブロック７２０にはレンズ回転用のモータ７２２が固定されている。モータ７２２の回転はギヤ７２４、７２１を介して回転軸７０２Ｌに伝達される。モータ７２２にはサーボモータを使用しており、その回転軸には回転角度を検出できるエンコーダ７２２ａが備えられている。サーボモータ７２２は、その回転軸に負荷が加わるとトルクが発生する。

左腕７０１Ｌの内部では回転軸７０２Ｌにプーリ７２６が取り付けられている。プーリ７２６はキャリッジ７０１の後方で回転可能に保持されている回転軸７２８の左端に固着されたプーリ７０３ａとタイミングベルト７３１ａにより繋がっている。また、回転軸７２８の右端に固着されたプーリ７０３ｂは、キャリッジ右腕７０１Ｒ内で回転軸７０２Ｒの軸方向に摺動可能に取付けられたプーリ７３３と、タイミングベルト７３１ｂにより繋がっている。この構成により回転軸７０２Ｌと回転軸７０２Ｒとは同期して回転する。

＜キャリッジのＸ軸移動機構、Ｙ軸移動機構＞
キャリッジシャフト７０３にはその軸方向に摺動可能な移動アーム７４０が設けられており、移動アーム７４０はキャリッジ７０１と共にＸ軸方向（シャフト７０３の軸方向）に移動するように取り付けられている。また、移動アーム７４０の前方は、シャフト７０３と平行な位置関係でベース１０に固定されたガイドシャフト７４１上を摺動可能にされている。移動アーム７４０の後部には、シャフト７０３と平行に延びるラック７４３が取り付けられており、このラック７４３にはキャリッジＸ軸移動用モータ７４５の回転軸に取り付けられたピニオン７４６が噛み合っている。モータ７４５はベース１０に固定されており、モータ７４５の回転駆動により移動アーム７４０と共にキャリッジ７０１をＸ方向に移動させることができる。

移動アーム７４０には揺動ブロック７５０が、図３（ｂ）のように、砥石回転軸６０１の回転中心と一致する軸線Ｌａを中心に回動可能に取り付けられている。また、シャフト７０３の中心からこの軸線Ｌａまでの距離と、シャフト７０３の中心からレンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒの回転中心までの距離とは、同じになるように設定されている。揺動ブロック７５０にはＹ軸モータ７５１が取り付けられている。このモータ７５１にはサーボモータを使用しており、その回転軸には回転角度を検出できるエンコーダ７５１ａが備えられている。モータ７５１の回転はプーリ７５２とベルト７５３を介して、揺動ブロック７５０に回転可能に保持された雌ネジ７５５に伝達される。雌ネジ７５５内のネジ部には送りネジ７５６が噛み合わされて挿通されており、雌ネジ７５５の回転により送りネジ７５６が上下移動する。

送りネジ７５６の上端はモータ取付用ブロック７２０に固定されている。モータ７５１の回転により送りネジ７５６が上下移動することにより、ブロック７２０に取付けられたキャリッジ７０１もその上下位置を変化させることができる。すなわち、キャリッジ７０１はシャフト７０３を回転中心に回旋し、レンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒと砥石回転軸６０１との軸間距離Ｌを変化させることができる。レンズＬＥの加工圧（砥石に対する押し当て圧力）はモータ７５１の回転トルクの制御により発生される。モータ７５１の回転トルクはモータ７５１に付与する電圧により調整され、加工圧も調整される。なお、キャリッジ７０１の下への荷重を軽減するように、例えば、左腕７０１Ｌと移動アーム７４０との間に圧縮バネ等を設けることが好ましい。加工圧の調整機構としては、キャリッジ７０１を砥石側に引っ張るバネとそのバネ力を変える機構で構成することもできる。

次に、図６の制御系ブロック図を使用して本装置の動作を説明する。枠入れする眼鏡枠の玉型形状を眼鏡枠形状測定装置２により測定した後、パネル部４２０のデータ入力スイッチを押すと、玉型形状データがメモリ１２０に記憶される。ディスプレイ４１５には玉型形状が図形表示されるので、操作者はパネル部４２０のスイッチ操作により、装用者のレイアウトデータを入力する。必要な入力ができたら、レンズＬＥを回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒによりチャッキングして加工を行う。

パネル部４２０の加工スタートスイッチを押すと、制御部１００は入力されたレイアウトデータを基にレンズＬＥのチャッキング中心を加工中心とした玉型形状データの動径情報（ｒδn，ｒθn）を求める。ｒδnは動径長、ｒθnは動径角である。その後、動径情報（ｒδn，ｒθn）（n＝１，２，３，…，Ｎ）を以下の式に代入して、Ｌの最大値を求める。Ｒは砥石の半径、Ｌはレンズ回転軸７０２Ｌ、７０２Ｒと砥石回転軸６０１との軸間距離である。

次に動径情報（ｒδn，ｒθn）を微小な任意の単位角度だけ加工中心を中心に回転させ、前述と同様にその時のＬの最大値を求める。この回転角をξｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とし、全周に亘ってこの計算を行うことにより、ぞれぞれのξｉにおけるＬの最大値をＬｉ、その時のｒθnをΘｉとする。このときの（ξｉ，Ｌｉ，Θｉ）（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を、軸間距離Ｌに関連させた加工補正データとしてメモリ１０２に記憶する。

この計算ができたら、この加工補正データに基づいて制御部１００はレンズ形状測定部５００を作動させ、レンズ前面及び後面のレンズ形状の測定を実行する。その後、制御部１００は加工補正データを基に所定のプログラムに従って粗加工データ及び仕上げ加工データを求める。ヤゲン加工を行う場合は、測定部５００により得られたレンズ形状を基にヤゲン位置の軌跡データを求める。ヤゲン軌跡は、例えば、コバ厚をある比率で分割する方法、前面カーブ及び後面カーブからカーブ値を求める方法、これらを組み合わせる方法がある。その後、制御部１００はモータ６０６により砥石６０２を高速回転させ、粗加工と仕上げ加工を順に実行する。

レンズＬＥがプラスチックの場合、制御部１００は粗砥石６０２ａの上に来るようにモータ７４５を駆動し、キャリジ７０１を移動する。次に、粗加工データに従って、モータ７２２の駆動によりレンズＬＥを回転させると共に、モータ７５１を駆動してキャリッジ７０１をＹ軸方向に移動し、回転する粗砥石６０２ａにレンズＬＥを押し当てて粗加工を行う。制御部１００は、加工補正データ（ξｉ，Ｌｉ，Θｉ）の内の（ξｉ，Ｌｉ）に基づき、ドライバ１１５及び１１７を介してモータ７２２及びモータ７５１を駆動制御する。レンズＬＥ（レンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒ）の回転角は、モータ７２２に備えられたエンコーダ７２２ａにより検出される。キャリッジ７０１のＹ軸方向の移動位置となる軸間距離Ｌｉは、モータ７５１に備えられたエンコーダ７５１ａにより検出される。なお、粗加工データ用の加工補正データは仕上げ加工代を加味して求められている。

レンズＬＥの加工中、レンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒの保持力以上の過大な負荷がレンズＬＥに加わると、カップ５０とレンズＬＥとの間に回転ズレが生じ、これが軸ずれとなる。回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒを回転するモータ７２２には、ドライバ１１５から回転角ξｉ毎にレンズを回転するための指令パルス信号が発せられている。同時にモータ７２２の回転軸の回転は、エンコーダ７２２ａからの出力パルスによりモニタされている。ドライバ１１５では、モータ７２２の指令パルスとエンコーダ７２２ａで検出されたパルスの量が比較され、両者にずれがあるときは、これを解消するようにモータ７２２に与える電圧（モータ７２２に流れる電流）が変えられる。このフィードバック制御により、モータ７２２はその回転軸に負荷が加わるとトルクＴが発生し、回転軸の回転角を指令パルスの位置に戻そうとする。このときに発生するトルクＴは、図７に示すように回転角度誤差Δθ（モータ７２２への回転指令信号の指令パルスとエンコーダ７２２ａからの出力パルスとの回転角度誤差）とほぼ比例関係にある。したがって、回転角度誤差Δθからサーボモータ７２２に加わっているトルクを求めることができる。

トルクＴがレンズＬＥの保持許容トルクＴ0を上回るようになった場合、モータ７２２によるレンズＬＥの回転速度を下げる（回転を停止する場合も含む）。又は、キャリッジ７０１を下降させるモータ７５１の回転トルクを減少させ、レンズＬＥの加工圧を減少させる。モータ７５１の回転トルクは、ドライバ１１７が持つ電流検出回路により検出されるモータ電流から検知できる。また、モータ７５１の回転トルクも、モータ７２２のときと同様に、モータ７５１に発せられる回転角の指令信号と、その回転軸に取り付けられたエンコーダ７５１ａの回転検出より検知することができる。なお、保持許容トルクＴ0は、カップ５０（レンズ回転軸）とレンズＬＥとの間に回転ズレが生じない値であり、実験等により予め定めておき、メモリ１２０に記憶されている。

モータ７２２のトルクＴが、保持許容トルクＴ0より低く設定されたトルクアップ許可のトルクＴ１（これも予めメモリ１２０に記憶されている）に達したら、制御部１００は再び通常の加工をするためにモータ７２２、７５１等を駆動制御する。このように、モータ７２２のトルクＴが保持許容トルクＴ0から外れた場合には、そのトルクＴがトルクＴ0内に収まるように、レンズＬＥの回転速度や加工圧等を制御することにより、レンズＬＥに加わる負荷を減少させ、レンズＬＥの軸ずれを防止することができる。

粗加工が終了したら、制御部１００はキャリジ７０１の移動制御によりレンズＬＥを仕上げ砥石６０２ｃに移動した後、仕上げ加工データに従って、レンズＬＥの回転とキャリッジ７０１のＸ軸方向及びＹ軸方向とを制御し、レンズＬＥの仕上げ加工を実行する。この仕上げ加工時も、モータ７２２のトルクＴが保持許容トルクＴ0から外れた場合、制御部１００はそのトルクＴがトルクＴ0内に収まるようにモータ７２２、７５１を制御する。

以上の説明ではレンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒに加わるトルクをモニタする方法として、モータ７２２への回転指令信号の指令パルスとエンコーダ７２２ａからの出力パルスとの回転角度誤差Δθの検知情報を利用したが、もちろんこれはレンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒに直接トルクセンサを設けてモニタする方法でも良い。モニタされたトルクが所定の許容トルクを越えないようにレンズＬＥの加工圧を減少させる方法においては、砥石からレンズＬＥを離す場合も含むものである。

また、レンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒに加わるトルクが許容トルク内に収まるようにする方法としては、レンズ回転軸を回転するモータ７２２に流れる電流に制限値を設け、その制限値内で（制限値を下回るように）モータ７２２を制御する構成としても良い。モータ７２２に流れる電流は、ドライバ１１５が持つ電流検知回路により検知される。モータ７２２に発生するトルク、すなわち、レンズ回転軸７０２Ｌ，７０２Ｒに加わるトルクとモータ７２２に流れる電流とは、ほぼ比例関係にある。したがって、モータに流れる電流を検知することでモータ７２２に発生するトルク（レンズ回転軸に加わるトルク）をモニタすることもできる。モータ７２２に流れる電流の制限値は、レンズ回転軸７０２Ｌ，７０２ＲとレンズＬＥとの間に回転ズレが生じない許容トルクとの関係で定め、メモリ１２０に記憶しておけば良い。

なお、上記の何れの方法においても、レンズＬＥの回転角はエンコーダ７２２ａの出力により検出され、その検出された回転角に対応する加工データ（ξｉ，Ｌｉ）に基づいて、モータ７５１を駆動制御することにより軸間距離Ｌが変えられる。

本発明に係る眼鏡レンズ加工装置の外観構成図である。装置本体の筐体内に配置されるレンズ加工部の構成を示す斜視図である。キャリッジ７００の概略構成図である。図２におけるキャリッジ部をＥ方向から見たときの図である。２つのレンズ回転軸によるレンズＬＥのチャッキングを示す図である。本装置に掛かる制御系ブロック図である。回転角度誤差Δθとレンズ回転用駆動モータのトルクＴとの関係を示す図である。

符号の説明

１００制御部
１１５ドライバ
１１７ドライバ
６０２砥石
６０１砥石回転軸
７０１キャリッジ
７０２Ｌ，７０２Ｒレンズ回転軸
７２２モータ
７２２ａエンコーダ
７５１モータ
７５１ａエンコーダ

Claims

被加工レンズを保持するレンズ回転軸を回転する第１駆動モータを持つレンズ回転手段と、レンズの周縁を加工する砥石の回転軸とレンズ回転軸との軸間距離を変動させる第２駆動モータを持つ軸間距離変動手段とを備え、被加工レンズの周縁を砥石により加工する眼鏡レンズ加工装置において、前記第１駆動モータをサーボモータとし、さらに、サーボモータの回転角度誤差若しくは電流値を検出するか、又はレンズ回転軸に設けられたトルクセンサにより、レンズ加工時に前記レンズ回転軸に加わるトルクをモニタするモニタ手段と、カップまたはレンズ回転軸とレンズとの間に回転ズレを起こさない値として予め設定されたレンズの保持許容トルク値を設け、前記モニタ手段によりモニタされるトルクが前記保持許容トルク値内に入るように、前記レンズ回転手段による回転速度又は前記軸間距離変動手段による加工圧を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする眼鏡レンズ加工装置。