レンズ形状測定装置
【課題】
レンズ形状の測定中にスタイラスがレンズから外れて落下することを防止する。
【解決手段】
基台１１の基板１１ａ上には、レンズ保持ユニット１２およびトレーサ機構部１３が設けられている。レンズ保持ユニット１２全体は、基板１１ａ上に固定されており、このレンズ保持ユニット１２には、加工済みのレンズ１４が保持されている。スタイラス台２０上のスタイラスユニット３０には、スタイラス３１が取り付けられている。スタイラス３１は、水平方向、すなわちＺ軸方向を向いている。スタイラスユニット３０は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に移動し、これによりスタイラス３１がレンズ１４の周縁に接触し、トレースが実行される。
レンズ形状の測定中にスタイラスがレンズから外れて落下することを防止する。
【解決手段】
基台１１の基板１１ａ上には、レンズ保持ユニット１２およびトレーサ機構部１３が設けられている。レンズ保持ユニット１２全体は、基板１１ａ上に固定されており、このレンズ保持ユニット１２には、加工済みのレンズ１４が保持されている。スタイラス台２０上のスタイラスユニット３０には、スタイラス３１が取り付けられている。スタイラス３１は、水平方向、すなわちＺ軸方向を向いている。スタイラスユニット３０は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に移動し、これによりスタイラス３１がレンズ１４の周縁に接触し、トレースが実行される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズの周縁の形状を測定するレンズ形状測定装置に関し、特にスタイラスをレンズに接触させて測定を行うレンズ形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡用のレンズを研削加工した後では、そのレンズが目的の加工形状データ通りに加工されているかどうかを判断する必要がある。このため、従来、特開平６−１７５０８７号公報のように、レンズ形状測定装置を使用して、加工後のレンズ周縁の形状、特に周長を測定するようにした技術がある。
【０００３】
図１６は従来のレンズ形状測定装置による測定方法を説明する概略図である。加工後のレンズ７１は、図示されていない保持軸によってレンズ面がほぼ水平に保持される。この保持されたレンズ７１の周縁には、軸芯が鉛直方向に延びるように設けられたスタイラス７２の溝７２ａが嵌合される。この状態でレンズ７１は所定の速度で回転すると、レンズ７１の周縁の形状に従って、スタイラス７２はレンズ７１の径方向および上下方向に移動する。
【０００４】
図示されていない位置検出機構部では、このスタイラス７２の位置を所定間隔で検出し、レンズ７１の全周にわたって位置データを収集する。これによりレンズ７１の周縁の形状が測定され、さらにこのデータに基づいた演算によって、レンズ７１の周長が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のレンズ形状測定装置では、スタイラス７２の軸芯が鉛直に向いているので、例えば、スタイラス７２のヘッドが重い場合には測定の途中でスタイラス７２が外れて落下するおそれがあった。また、この落下を防止するために、従来は、軽量の材料を使用することによってスタイラス７２の重量を軽くし、自重の影響を小さくするようにしていた。しかし、軽量な材料では、耐久性が低く、溝７２ａが早くすり減ってしまう等の問題があった。
【０００６】
また、近年、眼鏡用のレンズとしては、プラスチックレンズが主流となっているが、その熱膨張率は、ガラスレンズと比べてはるかに大きい。このため、プラスチックレンズの周長の測定値は、温度変化に左右されやすく、一定の温度にコントロールされた測定室でないと、測定誤差が大きくなってしまう。ところが、通常の製造現場等では、一定の温度を保持する測定環境が備わっていないため、このような不利な環境でも実用的に使用できる測定装置が望まれていた。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スタイラスの耐久性を低下させることなく安定した状態でレンズ形状の測定ができ、測定室を一定の温度にコントロールする設備のない環境でも、正確なレンズ形状測定を行うことのできるレンズ形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では上記課題を解決するために、レンズの周縁の形状を測定するレンズ形状測定装置において、軸芯がほぼ水平方向を向く回転自在な保持軸によって、前記レンズをレンズ面側から保持するレンズ保持機構部と、前記保持されたレンズを回転させるレンズ回転機構部と、軸芯が前記保持軸とほぼ平行に向くように取り付けられたスタイラスを、前記レンズの周縁に沿って移動可能に支持するトレーサ機構部と、前記レンズ回転機構部を駆動して、前記レンズの周縁形状のトレースを実行するトレース制御手段と、前記トレース中、スタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を検出する位置検出手段と、前記検出されたスタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を読みとって、前記レンズの形状データを生成する形状データ生成手段と、前記レンズの測定部分の温度を室温より高い一定温度に保持する温度保持装置と、を有することを特徴とするレンズ形状測定装置が、提供される。
【０００９】
このようなレンズ形状測定装置では、レンズは軸芯がほぼ水平方向を向く回転自在な保持軸によってレンズ面側から保持されており、一方、スタイラスは、レンズの保持軸にほぼ平行に取り付けられている。トレース制御手段は、レンズ回転機構部およびトレーサ機構部を駆動して、スタイラスによりレンズの周縁のトレースを実行する。
【００１０】
トレース制御手段からの指令により、トレーサ機構部は、スタイラスをレンズの周縁に沿って移動させる。このとき、位置検出機構部が、スタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を検出する。形状データ生成手段は、この検出されたスタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を読み取って、周長等のレンズの形状データを生成する。
【００１１】
スタイラスは、軸芯がほぼ水平方向を向くように設けられているので、自重の影響を受けず、トレース中にレンズ周縁から外れて落下することがない。
押し込み部材は、スタイラスを基準位置側に押し当て、スタイラスの軸芯方向の位置がずれても、基準位置への位置決めを容易にする。
【００１２】
また、レンズの測定部分の温度を一定温度に保持する温度保持装置を有することが好ましい。これにより、測定中の室温の変化によるレンズやスタイラスの形状変化をなくすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、レンズをほぼ水平な保持軸によりレンズ面側から保持し、スタイラスの軸芯を水平にした状態でレンズ形状のトレースを実行するようにしたので、トレース中に、スタイラスがレンズから外れて落下することがない。このため、スタイラスを軽量化する必要もないので、スタイラスの耐久性も維持できる。
【００１４】
また、スタイラスを基準位置に押し込む押し込み部材を設けたので、スタイラスの軸芯方向の位置がずれても、基準位置への位置決めを簡単に行うことができる。
さらに、本発明では、レンズの測定部分の温度を一定温度に保持する温度保持装置を設けたので、測定中の室温の変化によるレンズやスタイラス等の形状変化をなくすことができる。よって、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一形態を図面に基づいて説明する。
図１は本形態のレンズ形状測定装置の外観を示す斜視図である。レンズ形状測定装置１０は、各機構部が基台１１に取り付けられることにより構成されている。基台１１の基板１１ａは、水平面（Ｙ−Ｚ平面）に平行に設けられており、この基板１１ａ上には、レンズ保持ユニット１２およびトレーサ機構部１３が設けられている。レンズ保持ユニット１２全体は、基板１１ａ上に固定されている。このレンズ保持ユニット１２には、加工済みのレンズ１４が保持されている。
【００１６】
また、基板１１ａ上で、レンズ保持ユニット１２の下方には、ヒータ１５が設けられている。レンズ保持ユニット１２の裏側には、温度センサ１５ａが取り付けられており、レンズ１４付近の温度を検出する。基板１１ａ上には、保温のための保温カバー１６が装着されている。この保温カバー１６には、開口部１６ａが形成されており、この開口部１６ａを介してレンズ１４の着脱が行われる。
【００１７】
トレーサ機構部１３は、主に、スタイラス台２０と、スタイラスユニット３０とから構成されている。スタイラス台２０は、Ｚ軸方向を向く２本のレール（水平移動レール）１３１，１３２上に、スライド可能に設けられている。スタイラスユニット３０には、スタイラス３１が取り付けられている。スタイラス３１は、水平方向、すなわちＺ軸方向を向いている。
【００１８】
ここで、Ｙ軸方向とは、図２に示すように、レンズ１４の径方向位置（ｒ方向）の測定軸であり、一方、Ｚ軸方向とは、レンズ１４の厚み方向の測定軸である。レンズ形状測定装置１０では、レンズ１４周縁（ヤゲン頂点）上に所定角度間隔のサンプリング点Ｐn
を予め多数設定しており、この各サンプリング点Ｐn において、それぞれＹ軸方向およびＺ軸方向の位置データを測定する。そして、この基準点Ｐ0
に対するサンプリング点Ｐn の角度θと、そのサンプリング点Ｐn
で測定されたＹ軸方向およびＺ軸方向の位置データとに基づいて、レンズ１４の周長等のレンズ形状データを生成する。
【００１９】
図１に戻り、基板１１ａの下方には、ここでは図示されていない後述のスタイラス台移動機構部５０が設けられている。スタイラス台移動機構部５０は、基板１１ａの穴１１ｂを介してスタイラス台２０と連結されており、後述の制御装置１００からの指令に応じてスタイラス台２０を移動させる。スタイラス台移動機構部５０の具体的な構成については後述する。
【００２０】
図３は本形態のレンズ形状測定装置の概略構成を示す平面図である。レンズ１４の凸面側には、ホルダ１４１が固定されている。このホルダ１４１は、レンズ保持ユニット１２の保持軸１２１のホルダ受け１２１ａに装着されている。保持軸１２１は、Ｚ軸方向を向いている。また、レンズ１４の凹面側は、レンズ押さえ軸１２２のレンズ押さえ１２２ａにより押圧されている。レンズ保持ユニット１２の具体的な構成については、後述する。
【００２１】
トレーサ機構部１３のレール１３１，１３２には、スタイラス台２０がスライド可能に取り付けられている。スタイラス台２０には、基板１１ａおよびレール１３１，１３２に垂直方向（Ｙ軸方向）を向くガイドシャフト（垂直移動レール）２１，２２が設けられている。このガイドシャフト２１，２２には、テーブル２３がスライド可能に取り付けられている。さらに、このテーブル２３上には、スタイラスユニット３０が固定されている。
【００２２】
スタイラスユニット３０には、図１で示したように、スタイラス３１がＺ軸方向にスライド可能に取り付けられている。スタイラス３１は、スタイラス移動機構部３２によって、その突出量が制御される。また、スタイラス移動機構部３２には、ブレーキ機構部３３が取り付けられている。ブレーキ機構部３３は、トレース実行以外のときに、スタイラス３１の軸芯方向のスライド動作にブレーキをかける機構部である。スタイラスユニット３０の具体的な構成については、後述する。
【００２３】
レンズ保持ユニット１２には、取り付け片４１を介して押し当て板４２が取り付けられている。押し当て板４２は、トレース開始等の時にスタイラス３１を押し当てて、基準位置側に一旦押し込むために用いられる。
【００２４】
図４はレンズ保持ユニット１２内部の構成を示す平面図である。レンズ保持ユニット１２のケース１２ａ内には、エアシリンダ１２３が設けられている。エアシリンダ１２３は、外部に設けられた図示されていないエアポンプから送られるエアの圧力に応じて、その軸１２３ａがＺ軸方向に移動する。軸１２３ａの先端には、アーム１２３ｂが固定され、軸１２３ａと一体に移動するように設けられている。このアーム１２３ｂには、ガイドテーブル１２３ｃおよびレンズ押さえ軸１２２が固定されている。レンズ押さえ軸１２２は、ケース１２ａに形成されたＺ軸方向に延びる長穴１２ｂに沿って移動できるように設けられている。レンズ押さえ軸１２２の先端には、レンズ押さえ１２２ａがＺ軸周りに正逆回転自在に設けられている。
【００２５】
ガイドテーブル１２３ｃは、レール台１２４の側面にＺ軸方向に平行となるように設けられたレール１２４ａに、摺動可能に嵌合している。これにより、軸１２３ａが移動すると、これと一体に、アーム１２３ｂ、ガイドテーブル１２３ｃ、およびレンズ押さえ軸１２２がＺ軸方向に移動する。
【００２６】
また、ケース１２ａ内には、レンズ回転用モータ１２５が設けられている。このレンズ回転用モータ１２５の軸１２５ａには、カップリング１２５ｂを介して小径のギア１２５ｃが連結されている。このギア１２５ｃは、大径のギア１２５ｄに連結されている。さらにギア１２５ｄの同軸にはプーリ１２５ｅが設けられており、このプーリ１２５ｅは、ベルト１２５ｆを介してプーリ１２１ｂに連結されている。プーリ１２１ｂは、軸１２１に固定されている。
【００２７】
これにより、レンズ回転用モータ１２５が駆動すると、軸１２５ａの回転がカップリング１２５ｂ、ギア１２５ｃに伝達され、さらにギア１２５ｄで減速され、この減速された回転がプーリ１２５ｅ、ベルト１２５ｆ、プーリ１２１ｂを介して軸１２１に伝達される。
【００２８】
軸１２１には、スリット板１２１ｃが固定されており、このスリット板１２１ｃの回転位置を、ケース１２ａ内に固定された光センサ１２６が検出することにより、軸１２１に固定されたレンズの原点位置が検出される。
【００２９】
このような構成のレンズ保持ユニット１２では、図３で示したようにサクションカップ受け１２１ａにレンズ１４が固定されると、エアシリンダ１２３が駆動して、レンズ押さえ軸１２２が図面左側に移動する。そして、レンズ１４をレンズ押さえ１２２ａによって押圧することにより、レンズ１４が固定される。レンズ１４の形状測定時は、レンズ回転用モータ１２５が駆動して、軸１２１が回転し、これと同時にレンズ１４が回転する。また、レンズ１４が回転することにより、レンズ押さえ１２２ａも一体に回転する。
【００３０】
次に、図５〜図７を参照して、スタイラス台移動機構部５０の具体的な構成について説明する。
図５はスタイラス台移動機構部５０の具体的な構成を示す正面図である。また、図６は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。さらに、図７はスタイラス台移動機構部５０の具体的な構成を示す底面図である。基台１１の基板１１ａ上には、前述したようにレール１３１，１３２が設けられている。このレール１３１，１３２には、ガイド部材１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂを介して、スタイラス台２０がスライド可能に取り付けられている。
【００３１】
基板１１ａの下側面には、取り付け板５１が固定されている。取り付け板５１には、支持部材５１１，５１２が所定間隔を空けて固定されている。これら支持部材５１１，５１２間には、２本のガイドシャフト５２，５３が平行に取り付けられている。また、支持部材５１１，５１２間には、ガイドシャフト５２，５３の中間にボールネジ５４が回転可能に軸支されている。ボールネジ５４の一端は、カップリング５４１を介してスタイラス台移動用モータ５４２の軸と連結されている。スタイラス台移動用モータ５４２は、後述の制御装置１００からの指令に応じて、ボールネジ５４を正逆回転させる。
【００３２】
ガイドシャフト５２，５３、およびボールネジ５４には、連結部材５５が取り付けられている。この連結部材５５の上端部５５ａは、取り付け板５１に形成された穴５１ａおよび基板１１ａの穴１１ｂを介して、基板１１ａの上側に突き出ている。この突き出た上端部５５ａには、スタイラス台２０が固定されている。連結部材５５は、ガイドシャフト５２，５３に対してはスライド可能に取り付けられ、一方、ボールネジ５４に対しては螺合している。
【００３３】
また、連結部材５５には、スイッチ片５５１が固定されている。このスイッチ片５５１は、連結部材５５が原点位置にあるときに、取り付け板５１に固定された光センサ５１３をオンにする。また、スイッチ片５５１は、連結部材５５がオーバーランしたときに、同じく取り付け板５１に固定された光センサ５１４をオンにする。
【００３４】
このような構成のスタイラス台移動機構部５０は、スタイラス台移動用モータ５４２が回転することにより、ボールネジ５４が回転し、その回転方向に応じて連結部材５５およびスタイラス台２０が図５の左右方向（Ｚ軸方向）に移動する。連結部材５５およびスタイラス台２０の原点位置は、光センサ５１３がオンになることによって検出される。この原点位置からのスタイラス台移動用モータ５４２の回転パルス数を読み取ることによって、スタイラス台２０のＺ軸方向の位置が検出される。
【００３５】
次に、スタイラス台２０の具体的な構成について説明する。
図８はスタイラス台２０の具体的な構成を示す左側面図である。また、図９は図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。スタイラス台２０は、その基台２０ａが連結部材５５を介して、前述のスタイラス台移動機構部５０に連結されている。基台２０ａは、端部２０ｂ，２０ｃが直角に立ち上げられ、全体が凹状に形成されている。この端部２０ｂ，２０ｃ間には、Ｙ軸方向を向く２本の平行なガイドシャフト２１，２２が設けられている。また、ガイドシャフト２１，２２上には、ガイドローラ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ等を介してテーブル２３がスライド可能に取り付けられている。
【００３６】
基台２０ａの端部２０ｃには、ブッシング２４が固定されている。このブッシング２４は、一端がテーブル２３の取り付け片２３１に取り付けられた定荷重バネ２４ａの他端側を巻き取るように設けられている。これにより、テーブル２３は、レンズ１４側（図８の左向き）に常に一定の荷重を受けている。
【００３７】
また、基台２０ａの端部２０ｃには、テーブル移動用モータ２５が固定されている。テーブル移動用モータ２５の軸には、プーリ２５１が取り付けられている。一方、基台２０ａの端部２０ｂには、プーリ２５１と対向する位置にプーリ２５２が回転自在に取り付けられている。これら２つのプーリ２５１、２５２間には、ワイヤ２５３が架けられている。
【００３８】
ワイヤ２５３の内側のラインには、ストッパ２５４が固定されている。このストッパ２５４は、テーブル２３に形成された当接片２３２に当接可能に取り付けられている。テーブル移動用モータ２５が駆動することにより、プーリ２５１に応じてワイヤ２５３が回転すると、その回転の向きに応じて、ストッパ２５４が図８の左右方向に移動する。
【００３９】
ストッパ２５４が図９の右方向（反レンズ側）に移動すると、テーブル当接片２３２に当接し、定荷重バネ２４ａの力に抗してテーブル２３を右方向に移動させる。テーブル２３の原点位置は、図８の右側に設定されている。このテーブル２３の原点位置への復帰は、テーブル２３のスイッチ片２３３が光センサ２６をオンにすることにより検出される。
【００４０】
一方、ストッパ２５４の原点位置は、図８の左側に設定されている。このストッパ２５４の原点位置への復帰は、ストッパ２５４自体が光センサ２７をオンにすることにより検出される。
【００４１】
テーブル２３のＹ軸方向への移動量は、図９に示すリニアエンコーダ２８によって検出される。リニアエンコーダ２８は、主に、ガイドシャフト２１，２２と平行となるように基台２０ａ側に固定されたスケール２８１と、テーブル２３側に固定された検出器２８２とから構成される。テーブル２３の移動によって、検出器２８２は、スケール２８１の面と一定の距離を維持しながら移動する。この移動に対応して、検出器２８２は、パルス信号を図示されていないアンプに出力し、このアンプがパルス信号を増幅して後述の制御装置１００側に送る。
【００４２】
このような構成のスタイラス台２０では、トレースの開始時には、テーブル移動用モータ２５が駆動して、ストッパ２５４を図７の右方向に移動させる。これにより、ストッパ２５４は、テーブル２３の当接片２３２に当接してテーブル２３全体を原点位置に向かって移動させる。テーブル２３が原点位置まで到達すると、スイッチ片２３３が光センサ２６をオンにし、これにより、テーブル移動用モータ２５が停止して、テーブル２３が原点位置で停止する。
【００４３】
次いで、テーブル移動用モータ２５を逆方向に駆動することにより、ストッパ２５４がレンズ側に移動する。これにより、テーブル２３は、ストッパ２５４からの付勢力から解かれて、定荷重バネ２４ａの引っ張り力によってレンズ側に移動する。ストッパ２５４をさらにレンズ側に移動させると、テーブル２３は、スタイラス３１がレンズ１４の周縁に当接した時点で停止する。一方、その後もストッパ２５４がレンズ側に移動を続け、原点位置に到達すると、光センサ２７がこれを検知して、テーブル移動用モータ２５の駆動が停止し、同時にストッパ２５４も原点位置に停止する。
【００４４】
次に、スタイラスユニット３０の具体的な構成について説明する。
図１０はスタイラスユニット３０の具体的な構成を示す平面図である。スタイラスユニット３０は、主に、スタイラス移動機構部３２およびブレーキ機構部３３から構成されている。スタイラス移動機構部３２は、取り付け部材３２ａを介してテーブル２３上に固定されている。スタイラス３１は、スタイラス移動機構部３２のスリーブ３２１内を摺動可能に設けられている。スタイラス３１には、ヤゲン溝３１ａが形成されており、このヤゲン溝３１ａが測定対象であるレンズ１４のヤゲンに嵌合する。
【００４５】
スリーブ３２１の図面右側端部には、スタイラス移動モータ３２２が取り付けられている。スタイラス移動モータ３２２は、パルスモータであり、その軸３２３をＺ軸方向に移動制御する。軸３２３の先端３２３ａは、スリーブ３２１内に進入可能に設けられている。スタイラス移動モータ３２２の図面右側には、光センサ３２４が固定されている。光センサ３２４は、スタイラス移動モータ３２２の軸３２３が原点位置にあるときに、軸３２３の後端３２３ｂを検知してオンとなる。
【００４６】
スリーブ３２１のスタイラス移動モータ３２２側部分には、スタイラス位置検出器３２５が設けられている。スタイラス位置検出器３２５は、図示されていないＣＣＤラインイメージセンサおよびＬＥＤから構成されており、スタイラス３１の後端３１ｃの位置を公知の技術により検知する。この検知によって、スタイラス３１の現在の位置を認識することができる。
【００４７】
スタイラス３１は、トレース動作時および後述の押し込み動作時以外では、ブレーキ機構部３３のブレーキ部材３３１によって、Ｚ軸方向の位置が固定されている。ブレーキ機構部３３は、取り付け部材３３ａを介してスタイラス移動機構部３２に固定されている。ブレーキ機構部３３は、主に、ブレーキ部材３３１を支持する支持部材３３２と、ブレーキ駆動モータ３３３と、ブレーキ駆動モータ３３３の軸３３４と、光センサ３３５とから構成される。
【００４８】
次に、ブレーキ機構部３３の具体的な構成について説明する。
図１１はブレーキ機構部３３の具体的な構成を示す側面図である。ブレーキ部材３３１は、軸３３１ｂを中心に回動可能に支持部材３３２に取り付けられている。ただし、図では、ブレーキ部材３３１の取り付け状態が分かるように、支持部材３３２は断面表示されている。ブレーキ部材３３１の下端は、バネ３３６によって図面右方向に引っ張られている。パルスモータであるブレーキ駆動モータ３３３の軸３３４が原点位置にある状態では、光センサ３３５は、軸３３４の後端部３３４ｂを検出している。このとき、ブレーキ部材３３１は、バネ３３６の付勢力によって、その当接部３３１ａがスタイラス３１を押さえ付けている。このときの摩擦力によって、スタイラス３１の位置が固定される。
【００４９】
一方、ブレーキ駆動モータ３３３が駆動して、軸３３４が図面左側に移動すると、軸３３４の先端部３３４ａがブレーキ部材３３１の下端付近を押す。これにより、ブレーキ部材３３１は、バネ３３６の力に抗して図面右回りに回動し、当接部３３１ａがスタイラス３１から離れる。よって、スタイラス３１のブレーキが解除され、トレースの実行が可能となる。
【００５０】
次に、図１０に戻って、スタイラスユニット３０の動作について説明する。スタイラスユニット３０では、トレース開始時には、ブレーキ機構部３３によるブレーキが解除になり、スタイラス移動モータ３２２が駆動して、軸３２３が図面左方向に移動する。そして、軸３２３の先端部３２３ａがスタイラス３１の後端３１ｃを押す。スタイラス移動モータ３２２は、スタイラス３１が測定基準位置に達するまで軸３２３を図面左方向に移動する。ここで、測定基準位置とは、スタイラス３１がスリーブ３２１内の最も奥に収納された位置をスタイラス３１の原点位置とした場合に、この原点位置から図面左方向に所定量突出した位置である。この測定基準位置からのスタイラス３１のＺ軸方向の増減値に基づいて、レンズ１４の厚み方向の位置データが求められる。
【００５１】
スタイラス３１が測定基準位置に移動すると、ブレーキ機構部３３が再び働いて、ブレーキ部材３３１がスタイラス３１にブレーキをかける。これにより、スタイラス３１が測定基準位置で固定される。この測定基準位置にスタイラス３１が固定された状態で、後述するように、スタイラス台２０やテーブル２３がそれぞれＺ軸、Ｙ軸方向に移動して、スタイラス３１をレンズ１４に接触させる。
【００５２】
以後は、後述するような手順により、スタイラス台２０、テーブル２３等が移動して、レンズ１４のトレースが実行される。レンズ１４のトレースは、レンズ周縁を１周させたときに完了するので、最終的には、スタイラス３１のＺ軸方向の位置は、測定基準位置に戻る。したがって、トレース動作の終了と同時にブレーキ機構部３３によりブレーキをかければ、外部から強い力が加わらない限りは、スタイラス３１の位置は測定基準位置に固定されたままになる。
【００５３】
ところが、外部から強い力が加わる等の理由により、スタイラス３１の位置がずれると、次回の測定開始位置が分からなくなってしまう。ただし、スタイラス３１がスタイラス移動モータ３２２側にずれている場合には、前述のようにスタイラス移動モータ３２２を駆動して軸３２３でスタイラス３１を押せば、スタイラス３１を測定基準位置に戻すことができる。しかし、スタイラス３１がスタイラス移動モータ３２２と反対側にずれた場合には、何らかの手段によって、スタイラス３１をスタイラス移動モータ３２２側に押し込む動作が必要となる。
【００５４】
そこで、本形態のレンズ形状測定装置１０では、押し当て板４２を設けることによって、スタイラス３１を自動的にスタイラス移動モータ３２２側に押し込めるようにしてある。
【００５５】
次に、このスタイラス３１の押し込み動作について説明する。
図１２は押し当て板４２を使用したスタイラス３１の押し込み動作を説明する図である。スタイラス３１の押し込み動作を行う場合、制御側では、まず、トレース開始時と同じように、スタイラス３１を測定基準位置に押すときと同じ位置までスタイラス移動モータ３２２の軸３２３を移動させる。次いで、スタイラス台２０のＺ軸方向、およびテーブル２３のＹ軸方向の位置を制御して、スタイラスユニット３０を押し当て板４２側に移動させる。この移動により、スタイラス３１の先端部３１ｂが押し当て板４２に当接する。スタイラスユニット３０の移動を続けると、スタイラス３１は、押し当て板４２に押されてスタイラス移動モータ３２２側に移動する。
【００５６】
ここで、押し当て板４２は、軸４２ａを中心にＹ−Ｚ平面に沿って回動自在に取り付けられている。ただし、押し当て板４２は、スタイラス３１と比べて十分に重くなるように形成されているので、スタイラス３１を押すとき押し当て板４２は、ほとんど制止している。
【００５７】
こうして、押し当て板４２に押されたスタイラス３１が、図１３に示すようにスタイラス移動モータ３２２の軸３２３と接触すると、それよりもやや多めに移動した位置でスタイラスユニット３０のＺ軸方向への移動が停止する。この停止位置は、各機構の設計値やスタイラス３１の長さのデータに基づいて予め設定されており、実際には、図５で示した光センサ５１４によって検出される。
【００５８】
スタイラスユニット３０が停止した位置は、スタイラス３１が軸３２３と接触してからやや多めに移動しているので、この間、スタイラス３１は、押し当て板４２と軸３２３との間に挟まれている。しかし、押し当て板４２は、回動自在に取り付けられているので、図面右回りに回転してスタイラス３１から逃げる。これにより、スタイラス３１への負荷を低減することができ、スタイラス３１の変形等を防止することができる。
【００５９】
図１４は本形態のレンズ形状測定装置の制御装置１００を中心とした各機構部の電気的な接続関係を示すブロック図である。ただし、ここでは、主要な構成のみを示す。制御装置１００は、レンズ保持ユニット１２のエアシリンダ１２３内の電磁弁に駆動信号を送り、眼鏡レンズ１４の保持を行う。エアシリンダ１２３が駆動しているか否かの判断は、磁力センサ１２３ｄからの検知信号によって判断する。
【００６０】
制御装置１００は、ドライバ６１を介してレンズ回転用モータ１２５を駆動する。眼鏡レンズ１４の原点位置は、光センサ１２６からのスリット検出信号によって判断する。スタイラスユニット３０のスタイラス３１のトレース開始時の突き出し動作は、ドライバ６２を介してスタイラス移動モータ３２２を駆動することにより行う。また、ブレーキ機構部３３によるスタイラス３１のブレーキ解除は、ドライバ６３を介してブレーキ駆動モータ３３３を駆動することにより行う。
【００６１】
スタイラス台２０のＺ軸方向への移動は、ドライバ６４を介してスタイラス台移動用モータ５４２を駆動することにより行う。テーブル２３のＹ軸方向への移動は、ドライバ６５を介してテーブル移動用モータ２５を駆動することにより行う。
【００６２】
制御装置１００には、レンズ形状測定装置１０内の各種センサ、例えば図５で示した光センサ５１３，５１４、図７で示した光センサ２６，２７等からの検出信号が送られる。
制御装置１００は、電源回路６６を駆動することにより、ヒータ１５を制御する。ヒータ１５によって、レンズ１４およびスタイラス３１周辺の温度は、常に室温より所定温度（数°Ｃ程度）だけ高くなるように制御される。この温度の検出は、所定の位置に設けられた温度センサ１５ａによって行われる。
【００６３】
制御装置１００は、加工システム全体を管理するホストコンピュータ１０１と接続されている。このホストコンピュータ１０１からは、測定対象のレンズ１４の加工形状データが送られる。制御装置１００は、この送られた加工形状データに基づいてスタイラス台２０およびテーブル２３の移動を行い、スタイラス３１によるアプローチおよびトレースを実行する。制御装置１００は、トレースの結果を、ホストコンピュータ１０１に送る。ホストコンピュータ１０１側では、このデータに基づいて、レンズ１４の周長等のレンズ形状データを演算する。
【００６４】
また、制御装置１００には、操作盤１０２が接続されている。作業者による操作盤１０２の操作により、トレース開始、停止等の指令が成される。また、操作盤１０２によって、図１２、図１３で説明したスタイラス３１の押し込み動作の指令がなされる。
【００６５】
さらに、操作盤１０２に表示装置を設けることにより、アラーム表示等を行うことができる。
図１５は本形態のレンズ形状測定動作の制御装置１００による制御手順を示すフローチャートである。ただし、ここでは、スタイラス３１は、予め測定基準位置に置かれているものとする。
〔Ｓ１〕スタイラス台移動モータ５４２を駆動して、スタイラス台２０をＺ軸方向に移動させて位置決めを行う。ここでは、レンズ１４の最大径周縁部分のヤゲンのＺ軸方向の位置に、スタイラス３１のヤゲン溝３１ａのＺ軸方向の位置が一致するように、位置決め制御を行う。
〔Ｓ２〕レンズ１４の軸１２１を回転させて、最大径周縁部分がスタイラス３１側に位置するように位置決めする。
〔Ｓ３〕テーブル移動モータ２５を駆動して、テーブル２３をレンズ１４側に移動させ、スタイラス３１のヤゲン溝３１ａをレンズ１４の最大径周縁部分のヤゲンに接触させる。
〔Ｓ４〕ブレーキ機構部３３のブレーキ駆動モータ３３３を駆動して、スタイラス３１に対するブレーキを解除する。
〔Ｓ５〕レンズ１４の軸１２１を回転させて、スタイラス３１によるレンズ１４周縁を１周分トレースする。
〔Ｓ６〕ブレーキ機構部３３によって、再びスタイラス３１にブレーキをかける。
〔Ｓ７〕テーブル２３をＹ軸方向に移動して、スタイラス３１をレンズ１４から引き離す。
〔Ｓ８〕スタイラス台２０、テーブル２３等の各軸を原点に復帰させる。
【００６６】
このように、本形態では、レンズ１４をほぼ水平な軸１２１によりレンズ面側から保持し、スタイラス３１の軸芯を水平にした状態でレンズ形状のトレースを実行するようにしたので、トレース実行中に、スタイラスがレンズ１４から外れて落下することがない。また、このため、スタイラス３１を軽量化する必要もないので、スタイラスの耐久性も維持できる。
【００６７】
さらに、本形態では、ヒータ１５を設けて、トレース中、常に一定温度を維持するようにしたので、レンズ１４やスタイラス３１等の測定試料や、レンズ形状測定装置１０の各材料等の、温度変化による変形を防止することができる。これにより、測定精度を向上させることができる。より具体的には、周長の測定誤差を０．１ｍｍ以下にすることができる。
【００６８】
また、本形態では、押し当て板４２を設け、この押し当て板４２にスタイラス３１を自動的に押し当て動作可能にしたので、外部からの力によりスタイラス３１の軸芯方向の位置がずれたとしても、スタイラス３１の基準位置への位置決めを簡単に行うことができる。
【００６９】
なお、本形態では、ヒータ１５によって温度維持を行ったが、この代わりに冷房装置を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本形態のレンズ形状測定装置の外観を示す斜視図である。
【図２】レンズ形状測定装置の座標系を説明する図である。
【図３】本形態のレンズ形状測定装置の概略構成を示す平面図である。
【図４】レンズ保持ユニット内部の構成を示す平面図である。
【図５】スタイラス台移動機構部の具体的な構成を示す正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】スタイラス台移動機構部の具体的な構成を示す底面図である。
【図８】スタイラス台の具体的な構成を示す左側面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１０】スタイラスユニットの具体的な構成を示す平面図である。
【図１１】ブレーキ機構部の具体的な構成を示す側面図である。
【図１２】押し当て板を使用したスタイラスの押し込み動作を説明する図である。
【図１３】押し込み動作の結果スタイラスがスタイラス移動モータの軸に当接した状態を示す図である。
【図１４】本形態のレンズ形状測定装置の制御装置を中心とした各機構部の電気的な接続関係を示すブロック図である。
【図１５】本形態のレンズ形状測定動作の制御装置による制御手順を示すフローチャートである。
【図１６】従来のレンズ形状測定装置による測定方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ レンズ形状測定装置
１１ 基台
１１ａ 基板
１２ レンズ保持ユニット
１３ トレーサ機構部
１４ レンズ
１５ ヒータ
２０ スタイラス台
２１，２２ ガイドシャフト
２３ テーブル
３０ スタイラスユニット
３１ スタイラス
３２ スタイラス移動機構部
５０ スタイラス台移動機構部
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズの周縁の形状を測定するレンズ形状測定装置に関し、特にスタイラスをレンズに接触させて測定を行うレンズ形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡用のレンズを研削加工した後では、そのレンズが目的の加工形状データ通りに加工されているかどうかを判断する必要がある。このため、従来、特開平６−１７５０８７号公報のように、レンズ形状測定装置を使用して、加工後のレンズ周縁の形状、特に周長を測定するようにした技術がある。
【０００３】
図１６は従来のレンズ形状測定装置による測定方法を説明する概略図である。加工後のレンズ７１は、図示されていない保持軸によってレンズ面がほぼ水平に保持される。この保持されたレンズ７１の周縁には、軸芯が鉛直方向に延びるように設けられたスタイラス７２の溝７２ａが嵌合される。この状態でレンズ７１は所定の速度で回転すると、レンズ７１の周縁の形状に従って、スタイラス７２はレンズ７１の径方向および上下方向に移動する。
【０００４】
図示されていない位置検出機構部では、このスタイラス７２の位置を所定間隔で検出し、レンズ７１の全周にわたって位置データを収集する。これによりレンズ７１の周縁の形状が測定され、さらにこのデータに基づいた演算によって、レンズ７１の周長が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のレンズ形状測定装置では、スタイラス７２の軸芯が鉛直に向いているので、例えば、スタイラス７２のヘッドが重い場合には測定の途中でスタイラス７２が外れて落下するおそれがあった。また、この落下を防止するために、従来は、軽量の材料を使用することによってスタイラス７２の重量を軽くし、自重の影響を小さくするようにしていた。しかし、軽量な材料では、耐久性が低く、溝７２ａが早くすり減ってしまう等の問題があった。
【０００６】
また、近年、眼鏡用のレンズとしては、プラスチックレンズが主流となっているが、その熱膨張率は、ガラスレンズと比べてはるかに大きい。このため、プラスチックレンズの周長の測定値は、温度変化に左右されやすく、一定の温度にコントロールされた測定室でないと、測定誤差が大きくなってしまう。ところが、通常の製造現場等では、一定の温度を保持する測定環境が備わっていないため、このような不利な環境でも実用的に使用できる測定装置が望まれていた。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スタイラスの耐久性を低下させることなく安定した状態でレンズ形状の測定ができ、測定室を一定の温度にコントロールする設備のない環境でも、正確なレンズ形状測定を行うことのできるレンズ形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では上記課題を解決するために、レンズの周縁の形状を測定するレンズ形状測定装置において、軸芯がほぼ水平方向を向く回転自在な保持軸によって、前記レンズをレンズ面側から保持するレンズ保持機構部と、前記保持されたレンズを回転させるレンズ回転機構部と、軸芯が前記保持軸とほぼ平行に向くように取り付けられたスタイラスを、前記レンズの周縁に沿って移動可能に支持するトレーサ機構部と、前記レンズ回転機構部を駆動して、前記レンズの周縁形状のトレースを実行するトレース制御手段と、前記トレース中、スタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を検出する位置検出手段と、前記検出されたスタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を読みとって、前記レンズの形状データを生成する形状データ生成手段と、前記レンズの測定部分の温度を室温より高い一定温度に保持する温度保持装置と、を有することを特徴とするレンズ形状測定装置が、提供される。
【０００９】
このようなレンズ形状測定装置では、レンズは軸芯がほぼ水平方向を向く回転自在な保持軸によってレンズ面側から保持されており、一方、スタイラスは、レンズの保持軸にほぼ平行に取り付けられている。トレース制御手段は、レンズ回転機構部およびトレーサ機構部を駆動して、スタイラスによりレンズの周縁のトレースを実行する。
【００１０】
トレース制御手段からの指令により、トレーサ機構部は、スタイラスをレンズの周縁に沿って移動させる。このとき、位置検出機構部が、スタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を検出する。形状データ生成手段は、この検出されたスタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を読み取って、周長等のレンズの形状データを生成する。
【００１１】
スタイラスは、軸芯がほぼ水平方向を向くように設けられているので、自重の影響を受けず、トレース中にレンズ周縁から外れて落下することがない。
押し込み部材は、スタイラスを基準位置側に押し当て、スタイラスの軸芯方向の位置がずれても、基準位置への位置決めを容易にする。
【００１２】
また、レンズの測定部分の温度を一定温度に保持する温度保持装置を有することが好ましい。これにより、測定中の室温の変化によるレンズやスタイラスの形状変化をなくすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、レンズをほぼ水平な保持軸によりレンズ面側から保持し、スタイラスの軸芯を水平にした状態でレンズ形状のトレースを実行するようにしたので、トレース中に、スタイラスがレンズから外れて落下することがない。このため、スタイラスを軽量化する必要もないので、スタイラスの耐久性も維持できる。
【００１４】
また、スタイラスを基準位置に押し込む押し込み部材を設けたので、スタイラスの軸芯方向の位置がずれても、基準位置への位置決めを簡単に行うことができる。
さらに、本発明では、レンズの測定部分の温度を一定温度に保持する温度保持装置を設けたので、測定中の室温の変化によるレンズやスタイラス等の形状変化をなくすことができる。よって、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一形態を図面に基づいて説明する。
図１は本形態のレンズ形状測定装置の外観を示す斜視図である。レンズ形状測定装置１０は、各機構部が基台１１に取り付けられることにより構成されている。基台１１の基板１１ａは、水平面（Ｙ−Ｚ平面）に平行に設けられており、この基板１１ａ上には、レンズ保持ユニット１２およびトレーサ機構部１３が設けられている。レンズ保持ユニット１２全体は、基板１１ａ上に固定されている。このレンズ保持ユニット１２には、加工済みのレンズ１４が保持されている。
【００１６】
また、基板１１ａ上で、レンズ保持ユニット１２の下方には、ヒータ１５が設けられている。レンズ保持ユニット１２の裏側には、温度センサ１５ａが取り付けられており、レンズ１４付近の温度を検出する。基板１１ａ上には、保温のための保温カバー１６が装着されている。この保温カバー１６には、開口部１６ａが形成されており、この開口部１６ａを介してレンズ１４の着脱が行われる。
【００１７】
トレーサ機構部１３は、主に、スタイラス台２０と、スタイラスユニット３０とから構成されている。スタイラス台２０は、Ｚ軸方向を向く２本のレール（水平移動レール）１３１，１３２上に、スライド可能に設けられている。スタイラスユニット３０には、スタイラス３１が取り付けられている。スタイラス３１は、水平方向、すなわちＺ軸方向を向いている。
【００１８】
ここで、Ｙ軸方向とは、図２に示すように、レンズ１４の径方向位置（ｒ方向）の測定軸であり、一方、Ｚ軸方向とは、レンズ１４の厚み方向の測定軸である。レンズ形状測定装置１０では、レンズ１４周縁（ヤゲン頂点）上に所定角度間隔のサンプリング点Ｐn
を予め多数設定しており、この各サンプリング点Ｐn において、それぞれＹ軸方向およびＺ軸方向の位置データを測定する。そして、この基準点Ｐ0
に対するサンプリング点Ｐn の角度θと、そのサンプリング点Ｐn
で測定されたＹ軸方向およびＺ軸方向の位置データとに基づいて、レンズ１４の周長等のレンズ形状データを生成する。
【００１９】
図１に戻り、基板１１ａの下方には、ここでは図示されていない後述のスタイラス台移動機構部５０が設けられている。スタイラス台移動機構部５０は、基板１１ａの穴１１ｂを介してスタイラス台２０と連結されており、後述の制御装置１００からの指令に応じてスタイラス台２０を移動させる。スタイラス台移動機構部５０の具体的な構成については後述する。
【００２０】
図３は本形態のレンズ形状測定装置の概略構成を示す平面図である。レンズ１４の凸面側には、ホルダ１４１が固定されている。このホルダ１４１は、レンズ保持ユニット１２の保持軸１２１のホルダ受け１２１ａに装着されている。保持軸１２１は、Ｚ軸方向を向いている。また、レンズ１４の凹面側は、レンズ押さえ軸１２２のレンズ押さえ１２２ａにより押圧されている。レンズ保持ユニット１２の具体的な構成については、後述する。
【００２１】
トレーサ機構部１３のレール１３１，１３２には、スタイラス台２０がスライド可能に取り付けられている。スタイラス台２０には、基板１１ａおよびレール１３１，１３２に垂直方向（Ｙ軸方向）を向くガイドシャフト（垂直移動レール）２１，２２が設けられている。このガイドシャフト２１，２２には、テーブル２３がスライド可能に取り付けられている。さらに、このテーブル２３上には、スタイラスユニット３０が固定されている。
【００２２】
スタイラスユニット３０には、図１で示したように、スタイラス３１がＺ軸方向にスライド可能に取り付けられている。スタイラス３１は、スタイラス移動機構部３２によって、その突出量が制御される。また、スタイラス移動機構部３２には、ブレーキ機構部３３が取り付けられている。ブレーキ機構部３３は、トレース実行以外のときに、スタイラス３１の軸芯方向のスライド動作にブレーキをかける機構部である。スタイラスユニット３０の具体的な構成については、後述する。
【００２３】
レンズ保持ユニット１２には、取り付け片４１を介して押し当て板４２が取り付けられている。押し当て板４２は、トレース開始等の時にスタイラス３１を押し当てて、基準位置側に一旦押し込むために用いられる。
【００２４】
図４はレンズ保持ユニット１２内部の構成を示す平面図である。レンズ保持ユニット１２のケース１２ａ内には、エアシリンダ１２３が設けられている。エアシリンダ１２３は、外部に設けられた図示されていないエアポンプから送られるエアの圧力に応じて、その軸１２３ａがＺ軸方向に移動する。軸１２３ａの先端には、アーム１２３ｂが固定され、軸１２３ａと一体に移動するように設けられている。このアーム１２３ｂには、ガイドテーブル１２３ｃおよびレンズ押さえ軸１２２が固定されている。レンズ押さえ軸１２２は、ケース１２ａに形成されたＺ軸方向に延びる長穴１２ｂに沿って移動できるように設けられている。レンズ押さえ軸１２２の先端には、レンズ押さえ１２２ａがＺ軸周りに正逆回転自在に設けられている。
【００２５】
ガイドテーブル１２３ｃは、レール台１２４の側面にＺ軸方向に平行となるように設けられたレール１２４ａに、摺動可能に嵌合している。これにより、軸１２３ａが移動すると、これと一体に、アーム１２３ｂ、ガイドテーブル１２３ｃ、およびレンズ押さえ軸１２２がＺ軸方向に移動する。
【００２６】
また、ケース１２ａ内には、レンズ回転用モータ１２５が設けられている。このレンズ回転用モータ１２５の軸１２５ａには、カップリング１２５ｂを介して小径のギア１２５ｃが連結されている。このギア１２５ｃは、大径のギア１２５ｄに連結されている。さらにギア１２５ｄの同軸にはプーリ１２５ｅが設けられており、このプーリ１２５ｅは、ベルト１２５ｆを介してプーリ１２１ｂに連結されている。プーリ１２１ｂは、軸１２１に固定されている。
【００２７】
これにより、レンズ回転用モータ１２５が駆動すると、軸１２５ａの回転がカップリング１２５ｂ、ギア１２５ｃに伝達され、さらにギア１２５ｄで減速され、この減速された回転がプーリ１２５ｅ、ベルト１２５ｆ、プーリ１２１ｂを介して軸１２１に伝達される。
【００２８】
軸１２１には、スリット板１２１ｃが固定されており、このスリット板１２１ｃの回転位置を、ケース１２ａ内に固定された光センサ１２６が検出することにより、軸１２１に固定されたレンズの原点位置が検出される。
【００２９】
このような構成のレンズ保持ユニット１２では、図３で示したようにサクションカップ受け１２１ａにレンズ１４が固定されると、エアシリンダ１２３が駆動して、レンズ押さえ軸１２２が図面左側に移動する。そして、レンズ１４をレンズ押さえ１２２ａによって押圧することにより、レンズ１４が固定される。レンズ１４の形状測定時は、レンズ回転用モータ１２５が駆動して、軸１２１が回転し、これと同時にレンズ１４が回転する。また、レンズ１４が回転することにより、レンズ押さえ１２２ａも一体に回転する。
【００３０】
次に、図５〜図７を参照して、スタイラス台移動機構部５０の具体的な構成について説明する。
図５はスタイラス台移動機構部５０の具体的な構成を示す正面図である。また、図６は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。さらに、図７はスタイラス台移動機構部５０の具体的な構成を示す底面図である。基台１１の基板１１ａ上には、前述したようにレール１３１，１３２が設けられている。このレール１３１，１３２には、ガイド部材１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂを介して、スタイラス台２０がスライド可能に取り付けられている。
【００３１】
基板１１ａの下側面には、取り付け板５１が固定されている。取り付け板５１には、支持部材５１１，５１２が所定間隔を空けて固定されている。これら支持部材５１１，５１２間には、２本のガイドシャフト５２，５３が平行に取り付けられている。また、支持部材５１１，５１２間には、ガイドシャフト５２，５３の中間にボールネジ５４が回転可能に軸支されている。ボールネジ５４の一端は、カップリング５４１を介してスタイラス台移動用モータ５４２の軸と連結されている。スタイラス台移動用モータ５４２は、後述の制御装置１００からの指令に応じて、ボールネジ５４を正逆回転させる。
【００３２】
ガイドシャフト５２，５３、およびボールネジ５４には、連結部材５５が取り付けられている。この連結部材５５の上端部５５ａは、取り付け板５１に形成された穴５１ａおよび基板１１ａの穴１１ｂを介して、基板１１ａの上側に突き出ている。この突き出た上端部５５ａには、スタイラス台２０が固定されている。連結部材５５は、ガイドシャフト５２，５３に対してはスライド可能に取り付けられ、一方、ボールネジ５４に対しては螺合している。
【００３３】
また、連結部材５５には、スイッチ片５５１が固定されている。このスイッチ片５５１は、連結部材５５が原点位置にあるときに、取り付け板５１に固定された光センサ５１３をオンにする。また、スイッチ片５５１は、連結部材５５がオーバーランしたときに、同じく取り付け板５１に固定された光センサ５１４をオンにする。
【００３４】
このような構成のスタイラス台移動機構部５０は、スタイラス台移動用モータ５４２が回転することにより、ボールネジ５４が回転し、その回転方向に応じて連結部材５５およびスタイラス台２０が図５の左右方向（Ｚ軸方向）に移動する。連結部材５５およびスタイラス台２０の原点位置は、光センサ５１３がオンになることによって検出される。この原点位置からのスタイラス台移動用モータ５４２の回転パルス数を読み取ることによって、スタイラス台２０のＺ軸方向の位置が検出される。
【００３５】
次に、スタイラス台２０の具体的な構成について説明する。
図８はスタイラス台２０の具体的な構成を示す左側面図である。また、図９は図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。スタイラス台２０は、その基台２０ａが連結部材５５を介して、前述のスタイラス台移動機構部５０に連結されている。基台２０ａは、端部２０ｂ，２０ｃが直角に立ち上げられ、全体が凹状に形成されている。この端部２０ｂ，２０ｃ間には、Ｙ軸方向を向く２本の平行なガイドシャフト２１，２２が設けられている。また、ガイドシャフト２１，２２上には、ガイドローラ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ等を介してテーブル２３がスライド可能に取り付けられている。
【００３６】
基台２０ａの端部２０ｃには、ブッシング２４が固定されている。このブッシング２４は、一端がテーブル２３の取り付け片２３１に取り付けられた定荷重バネ２４ａの他端側を巻き取るように設けられている。これにより、テーブル２３は、レンズ１４側（図８の左向き）に常に一定の荷重を受けている。
【００３７】
また、基台２０ａの端部２０ｃには、テーブル移動用モータ２５が固定されている。テーブル移動用モータ２５の軸には、プーリ２５１が取り付けられている。一方、基台２０ａの端部２０ｂには、プーリ２５１と対向する位置にプーリ２５２が回転自在に取り付けられている。これら２つのプーリ２５１、２５２間には、ワイヤ２５３が架けられている。
【００３８】
ワイヤ２５３の内側のラインには、ストッパ２５４が固定されている。このストッパ２５４は、テーブル２３に形成された当接片２３２に当接可能に取り付けられている。テーブル移動用モータ２５が駆動することにより、プーリ２５１に応じてワイヤ２５３が回転すると、その回転の向きに応じて、ストッパ２５４が図８の左右方向に移動する。
【００３９】
ストッパ２５４が図９の右方向（反レンズ側）に移動すると、テーブル当接片２３２に当接し、定荷重バネ２４ａの力に抗してテーブル２３を右方向に移動させる。テーブル２３の原点位置は、図８の右側に設定されている。このテーブル２３の原点位置への復帰は、テーブル２３のスイッチ片２３３が光センサ２６をオンにすることにより検出される。
【００４０】
一方、ストッパ２５４の原点位置は、図８の左側に設定されている。このストッパ２５４の原点位置への復帰は、ストッパ２５４自体が光センサ２７をオンにすることにより検出される。
【００４１】
テーブル２３のＹ軸方向への移動量は、図９に示すリニアエンコーダ２８によって検出される。リニアエンコーダ２８は、主に、ガイドシャフト２１，２２と平行となるように基台２０ａ側に固定されたスケール２８１と、テーブル２３側に固定された検出器２８２とから構成される。テーブル２３の移動によって、検出器２８２は、スケール２８１の面と一定の距離を維持しながら移動する。この移動に対応して、検出器２８２は、パルス信号を図示されていないアンプに出力し、このアンプがパルス信号を増幅して後述の制御装置１００側に送る。
【００４２】
このような構成のスタイラス台２０では、トレースの開始時には、テーブル移動用モータ２５が駆動して、ストッパ２５４を図７の右方向に移動させる。これにより、ストッパ２５４は、テーブル２３の当接片２３２に当接してテーブル２３全体を原点位置に向かって移動させる。テーブル２３が原点位置まで到達すると、スイッチ片２３３が光センサ２６をオンにし、これにより、テーブル移動用モータ２５が停止して、テーブル２３が原点位置で停止する。
【００４３】
次いで、テーブル移動用モータ２５を逆方向に駆動することにより、ストッパ２５４がレンズ側に移動する。これにより、テーブル２３は、ストッパ２５４からの付勢力から解かれて、定荷重バネ２４ａの引っ張り力によってレンズ側に移動する。ストッパ２５４をさらにレンズ側に移動させると、テーブル２３は、スタイラス３１がレンズ１４の周縁に当接した時点で停止する。一方、その後もストッパ２５４がレンズ側に移動を続け、原点位置に到達すると、光センサ２７がこれを検知して、テーブル移動用モータ２５の駆動が停止し、同時にストッパ２５４も原点位置に停止する。
【００４４】
次に、スタイラスユニット３０の具体的な構成について説明する。
図１０はスタイラスユニット３０の具体的な構成を示す平面図である。スタイラスユニット３０は、主に、スタイラス移動機構部３２およびブレーキ機構部３３から構成されている。スタイラス移動機構部３２は、取り付け部材３２ａを介してテーブル２３上に固定されている。スタイラス３１は、スタイラス移動機構部３２のスリーブ３２１内を摺動可能に設けられている。スタイラス３１には、ヤゲン溝３１ａが形成されており、このヤゲン溝３１ａが測定対象であるレンズ１４のヤゲンに嵌合する。
【００４５】
スリーブ３２１の図面右側端部には、スタイラス移動モータ３２２が取り付けられている。スタイラス移動モータ３２２は、パルスモータであり、その軸３２３をＺ軸方向に移動制御する。軸３２３の先端３２３ａは、スリーブ３２１内に進入可能に設けられている。スタイラス移動モータ３２２の図面右側には、光センサ３２４が固定されている。光センサ３２４は、スタイラス移動モータ３２２の軸３２３が原点位置にあるときに、軸３２３の後端３２３ｂを検知してオンとなる。
【００４６】
スリーブ３２１のスタイラス移動モータ３２２側部分には、スタイラス位置検出器３２５が設けられている。スタイラス位置検出器３２５は、図示されていないＣＣＤラインイメージセンサおよびＬＥＤから構成されており、スタイラス３１の後端３１ｃの位置を公知の技術により検知する。この検知によって、スタイラス３１の現在の位置を認識することができる。
【００４７】
スタイラス３１は、トレース動作時および後述の押し込み動作時以外では、ブレーキ機構部３３のブレーキ部材３３１によって、Ｚ軸方向の位置が固定されている。ブレーキ機構部３３は、取り付け部材３３ａを介してスタイラス移動機構部３２に固定されている。ブレーキ機構部３３は、主に、ブレーキ部材３３１を支持する支持部材３３２と、ブレーキ駆動モータ３３３と、ブレーキ駆動モータ３３３の軸３３４と、光センサ３３５とから構成される。
【００４８】
次に、ブレーキ機構部３３の具体的な構成について説明する。
図１１はブレーキ機構部３３の具体的な構成を示す側面図である。ブレーキ部材３３１は、軸３３１ｂを中心に回動可能に支持部材３３２に取り付けられている。ただし、図では、ブレーキ部材３３１の取り付け状態が分かるように、支持部材３３２は断面表示されている。ブレーキ部材３３１の下端は、バネ３３６によって図面右方向に引っ張られている。パルスモータであるブレーキ駆動モータ３３３の軸３３４が原点位置にある状態では、光センサ３３５は、軸３３４の後端部３３４ｂを検出している。このとき、ブレーキ部材３３１は、バネ３３６の付勢力によって、その当接部３３１ａがスタイラス３１を押さえ付けている。このときの摩擦力によって、スタイラス３１の位置が固定される。
【００４９】
一方、ブレーキ駆動モータ３３３が駆動して、軸３３４が図面左側に移動すると、軸３３４の先端部３３４ａがブレーキ部材３３１の下端付近を押す。これにより、ブレーキ部材３３１は、バネ３３６の力に抗して図面右回りに回動し、当接部３３１ａがスタイラス３１から離れる。よって、スタイラス３１のブレーキが解除され、トレースの実行が可能となる。
【００５０】
次に、図１０に戻って、スタイラスユニット３０の動作について説明する。スタイラスユニット３０では、トレース開始時には、ブレーキ機構部３３によるブレーキが解除になり、スタイラス移動モータ３２２が駆動して、軸３２３が図面左方向に移動する。そして、軸３２３の先端部３２３ａがスタイラス３１の後端３１ｃを押す。スタイラス移動モータ３２２は、スタイラス３１が測定基準位置に達するまで軸３２３を図面左方向に移動する。ここで、測定基準位置とは、スタイラス３１がスリーブ３２１内の最も奥に収納された位置をスタイラス３１の原点位置とした場合に、この原点位置から図面左方向に所定量突出した位置である。この測定基準位置からのスタイラス３１のＺ軸方向の増減値に基づいて、レンズ１４の厚み方向の位置データが求められる。
【００５１】
スタイラス３１が測定基準位置に移動すると、ブレーキ機構部３３が再び働いて、ブレーキ部材３３１がスタイラス３１にブレーキをかける。これにより、スタイラス３１が測定基準位置で固定される。この測定基準位置にスタイラス３１が固定された状態で、後述するように、スタイラス台２０やテーブル２３がそれぞれＺ軸、Ｙ軸方向に移動して、スタイラス３１をレンズ１４に接触させる。
【００５２】
以後は、後述するような手順により、スタイラス台２０、テーブル２３等が移動して、レンズ１４のトレースが実行される。レンズ１４のトレースは、レンズ周縁を１周させたときに完了するので、最終的には、スタイラス３１のＺ軸方向の位置は、測定基準位置に戻る。したがって、トレース動作の終了と同時にブレーキ機構部３３によりブレーキをかければ、外部から強い力が加わらない限りは、スタイラス３１の位置は測定基準位置に固定されたままになる。
【００５３】
ところが、外部から強い力が加わる等の理由により、スタイラス３１の位置がずれると、次回の測定開始位置が分からなくなってしまう。ただし、スタイラス３１がスタイラス移動モータ３２２側にずれている場合には、前述のようにスタイラス移動モータ３２２を駆動して軸３２３でスタイラス３１を押せば、スタイラス３１を測定基準位置に戻すことができる。しかし、スタイラス３１がスタイラス移動モータ３２２と反対側にずれた場合には、何らかの手段によって、スタイラス３１をスタイラス移動モータ３２２側に押し込む動作が必要となる。
【００５４】
そこで、本形態のレンズ形状測定装置１０では、押し当て板４２を設けることによって、スタイラス３１を自動的にスタイラス移動モータ３２２側に押し込めるようにしてある。
【００５５】
次に、このスタイラス３１の押し込み動作について説明する。
図１２は押し当て板４２を使用したスタイラス３１の押し込み動作を説明する図である。スタイラス３１の押し込み動作を行う場合、制御側では、まず、トレース開始時と同じように、スタイラス３１を測定基準位置に押すときと同じ位置までスタイラス移動モータ３２２の軸３２３を移動させる。次いで、スタイラス台２０のＺ軸方向、およびテーブル２３のＹ軸方向の位置を制御して、スタイラスユニット３０を押し当て板４２側に移動させる。この移動により、スタイラス３１の先端部３１ｂが押し当て板４２に当接する。スタイラスユニット３０の移動を続けると、スタイラス３１は、押し当て板４２に押されてスタイラス移動モータ３２２側に移動する。
【００５６】
ここで、押し当て板４２は、軸４２ａを中心にＹ−Ｚ平面に沿って回動自在に取り付けられている。ただし、押し当て板４２は、スタイラス３１と比べて十分に重くなるように形成されているので、スタイラス３１を押すとき押し当て板４２は、ほとんど制止している。
【００５７】
こうして、押し当て板４２に押されたスタイラス３１が、図１３に示すようにスタイラス移動モータ３２２の軸３２３と接触すると、それよりもやや多めに移動した位置でスタイラスユニット３０のＺ軸方向への移動が停止する。この停止位置は、各機構の設計値やスタイラス３１の長さのデータに基づいて予め設定されており、実際には、図５で示した光センサ５１４によって検出される。
【００５８】
スタイラスユニット３０が停止した位置は、スタイラス３１が軸３２３と接触してからやや多めに移動しているので、この間、スタイラス３１は、押し当て板４２と軸３２３との間に挟まれている。しかし、押し当て板４２は、回動自在に取り付けられているので、図面右回りに回転してスタイラス３１から逃げる。これにより、スタイラス３１への負荷を低減することができ、スタイラス３１の変形等を防止することができる。
【００５９】
図１４は本形態のレンズ形状測定装置の制御装置１００を中心とした各機構部の電気的な接続関係を示すブロック図である。ただし、ここでは、主要な構成のみを示す。制御装置１００は、レンズ保持ユニット１２のエアシリンダ１２３内の電磁弁に駆動信号を送り、眼鏡レンズ１４の保持を行う。エアシリンダ１２３が駆動しているか否かの判断は、磁力センサ１２３ｄからの検知信号によって判断する。
【００６０】
制御装置１００は、ドライバ６１を介してレンズ回転用モータ１２５を駆動する。眼鏡レンズ１４の原点位置は、光センサ１２６からのスリット検出信号によって判断する。スタイラスユニット３０のスタイラス３１のトレース開始時の突き出し動作は、ドライバ６２を介してスタイラス移動モータ３２２を駆動することにより行う。また、ブレーキ機構部３３によるスタイラス３１のブレーキ解除は、ドライバ６３を介してブレーキ駆動モータ３３３を駆動することにより行う。
【００６１】
スタイラス台２０のＺ軸方向への移動は、ドライバ６４を介してスタイラス台移動用モータ５４２を駆動することにより行う。テーブル２３のＹ軸方向への移動は、ドライバ６５を介してテーブル移動用モータ２５を駆動することにより行う。
【００６２】
制御装置１００には、レンズ形状測定装置１０内の各種センサ、例えば図５で示した光センサ５１３，５１４、図７で示した光センサ２６，２７等からの検出信号が送られる。
制御装置１００は、電源回路６６を駆動することにより、ヒータ１５を制御する。ヒータ１５によって、レンズ１４およびスタイラス３１周辺の温度は、常に室温より所定温度（数°Ｃ程度）だけ高くなるように制御される。この温度の検出は、所定の位置に設けられた温度センサ１５ａによって行われる。
【００６３】
制御装置１００は、加工システム全体を管理するホストコンピュータ１０１と接続されている。このホストコンピュータ１０１からは、測定対象のレンズ１４の加工形状データが送られる。制御装置１００は、この送られた加工形状データに基づいてスタイラス台２０およびテーブル２３の移動を行い、スタイラス３１によるアプローチおよびトレースを実行する。制御装置１００は、トレースの結果を、ホストコンピュータ１０１に送る。ホストコンピュータ１０１側では、このデータに基づいて、レンズ１４の周長等のレンズ形状データを演算する。
【００６４】
また、制御装置１００には、操作盤１０２が接続されている。作業者による操作盤１０２の操作により、トレース開始、停止等の指令が成される。また、操作盤１０２によって、図１２、図１３で説明したスタイラス３１の押し込み動作の指令がなされる。
【００６５】
さらに、操作盤１０２に表示装置を設けることにより、アラーム表示等を行うことができる。
図１５は本形態のレンズ形状測定動作の制御装置１００による制御手順を示すフローチャートである。ただし、ここでは、スタイラス３１は、予め測定基準位置に置かれているものとする。
〔Ｓ１〕スタイラス台移動モータ５４２を駆動して、スタイラス台２０をＺ軸方向に移動させて位置決めを行う。ここでは、レンズ１４の最大径周縁部分のヤゲンのＺ軸方向の位置に、スタイラス３１のヤゲン溝３１ａのＺ軸方向の位置が一致するように、位置決め制御を行う。
〔Ｓ２〕レンズ１４の軸１２１を回転させて、最大径周縁部分がスタイラス３１側に位置するように位置決めする。
〔Ｓ３〕テーブル移動モータ２５を駆動して、テーブル２３をレンズ１４側に移動させ、スタイラス３１のヤゲン溝３１ａをレンズ１４の最大径周縁部分のヤゲンに接触させる。
〔Ｓ４〕ブレーキ機構部３３のブレーキ駆動モータ３３３を駆動して、スタイラス３１に対するブレーキを解除する。
〔Ｓ５〕レンズ１４の軸１２１を回転させて、スタイラス３１によるレンズ１４周縁を１周分トレースする。
〔Ｓ６〕ブレーキ機構部３３によって、再びスタイラス３１にブレーキをかける。
〔Ｓ７〕テーブル２３をＹ軸方向に移動して、スタイラス３１をレンズ１４から引き離す。
〔Ｓ８〕スタイラス台２０、テーブル２３等の各軸を原点に復帰させる。
【００６６】
このように、本形態では、レンズ１４をほぼ水平な軸１２１によりレンズ面側から保持し、スタイラス３１の軸芯を水平にした状態でレンズ形状のトレースを実行するようにしたので、トレース実行中に、スタイラスがレンズ１４から外れて落下することがない。また、このため、スタイラス３１を軽量化する必要もないので、スタイラスの耐久性も維持できる。
【００６７】
さらに、本形態では、ヒータ１５を設けて、トレース中、常に一定温度を維持するようにしたので、レンズ１４やスタイラス３１等の測定試料や、レンズ形状測定装置１０の各材料等の、温度変化による変形を防止することができる。これにより、測定精度を向上させることができる。より具体的には、周長の測定誤差を０．１ｍｍ以下にすることができる。
【００６８】
また、本形態では、押し当て板４２を設け、この押し当て板４２にスタイラス３１を自動的に押し当て動作可能にしたので、外部からの力によりスタイラス３１の軸芯方向の位置がずれたとしても、スタイラス３１の基準位置への位置決めを簡単に行うことができる。
【００６９】
なお、本形態では、ヒータ１５によって温度維持を行ったが、この代わりに冷房装置を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本形態のレンズ形状測定装置の外観を示す斜視図である。
【図２】レンズ形状測定装置の座標系を説明する図である。
【図３】本形態のレンズ形状測定装置の概略構成を示す平面図である。
【図４】レンズ保持ユニット内部の構成を示す平面図である。
【図５】スタイラス台移動機構部の具体的な構成を示す正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】スタイラス台移動機構部の具体的な構成を示す底面図である。
【図８】スタイラス台の具体的な構成を示す左側面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１０】スタイラスユニットの具体的な構成を示す平面図である。
【図１１】ブレーキ機構部の具体的な構成を示す側面図である。
【図１２】押し当て板を使用したスタイラスの押し込み動作を説明する図である。
【図１３】押し込み動作の結果スタイラスがスタイラス移動モータの軸に当接した状態を示す図である。
【図１４】本形態のレンズ形状測定装置の制御装置を中心とした各機構部の電気的な接続関係を示すブロック図である。
【図１５】本形態のレンズ形状測定動作の制御装置による制御手順を示すフローチャートである。
【図１６】従来のレンズ形状測定装置による測定方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ レンズ形状測定装置
１１ 基台
１１ａ 基板
１２ レンズ保持ユニット
１３ トレーサ機構部
１４ レンズ
１５ ヒータ
２０ スタイラス台
２１，２２ ガイドシャフト
２３ テーブル
３０ スタイラスユニット
３１ スタイラス
３２ スタイラス移動機構部
５０ スタイラス台移動機構部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズの周縁の形状を測定するレンズ形状測定装置において、
軸芯がほぼ水平方向を向く回転自在な保持軸によって、前記レンズをレンズ面側から保持するレンズ保持機構部と、
前記保持されたレンズを回転させるレンズ回転機構部と、
軸芯が前記保持軸とほぼ平行に向くように取り付けられたスタイラスを、前記レンズの周縁に沿って移動可能に支持するトレーサ機構部と、
前記レンズ回転機構部を駆動して、前記レンズの周縁形状のトレースを実行するトレース制御手段と、
前記トレース中、スタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を検出する位置検出手段と、
前記検出されたスタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を読みとって、前記レンズの形状データを生成する形状データ生成手段と、
を有することを特徴とするレンズ形状測定装置。
【請求項１】
レンズの周縁の形状を測定するレンズ形状測定装置において、
軸芯がほぼ水平方向を向く回転自在な保持軸によって、前記レンズをレンズ面側から保持するレンズ保持機構部と、
前記保持されたレンズを回転させるレンズ回転機構部と、
軸芯が前記保持軸とほぼ平行に向くように取り付けられたスタイラスを、前記レンズの周縁に沿って移動可能に支持するトレーサ機構部と、
前記レンズ回転機構部を駆動して、前記レンズの周縁形状のトレースを実行するトレース制御手段と、
前記トレース中、スタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を検出する位置検出手段と、
前記検出されたスタイラスの軸芯方向の位置およびレンズ径方向の位置を読みとって、前記レンズの形状データを生成する形状データ生成手段と、
を有することを特徴とするレンズ形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１１９１５１（Ｐ２００６−１１９１５１Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０３０（Ｐ２００６−３０３０）
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【分割の表示】特願２００３−２９３１７０（Ｐ２００３−２９３１７０）の分割
【原出願日】平成８年９月２日（１９９６．９．２）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【分割の表示】特願２００３−２９３１７０（Ｐ２００３−２９３１７０）の分割
【原出願日】平成８年９月２日（１９９６．９．２）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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