KR101819226B1

KR101819226B1 - 안경 프레임 형상 측정 장치

Info

Publication number: KR101819226B1
Application number: KR1020100116022A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 마츠야마
Original assignee: 가부시키가이샤 니데크
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2018-01-16
Also published as: JP5562624B2; EP2335873B1; EP2335873A1; CN102121813B; KR20110065334A; JP2011122898A; CN102121813A; US8015716B2; US20110131823A1

Abstract

과제
고커브 프레임의 림의 형상을 양호한 정밀도로 측정하여, 림의 홈으로부터 측정자가 잘 빠지지 않게 한다.
해결 수단
측정자를 안경 프레임의 림의 홈을 따라 트레이스하여, 측정자의 동경 방향 및 동경 방향에 수직인 방향 (Z 축 방향) 의 위치를 검지하는 안경 프레임 형상 측정 장치는, 측정자가 상부에 장착된 측정자축의 Z 축 방향의 위치를 소정의 범위에서 자유롭게 이동 가능하게 유지하는 유지 유닛과, 유지 유닛을 Z 축 방향으로 이동시키는 Z 방향 이동 수단과, 측정자의 Z 축 방향의 위치를 검지하는 Z 축 검지 수단과, 측정 개시 후에 얻어진 Z 축 검지 수단의 검지 결과에 기초하여 다음으로 측정하는 위치에서의 유지 유닛의 Z 축 방향의 위치를 얻고, Z 방향 이동 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

Description

안경 프레임 형상 측정 장치{SPECTACLE FRAME SHAPE MEASURING APPARATUS}

본 발명은, 안경 프레임의 렌즈테(rim) 의 홈을 트레이스하여, 렌즈테의 3 차원 형상을 측정하는 안경 프레임 형상 측정 장치에 관한 것이다.

안경 프레임 유지 기구에 유지된 안경 프레임의 렌즈테 (rim) 의 홈에 측정자를 대고 눌러 삽입하고, 렌즈테의 변화에 추종하여 이동하는 측정자의 위치를 검지함으로써, 렌즈테의 동경 (動徑) 방향 (XY 방향) 및 동경 방향에 수직인 방향 (Z 방향) 의 3 차원 형상을 얻는 안경 프레임 형상 측정 장치가 다양하게 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1, 2, 3, 4 등을 참조).

이 종류의 장치의 측정 기구는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 렌즈테 (FW) 에 대하여 회전되는 회전 베이스 (RB) 와, 측정자 (ST) 가 상단 (上端) 에 장착된 측정자축 (SA) 과, 측정자축 (SA) 을 상하 방향 (Z 방향) 으로 이동 가능하게 유지하고, 회전 베이스 (RB) 의 회전 중심 (CO) 을 통과하는 직경 방향으로 이동 가능하게 회전 베이스 (RB) 에 형성된 이동 베이스 (VB) 와, 측정자 (ST) 를 렌즈테 (FW) 의 홈에 대고 누르는 측정압을 발생시키기 위해, 이동 베이스 (VB) 를 렌즈테 (FW) 측으로 탄성 지지하는 탄성 지지 기구에 의해 구성되어 있다. 회전 베이스 (RB) 의 회전에 의해 측정자 (ST) 가 렌즈테의 변화에 추종하여 이동되고, 이 때의 측정자 (ST) 의 이동을 검지함으로써, 렌즈테의 3 차원 형상이 측정된다.

또, 최근에는 렌즈테의 휨이 큰 안경 프레임이 많아졌기 때문에, 측정자는 침 형상의 선단을 갖는 것이 채용되고 있다.

일본 공개특허공보 2000-314617호 (US6,325,700) 일본 공개특허공보 2001-174252호 일본 공개특허공보 2006-350264호 (US7,571,545) 일본 공개특허공보 2009-14517호 (US7,681,321)

렌즈테의 형상을 양호한 정밀도로 측정하기 위해서는, 측정자에 의해 렌즈테에 걸리는 힘이 과잉으로 되지 않고, 렌즈테의 변화에 대하여 측정자가 가능한 한 매끄럽게 추종되는 것이 바람직하다. 특허문헌 1 및 3 과 같이, 측정자의 선단 방향이 상하 방향 (Z 방향) 에 대하여 경사지지 않고, 측정자축이 상하 방향으로 이동되는 구성에서는, 측정자가 렌즈테의 홈에서 빠지기 쉬워진다. 특허문헌 2 의 장치에 있어서는, 측정자가 장착된 아암이 렌즈테의 홈의 높이에 따라 경사지는데, 렌즈테의 상하 방향의 변동 범위에 대하여 측정자가 장착된 아암이 추종하여 경사지는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 있어서는, 아암이 길게 필요하여, 렌즈테의 변동에 추종하는 기구가 커진다. 추종 기구가 크면 그 중량도 증가하기 때문에, 측정자의 매끄러운 움직임에 지장을 초래하는 경우가 있어, 측정 정밀도가 떨어지게 된다.

또, 휨이 큰 고 (高) 커브 프레임 등 다양한 형상의 안경 프레임에 유연하게 대응하여, 양호한 정밀도로 측정할 수 있는 것이 요망된다.

본 발명은, 상기 종래 장치의 문제점을 감안하여, 고커브 프레임의 렌즈테의 형상을 양호한 정밀도로 측정할 수 있고, 고커브 프레임의 측정시에 측정자가 렌즈테의 홈에서 잘 빠지지 않게 측정할 수 있는 안경 프레임 형상 측정 장치를 제공하는 것을 기술 과제로 한다. 또한, 다양한 형상의 안경 프레임에 유연하게 대응하여 양호한 정밀도로 측정할 수 있는 안경 프레임 형상 측정 장치를 제공하는 것을 기술 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하와 같은 구성을 구비하는 것을 특징으로 한다.

(1) 측정자를 안경 프레임의 림의 홈을 따라 트레이스하여, 측정자의 동경 방향 및 동경 방향에 수직인 방향 (Z 축 방향) 의 위치를 검지하는 안경 프레임 형상 측정 장치는,

측정자 이동 수단으로서, 측정자가 상부에 장착된 측정자축과, 측정자축의 Z 축 방향의 위치를 소정의 범위에서 자유롭게 이동 가능하게 유지하는 측정자축 유지 유닛과, 측정자축 유지 유닛을 Z 축 방향으로 이동시키는 Z 방향 이동 수단과, 림의 동경 방향을 측정자가 트레이스하도록 측정자축 유지 유닛을 동경 방향으로 이동시키는 동경 방향 이동 수단을 갖는 측정자 이동 수단과,

측정자의 Z 축 방향의 위치를 검지하는 Z 축 검지 수단으로서, 적어도, 측정자축 유지 유닛의 Z 축 방향의 위치를 검지하는 제 1 Z 축 검지 수단과, 측정자축 유지 유닛에 대한 측정자의 Z 축 방향의 위치를 검지하는 제 2 Z 축 검지 수단을 갖는 Z 축 검지 수단과,

측정 개시 후에 얻어진 Z 축 검지 수단의 검지 결과에 기초하여 다음으로 측정하는 위치에서의 측정자축 유지 유닛의 Z 축 방향의 위치를 얻고, Z 방향 이동 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

(2) (1) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

제어 수단은, Z 축 검지 수단의 검지 결과에 기초하여 다음의 측정 위치를 예측하고, 예측된 측정 위치에 기초하여 측정자축 유지 유닛의 Z 축 방향의 위치를 얻는다.

(3) (2) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

제어 수단은, 다음의 측정 위치를 측정이 완료된 최종 또는 최종 부근의 측정 위치와 동일한 위치로 예측하는 것을 포함한다.

(4) (1) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

측정자축 유지 유닛은, 측정자축의 하방에 설정된 지지점을 중심으로 측정자축을 측정자의 선단 방향으로 경사 가능하게 유지하는 베어링과, 측정자의 선단을 림의 홈에 대고 누르는 측정 압력을 측정자축의 경사 방향으로 부여하는 측정압 부여 기구를 갖고,

제어 수단은, Z 축 검지 수단의 검지 결과에 기초하여 측정자축의 Z 축 방향에 대한 경사각을 결정하고, 결정된 경사각까지 측정자축이 경사지도록 동경 방향 이동 수단의 동작을 제어한다.

(5) (4) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

제어 수단은, Z 축 방향의 소정의 기준 위치에 대하여 측정 위치가 높아짐에 따라 측정자축의 경사각을 크게 결정한다.

(6) (1) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

Z 방향 이동 수단은, 측정자축 유지 유닛을 Z 축 방향으로 이동시키기 위한 Z 축 모터를 갖고,

제 1 Z 축 검지 수단은, Z 축 모터의 구동의 제어 데이터에 의해 측정자축 유지 유닛의 Z 축 방향의 위치를 검지한다.

(7) (1) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

측정자는, 림의 홈에 삽입되는 침 형상의 선단 형상을 갖는다.

(8) (1) 의 안경 프레임 형상 측정 장치에 있어서,

측정자축 유지 유닛은, 측정자축을 소정 범위에서 측정자의 선단 방향으로 이동 가능하게 유지하고, 또한 측정자의 선단을 림의 홈에 대고 누르기 위한 측정압을 측정자의 선단 방향으로 부여하는 측정압 부여 기구를 갖고,

측정자 이동 수단은, 동경 방향에 있어서의 측정자의 선단 방향을 바꾸기 위해, 측정자축 유지 유닛을 Z 축 방향으로 설정된 축을 중심으로 회전시키는 회전 수단을 포함하고,

안경 프레임 형상 측정 장치는, 또한, 측정자의 동경 방향의 위치를 검지하는 동경 검지 수단으로서, 측정자축 유지 유닛의 동경 방향의 위치를 검지하는 제 1 동경 검지 수단과, 측정자축 유지 유닛에 대한 측정자의 동경 방향의 위치를 검지하는 제 2 동경 검지 수단을 갖는 동경 검지 수단을 구비하고,

제어 수단은, 측정 개시 후에 얻어진 동경 검지 수단의 검지 결과에 기초하여, 회전 수단을 포함하는 동경 방향 이동 수단의 동작을 제어한다.

도 1 은 안경 프레임 형상 측정 장치의 외관 약도이다.
도 2 는 프레임 유지 유닛의 상면도이다.
도 3 은 이동 유닛의 상방으로부터의 사시도이다.
도 4 는 이동 유닛의 하방으로부터의 사시도이다.
도 5 는 Z 이동 유닛과 Y 이동 유닛의 상면 사시도이다.
도 6A 는 센서 유닛의 상방 사시도이다.
도 6B 는 센서 유닛의 회전 유닛의 설명도이다.
도 7 은 VH 유닛의 사시도이다.
도 8 은 VH 유닛의 구성도이다.
도 9 는 VH 유닛의 측면도이다.
도 10 은 XY 이동 유닛의 변용예이다.
도 11 은 장치의 제어계 블록도이다.
도 12 는 측정자의 선단 위치 검출의 설명도이다.
도 13 은 측정자의 선단 방향을 XY 좌표계에서 생각한 경우의 설명도이다.
도 14 는 종래 장치의 측정 기구의 설명도이다.
도 15 는 측정자의 이동 상태를 나타내는 모식도이다.
도 16 은 센서 유닛의 기준점의 이동 제어 및 측정자의 회전 방향의 제어를 설명하는 도면이다.
도 17 은 측정자의 선단 방향의 결정에 관한 변용예의 설명도이다.
도 18 은 렌즈테의 형상이 내측으로 움푹 패인 경우의 측정 설명도이다.
도 19 는 렌즈테의 형상이 직각에 가깝게 변화한 부분을 갖는 경우의 측정 설명도이다.
도 20 은 렌즈테의 휨 상태와 Z 방향의 각 측정점을 나타내는 확대도이다.
도 21 은 Z 방향의 각 측정점의 예측점에 있어서의 렌즈테의 단면과, 측정자 및 측정자축의 경사 상태를 나타내는 도면이다.
도 22 는 측정자축을 기울였을 때의 측정자축의 이동량을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 23 은 형판 (型板) 의 측정시에 있어서의 측정자축과 센서 유닛의 기준점의 이동 상태를 나타내는 도면이다.
도 24 는 형판의 측정시에 있어서의 측정점을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 형태

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 은 안경 프레임 형상 측정 장치의 외관 약도이다. 안경 프레임 형상 측정 장치 (1) 는, 안경 프레임 (F) 을 원하는 상태로 유지하는 프레임 유지 유닛 (100) 과, 프레임 유지 유닛 (100) 에 유지된 안경 프레임의 렌즈테 (rim) 의 홈에 측정자를 삽입하고, 측정자의 이동을 검출함으로써 렌즈테의 3 차원 형상을 측정하는 측정 유닛 (200) 을 구비한다. 측정 유닛 (200) 은 프레임 유지 유닛 (100) 아래에 배치되어 있다. 또, 형판 (TP) (또는 안경 프레임에 장착되어 있던 데모 렌즈의 경우도 포함한다) 을 측정할 때에 사용되는 형판 홀더 (310) 를 자유롭게 착탈할 수 있도록 장착하기 위한 장착부 (300) 가, 장치 (1) 의 좌우 중앙의 후방에 배치되어 있다. 또한, 형판 홀더 (310) 는, 일본 공개특허공보 2000-317795호 (US6,325,700) 등에 기재된 주지의 것을 사용할 수 있다.

측정 장치 (1) 의 케이스체의 전측 (前側) 에는 측정 개시용 스위치 등을 갖는 스위치부 (4) 가 배치되어 있다. 측정 장치 (1) 의 케이스체의 후측 (後側) 에는, 터치 패널식의 디스플레이를 갖는 패널부 (3) 가 배치되어 있다. 렌즈의 둘레 가장자리 가공시에, 패널부 (3) 에 의해, 옥형 (玉型) 데이터에 대한 렌즈의 레이아웃 데이터, 렌즈의 가공 조건 등이 입력된다. 측정 장치 (1) 에서 얻어진 렌즈테의 3 차원 형상 데이터 및 패널부 (3) 에서 입력된 데이터는, 안경 렌즈 둘레 가장자리 가공 장치로 송신된다. 또한, 측정 장치 (1) 는, 일본 공개특허공보 2000-314617호 등과 동일하게, 안경 렌즈 둘레 가장자리 가공 장치에 조립되는 구성으로 해도 된다.

도 2 는 안경 프레임 (F) 이 유지된 상태의 프레임 유지 유닛 (100) 의 상면도이다. 프레임 유지 유닛 (100) 의 하측에는, 측정 유닛 (200) 이 구비되어 있다. 유지부 베이스 (101) 상에는 안경 프레임 (F) 을 거의 수평으로 유지하기 위한 전측 슬라이더 (102) 와 후측 슬라이더 (103) 가 재치되어 있다. 전측 슬라이더 (102) 와 후측 슬라이더 (103) 는, 중심선 (FL) 을 중심으로 2 개의 레일 (111) 상을 대향하여 슬라이딩할 수 있도록 배치되어 있음과 함께, 스프링 (113) 에 의해 항상 중심선 (FL) 을 향하는 방향으로 인장되어 있다.

전측 슬라이더 (102) 에는, 안경 프레임 (F) 의 렌즈테을 그 두께 방향 (상하 방향) 으로부터 클램프하기 위한 클램프 핀 (130a, 130b) 이 각각 2 지점에 배치되어 있다. 동일하게 후측 슬라이더 (103) 에는 안경 프레임 (F) 의 렌즈테을 그 두께 방향 (상하 방향) 으로부터 클램프하기 위한 클램프 핀 (131a, 131b) 이 각각 2 지점에 배치되어 있다.

안경 프레임 (F) 은, 도시되는 바와 같이, 안경 장용 (裝用) 시의 렌즈테의 하방향이 전측 슬라이더 (102) 측에 위치되고, 렌즈테의 상방향이 후측 슬라이더 (103) 측에 위치된다. 좌우의 렌즈테 각각의 하방향 및 상방향에 위치하는 클램프 핀에 의해, 프레임 (F) 은 소정의 측정 상태로 유지된다.

측정 유닛 (200) 의 구성예를, 도 3 ∼ 도 8 에 기초하여 설명한다. 측정 유닛 (200) 은, 렌즈테의 홈에 삽입되는 측정자 (281) 를 유지하는 센서 유닛 (측정자 유지 유닛) (250) 과, 센서 유닛 (250) 을 XYZ 방향으로 이동시키는 이동 유닛 (210) 을 구비한다. XY 방향은 프레임 유지 유닛 (100) 에 의해 유지되는 프레임 (F) 의 측정 평면 (렌즈테의 동경 방향) 과 평행하고, Z 방향은 측정 평면에 수직인 방향이다. 센서 유닛 (250) 은, 측정자 (281) 가 상부에 장착된 측정자축 (282) 을 구비하고, 렌즈테의 Z 방향의 변화에 추종하여 측정자 (281) 가 이동하도록 측정자축 (282) 을 Z 방향으로 이동 가능하게 유지한다. 또, 센서 유닛 (250) 은, 측정자 (281) 의 선단 방향으로 측정자축 (282) 을 이동 가능하게 유지하고, 또한 측정자 (281) 의 선단을 렌즈테의 홈에 대고 누르는 측정압을 부여하는 측정압 부여 기구를 구비한다.

도 3 ∼ 5 는 이동 유닛 (210) 의 구성을 설명하는 도면이다. 도 3 은 이동 유닛 (210) 의 상방으로부터의 사시도이고, 도 4 는 이동 유닛 (210) 의 하방으로부터의 사시도이다. 도 5 는 Z 이동 유닛 (220) 과 Y 이동 유닛 (230) 의 상면 사시도 (X 이동 유닛 (240) 과 베이스부 (211) 를 분리한 상태의 사시도) 이다.

이동 유닛 (210) 은, 크게 구별하여 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시키는 Z 이동 유닛 (220) 과, 센서 유닛 (250) 및 Z 이동 유닛 (220) 을 유지하며 Y 방향으로 이동시키는 Y 이동 유닛 (230) 과, 센서 유닛 (250) 을 Z 이동 유닛 (220) 및 Y 이동 유닛 (230) 과 함께 X 방향으로 이동시키는 X 이동 유닛 (240) 을 구비한다.

X 이동 유닛 (240) 은, 개략적으로 다음과 같이 구성되어 있다. 수평 방향 (XY 방향) 으로 신전 (伸展) 된 방형 형상의 프레임을 갖는 베이스부 (211) 의 하방에, X 방향으로 연장되는 가이드 레일 (241) 이 장착되어 있다. 가이드 레일 (241) 을 따라, Y 이동 유닛 (230) 의 Y 베이스 (230a) 가 X 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있다. 또, 베이스부 (211) 에는, 펄스 모터 (245) 가 장착되어 있다. 모터 (245) 의 회전축에는, X 방향으로 연장되는 이송 나사 (242) 가 장착되어 있다. 그리고, Y 베이스 (230a) 에 고정된 너트부 (246) 가 이송 나사 (242) 에 나사 맞춤되어 있다. 이로써, 모터 (245) 가 회전되면, Y 베이스 (230a) 가 X 방향으로 이동된다.

또한, X 이동 유닛 (240) 의 X 방향의 이동 범위는, 안경 프레임의 좌우의 렌즈테을 측정할 수 있도록 하기 위해, 센서 유닛 (250) 이 탑재되는 Y 베이스 (230a) 를 안경 프레임의 좌우 폭 이상으로 이동시킬 수 있는 길이를 갖는다.

또, Y 이동 유닛 (230) 은, 개략적으로 다음과 같이 구성되어 있다. Y 베이스 (230a) 에 Y 방향으로 연장되는 가이드 레일 (231) 이 장착되고, 이 가이드 레일 (231) 을 따라 Z 베이스 (220a) 가 Y 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있다. Y 베이스 (230a) 에는 Y 이동용 펄스 모터 (235) 와 Y 방향으로 연장되는 이송 나사 (232) 가 회전 가능하게 장착되어 있다. 모터 (235) 의 회전은, 기어 등의 회전 전달 기구를 통하여 이송 나사 (232) 에 전달된다. 이송 나사 (232) 에는, Z 베이스 (220a) 에 장착된 너트 (227) 가 나사 맞춤되어 있다. 이들 구성에 의해, 모터 (235) 가 회전되면, Z 베이스 (220a) 가 Y 방향으로 이동된다.

X 이동 유닛 (240) 및 Y 이동 유닛 (230) 에 의해 XY 이동 유닛이 구성된다. 센서 유닛 (250) 을 XY 방향으로 이동시키는 범위는, 측정 가능한 렌즈테의 동경보다 크게 되어 있다. 이로써, 센서 유닛 (250) 에 의해 동경 방향으로 이동 가능하게 유지된 측정자축 (282) 의 이동 범위를 작게 할 수 있다. 또, 센서 유닛 (250) 의 XY 방향의 이동 위치는, 후술하는 제어부 (50) 에 의해 모터 (245 및 235) 가 구동되는 펄스수에 의해 검지된다. 센서 유닛 (250) 의 XY 방향의 위치를 검지하는 제 1 XY 위치 검지 유닛은, 모터 (245, 235) 및 제어부 (50) 에 의해 구성된다. 센서 유닛 (250) 의 XY 위치 검지 유닛으로는, 모터 (245 및 235) 의 펄스 제어로 검지하는 것 외에, 모터 (245 및 235) 각각의 회전축에 장착된 인코더 등의 센서를 사용하는 구성이어도 된다.

Z 이동 유닛 (220) 은, 개략적으로 다음과 같이 구성되어 있다. Z 베이스 (220a) 에는 Z 방향으로 연장되는 가이드 레일 (221) 이 형성되고, 이 가이드 레일 (221) 을 따라 이동 베이스 (250a) 가 Z 방향으로 이동 가능하게 유지되어 있다. 이동 베이스 (250a) 에 센서 유닛 (250) 이 장착되어 있다. 또, Z 베이스 (220a) 에 Z 이동용 펄스 모터 (225) 가 장착되어 있음과 함께, Z 방향으로 연장되는 이송 나사 (도시를 생략한다) 가 회전 가능하게 장착되어 있다. 그리고, 이송 나사는, 센서 유닛 (250) 의 베이스 (250a) 에 장착된 너트에 나사 맞춤되어 있다. 모터 (225) 의 회전은 기어 등의 회전 전달 기구를 통하여 이송 나사 (222) 에 전달되고, 이송 나사 (222) 의 회전에 의해 센서 유닛 (250) 이 Z 방향으로 이동된다. 센서 유닛 (250) 의 Z 방향의 이동 위치는, 후술하는 제어부 (50) 에 의해 모터 (225) 가 구동되는 펄스수에 의해 검지된다. 센서 유닛 (250) 의 Z 방향의 위치를 검지하는 제 1 Z 위치 검지 유닛이, 모터 (225) 및 제어부 (50) 에 의해 구성된다. 센서 유닛 (250) 의 Z 위치 검지 유닛으로는, 모터 (225) 의 펄스 제어로 검지하는 것 외에, 모터 (225) 의 회전축에 장착된 인코더 등의 센서를 사용하는 구성이어도 된다.

이상과 같은 X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 각 이동 기구는, 실시형태에 한정되지 않고, 주지의 기구를 채용할 수 있다. 예를 들어, XY 이동 유닛은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 모터 (403) 에 의해 회전 중심 (CO) (Z 방향의 축) 을 중심으로 회전되는 회전 베이스 (401) 와, 회전 베이스 (401) 에 형성된 가이드 레일 (411) 로서, 중심 (CO) 을 중심으로 하여 경선 (徑線) 방향에 평행하게 형성된 가이드 레일 (411) 과, 모터 등의 구동 기구 (421) 에 의해 가이드 레일 (411) 을 따라 이동되는 수평 이동 유닛 (420) 에 의해 구성할 수 있다. 센서 유닛 (250) 및 Z 이동 유닛 (220) 은 수평 이동 유닛 (420) 에 탑재된다. 또, 측정자 (281) 를 갖는 센서 유닛 (250) 을 직선 이동시키는 대신에, 일본 공개특허공보 2006-350264호 (US7,571,545) 에 기재되어 있는 바와 같이, 회전 베이스의 중심에 대하여 원호 기동으로 이동시키는 구성으로 해도 된다. 이들의 경우, 회전 베이스의 모터 (403), 수평 이동 유닛 (420) 의 모터 (또는 센서 유닛 (250) 을 원호 기동으로 이동시키는 모터) 의 구동 데이터에 기초하여, 센서 유닛 (250) 의 XY 방향 (동경 방향) 의 위치가 검지된다. 그 밖에, 로봇 아암에 의한 XY 이동 유닛을 구성할 수도 있다. 또, Z 이동 유닛에 대해서도, 회전 가능한 아암을 갖는 회전 기구를 조합한 구성으로 할 수도 있다.

다음으로, 센서 유닛 (250) 의 구성을 도 6A ∼ 도 9 에 의해 설명한다. 센서 유닛 (250) 은, 측정자축 유지 유닛 (이하, VH 유닛이라고 한다) (280) 을 구비한다. VH 유닛 (280) 은, 측정자 (281) 가 상단에 장착된 측정자축 (282) 을 구비하고, 측정자축 (282) 의 Z 방향의 위치를 소정의 범위에서 자유롭게 이동 가능하게 유지함과 함께, 측정자 (281) 의 선단이 향하는 방향으로 측정자축 (282) 을 이동 가능하게 유지한다. VH 유닛 (280) 은, 바람직하게는, 측정자축 (282) 을 수평 방향으로 이동시킬 수 있도록 하기 위해, 측정자축 (282) 을 측정자 (281) 의 선단이 향하는 방향으로 경도 (傾倒) 가능하게 유지한다. 또, 센서 유닛 (250) 은, 바람직하게는, 측정자 (281) 의 선단이 향하는 XY 방향을 바꾸기 위해, VH 유닛 (280) 을 Z 방향으로 연장되는 중심축 (LO) 을 중심으로 회전시키는 회전 유닛 (260) 을 구비한다.

도 6A 는 센서 유닛 (250) 의 상방 사시도이고, 도 6B 는 회전 유닛 (260) 의 설명도이다. 도 7 은 VH 유닛 (280) 의 사시도이다. 도 8 은 VH 유닛 (280) 의 구성도이다. 도 9 는 VH 유닛 (280) 의 측면도이다.

회전 유닛 (260) 의 구성을 설명한다. 도 8 에 나타내는 VH 유닛 (280) 은, 도 6B 에 나타내는 회전 베이스 (261) 에 장착되어 있다. 회전 베이스 (261) 는, 도 6A 에 나타내는 통 형상을 갖는 유지 커버 (251) 의 내부에서, Z 방향으로 연장되는 중심축 (LO) 을 중심으로 하여 회전 가능하게 유지되어 있다. 유지 커버 (251) 는, Z 이동 유닛 (220) 에 의해 Z 방향으로 이동되는 이동 베이스 (250a) 에 장착되어 있다. 도 6B 에 나타내는 바와 같이, 회전 베이스 (261) 하부의 외주에는, 대경 (大徑) 기어 (262) 가 형성되어 있다. 한편, 도 6A 에 나타내는 바와 같이, 유지 커버 (251) 에 장착된 장착판 (252) 에 DC 모터 (265) 가 장착되어 있다. 모터 (265) 의 회전축에 피니언 기어 (266) 가 고정되고, 피니언 기어 (266) 의 회전은, 장착판 (252) 에 회전 가능하게 형성된 기어 (263) 를 통하여, 대경 기어 (262) 에 전달된다. 따라서, 모터 (265) 의 회전에 의해, 회전 베이스 (261) 가 중심축 (LO) 의 축 둘레로 회전된다. 모터 (265) 의 회전은, 모터 (265) 에 일체적으로 장착된 인코더 (센서) (265a) 에 의해 검출되고, 인코더 (265a) 의 출력으로부터 회전 베이스 (261) (즉, VH 유닛 (280)) 의 회전각이 검지된다. 회전 베이스 (261) 의 회전의 원점 위치는, 도시를 생략한 원점 위치 센서에 의해 검지된다.

다음으로, VH 유닛 (280) 의 구성을 설명한다. VH 유닛 (280) 은, 측정자 (281) 가 상부에 장착되고 측정자축 (282) 을 구비한다. 측정자축 (282) 은, 측정자 (281) 의 선단이 향하는 방향 (측정자 (281) 의 선단과 측정자축 (282) 의 축 중심을 연결하는 방향의 H 방향) 으로 경도 가능하게 유지된다.

측정자 (281) 는, 렌즈테의 휨이 크고, Z 방향으로 크게 (45 도 이상으로) 경사진 렌즈테의 홈에도 삽입할 수 있는 두께와 폭을 갖는 침 형상으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 측정자 (281) 의 강도를 갖게 하기 위해, 측정자 (281) 는 선단을 향하여 서서히 직경이 좁아지는 형상으로 형성되어 있다. 또, 측정자 (281) 의 선단부 (281a) 는 둥글게 되고, 바람직하게는 구 형상으로 형성되어 있다. 선단부 (281a) 의 구 형상의 반경은, 통상적인 렌즈테의 홈에 삽입할 수 있는 사이즈이며, 바람직하게는, 0.3 ∼ 0.5 ㎜ 이다. 구 형상의 반경이 0.3 ㎜ 보다 작으면, 렌즈테의 이음매에서 발생하는 단차를 타고 넘기 어려워진다. 구 형상 형상의 반경이 0.5 ㎜ 보다 지나치게 크면, 렌즈테의 홈의 폭이 좁을 때, 선단부 (281a) 가 잘 들어가지 않게 되어, Z 방향의 변화가 큰 렌즈테의 측정시에 측정자 (281) 가 빠지기 쉬워진다.

도 7 및 도 8 에 있어서, 요동 베이스 (285) 는, 회전 베이스 (261) 에 지지된 축 (지지점) (S1) 을 중심으로, 베어링 (283a) 을 통하여, 측정자 (281) 의 선단 방향 (H 방향) 으로 경도 가능하게 유지되어 있다. 요동 베이스 (285) 는, 도 8 상에서 측정자 (281) 의 선단 방향으로 연장된 아암부 (285a) 를 갖는다. 또, 도 8 상에서 Z 방향으로 연장되는 측정자축 (282) 은, 축 (지지점) (S2) 을 중심으로 하여 베어링 (283b) 을 통하여 측정자 (281) 의 선단 방향으로 경도 가능하게 아암부 (285a) 에 유지되어 있다. 이 구성에 의해, 측정자축 (282) 은 그 경도 각도를 유지한 채, 축 (S1) 의 위치 (즉, 회전 베이스 (261)) 에 대하여 Z 방향으로 이동 가능하게 된다.

또한, 측정자축 (282) 의 움직임을 보다 가볍게 하기 위해, 센서 유닛 (250) 상에서의 측정자 (281) 의 동경 방향의 이동 범위는, XY 이동 유닛의 이동 가능 범위보다 작게 되고, 또 측정자 (281) 의 Z 방향의 이동 범위는, Z 이동 유닛의 이동 가능 범위보다 작게 되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 렌즈테의 변화에 대한 측정자 (281) 의 추종 기구가 소형화 및 경량화되고, 측정자 (281) 의 매끄러운 움직임이 실현된다.

축 (S2) 의 하방으로 연장된 측정자축 (282) 의 하부에는, 축 (S2) 을 지지점으로 한 측정자축 (282) 의 회전각의 검지에 사용되는 기어판 (284) 이 장착되어 있다. 또, 요동 베이스 (285) 의 하방에는 제 1 인코더 (센서) (286) 가 장착되어 있다. 그리고, 인코더 (286) 의 회전축에 장착된 피니언 (286a) 이, 기어판 (284) 에 형성된 기어 (284a) 에 맞물려져 있다. 이 때문에, 인코더 (286) 에 의해, 축 (S2) 을 중심으로 한 측정자축 (282) 의 경도 방향 (H 방향) 의 회전각이 검지된다.

또, 요동 베이스 (285) 에는, 축 (S1) 보다 하방의 위치에서, 축 (S1) 을 지지점으로 한 회전각의 검지에 사용되는 기어판 (287) 이 고정되어 있다. 한편, 회전 베이스 (261) 의 하방에 고정 블록 (290) 이 장착되어 있다. 고정 블록 (290) 에는 제 2 인코더 (센서) (288) 가 장착되어 있다. 그리고, 인코더 (288) 의 회전축에 장착된 피니언 (288a) 이, 기어판 (287) 에 형성된 기어 (287a) 에 맞물려져 있다. 이 구성에 의해, 축 (S1) 을 중심으로 한 요동 베이스 (285) 의 회전각이 인코더 (288) 에 의해 검지된다. 도 8 상에 있어서, 회전 베이스 (261) 의 회전의 중심축 (LO) 은, 본 실시형태에서는, 축 (S1) 과 축 (S2) 이 동일한 높이 위치하는 상태에서, 축 (S1) 과 축 (S2) 의 중앙을 통과하도록 설정되어 있지만, 이것은 축 (S1) 과 축 (S2) 의 중앙이 아니어도 된다.

또한, VH 유닛 (280) 의 구성에 있어서는, 2 개의 인코더 (286, 288) 에 의해, 센서 유닛 (250) 에 설정되어 있는 소정의 기준점 (중심축 (LO)) 에 대한 측정자 (281) (선단부 (281a)) 의 XY 위치를 검지하는 제 2 XY 위치 검지 유닛이 구성된다. 또, 2 개의 인코더 (286, 288) 에 의해, Z 방향의 기준점 (지지점 (S1) 의 높이) 에 대한 측정자 (281) 의 Z 방향의 위치를 검지하는 제 3 Z 위치 검지 유닛이 구성된다. 인코더 (286, 288) 대신에, 2 차원 CCD 또는 2 개의 라인 센서의 조합 등에 의한 주지의 광학적 센서를 사용할 수도 있다.

또, VH 유닛 (280) 에는, 측정자 (281) 의 선단을 렌즈테의 홈에 대고 누르는 측정압을 부여하는 측정압 부여 기구가 형성되어 있다. 도 8 의 예에서는, 고정 블록 (290) 과 측정자축 (282) 사이에, 측정압 발생의 탄성 지지 부재로서의 인장 스프링 (291) 이 배치되어 있다. 스프링 (291) 의 탄성 지지에 의해, 축 (S2) 을 중심으로 하여 측정자 (281) 의 선단 방향으로 측정자축 (282) 이 기울도록 측정압이 항상 걸린다. 측정압 부여 기구는, 스프링 (291) 의 탄성 지지 부재를 사용하는 것 외에, 모터 등의 구동원을 사용할 수도 있다.

도 8 에 있어서, 측정자축 (282) 의 하방에 위치하는 기어판 (284) 에는, 도 8 의 지면 (紙面) 에 수직인 방향으로 돌출된 핀 (284b) 이 고정되어 있다. 핀 (284b) 은, 측정자 (281) 의 선단 방향으로 측정자축 (282) 이 일정 각도 이상으로 경도되는 것을 제한하기 위해 사용된다. 도 9 에는, 도 8 의 VH 유닛 (280) 의 측면도가 도시된다. 회전 베이스 (261) 의 하방에 제한판 (292) 이 장착되어 있다. 제한판 (292) 에는, 핀 (284b) 이 접촉하는 접촉부 (292a) 가 형성되어 있다. 측정자축 (282) 은 스프링 (291) 에 의해, 축 (S2) 을 지지점으로 하여 도 8 및 도 9 상의 우측 방향으로 경도되도록 탄성 지지되어 있는데, 핀 (284b) 이 제한판 (292) 의 접촉부 (292a) 에 접촉함으로써, 측정자축 (282) 의 경도가 제한된다. 그 제한 위치는, 측정자축 (282) 이 Z 방향에 거의 평행이 되는 위치까지로 설정되어 있다.

또, VH 유닛 (280) 은, 축 (S1) 을 지지점으로 한 요동 베이스 (285) 의 중력에 의한 회전의 평형을 맞추는 탄성 지지 부재인 스프링 (293) 이 형성되어 있다. 스프링 (293) 의 일단 (一端) 은 회전 베이스 (261) 에 고정되고, 다른 일단은 요동 베이스 (285) 의 하방 위치에 고정되어 있다. 이로써, 렌즈테의 홈을 따라 추종되는 측정자 (281) (측정자축 (282)) 의 상하 방향 (Z 방향) 의 이동이 중력의 영향을 잘 받지 않게 하여, 매끄러워진다. 스프링 (293) 의 탄성 지지력은, 측정자축 (282) 에 약간 하방으로의 중력이 작용하도록 조정되어 있다. 측정자 (281) 가 렌즈테의 홈에 삽입되어 있지 않을 때에는, 측정자축 (282) 의 자중에 의해 제한판 (292) 에 제한되는 최하위에 위치된다.

또한, VH 유닛 (280) 에 있어서의 측정자축 (282) 및 측정자 (281) 를 Z 방향으로 이동 가능하게 유지하는 기구는, 레일 등으로 이루어지는 직동 (直動) 기구 (이 기구는 주지이다) 로 할 수도 있다. 이 경우, 지지점 (S2) 을 지지점으로 하여 측정자축 (282) 을 경사 가능하게 유지하는 아암부 (285a) 를, Z 방향으로 직선적으로 이동 가능하게 유지하는 기구가 채용된다.

또, 도 1 에 나타내는 형판 홀더 (310) 를 사용한 형판 (TP) (또는 데모 렌즈) 의 측정시, 측정자축 (282) 은, 형판 (TP) 의 둘레 가장자리에 접촉되는 측정 축으로서 겸용된다. 회전 베이스 (261) 보다 위로 신장된 측정자축 (282) 의 부분은, 그 축 중심 (So) 을 중심으로 한 원기둥 형상이고, 원기둥 형상의 측면이 형판 (TP) 의 둘레 가장자리에 접촉된다. 측정자축 (282) 의 측면 중, 측정자 (281) 의 선단 방향에 대하여 직교하는 방향의 측면이 주로 형판 (TP) 에 접촉된다. 형판 측정시에 측정압을 발생시키는 측정압 부여 기구는, VH 유닛 (280) 을 회전시키는 회전 유닛 (260) 이 겸용된다. 측정자축 (282) 이 수직 방향 (Z 방향) 으로 세워진 상태에서, DC 모터 (265) 에 의해 회전 베이스 (261) 가 회전되면, 측정자축 (282) 의 측면이 형판 (TP) 의 둘레 가장자리에 접촉된다. 이 때, 모터 (265) 에 일정한 전압이 부여됨으로써, 측정자축 (282) 에 측정압이 부여된다. 즉, 형판 (TP) 에 측정자축 (282) 이 접촉되고, 센서 유닛 (250) 이 XY 방향으로 이동되면, 회전 베이스 (261) 에 모터 (265) 에 의한 회전력이 가해짐으로써, 형판 (TP) 의 둘레 가장자리의 변화에 추종하여 측정자축 (282) 이 이동된다. 회전 베이스 (261) 의 회전각은 인코더 (265a) 에 의해 검출되고, 회전 베이스 (261) 의 회전 중심에 대한 측정자축 (282) 의 중심 (So) 위치가 검지된다. 또한, 형판 측정시의 측정압 부여 기구로는, 스프링 등의 탄성 지지 부재를 사용할 수도 있다.

도 11 은 본 장치 (1) 의 제어계 블록도이다. 제어부 (50) 에, 패널부 (3), 스위치부 (4), X 이동 유닛 (240) 의 모터 (245), Y 이동 유닛 (230) 의 모터 (235), Z 이동 유닛 (220) 의 모터 (225), 모터 (265), 인코더 (265a, 286, 288) 등이 접속되어 있다. 또, 제어부 (50) 에는 프레임 유지 유닛 (100) 의 클램프 기구의 구동원이 접속되어 있다.

다음으로, 렌즈테의 변화에 추종하여 이동되는 측정자 (281) 의 선단의 위치 검출에 대해 설명한다. 도 12 는 측정자 (281) 의 선단 위치 검출을 설명하는 도면이다.

도 12 에 있어서, 점 A 를 요동 베이스 (285) 의 회전 중심의 지지점 (S1) 으로 하고, 점 B 를 측정자축 (282) 의 경도의 지지점 (S2) 으로 하고, 점 D 를 측정자 (281) 의 선단으로 하고, 점 C 를 측정자축 (282) 의 축 상에서 점 D 로부터의 수선 (垂線) 이 교차하는 점으로 한다. 점 O 는 센서 유닛 (250) 에 설정된 기준점이며, 점 A 에서 측정자 (281) 의 선단 방향 상에서, 회전 베이스 (261) 의 중심축 (LO) 이 통과하는 점으로 한다. 또, 점 A 와 점 B 의 거리를 a, 점 B 와 점 C 의 거리를 b, 점 C 와 점 D 의 거리를 c, 점 B 와 점 D 의 거리를 d 로 한다. 또, 이 예에서는, 점 O 에 대한 점 A 의 거리를 a/2 로 한다. 또, Z 방향에 대한 선분 BC (측정자축 (282)) 의 각도를 α, 점 A 와 점 O 를 연결하는 방향 (H 방향) 에 대한 선분 AB 의 각도를 β, 선분 AB 와 선분 BC 가 이루는 각도를 γ, Z 방향에 대한 선분 BD 의 각도를 φ, 선분 BD 와 선분 BC 가 이루는 각도를 τ 로 한다. 또한, 각도 β 는 인코더 (288) 에 의해 검지된다. 각도 γ 는 인코더 (286) 에 의해 검지된다.

여기서, 점 O 에 대한 점 D 의 H 방향 (측정자 (281) 의 선단이 향하는 방향) 의 위치 Dh 와 Z 방향의 위치 Dz 는, 이하의 식으로 구해진다. 도 12 에 있어서, 점 O 에 대하여 우측을 H 방향의 플러스, 좌측을 H 방향의 마이너스측으로 하고, 점 O 에 대하여 상측을 Z 방향의 플러스, 하측을 Z 방향의 마이너스측으로 한다.

또, 각도 α , φ 는 이하에 의해 구해진다.

도 13 은 측정자 (281) 의 선단 방향 (H 방향) 을 XY 좌표계에서 생각한 경우의 설명도이다. 측정 유닛 (200) 의 XY 좌표계에서 점 O 를 중심으로 한 회전 베이스 (261) 의 회전을 생각하고, Y 방향에 대한 측정자 (281) 의 선단 방향 (H 방향) 의 각도를 θ (도 13 상에서 반시계 회전의 방향의 각도) 로 하면, 점 O 를 기준으로 한 점 D 의 위치 (x, y, z) 는, 이하의 식으로 나타낸다.

즉, 센서 유닛 (250) 에 설정된 기준 위치 (점 O) 에 대한 측정자 (281) 의 선단 위치는, 상기의 식 4 로 구해진다. 센서 유닛 (250) 에 회전 유닛 (260) 이 형성된 구성에 있어서는, 각도 θ 는 인코더 (265a) 에 의해 검지된다. 도 10 에서 나타낸 바와 같이, XY 이동 유닛이 회전 베이스 (401) 와 수평 이동 유닛 (420) 에 의해 구성되고, 센서 유닛 (250) 이 회전 유닛 (260) 을 갖지 않는 경우, 측정자 (281) 의 선단 방향은, 회전 베이스 (401) 의 회전 방향이 된다. 이 경우, 측정자 (281) 의 선단 방향을 바꾸는 회전 기구로서, XY 이동 유닛의 일부를 구성하는 회전 베이스 (401) 및 모터 (403) 가 사용된다. 따라서, 상기 식 4 의 각도 θ 는 회전 베이스 (401) 의 회전각에 의해 결정된다. 회전 베이스 (401) 의 회전각은, 모터 (403) 의 회전 구동의 제어 데이터로부터 얻어진다.

그리고, XY 이동 유닛 및 Z 이동 유닛 (220) 에 의해 이동되는 센서 유닛 (250) 의 기준 위치 (점 O) 는, 측정 유닛 (200) 에 설정되어 있는 원점에 대한 위치 (X, Y, Z) 로서 제어된다. 따라서, 측정자 (281) 의 선단 위치는, 측정 유닛 (200) 의 원점에 대하여, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O (X, Y, Z)) 과 기준점 (O) 에 대한 점 D 의 위치 (x, y, z) 의 합성에 의해 구해진다.

다음으로, 측정 유닛 (200) 에 의한 렌즈테의 측정 동작을 설명한다. 이하에서는, 측정 유닛 (200) 의 제어 방법을 이해하기 쉽게 하기 위해, 렌즈테의 동경 방향 (XY 방향) 의 측정 동작과 Z 방향의 측정 동작으로 나누어 설명한다.

렌즈테의 동경 방향의 측정시, 제어부 (50) 는, 측정 도중에는 측정이 완료된 렌즈테의 동경 정보에 기초하여 센서 유닛 (250) 을 이동시키는 XY 위치를 결정하고, 결정된 XY 위치에 따라 XY 이동 유닛의 구동을 제어한다. 바람직하게는, 제어부 (50) 는, 측정이 완료된 렌즈테의 동경 정보에 기초하여 렌즈테의 미측정 부분의 동경 변화를 예측하고, 미측정 부분의 동경 변화를 따라 측정자 (281) 의 선단이 이동하도록 센서 유닛 (250) 을 이동시키는 XY 위치를 결정한다. 예를 들어, 렌즈테의 접선 방향으로 측정자 (281) 의 선단이 이동하도록 제어한다. 또, 제어부 (50) 는, 측정이 완료된 동경 정보로부터 구해지는 미측정 부분의 동경 정보에 따라 회전 유닛 (260) 의 회전각을 결정하고, 결정된 회전각에 따라 회전 유닛 (260) 의 회전을 제어한다. 예를 들어, 제어부 (50) 는, 측정자 (281) 의 선단 방향이 렌즈테의 거의 법선 방향이 되도록 회전 유닛 (260) 의 회전각을 결정한다.

도 15 는 측정자 (281) 의 이동 상태를 나타내는 모식도이다. 도 16 은 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 의 이동 제어 및 측정자 (281) 의 회전 제어를 설명하는 도면이다. 또한, 동경 방향의 특징적인 측정 동작을 설명하기 위해, 렌즈테은 Z 방향에 대한 변화가 없는 것으로 한다.

도 15 에 있어서, 점 CO 는 렌즈테 내에 설정된 소정점으로, 렌즈테 측정시의 XY 의 원점 위치로 한다. 점 CO 는 프레임 유지 유닛 (100) 에 의해 유지되는 렌즈테의 Y 방향의 거의 중심이며, 측정 개시측의 클램프 핀 (130a, 130b) 이 위치하는 Y 방향 상의 위치에 설정되어 있다. 이것은, XY 이동 유닛이 도 10 에 나타내는 회전 베이스 (401) 의 회전 중심에 상등하는 위치이다.

도 16 에 있어서, P1, P2, P3, P4, … 은, 점 CO 를 기준으로 동경각을 미소 각도 Δθ 마다 변화시켰을 때의 렌즈테 (FW) 의 측정점을 나타낸다. 측정점을 점 CO 에 대하여 각도 Δθ 마다 변화시키는 점으로 함으로써, 종래와 동일하게, 측정점의 총수를 일정하게 하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 각도 Δθ 를 0.36 도로 하면, 렌즈테의 동경 사이즈에 상관없이 1000 점의 측정점이 얻어진다. 점 P1 은 측정 개시점이다.

측정 개시시, 제어부 (50) 는, 퇴피 위치 (점 CO) 에 놓여져 있던 측정자 (281) 의 선단 방향 (측정자 (281) 의 선단이 향하는 방향) 이 Y 방향 (θ1a) 이 되도록 회전 유닛 (260) 의 베이스 (261) 를 회전시키고, 또 측정자 (281) 의 선단이 측정 개시점 (P1) 의 소정 높이 (클램프 핀 (131a, 131b) 의 클램프 위치의 높이) 에 위치하도록, 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시킨다. 다음으로, 제어부 (50) 는, XY 이동 유닛을 구동시켜, 측정자 (281) 의 선단을 렌즈테의 홈에 삽입시킨다. 측정자 (281) 의 선단이 렌즈테의 홈에 접촉하고, 그 상태에서 추가로 센서 유닛 (250) 이 렌즈테측으로 이동됨으로써, 수직 상태에 있던 측정자축 (282) 이 지지점 (S2) 을 중심으로 하여 기울어진다. 측정자축 (282) 이 기울어진 것이 인코더 (286) 의 출력 변화로부터 검출되기 때문에, 측정자 (281) 의 선단이 렌즈테의 홈에 접촉한 것이 제어부 (50) 에 의해 검지된다. 측정 개시점 (P1) 에서는, 측정자축 (282) 이 도 8 상의 좌측으로 소정 각도 α1 (예를 들어, 5 도) 만큼 기울어지는 위치까지, 센서 유닛 (250) (VH 유닛 (280) 의 기준점 (O)) 을 렌즈테측으로 이동시킨다. 이 때의 측정자 (281) 의 선단 위치는, XY 이동 유닛에 의해 이동되는 센서 유닛 (250) 의 XY 위치 정보와 인코더 (286, 288) 의 검지 정보에 기초하여 얻어진다.

또한, 측정자 (281) 의 선단이 렌즈테의 홈에 접촉한 후, 추가로 측정자축 (282) 이 각도 α1 까지 기울어지는 상태까지 센서 유닛 (250) 을 이동시키는 것은, 그 이후의 측정점의 측정시에 기준점 (O) 으로부터의 거리가 길어지는 방향에 대해서도 측정을 가능하게 하기 위해서이다. 본 실시형태에 있어서는, 측정자 (281) 는, 렌즈테의 홈에 삽입된 후에 지지점 (S2) 을 중심으로 도 8 상의 좌측으로 기울어지고, 스프링 (291) 에 의해 측정압이 걸린 상태가 된다. 이 측정압의 발생에 의해, 측정자축 (282) 이 수직이 될 때까지, 측정자 (282) 의 선단은 렌즈테의 홈 위치의 변화에 추종할 수 있다.

다음 측정점 (P2) 의 측정시, 측정이 완료된 동경 정보는 측정점 (P1) 의 정보뿐이기 때문에, 제어부 (50) 는, X 방향과 동일한 방향 (Q1) (측정점 (P1) 의 접선 방향) 과, 방향 θ1a 에 대하여 미소 각도 Δθ 를 변화시킨 방향 θ2a 의 교점 (P2a) 에 다음 측정점 (P2) 이 있는 것으로 예측한다. 그리고, 제어부 (50) 는, 방향 Q1 에 대하여 점 P2a 에서의 거의 법선 방향이 되는 각도 (θ2b) 를 구하고, 측정자 (281) 의 선단 방향을 방향 θ2b 가 되도록 회전 유닛 (250) 을 회전시킴 (도 16 의 예에서는, 방향 θ2a 는 측정 개시점 (P1) 의 방향 θ1a 와 동일한 각도인 상태이다) 과 함께, 측정자 (281) 의 선단이 점 P2a 까지 이동하도록, XY 이동 유닛의 구동을 제어하여, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 위치 PO1 에서 위치 PO2 로 이동시킨다. 위치 PO2 의 위치는, 점 P2a 의 위치, 방향 θ2b 및 거리 ΔS (기준점 (O) 에서 측정자 (282) 의 선단까지를 일정 거리로 하기 위한 거리) 에 의해 구해진다.

센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 이 위치 PO2 로 이동되면, 측정자 (281) 에는 스프링 (291) 에 의해 소정의 측정압이 걸려 있으므로, 측정자 (281) 의 선단은 렌즈테의 실제 위치 변화에 추종하여 이동된다. 측정점 (P2) 의 위치는, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 이동시킨 위치 PO2 의 XY 위치 정보와, 인코더 (286, 288) 에 의해 얻어지는 측정자 (281) 의 선단 위치 D (x, y) 의 정보 (전술한 식 4) 에 기초하여 구해진다.

다음으로, 제어부 (50) 는, 추가로 각도 Δθ 만큼 변화시킨 방향 (θ3a) 에 대한 측정점 (P3) 의 위치를, 측정이 완료된 점 (P1, P2) 의 위치 정보에 기초하여 예측한다. 예를 들어, 측정점 (P3) 이 근사적으로 측정이 완료된 점 (P1, P2) 을 통과하는 직선의 연장 방향 (Q2) 과 방향 θ3a 의 방향의 교점 (P3a) 에 위치하는 것으로 예측한다. 또, 제어부 (50) 는, 방향 Q2 에 대하여 점 P3a 에서의 거의 법선 방향이 되는 각도 (θ3b) 를 구한다. 그리고, 제어부 (50) 는, 측정자 (281) 의 선단 방향을 방향 θ3b 가 되도록 회전 유닛 (250) 을 회전시킴과 함께, 측정자 (281) 의 선단이 점 P3a 까지 이동하도록, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 위치 PO3 으로 이동시킨다. 위치 PO3 의 위치는, 점 P3a 의 위치, 방향 θ3b 및 거리 ΔS 에 의해 구해진다. 실제의 측정점 (P3) 의 위치는, 위치 PO3 의 위치 정보와 인코더 (286, 288) 에 의한 검지 결과에 기초하여 구해진다.

동일하게, 제어부 (50) 는, 측정이 완료된 측정점 (P2, P3) 을 통과하는 직선의 연장 방향 (Q3) 과, 점 P3a 에 대하여 추가로 각도 Δθ 분만큼 변화시킨 방향 θ4a 에 기초하여 측정점 (P4) 의 예측점 (P4a) 을 구한다. 다음으로, 방향 θ4a 에 대하여 측정자 (281) 의 선단 방향이 직교하는 방향 (θ4b) 이 되도록 회전 유닛 (250) 의 회전 베이스 (261) 의 회전각을 제어함과 함께, 점 P4a 의 위치, 방향 θ4b 및 거리 ΔS 에 기초하여 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 이동시키는 위치 PO4 를 결정하고, 위치 PO4 로 기준점 (O) 이 이동하도록 XY 이동 유닛의 구동을 제어함으로써, 실제의 측정점 (P4) 의 위치를 측정한다. 이후, 동일한 제어가 실시됨으로써, 렌즈테 전체 둘레의 동경 정보가 얻어진다.

도 15 에 있어서, 렌즈테 (FW) 의 내부에 도시되는 점선 (Fd) 은, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 의 이동 궤적으로, 렌즈테 (FW) 의 동경 형상을 거의 따른 형태로 되어 있다. 이와 같은 센서 유닛 (250) 의 이동 제어에 의해, 측정자 (281) 의 선단을 이동시키는 힘 (PC) 이 작용하는 방향은, 렌즈테 (FW) 의 동경 형상을 거의 따른 방향이기 때문에, 렌즈테 (FW) 에 대하여 과대한 힘이 걸리지 않아, 렌즈테 (FW) 을 변형시키지 않고, 측정자 (281) 가 매끄럽게 이동되게 된다.

또, 측정자 (281) 의 선단 방향이 미측정분의 렌즈테에 대하여 거의 법선 방향이 되도록 접촉하기 때문에, 측정자 (281) 의 선단이 렌즈테 (FW) 에 대하여 예각인 각도로 접촉하는 경우에 비해, 렌즈테의 동경 형상을 양호한 정밀도로 측정할 수 있다. 또, 렌즈테의 이음매에 단차가 발생한 경우에도, 측정자 (281) 의 선단이 단차를 타고 넘기 쉬워져, 렌즈테의 측정 불능 문제를 경감시킬 수 있다. 또한, 렌즈테의 휨이 큰 경우에도, 클램프 핀에 대하여 예각인 각도로 측정자 (281) 가 교차하지 않기 때문에, 클램프 핀과의 간섭을 피한 측정이 가능해진다.

또 추가로, 도 18 과 같이, 렌즈테 (FW) 의 형상이 내측으로 움푹 패인 경우에도, 측정자 (281) 의 선단 방향이 렌즈테 (FW) 의 거의 법선 방향이 되도록 이동되기 때문에, 패임 부분 (FWd) 의 측정이 가능해진다. 렌즈테 (FW) 내에 설정된 중심 (CO) 을 기준으로 측정자 (281) 의 선단 방향이 향해지는 측정 방법에서는, 중심 (CO) 과 측정자 (281) 의 선단 방향을 연결하는 직선의 연장선을 따르는 패임 부분 (FWd) 에서는, 측정자 (281) 또는 측정자축 (282) 과 렌즈테 (FW) 이 간섭하여 측정이 곤란해진다. 상기의 제어 방법이면, 패임 부분 (FWd) 의 측정이 가능해진다.

또한, 예측점 (P2a, P3a, P4a …) 은, 점 CO 에 대하여 각도 Δθ 마다 변화시키는 방향에 있는 것으로서 구하는 대신에, 렌즈테의 동경의 변동 방향으로 미소 거리마다 앞의 측정점으로부터 변화시킨 점으로서 구하는 것이어도 된다.

다음으로, 측정자 (281) 의 선단 방향의 결정에 관한 변용예를 도 17 에 의해 설명한다. 이 변용예는, 측정이 완료된 동경 정보로부터 구해지는 미측정 부분의 동경 정보에 따라 회전 유닛 (260) 의 회전각을 결정하는 방법으로, 측정자 (281) 의 선단 방향을, 중심 (CO) 을 기준으로 한 동경 방향과 렌즈테의 법선 방향 사이의 방향으로 결정하는 방법이다.

도 17 에 있어서, 도 16 과 동일한 요소에는 동일 부호가 부여되어 있다. 제어부 (50) 는, 앞의 예와 동일하게 측정점 (P2) 의 예측점 (P2a) 을 구한 후, 방향 Q1 에 대한 법선 방향 (직교 방향) (θ2b) 과, 점 CO 를 기준으로 하여 설정된 방향 (θ2a) 의 중간 방향 (θ2c) 을 구하고, 측정자 (281) 의 선단 방향을 방향 θ2c 가 되도록 회전 유닛 (250) 을 회전시킨다. 또, 방향 θ2c 상에서, 점 P2a 에서 거리 ΔS 만큼 떨어진 위치 (PO2) 로 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 이 이동하도록, XY 이동 유닛의 구동을 제어한다.

동일하게, 제어부 (50) 는, 다음 측정점 (P3) 의 측정시에는, 측정이 완료된 측정점 (P1 과 P2) 에 통과하는 직선의 연장 방향 (Q2) 과 방향 θ3a 의 방향의 교점에 예측점 (P3a) 이 위치하는 것으로 하여, 예측점 (P3a) 의 위치를 구한다. 다음으로, 예측점 (P3a) 에 있어서의 방향 Q2 에 대한 법선 방향 (θ3b) 과 방향 θ3a 의 각도의 중간 방향 (θ3c) 을 구하고, 측정자 (281) 의 선단 방향을 방향 θ3c 가 되도록 회전 유닛 (250) 을 회전시킨다. 또, 방향 θ3c 상에서, 점 P3a 에서 거리 ΔS 만큼 떨어진 위치 (PO3) 로 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 이 이동하도록, XY 이동 유닛의 구동을 제어한다. 이후, 동일하게, 측정이 완료된 동경 정보에 기초하여 다음 측정점이 위치하는 점을 예측하고, 그 점에서의 법선 방향 (θb) 과 중심점 (CO) 을 기준으로 각도 Δθ 마다 변화하는 동경 방향 (θa) 의 중간 방향 (θc) 을 구하고, 이 방향 (θc) 으로 측정자 (281) 의 선단 방향이 향하도록 회전 유닛 (250) 의 회전각을 제어함과 함께, 방향 θc 와 거리 ΔS 에 기초하여 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 이동시키는 위치를 결정하고, 결정된 위치에 기초하여 XY 이동 유닛을 제어한다. 또한, 상기의 중간 방향 (θc) 은, 비율 5 : 5 로 분할되는 중간 각도 외에, 비율 6 : 4 로 분할되는 등, 법선 방향 (θb) 측에 가까운 각도여도 된다.

이 변용예의 방법에 의하면, 예를 들어, 도 19 와 같이, 렌즈테 (FW) 의 형상이 직각에 가깝게 변화한 부분 (FWe) 을 갖는 경우에도, 측정이 가능해진다. 앞의 예와 같이, 항상 렌즈테 (FW) 의 형상에 대하여 법선 방향으로 측정자 (281) 의 선단 방향이 향해지면, 직각인 변화 부분 (FWe) 의 측정시에 측정자축 (282) 이 렌즈테 (FW) 에 간섭하는 경우가 있다. 그 반면, 측정자 (281) 의 선단 방향을 중간 방향 (θc) 으로 제어하는 방법이면, 전술한 문제를 경감시킬 수 있다. 또, 도 18 과 같은 움푹 패인 부분을 갖는 렌즈테의 측정에도 대응할 수 있어, 렌즈테을 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.

측정자 (281) 의 선단 방향의 결정에 관해서는, 상기 이외에도 다양한 변용이 가능하다. 예를 들어, 점 CO 를 기준으로 한 동경 방향 (θa) 을 측정자 (281) 의 선단 방향으로 해도 된다. 이 경우에도, 렌즈테의 렌즈테의 동경 형상에 기초하여 렌즈테의 미측정 부분의 형상을 예측하고, 미측정 부분의 형상을 따라 측정자 (281) 의 선단이 이동하도록 (렌즈테의 접선 방향으로 측정자 (281) 의 선단이 이동하는 경우를 포함한다), 센서 유닛 (250) 을 XY 이동시킴으로써, 렌즈테에 대하여 과대한 힘을 가하지 않아, 렌즈테의 변형을 경감시키고 양호한 정밀도로 측정할 수 있다. 이 방법에서는, 회전 유닛 (260) 의 회전각의 결정에 복잡한 연산이 불필요하므로, 측정의 신속화가 가능해진다.

또, 측정자 (281) 의 선단 방향의 결정에 관하여, 법선 방향을 향하게 하는 방법, 동경 방향을 향하게 하는 방법, 법선 방향과 동경 방향 사이의 방향을 향하게 하는 방법을 조합하여, 렌즈테의 측정 도중에 예측되는 미측정 부분의 형상에 따라, 이들 방법을 변경할 수 있다.

또한, XY 이동 유닛이, 도 10 과 같이, 회전 베이스 (401) 와 수평 이동 유닛 (420) 에 의해 구성되어 있는 경우에는, 센서 유닛 (250) 에 회전 유닛 (260) 을 형성하지 않아, 렌즈테의 변형을 경감시킨 측정이 가능하고, 장치 구성이 간략화된다. 도 10 의 경우, 회전 베이스 (401) 의 회전 중심 (CO) 을 기준점으로 하여, 수평 이동 유닛 (420) 이 이동되는 동경 방향으로 측정자 (281) 의 선단이 향해져 있다.

상기의 설명에서는, 렌즈테의 미측정 부분의 동경 변화의 예측에 대해, 근사적으로 바로 앞의 2 점을 통과하는 직선으로 하였지만, 3 점 이상의 측정이 완료된 점에 의해 구한 곡선을 사용하는 것이어도 된다. 또, 렌즈테의 미측정 부분의 동경 변화의 예측에는, 다음의 경우도 포함된다. 예를 들어, 점 P2 에서 실제의 렌즈테의 동경 정보가 얻어지면, 다음 점 (P3) 의 측정시에는, 점 P1 에 대한 점 P2 의 동경 변화분만큼 측정자의 선단이 이동하도록 제어한다.

또 추가로, 측정점 (P1) 과 점 P2 가 얻어지는 도중의 렌즈테의 측정이 완료된 동경 정보에 기초하여, 측정점 (P3) 보다 더 다음의 측정점 (P4) 이 위치하는 예측점을 구하여 XY 이동 유닛을 제어하고, 측정점 (P2) 이 얻어진 후, 측정점 (P4) 의 예측점의 위치를 보정하여 XY 이동 유닛을 구동 제어하면 된다. 2 개 이상 앞의 측정점의 동경 정보를 이용함으로써, 바로 앞의 측정점의 측정 결과를 기다려 다음의 XY 위치를 결정하는 경우에 비해, 센서 유닛 (250) 의 이동을 원활하게 할 수 있다.

또한, 상기와 같은 렌즈테의 동경 형상의 측정에 있어서는, 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시키는 Z 이동 유닛 (220) 의 구성을 반드시 필요로 하지 않으며, 일본 공개특허공보 2000-314617호 등과 같이, 측정자축 (282) 은 직동 기구에 의해 Z 방향의 전체 측정 범위에서 렌즈테의 홈 위치 변화에 추종하여 이동 가능하게 유지되어 있는 구성이어도 된다. 그러나, 렌즈테에 추종하는 측정자 (281) 의 매끄러운 움직임을 실현하고, 보다 양호한 정밀도로 측정하기 위해, Z 방향에 대해서도 센서 유닛 (250) 이 이동되는 구성이 바람직하다. 또한, 휨이 큰 고커브의 렌즈테의 홈으로부터 측정자 (281) 가 잘 빠지지 않게 하기 위해, 렌즈테의 휨에 맞춰 측정자축 (282) (측정자 (281)) 이 경도되는 구성이 바람직하다.

다음으로, 렌즈테의 Z 방향의 측정 동작을 설명한다. 이하에서는, 고커브 프레임을 측정하는 경우에도, 측정자 (281) 가 렌즈테로부터 빠지는 것을 저감시켜, 그 측정을 양호한 정밀도로 실시하기 위한 동작을 중심으로 설명한다.

렌즈테의 측정시, 제어부 (50) 는, 측정이 완료된 렌즈테의 Z 방향의 위치에 기초하여 Z 방향 이동 유닛 (220) 을 제어하여 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시킨다. 또, 제어부 (50) 는, 렌즈테의 홈에 대고 눌러지는 측정자 (281) 의 경사각이 렌즈테의 기울기에 따르도록, 렌즈테의 측정이 완료된 Z 위치에 따라 XY 이동 유닛 (240, 230) 의 이동을 제어한다. 그 때, 측정이 완료된 렌즈테의 높이 정보에 기초하여 미측정 부분 (다음 측정점) 의 높이 변화를 예측하고, 그 예측된 높이에 따라 Z 방향의 측정자 (281) 의 기울기가 렌즈테의 기울기를 따르도록, 센서 유닛 (250) 의 XY 위치 및 Z 위치를 제어하는 것이 바람직하다.

도 20 은 렌즈테을 Y 방향 (XZ 방향에 수직인 방향) 에서 봤을 때의 렌즈테 (FW) 의 휨 상태와 Z 방향의 각 측정점을 나타내는 확대도이다. 도 21 은 Z 방향의 각 측정점의 예측점에 있어서의 렌즈테 (FW) 의 단면과, 측정자 (281) 및 측정자축 (282) 의 경사 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 센서 유닛 (250) (기준점 (O)) 의 XY 방향의 이동 제어는, 설명을 간단하게 하기 위해, 제 2 방법 (렌즈테의 거의 법선 방향으로 측정자의 선단 방향을 향하게 하는 제어 방법) 으로 한다. 또, 도 20 에 있어서의 렌즈테 (FW) 의 측정점 (P1 - P4) 의 동경은, X 방향의 변화뿐이고, Y 방향으로 변화가 없는 것으로 한다.

측정 개시점 (P1) 의 측정시, 제어부 (50) 는, 측정자 (281) 의 선단 방향의 각도 (θ) 를 Y 방향으로 일치시켜, 측정자 (281) 의 선단을 측정 개시점 (P1) 의 소정 높이에 위치시킨 후, 측정자 (281) 의 선단을 렌즈테의 홈에 삽입시킨다. 그 때, 측정자 (281) 의 선단 방향에 대한 변동을 예상하여, 측정자축 (282) 이 이동 한계까지 도달하지 않도록, 도 21 과 같이, 점 P1 에 있어서는, 측정자축 (282) 이 초기 각도 (α1) (예를 들어, 5 도) 기울어지는 위치까지 센서 유닛 (250) (기준점 (O)) 을 Y 방향으로 이동시킨다. 또, 렌즈테의 Z 방향의 변화에 추종하여, 측정자축 (282) 의 Z 방향의 위치가 자유롭게 변화될 수 있도록 하기 위해, 렌즈테의 홈에 측정자 (281) 가 삽입된 후, 모터 (225) 의 구동이 제어부 (50) 에 의해 제어되고, 센서 유닛 (250) 이 하방으로 이동된다. 센서 유닛 (250) 의 하방으로의 이동 위치는, 바람직하게는 측정자축 (282) 의 지지점 (S2) 이 Z 방향의 이동 가능 범위의 거의 중앙이 되는 위치이다.

계속해서, 다음 측정점 (P2) 을 측정하기 위해, 센서 유닛 (250) 을 XY 이동시킨다. 다음 측정점 (P2) 에 대해서는, 점 P1 과 동일한 높이에 예측점 (P2za) 이 있는 것으로 하며, 센서 유닛 (250) 의 Z 위치는 변경하지 않고, 센서 유닛 (250) 을 XY 방향으로 이동시킨다. 실제의 측정점 (P2) 의 위치는, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 의 위치 정보 (X, Y, Z) 와, 인코더 (286, 288) 의 검지 결과에 따른 검지 정보 (x, y, z) 에 의해 얻어진다. 점 P1 에서 점 P2 까지의 거리 (ΔL2) 는, 점 P1 과 점 P2 의 XY 위치에 기초하여 구해진다. 이 때의 예측점 (P2za) 과 실제의 측정점 (P2) 의 차이를 Δz2 로 한다.

측정점 (P2) 의 Z 위치가 얻어지면, 측정이 완료된 점 (P1, P2) 의 위치 정보에 기초하여 다음 측정점의 Z 위치를 예측한다. 예를 들어, 다음 측정점 (P3) 의 예측점 (P3za) 은, 거리 ΔL3 (XY 방향의 예측점 (P2a, P3a) 으로부터 구해진다) 만큼 떨어진 위치에서, 측정이 완료된 점 (P1) 의 Z 위치와 점 P2 의 Z 위치를 연결하는 연장선 방향 (Qz2) 상에 있는 것으로 예측한다. 하나 앞의 예측점 (P2za) 에 대한 예측점 (P3za) 의 Z 위치의 변위량을 Δz3a 로 한다. ΔL2 와 ΔL3 을 근사적으로 동거리로 하면, Δz3a 는 2 × Δz2 로 구해진다. 또, 이 때의 X 축에 대한 방향 Qz2 의 각도를 ρ3 으로 한다. 각도 ρ3 은, 거리 ΔL2 와 점 P 의 Z 위치 (Δz2) 에 의해 얻어진다 (tanρ3 ＝ Δz2/ΔL2).

제어부 (50) 는, 예측점 (P3a) 의 Z 위치에 기초하여, Z 이동 유닛 (220) 의 모터 (235) 를 구동시켜, 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 Δz3a 분 이동시킨다. 또, 렌즈테의 홈은 Z 위치의 변화에 따른 휨이 있으므로, 이 휨에 맞춰 렌즈테의 홈에 삽입되는 측정자 (281) 의 경사 각도를 변화시킨다. 측정자 (281) 및 측정자축 (282) 의 경사 각도는, 예측점 (P3za) 의 각도 (ρ3) 에 기초하여 결정한다. 점 P3za 의 측정시에, Z 축에 대하여 측정자축 (282) 을 경사시키는 각도를 α3a 로 한다. 각도 α3a 는 각도 ρ3 을 그대로 사용해도 되지만, 실제의 측정점 (P3) 의 상하 변동을 예상하여, 측정점 (P1) 을 측정할 때와 동일하게, 측정자축 (282) 이 이동 한계까지 도달하지 않는 값을 고려한다. 예를 들어, 각도 α3a 는 각도 ρ3 에 앞의 각도 α1 을 더한 값으로 한다. 또는, 각도 α3a 는 각도 ρ3 에 어느 보정 계수 k 를 곱한 값으로 한다.

제어부 (50) 는, 예측점 (P3za) 의 위치에 측정자 (281) 의 선단을 위치시켰을 때, 측정자축 (282) 이 각도 α3a 만큼 기울도록, 센서 유닛 (250) 의 점 A (기준점 (O)) 를 측정점 (P2) 의 위치에 대하여 측정자 (281) 의 선단 방향으로 이동량 Δh3 만큼 이동시킨다 (도 21 참조). 이동량 Δh3 은, 각도 α3a 와, 도 12 에 나타낸 점 A 와 점 B 의 거리, 점 B 와 점 C 의 거리, 점 C 와 점 D 의 거리, 점 B 와 점 D 의 거리를 사용하여 연산에 의해 구해진다.

도 22 는 측정자축 (282) 을 Z 방향에 대하여 어느 각도 (Δα) 만큼 기울였을 때의, 측정자축 (282) 의 이동량을 구하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 22 에서는, 측정자축 (282) 이 수직 상태 (Z 방향에 있을 때와, 측정자 (281) 의 선단점 (D) 의 위치를 변화시키지 않고, 측정자축 (282) 이 수직 상태 (Z 방향) 에 있을 때의 점 A 를 측정자 (281) 의 선단 방향 (H 방향) 으로 이동시켜, 측정자축 (282) 이 각도 Δα 만큼 경사진 상태에 있을 때를 나타내고 있다. 점 A 와 점 B 의 거리, 점 B 와 점 C 의 거리, 점 C 와 점 D 의 거리, 점 B 와 점 D 의 거리는, 도 12 와 동일하게, 각각 a, b, c, d 로 한다. 측정자축 (282) 이 각도 Δα 만큼 경사졌을 때의 점 A 의 이동점을 A1, 점 B 의 이동점을 B1, 점 C 의 이동점을 C1 로 한다. 또, 이 때의 선분 CD 와 선분 BD 의 각도를 λ 로 하고, 선분 CD 와 선분 B1D 의 각도를 ω 로 한다. 점 D 를 기준으로 하여 점 B 에서 점 B1 로의 회전 각도는 Δα 가 되므로, 각도 λ, 각도 ω 는 각각 이하에 의해 구해진다.

또, 점 D 에 대한 점 B1 의 H 방향의 거리를 DB1h, Z 방향의 거리를 DB1z 로 하면, DB1h, DB1z 는 각각 이하의 식으로 구해진다.

또, 점 B 에 대한 점 B1 의 Z 방향의 거리를 BB1z 로 하면, BB1z 는 이하의 식으로 구해진다.

또, H 방향에 대한 선분 BB1 의 경사각을 β 로 하면, β 는 이하의 식으로 구해진다.

따라서, 점 A 에서 점 A1 의 이동량 Δh 는, 도면으로부터 이하의 식으로 구해진다.

이 식 11 에 있어서, ω, β 에 대해 식 10, 식 6, 식 5 를 사용하여 전개하면, Δh 가 이미 알려진 거리 a, b, c, d, 각도 Δα 에 의해 나타내진다.

그리고, 상기의 Δα 에 대한 이동량 Δh 의 연산 방법을 생각하는 방법을 기초로 하여 각도 α3a 가 정해지면, 이동량 Δh3 도 연산에 의해 구해진다.

도 20, 도 21 의 설명으로 되돌아와, 측정자축 (282) 이 각도 α3a 로 경사지면, 측정자 (281) 의 선단 방향도 경사지고, 렌즈테의 휨에 맞도록 측정자 (281) 의 선단이 렌즈테에 삽입된다. 이로써, 고커브 프레임의 측정시에도 측정자 (281) 가 렌즈테의 홈으로부터 잘 빠지지 않게 된다. 또, 측정을 고정밀도로 실시할 수 있다.

센서 유닛 (250) 이 측정점 (P2) 의 위치에서 거리 ΔL3 만큼 XY 방향으로 이동되면, 실제의 측정점 (P3) 의 XYZ 위치가 측정된다. 측정점 (P2) 에 대한 측정점 (P3) 의 Z 위치의 변위량을 Δz3 으로 한다. 측정점 (P3) 의 Z 위치가 얻어지면, 측정이 완료된 점 (P2, P3) 의 위치 정보에 기초하여 다음 측정점 (P4) 의 Z 위치를 예측한다. 다음 측정점 (P4) 의 예측점 (P4za) 은, 점 P3 에서 거리 ΔL4 만큼 떨어진 위치에서, 점 P2 와 점 P3 의 Z 위치를 연결하는 연장선 방향 (Qz3) 상에 있는 것으로 예측한다. 거리 ΔL4 는, XY 방향의 측정점 (P3) 과 예측점 (P4a) 으로부터 구해진다. 하나 앞의 예측점 (P3a) 에 대한 예측점 (P4za) 의 Z 위치의 변위량을 Δz4a 로 한다. ΔL3 과 ΔL4 가 근사적으로 동일한 것으로 하면, Δz4a 는 (2 × Δz3 － Δz2) 에 의해 구해진다.

또, 이 때의 X 축에 대한 방향 Qz3 이 이루는 각도를 ρ4 로 한다. 각도 ρ4 는, 거리 ΔL3 및 Δz3 에 의해 얻어진다 (tanρ4 ＝ Δz3/ΔL3).

제어부 (50) 는, 예측점 (P4za) 의 위치에 기초하여, 하나 앞의 측정점 (P3) 일 때에 Z 방향으로 이동시켰을 때의 센서 유닛 (250) 의 위치에 대하여 Z 방향으로 Δz4a 분 이동시킨다 (도 21 참조). 측정점 (P1) 을 기준으로 한 위치로부터는, 하나 앞의 측정점 (P3) 과 측정점 (P1) 의 차이에 Δz3 을 더한 분만큼 이동시킨다.

또, 예측점 (P4za) 의 측정시에, 측정자축 (282) 을 경사시키는 각도를 α4a 로 한다. 각도 α4a 는, 전술과 동일하게, 각도 ρ3 에 앞의 각도 α1 을 더한 값 또는 각도 ρ3 에 어느 보정 계수 k 를 곱한 값으로 하여 결정할 수 있다. 그리고, 측정자축 (282) 을 각도 α4a 만큼 기울이도록, 센서 유닛 (250) 을 측정자 (281) 의 선단 방향 (H 방향) 으로 이동시킬 때의 이동량 Δh4 를, 전술과 동일하게 구한다. 그리고, 구한 이동량 Δh4 에 기초하여 센서 유닛 (250) 을 이동시킨다. 또한, 측정자축 (282) 을 각도 α3a, α4a 등으로 경사시키기 위한 센서 유닛 (250) 의 이동량은, 연산으로 구하는 것 외에, 측정자축 (282) 의 경사 각도를 검지하는 인코더 (286) 의 출력이 각도 α3a, α4a 등이 될 때까지, 센서 유닛 (250) 을 H 방향으로 이동시키는 제어도 가능하다.

이후, 동일하게, 제어부 (50) 는, 측정이 완료된 측정점의 Z 위치에 기초하여 다음 측정점의 Z 위치를 예측하고, 예측점에 기초하여 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시키는 이동량을 결정하고, Z 방향 이동 유닛 (220) 의 모터 (225) 를 제어한다. 또, 측정이 완료된 측정점의 Z 위치에 기초하여, 렌즈테의 휨에 거의 합치하도록 측정자 (281) 의 삽입 각도를 결정하고, 그 각도에 기초하여 측정자축 (282) 을 경사시키도록, XY 이동 유닛 (240, 230) 의 각 모터를 제어하여 센서 유닛 (250) 을 측정자 (281) 의 선단 방향 (H 방향) 으로 이동시킨다.

또한, 렌즈테의 측정이 완료된 Z 위치 변화에 기초한 미측정 부분의 Z 위치 변화의 예측은, 간이적으로는 하나 앞의 측정점과의 차이로 하여 결정해도 된다. 즉, 측정점 (P2) 에서 실제의 렌즈테의 Z 위치가 얻어지면, 다음 측정점 (P3) 의 측정시에는, 앞의 측정점과의 차이 (측정점 P1 과 P2 의 차이) 의 Δz2 만큼 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시킨다. 또, 측정자축 (282) 의 Z 방향의 변동 범위에 여유를 갖도록 한 경우, 미측정 부분의 Z 위치 변화의 예측은, 단순히 측정이 완료된 최종 또는 최종 부근의 측정점에서의 Z 위치와 동일하게 하여 결정해도 된다. 측정자축 (282) 의 경사 각도는, 측정 개시점 (P1) 의 위치로부터 마지막 측정점의 Z 위치 변화 (높이 변화) 에 따라 미리 결정된 각도로 결정해도 된다. 이와 같이, 측정자축 (282) 의 경사 각도는, 측정 개시점 (프레임 유지 유닛 (100) 의 기준 위치) 에 대한 측정점의 위치가 높아짐에 따라 크게 경사지도록 결정된다.

이상과 같은 제어에 의해, 고커브 프레임의 경우에도, 측정자 (281) 가 렌즈테의 홈으로부터 빠지지 않고 측정할 수 있다. 또, 렌즈테의 홈의 Z 위치에 따라 센서 유닛 (250) 을 Z 방향으로 이동시키고, 또한, 측정자 (281) 를 렌즈테의 홈에 삽입할 때의 경사 각도도 프레임의 휨에 맞도록 센서 유닛 (250) 을 XY 방향으로 이동시키기 때문에, 렌즈테의 홈 위치에 추종하는 측정자 (281) 의 Z 방향의 변동 가능 범위가 작아도 된다. 이 때문에, 측정자축 (측정자를 갖는 아암) 의 경도로 Z 방향의 변동 범위를 전부 커버하는 기구에 비하여, 측정자축 (281) 의 길이를 짧게 할 수 있어, 렌즈테의 홈 위치의 추종 기구인 VH 유닛 (280) 을 경량화시킬 수 있다. 측정자 (281) 에 의한 추종 기구를 경량화시킬 수 있으면, 측정자 (281) 의 보다 매끄러운 움직임이 가능해지기 때문에, 측정을 고정밀도로 실시할 수 있다.

또한, 측정자 (281) 의 Z 방향의 추종 범위는 여유를 갖도록 하고, 또 측정자 (281) 를 렌즈테의 홈에 삽입할 때의 경사 각도도 프레임의 휨에 거의 따르면 된다. 이 때문에, 센서 유닛 (250) 의 Z 방향의 위치 제어 및 측정자축 (282) 의 경사 각도의 제어는, 상기와 같이 센서 유닛 (250) 을 XY 방향의 다음 측정점으로 이동시킬 때마다 실시하지 않아도 되고, 예를 들어, 3 점 또는 5 점의 측정점의 간격을 두고 실시하도록 해도 된다.

도 20, 도 21 등에 있어서는, Z 방향의 측정 동작을 이해하기 쉽고 간단하게 하기 위해, 렌즈테의 각 측정점 (P1, P2, P3, P4) 은 Y 방향의 변동이 없는 것으로 하였지만, 실제의 측정에 있어서는, 렌즈테의 동경 형상을 측정할 때의 XY 제어와 조합되어 제어된다. 즉, 렌즈테의 측정이 완료된 동경 형상에 기초하여 결정되는 센서 유닛 (250) 의 XY 위치에 대하여, 추가로 상기와 같이 측정자축 (282) 을 경사시키기 위해 필요한 XY 위치의 변화분이 부가된다.

측정된 렌즈테의 3 차원 형상의 데이터는, 제어부 (50) 가 갖는 메모리에 기억된다. 일방의 렌즈테의 측정이 종료되면, 센서 유닛 (250) 은 초기 위치로 후퇴된 후, 퇴피 위치까지 하강되고, 다른 일방의 렌즈테의 초기 위치까지 X 방향으로 이동된다. 그 이후에는, 동일한 제어에 의해 다른 일방의 렌즈테의 3 차원 형상이 측정된다.

또한, 상기에서 설명한 렌즈테의 Z 방향의 형상을 양호한 정밀도로 측정하기 위한 구성 및 제어에 관해서는, 전술한 렌즈테의 동경 형상의 측정 기구 및 제어는 반드시 필요한 것은 아니며, 렌즈테의 동경 형상의 측정 기구 및 제어는 종전과 동일해도 된다.

다음으로, 형판 (TP) 의 측정 동작을 설명한다. 도 23 은 형판 (TP) 의 측정시에 있어서, 측정자축 (282) 의 중심 (So) 과 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 의 이동 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 형판 홀더 (310) 에 장착된 형판 (TP) 은, 장착부 (300) 에 의해 XY 평면에 평행한 상태에서, 베이스 유닛 (210) 의 중앙 위치에 놓여진다.

제어부 (50) 는, 형판 (TP) 의 XY 방향 (동경 정보) 의 측정시에, 측정된 형판 (TP) 의 동경 정보에 기초하여 XY 이동 유닛을 제어하여 센서 유닛 (250) 을 XY 방향으로 이동시킨다. 그 때, 바람직하게는, 제어부 (50) 는, 측정이 완료된 형판 (TP) 의 동경 정보에 기초하여 미측정 부분의 동경 변화를 예측하고, 그 예측된 동경 변화에 따라 센서 유닛 (250) 을 XY 방향으로 이동시킨다. 형판 (TP) 의 동경 정보는, 센서 유닛 (250) 의 XY 방향의 이동 정보와 형판 (TP) 의 동경 변화에 추종하여 변화하는 회전 베이스 (261) 의 회전각의 검출 정보에 기초하여 얻어진다.

도 23 에 있어서, 제어부 (50) 는, 형판 측정 개시 신호가 입력되면, 측정 개시시에 형판 (TP) 의 장착 중심 (TO) 의 Y 방향에서, 형판 (TP) 에서 떨어진 소정 위치에 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 위치시키고, 측정자축 (282) 의 Z 방향의 중심부가 형판 (TP) 의 높이에 위치하도록, Z 이동 유닛 (220) 을 제어하여 퇴피 높이에 놓여진 측정자축 (282) 을 상승시킨다. 이 때, 측정자 (281) 의 선단 방향이 X 축을 평행해지도록, 회전 베이스 (261) 를 회전시키는 모터 (265) 를 제어한다.

그 후, 센서 유닛 (250) 의 중심 (O) 이 형판 (TP) 의 중심 (TO) 을 향하도록, 센서 유닛 (250) 을 Y 방향으로 이동시킨다. 측정자축 (282) 이 형판 (TP) 의 둘레 가장자리에 접촉된 후, 추가로 센서 유닛 (250) 이 Y 방향으로 이동되면, 측정자축 (282) 은 형판 (TP) 과의 접촉 위치에서 Y 방향으로 이동할 수 없기 때문에, 회전 베이스 (261) 가 그 중심축 (LO) (기준점 (O)) 을 중심으로 하여 회전된다. 회전 베이스 (261) 의 회전각의 변화가 인코더 (265a) 에 의해 검출됨으로써, 측정자축 (282) 의 형판 (TP) 에 대한 접촉이 검지된다. 제어부 (50) 는, 측정자축 (282) 의 선단 방향의 회전각 (θ) (여기서는, 회전각 (θ) 은 X 방향에 대한 각도로서 설명한다) 이, 어느 각도 (θa) (예를 들어, 5 도) 가 될 때까지, 센서 유닛 (250) 을 Y 방향으로 이동시킨다. 그리고, 제어부 (50) 는, 이 때의 측정자축 (282) 의 중심점 (So) 이 위치하는 점 (P1) 을, 측정 개시시의 측정점으로서 얻는다. 이 때의 점 P1 의 XY 좌표 위치는, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 회전 베이스 (261) 의 회전 중심인 기준점 (O) 의 XY 이동의 좌표 위치 (X, Y) 와, 기준점 (O) 에 대한 측정자축 (282) 의 중심점 (So) 의 xy 좌표 (x1, y1) 로부터 얻어진다. 기준점 (O) 에 대한 점 So 의 xy 좌표 (x1, y1) 는, 점 O 와 중심점 (Os) 의 거리 (Rs) (이것은 설계적으로 이미 알려진 것이다) 와, X 축에 대한 회전각 (θ1) (측정점 (P1) 에서는 θa) 에 의해 삼각 함수의 계산에 의해 구해진다.

다음으로, 제어부 (50) 는, 다음 측정점을 측정하기 위해, 렌즈테의 동경 정보의 측정시와 동일하게, 측정이 완료된 측정점에 기초하여 미소 각도 Δθ (중심 (TO) 을 기준으로 한 회전각) 의 회전에 대응하는 거리만큼, 센서 유닛 (250) (기준점 (O)) 을 XY 방향으로 이동시킨다. 또한, 형판 측정에서는, 측정자 (281) 의 선단 방향과는 역방향인 화살표 A 방향 (도 23 상) 으로 이동시킨다. 측정 개시점 (P1) 에 계속되는 측정점 (P2) (도 21 에서는, 도시를 생략한다) 의 측정에서는, X 방향과 평행한 방향으로 측정점 (P2) 이 있는 것으로 하고, X 방향으로 이동시킨다. 이 이동에 수반하여, 형판 (TP) 의 동경이 Y 방향으로 변동되었으면, 모터 (265) 에 의해 부여되는 측정압에 의해 측정자축 (282) 이 그 변동에 추종하여, 기준점 (O) 을 중심으로 측정자축 (282) 의 중심점 (So) 이 회전된다. 또한, 측정 개시점 (P1) 이후의 측정에 있어서는, 회전 베이스 (261) 는 도 22 상의 화살표 B 방향 (점 O 를 중심으로 반시계 회전의 방향) 으로 항상 측정압이 걸리도록, 모터 (265) 가 제어되고 있다.

도 24 에 있어서, 다음 측정점 (P2) 이 측정되었을 때의 중심점 (So) 의 회전각을 θ2 로 하면, 기준점 (O) 에 대한 중심점 (So) 의 좌표 (x2, y2) 는, 거리 (Rs) 와 회전각 (θ2) 에 의해 구해진다. 그리고, 제어부 (50) 는, 이 측정이 완료된 점 (P1, P2) 에 기초하여 다음 측정점 (P3) 을 측정하기 위한 센서 유닛 (250) 의 XY 이동 위치를 결정한다. 예를 들어, 점 P1 에 대한 점 P2 의 XY 방향의 변동량 (Δx2, Δy2) 을 구하고, 다음 측정점을 측정하기 위해 센서 유닛 (250) 을 이동시킬 때, 변동량 (Δx2, Δy2) 을 보정한 위치로 이동시킨다. 이후 이것을 반복함으로써, 전체 둘레의 측정점의 위치 정보가 얻어지는데, 바람직하게는, 렌즈테의 경우와 동일하게, 측정이 완료된 점 P1 과 점 P2 를 연결하는 직선의 연장선 방향으로 다음 측정점 (P3) 이 있는 것으로 예측하고, 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 이동시킨다. 기준점 (O) 을 이동시켰을 때의 센서 유닛 (250) 의 XY 이동 정보와, 중심점 (So) 이 형판 (TP) 의 동경 변동에 추종하여 회전된 각도 (θ3) 에 기초하여, 실제의 측정점 (P3) 의 위치가 구해진다. 다음 측정점 (P4) 의 측정시에는, 측정이 완료된 점 (P2, P3) 을 기초로 측정점 (4) 이 위치하는 방향을 예측하고 (또는 3 개 이상의 측정이 완료된 점으로부터 곡선을 형상으로서 예측할 수 있다), 예측된 점으로 측정자축 (282) 이 이동하도록 센서 유닛 (250) 의 기준점 (O) 을 이동시킨다. 이후, 동일한 방법에 의해, 미측정 부분의 측정점을 예측하고 센서 유닛 (250) 을 XY 방향으로 이동시켜, 전체 둘레의 측정점의 정보를 얻는다.

또한, 측정자축 (282) 의 중심점 (So) 으로 얻어지고 측정점을 연결한 동경 형상 (TPs) 은, 형판 (TP) 의 동경 형상보다 측정자축 (282) 의 반경 (rs) 분만큼 더욱 큰 형상으로서 얻어진다. 실제의 형판 (TP) 의 동경 형상은, 동경 형상 (TPs) 에 대하여 반경 (rs) 의 거리분만큼 내측으로 작은 상사형으로서 연산된다.

이상과 같은 방법에 의해, 센서 유닛 (250) 을 XY 이동시키는 구성을 갖는 측정 유닛 (200) 에 있어서, 형판 (TP) 의 형상 측정이 측정자축 (282) 을 사용하여 가능해진다.

측정자축 (282) 을 사용한 형판 측정 방법으로는, 상기에 한정되지 않고 다양한 방법이 있다. 예를 들어, 측정자축 (282) 의 전측 (도 8 상의 우측으로, 측정자 (281) 의 선단측) 또는 후측 (도 8 상의 좌측) 에 형판 (TP) 과의 접촉부를 갖도록 구성한다. 형판 (TP) 의 측정시에는, 제어부 (50) 는, 측정자축 (282) 이 도 8 상의 좌측으로 소정 각도 (예를 들어, 5 도) 기울어진 상태에서, 접촉부가 수직 (Z 방향에 평행한 면) 을 유지하며 형판 (TP) 에 접촉하도록, 측정이 완료된 형판 (TP) 의 동경 위치에 기초하여, 렌즈테의 동경 측정과 동일한 제어 방법에 의해, 센서 유닛 (250) 의 XY 위치 및 회전 유닛 (260) 의 회전을 제어한다. 측정자축 (282) 을 형판 (TP) 에 대고 누르는 측정압은, 스프링 (291) 의 탄성 지지력에 의해 부여된다. 또한, 측정자축 (282) 이 경사지지 않고, 측정자축 (282) 이 수직 (Z 축에 평행) 인 상태에서 수평 방향으로 이동되는 구성에 있어서는, 형판 (TP) 과의 접촉부는 측정자축 (282) 의 측면 (측정자 (281) 의 선단측 또는 후측) 이 된다.

Claims

안경 프레임의 림의 홈에 삽입되어, 림의 홈을 따라 이동되는 측정자를 갖고, 상기 측정자의 이동 위치를 검지하여 림의 동경 방향 및 상기 동경 방향에 수직인 수직 방향의 형상을 측정하는 안경 프레임 형상 측정 장치로서,
상기 측정자가 장착된 측정자축과,
상기 측정자축을 상기 수직 방향으로 이동 가능하게 유지하는 측정자축 유지 유닛과,
상기 측정자축 유지 유닛을 상기 수직 방향으로 이동시키는 수직 방향 이동 수단과,
상기 측정자의 상기 수직 방향의 위치를 검지하는 수직 검지 수단으로서, 적어도, 상기 측정자축 유지 유닛의 상기 수직 방향의 제 1 위치를 검지하는 제 1 검지 수단과, 상기 측정자축 유지 유닛에 대한 상기 측정자의 상기 수직 방향의 제 2 위치를 검지하는 제 2 검지 수단을 갖는 수직 검지 수단과,
측정 개시 후에 상기 수직 검지 수단에 의해 얻어진 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치에 기초하여 상기 수직 방향 이동 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하는 안경 프레임 형상 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 수직 검지 수단의 검지 결과에 기초하여 다음의 측정 위치를 예측하고, 예측된 상기 측정 위치에 기초하여 상기 측정자축 유지 유닛을 이동시키기 위한 수직 방향의 위치를 얻는 안경 프레임 형상 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 측정자축 유지 유닛을 상기 동경 방향으로 이동시키는 동경 방향 이동 수단을 구비하고,
상기 측정자축 유지 유닛은, 상기 측정자축의 하방에 설정된 지지점을 중심으로 상기 측정자축을 상기 측정자의 선단 방향으로 경사 가능하게 유지하는 경사 유지 수단과, 상기 측정자의 선단을 림의 홈에 대고 누르기 위한 측정 압력을 상기 측정자축의 경사 방향으로 부여하는 측정압 부여 수단을 갖고,
상기 제어 수단은, 상기 수직 검지 수단의 검지 결과에 기초하여 상기 측정자축의 상기 수직 방향에 대한 경사각을 결정하고, 결정된 경사각까지 상기 측정자축이 경사지도록 상기 동경 방향 이동 수단의 동작을 제어하는 안경 프레임 형상 측정 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 수직 방향에 있어서의 소정의 기준 위치에 대해 측정 위치가 높아짐에 따라 상기 측정자축의 상기 경사각을 크게 결정하는 안경 프레임 형상 측정 장치.
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