KR101490494B1 - 안경 렌즈 가공 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안경 렌즈 가공 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 안경 렌즈의 임의 방사 방향을 따라 렌즈 표면의 적어도 3점에서 두께 방향의 변위가 측정되고, 상기 안경 렌즈의 원주 방향을 따라 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위가 측정되고, 상기 측정된 두께 방향의 변위를 이용하여 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위가 계산되고 이를 기초로 상기 안경 렌즈가 가공될 수 있다. 상기 임의 방사 방향의 적어도 3점에서 측정된 두께 방향의 변위를 기초로 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표가 상기 적어도 3점과의 상대 값으로 계산되고, 상기 계산된 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 원주 방향을 따라 측정한 복수의 점에서의 두께 방향의 변위를 이용하여 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경이 계산될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 기초로 해당 원주 각도의 렌즈 표면에 있는 점에 대한 두께 방향의 변위가 계산될 수 있다. 따라서, 가공할 렌즈 표면의 위치를 간단하고 빠르게 측정할 수 있게 된다.

Description

안경 렌즈 가공 방법 및 장치 {Method and apparatus for processing eyeglass lens}

본 발명은 안경 렌즈 가공 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안경 테에 맞춰 가공된 렌즈의 테두리를 매끄럽게 면치기 가공할 수 있도록 렌즈 표면을 빠르고 정확하게 측정하는 방법에 관한 것이다.

안경 렌즈 가공 장치는, 안경 테의 형태 또는 가공하고자 하는 렌즈의 형상을 측정하고 이를 데이터화한 다음 상기 데이터에 따라 렌즈를 고정하고 있는 축의 위치를 제어하면서 렌즈를 연마하여 원하는 형상으로 렌즈를 가공한다. 이와 같이 안경 렌즈 가공 장치는, 렌즈 형태 자체를 가공할 뿐 만 아니라(초벌 가공), 렌즈 가장자리에 렌즈 고정용 와이어를 걸기 위한 렌즈 고정용 홈을 형성하거나 (홈파기 가공), 안경 테의 홈에 맞도록 렌즈 가장자리에 세모 모양의 산각을 형성하거나(산각 가공), 렌즈 가장자리의 날카로운 경사 부분을 부드럽게 가공하는(면치기 가공) 기능을 갖는다.

이와 같이 안경 렌즈를 가공하는 과정은 크게 초벌 가공, 마무리 가공, 광택 가공, 홈 파기 가공, 면치기 가공, 구멍 뚫기 가공 등으로 나눌 수 있고, 이중 마무리 가공 및 광택 가공은 경사가 없이 수평각을 유지하는 연마 휠 또는 경사가 있는 경사각을 유지하는 연마 휠이 이용될 수 있다. 이중 경사각을 유지하는 연마 휠은 수평각을 유지하는 연마 휠보다 렌즈 가공 후의 결과물에 미적인 요소가 더 있다.

종래에는 면치기를 하는 연마 휠을 고정시키는 기구물을 단단히 고정하지 않고 약간의 움직일 수 있는 공간을 주어 면치기의 양을 기구적 유격에 의하여 조정을 하였다. 또는 면치기용 연마 휠을 고정하는 전체 기구물에 유격을 주어 면치기 양을 조절하는 방법을 사용하여 초벌 가공 이후 안경 렌즈 앞면과 뒷면에 남은 날카로운 면을 제거하여 안경을 착용하는 착용자의 안전을 고려한다.

또한 렌즈의 전면과 후면을 가공할 때 모터에서 발생하는 전류를 제어용 프로세서에서 받아 모터에 흐르는 전류량을 모터의 부하량으로 환산하여 가공하고자 하는 면치기 양을 조정하는 방법을 사용하였다.

이와 같은 종래 면치기를 위한 기술은 별도의 기구부가 존재하거나 전류를 정확히 검출해야 하는 제어 방식으로 인하여 가격이 상승할 뿐만 아니라 정확한 면치기 양을 조절하기가 어려운 단점이 있다.

특히, 사용중인 렌즈를 다른 안경 테에 사용하고자 렌즈의 크기를 줄여 다시 가공하고자 할 때, 줄이고자 하는 렌즈의 크기는 보통 1mm 이내이며, 이를 위해 렌즈의 필링 정보(렌즈의 크기 및 전후면의 위치 값 정보)를 얻는 과정에서 이미 면치기를 행한 위치가 필링을 위한 위치가 될 것이며 이를 통한 면치기 재가공은 보통 불가능하였다.

본 발명은 이러한 상황을 반영하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 안경 렌즈의 전후면을 원하는 정도로 고르고 정교하게 가공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 안경 렌즈를 정교하게 가공할 수 있도록 렌즈 표면의 위치를 간단하고 빠르게 측정하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 안경 렌즈 가공 방법은, 안경 렌즈의 임의 방사 방향을 따라 렌즈 표면의 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계; 상기 안경 렌즈의 원주 방향을 따라 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 두께 방향의 변위를 기초로 상기 안경 렌즈를 가공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 가공하는 단계는, 상기 측정된 두께 방향의 변위를 이용하여 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산하고 이를 기초로 상기 안경 렌즈와 공구의 상대 위치를 제어하여 상기 안경 렌즈를 가공할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 표면의 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 상기 임의 방사 방향의 곡률 반경을 계산하거나 또는 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표를 상기 3점과의 상대 값으로 계산하고, 렌즈 표면 점의 좌표는 상기 중심점을 지나는 단면에서 해당 점의 렌즈 두께 방향의 변위와 상기 중심점에서 해당 점까지 방사 방향으로 변위로 표현될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 상기 계산된 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 원주 방향을 따라 측정한 복수의 점에서의 두께 방향의 변위를 이용하여 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 계산할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 소정 개수의 원주 각도에 대한 곡률 반경이 메모리에 저장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표, 최대 곡률 반경을 갖는 제1 원주 각도와 상기 최대 곡률 반경 및 최소 곡률 반경을 갖는 제2 원주 각도와 상기 최소 곡률 반경이 메모리에 저장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가공하는 단계는, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 원주 각도에 대한 곡률 반경을 기초로 해당 원주 각도의 렌즈 표면에 있는 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 원주 방향으로 180도의 범위 내의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 두께 방향의 변위를 측정하는 복수의 점은 가공할 블랭크 렌즈의 크기와 안경 테의 형상에 따라 그 위치가 달라질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 두께 방향의 변위를 측정하는 복수의 점은 상기 안경 테의 형상에 대응되고 산각 가공 또는 홈파기 가공이 적용될 렌즈 표면의 복수의 위치가 선택될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 안경 테의 형상에 대응하는 초벌 가공 이후 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 안경 테의 형상에 대응하는 초벌 가공을 수행하기 전에 블랭크 렌즈에 대해서 수행하거나 또는 상기 초벌 가공 이후 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 상기 블랭크 렌즈의 가장자리에 가까운 점을 포함하여 상기 적어도 3점 사이 간격을 넓게 하여 두께 방향의 변위를 측정할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 안경 렌즈 가공 장치는, 안경 렌즈를 안경 테의 형상에 따라 렌즈의 가장자리를 가공하기 위한 가공부; 안경 렌즈를 고정하고, 안경 렌즈를 회전시키고, 상기 가공부와의 상대 거리를 조절하기 위하여 안경 렌즈를 임의의 방사 방향으로 이송시키고, 안경 렌즈를 두께 방향으로 이송시키기 위한 렌즈 회전 이송부; 안경 렌즈 표면의 두께 방향의 변위를 측정하기 위한 필링부; 및 안경 렌즈의 임의 방사 방향을 따라 렌즈 표면의 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하고 상기 안경 렌즈의 원주 방향을 따라 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하도록 상기 필링부 및 렌즈 회전 이송부를 제어하고, 상기 측정된 두께 방향의 변위를 이용하여 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산하고, 이를 기초로 상기 안경 렌즈를 가공하도록 상기 가공부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 임의 방사 방향의 적어도 3점에서 측정된 두께 방향의 변위를 기초로 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표를 상기 적어도 3점과의 상대 값으로 계산하고, 상기 계산된 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 원주 방향을 따라 측정한 복수의 점에서의 두께 방향의 변위를 이용하여 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 계산할 수 있고, 렌즈 표면 점의 좌표는 상기 중심점을 지나는 단면에서 해당 점의 렌즈 두께 방향의 변위와 상기 중심점에서 해당 점까지 방사 방향으로 변위로 표현될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 소정 개수의 원주 각도에 대한 곡률 반경, 또는 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표, 최대 곡률 반경을 갖는 제1 원주 각도와 상기 최대 곡률 반경 및 최소 곡률 반경을 갖는 제2 원주 각도와 상기 최소 곡률 반경을 메모리에 저장할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산할 때, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 기초로 해당 원주 각도의 렌즈 표면에 있는 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 원주 방향으로 180도의 범위 내의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 안경 테의 형상에 대응되고 산각 가공 또는 홈파기 가공을 적용할 렌즈 표면의 복수의 점에 대해서 두께 방향의 변위를 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 안경 테의 형상에 대응하는 초벌 가공을 수행하기 전에 블랭크 렌즈에 대해서 상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하거나 또는 상기 초벌 가공 이후 상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정할 수 있다.

따라서, 가공하고자 하는 렌즈의 면치기 양을 정확히 계산하여 안경 테 둘레에 걸쳐 같은 양의 면치기를 유지하여 안경 착용자의 안전을 최대한 보장하며, 안경 렌즈를 안경 테에 맞추었을 때 빛에 의한 반사, 산란 등에 의해 안경 렌즈의 외관이 깨끗함을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 기구적으로 간단한 구조를 가지며 제어하는 전자 회로나 제어를 담당하는 프로세서의 연산 부하를 최소화하여 가격적인 측면에서 이점이 있다.

또한, 정확한 연산을 통하여 재가공을 위한 필링 정보가 없어도 면치기 재가공이 가능하도록 한다.

도 1은 수평각의 연마 휠을 이용하여 안경 렌즈에 대해 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 때 필링 위치 및 면치기 가공을 수행해야 하는 면치기 위치를 도시한 것이고,
도 2는 경사각을 갖는 연마 휠을 이용하여 안경 렌즈에 대해 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 때 필링 위치 및 면치기 가공을 수행해야 하는 면치기 위치를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명이 적용되는 렌즈 가공 장치의 분해도를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명이 적용되는 렌즈 가공 장치에 대한 기능 블록을 도시한 것이고,
도 5는 렌즈 표면의 위치를 측정하기 위한 필링 장치가 장착된 단면을 도시한 것이고,
도 6은 난시용 렌즈의 곡률 반경을 도시한 것이고,
도 7은 렌즈의 곡률 반경을 구하기 위하여 필링 장치를 이용하여 방사 방향으로 복수의 위치에서 렌즈 표면의 위치를 구하는 과정을 도시한 것이고,
도 8은 도 7의 과정으로 구한 렌즈 표면의 위치를 평면과 단면으로 표시한 것이고,
도 9는 필링 장치를 이용하여 안경 테 부근의 렌즈 표면의 위치를 측정하는 예를 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 렌즈 가공 방법에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

안경 테(rim(frame) of a pair of spectacles)의 모양에 맞추어 안경 렌즈(블랭크 렌즈)를 가공하기 위해서는 안경 테에 대응되는 렌즈 에지 위치, 즉 렌즈 전후면의 위치 값을 알아야 하고, 이를 근거로 공업용 다이아몬드가 도포된 연마 휠을 가공하고자 하는 위치에 정확히 가져가 렌즈를 절삭하고 다듬을 수 있다.

안경 렌즈는 전후면이 각각 굴곡을 가지고 있기 때문에 이 굴곡을 고려하여 안경 렌즈 전후면을 필링하여 면치기할 부분의 정확한 위치 정보를 얻어야 한다. 초벌 가공과 마무리 가공 이후의 안경 렌즈 가공에 있어서, 플라스틱 안경 테의 경우 산각 모양(경사를 이룬 각도의 모양)의 시작점의 위치를 정확히 알아야 하고 반 무테의 경우는 줄을 걸 수 있는 홈(groove)의 위치를 정확히 알아야 하는데, 이 두 위치는 면치기할 부분의 위치와 거의 유사하다.

즉, 산각 가공 또는 홈파기 가공을 적용할 위치를 얻기 위한 필링 과정에서 측정한 필링 위치는 면치기 가공에 그대로 이용될 수 있다. 하지만 가공된 렌즈의 사이즈를 줄여야 하는 경우는 산각 가공 또는 홈파기 가공을 위해 측정한 필링 위치와 면치기할 위치와는 렌즈를 줄이고자 하는 사이즈만큼 오차가 발생한다.

수평각을 유지하는 연마 휠을 사용하여 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 경우에는, 산각 가공 또는 홈파기 가공 위치와 면치기 가공 위치 사이 오차가 발생하지만 오차가 발생하는 방향이나 정도를 예측하기가 쉽고, 이에 따라 오차를 보상하는 방법 또한 쉬워진다.

도 1은 수평각의 연마 휠을 이용하여 안경 렌즈에 대해 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 때 필링 위치 및 면치기 가공을 수행해야 하는 면치기 위치를 도시한 것이다.

수평각을 유지하는 연마 휠을 초벌 가공 이후에 사용하는 경우, 간단하게 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 위치를 필링하여 필링 위치 정보를 얻고 이를 기준으로 소정 간격 조정된 위치를 찾아 해당 위치에서 면치기 가공을 수행할 수 있다.

도 2는 경사각을 갖는 연마 휠을 이용하여 안경 렌즈에 대해 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 때 필링 위치 및 면치기 가공을 수행해야 하는 면치기 위치를 도시한 것이다.

렌즈 표면의 위치를 측정하기 위한 필링 장치는 렌즈의 전면과 후면을 동시에 측정할 수 있도록 렌즈 양쪽에서 같은 높이에서 두 개의 팁이 렌즈 표면을 접촉하게 된다. 경사각을 갖는 연마 휠을 적용할 위치(Y 방향 높이) 또는 경사각을 갖는 연마 휠로 산각 가공 또는 홈파기 가공을 시작할 시작 위치를 측정하기 위하여 필링 동작을 수행하는데, 도 2에서는 경사각 휠을 이용한 산각 가공 또는 홈파기 가공을 렌즈의 후면에서 시작하기 때문에 가공을 시작할 위치에 대해서 필링 동작을 수행하고, 이를 근거로 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행한다.

하지만, 도 2에 도시한 것과 같이, 경사각을 갖는 연마 휠을 이용하여 필링 동작이 수행된 높이의 렌즈 내면에서부터 렌즈를 산각 가공 또는 홈파기 가공하면 가공된 면이 수평이 되지 않아 렌즈 전면과 렌즈 후면에서 면치기 가공을 수행할 위치가 서로 달라지게 된다.

산각 가공 또는 홈파기 가공이 렌즈 후면부터 시작되고 필링도 렌즈 후면을 기준으로 수행되고 렌즈 후면에서 산각 가공 또는 홈파기 가공을 적용할 위치도 필링을 수행한 위치에서 가깝기 때문에, 필링에 의해 얻어지는 렌즈 표면 위치를 기준으로 면치기할 위치를 소정 간격 조정하여 렌즈 후면에 대해서 면치기 가공을 할 수 있다. 하지만, 렌즈 전면에 대한 면치기에 대해서는 면치기 가공을 적용할 위치가 필링을 수행한 위치에서 높이 방향으로 많이 벗어나 있기 때문에 정확한 면치기를 위해서는 추가적인 필링 동작이 필요하다.

특히 렌즈가 두꺼운 경우 면치기 위치가 렌즈 전면과 후면에서 더욱 차이가 많이 나게 되어, 한쪽을 기준으로 수행된 필링 동작에서 얻어진 렌즈 표면 위치 정보를 이용할 수 없게 되고 추가로 반대 쪽을 기준으로 면치기를 위한 필링 동작을 더 수행할 필요가 있다.

또한, 대부분의 안경 렌즈가 커브를 갖고 있기 때문에, 렌즈 두께에 의해 산각 가공 또는 홈파기 가공을 위한 필링 위치와 면치기 가공을 하는 위치의 높이 차이가 발생할 뿐만 아니라, 높이 차이에 의해 렌즈 두께 방향(X 방향)으로도 차이가 발생하는데 커브의 곡률에 따라 두께 방향의 차이가 달라진다.

특히, 면치기 양(면치기를 작게 하거나 크게 하는 정도)을 크게 하기 위해서는 필링의 위치와 면치기 위치의 높이가 더욱 증가할 것이고, 이는 X 방향 거리 오차를 증가시키게 된다.

본 발명에서는, 산각 가공 또는 홈파기 가공 이후에 처리할 면치기 가공을 적용할 정확한 위치를 얻을 수 있도록, 산각 가공 또는 홈파기 가공을 위한 필링 동작을 수행하여 얻은 필링 정보 및 적어도 하나의 방사 방향에서 필링 동작을 수행하여 얻은 해당 방사 방향(소정의 원주 방향 각도)의 렌즈 곡률을 이용하여 면치기 가공을 수행할 외곽에서 렌즈 두께 방향의 위치를 계산하고 이를 기초로 면치기 가공을 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명이 적용되는 렌즈 가공 장치에 대한 분해도를 도시한 것이다.

안경 렌즈 가공 장치(100)는, 렌즈 가공 장치를 구성하는 각종 기계 요소를 안착시키기 위한 베이스 어셈블리(10), 전원 및 외부 장치와 연결되고 프로세서가 장착된 메인 보드 등을 포함하는 백플레인 어셈블리(20), 장치를 제어하기 위한 조작 패널과 현재 동작 상태를 표시하기 위한 디스플레이를 포함하고 렌즈가 가공되는 내부 공간을 개폐하기 위한 커버 어셈블리(30), 렌즈를 고정하고 고정된 렌즈를 회전, X/Y 방향 이동시키기 위한 캐리지 어셈블리(40), 초벌 가공, 마무리 가공, 광택 가공 등을 통해 블랭크 렌즈의 가장자리를 깎아 안경 테에 대응되는 형상으로 연마하기 위한 복수의 연마 휠(가공 숯돌)을 포함하고 이를 회전시키기 위한 연마 휠 어셈블리(50), 안경 테 형상으로 가공된 렌즈에 대해서 산각 가공, 홈파기 가공, 면치기 가공 등의 세부 가공을 수행하기 위한 연마 휠을 포함하는 홈파기 어셈블리(60), 렌즈의 표면 위치, 즉 렌즈 표면의 두께 방향으로의 변위를 측정하기 위한 필러 어셈블리(70) 등을 포함하여 구성될 수 있고, 추가로 연마 휠에 의해 렌즈가 가공될 때 발생하는 열과 먼지를 줄일 수 있도록 세척수를 공급하기 위한 모듈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 홈파기 어셈블리(60)는 구멍 뚫기 가공을 위한 드릴을 더 포함할 수도 있다. 상기 연마 휠 어셈블리(50)와 홈파기 어셈블리(60)는 안경 렌즈를 가공하는 가공 어셈블리 또는 가공 부재 등으로 통칭할 수 있다.

도 4는 본 발명이 적용되는 렌즈 가공 장치에 대한 기능 블록을 도시한 것이다.

상기 커버 어셈블리(30)는, 운용자가 가공 장치(100)의 동작을 조작하기 위한 조작 단추나 스위치, 조작 패널 등을 포함하는 조작부(31) 및 가공 장치(100)의 동작 상태를 운용자에게 표시하기 위한 표시부(32)를 포함하여 구성될 수 있고, 가공할 렌즈를 내부 공간에 넣거나 가공된 렌즈를 꺼낼 수 있도록 도어를 자동으로 개폐하기 위한 도어 구동부(미도시)도 더 포함할 수 있다.

상기 캐리지 어셈블리(40)는, 렌즈를 고정하기 위한 한 쌍의 렌즈 고정 샤프트를 회전시키기 위한 렌즈 회전부(41), 캐리지를 좌우 방향(X 방향 또는 렌즈 두께 방향)으로 이동시키기 위한 X축 이송부(42), 캐리지를 상하 방향(Y 방향)으로 이동시키기 위한 Y축 이송부(43)를 포함하여 구성될 수 있는데, 여기서 캐리지는 렌즈 고정 샤프트를 지지하면서 상기 렌즈 고정 샤프트의 위치를 변동시키기 위한 부재를 가리킨다. 상기 렌즈 회전부(41)는 회전하고 있는 렌즈의 회전 위치 또는 각도를 측정하기 위한 엔코더를 포함할 수 있고, 상기 X축 이송부(42)와 Y축 이송부(43)도 해당 방향의 이송 거리를 측정하기 위한 엔코더를 포함할 수 있다.

여기서 회전부, 구동부, 이송부는 회전이나 이동에 필요한 힘을 제공하는 모터와 해당 모터를 구동하기 위한 구동 칩을 포함한 개념이다.

상기 연마 휠 어셈블리(50)는, 복수의 연마 휠을 회전시키기 위한 연마 휠 회전부(51) 및 렌즈를 가공하면서 연마 휠에 가해지는 부하를 측정하기 위한 휠 센서(52)를 포함할 수 있다.

복수의 연마 휠은, 플라스틱용 초벌 가공 숫돌, 베벨(bevel) 마무리 가공 홈과 수평각 마무리 가공 면을 갖는 마무리 가공 숫돌, 베벨 광택 가공 홈과 수평각 광택 가공 면을 갖는 광택 가공 숫돌, 유리용 가공 숫돌 등을 포함할 수 있다.

상기 홈파기 어셈블리(60)는, 홈파기 가공, 산각 가공, 면치기 가공에 사용되는 숫돌을 회전시키기 위한 홈파기 휠 회전부(61) 및 홈파기 휠을 연마 위치로 이동시키기 위한 홈파기 유니트 구동부(62)를 포함할 수 있다.

상기 필러 어셈블리(70)는, 상기 캐리지 어셈블리(40)의 위쪽에 위치하고, 한 쌍의 감지 팁을 렌즈의 전면과 후면에 접촉한 상태로 유지하거나 렌즈에 접촉된 감지 팁을 렌즈로부터 분리하기 위한 필러 이송부(71) 및 상기 감지 팁의 이동 변위를 측정하기 위한 필러 이송 엔코더(72)를 포함할 수 있다.

제어부(80)는, 조작부(31)를 통해 설정된 가공 조건(재질이나 경도 등의 렌즈 특성, 가공 방법)에 따르고 센서나 엔코더로부터 현재 가공 상태에 대한 신호를 피드백 받아 이를 기초로 구동부, 회전부, 이송부 등을 제어하면서 렌즈를 입력되는 안경 프레임 형상에 맞게 가공한다.

즉, 상기 제어부(80)는, 외부 프레임 형상 입력부(200)로부터 입력되는 안경 프레임 형상 데이터를 확인하고 조작부(31)를 통해 운용자가 설정한 가공 조건을 확인하고 이를 기초로 초벌 가공이나 마무리 가공 등을 위한 프레임 형상 데이터를 작성할 수 있다. 또한 상기 제어부(80)는, 상기 프레임 형상 데이터에 따라 상기 필러 어셈블리(70)가 측정한 렌즈 표면의 위치 정보에 따라 홈파기 가공이나 면치기 가공을 위한 데이터를 연산할 수 있다.

또한, 상기 제어부(80)는, 렌즈를 가공하는 동안에는 센서나 엔코더로부터 입력되는 데이터를 확인하고 이를 기초로 상기 캐리지 어셈블리(40)의 회전부(41)나 이송부(42, 43)를 제어하여 렌즈의 위치를 제어하는데, 상기 렌즈 회전부(41)의 엔코더가 검출하는 회전 각도에 대응되는 가공 데이터에 따라 상기 X축과 Y축 이송부(42, 43)를 제어하여 렌즈와 공구(연마 휠, 홈파기 휠 등)의 상대 위치를 조절하면서 가공을 수행한다.

또한, 상기 제어부(80)는, 상기 조작부(31)를 통한 운용자의 명령에 대한 응답이나 가공 내용에 관한 정보를 상기 표시부(32)에 출력한다. 상기 메모리(81)는, 입력되는 프레임 형상 데이터, 측정되는 렌즈 표면 위치 정보, 동작 조건이나 동작 모드, 상기 제어부(80)에 의해 연산된 가공 데이터, 진행되는 가공 상태 등을 저장한다.

상기 렌즈 가동 장치(100)의 동작을 간단하게 살펴본다. 상기 제어부(80)는, 운용자가 한 쌍의 렌즈 고정 샤프트 사이에 렌즈를 고정하면, 상기 렌즈 회전부(41)를 통해 렌즈의 연마할 부분이 상기 캐리지 어셈블리(40)의 연마 휠을 향하도록 렌즈를 회전시키고, 상기 X축 이송부(42)와 Y축 이송부(43)를 제어하여 상기 캐리지를 상하 및 좌우 방향으로 이동시켜 렌즈 고정 샤프트에 고정된 렌즈와 연마 휠이 서로 맞닿도록 하고, 상기 연마 휠 회전부(51)를 제어하여 연마 휠을 고속으로 회전시켜 렌즈를 가공한다. 이와 같이 연마 휠을 이용하여 렌즈의 전체 형상을 가공한 후(초벌 가공), 다시 상기 X축 이송부(42)와 Y축 이송부(43)를 제어하여 렌즈를 홈파기 어셈블리(60)로 이동시켜 렌즈 가장자리에 대하여 홈파기 가공, 산각 가공, 면치기 가공 등을 수행할 수 있다.

렌즈 가장자리에 홈파기, 면치기, 산각 가공 등을 정밀하게 수행하기 위해서, 상기 제어부(80)는, 상기 필러 어셈블리(70)를 제어하여 렌즈 전면과 후면 중 적어도 하나의 두께 방향의 표면 위치 또는 곡률을 정확히 측정하고, 측정된 표면 위치 또는 곡률 데이터에 따라 상기 렌즈 회전부(41), X축 이송부(42) 및 Y축 이송부(43)를 통해 렌즈의 이동 궤적을 제어해야 한다.

도 5는 렌즈 표면의 위치를 측정하기 위한 필링 장치가 장착된 단면을 도시한 것이다.

렌즈는 동축을 유지하는 한 쌍의 클램프(46)를 통해 렌즈 회전 샤프트(45)에 고정되고 상기 렌즈 회전 샤프트(45)의 다른 쪽에 연결된 상기 렌즈 회전부(41)에 의해 회전하게 되고 상기 X축 이송부(42)와 Y축 이송부(43)에 의해 X 방향과 Y 방향으로 이송될 수 있다. 상기 Y축 이송부(43)는 상기 렌즈 회전 샤프트(45)와 상기 연마 휠 어셈블리(50)의 회전 축 사이 거리를 변화시킨다.

렌즈 전면과 후면에 각각 접촉되는 한 쌍의 감지 팁(76)은 필러 암(75)의 한쪽에 의해 지지되고, 필러 암(75)의 다른 쪽은 상기 필러 이송부(71)와 필러 이송 엔코더(72)에 연결된다. 상기 감지 팁(76)은, 상기 필러 이송부(71)의 구동에 따라 X 방향으로 이동할 수 있고, 렌즈 전면과 후면의 두께 방향의 위치를 측정할 수 있도록 상기 필러 이송부(71)로부터 상기 필러 암(75)을 통해 줄곧 힘을 받아 렌즈의 전면과 후면에 접촉하고 있는 상태를 유지한다.

상기 필러 암(75)은 상기 필러 이송부(71)에 마련된 고정 레일을 따라 슬라이딩 할 수 있는데, 상기 필러 이송부(71)에 마련된 회전 모터의 회전력이 기어와 피니언 등을 통해 상기 필러 암(75)를 X 방향의 직선으로 이동할 수 있도록 하고, 상기 회전 모터는 항상 일정한 힘으로 상기 필러 암(75)를 밀어 상기 감지 팁(76)이 렌즈 표면에 접촉하게 된다. 상기 필러 이송 엔코더(72)는 상기 필러 암(75)에 기어와 피니언 등을 통해 연결되어 상기 필러 암(75) 또는 감지 팁(76)의 X 방향으로의 위치 또는 이동 양을 검출한다.

상기 필러 이송 엔코더(72)에 의해 검출되는 X 방향의 위치 정보, 상기 렌즈 회전 샤프트(45)에 연결된 렌즈 회전부(41)가 검출하는 회전 각도 정보 및 상기 Y축 이송부(43)가 검출하는 Y축 방향 이송 정보가 결합한 것이 렌즈 전면과 후면의 형상 정보(또는 렌즈 표면의 에지 정보)에 해당한다.

도 6은 난시용 렌즈의 곡률 반경을 도시한 것으로, 도 6에서 위쪽 렌즈 평면은 빛이 통과하는 방향(X 방향)에서 그린 것이고, 중간은 렌즈의 단면을 그린 것으로 수평 방향이 X 방향이고 수직 방향이 Y 방향에 해당한다.

난시(Astigmatism)는 눈에 수정체가 조절을 하지 않은 상태에서 눈의 굴절력이 모든 면에서 동일하지 않아 한 점에 초점이 맺히지 못하는 상태를 말하는데, 예를 들어 눈을 정면으로 바라볼 때 수직선에 해당하는 눈의 굴절력과 수평선에 해당하는 눈의 굴절력이 서로 달라 수직선을 통과하는 빛과 수평선을 통과하는 빛이 한 점에 맺히지 않게 된다. 정난시는 최소 굴절력이 있는 경선과 최대 굴절력이 있는 경선이 서로 직각을 이룬다.

난시가 없는 경우 눈의 모든 방향으로 굴절력이 같기 때문에 근시 또는 원시인 눈을 교정하기 위한 안경 렌즈는 곡률이 모든 방향에서 일정한 구면 렌즈(Spherical lens)가 사용된다. 하지만, 난시를 보정하기 위한 안경 렌즈는 최소 굴절력을 갖는 제1 방향과 최대 굴절력을 갖는 제2 방향에 다른 곡률을 갖는 원주 렌즈(Cylindrical lens)가 사용되는데, 난시가 근시나 원시와 함께 있는 경우 구면 렌즈로 교정한 후 원주 렌즈로 난시를 교정한다.

도 6에서 수직선 방향(Y 방향)의 렌즈 곡률(정확히는 렌즈 후면의 곡률)을 R(0)라 하고 수직선과 θ각도를 이루는 방향의 렌즈 곡률을 R(θ)라 할 때 θ각도의 진행에 따른 곡률 반경은 주기가 180도(π)인 사인파(또는 코사인파)를 이루는데, 도 6에서는 최소 굴절력을 갖는 제1 방향(가장 곡률 반경이 큰 방향)이 0도로 되어 있지만 최대 곡률 반경의 각도 또는 방향은 난시 축 방향에 따라 달라질 수 있다.

정난시를 교정하기 위한 렌즈의 경우 최소 굴절력을 갖는 제1 방향과 최대 굴절력을 갖는 제2 방향이 직각을 이루고 제1 방향과 제2 방향 사이 각도의 곡률은 도 6에 도시한 것과 같이 제1 방향의 곡률과 제2 방향의 곡률의 사이 값이 된다.

도 7은 렌즈의 곡률 반경을 구하기 위하여 필링 장치를 이용하여 방사 방향으로 복수의 위치에서 렌즈 표면의 위치를 구하는 과정을 도시한 것이다.

필러 암(75)과 감지 팁(76)은 렌즈 회전 샤프트(45)의 수직 상방에 위치하므로, 렌즈 회전 샤프트(45)의 중심과 필러 암(75)(또는 감지 팁)의 중심을 연결하는 평면은 X축과 Y축이 이루는 XY 평면을 형성한다.

렌즈 클램프(46)가 렌즈의 중심 또는 렌즈 중심 부근을 고정하고 있기 때문에, 상기 감지 팁(76)은 렌즈의 중심부의 표면을 접촉할 수 없고 렌즈의 외주 부근의 표면을 접촉하여 렌즈 전면과 후면의 에지 위치, 즉 도 7에서 X 방향으로의 변위를 측정할 수 있다.

렌즈의 임의의 방향의 곡률 반경을 측정하기 위해서는 렌즈의 중심을 지나는 해당 방향의 직선에서 3점의 표면 위치를 측정하여야 하는데, 렌즈 표면의 변위를 측정하기 위한 필러 어셈블리(70)는 X 방향으로만 움직이고 렌즈를 회전시키고 이송시키는 캐리지 어셈블리(40)는 X 방향과 Y 방향으로 이송이 가능하므로, 상기 제어부(80)는 곡률 반경을 측정하고자 하는 방향의 직선이 Y 방향인 수직이 되도록 상기 렌즈 회전부(41)를 통해 렌즈를 회전시킨 상태에서 상기 Y축 이송부(43)를 구동하여 방사 방향의 직선을 따라 렌즈를 소정 간격으로 Y 방향으로 이송시키면서 복수의 점에서 표면 위치를 측정할 수 있다.

도 7에 도시한 것과 같이, 한 쌍의 감지 팁(76)이 렌즈의 전면과 후면에 접촉된 상태에서 현재 접촉된 점의 X 방향 변위를 상기 필러 이송 엔코더(72)를 통해 측정하고, 상기 Y축 이송부(43)를 구동하여 렌즈 회전 샤프트(45)를 아래로 내려 다른 Y 위치에서 감지 팁(76)이 접촉된 점의 X 방향의 변위를 측정하는 방법으로 3개 이상의 점에서 렌즈 표면의 위치를 측정할 수 있다.

렌즈 중심에 가까운 곳보다는 렌즈 중심에서 먼 곳에서 Y 방향의 이동에 따른 렌즈 표면의 X 방향 위치의 이동이 크기 때문에, 렌즈의 외주 부근에서 렌즈 표면의 위치를 측정하는 것이 유리할 수 있다.

도 8은 도 7의 과정으로 구한 렌즈 표면의 위치를 평면과 단면으로 표시한 것이다.

도 8에서 위쪽 그림은 렌즈 평면을 그린 것이고 아래 그림은 렌즈 단면을 그린 것으로, 캐리지 어셈블리(40)와 필러 어셈블리(70)를 이용하여 렌즈 외주에 가까운 곳 3점(P₁, P₂, P₃)에서 렌즈 표면의 위치를 측정하고 있다. 렌즈 평면(X축과 수직인 평면)에서 렌즈 표면의 각 위치(P)는 렌즈의 중심점으로부터의 반경 r과 기준 방사 직선(또는 곡률을 측정하는 방사 방향 직선)의 각도를 θ=0도라고 할 때 기준 방사 직선과 이루는 원주 각도 θ로 표현(P(r, θ))할 수 있는데, 렌즈의 중심점은 반경이 0이고 각도는 의미가 없으므로 P(0, -) 또는 P₀로 표현할 수 있다. 여기서 렌즈의 중심점은 렌즈의 표면에 있는 점으로 렌즈의 전면과 렌즈의 후면에서 서로 구분되어 렌즈 전면의 중심점과 렌즈 후면의 중심점이 별개로 있다.

도 8에서 렌즈 표면 상의 임의의 점 P의 XY 평면에서의 좌표 값은 렌즈 중심점인 P₀로부터의 X 방향으로의 변위와 Y 방향으로의 변위로 표현되고, 3개의 점(P₁, P₂, P₃)의 (x, y) 좌표를 알 수 있기 때문에, 3개의 점이 이루는 원의 방정식((x-a)²+(y-b)²=r²)의 계수(a, b, r)를 얻을 수 있고, 여기서 r이 곡률 반경에 해당한다.

도 8에서 점 P의 XY 평면에서의 좌표 값은 렌즈 중심점인 P₀로부터의 X 방향으로의 변위와 Y 방향으로의 변위로 표현되었지만, P₁을 XY 평면의 기준인 (0, 0)으로 표현, 즉 P₁을 기준점으로 표현하고 나머지 두 점을 P₁과의 상대 위치로 표현하여 같은 곡률 반경을 갖고 원의 중심의 좌표가 다른 방정식을 얻을 수 있고 이를 근거로 렌즈의 중심점인 P₀의 (x, y) 좌표(P₁과의 상대 좌표)를 얻을 수도 있다. P₀의 (x, y) 좌표는 새로 구한 원의 중심인 좌표 (a', b')에서 X 방향으로 원의 곡률 반경만큼 빼준 값인 (a'-r, b')이 된다.

도 9는 필링 장치를 이용하여 안경 테 부근의 렌즈 표면의 위치를 측정하는 예를 도시한 것이다.

상기 제어부(80)는, 상기 캐리지 어셈블리(40)와 연마 휠 어셈블리(50)를 구동하여 초벌 가공과 마무리 가공 또는 광택 가공을 수행한 이후에, 상기 캐리지 어셈블리(40)와 홈파기 어셈블리(60)를 구동하여 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행하고 그 이후 면치기 가공을 수행하는데, 산각 가공 또는 홈파기 가공을 적용할 위치를 얻기 위해, 상기 캐리지 어셈블리(40)와 필러 어셈블리(70)을 이용한 필링 동작을 수행하여, 도 9에 도시한 것과 같이 안경 테 부근의 렌즈 표면 위치를 측정한다.

산각 가공 또는 홈파기 가공을 위한 안경 테 부근의 필링 동작은 초벌 가공을 수행하기 전에 블랭크 렌즈인 상태에서 수행될 수도 있고, 초벌 가공과 마무리 가공이 수행된 이후에 수행될 수도 있다. 블랭크 렌즈는, 가공 전에는 렌즈 중심을 기준으로 대칭을 이루지만, 안경 테 형상에 따라 초벌 가공하게 되면 안경 테 형상이 원형이지 않는 이상 가로 방향과 세로 방향의 길이 비가 같지 않을 수 있기 때문에 상대적으로 길이가 긴 방향으로 굽는 현상이 발생하여 각 방사 방향의 곡률이 바뀔 수 있게 되고 이에 따라 가공 전의 표면 위치가 바뀌게 될 수 있으므로, 안경 테 부근의 렌즈 표면 위치를 측정하는 필링 동작은 초벌 가공과 마무리 가공이 수행된 이후 수행하는 것이 더 유리할 수 있다.

마찬가지로, 도 7과 도 8의 렌즈의 임의의 방사 방향의 렌즈 곡률을 구하는 동작도 초벌 가공과 마무리 가공이 수행된 이후 수행하면 초벌 가공 후 변형된 렌즈를 반영할 수 있어서 더 유리할 수 있다. 하지만, 초벌 가공 이후 렌즈 크기가 작아지므로 렌즈 곡률을 구하기 위해 측정하는 3점 사이 간격(방사 직선에서의 간격)을 길게 할 수 없어서 렌즈 표면의 두께 방향으로의 변위를 정확하게 측정 또는 계산하기 어렵게 되는 문제가 발생할 수 있다.

반대로, 블랭크 렌즈에 대해서 렌즈 곡률을 구하면, 즉 블랭크 렌즈의 가운데로부터 외주(블랭크 렌즈의 가장자리)까지 방사 방향으로 넓은 범위에 걸쳐 3개 이상의 점에서 렌즈의 두께 방향의 위치를 구하고 이를 기초로 하고 해당 방사 방향(기준 방사 직선과 원주 방향으로 소정 각도를 이루는 방사 직선)의 렌즈 곡률을 구하면, 렌즈 곡률 또는 렌즈 중심점의 위치를 좀더 정확히 구할 수 있는 장점이 있다.

상기 제어부(80)는, 상기 프레임 형상 입력부(200)를 통해 안경 테의 외곽(outline) 데이터를 입력 받아 상기 메모리(81)에 저장하는데, 외곽 데이터는 상기 렌즈 클램프(46)가 상기 렌즈 회전 샤프트(45)에 연결되는 방향(기준 방사 방향)을 기준으로 안경 테 외곽을 구성하는 점들의 각도(기준 방사 방향으로부터의 원주 방향으로의 회전 각도 θ)와 반경(중심점으로부터 거리 r')으로 표현될 수 있다.

참고로, 렌즈 클램프(46)의 한쪽은 렌즈를 고정하고 다른 쪽은 렌즈 회전 샤프트(45)에 결합되는데, 가공될 렌즈는 먼저 렌즈 클램프(46)에 고정되고 이후 렌즈를 고정한 렌즈 클램프(46)가 렌즈 회전 샤프트(45)에 결합된다. 렌즈 클램프(46)와 렌즈 회전 샤프트(45)의 결합 부분은 한쪽은 비대칭으로 길쭉한 돌출부를 갖고 다른 쪽은 돌출부에 대응되는 모양을 갖고 돌출부를 수용하는 홈을 갖고 있어서 렌즈 회전의 기준 각도를 제공할 수 있다.

가공될 렌즈는 렌즈 가공 장치와 별개인 렌즈 고정 장치에 의해 렌즈 클램프(46)에 고정되고 안경 테에 대한 외곽 데이터가 생성되는데, 이때 난시에 해당하는 비점 성분이 없는 구면 렌즈는 원주 방향으로 방향성이 없기 때문에 렌즈 클램프(46)가 고정되는 위치만을 기준으로 안경 테에 대한 외곽 데이터가 생성되지만, 비점 성분이 있는 원주 렌즈는 렌즈 클램프(46)가 고정되는 위치뿐만 아니라 고정되는 방향 또는 각도를 기준으로 안경 테에 대한 외곽 데이터가 생성된다.

또는 블랭크 렌즈에서 안경 테가 놓일 위치와 렌즈 클램프(46)가 고정될 위치와 각도가 결정되고 이에 따라 안경 테에 대한 외곽 데이터가 먼저 생성된 이후 이에 맞추어 렌즈 클램프(46)가 블랭크 렌즈에 고정될 수도 있다.

상기 제어부(80)는, 입력 받은 외곽 데이터에 해당하는 렌즈 표면의 평면 위치 또는 외곽 데이터의 반경을 변경한 수정 데이터(산각 가공이나 홈파기 가공의 시작 위치가 렌즈 외곽보다 안쪽에 위치하므로 렌즈 외곽까지 거리 r'을 r로 축소 변경)에 해당하는 위치(P(r, θ))에 상기 감지 팁(76)이 접촉할 수 있도록, 상기 렌즈 회전부(41)와 Y축 이송부(43)를 연동하여 구동한다.

즉, 상기 제어부(80)는, 상기 렌즈 회전부(41)를 제어하여 각도 θ가 0이 되도록 렌즈를 회전시키고 상기 Y축 이송부(43)를 제어하여 각도 0에 해당하는 반경 위치에 감지 팁(76)이 위치하도록 렌즈를 Y 방향으로 이송하고, 상기 렌즈 회전부(41)를 제어하여 렌즈를 소정 각속도로 회전시키고 이에 연동하여 외곽 데이터(r(θ) 반경이 θ의 함수가 됨)에 따라 상기 Y축 이송부(43)를 제어하여 렌즈를 Y 방향으로 이동시키면서, 상기 필러 어셈블리(70)의 필러 이송 엔코더(72)에서 검출되는 렌즈의 전면과 후면의 X 방향의 위치를 측정하고 이를 필링 정보로 상기 메모리(81)에 저장한다.

도 9의 아래 그림은 렌즈를 기준 방사 방향(Y축과 평행인 수직선)에서 θ만큼 회전시킨 방향에 대한 단면(XY 평면)으로, 도 9에서 회전 각도 θ이고 렌즈의 중심점인 P(0, -)(또는 P₀)로부터 Y 방향으로 r만큼 떨어진 렌즈 표면 점 P(r, θ)의 X 방향 위치(P₀로부터의 변위)는 x로 표시되어 있다.

XY 평면에서 렌즈 중심점 P₀의 좌표는 (0, 0)이고 P(r, θ)의 좌표는 (x, r)인데, P₀와 P(r, θ)를 지나는 원은 P(r, θ)의 X축의 대칭점인 (x, -r)도 통과하므로, 세 점, 즉 (0, 0), (x, r) 및 (x, -r)을 지나는 원의 방정식을 구할 수 있고, 구한 원의 방정식에서 원의 반경이 렌즈 평면을 기준으로 θ방향의 렌즈 곡률(R(θ))에 해당한다. 원의 방정식을 구하면 원을 구성하는 모든 점의 좌표를 구할 수 있고, 이는 각도 θ에 해당하는 렌즈 표면의 모든 점의 XY 평면에서의 좌표(X 방향의 위치를 포함)를 얻을 수 있다.

하지만, 렌즈 평면을 기준으로 렌즈의 중심점인 P₀에 또는 그 주위에 렌즈 클램프(46)가 장착되기 때문에, 도 9의 필링 동작을 통해 렌즈 중심점 P₀의 X 방향의 위치 정보를 구할 수 없다. 따라서, 도 9와 같이 단순히 렌즈 테 형상 주위를 따라 렌즈를 한 번 회전시키면서 하는 필링 동작만으로는 렌즈의 곡률(정확히는 렌즈 각 방향의 곡률 반경)을 구할 수 없다.

렌즈 테 형상 주위를 따라 렌즈를 한 바퀴 회전시키면서 렌즈 표면의 위치를 측정할 때, 같은 회전 각도를 갖는 두 점, 즉 회전 각도가 θ 및 (θ+π)에 해당하는 두 점은 XY 평면(렌즈를 θ방향으로 자른 단면 기준)에서 같은 곡률 반경을 갖는 원을 구성한다. 원의 방정식의 계수를 얻기 위해서는 3점의 좌표가 필요하기 때문에, 해당 각도의 곡률 반경을 얻기 위해서는, 렌즈를 다시 회전시키면서(적어도 반 바퀴, 즉 0도에서 180도 회전시키면서) 렌즈 테의 외곽 데이터의 반경(또는 수정된 반경)과 다른 반경만큼 렌즈 중심점에서 떨어진 점들(앞서 렌즈 한 바퀴의 필링 정보를 구한 점과 다른 점들)의 표면 위치 정보를 더 얻어야 한다.

즉, 렌즈의 모든 방향의 곡률 반경 또는 렌즈 평면을 기준으로 모든 위치(모든 반경 r과 모든 각도 θ에 대해서)의 표면 위치 정보(또는 필링 정보)를 얻기 위해서는 2번 또는 1번 반 렌즈를 회전시키면서 필링 동작을 수행해야 한다. 하지만, 렌즈를 회전시키면서 필링 동작을 수행하는 데 시간이 많이 소요된다.

본 발명에서는, 렌즈를 2회전 또는 1.5회전시키면서 렌즈 표면의 X 방향의 위치 정보를 구하는 대신, 렌즈의 산각 가공 또는 홈파기 가공을 위해 도 9와 같이 렌즈를 한 바퀴 또는 반 바퀴 돌리면서 필링 동작을 수행하는 것에 더해, 도 7과 도 8 과정에 따라 렌즈의 임의의 방사 방향에서의 곡률 반경과 렌즈 중심점 중 하나 이상을 구하고, 렌즈 중심점과 렌즈 테 외곽에서의 두께 방향으로의 위치 정보를 이용하여 각 방사 방향의 곡률 반경을 구하거나 렌즈 각 위치의 두께 방향 위치 정보(X 방향의 변위)를 구하고, 이를 이후 면치기 가공을 수행할 때 이용할 수 있다.

난시 성분을 교정하기 위한 렌즈는 최소 굴절력을 갖는 제1 방향과 최대 굴절력을 갖는 제2 방향을 갖고, 정난시의 경우 제1 방향과 제2 방향이 직각을 이루고, 정난시가 아닌 경우 제1 방향과 제2 방향은 90도보다 작은 각도(α)를 이루는데, 두 방향의 측정 방향에 따라 상기 90도보다 작은 각도의 보각(180-α)(90도 이상 180도 미만)을 이룰 수도 있다.

안경 렌즈는 렌즈 중앙을 지나는 방사 직선에 대해서 렌즈 중심점을 기준으로 대칭이기 때문에, 렌즈를 원주 방향으로 0도에서 180도 회전시키면서 각 각도마다 렌즈 중심점에서 소정 변위(r 또는 y) 떨어진 점 P(r, θ)의 렌즈 표면 위치 또는 좌표 (r, x)(여기서 x는 두께 방향의 변위로 렌즈 중심점의 렌즈 표면의 두께 방향 좌표로부터의 상대 변위)를 측정하면 렌즈 각 방향의 곡률 반경을 측정할 수 있다.

난시 렌즈의 경우 곡률 반경이 180도의 주기로 그 값이 변하고 최대 곡률 반경을 갖는 각도와 최소 곡률 반경을 갖는 각도가 서로 90도 차이가 날 수 있기 때문에, 최대 곡률 반경이나 최소 곡률 반경을 갖는 두 개의 각도를 찾기 위해서는 180도 원주 방향 각도 범위에 걸쳐서 렌즈 표면의 위치를 측정해야 한다.

하지만, 도 9의 필링 동작으로는 렌즈 중심점의 위치를 측정할 수 없기 때문에, 렌즈를 회전시키면서 측정한 두께 방향의 변위는 필러 이송 엔코더(72)가 출력하는 측정값일 뿐이고 렌즈 중앙점으로부터의 상대 값은 아니고, 또한 두께 방향의 변위를 측정한 점들 P(r, θ)(0 <= θ < π)의 렌즈 중심점에서 방사 방향으로의 변위(y 또는 r)도 렌즈 중앙점으로부터의 상대 값은 아니고 Y축 이송부(43)에 포함된 센서가 측정하는 측정값일 뿐이다.

따라서, 본 발명에서는, 도 7과 도 8의 임의 방향의 렌즈 곡률 반경을 구하는 과정에서 3점(P₁, P₂, P₃)의 XY 평면의 좌표를 측정하고 이를 기초로 렌즈 중심점 P₀의 렌즈 표면 좌표(두께 방향(x 방향)의 변위 및 y 방향의 변위를 포함)를 계산하고, 도 9의 필링 동작을 통해 렌즈의 각 방향에서 한 점의 표면 좌표를 구하고, 렌즈 중심점 P₀의 표면 좌표와 도 9에서 구한 각 방향의 한 점의 표면 좌표를 이용하여 각 방향의 곡률 반경(또는 렌즈 중심점과 해당 점을 지나는 XY 평면의 원의 방정식)을 계산하고 이를 기초로 렌즈 평면 임의의 점의 두께 방향의 변위를 계산할 수 있다.

상기 제어부(80)는, 앞서 설명한 방법으로 구한 렌즈 중심점의 P₀의 렌즈 표면 좌표 데이터 및 렌즈 평면을 기준으로 각 방사 방향의 곡률 반경 데이터를 상기 메모리(81)에 저장하는데, 렌즈 중심점의 P₀의 렌즈 표면 좌표 데이터는 해당 위치에 상기 감지 팁(76)이 접촉한다고 가정할 때 상기 필러 이송 엔코더(72)가 출력할 측정값과 상기 Y축 이송부(43)에 포함된 센서가 출력할 측정값의 조합에 해당하고, 상기 곡률 반경은 해당 방사 방향의 각도 θ와 계산된 곡률 반경 값의 조합에 해당한다. 또한, 0도에서 180도 사이 모든 방사 방향(원주 방향 각도)에 대한 곡률 반경 값을 저장하지 않고 소정 간격, 예를 들어 5도 간격으로 곡률 반경 값을 저장할 수도 있다.

상기 메모리(81)에 저장되는 곡률 반경 값은 상기 필러 이송 엔코더(72)의 측정값 또는 상기 Y축 이송부(43)에 포함된 센서의 측정값으로 표현될 수 있는데, 상기 필러 이송 엔코더(72)의 측정값과 상기 Y축 이송부(43)에 포함된 센서의 측정값은 해당 방향으로 같은 변위를 이동할 때 서로 같은 크기의 값을 출력할 수 있도록 미리 스케일링 비율을 조정할 수도 있다.

여러 방사 방향의 곡률 반경 데이터를 저장하지 않고 2개의 방사 방향에 대해서만 곡률 반경 데이터를 저장할 수도 있다. 난시 교정을 위한 렌즈는 도 6에 도시한 것과 같이 최대 굴절력을 갖는 방사 방향(원주 각도)와 최소 굴절력을 갖는 방사 방향(원주 각도)를 갖고 나머지 원주 각도에서는 그 사이 값(사인 커브에 해당하는 값)을 갖는데 이는 곡률 반경도 마찬가지다. 따라서, 상기 제어부(80)는, 0도에서 180도 사이에서 계산한 곡률 반경 중에서 가장 큰 곡률 반경을 갖는 각도와 해당 곡률 반경 쌍 및 가장 작은 곡률 반경을 갖는 각도와 해당 곡률 반경 쌍만을 상기 메모리(81)에 저장하고, 원하는 원주 각도의 곡률 반경은 상기 메모리(81)에 저장되어 있는 2개의 곡률 반경을 이용하여 계산할 수 있다.

정난시 교정을 위한 렌즈의 경우 가장 큰 곡률 반경을 갖는 각도와 가장 작은 곡률 반경을 갖는 각도는 서로 90도의 차이를 갖게 되고 정난시가 아닌 렌즈의 경우 90도보다 작은 각도 차이를 갖게 된다. 난시 성분이 없는 렌즈의 경우 모든 방향에서 곡률 반경이 동일하므로, 상기 제어부(80)는 각 방향에 대해 계산한 곡률 반경이 일정한 경우 각도에 대한 데이터를 저장하지 않고 단지 곡률 반경만을 저장할 수 있다. 또는, 상기 제어부(80)는, 이 경우에도 난시 교정용 렌즈와의 데이터 저장의 통일성을 위하여 임의의 2개의 각도에 대해서 동일한 곡률 반경을 저장할 수도 있다.

물론, 상기 제어부(80)는, 렌즈 전면에 대한 필링 데이터(렌즈 중심점 좌표 및 각 방위 각도에 대한 곡률 반경)뿐만 아니라 렌즈 후면에 대한 필링 데이터도 함께 상기 메모리(81)에 저장한다.

산각 가공이나 홈파기 가공을 위한 필링 동작에서 안경 테 외곽을 일주(360도 회전)하지 않고 180도만 회전시켜 렌즈 표면의 위치를 측정한 경우, 앞서 설명한 방법으로 구한 렌즈 중심점의 좌표와 각 방사 방향의 곡률 반경을 이용하여, 렌즈 표면의 위치를 측정하지 않은 나머지 각도의 렌즈 테 외곽에 해당하는 반경(또는 외곽보다 조금 작은 반경)에서의 렌즈 표면의 위치를 계산하고, 상기 측정된 렌즈 표면 위치 정보와 계산된 렌즈 표면 위치 정보를 기초로 상기 렌즈 회전부(41), X축 이송부(42) 및 Y축 이송부(43)를 서로 연계하여 제어하고 상기 홈파기 어셈블리(60)의 연마 휠을 이용하여 렌즈에 대해서 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행한다.

산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행할 때, 상기 렌즈 회전부(41)가 렌즈를 소정 각속도로 회전시키고, 상기 Y축 이송부(43)는 렌즈의 현재 회전 각도에 대한 렌즈 테 외곽에 해당하는 반경(산각 또는 홈파기 가공을 수행할 Y방향 변위)만큼 상기 홈파기 어셈블리(60)의 연마 휠의 끝과 렌즈 중심점 사이가 이격되도록 상기 렌즈 회전 샤프트(45)를 Y축으로 이동시키고, 상기 X축 이송부(42)는 상기 렌즈 표면 위치 정보에 해당하는 위치에 상기 홈파기 어셈블리(60)의 연마 휠의 끝이 놓이도록 상기 렌즈 회전 샤프트(45)를 Y축으로 이동시킨다.

상기 제어부(80)는, 상기 홈파기 어셈블리(60)의 연마 휠과 상기 렌즈 회전 샤프트(45)의 상대 위치를 상기 렌즈 회전부(41), X축 이송부(42) 및 Y축 이송부(43)의 센서의 출력 값을 기준으로 관리하여, 상기 렌즈 회전 샤프트(45)에 고정된 렌즈와 상기 홈파기 어셈블리(60)의 연마 휠의 상대 위치를 상기 측정된 렌즈 표면 위치 정보와 계산된 렌즈 표면 위치 정보에 맞게 제어할 수 있다.

산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행한 후 면치기 가공을 수행하는데, 면치기 가공을 수행할 Y 방향 위치는 산각 또는 홈파기 가공을 수행하는 위치와 달라지고 이에 따라 렌즈 두께 방향의 위치도 달라진다. 특히 도 2에 도시한 것과 같이, 경사각을 갖는 연마 휠을 이용하여 마무리 가공 또는 광택 가공을 수행한 경우, 면치기 가공을 수행할 Y 방향 위치가 렌즈 전면과 후면에서 서로 달라지게 된다.

상기 제어부(80)는, 상기 프레임 형상 입력부(200)를 통해 입력되어 상기 메모리(81)에 저장되어 있는 안경 테의 외곽 데이터 및 산각 가공 또는 홈파기 가공을 수행한 Y 방향 위치 데이터를 기초로 면치기 가공을 수행할 각 방사 방향에서의 Y방향 위치를 렌즈 전면과 렌즈 후면 모두에 대해서 결정하고, 상기 메모리(81)에 저장되어 있거나 상기 메모리(81)에 저장되어 있는 데이터로부터 계산되는, 렌즈 중심점의 좌표와 렌즈 각 방사 방향의 곡률 반경 데이터를 이용하여 각 방사 방향에서 결정된 Y 방향 위치에서의 렌즈 표면의 위치(두께 방향 또는 X 방향의 좌표)를 계산한다.

상기 제어부(80)는, 상기 렌즈 회전부(41), X축 이송부(42) 및 Y축 이송부(43)를 제어하여, 렌즈 전면에 대해서 계산한 렌즈 표면 위치(각 방사 방향에 대해서 Y 방향 위치와 X 방향 위치)에 따라 상기 홈파기 어셈블리(60)의 연마 휠과 상기 렌즈 회전 샤프트(45)의 상대 위치를 조절하면서 면치기 동작을 수행할 수 있고, 렌즈 후면에 대해서도 렌즈 전면과 마찬가지 과정으로 면치기 동작을 수행할 수 있다.

원주 방향으로 각 방사 방향에 대한 렌즈 표면 위치를 측정할 때 Y 방향의 위치(또는 변위)를 렌즈를 가공할 위치(홈파기 가공이나 산각 가공을 적용할 위치)로 할 수도 있지만 가공할 위치와 렌즈 클램프(46) 사이 간격이 작을 경우에는 렌즈가 가공할 바로 그 위치가 아니라 가공 위치 부근으로 할 수도 있는데, 이는 각 방사 방향에 대한 렌즈 표면 위치를 측정할 Y 방향의 변위는 가공할 블랭크 렌즈의 크기와 가공할 형상(안경 테 외곽 형상)에 따라 달라질 수 있는 것을 의미한다.

한편, 사용중인 렌즈를 이전 안경 테보다 작은 다른 안경 테에 사용하고자 할 때에도 앞서 설명한 방법을 적용하여 적은 시간을 들여 홈파기 가공 또는 산각 가공 및 면치기 가공할 위치를 얻을 수 있는데, 안경 테 외곽 전체에 대해서 필링 동작을 수행하지 않고 안경 테 외곽의 반 바퀴에 대해서만 필링 동작을 수행하고 임의 방사 방향에 대해서 3점의 렌즈 표면 위치를 측정하여 해당 방사 각도에서 렌즈의 곡률 반경을 구함으로써 렌즈 평면의 모든 위치에 대한 표면 위치를 계산할 수 있다.

이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

10: 베이스 어셈블리 20: 백플레인 어셈블리
30: 커버 어셈블리 31: 조작부
32: 표시부 40: 캐리지 어셈블리
41: 렌즈 회전부 42: X축 이송부
43: Y축 이송부 45: 렌즈 회전 샤프트
46: 렌즈 클램프 50: 연마 휠 어셈블리
51: 연마 휠 회전부 52: 휠 센서
60: 홈파기 어셈블리 61: 홈파기 회전부
62: 홈파기 유니트 구동부 70: 필러 어셈블리
71: 필러 이송부 72: 필러 이송 엔코더
75: 필러 암 76: 감지 팁
80: 제어부 81: 메모리
100: 렌즈 가공 장치 200: 프레임 형상 입력부

Claims (20)

1. 안경 렌즈의 임의 방사 방향을 따라 렌즈 표면의 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계;
   상기 안경 렌즈의 원주 방향을 따라 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계;
   렌즈 표면 점의 좌표를 렌즈 표면 위의 소정의 점에서 상기 렌즈 표면 점까지 두께 방향의 변위와 상기 소정의 점에서 상기 렌즈 표면 점까지 방사 방향으로의 변위로 표현할 때, 상기 적어도 3점에서 측정된 두께 방향의 변위와 상기 적어도 3점의 방사 방향의 변위를 이용하여 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표를 계산하고, 상기 계산된 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 원주 방향을 따라 측정된 복수의 점에서의 두께 방향의 변위를 이용하여 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 계산하고, 상기 계산된 곡률 반경을 이용하여 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산하는 단계; 및
   상기 계산된 변위를 기초로 상기 안경 렌즈와 공구의 상대 위치를 제어하여 상기 안경 렌즈를 가공하는 단계를 포함하여 이루어지는 안경 렌즈 가공 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 소정 개수의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표, 최대 곡률 반경을 갖는 제1 원주 각도와 상기 최대 곡률 반경 및 최소 곡률 반경을 갖는 제2 원주 각도와 상기 최소 곡률 반경을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 계산하는 단계는, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 원주 각도에 대한 곡률 반경을 기초로 해당 원주 각도의 렌즈 표면에 있는 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 원주 방향으로 180도의 범위 내의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
9. 제 1항에 있어서,
   가공할 블랭크 렌즈의 크기와 안경 테의 형상에 따라 상기 두께 방향의 변위를 측정하는 복수의 점의 위치가 달라지는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 두께 방향의 변위를 측정하는 복수의 점은 상기 안경 테의 형상에 대응되고 산각 가공 또는 홈파기 가공이 적용될 렌즈 표면의 복수의 위치가 선택되는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 안경 테의 형상에 대응하는 초벌 가공 이후 수행하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 안경 테의 형상에 대응하는 초벌 가공을 수행하기 전에 블랭크 렌즈에 대해서 수행하거나 또는 상기 초벌 가공 이후 수행하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 단계는, 상기 블랭크 렌즈의 가장자리에 가까운 점을 포함하여 상기 적어도 3점 사이 간격을 넓게 하여 두께 방향의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 방법.
14. 안경 렌즈를 안경 테의 형상에 따라 렌즈의 가장자리를 가공하기 위한 가공부;
    안경 렌즈를 고정하고, 안경 렌즈를 회전시키고, 상기 가공부와의 거리를 조절하기 위하여 안경 렌즈를 임의의 방사 방향으로 이송시키고, 안경 렌즈를 두께 방향으로 이송시키기 위한 렌즈 회전 이송부;
    안경 렌즈 표면의 두께 방향의 변위를 측정하기 위한 필링부; 및
    안경 렌즈의 임의 방사 방향을 따라 렌즈 표면의 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하고 상기 안경 렌즈의 원주 방향을 따라 렌즈 표면의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하도록 상기 필링부 및 렌즈 회전 이송부를 제어하고, 상기 측정된 두께 방향의 변위를 이용하여 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산하고, 상기 계산된 변위를 기초로 상기 안경 렌즈를 가공하도록 상기 가공부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 제어부는, 렌즈 표면 점의 좌표를 렌즈 표면 위의 소정의 점에서 상기 렌즈 표면 점까지 두께 방향의 변위와 상기 소정의 점에서 상기 렌즈 표면 점까지 방사 방향으로의 변위로 표현할 때, 상기 적어도 3점에서 측정된 두께 방향의 변위와 상기 적어도 3점의 방사 방향의 변위를 기초로 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표를 계산하고, 상기 계산된 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 원주 방향을 따라 측정한 복수의 점에서의 두께 방향의 변위를 이용하여 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 장치.
15. 삭제
16. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 소정 개수의 원주 각도에 대한 곡률 반경, 또는 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표, 최대 곡률 반경을 갖는 제1 원주 각도와 상기 최대 곡률 반경 및 최소 곡률 반경을 갖는 제2 원주 각도와 상기 최소 곡률 반경을 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 장치.
17. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 안경 테의 형상에 대응하는 복수의 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산할 때, 상기 렌즈 표면의 중심점의 좌표 및 상기 복수 개의 원주 각도에 대한 곡률 반경을 기초로 해당 원주 각도의 렌즈 표면에 있는 점에 대한 두께 방향의 변위를 계산하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 장치.
18. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는, 원주 방향으로 180도의 범위 내의 복수의 점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 장치.
19. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 안경 테의 형상에 대응되고 산각 가공 또는 홈파기 가공을 적용할 렌즈 표면의 복수의 점에 대해서 두께 방향의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 장치.
20. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는, 안경 테의 형상에 대응하는 초벌 가공을 수행하기 전에 블랭크 렌즈에 대해서 상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하거나 또는 상기 초벌 가공 이후 상기 적어도 3점에서 두께 방향의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 안경 렌즈 가공 장치.

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