KR20090004511A - 안경 프레임 형상 측정 장치 - Google Patents

안경 프레임 형상 측정 장치 Download PDF

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Abstract

고커브 프레임의 측정에 있어서도 측정자를 림의 홈으로부터 벗어나기 어렵게 하고, 또한, 장기간 사용에 의해서도 측정자의 매끄러운 이동을 유지하여, 안정적이고 양호한 정밀도로 측정을 실시한다.
안경 프레임의 림의 3 차원 형상을 측정하는 안경 프레임 형상 측정 장치는, 프레임을 소기의 상태로 유지하는 프레임 유지 유닛과, 유지된 프레임에 대하여 상대적으로 회전되는 회전 베이스와, 측정시에 림의 홈에 삽입되는 측정자가 장착된 지지 샤프트와, 지지 샤프트를 유지하는 제 1 아암과, 지지 샤프트가 회전 베이스의 회전 중심축에 대하여 외측으로 탄성 지지되도록 제 1 아암을 탄성 지지하는 탄성체와, 지지 샤프트를 회전 중심축에 대하여 경도 가능하게 제 1 아암을 유지하는 제 1 아암 유지 유닛을 갖는, 회전 베이스에 형성된 측정자 유지 유닛과, 제 1 아암의 이동을 검지하는 검지 유닛과, 회전 베이스의 회전과 검지 유닛의 검지 결과에 기초하여 측정자의 3 차원적인 이동 위치를 구하여 림의 3 차원 형상을 얻는 연산 유닛을 갖는다.

Description

안경 프레임 형상 측정 장치 {AN EYEGLASSES FRAME SHAPE MEASURING APPARATUS}
본 발명은, 안경 프레임의 림 (렌즈 틀) 의 3 차원 형상을 측정하는 안경 프레임 형상 측정 장치에 관한 것이다.
안경 프레임을 유지 기구에 의해 대략 수평으로 유지하고, 프레임의 림 (rim) 의 홈에 측정자 (feeler (stylus)) 를 맞닿게 하면서 림 홈을 따라 이동시키고, 측정자의 이동 (위치) 을 검지함으로써 림의 3 차원 형상을 측정하는, 프레임 트레이서 (frame tracer) 라고 불리는 안경 프레임 형상 측정 장치가 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 2000-314617 (US6325700), 일본 공개특허공보 2001-174252, 일본 공개특허공보 2006-350264 (US2005/275802), 일본 공개특허공보 소62-215814 등 참조). 이들 중, 현재 실용화되어 있는 것은, 일본 공개특허공보 2000-314617 (US6325700) 에 있는 바와 같이, 대략 수평 방향으로 직선 이동되는 이동 지지 기부와, 이동 지지 기부에 대하여 상하 방향 (대략 연직 방향) 으로 직선 이동되는 이동 샤프트를 갖고, 이동 샤프트에 측정자가 장착된 타입의 장치이다.
림의 3 차원 형상이 양호한 정밀도로 측정되기 위해서는, 측정자가 림 홈에 일정한 압력으로 꽉 눌려져 매끄럽게 이동되는 것이 바람직하다. 그러나, 일본 공개특허공보 2000-314617 (US6325700) 의 장치가 갖는 바와 같은 직선 이동 기구에서는, 먼지 (dust) 가 들어가기 쉽고, 장기간 사용에 의해 측정자의 매끄러운 이동에 지장을 초래할 우려가 있다. 또한, 일본 공개특허공보 2001-174252, 일본 공개특허공보 2006-350264 (US2005/275802) 의 장치에 있어서도, 일부에 직선 이동 기구가 사용되고 있다.
또한, 최근에는, 휘어짐이 큰 안경 프레임 (고커브 프레임) 의 수요가 증가하고 있다. 이 때문에, 고커브 프레임의 측정에 있어서도, 측정자가 림 홈으로부터 벗어나지 않고 안정적으로 측정할 수 있는 것이 요망되고 있다.
본 발명은, 고커브 프레임의 측정에 있어서도 측정자가 림의 홈으로부터 벗어나기 어렵고, 또한, 장기간 사용에 의해서도 측정자의 매끄러운 이동을 유지할 수 있어, 안정적이고 양호한 정밀도로 측정할 수 있는 안경 프레임 형상 측정 장치를 제공하는 것을 기술 과제로 한다.
1. 안경 프레임의 림의 3 차원 형상을 측정하는 안경 프레임 형상 측정 장치는,
프레임을 소기의 상태로 유지하는 프레임 유지 유닛,
유지된 프레임에 대하여 상대적으로 회전되는 회전 베이스,
측정시에 림의 홈에 삽입되는 측정자가 장착된 지지 샤프트와, 지지 샤프트를 유지하는 제 1 아암과, 지지 샤프트가 회전 베이스의 회전 중심축에 대하여 외측으로 탄성 지지되도록 제 1 아암을 탄성 지지하는 탄성체와, 지지 샤프트를 회전 중심축에 대하여 경도 (傾倒) 가능하게 제 1 아암을 유지하는 제 1 아암 유지 유닛을 갖는, 회전 베이스에 형성된 측정자 유지 유닛,
제 1 아암의 이동을 검지하는 검지 유닛, 및
회전 베이스의 회전과 검지 유닛의 검지 결과에 기초하여, 측정자의 3 차원적인 이동 위치를 구하여 림의 3 차원 형상을 얻는 연산 유닛을 갖는다.
2. 상기 1 에 있어서, 제 1 아암 유지 유닛은, 제 1 지지점을 중심으로 림의 동경 (動徑) 방향으로 회전 가능하게 제 1 아암을 유지하는, 제 2 지지점을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 회전 베이스에 형성된 제 2 아암을 갖고,
검지 유닛은, 제 1 지지점을 중심으로 하는 제 2 아암에 대한 제 1 아암의 회전을 검지하는 제 1 회전 검지 유닛과, 제 2 지지점을 중심으로 하는 제 2 아암의 회전을 검지하는 제 2 회전 검지 유닛을 갖는다.
3. 상기 2 에 있어서, 추가로, 제 2 아암의 회전각을 소정의 각도로 고정시키는 고정 부재를 갖는 제 2 아암 고정 유닛을 갖는다.
4. 상기 1 에 있어서, 제 1 아암 유지 유닛은, 제 1 지지점을 중심으로 림의 동경 방향으로 회전 가능하게 제 1 아암을 유지하는, 제 2 지지점을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 회전 베이스에 형성된 제 2 아암을 갖고,
탄성체는, 제 1 아암과 제 2 아암 사이에 형성된, 제 1 아암을 회전 베이스의 회전 중심축으로부터 떨어지는 방향으로 탄성 지지하는 스프링이다.
5. 상기 4 에 있어서, 측정자 유지 유닛은, 제 2 지지점에 대하여 제 1 아암과 반대측에 배치된, 제 1 아암을 올리도록 탄성 지지력을 발생시켜 제 1 아암의 상하동의 질량적인 밸런스를 잡는, 제 2 아암의 밸런스 기구부를 갖는다.
6. 상기 4 에 있어서, 측정자 유지 유닛은, 제 1 지지점에 대하여 지지 샤프트의 반대측에 배치된, 제 1 지지점을 중심으로 한 제 1 아암의 질량적인 밸런스를 잡는, 제 1 아암의 밸런스 기구부를 갖는다.
7. 상기 1 에 있어서, 측정자는, 유지된 프레임의 설치 평면의 높이에 놓여졌을 때에 설치 평면에 대하여 상방향으로 3 ∼ 10 도 경사지도록 지지 샤프트에 장착되어 있다.
본 발명에 따른 안경 프레임 형상 측정 장치에 의하면, 고커브 프레임의 측정시 안정적이고 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시양태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 실시양태인 안경 프레임 형상 측정 장치 (2) 를 갖는 안경 렌즈 가공 장치 (1) 의 개략 외관도이다. 장치 (1) 의 상부 오른쪽 안에는, 안경 프레임 (F) 의 림 (렌즈 틀), 형판 (template (pattern)), 더미 렌즈 (dummy lens (model lens)) 등의 3 차원 형상을 측정하는 장치 (2) 가 내장되어 있다. 장치 (2) 의 전방에는, 장치 (2) 를 조작하기 위한 스위치를 갖는 스위치 패널 (41) 과, 가공 정보 등을 표시하는 디스플레이 (43) 와, 장치 (1) 를 조작하기 위한 스위치를 갖는 스위치 패널 (45) 이 배치되어 있다. 이 스위치 패널 (45) 에 의해, 가공 조건 등의 입력, 가공 지시 등이 실시된다. 안경 렌즈의 가공은, 개폐창 (47) 내의 가공실 내에서 가공 기구부에 의해 실시된다. 또한, 가공 기구부는, 일본 공개특허공보 2001-18155 (US6478657) 등에 기재된 주지된 것을 사용할 수 있다.
장치 (2) 는, 프레임 (F) 을 소기의 상태로 유지하는 프레임 유지 유닛 (100) 과, 프레임 유지 유닛 (100) 의 하측에 형성된 측정 기구부 (200) 를 갖는다.
도 2 는, 프레임 (F) 이 유지된 상태의 프레임 유지 유닛 (100) 을 위에서 본 도면이다. 베이스 (101) 상에는, 프레임 (F) 을 대략 수평으로 유지하기 위한 슬라이더 (102 및 103) 가 배치되어 있다. 슬라이더 (102 및 103) 는, 그 중앙의 기준선 (L1) 에 대하여 대칭으로 대향하여 슬라이딩 가능하게 배치되어 있음과 함께, 스프링 (113) 에 의해 항상 양자의 중심선 (기준선 (L1)) 을 향한 방향으로 잡아 당겨져 있다.
슬라이더 (102) 에는, 프레임 (F) 의 림을 상하 방향에서 사이에 끼우기 위한 클램프 핀 (130a 및 130b) 이 각각 2 지점에 배치되어 있다. 동일하게, 슬라이더 (103) 에는, 프레임 (F) 의 림을 상하 방향에서 사이에 끼우기 위한 클램프 핀 (131a 및 131b) 이 각각 2 지점에 배치되어 있다. 또한, 형판이 측정될 때에는, 슬라이더 (102 및 103) 가 개방되고, 주지된 형판 유지 지그가 장착부 (140) 에 장착되어 사용된다. 또한, 프레임 유지 유닛 (100) 은, 일본 공개특허공보 2000-314617 (US6325700) 등에 기재된 주지된 것을 사용할 수 있다.
도 3 은, 측정 기구부 (200) 의 사시도이다. 도 4 는, 측정 기구부 (200) 를 위에서 본 도면이다. 도 5 는, 측정 기구부 (200) 를 옆에서 본 도면이다. 또한, 각 도면에서는, 프레임 (F) 이 프레임 유지 유닛 (100) 에 의해 소기의 상태 (대략 수평 상태) 로 유지된 상태로서 도시되어 있는데, 프레임 유지 유닛 (100) 의 도시는 생략되어 있다.
회전 베이스 (210) 는, 대략 연직인 축 (L2) 을 중심으로 회전 가능하게 가로 슬라이드 베이스 (201) 에 유지되어 있다. 가로 슬라이드 베이스 (201) 는, 프레임 (F) 이 유지된 상태에서, 도시를 생략하는 이동 기구부에 의해, 프레임 (F) 의 좌우 방향으로 이동된다. 도 3 ∼ 도 5 는 프레임 (F) 의 오른쪽 림을 측정하는 상태이고, 프레임 (F) 의 왼쪽 림을 측정할 때에는, 가로 슬라이드 베이스 (201) 가 왼쪽 림측으로 이동된다. 회전 베이스 (210) 는, 가로 슬라이드 베이스 (201) 에 장착된 펄스 모터 등을 갖는 회전 기구부 (202) 에 의해, 축 (L2) 을 중심으로 회전된다. 또한, 본 실시양태에서는, 프레임 유지 유닛 (100) 에 유지된 프레임 (F) 에 대하여 측정 기구부 (200) 가 축 (L2) 을 중심으로 회전되는 구성이지만, 측정 기구부 (200) 에 대하여 프레임 유지 유닛 (100) 에 유지된 프레임 (F) 이 회전되는 구성이어도 된다.
회전 베이스 (210) 에는, 이하의 구성을 갖는 측정자 유지 유닛 (211) 이 배치되어 있다. 회전 베이스 (210) 에 고정된 블록 (212) 에는, 베어링 (222) 을 통하여 아암 (220) (제 2 아암) 이, 지지점 (축) (S1) 을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 유지되어 있다. 아암 (220) 의 회전각 (회전량) 은, 기어, 피니언 등의 주지된 회전 전달 기구부를 통하여, 블록 (212) 에 장착된 인코더 (224) (검지 유닛) 에 의해 검지된다.
아암 (220) 의 선단 (220a) 에는, 베어링 (232) 을 통하여 아암 (230) (제 1 아암) 이, 지지점 (축) (S1) 에 대하여 직교하는 관계의 지지점 (축) (S2) 을 중심으로 회전 가능하게 유지되어 있다. 아암 (230) 의 회전각 (회전량) 은, 기어, 피니언 등의 주지된 회전 전달 기구부를 통하여, 아암 (220) 에 장착된 인코더 (234) (검지 유닛) 에 의해 검지된다.
아암 (230) 의 선단 (230a) 은, 지지점 (S2) 으로부터 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 이 위치하는 방향으로 연장되어 있다. 그리고, 그 선단 (230a) 에는, 상방향으로 연장되는 지지 샤프트 (240) 가 고정되어 있다. 본 장치에 있어서는, 지지 샤프트 (240) 는, 아암 (230) 이 회전되는 평면에 대하여 대략 수직으로 상방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 또한, 지지 샤프트 (240) 의 배치 위치는, 아암 (230) 이 지지점 (S2) 을 중심으로 회전되었을 때에, 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 을 거의 통과하는 위치로 되어 있다. 그리고, 지지 샤프트 (240) 의 상부에는, 프레임 (F) 의 림 홈에 맞닿음 (삽입) 되는 측정자 (242) 가 장착되어 있다. 본 실시양태의 측정자 (242) 는, 지지 샤프트 (240) 의 중심으로부터 침 형상으로 연장되고, 또한 그 선단 (242a) 이 지지 샤프트 (240) 의 회전 원호 궤적의 대략 접선 방향을 향하도록, 지지 샤프트 (240) 의 상단에 장착되어 있다.
여기서, 도 6 은, 측정 기구부 (200) 를 옆에서 본 도면으로, 프레임 유지 유닛 (100) 에 유지된 프레임 (F) 의 측정 기준 평면 (설치 평면) 의 높이 (위치) (P0) 에 측정자 (242) 의 선단이 놓여져 있을 때의 도면이다. 본 장치에 있어서는, 지지 샤프트 (240) 가 측정 기준 평면에 대하여 대략 수직으로 놓여졌을 때의 도면으로 되어 있다. 지지 샤프트 (240) 가 대략 수직으로 놓여졌을 때, 측정자 (242) 의 선단 (242a) 은, 측정 기준 평면에 대하여 평행이 아니고, 3 ∼ 10 도 정도의 각도 α 로 경사지도록, 지지 샤프트 (240) 의 중심으로부터 연장되어 있다. 이로써, 프레임 (F) 이 고커브 프레임인 경우에도, 림 홈으로부터 벗어나기 어려워진다.
또한, 림의 3 차원 형상을 고정밀도로 측정하기 위해서는, 측정자 (242) 가 림 홈에 적절하고 거의 일정한 압력 (측정압) 으로 꽉 눌려지는 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 장치에 있어서는, 측정압 부여 기구부로서, 측정자 (242) 를 림 홈측으로 탄성 지지하는 스프링 (탄성체) (236) 이 형성되어 있다. 스프링 (236) 에는, 거의 일정한 탄성 지지력을 갖는 인장 스프링이 사용되고 있다. 스프링 (236) 은, 아암 (230) 의 후단 (230b) 과 아암 (220) 의 후단 (220b) 사이에 형성되어 있다. 이 스프링 (236) 에 의해, 측정자 (242) 의 선단은, 지지점 (S2) 을 중심으로 한 원호 궤적을 따라, 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 으로부터 떨어지는 방향 (외측 방향) 으로 탄성 지지되어, 림 홈에 꽉 눌려진다. 또한, 측정압 부여 기구부로는, 지지점 (S2) 을 중심으로 형성된 코일 스프링에 의해 아암 (230) 을 회전시키는 탄성 지지력을 부여하는 구성이어도 된다.
상기 블록 (212), 아암 (220) 등에 의해, 아암 (230) 을 유지하는 제 1 아암 유지 유닛 (221) 이 구성되어 있다. 그리고, 제 1 아암 유지 유닛 (221) 에 의해, 림 홈을 따라 측정자 (242) 가 이동하도록, 아암 (230) 에 고정된 지지 샤프트 (240) 가 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 에 대하여 자유롭게 경도할 수 있게 되어 있다.
여기서, 아암 (220) 이 지지점 (S1) 을 중심으로 상하 방향으로 회전됨에 따라, 아암 (230) 의 회전 평면이 대략 수평 상태로부터 경사지면, 아암 (230) 의 선단 (230b) 이 중력의 영향을 받게 된다. 이 경우, 스프링 (236) 의 탄성 지지력이 거의 일정해도, 측정자 (242) 에 부여되는 측정압이 변화되어 버린다. 이 대응으로서, 아암 (230) 의 후단 (230b) 에는, 밸런스 기구부로서의 추 (238) 가 장착되어 있다. 추 (238) 에 의해 지지점 (S2) 에 대하여 아암 (230) 이 질량적으로 거의 밸런스가 잡힘으로써, 아암 (220) 의 상하 방향의 회전에 관계없이, 측정자 (242) 에 부여되는 측정압을 거의 일정하게 할 수 있다.
또한, 동일하게, 아암 (220) 의 지지점 (S1) 을 중심으로 한 상하동 (상하 방향의 회전) 의 질량적인 밸런스를 거의 일정하게 하기 위하여, 아암 (220) 의 후단 (220b) 에도 밸런스 기구부로서의 추 (228) 가 장착되어 있다. 또한, 질량적으로 밸런스를 잡는 기구로는, 탄성 지지력을 주는 스프링, 모터 등에 의해 발생되는 구동력 등을 사용하는 구성이어도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 아암 (220) 의 상하동의 질량적인 밸런스를 거의 일정하게 한 경우에 대하여, 측정시에 측정자 (242) 에 걸리는 힘의 모멘트 (N) 를 고려하여, 그 만큼을 거의 캔슬하는 하중이 조정된 상하동 밸런스 기구부를 구성하는 것이 바람직하다.
회전 베이스 (210) 상에는, 스프링 (236) 의 탄성 지지력에 저항하여 지지점 (S2) 을 중심으로 아암 (230) 을 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 측으로 이동시키기 위한 이동 기구부 (250) (회전력 부여 유닛) 가 배치되어 있다. 이동 기구부 (250) 는, 대략 연직인 축 (L3) 을 중심으로 회전 가능하게 회전 베이스 (210) 에 장착된 원형 부재 (252) 와, 원형 부재 (252) 의 회전 중심축 (L3) 으로부터 편심된 위치에서 대략 연직으로 상방향으로 연장된 샤프트 (254) 와, 축 (L3) 을 중심으로 원형 부재 (252) 를 회전시키는 모터 (256) 를 갖는다. 모터 (256) 의 구동에 의해 원형 부재 (252) 가 회전되고, 퇴피 위치에 놓여진 샤프트 (254) 가 도 4 의 화살표 (258) 방향으로 회전되면, 샤프트 (254) 가 아암 (230) 의 측면에 맞닿게 된다. 또한 원형 부재 (252) 의 회전에 의해 샤프트 (254) 가 축 (L3) 을 중심으로 회전되면, 스프링 (236) 의 탄성 지지력에 저항하여 아암 (230) 이 지지점 (S2) 을 중심으로 회전되고, 측정자 (242) 가 프레임 (F) 의 림 홈으로부터 떨어지게 (멀어지게) 된다.
아암 (220) 의 후단 (220b) 에는, 아암 (220) 의 회전을 소정 위치에 고정시키고, 아암 (230) 을 대략 수평 방향으로 회전 가능하게 함과 함께, 회전 베이스 (210) 의 회전 평면에 대하여 지지 샤프트 (240) 를 대략 수직으로 유지하기 위한, 이하의 구성을 갖는 아암 고정 유닛 (260) 이 배치되어 있다. 블록 (212) 에는, 회전 부재 (262a 및 262b) 가, 아암 (220) 의 후단 (220b) 을 사이에 두고 상하에 위치하는 2 개의 축 (L4 및 L5) 을 중심으로 회전 가능하게 유지되어 있다. 회전 부재 (262a) 에는, 축 (L4) 으로부터 편심된 위치에, 클램프 부재 (고정 부재) (264a) 가 고정되어 있다. 회전 부재 (262b) 에도, 축 (L5) 으로부터 편심된 위치에, 클램프 부재 (고정 부재) (264b) 가 고정되어 있다. 회전 부재 (262a 및 262b) 는, 모터 (266) 의 구동에 의해, 도시를 생략하는 회전 전달 기구부를 통하여 연동하여 회전된다. 회전 부재 (262a 및 262b) 의 회전에 의해, 클램프 부재 (264a 및 264b) 가 축 (L4 및 L5) 을 중심으로 회전되고, 도 6 과 같이, 양자의 간격이 좁아진다. 이로써, 아암 (220) 의 후단 (220b) 이 클램프 부재 (264a 및 264b) 에 의해 끼워지고, 아암 (220) 이 대략 수평으로 위치 (고정) 된다. 즉, 클램프 부재 (264a 및 264b) 에 의해, 지지 샤프트 (240) 가 회전 베이스 (210) 의 회전 평면에 대하여 대략 수직으로 유지된다. 지지 샤프트 (240) 가 대략 수직으로 유지됨으로써, 측정자 (242) 가 상하 방향 (높이 방향) 의 측정 기준 평면의 높이에 놓여진다.
형판 (K) 의 측정에 있어서는, 지지 샤프트 (240) 는 형판의 주연부에 맞닿아, 측정자의 역할을 한다. 형판 (K) 의 측정시에는, 도 6 과 같이, 아암 고정 유닛 (260) 에 의해 아암 (220) 의 회전이 고정된다. 이 상태에서, 이동 기구부 (250) 에 의해 아암 (230) 이 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 측으로 이동됨으로써, 지지 샤프트 (240) 가 형판 (K) 의 측면에 맞닿고, 그 형상이 측정된다. 또한, 형판 (K) 은, 도시를 생략하는 형판 유지 지그에 의해, 프레임 유지 유닛 (100) 에 유지된다.
다음으로, 이상과 같은 구성을 갖는 장치에 있어서, 도 7 의 장치의 제어계의 개략 블록도를 사용하여, 그 측정 동작에 대하여 설명한다. 또한, 림의 측정 개시 전의 초기 상태에 있어서는, 아암 (220) 의 후단 (220b) 은, 클램프 부재 (264a 및 264b) 에 의해 끼워지고 (도 6 참조), 측정자 (242) 가 측정 기준 평면의 높이에 놓여져 있다. 또한, 모터 (256) 의 구동에 의해 아암 (230) 이 도 4 의 화살표 (259) 방향으로 회전되어, 측정자 (242) 가 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 부근의 초기 위치에 놓여져 있다.
도 2 와 같이 프레임 (F) 이 프레임 유지 유닛 (100) 에 유지되고, 스위치 패널 (41) 의 양 눈 트레이스용 스위치 (41a) 가 눌리면, 연산 제어 유닛 (50) 에 의해 측정 기구부 (200) 가 구동되고, 먼저 오른쪽 림의 측정이 개시된다.
모터 (256) 의 구동에 의해 샤프트 (254) 가 천천히 퇴피 위치로 이동되면, 이것에 연동하여 아암 (230), 지지 샤프트 (240) 및 측정자 (242) 가 스프링 (236) 의 탄성 지지력에 의해 림 홈측으로 회전된다. 그리고, 프레임 유지 유닛 (100) 의 클램프 핀 (130a, 130b, 131a 및 131b) 에 의해 측정 기준 평면의 높이에 놓여진 프레임 (F) 의 림 홈에 측정자 (242) 가 삽입된다. 모터 (256) 의 구동에 의해 샤프트 (254) 가 퇴피 위치로 이동된 후, 모터 (266) 의 구동에 의해 아암 (220) 의 후단 (220b) 을 사이에 끼우고 있던 클램프 부재 (264a 및 264b) 가 이동되고, 도 5 와 같이, 클램프 부재 (264a 및 264b) 의 간격이 가장 벌어진 상태가 된다. 이로써, 아암 (220) 의 상하 방향 회전의 제한이 해제되고, 측정자 (242) 가 프레임 (F) 의 림 홈을 따라 상하동 가능하게 된다. 또한, 샤프트 (254) 가 퇴피 위치로 이동됨으로써, 측정자 (242) 는 스프링 (236) 의 탄성 지지력에 의해 거의 일정한 측정압으로 림 홈에 꽉 눌려진다.
이 상태에서, 회전 기구부 (202) 에 의해 회전 베이스 (210) 가 축 (L2) 을 중심으로 회전됨으로써, 측정자 (242) 가 프레임 (F) 의 림 홈을 따라 상하 방향으로 또한 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 으로부터 떨어지는 방향으로 이동된다. 이것에 수반하여, 아암 (220) 이 지지점 (S1) 을 중심으로 회전됨과 함께, 아암 (230) 이 지지점 (S2) 을 중심으로 회전된다. 아암 (220) 의 회전각은 인코더 (224) 에 의해 검지되고, 아암 (230) 의 회전각은 인코더 (234) 에 의해 검지된다. 이들의 검지 정보와 회전 베이스 (210) 의 회전각 (Θn) 에 기초하여, 림의 3 차원 형상이 연산 제어 유닛 (50) 에 의해 연산된다. 회전 베이스 (210) 의 회전각 (Θn) 은, 회전 기구부 (202) 가 갖는 펄스 모터의 구동 펄스로부터 연산 제어 유닛 (50) 에 의해 얻어진다.
인코더 (224 및 234) 에 의해 검지된 아암 (220 및 230) 의 각 회전각과 회전 베이스 (210) 의 회전각에 기초한 림의 3 차원 형상을 구하는 방법을 도 8 에 기초하여 설명한다.
도 8 에 있어서, 회전 베이스 (210) 의 회전 중심축 (L2) 상에 원점 O 가 위치하는 것으로 하고, 회전 베이스 (210) 의 어느 회전각에 있어서의 XYZ 의 3 차원 좌표계를 생각한다. 원점 O 를 기준으로 한 X 축 및 Y 축이 통과하는 XY 평면 상에 아암 (220) 의 회전 중심이 위치하는 것으로 하고, 그 회전 중심을 점 T1 로 한다. 또한, 아암 (230) 의 회전 중심을 점 T2 로 한다. 또한, 측정자 (242) 의 선단을 점 T3 으로 하고, 점 T2 를 중심으로 아암 (230) 이 회전되는 평면까지 점 T3 으로부터 수선을 내렸을 때의 교점을 점 T4 로 한다.
여기서, 점 T1 로부터 점 T2 까지의 거리를 a 로 하고, 원점 O 에 대한 점 T1 의 X 축 방향의 거리를 b 로 하며, 원점 O 에 대한 점 T1 의 Y 축 방향의 거리를 c 로 하고, 점 T2 로부터 점 T4 까지의 거리를 d 로 하며, 점 T3 으로부터 점 T4 까지의 거리를 e 로 한다. 또한, X 축 방향에 대하여 아암 (220) 의 선분 T1-T2 가 상하 방향 (Z 축 방향) 으로 경사지는 각도를 εx 로 하고, Y 축 방향에 대하여 아암 (230) 의 선분 T2-T4 가 경사지는 각도를 εy 로 한다. 각도 εx 는 인코더 (224) 에 의해 얻어지는 각도이고, 각도 εy 는 인코더 (234) 에 의해 얻어지는 각도이다.
측정자 (242) 의 선단인 점 T3 의 좌표는, 이하의 연산에 의해 구해진다.
Figure 112008042251411-PAT00001
Figure 112008042251411-PAT00002
Figure 112008042251411-PAT00003
상기 XY 의 좌표에서 표시되는 점 T3 이, 원점 O 를 기준으로 한 동경 길이 r 및 동경 각 ρ 로 표시되는 극좌표계로 변환되면, 이하의 식으로 나타내진다.
Figure 112008042251411-PAT00004
Figure 112008042251411-PAT00005
상기 연산은 회전 베이스 (210) 가 고정된 경우이다. 회전 베이스 (210) 의 회전각 (Θn) (n = 1, 2, ……, N) 을 생각한 경우, 림의 3 차원 형상을 (Rn, θn, Zn) (n = 1, 2, ……, N) 으로 하면, 회전각 (Θn) 일 때의 동경 길이 (Rn) 는 r 로 얻어지고, 동경 각 (θn) 은 ρ + Θn 으로 얻어지며, 상하 방향 (높이 방향) 의 위치 (Zn) 는 Z 로 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어진 림의 3 차원 형상 (Rn, θn, Zn) 은, 메모리 (51) 에 기억되고, 안경 렌즈의 주연 가공시에 연산 제어 유닛 (50) 에 접속된 도시를 생략하는 메모리에서 호출되어 사용된다.
상기와 같이, 측정자 (242) 의 상하 방향 및 동경 방향의 양방을 원호 운동으로 이동되는 기구로 함으로써, 매끄러운 회전이 가능하고 밀폐성이 높은 래디얼 베어링 등의 베어링 (222 및 232) 을 사용할 수 있다. 이로써, 장기간 사용에 있어서도, 상하 방향 및 동경 방향의 양방에 있어서의 측정자 (242) 의 매끄러운 이동을 유지할 수 있어, 안경 프레임의 림의 3 차원 형상을 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 상기와 같은 구성으로 함으로써, 전술한 종래 장치의 구성에 대하여, 휘어짐이 큰 안경 프레임 (고커브 프레임) 의 측정시에도, 측정자 (242) 가 림 홈으로부터 벗어나기 어렵고, 안정적이고 양호한 정밀도로 측정할 수 있다. 이하에 그 이유를 설명한다.
도 9a 및 9b 는, 일본 공개특허공보 2001-174252 와 동일하게, 림 홈 (FV) 에 맞닿는 측정자 (242) 가 상하 방향만으로 지지점 (S) 을 중심으로 회전 (상하동) 되고, 지지점 (S) 을 지지하는 이동체 (M) 가 동경 방향 (도면 상의 가로 방향：X 방향) 으로 이동되는 구성을 나타낸 것이다. 여기서, 측정자 (242) 에 작용하는 힘의 모멘트 (N) 에 대하여 생각하면, 모멘트 (N) 는, 힘 (측정압) (E) 과 힘 (E) 이 작용하는 방향에 대략 수직인 방향의 거리 (h) 의 곱이 된다. 즉,
N = E × h
가 된다.
도 9a 는, 림 홈 (FV) 이 기준 평면 위치 (P1) 에 있는 경우이다. 일정한 힘 (측정압) (E) 은 X 방향으로 발생되고 있기 때문에, 이 경우의 힘의 모멘트 (N) 는,
N = E × h1
이다. 한편, 도 9b 는, 프레임 (F) 의 휘어짐이 크고, 림 홈 (FV) 이 기준 평면 위치 (P1) 에 대하여 위치 (P2) 로 높아진 경우이다. 이 경우에도, 일정한 힘 (측정압) (E) 은 X 방향으로 발생되고 있기 때문에, 힘의 모멘트 (N) 는,
N = E × h2
가 되어, 도 9a 의 경우에 대하여, 림 홈 (FV) 의 높이가 높아질수록, 힘의 모멘트 (N) 도 커진다. 힘의 모멘트 (N) 가 커지면, 측정자 (242) 는 상방향으로 어긋나기 쉬워진다.
이에 대하여, 도 9c 는, 본 실시양태의 장치인 경우이고, 측정자 (242) 는 지지점 (S1) 을 중심으로 상하 방향으로 회전 (상하동) 되고, 지지점 (S1) 은 고정된 블록 (212) 에 지지되어 있다. 측정자 (242) 의 동경 방향 (X 방향) 의 이동은, 아암 (220) 의 선단측의 지지점 (S2) 을 중심으로 회전되는 아암 (230) (도 9c 에서는 도시를 생략한다) 에 의해 실시된다. 측정자 (242) 에 작용하는 힘 (측정압) (E) 은, 스프링 (236) 에 의해, 측정자 (242) 가 지지점 (S2) 을 중심으로 회전되는 평면의 방향으로 발생한다. 이 경우, 힘 (E) 이 작용하는 방향에 대략 수직인 방향의 거리는, 림 홈 (FV) 의 높이 (측정자 (242) 의 선단 위치) 에 관계없이 거리 (h1) 로 거의 일정하기 때문에, 힘의 모멘트 (N) 도, N = E × h1 로 거의 일정하게 된다. 따라서, 프레임 (F) 의 휘어짐이 크고, 림 홈 (FV) 의 높이가 높아져도, 힘의 모멘트 (N) 가 거의 일정하기 때문에, 측정자 (242) 가 림 홈 (FV) 으로부터 벗어나기 어렵고, 안정적이고 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 상기와 같이, 측정자 (242) 에 대하여 상방향으로 작용하는 힘의 모멘 트 (N) 가 거의 일정한 것을 기초로 하여, 이것을 거의 캔슬하도록 하방향으로 하중 (ΔG) 을 부여하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 측정자 (242) 가 림 홈 (FV) 으로부터 더 벗어나기 어려워진다. 도 3 ∼ 도 5 에 나타내는 본 실시양태에 있어서는, 아암 (220) 의 후단 (220b) 에 장착된 추 (228) 의 질량에 대하여, 질량적으로 거의 밸런스가 잡힌 경우에 대하여 하중 (ΔG) 분량만큼 조정된 상하동 밸런스 기구부를 구성함으로써 실현할 수 있다. 이 경우, 추 (228) 를 사용하는 것 대신에, 탄성 지지력을 주는 스프링, 모터 등에 의해 발생되는 구동력 등을 사용하는 구성이어도 된다.
또한, 본 실시양태에 의하면, 측정압 (E) 이 작용하는 방향은, 프레임 유지 유닛 (100) 에 의해 유지된 프레임 (F) 의 림 홈 (FV) 의 측정 기준 평면 (설치 평면) 의 높이에서는 대략 수평 방향으로 작용하고, 림 홈 (FV) 의 높이가 높아지면, 그 정도에 따라 측정압 (E) 이 작용하는 방향도 상방향으로 변화한다. 즉, 측정압 (E) 이 프레임 (F) 의 커브를 따른 방향으로 걸린다. 이로써, 고정밀도의 측정을 실현할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시양태인 안경 프레임 형상 측정 장치를 갖는 안경 렌즈 가공 장치의 개략 외관도이다.
도 2 는 안경 프레임이 유지된 상태의 프레임 유지 유닛을 위에서 본 도면이다.
도 3 은 측정 기구부의 사시도이다.
도 4 는 측정 기구부를 위에서 본 도면이다.
도 5 는 측정 기구부를 옆에서 본 도면이다.
도 6 은 측정 기구부를 옆에서 본 도면이고, 프레임의 측정 기준 평면 (설치 평면) 의 높이에 측정자의 선단이 놓여져 있을 때의 도면이다.
도 7 은 장치의 제어계의 개략 블록도이다.
도 8 은 림의 3 차원 형상을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c 는 고커브 프레임의 측정에 있어서 측정자가 림의 홈으로부터 벗어나기 어려운 이유를 설명하는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 안경 렌즈 가공 장치 2 : 안경 프레임 형상 측정 장치
41, 45 : 스위치 패널 43 : 디스플레이
47 : 개폐창 100 : 프레임 유지 유닛
200 : 측정 기구부

Claims (7)

  1. 안경 프레임의 림의 3 차원 형상을 측정하는 안경 프레임 형상 측정 장치로서,
    프레임을 소기의 상태로 유지하는 프레임 유지 유닛,
    유지된 프레임에 대하여 상대적으로 회전되는 회전 베이스,
    측정시에 림의 홈에 삽입되는 측정자가 장착된 지지 샤프트와, 지지 샤프트를 유지하는 제 1 아암과, 지지 샤프트가 회전 베이스의 회전 중심축에 대하여 외측으로 탄성 지지되도록 제 1 아암을 탄성 지지하는 탄성체와, 지지 샤프트를 회전 중심축에 대하여 경도 가능하게 제 1 아암을 유지하는 제 1 아암 유지 유닛을 갖는, 회전 베이스에 형성된 측정자 유지 유닛,
    제 1 아암의 이동을 검지하는 검지 유닛, 및
    회전 베이스의 회전과 검지 유닛의 검지 결과에 기초하여, 측정자의 3 차원적인 이동 위치를 구하여 림의 3 차원 형상을 얻는 연산 유닛을 갖는 안경 프레임 형상 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 아암 유지 유닛은, 제 1 지지점을 중심으로 림의 동경 방향으로 회전 가능하게 제 1 아암을 유지하는, 제 2 지지점을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 회전 베이스에 형성된 제 2 아암을 갖고,
    검지 유닛은, 제 1 지지점을 중심으로 하는 제 2 아암에 대한 제 1 아암의 회전을 검지하는 제 1 회전 검지 유닛과, 제 2 지지점을 중심으로 하는 제 2 아암의 회전을 검지하는 제 2 회전 검지 유닛을 갖는 안경 프레임 형상 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    추가로, 제 2 아암의 회전각을 소정의 각도로 고정시키는 고정 부재를 갖는 제 2 아암 고정 유닛을 갖는 안경 프레임 형상 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 아암 유지 유닛은, 제 1 지지점을 중심으로 림의 동경 방향으로 회전 가능하게 제 1 아암을 유지하는, 제 2 지지점을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 회전 베이스에 형성된 제 2 아암을 갖고,
    탄성체는, 제 1 아암과 제 2 아암 사이에 형성된, 제 1 아암을 회전 베이스의 회전 중심축으로부터 떨어지는 방향으로 탄성 지지하는 스프링인 안경 프레임 형상 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    측정자 유지 유닛은, 제 2 지지점에 대하여 제 1 아암과 반대측에 배치된, 제 1 아암을 올리도록 탄성 지지력을 발생시켜 제 1 아암의 상하동의 질량적인 밸런스를 잡는, 제 2 아암의 밸런스 기구부를 갖는 안경 프레임 형상 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    측정자 유지 유닛은, 제 1 지지점에 대하여 지지 샤프트의 반대측에 배치된, 제 1 지지점을 중심으로 한 제 1 아암의 질량적인 밸런스를 잡는, 제 1 아암의 밸런스 기구부를 갖는 안경 프레임 형상 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    측정자는, 유지된 프레임의 설치 평면의 높이에 놓여졌을 때에 설치 평면에 대하여 상방향으로 3 ∼ 10 도 경사지도록 지지 샤프트에 장착되어 있는 안경 프레임 형상 측정 장치.
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