WO2020071670A1 - 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법 - Google Patents
광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법Info
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Abstract
본 발명은 투입된 몰드의 외주면에 테이프를 감고 그 사이에 형성된 캐비티에 모노머 용액을 주입하되 비전인식시스템을 이용하여 모노머 용액의 주입유량 또는 주입속도를 정밀 제어할 수 있도록 상기 캐비티 내에 주입되는 모노머 용액의 유면 변화를 비전인식시스템으로 촬영하고, 콘트롤러가 상기 비전인식시스템으로 촬영된 모노머 용액의 유면 변화에 따라 모노머 주입기의 주입유량 또는 주입속도를 단계별로 조절하면서 모노머 용액이 캐비티 내부에 충만되도록 주입하도록 되어 있다.
Description
본 발명은 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 모노머 용액을 주입하여 광학재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비전인식시스템을 이용하여 주입되는 모노머의 유면 변화를 실시간으로 확인하면서 유면 변화에 따라 주입유량 또는 주입속도를 단계별로 조절하여 모노머 용액이 캐비티 내부에 충만되도록 한 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법에 관한 것이다.
광학재료에서 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈보다 가볍고 잘 깨지지 않으며 가공성이 좋다는 장점이 있어 근래에는 유리 렌즈보다 플라스틱 렌즈를 많이 사용하는 추세이다. 이러한 플라스틱 렌즈는 모노머(monomer)라고 하는 고분자 화합물을 몰드에 주입하여 굳힌 후 적당한 후가공을 통해 제작된다. 즉, 렌즈모양의 빈 주입공간(캐비티)을 갖는 몰드에 모노머 용액을 주입하는 방식으로 제작되는 것이다.
이에 관련된 종래기술로서 특허문헌 1에서는 '안경렌즈 제조용 몰드의 이동거리 셋팅장치'를 개시하고 있다. 이 문헌에서는 안경렌즈 제조용 유리몰드의 이격거리를 정확하게 결정하기 위하여, 몰드 척을 이용해 유리몰드를 서로 이격시켜 배치한 상태로 유리몰드의 외주면에 테이프를 접착하는 테이핑 작업을 한 후, 형성된 캐비티에 모노머 용액을 수작업으로 주입한다.
그런데 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 유리몰드 내에 모노머를 수작업으로 주입하는 기술은, 전적으로 주입자의 숙련된 정도에 의존하는 것이므로 숙련도에 따라 불량이 발생할 수 있고 작업효율이 떨어지는 문제가 있다. 특히, 모노머를 매번 일정량으로 정밀 주입하는 것은 많은 숙련이 요구되므로, 미숙련자의 경우 몰드 내부에 기포가 발생할 수 있는 문제가 있다. 또한, 액상의 모노머는 인체에 유해한 휘발성 기체를 생성하므로, 오랫동안 작업할 경우 작업자의 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
특허문헌 2에는 '안경 렌즈용 모노머 자동 주입장비 및 이를 이용한 안경렌즈 생산방법'이 개시되어 있다. 특허문헌 2는 몰드에 원료를 주입하는 공정을 자동화함으로써 제조현장에서 제품의 생산성을 증가시키고, 불량률을 감소하며, 친환경적인 제조환경을 추구하기 위한 것으로, 특허문헌 2의 장치는 몰드안착부, 테이프 탈부착부, 모노머 주입부를 포함하고, 렌즈몰드 공급단계, 몰드 안착단계, 테이프 이탈단계, 모노머 주입단계, 테이프 부착단계, 렌즈몰드 배출단계에 의해 렌즈용 모노머를 자동으로 주입할 수 있도록 되어 있다.
한편, 특허문헌 2에서는 1쌍의 몰드가 형성하는 캐비티 내부에 모노머 용액을 주입하는 단계에서 렌즈몰드의 위치를 감지하는 변위센서(레이저 센서)를 사용하는 것에 의해 렌즈몰드의 위치를 파악하고, 제2이동부에 의해 렌즈몰드에 채워지는 원료의 수위를 감지하도록 되어 있으며, 주입노즐의 모노머 주입량은 주입량조절부에 의해 조절되도록 하되, 모노머가 일정 수위에 도달하면 모노머가 주입되는 양을 1단계인 수위 5mm와 2단계인 수위 10mm로 조절하도록 되어 있다.
그러나 특허문헌 2에서와 같이 변위센서를 사용하여 원료(모노머 용액)의 수위를 감지하는 경우, 모노머 용액은 물보다 점성이 높아 수위의 변화가 수평적인 변화가 아닌 2차원적인 좌우 대칭형의 포물선형을 이루게 되므로 실시간으로 수위를 정확하게 감지하기가 곤란한 문제점이 있었으며, 이로 인해 주입량의 단계적 조절에도 불구하고 정확한 양으로 주입하는 것이 어려워 주입량이 부족하거나 주입량이 과도하게 되어 제품 불량 및 넘쳐흐른 모노머 용액으로 인해 주입장비가 오염되는 문제가 있고, 장비의 안정적인 동작에 지장을 초래하게 될 우려가 있다.
또, 특허문헌 3의 '플라스틱 제품 제조 방법 및 제조장치'에서는 플라스틱 렌즈 제조과정에서 성형용 몰드에 플라스틱 원액을 주입하는 공정을 자동화하기 위한 방법으로, 캐비티 내측의 제1,2벽부 사이의 폭을 계측하여 제1유량 및 제1시간을 설정하고, 캐비티에 제1유량으로 제1시간 동안 플라스틱 원액을 주입하는 제1공정과, 제1공정에 이어 캐비티에 제1유량보다 적은 제2유량으로 플라스틱 원액을 주입하는 제2공정을 가지도록 하여 소정의 시간만 대유량으로 원액을 주입하고 그 후, 주입 종료를 향하여는 소유량으로 원액을 주입함으로써 주입 시간을 단축함과 동시에 누출량을 줄일 수 있도록 하고 있다.
특허문헌 3에서는 캐비티 내부의 공간적인 특성을 감안하여 플라스틱 원료의 주입량과 주입시간을 단계적으로 감소시키는 것에 의해 주입시간의 단축과 누출량을 줄일 수 있도록 하고 있으나, 렌즈 제조를 위한 플라스틱 원료를 렌즈 몰드에 주입시 점성이 높은 플라스틱 원료의 유면 변화 특성을 감안하지 않음으로써 여전히 플라스틱 원료의 누출을 효과적으로 방지하지 못하거나 플라스틱 원료의 주입량을 최적으로 제어하지 못하는 단점이 있었다.
특허문헌 4(일본공개특허 제2007-80766호)의 '플라스틱 렌즈의 성형방법'에서는 마치 술잔을 기울여서 술을 따르는 것과 같은 방식으로 액상 성형 재료를 몰드 내부에 주입할 때 내부에 최대한 거품을 남겨두지 않고 충전시킬 수 있도록 초기에는 주입구가 상방 정중앙에서 약간 일측으로 벗어난 상태가 되도록 하여 주입을 시작하고, 어느 정도 주입이 진행되면 몰드를 회전시켜(기울여) 주입구가 상방 정중앙에 위치하도록 하여 원료 모노머를 충전하도록 한 플라스틱 렌즈의 성형방법이 개시되어 있다.
특허문헌 4는 거품이 잔류하지 않도록 원료를 주입하기에는 적절한 방법이지만 원료를 정확한 양만큼 주입하기에는 부족하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국등록실용신안 제20-0236704호(2001.06.21.등록)
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1383132호(2014.04.02.등록)
(특허문헌 3) 일본등록특허 제3707189호(2005.08.12.등록)
(특허문헌 4) 일본공개특허 제2007-80766호(2008.04.10.공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광학재료를 제조하기 위하여 몰드 내에 채워지는 모노머 용액의 유면 변화를 비전인식시스템을 통해 실시간으로 확인하면서 주입유량 또는 주입속도를 단계적으로 조절하여 주입함으로써 항상 최적량의 모노머가 공급되어 그만큼 고품질의 렌즈를 생산할 수 있음은 물론, 생산성이 우수하고, 불량이 거의 발생하지 않는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 모노머 주입기로 모노머 용액을 주입하는 방법으로,
(a) 상기 몰드의 윤곽과 상기 캐비티 내에 주입되는 모노머 용액의 유면 변화를 비전인식시스템으로 촬영하는 단계와;
(b) 콘트롤러가 상기 비전인식시스템으로 촬영된 모노머 용액의 유면 변화에 따라 모노머 주입기의 주입유량 또는 주입속도를 단계별로 조절하면서 모노머 용액이 캐비티 내부에 충만되도록 주입하는 단계를 포함하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 콘트롤러는 미리 설정된 영역에서 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면을 음영의 변화로 감지하여 주입유량 또는 주입속도를 조절하거나 주입을 종료한다. 상기 음영의 변화는 바람직하게는 화소수의 변화로 감지한다. 더욱 바람직하게는, 음영의 진행방향을 검출하여 노이즈에 의한 오검출을 방지한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면을 촬영하되, 적어도 주입속도를 조절하기 위한 A 영역과 주입을 종료하기 위한 B 영역을 설정하고, 콘트롤러는 상기 A 영역에서 유면이 감지되면 주입유량 또는 주입속도를 조절하고, B 영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료한다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면이 형성하는 2차원 형상의 음영을 촬영하되, 몰드가 주입위치에 세팅된 상태를 감지하기 위한 상기 몰드 윤곽 일부의 제1영역과, 상기 몰드 윤곽 일부의 제1영역에서 소정 거리 이격되어 몰드 내측에 위치한 제2영역과, 상기 몰드 내측에서 상기 제2영역보다 상부에 위치한 제3영역 및 상기 몰드 외측에 위치한 제4영역을 설정하고, 콘트롤러에서는 상기 제1영역에서 몰드의 윤곽이 감지되면 설정된 제1주입유량 또는 제1주입속도로 모노머 용액을 몰드 내부에 주입하고, 상기 제2영역에서 유면이 감지되면 설정된 제2주입유량 또는 제2주입속도로 주입하며, 제3영역에서 유면이 감지되면 설정된 제3주입유량 또는 제3주입속도로 주입하고, 제4영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료한다.
본 발명에서 상기 제1영역은 몰드의 외곽 중 대각선 방향 즉, 몰드의 X방향 정보와 Y방향 정보를 모두 갖는 위치를 의미하는 것으로, 몰드를 주입위치로 안치시 몰드의 위치변화를 파악하기 위한 부분이고, 상기 제1영역은 나머지 제2 내지 제4영역의 위치 이동의 기준이 되며, 제1영역에서는 몰드가 주입위치에 안착되면 몰드의 윤곽을 곧바로 감지하게 된다.
본 발명에서 상기 제2 내지 제4영역은 각각의 위치에서 모노머 용액의 유면을 감지하게 되는데 제2 내지 제4영역 사이에는 복수의 영역이 더 존재할 수 있으며, 세분화된 주입유량 또는 주입속도 조절에 의해 모노머 용액의 주입량을 더욱 정밀하게 할 수 있다.
본 발명에서 상기 제4영역은 몰드 내부의 캐비티에 기포없이 모노머 용액을 가득 채우기 위해 몰드의 모노머 주입구에서 가까운 위치의 외부에 설정되어 있으며, 대체로 몰드 윤곽으로부터 1~2mm 이내의 위치에 설치된다.
바람직하게는, 상기 모노머의 점도는 10~150 CPS이다.
바람직하게는, 상기 모노머의 주입속도는 -렌즈(CYL(-)) 혹은 세미렌즈용 몰드의 경우, 상기 캐비티 내의 체적이 20cc 이하에서는 주입속도 10㎖~450㎖/min, 20.1cc~40.0cc 사이에서는 주입속도 20㎖~700㎖/min, 40.1cc~60.0cc 이하에서는 주입속도 40㎖~900㎖/min, 60.1cc~80.0cc 이하에서는 주입속도 60㎖~1200㎖/min, 80.1cc~100.0cc 이하에서는 주입속도 80㎖~1500㎖/min 범위 내에서 조절된다. +렌즈(CYL(+))용 몰드의 경우는, 상기 캐비티 내의 체적이 12cc 이하에서는 주입속도 8㎖~190㎖/min, 12.1cc~20.0cc 사이에서는 주입속도 12㎖~340㎖/min, 20.1cc~30.0cc 이하에서는 주입속도 20㎖~390㎖/min 범위 내에서 조절된다.
본 발명의 실시예에 의하면 점성을 갖는 모노머 용액을 몰드 내부의 캐비티에 주입 시 모노머 용액의 유면 변화를 실시간으로 촬영하면서 유면 변화에 따라 주입유량 또는 주입속도를 단계적으로 조절함으로써 기포의 잔류도 없고 모노머 용액의 주입량이 넘치지도 모자라지도 않게 정확하게 정량이 주입되므로 균일한 품질의 렌즈를 생산할 수 있고, 모노머의 주입속도를 향상시킬 수 있어 모노머 주입작업의 효율성을 극대화할 수 있다. 이에 따라 모노머 용액의 주입량 부족으로 인한 불량의 방지와 더불어 모노머 용액의 과도한 주입으로 인하여 발생하는 장비의 오염 및 이상동작이나 고장을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 렌즈 제조과정을 개략적으로 도시한 플로우차트,
도 2는 본 발명의 비전인식시스템에서 촬영된 몰드의 윤곽과 모노머 감지 영역을 보인 이미지,
도 3은 도 2에서 제2영역에 모노머 용액의 유면이 감지된 상태,
도 4는 도 2에서 제3영역에 모노머 용액의 유면이 감지된 상태,
도 5는 도 2에서 제n영역에 모노머 용액의 유면이 감지된 상태,
도 6은 도 2에서 제4영역에 모노머 용액의 유면이 감지된 상태의 이미지이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 렌즈 등 광학재료를 제조하기 위하여 모노머 용액을 몰드 내부에 자동으로 주입하는 방법은 몰드의 로딩(S10), 테이핑(S20), 테이프 개방(S30), 모노머 주입(S40), 테이프 폐쇄(S50) 및 몰드 언로딩(S60) 단계를 거치게 되고, 후속 공정으로는 모노머의 경화 후 몰드로부터 분리하는 공정을 거치면 렌즈를 완성하게 되는데 이러한 공정은 기존의 방법과 기본적으로 동일하다.
다만, 본 실시예에서는 몰드 내부의 캐비티에 모노머 주입기로 모노머 용액을 자동으로 주입하는 방법으로, 상기 캐비티 내에 주입되는 모노머 용액의 유면 변화를 비전인식시스템으로 촬영하는 단계와; 콘트롤러가 상기 비전인식시스템으로 촬영된 모노머 용액의 유면 변화에 따라서 모노머 주입기의 주입유량 또는 주입속도를 단계별로 조절하면서 모노머 용액이 캐비티 내부에 충만되도록 주입하는 단계;를 포함하여 이루어져 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 몰드는 외곽이 실링된 1쌍의 몰드로, 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 모노머 용액을 주입하게 된다. 이때 몰드의 재질은 제한되지 않으며 모노머의 경화 후 탈착에 적합한 재질이면 모두 사용 가능하다. 바람직하게는 유리몰드를 사용할 수 있다.
몰드의 실링은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate), 나일론 등의 필름을 베이스 필름으로 하는 점착 테이프를 사용 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 모노머의 경화 최종 온도가 100℃ 이하인 아릴계 모노머를 주입 경화시킬 때에는 PP 필름을 베이스로 한 점착테이프를 사용하는 것이 바람직하다. 모노머의 경화 최종 온도가 100℃ 이상 인 모노머를 주입 경화시킬 때에는 PET 필름을 베이스 필름으로 한 점착테이프를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 모노머의 경화 최종 온도가 100℃ 이하라도 우레탄, 아크릴, 에피 술피드계 모노머를 주입 경화시킬 때에는 PET 필름을 베이스로 한 점착테이프 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 모노머에는 광학렌즈 및 안경렌즈로 사용할 수 있는 다양한 모노머 화합물이 모두 포함될 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 모노머, 에폭시 아크릴계 모노머, 티오우레탄계 광학재료를 위한 폴리이소시아네이트와 폴리티올, 에피설파이드계 광학재료를 위한 에피설파이드 화합물, 아릴계 광학재료를 위한 알킬렌글리콜 비스아릴카르보네이트 또는 말레이트 화합물, 알릴디글리콜카보네이트 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 자동주입기에 사용하는 모노머의 점도는 500 CPS 이하가 바람직 하며, 더욱 바람직하게는 10~150 CPS 이다. 모노머의 점도가 높으면, 주입 시 기포의 발생이 많고, 기포가 제거되는데 시간이 많이 걸리게 되므로 주입시간이 길어지는 문제가 있다.
상기 콘트롤러는 바람직하게는 미리 설정된 영역에서 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면을 음영의 변화로 감지하여 주입유량 또는 주입속도를 조절하거나 주입을 종료한다. 상기 음영의 변화는 바람직하게는 화소수의 변화로 감지한다. 더욱 바람직하게는, 음영의 진행방향을 검출하여 노이즈에 의한 오검출을 방지한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서,
상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면을 촬영하되, 적어도 주입속도를 조절하기 위한 A 영역과 주입을 종료하기 위한 B 영역을 설정하고,
콘트롤러는 상기 A 영역에서 유면이 감지되면 주입유량 또는 주입속도를 조절하고, B 영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료한다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에서,
상기 비전인식시스템은 도 2의 실제 촬영된 이미지에서 알 수 있는 바와 같이 몰드(M)의 윤곽(이하, 몰드(M)와 동일하므로 이미지 상에서는 몰드(M)로 표기함)과 상기 몰드(M)의 캐비티 내에 주입되는 모노머 용액(S)의 유면을 촬영하되, 몰드(M)가 주입위치에 세팅된 상태를 감지하기 위한 상기 몰드(M) 윤곽 일부의 제1영역(A1)과, 상기 몰드(M) 윤곽 일부의 제1영역(A1)에서 소정 거리 이격되어 몰드(M) 내측에 위치한 제2영역(A2)과, 상기 몰드(N) 내측에서 상기 제2영역(A2)보다 상부에 위치한 제3영역(A3) 및 상기 몰드(M) 외측에 위치한 제4영역(A4)이 설정되어 있으며, 상기 제3영역(A3)의 상부에도 몰드(M)의 내측에 하나 이상의 감지 영역(An)이 추가로 설정될 수 있다.
한편, 콘트롤러는 상기 비전인식시스템에서 촬영된 이미지 신호 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1영역(A1)에서 몰드(M)의 윤곽이 감지되면 몰드(M)가 주입위치에 안착된 것으로 인식하게 되는데, 이때 촬영된 몰드(M)의 윤곽과 제1영역(A1)에 원호 형태로 표시된 가상 윤곽(L)이 일치되는지의 여부를 판단하여 일치하지 않을 경우에는 비전인식시스템을 미세조정 즉, 비전카메라의 위치를 조정하여 몰드(M)의 윤곽에 상기 가상 윤곽(L)을 일치시키는 촬영위치 조정단계를 거치게 된다.
상기한 촬영위치 조정단계에서는 제1영역(A1)의 위치가 조정되는 것과 동시에 나머지 모든 제2,3,4영역의 위치가 제1영역(A1)과 함께 동시에 등거리 이동되게 되므로 주입장치 내에서 몰드의 안착위치가 약간씩 변화함에도 불구하고 비전인식시스템에서 촬영되는 각각의 영역은 동일한 위치를 촬영하여 해당 영역에서의 모노머 용액의 유면을 감지하게 된다.
상기 콘트롤러는 비전인식시스템에서 촬영된 이미지를 분석하여 몰드의 주입위치 세팅여부를 감지하고, 모노머 주입기의 주입개시와 종료 및 각 영역에서의 유면을 감지하여 주입유량 또는 주입속도를 조절하게 되며, 비전인식시스템의 미세위치를 조정하게 된다.
또, 상기 콘트롤러는 터치패드나 키보드와 같은 외부입력수단에 의해 몰드와 모노머 용액의 종류에 따라 주입유량 또는 주입속도를 각기 다르게 세팅하게 되며, 새로운 종류의 몰드나 모노머 용액의 사용시에는 반복적인 테스트를 거쳐 입수된 데이터를 저장하여 단계의 세분화와 각 단계에서 최적의 주입유량 또는 주입속도를 찾아서 세팅할 수 있도록 되어 있다.
상기와 같은 과정을 도 2에 도시된 바와 같이 거쳐 제1영역(A1)에서의 몰드(M) 윤곽이 가상 윤곽(L)에 일치되게 되면 공급된 몰드의 종류에 따라 미리 설정된 제1주입유량 또는 제1주입속도로 모노머 용액(S)을 몰드 내부에 주입하게 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2영역(A2)에서 유면(S1)이 감지되면 상기 제1주입유량 또는 제1주입속도보다 높게 설정된 제2주입유량 또는 제2주입속도로 모노머 용액(S)을 몰드 내부에 주입하게 되며, 도 4에 도시된 바와 같이 제2영역(A2)의 상부에 위치한 제3영역(A3)에서 유면(S2)이 감지되면 상기 제2주입유량 또는 제2주입속도보다 낮게 설정된 제3주입유량 또는 제3주입속도로 모노머 용액(S)을 몰드 내부에 주입하고, 도 5에 도시된 바와 같이 제N영역(An)에서 유면(S3)이 감지되면 상기 제3주입유량 또는 제3주입속도보다 더 낮게 설정된 제4주입유량 또는 제4주입속도로 모노머 용액(S)을 몰드 내부에 주입하고, 도 6에 도시된 바와 같이 몰드(M)의 외측에 위치한 제4영역(A4)에서 유면(S5)이 나타나는지의 여부를 확인하여 유면(S5)이 나타나게 되면 모노머 용액의 주입을 종료하고, 유면(S5)이 나타나지 않을 경우에는 모노머 용액을 제4영역(A4)에 유면(S5)이 나타날때까지 미세한 유량 또는 주입속도로 주입하게 된다.
한편, 상기 제1내지 제4영역에서는 몰드의 윤곽 또는 모노머 용액의 유면을 화소수의 변화에 의해 감지하게 되는바, 몰드의 윤곽과 모노머 용액의 유면은 공기와 몰드 및 모노머 용액 간의 밀도 차이에 의해 그 경계부분이 선형의 음영으로 보여지게 되며, 이에 의해 각 영역에서 촬영되는 선형의 음영이 형성하는 화소수에 의하여 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면이 형성되는 것을 알 수 있다.
본 실시예에서, 상기 각각의 감지영역(A1~A4,An)에서 감지되는 몰드(M)의 윤곽 및 모노머 용액의 유면 두께는 대체로 일정하므로 검출되는 화소수도 거의 일정하지만 주변장치부가 모두 빠르게 동작중이며, 설비 주변에 사람 및 기타 장치의 이동이 있고, 이것에 의해 몰드나 모노머 용액에 기이한 현상으로 반사되어 오검출되는 경우가 있으므로 검출되는 화소수의 변화량과 음영의 진행방향에 대하여도 감지하여 각종 노이즈에 의한 오검출을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 몰드의 종류에 따라 전,후 몰드 사이 간격의 차이 및 모노머 용액의 점도에 따라서도 주입유량 또는 주입속도를 감안하여야 하는바, 대체로 모노머 용액의 점도가 높은 상태에서 초기 주입유량이나 주입속도가 높으면 실제 주입이 되지 않고 입구에서 기 주입된 용액이 캐비티 하단으로 내려가기도 전에 그 위에 모노머 용액이 쌓여 넘치게 되므로 몰드 간격이 좁거나 모노머 용액의 점도가 높은 경우에는 1단계의 모노머 용액 주입유량 또는 주입속도를 낮게 시작하여 모노머 용액이 몰드의 캐비티 하부를 모두 적신 2단계에서 초기 주입유량 또는 주입속도보다 높여서 주입을 진행하게 된다.
위에서 몰드의 캐비티 '하부'는 원형으로 이루어진 캐비티의 중간부분까지를 의미한다고 볼 수 있는데, 이렇게 함으로써 모노머 용액의 급격한 주입으로 인하여 캐비티 내부에 존재하던 공기 또는 가스가 미처 빠져나가지 못하고 기포가 캐비티의 하부에 잔류하게 되는 현상도 해소할 수 있다.
본 실시예에서 상기 제2영역(A2)은 몰드 내부의 캐비티 용적에 모노머 용액 전체 충전량의 대략 45~75% 지점에 위치하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 몰드의 종류와 모노머 용액의 점도에 따라서 그 지점은 다른 위치에 설정될 수도 있다.
또, 본 실시예에서, 상기 3영역(A3)은 몰드 내부의 캐비티 용적에 모노머 용액 전체 충전량의 대략 75~85%지점에 위치하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 몰드의 종류와 모노머 용액의 점도에 따라서 그 지점은 다른 위치에 설정될 수도 있다.
본 실시예에서 모노머 주입기의 노즐(N)을 통해 몰드(M)의 캐비티로 주입되는 모노머 용액(S)은 소정의 점도(점성)를 갖는 액체로, 도시안 된 밸브의 개도조절에 의해 주입유량 또는 주입속도를 조절할 수 있으며, 도 2 내지 도 6의 실제 주입시 촬영된 이미지에서 알 수 있는 바와 같이 수평선 형태가 아닌 포물선과 같은 2차원 형태의 유면변화가 이루어지면서 캐비티 내부에 채워지게 된다.
즉, 모노머 주입기의 노즐(N)에서 하향 배출되는 모노머 용액(S)은 몰드(M) 내부가 형성하는 원형 단면의 캐비티에 채워질 때, 일반 물이나 기타 유체보다 점성이 상대적으로 높으므로 유적이 끊기지 않은 상태로 먼저 중간부분의 유면이 노즐(N) 말단위치에 해당하는 만큼 높은 상태이고, 좌우측 어깨부분은 낮은 유면을 이루는 이른바 포물선형(parabola)의 유면을 이루게 되고, 모노머 용액(S)의 주입이 진행되면서 좌우측의 유면이 점차적으로 높아지게 되며, 이때 캐비티 내부의 공기는 몰드 상부의 주입구(실링 테이프(T)가 개방된 부분)를 통해 외부로 배출되는데, 모노머 용액(S)이 캐비티에 채워질 때 유면 변화를 감지하기 위해서는 포물선형의 유면을 추적하는 것이 정확하므로 이 포물선형의 유면 변화 감지를 위해서 유면의 어깨 부분에 해당하는 부위의 여러 지점을 감지 영역(A2,A3,An)으로 지정할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 포물선형을 이루는 모노머 용액(S)의 유면이 형성하는 어깨부분의 유면 변화 형상을 감지하여 이를 토대로 주입유량 또는 주입속도를 다단계로 조절함으로써 모노머 용액의 주입량을 부족하지 않고 과도하지 않게 정확한 양만큼만 공급하도록 제어할 수 있게 된다.
외곽이 실링 된 한 쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티의 체적에 따른 바람직한 주입량 및 주입속도는 아래와 같다.
모노머의 점도가 10~150 CPS인 경우를 기준으로 할 때 주입속도는, -렌즈(CYL(-)) 혹은 세미렌즈의 경우, 캐비티 내의 체적이 20cc 이하에서는 주입속도 10㎖~450㎖/min, 20.1cc~40.0cc 사이에서는 주입속도 20㎖~700㎖/min, 40.1cc~ 60.0cc 이하에서는 주입속도 40㎖~900㎖/min, 60.1cc~80.0cc 이하에서는 주입속도 60㎖~1200㎖/min, 80.1cc~100.0cc 이하에서는 주입속도 80㎖~1500㎖/min 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 캐비티 내의 체적이 20cc 이하에서는 주입속도 10㎖~340㎖/min, 20.1cc~40.0cc 사이에서는 주입속도 20㎖~580㎖/min, 40.1cc~60.0cc 이하에서는 주입속도 40㎖~720㎖/min, 60.1cc~80.0cc 이하에서는 주입속도 60㎖~960㎖/min, 80.1cc~100.0cc 이하에서는 주입속도 80㎖~1200㎖/min 범위 내에서 조절하는 것이 좋다.
모노머의 점도가 10~150 CPS인 경우를 기준으로 할 때 주입속도는, +렌즈(CYL(+))의 경우, 캐비티 내의 체적이 12cc 이하에서는 주입속도 8㎖~190㎖/min, 12.1cc~20.0cc 사이에서는 주입속도 12㎖~340㎖/min, 20.1cc~30.0cc 이하에서는 주입속도 20㎖~390㎖/min 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 캐비티 내의 체적이 12cc 이하에서는 주입속도 8㎖~144㎖/min, 12.1cc~20.0cc 사이에서는 주입속도 12㎖~240㎖/min, 20.1cc~30.0cc 이하에서는 주입속도 20㎖~300㎖/min 범위 내에서 조절하는 것이 좋다.
상술한 본 발명의 실시예에 의한 모노머 용액 자동 주입방법에 따르면 초기에는 캐비티 내에 기포가 잔류하지 않도록 비교적 낮은 주입유량 또는 주입속도로 주입한 후, 캐비티의 바닥 부분이 적셔진 후부터는 모노머의 주입량 대부분을 단시간 내에 다량으로 주입하며, 그 이후의 구간부터는 모노머의 주입유량 또는 주입속도를 단계적으로 감소시키면서 주입하게 됨으로써 모노머의 점도와 몰드의 형상 특성에 맞게 모노머의 주입량이 부족하지도 않고 넘치지도 않게 정확한 양을 주입할 수 있으며, 결과적으로도 모노머의 주입시간을 단축할 수 있으므로 공정시간 단축에 따른 생산성 향상과 더불어 균일한 품질의 렌즈를 제조할 수 있게 되는 이점이 있으며, 모노머 주입량의 부족이나 과도에 따른 불량발생 및 제조장치의 오동작 또한 유발하지 않게 되는 등의 이점도 있다.
본 실시예에서는 가상의 몰드를 상정하여 모노머 용액의 주입유량 또는 주입속도를 단계적으로 제어하는 방법을 설명하고 있으나, 안경 렌즈를 제작하기 위한 몰드의 단면 형상은 다양하므로 캐비티의 용적과 캐비티 내부 형상도 다르고, 모노머의 종류에 따라서 점도(점성)도 다르므로 모노머의 주입시 유면 변화 형상도 달라지게 된다.
따라서, 몰드와 모노머의 종류에 따라 각기 다른 유면 형상의 변화에 대한 특성을 파악하고, 이를 콘트롤러에 몰드의 종류와 모노머의 종류에 따라 각기 다른 유면 변화 형상에 대한 영상과 감지 영역(A1,A2,A3,An,A4)을 다르게 세팅할 필요가 있다.
[
제조예
]
2,5-비스(이소시아나토메틸)-비시클로[2.2.1]헵탄과 2,6-비스(이소시아나토메틸)-비시클로[2.2.1]헵탄의 혼합물 50.6중량부, 경화촉매로서 디부틸주석디클로라이드 0.035중량부, 인산에스테르 (Stepan사제 상품명 젤렉UN™) 0.10 중량부를 혼합 용해시킨 후, 4-머캅토메틸-1,8-디머캅토-3,6-디티아옥탄 23.9중량부, 펜타에리트리톨테트라키스(3-머캅토프로피오네이트) 25.5 중량부를 혼합 용해하여 균일용액을 만들었다. 이 혼합 균일용액을 1.0torr에서 1시간 탈포한 후 몰드에 주입할 모노머로 사용하였다.
본 발명의 자동주입기를 이용하여 아래 표 1에서 표 3과 같은 주입량으로 모노머를 몰드에 주입하여 경화시켰으며, 1.60 티오우레탄계 렌즈(Ne=1.597)를 생산하였다. 몰드의 캐비티 내 체적은 굴절률에 따라 변화될 수 있는데, 표 1에서 표 3은 1.60 티오우레탄계 렌즈(Ne=1.597)의 생산 시 몰드 직경, 렌즈 두께, 돗수에 따른 모노머의 주입량을 나타낸 것이다. 표 1은 -렌즈(CYL(-))의 제조예, 표 2는 +렌즈(CYL(+))의 제조예, 표 3은 세미렌즈의 제조예이다.
| SEMI 모노머 주입량(g) | ||
| Nominal | 주입량(g) | 몰드 m/m |
| 0.50 | 83 | 75 |
| 1.50 | 75 | |
| 2.25 | 68 | |
| 3.50 | 60 | 80 |
| 5.00 | 52 | |
| 6.75 | 49 | |
| 8.50 | 46 | 75 |
| 10.25 | 47 | |
| 11.50 | 43 | 70 |
| 12.50 | 47 | |
[부호의 설명]
L : 가상 윤곽
M : 몰드
N : 노즐
A1,A2,A3,An,A4 : 감지 영역
S : 모노머 용액
T : 점착 테이프
Claims (9)
- 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 모노머 주입기로 모노머 용액을 주입하는 방법으로,(a) 상기 몰드의 윤곽과 상기 캐비티 내에 주입되는 모노머 용액의 유면 변화를 비전인식시스템으로 촬영하는 단계와;(b) 콘트롤러가 상기 비전인식시스템으로 촬영된 모노머 용액의 유면 변화에 따라 모노머 주입기의 주입유량 또는 주입속도를 단계별로 조절하면서 모노머 용액이 캐비티 내부에 충만되도록 주입하는 단계를 포함하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 콘트롤러는 미리 설정된 영역에서 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면을 음영의 변화로 감지하여 주입유량 또는 주입속도를 조절하거나 주입을 종료하는 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 음영의 변화는 화소수의 변화로 감지하는 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 모노머 용액의 유면감지는 음영의 진행방향을 검출하여 노이즈에 의한 오검출을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면을 촬영하되, 적어도 주입속도를 조절하기 위한 A 영역과 주입을 종료하기 위한 B 영역을 설정하고,콘트롤러는 상기 A 영역에서 유면이 감지되면 주입유량 또는 주입속도를 조절하고, B 영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료하는 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면을 촬영하되, 몰드가 주입위치에 세팅된 상태를 감지하기 위하여 상기 몰드 윤곽 일부에 위치하는 제1영역과, 상기 제1영역에서 소정 거리 이격되어 몰드 내측에 위치한 제2영역과, 상기 몰드 내측에서 상기 제2영역보다 상부에 위치한 제3영역 및 상기 몰드 외측에 위치한 제4영역을 설정하고,콘트롤러는 상기 제1영역에서 몰드의 윤곽이 감지되면 설정된 제1주입유량 또는 제1주입속도로 모노머 용액을 몰드 내부에 주입하고, 상기 제2영역에서 유면이 감지되면 제2주입유량 또는 제2주입속도로 주입하고, 제3영역에서 유면이 감지되면 제3주입유량 또는 제3주입속도로 주입하며, 제4영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료하는 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,상기 모노머의 점도가 10~150 CPS인 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 모노머의 주입속도는 -렌즈(CYL(-)) 혹은 세미렌즈용 몰드의 경우, 상기 캐비티 내의 체적이 20cc 이하에서는 주입속도 10㎖~450㎖/min, 20.1cc~40.0cc 사이에서는 주입속도 20㎖~700㎖/min, 40.1cc~60.0cc 이하에서는 주입속도 40㎖~900㎖/min, 60.1cc~80.0cc 이하에서는 주입속도 60㎖~1200㎖/min, 80.1cc~100.0cc 이하에서는 주입속도 80㎖~1500㎖/min 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 모노머의 주입속도는 +렌즈(CYL(+))용 몰드의 경우, 상기 캐비티 내의 체적이 12cc 이하에서는 주입속도 8㎖~190㎖/min, 12.1cc~20.0cc 사이에서는 주입속도 12㎖~340㎖/min, 20.1cc~30.0cc 이하에서는 주입속도 20㎖~390㎖/min 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
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