KR100763840B1 - 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법 - Google Patents

Abstract

가공렌즈를 간단한 구조로 정확하게 센터링할 수 있는 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링방법이 제시된다. 본 발명의 클램핑 장치는 가공대상 렌즈가 수용되는 렌즈수용체를 원심력을 이용하여 센터링한 후, 동력샤프트와 커넥터의 회전속도에 따라 렌즈수용체를 선택적으로 그립하는 클램핑유닛에 의해 렌즈수용체를 안정적으로 고정시킨다. 이에 따라, 본 발명은 가공대상 렌즈를 정확하게 센터링할 수 있어, 렌즈의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

클램핑장치, 렌즈, 센터링, 원심력

Description

렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법 {Clamping Device for Manufacturing Lens and Centering Method of Lens}

도 1은 일반적인 렌즈 가공 과정을 나타내는 구성도;

도 2는 종래 렌즈가공용 지그(jig)의 센터링 과정을 나타내는 구성도;

도 3은 본 발명에 따른 렌즈가공용 클램핑장치를 나타내는 사시도;

도 4는 도 3의 클램핑장치의 센터링 과정을 순차적으로 나타낸 사시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

100: 동력샤프트 200: 렌즈가공용 클램핑장치

210: 커넥터 230: 렌즈수용체

250: 클램핑유닛 252: 그리퍼

254: 펜듈럼 L: 렌즈

본 발명은 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원심력을 이용하여 가공렌즈를 정확하게 센터링하여 렌즈의 가공정밀도를 향상시킨 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 렌즈의 연마방법은 렌즈를 피치로 연마판에 붙여서 연마하는 방법, 리세스 툴(recess tool)을 써서 연마하는 방법, 연마기를 이용하여 렌즈를 한 개씩 연마하는 방법 등으로 분류할 수 있다. 이러한 렌즈 연마 방법 중, 특히 비구면렌즈를 연마하는 방법은 렌즈수용체에 렌즈를 끼우고 연마기를 이용하여 렌즈를 연마하는 형태로 이루어진다.

여기서, 비구면 렌즈(Aspherical Lens)는 렌즈의 표면이 구면도 평면도 아닌 비구면인 렌즈를 말한다. 이와 같은 비구면 렌즈는 광학적인 수차를 보정 할 수 있기 때문에 최근 그 사용이 비약적으로 늘어나고 있다. 또한, 렌즈의 매수를 줄여 경박 단소한 제품 제작이 가능하기 때문에 광학기기나 정보기기에 탑재되는 여러 종류의 광학렌즈에 적용되고 있다.

도 1을 참조하여, 비구면 렌즈의 연마 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 가공 대상이 되는 렌즈(L)를 렌즈가공용 지그(jig; 20)에 부착하고, 렌즈가공용 지그(20)를 축회전시키면 가공대상 렌즈(L)도 함께 회전하게 된다.

회전하는 가공대상 렌즈(L)는 이에 접촉하는 렌즈연마기(15)에 의해 연마가 행해진다. 상기 렌즈연마기(15)는 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈가공용 지그(20)의 회전축과 수직한 방향으로 회전하게 되며, 상하 방향으로 위치 이동이 가능하도록 구성된다.

상기 렌즈연마기(15)는 상기 렌즈(L)와 접촉할 때, 렌즈(L)와 렌즈연마기(20) 사이의 상대운동에 의해 렌즈(L) 표면을 원하는 형태로 연마할 수 있다. 이때, 가공 목적에 따라 렌즈가공용 지그(20)와 렌즈연마기(15)의 회전속도는 다양 하게 설정되지만, 렌즈가공용 지그(20)의 회전속도를 대략 80000 rpm으로 설정하고, 렌즈연마기(15) 의 회전속도를 대략 350 rpm으로 설정하는 것이 일반적이다.

한편, 비구면렌즈는 아주 높은 정밀도를 요구하기 때문에 렌즈가 정확히 회전축 중앙에 위치하여, 회전하는 동력샤프트와 동심(同心)에 있도록 하는 것이 매우 중요하다.

도 2를 참조하여, 종래 렌즈가공용 지그의 센터링 과정을 설명하면 다음과 같다.

종래 렌즈가공용 지그(20)는 축회전하는 동력샤프트(10)에 진공 흡착 방식에 의해 연결되며, 상기 동력샤프트(10)와 함께 회전한다.

한편, 상기 렌즈가공용 지그(20)와 동력샤프트(10) 중심을 일치시키기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 다이얼 인디케이터(30)를 이용한다. 상기 다이얼 인디케이터(30)는 회전에 따른 측정단(32)의 위치 변화 량을 측정하는 장치로서, 렌즈가공용 지그(20)에 접촉하는 측정단(32)의 위치 변화를 최소화하도록 렌즈가공용 지그(20)를 미세 조정함으로써 렌즈가공용 지그(20)와 동력샤프트(10)의 회전축 중심을 일치시키게 된다.

그리나, 상술한 종래 렌즈가공용 지그(20)의 센터링 방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래 센터링 방법은 동력샤프트에 렌즈가공용 지그를 진공 부착시킨 후, 다이얼 인디케이터를 이용하여 가공물 지그와 스핀들의 중심에 맞도록 일일이 수작업에 의해서 센터링을 하게 되어 있다. 따라서, 센터링에 걸리는 작업시간이 매우 길고 숙련자의 노하우가 필요한 문제점이 있었다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라 센터링의 정확도가 천차만별이어서, 초정밀도를 요하는 비구면 렌즈 가공하는데 많은 어려움이 있었다.

둘째, 가공렌즈를 직접 센터링 하지 못하고 렌즈가공용 지그를 센터링해야 하기 때문에, 가공되는 렌즈의 수만큼의 렌즈가공용 지그가 필요하여 이에 따른 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

셋째, 렌즈가공용 지그를 동력샤프트에 진공 부착시키기 때문에 설사 센터링이 완료되었다고 하더라도 미세한 센터링 오차가 남아 있으며, 렌즈가공용 지그가 고속으로 회전하면서 센터링 오차가 확대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 센터링에 걸리는 시간을 대폭 감소시키고, 센터링의 정밀도를 향상시킨 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 렌즈에 수에 맞추어 렌지가공용 지그를 구비하지 않더라도 가공대상 렌즈의 센터링이 가능한 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 센터링 후 고속 회전 중에도 오차가 확대되지 않고 안정적으로 센터링 상태를 유지할 수 있는 렌즈가공용 클램핑장치 및 렌즈의 센터링 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 축회전하는 동력샤프트의 일단에 구비되어 상기 동력샤프트와 함께 회전하는 커넥터, 상기 커넥터에 탄성 연결되어 상기 커넥터와 함께 회전하며, 일단에 가공대상 렌즈가 수용되는 렌즈수용체 및 상기 동력샤프트와 커넥터 중 적어도 어느 하나에 연결되며, 상기 동력샤프트와 커넥터의 회전속도에 따라 상기 렌즈수용체를 선택적으로 그립하는 클램핑유닛을 포함하여 구성되는 렌즈가공용 클램핑장치를 제공한다.

그리고 상기 가공대상 렌즈는 비구면으로 가공되는 것이 일반적이다. 한편, 상기 클램핑유닛은 복수 개의 부재가 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되는 것이 렌즈수용체의 안정적인 고정을 위해 유리하다.

한편, 상기 클램핑유닛은 상기 동력샤프트와 커넥터 중 어느 하나에 힌지 결합되어 있으며, 일측에 구비되어 회전에 따른 원심력을 발생시키는 펜듈럼과 타측에 구비되어 상기 렌즈수용체를 선택적으로 그립하는 그리퍼를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 클램핑유닛은 상기 동력샤프트와 커넥터 중 적어도 어느 하나에 탄성 연결되어, 일정 속도 이하의 회전속도에서는 그리퍼가 열린 상태가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 함께, 상기 렌즈수용체가 회전축 상에 센터링되고 난 후에 그립이 되도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 렌즈의 센터링 방법은 가공대상 렌즈를 렌즈수용체에 수용하는 단계, 축회전하는 동력샤프트와 연동하여 회전하면서, 상기 렌즈수용체를 회전축 상에 센터링하는 단계 및 상기 동력샤프트의 회전속도에 따라 상기 렌즈수용체 를 선택적으로 그립하는 단계를 포함하여 구성된다. 렌즈수용체의 그립은 렌즈수용체가 회전축 상에 센터링된 후에 이루어지는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 렌즈가공용 클램핑장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 렌즈가공용 클램핑장치(200)는, 커넥터(210), 렌즈수용체(230) 및 클램핑유닛(250)을 포함하여 구성된다.

상기 커넥터(210)는 축회전하는 동력샤프트(100)의 일단에 구비되어 동력샤프트(100)와 함께 회전하는 구성요소이다. 이러한 커넥터(210)는 동력샤프트(100)에 일체로 결합되거나, 진공 흡착 등의 방식에 의해 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 커넥터(210)가 동력샤프트(100)에 일체로 결합된 형태로 이루어진다.

상기 렌즈수용체(230)는 상기 커넥터(210)에 탄성 연결되고, 일측 끝단에는 가공대상 렌즈(L)가 수용되며, 타측 끝단에는 커넥터(210)와 접촉하도록 구성된다.

상기 렌즈는 고속회전시 안정적으로 렌즈수용체(230)에 수용될 수 있도록, 렌즈수용체(230)에 접착되거나, 렌즈수용체(230) 내부에 미세 공기 흡입관을 구비하여 진공 흡착되는 형태 등으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 렌즈수용체(230)와 커넥터(210)는 다양한 방식에 의해 탄성 연결될 수 있으며, 본 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라 등 간격으로 배치된 세 개의 탄성부재(232)에 의해 렌즈수용체(230)와 커넥터(210)가 탄성 연결되는 형태를 예시한 것이다.

한편, 렌즈수용체(230)를 커넥터(210)에서 완전히 분리할 수 있도록 상기 탄성부재(232)도 커넥터(210) 또는 렌즈수용체(230)에서 분리 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의해, 클램핑장치(200) 전체를 교환하지 않고 가공대상 렌즈(L)가 수용된 렌즈수용체(230)만을 교체하여, 가공대상 렌즈(L)의 교환이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 렌즈수용체(230) 중 커넥터(210)와 접촉하는 끝단은 볼록한 형태로 이루어지고, 상기 커넥터(210)는 이에 대응하여 내측으로 함몰된 홈(232)이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 렌즈수용체(230)가 탄성부재(232)에 의해 보다 안정적으로 지지될 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 이와 달리 일정 공차를 가지는 볼 조인트 형태에 의해, 렌즈수용체(230)와 커넥터(210)가 상호 연결되도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 클램핑유닛(250)은 동력샤프트(100)와 커넥터(210) 중 적어도 어느 하나에 연결되며, 본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 커넥터(210)에 클램핑유닛(250)의 중간 부위가 힌지 결합된 형태를 예시하고 있다.

상기 클램핑유닛(250)은 복수 개의 부재가 원주 방향을 따라 일정 간격을 두 고 배치되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 총 3개의 클램핑유닛(250)이 원주방향을 따라 등 간격으로 배치된 형태를 예시하고 있다.

한편, 상기 클램핑유닛(250)은 상기 힌지 결합된 부위를 중심으로 어느 한쪽에는 펜듈럼(254)이 구비되고, 다른 한쪽에는 그리퍼(gripper; 252)가 구비된다.

상기 펜듈럼(254)은 무게 추 형태로 이루어져 회전에 의한 원심력을 발생시키며, 상기 그리퍼(252)는 펜듈럼(254)의 움직임에 대응하여 상기 렌즈수용체(230)를 선택적으로 그립하는 역할을 수행한다.

본 실시예는 펜듈럼(254)과 그리퍼(252)가 일체로 성형된 형태를 예시하고 있지만, 이와 달리 별도의 부재로 제작하여 결합시키는 것도 가능하다.

한편, 상기 클램핑유닛(250)은 동력샤프트(100)와 커넥터 중 적어도 어느 하나에 탄성 연결되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 클램핑유닛(250)이 탄성부재(212)에 의해 커넥터(210)에 연결된 형태를 예시하고 있다. 구체적으로, 상기 탄성부재(212)는 일단이 상기 펜듈럼(254)과 힌지 결합 부위 사이에 연결되고, 타단이 커넥터(210)에 연결되어, 클램핑유닛(250)과 커넥터(210)를 탄성 연결한다. 여기서, 상기 탄성부재(212)로는 인장스프링이 적용될 수 있다.

하지만, 본 실시예와 달리, 펜듈럼(254)과 힌지 결합 부위에 연결된 탄성부재(212) 대신 또는 상기 탄성부재(212)와 함께, 그리퍼(252)와 힌지결합 부위에도 탄성부재가 구비되어 커넥터(210)와 탄성 연결되도록 구성하는 것도 가능하다. 이와 같은 탄성부재는 압축스프링이 적용될 수 있다.

이와 같은 구조에 의해, 동력샤프트(100)가 회전하지 않거나 회전속도가 일정 값 이하일 때는 탄성부재의 복원력에 의해 그리퍼(252)가 열린 상태가 되지만, 회전속도가 증가할수록 펜듈럼(254)에 의한 외측 방향으로의 원심력이 증가하게 되어 펜듈럼(254)이 탄성부재의 복원력을 이기고 외측으로 이동하게 되며, 결과적으로 이와 일체로 구성된 그리퍼(252)가 렌즈수용체(230)를 그립할 수 있게 된다.

한편, 상기 그리퍼(252)가 렌즈수용체(230)를 그립하는 것은 렌즈수용체(230)가 회전축 상에 센터링되고 난 후에 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하여, 클램핑장치의 센터링과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동력샤프트(100)가 회전하지 않는 상태에서는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈수용체(230)는 자중에 의해 쳐져 있게 된다. 하지만, 원주방향으로 형성되어 커넥터(210)와 연결된 탄성부재(232)와, 렌즈수용체(230)의 일단을 수용하는 커넥터(210)의 홈에 거치되어 완전히 눕혀지지는 않고, 일정 각도로 쳐져 있게 된다.

다음으로, 동력샤프트(100)가 고속으로 회전하게 되면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 렌즈수용체(230)가 커넥터(210) 상에서 자율적으로 자세가 제어되어 정확하게 센터링이 이루어진다. 이는 자동조심작용(Self-Aligning operation)에 의한 것이다.

그리고 계속해서 동력샤프트(100)의 회전속도가 증가하게 되면, 상기 클램핑유닛(250)의 펜듈럼(254)에 의해 발생하는 원심력도 증가하게 된다. 이에 따라, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 펜듈럼(254)은 클램핑유닛(250)에 연결된 탄성부 재(212)의 복원력을 이기고 외측으로 이동하게 되며, 그리퍼(252)는 이러한 펜듈럼(254)의 움직임에 대응하여 내측으로 오므라들어 상기 렌즈수용체(230)의 외면을 그립하게 된다.

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 렌즈수용체(230)의 센터링이 완료된 상태에서 안정적으로 렌즈의 연마가 가능하다. 렌즈의 연마는 도 1에서와 같은 형태로 이루어지는 것이 일반적이다.

연마가 완료되면, 동력샤프트(100)의 회전속도를 점차 줄이면서 펜듈럼(254)에 의해 발생하는 원심력도 점차적으로 줄어들다. 이에 따라, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 클램핑유닛(250)에 연결된 탄성부재(212)의 복원력에 의해 펜듈럼(254)이 내측으로 이동하고, 이러한 펜듈럼(254)의 움직임에 대응하여 그리퍼(252)가 열리게 된다.

그리고 회전속도가 계속해서 줄어듦에 따라, 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, 자동조심작용에 의해 센터링되었던 렌즈수용체(230)도 자중에 의해 쳐지게 되어, 도 4의 (a)와 같은 상태로 돌아가게 된다.

지금까지는 주로 클램핑장치를 비구면 렌즈의 가공을 적용한 예를 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 렌즈의 가공 공정에도 적용이 가능하다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 렌즈가공용 클램핑 장치 및 렌즈의 센터링 방법은 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 고속 회전에 의해 렌즈수용체가 자율적으로 센터링되도록 구성함으로써, 단순한 구조로 렌즈의 정확한 센터링이 가능한 이점이 있다. 특히, 초정밀도를 요하는 비구면 렌즈에 필요한 정확도로 센터링이 가능하게 된다.

이와 함께, 측정장치로 일일이 측정하여 미세 보정하는 과정이 전혀 필요 없어, 센터링에 걸리는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

둘째, 본 발명은 새로운 렌즈를 가공할 때 렌즈가공용 지그 전체를 교환해야 하는 종래 장치와는 달리, 렌즈가 수용된 렌즈수용체만을 교체하여 렌즈를 가공할 수 있다. 즉, 가공할 렌즈의 수에 맞추어 렌즈가공용 지그를 준비할 필요가 없게 되어, 렌즈가공용 지그 제작에 소요되는 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

셋째, 렌즈수용체가 고속 회전에 의해 자율적으로 센터링 된 후, 렌즈수용체를 그리퍼에 의해 안정적으로 자세를 고정시킬 수 있도록 구성하여, 센터링 후의 자세를 안정적으로 유지시킬 수 있는 이점이 있다. 따라서, 센터링 후 고속 회전이나 외부 요인에 의해 센터링 오차가 생기는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 축회전하는 동력샤프트의 일단에 구비되어 상기 동력샤프트와 함께 회전하는 커넥터;

   상기 커넥터에 탄성 연결되어 상기 커넥터와 함께 회전하며, 일단에 가공대상 렌즈가 수용되는 렌즈수용체; 및

   상기 동력샤프트와 커넥터 중 적어도 어느 하나에 연결되며, 상기 동력샤프트와 커넥터의 회전속도에 따라 상기 렌즈수용체를 선택적으로 그립하는 클램핑유닛;

   을 포함하여 구성되는 렌즈가공용 클램핑장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가공대상 렌즈는 비구면으로 가공되는 것을 특징으로 하는 렌즈가공용 클램핑장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 클램핑유닛은 복수 개의 부재가 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 렌즈가공용 클램핑장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 클램핑유닛은 상기 동력샤프트와 커넥터 중 어느 하나에 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 렌즈가공용 클램핑장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 클램핑유닛은,

   일측에 구비되어 회전에 따른 원심력을 발생시키는 펜듈럼; 및

   타측에 구비되어 상기 렌즈수용체를 선택적으로 그립하는 그리퍼;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈가공용 클램핑장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 클램핑유닛은 상기 동력샤프트와 커넥터 중 적어도 어느 하나에 탄성 연결되는 것을 특징으로 하는 렌즈가공용 클램핑장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 클램핑유닛은 상기 렌즈수용체가 회전축 상에 센터링되고 난 후에 상기 렌즈수용체를 그립하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈가공용 클램핑장치.
8. 가공대상 렌즈를 렌즈수용체에 수용하는 단계;

   축회전하는 동력샤프트와 연동하여 회전하면서, 상기 렌즈수용체를 회전축 상에 센터링하는 단계; 및

   상기 동력샤프트의 회전속도에 따라 상기 렌즈수용체를 선택적으로 그립하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 렌즈의 센터링 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 렌즈수용체의 그립은 렌즈수용체가 회전축 상에 센터링된 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈의 센터링 방법.

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