JP2596975B2 - 眼鏡レンズ枠形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、眼鏡レンズ枠の形状を三次元測定するため
の眼鏡レンズ枠形状測定装置に関する。

〔従来の技術〕

眼鏡フレームのレンズ枠の輪郭は、レンズを枠入れす
るために、ほぼ円形、四角形、楕円形等の形をしてい
る。また、眼鏡装着状態でレンズ枠を上または下から見
ると、人間の顔の状に合わせてカーブ上に左右のレンズ
の枠は配置されている。従って、眼鏡レンズ枠の形状情
報を正確に得るためにはフレームを正面から見た二次元
形状測定に加えて、上または下から見たレンズ枠のカー
ブ形状と、左右のレンズ枠がカーブ上のどような位置に
配置されているかを知る必要がある。これを実現するた
めに三次元での測定装置が開発されている（特開昭62−
169008号公報および特開昭62−169009号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記三次元測定装置は、レンズ枠の測
定子の半径方向変位ｒと測定子の高さ方向変位ｚをレン
ズ枠外の一点を中心とした回転の角度としてとらえるの
で、実際の変位に対して角度の変位は小さく、精度良く
測定することはむずかしい。また、角度変化はロータリ
ーエンコーダを使用して検出しているが、ロータリーエ
ンコーダの測定範囲（１回転）に対してその一部しか利
用できないため、分解能を上げるにはロータリーエンコ
ーダが大型化してしまう。

本発明は、上記従来技術の欠点を除去するためになさ
れたのであり、その目的は、眼鏡レンズ枠形状を高精度
で三次元測定できる眼鏡レンズ枠の形状測定装置を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は本発明に従い、垂直に延びる軸線を有して
いるスリーブの中ですべり軸受けによって上下方向に移
動自在にかつ回転自在に軸承されている、測定子として
のスタイラスの円板状の頭部を、眼鏡フレーム内周に沿
って移動させるために、スタイラスを水平方向に移動さ
せる手段、上下方向に移動させる手段およびレンズ枠内
の任意の点を中心に回転させる手段を備え、更に、スタ
イラスまたはスタイラスを保持する部材の水平方向変位
を測定するための第１の測定手段と、スタイラスまたは
スタイラスを保持する部材の上下方向変位を測定するた
めの第２測定手段と、前記任意の点を基準とした、スタ
イラスまたはスタイラスを保持する部材の回転角度を測
定するための第３の測定手段と、測定後モータを停止さ
せ、かつ、原点位置を検出するモータ回転リミット手段
と、を備えていることによって達成される。

〔実施例〕

次に、図に示した本発明の実施例を詳細に説明する。

本実施例による眼鏡レンズ枠形状測定装置は、眼鏡フ
レームを保持し、眼鏡フレームのレンズ枠Ｖ字形の内周
溝に沿って円板状の頭部を持ったスタイラスを転動させ
ながら移動させ、このスタイラスの運動を三次元で測定
するものであり、第１図に、この測定の座標系を示す。
第１図において、Ｏレンズ枠Fr中の任意の点、Ｐはレン
ズ枠Frの内溝上の点、ｒはＯからＰまでの水平距離、ｚ
はＯからＰまでの垂直距離、θはＯを中心に水平面上を
回転した角度であり、このr,z,θを測定し、演算するこ
とによるレンズ枠Frの形状を測定する。

第２図と第３図には、眼鏡フレーム保持手段を省略し
た眼鏡レンズ枠形状測定装置の全体が示してある。第２
図は本装置の斜視図、第３図は第２図の本装置をIII方
向に見た図である。

本装置は、図示していない眼鏡フレーム保持手段によ
って所定位置に動かないように保持された眼鏡フレーム
Ｆのレンズ枠Frを測定する測定部１を備えている。この
測定部１はＵ字状の回転台２を備え、この回転台２はそ
の下端面に取付けられたタイミングプーリ３、タイミン
グベルト４およびタイミングプーリ５を介してモータ６
によってΘ方向に回転駆動される。この回転の角度は、
回転台２に取付けられた前記タイミングプーリ３に、タ
イミングベルト７とタイミングプーリ８を介して接続さ
れたロータリエンコーダ９によって検出される。前記モ
ータ６とロータリーエンコーダ９は、本測定装置の基板
10（第２図では、測定装置の他の部品を見易くするため
一部だけしか示していない）に固定され、そして前記タ
イミングプーリ３および回転台２は図示していない軸受
によって基板10に回転可能に軸承されている。

前記測定部１の回転台２は２枚の側板11,12と、この
両側板を連結す長方形の中央板13とからなっている。側
板11と12の間には、２本のスライドガイドシャフト14,1
5が平行に固定されている。このスライドガイドシャフ
ト14,15に沿って水平なスライド板16がＲ方向に滑動可
能に案内されている。この案内のために、スライド板16
はその下面に、回転自在の３個のスライドガイドローラ
17,18,19を備えている。この場合、一方のスライドガイ
ドシャフト14に２個のスライドガイドローラ17,18が接
触し、他方のスライドガイドシャフト15に１個のスライ
ドガイドローラ19が接触し、これらのローラ17,18,19は
スライドガイドシャフト14,15を両側から挟むようにし
てそれぞれスライドガイドシャフトに沿って転動する。

スライド板16には、そのスライド方向Ｒに定荷重ばね
（コンストンスプリング）20が作用し、一方の側板12の
方へ引っ張られている。このばね20はブッシング21に巻
き取られ、軸22とブラケット23を介して側板12に固定さ
れている。定荷重ばね20の他端はスライド板16に取付け
られている。ばね20は、後述のスタイラスをレンズ枠Fr
の内周溝に押しつける作用がある。

スライド板16のＲ方向の移動量ｒは、変位計測スケー
ルとしての反射型のリニアエンコーダ24で測定される。
このリニアエンコーダ24は、回転台２の側板11と12の間
に延設されたスケール25と、スライド板16に固定されか
つスケール25に沿って移動する検出器26と、アンプ27
と、このアンプ27と検出器26を接続するフレキシブルケ
ーブル28とからなっている。この反射型のリニアエンコ
ーダの特徴は、回折現象を利用したもので、スケールピ
ッチの使用限界値を拡張する効果を有し、微細スケール
にも有効である。従って、測定子の機械的作動と対応さ
せ、特に長さの測定において、小型で、高精度で、高分
解能を追求して得られたものである。アンプ27は前記側
板12に固定されたブラケット29に取付けられている。

スライド板16の移動によって、検出器26はスケール25
の面と一定の距離を保ちながら移動する。この移動に対
応して、検出器26はパルス信号をフレキシブルケーブル
28で接続されたアンプ27へ出力する。アンプ27ではこの
信号を増幅して後述のカウンタへ送る。

前記スライド板16には、測定子としてのスタイラス30
が保持されている。このスタイラス30はスライド板16に
固定されたスリーブ31の中ですべり軸受によって上下方
向（Ｚ方向）に移動自在にかつ回転自在に軸承されてい
る。スライラス30は円板状の頭部32を持ち、この頭部が
前記定荷重ばね20の作用によりレンズ枠Frの内周溝に接
触し、回転台２の回転によりレンズ枠の内周溝に沿って
転動する。

その際、スタイラス30はレンズ枠Frの形状に対応して
半径方向に移動する。この半径方向の移動量、すなわち
Ｒ方向の移動量ｒは、前述のようにスリーブ31とスライ
ド板16を介してリニアエンコーダ24で測定される。

また、スタイラス30はレンズ枠Frのカーブに対応して
Ｚ方向に移動する。このＺ方向の移動量を検出するのが
変位計測スケールとして形成されたＺ軸測定器33であ
る。このＺ軸測定器33は第４図と第５図に詳細に示すよ
うに、電荷結合素子（CCD）ラインイメージセンサ34
と、光源である発光ダイオード（LED）35で構成され、
スライド板16に取付けられている。

CCDラインイメージセンサ34とLED35は向かい合って配
置されている。スタイラス30が両者の間をレンズ枠Frの
カーブに応じて上下するので、スタイラス30によって遮
られてCCDラインイメージセンサ34上にできるスタイラ
ス30の影と明るい部分との境も上下に移動する。よっ
て、CCDラインイメージセンサ34の測定面の端からこの
境までの距離を検出することで、スタイラス30のＺ方向
の変位ｚを測定することができる。CCDラインイメージ
センサ34は測定面上の各点の明るさを電圧に交換し、外
部から与えられるスタートパルスによりCCDラインイメ
ージセンサ34の測定面の端から順に、外部からのクロッ
クに同期して、この明るさに対応した電圧を出力するの
で、この電圧を任意のレベルでコンパレータ二値化し
て、スタートパルスから二値化信号が０から１へ変化す
る点、つまり影の境の点までのクロック数をカウントす
ることでスタイラスの上下移動量を測定する（第６図参
照）。

更に本装置は、第３図と第７図に示すように、測定後
モータ６を停止するためのモータ回転リミット機構36を
備えている。通常、左右レンズ枠の測定を前提とするの
で、一方のレンズ枠の測定後は、次にモータ６を逆回転
させ、他方のレンズ枠を測定する。この機構は、タイミ
ングプーリ３の側面に固定された回転リミット用Ｌ金具
37と、このＬ金具によって操作される垂直な遮蔽ロッド
38と、この遮蔽ロッドと一体形成された遮蔽板39と、こ
の遮蔽板と遮蔽ロッドを両側から引張って可動に支持し
ているばね40a,40bと、遮蔽板39と協働するフォトイン
タラプタ41a,41bとからなっている。両ばね40a,40bの他
端は基板10に取付けられている。フォトインタラプタ41
a,41bも同様に基板10に取付けられ、そして回転台２の
正転、逆転に対応して２個設けられている。回転リミッ
ト用Ｌ金具37が遮蔽ロッド38を押し、遮蔽板39がフォト
インタラプタ41a,41b内を遮蔽板39が通過して光を遮る
ことによって得られる信号が、制御回路に入力され、モ
ータ６が停止する。フォトインタラプタ41a,41bが２つ
設置されている理由は、機械が作動中、突然電源が切ら
れたり、何らかの理由で作動が停止した場合、次に復帰
させ継続して再度測定しようとする場合、回転台２を同
一方向に２回転以上させないためである。即ち、回転台
２の下部には、本実施例の図面では説明上複雑になるの
で省略しているが、センサーからの信号ケーブルがあ
り、その信号ケーブルのねじれの発生を防ぎ、モータの
正逆の制御を正確にさせること等のためである。

従って、いかなる位置で停止しても、次に電源が入り
復帰しモータが回転していくと、どちらかのフォトイン
タラプタ41a,41bが遮蔽されることにより原点位置が検
出され、そのフォトインタラプタ41a,41bの位置によ
り、モータ６の正逆を制御して、同一方向へ２回以上回
転させないように制御するものである。

次に、上記構造の眼鏡レンズ枠形状測定装置の作動に
ついて説明する。

眼鏡フレームＦを図示していない眼鏡フレーム保持手
段に固定保持し、スタイラス30の頭部32をレンズ枠Frの
Ｖ字形の内周溝に接触させる。図示していない測定開始
スイッチをオンにすると、制御回路42（第８図参照）の
マイクロコンピュータの指示によりモータ６が回転し、
タイミングベルト４で連結された回転台２が回転し、ス
タイラス30はレンズ枠Frの内周溝に接触しながら転動す
る。測定部１の回転は、タイミングベルト７で連結され
たロータリーエンコーダ９を回転し、回転角（θ）とし
て検出される。スタイラス30の半径方向の移動量は、リ
ニアエンコーダ24によってスライド板16のＲ方向の移動
量（ｒ）として検出され、上下方向の移動量はCCDライ
ンイメーズセンサ34によってスタイラス30のＺ方向の移
動量（ｚ）として検出される。その際、マイクロコンピ
ュータはロータリーエンコーダ９の原点信号を入力する
と、ロータリーエンコーダ９の角度信号に対応して、ｒ
軸データであるリニアエンコーダ24のカウンタ値と、ｚ
軸データである、CCDラインイメーズセンサ34のカウン
タ値を順番にメモリに記憶する。これらのデータ（θ、
ｒ、ｚ）は、図示していない演算回路に入力され、レン
ズ枠Frの三次元形状が求められる。そして、回転台２が
一回転し、再びロータリエンコーダ９の原点信号を入力
するとデータの記憶を中止し、回転リミット用Ｌ金具37
が遮蔽ロッド38を押し、遮蔽板39がフォトインタラプタ
41aまたは41bの光を遮る。それによって得られる信号を
制御回路42に入力することで、モータ６を停止する。ま
た、タイミングプーリ３が時計方向に回転するとき、回
転リミット金具37もタイミングプーリ３と一体的に時計
方向に回転するので、遮蔽ロッド38に対する押圧力が解
除され、遮蔽ロッド38及び遮蔽板39は、フォトインタラ
プタ41aとフォトインタラプタ41bとの間の位置に戻る。

さらに、このタイミングプーリ３が回転していくと、
回転リミット金具は、時計回りの回転方向から遮蔽ロッ
ド38を押圧していき、遮蔽板39が今度はフォトインタラ
プタ41aを通過して光を遮ることによってモータ６を停
止させる。

また、図示していない眼鏡フレーム保持手段は眼鏡フ
レームＦを保持したまま、他方のレンズ枠Frを測定する
ためにスライドが可能であり、スタイラス30を他方のレ
ンズ枠Fr内に移動し、他方のレンズ枠の測定を行うこと
ができる。眼鏡フレーム保持手段のスライド量は予め一
定値に設定してあるので、この設定値と両方のレンズ枠
Frの測定データから両レンズ枠の相対的な位置関係（例
えば、フレーム瞳孔間距離）を知ることができる。ここ
で測定したデータまたは演算データはインターフェイス
43（第８図参照）を介して他のコンピュータへ出力され
る。

本発明は上記実施例に限定されるものではない。例え
ば、リニアエンコーダ24とＺ軸測定器33の代わりに、他
の変位計測用スケール（例えば光学式変位計測用スケー
ル等）を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によるれば、測定子としてのスタイ
ラスが、垂直に延びる軸線を有しているスリーブの中で
すべり軸受けによって上下方向に移動自在かつ回転自在
に軸承されているという構成を採用することにより、測
定子のヘッドの重さを軽くし、測定子の応答性を改良す
るとともに、測定精度を向上させるという効果を奏す
る。

また本発明では、測定後モータを停止させ、かつ、原
点位置を検出するモータ回転リミット手段を設けること
により、回転運動の回転位置情報を容易に把握できると
ともに、機械が作動中、突然電源が切られたり、何らか
の理由で作動が停止した場合、次に復帰させて再度測定
しようとする場合、回転台の同一方向の２回転以上の動
きを防ぐことができるので、センサーからの信号ケーブ
ル等のねじの発生を防ぐという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による眼鏡レンズ枠形状測定装
置の測定原理を示す図、第２図は本装置の斜視図、第３
図は本装置を第２図のIII方向に見た図、第４図はＺ軸
測定器の斜視図、第５図はＺ軸測定器の縦断面図、第６
図はＺ軸測定器のCCDラインイメージセンサの信号処理
方法を示す図、第７図はモータを停止するためのモータ
回転リミット機構を示す斜視図、第８図は眼鏡レンズ枠
形状測定装置の検出回路図である。 １……測定部、２……回転台、3,5,8……タイミングプ
ーリ、4,7……タイミングベルト、６……モータ、９…
…ロータリエンコーダ、10……基板、11,12……側板、1
3……中央部、14,15……スライドガイドシャフト、16…
…スライド板、17,18,19……スライドガイドローラ、20
……定荷重ばね、21……ブッシング、22……軸、23……
ブラケット、24……リニアエンコーダ、25……スケー
ル、26……検出器、27……アンプ、28……フレキシブル
ケーブル、29……ブラケット、30……スタイラス、31…
…スリーブ、32……頭部、33……Ｚ軸測定器、34……CC
Dラインイメージセンサ、35……LED、36……モータ回転
リミット機構、37……回転リミット用Ｌ金具、38……遮
蔽ロッド、39……遮蔽板、40a,40b……ばね、41a,41b…
…フォトインタラプタ、42……制御回路、43……インタ
フェース、Ｆ……眼鏡フレーム、Fr……レンズ枠、Ｏ…
…任意の点、Ｐ……レンズ枠上の点、Ｒ……スライド板
の移動方向、ｒ……ＯとＰの間の水平距離、Ｚ……スタ
イラスの上下移動方向、ｚ……ＯとＰの間の垂直距離、
Θ……回転台の回転方向、θ……Ｏを基準としたＰの回
転角度、

フロントページの続き (72)発明者 小関 武男 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホ ーヤ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−267732（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−209313（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直に延びる軸線を有しているスリーブの
   中ですべり軸受けによって上下方向に移動自在にかつ回
   転自在に軸承されている、測定子としてのスタイラスの
   円板状の頭部を、眼鏡フレームの内周に沿って移動させ
   るために、スタイラスを水平方向に移動させる手段、上
   下方向に移動させる手段、およびレンズ枠内の任意の点
   を中心に回転させる手段を備え、 更に、スタイラスまたはスタイラスを保持する部材の水
   平方向変位を測定するための第１の測定手段と、 スタイラスまたはスタイラスを保持する部材の上下方向
   変位を測定するための第２の測定手段と、 前記の任意の点を基準とした、スタイラスまたはスタイ
   ラスを保持する部材の回転角度を測定するための第３の
   測定手段と、 測定後モータを停止させ、かつ、原点位置を検出するモ
   ータ回転リミット手段と、 を備えていることを特徴とする眼鏡レンズ枠形状測定装
   置。