用于自动制造散光矫正隐形眼镜并在 上面进行印刷的方法以及实现该方法的装置 本申请是1997年9月24号提交的系列号为60／059，932的临时美国申请的继续。
【发明背景】
散光是眼睛的缺陷，可以通过根据非球形验光单磨制的镜片矫正。在病人的验光单上通常表达为圆柱体的验光单使至少镜片表面的一部分具有复曲面形。因此，这种镜片称为复曲面镜片。
尽管隐形眼镜的后表面通常为球形构造，但在用于矫正散光时，后表面具有复曲面构造。即，镜片后部的曲面部分具有长轴和短轴；镜片后表面的曲率半径在长轴方向比在短轴方向长。其结果是，镜片的后部不是具有球形构造，而是具有复曲面构造，其中长轴与短轴垂直。复曲面的长径通常比总体镜片的直径小，并切割成具有球形构造的初始基础曲面。
矫正镜片必须相对佩带者的眼睛正确定向。即，预计的镜片顶点必须在佩带者眼睛的顶点上。对于普通的眼镜这没有问题，因为镜片永久地固定在镜架上，处于正确的旋转方位。镜架的眼镜腿和鼻梁支腿保证镜架和镜片不会相对佩带者的眼睛旋转。对于隐形眼镜，方位是始终变化地。在隐形眼镜的功能是矫正散光的情况下，这是不可接受的。
设计用于矫正散光的软隐形眼镜在该技术领域是公知的。通常这种镜片依靠某种配重方法使镜片在眼睛上处于正确的位置。用于矫正散光的理想镜片具有良好的旋转定向。即在戴上后，预计的镜片顶点应处于佩带者眼睛的顶点。只要镜片修配工测量偏差并将其考虑到镜片的验光单中，与正确的方位的少量偏差是容许的。
理想的镜片还提供良好的旋转稳定性。即，在整个佩带过程中，镜片在眼睛中应保持在固定的旋转方位。而且，每次佩带时，镜片都应占据相同的方位。当然，镜片越薄并且镜片表面越平滑，佩带者会感觉镜片越舒服。
根据本发明的镜片最好是软隐形眼镜，其可以用许多材料构成，包括甲基丙烯酸羟乙酯、金属有机物材料、硅橡胶和该技术领域的普通技术人员熟知的各种其它材料。可取的软隐形眼镜是亲水性的；即，它们吸水，并且事实上，水是它们结构的组成部分。该技术领域普通技术人员所熟知的亲水性隐形眼镜对于实施本发明是特别可取的。
尽管用于矫正散光的隐形眼镜已经存在一定时间了，但这种镜片的制造成本并没有随着时间而下降。成本保持高的原因是镜片的制造量小，这部分是由于需要许多不同数量的镜片。例如，如果按照10度配重偏差来旋转配置复曲面镜片，则可能必须制造36种不同的镜片以考虑到每种验光单可能的镜片总数。这与非复曲面镜片需要的一种构造大不相同。而且，由于与正常的非复曲面验光单相比散光验光单较少，所以复曲面镜片的数量甚至比上述36比1的比率更少。
发明综述
这里描述的本发明提供了自动制造复曲面隐形眼镜的方法，该方法大大降低了相关的成本。通过在铸杯之间提供精确的、可编程的旋转对准，可以与非复曲面镜片类似的速度制造复曲面镜片，其中复曲面验光单的改变不会造成制造过程的停工。自动装填和闭合机从包含铸杯的托盘获得关于待制造复曲面镜片的信息。当该信息传送到装填和闭合机后，可编程的控制器启动装填和闭合机，在操作以制造特定的复曲面镜片时，该机器具有精确的复曲面旋转对准。一旦制造完一定数量的镜片，可编程的控制器将从下一个托盘标签获取新的信息并操作以将铸杯组件旋转到新的旋转对准，以制造具有不同复曲面旋转对准的复曲面镜片。这种工序允许在与制造具有相同复曲面旋转对准的相同数量隐形眼镜所需要的时间相同或类似的时间内制造多种具有不同旋转对准的复曲面镜片。较小批量的复曲面镜片可在与制造大批量一样的复曲面镜片所需要的时间相同的时间内制造。
本发明的一个目的是提供一种设备，该设备可在精确控制的运动中准确地用液态单体装填模制的铸杯，并将铸杯的两半，即前曲面和基础曲面重新装配起来，同时在铸杯的两半之间保持精确的、可编程的旋转对准。
本发明的另一个目的是提供通过用液态单体装填模制隐形眼镜铸杯的一半和利用可编程的精确装填和闭合设备制造散光或复曲面隐形眼镜的方法，程序设计为使得另一半铸杯组件旋转对准地闭合在第一半上以制造复曲面隐形眼镜。
本发明的另一个目的是提供自动改变铸杯组件旋转对准的方法，借此可以不停机或不需要转换时间地制造新验光单复曲面镜片。
本发明的另一个目的是提供全自动的印刷系统以在隐形眼镜的前部准确印刷轴线方位特征，以帮助在佩带者的眼上正确装配复曲面隐形眼镜并提高稳定性。
本发明的另一个目的是提供通过将包含复曲面隐形眼镜的托盘借助传送装置插入到印刷区来在复曲面镜片上自动印刷准确的轴线方位特征的方法。然后利用编码的信息，自动印刷设备将轴线方位标记涂在硅印刷垫上，标记的位置由编码的信息确定。然后，将隐形眼镜保持在适当的位置，使得可以涂上轴线方位特征或虹膜印。最后，将铸杯放置到用于视频检查的位置，从而验证铸杯上的轴线方位特征的位置。
通过参考附图和下面对本发明实施例的详细描述，可以明显地看到本发明的这些和其它的重要特征和优点。
附图简要描述
图1为根据本发明的装填和闭合机的俯视图；
图2为根据本发明的可编程控制器的显示部分；
图3为装填和闭合机的侧视图；
图4为根据本发明的装填和闭合机的正视图；
图5为根据本发明的印刷机的俯视图；
图6为根据本发明的印刷机的侧视图；
图7为根据本发明使用的托盘的俯视图；
图8为根据本发明使用的铸杯的俯视图；
图9为根据本发明使用的夹爪和铸杯凸缘。
本发明实施例的详细描述
图1为用于自动制造散光矫正或复曲面隐形眼镜并在其上进行印刷的本发明设备的俯视图。自动装填和闭合机10由托盘进给传送组件14、复曲面装填和闭合箱形组件16、托盘卸载组件18和可编程控制器20组成。
横穿虚拟进给传送装置和托盘进给传送装置14、复曲面装填和闭合基础组件16和托盘卸载组件18的是托盘传送装置22。托盘传送装置将每一个托盘24从托盘进给传送装置14移动到复曲面装填和闭合基础组件16以进行处理，然后将包含装填好的铸杯组件26的固化托盘25传送到托盘卸载组件18以进一步处理。每个托盘24包含许多用于制造复曲面镜片的铸杯组件26，最好是8个。
可编程控制器20最好远离机器10，以给予操作者30到生产区的最大接近性。可编程控制器20可以是许多商业上可获得的控制器中的一种，最好是使用Rockwell Software RSLogix500软件的Allen－Bradley，SLC500可编程控制器。用于控制装填和闭合机10的软件是梯形软件协议。可编程控制器20利用触屏显示器28进行输入和输入数据。如图2中所示，触屏显示器28还用于手动操作装填和闭合机10。如下面在自动装填和闭合模式中所述，正确的复曲面旋转设定是由可编程控制器20根据控制器20从附着在托盘24上的信息标签27(见图7)接收到的信息来控制的。信息标签27的可取形式为连同Pepperl－Fuehs读出器一起的由Pepperl－Fuchs制造的感应标签。也可使用其它形式的信息标签，如条形码系统，其它可读媒体和触摸存储器。
托盘卸载组件18由如图1和图3中所示的第一分离器32和第二分离器34，以及托盘卸载传送装置36组成。托盘卸载组件18还利用了四个止动销38和两个气动升降机40。当装填和闭合工序完成后，处理完的托盘通过传送装置22输送到托盘卸载传送装置36以进行固化。
图4所示为装填和闭合基础组件16的正视图。该基础组件16主要包含抓放闭合电动机、丝杠44和包含夹爪47的上闭合头46。与丝杠44一起使用的电动机42提起和放下上闭合头或抓放头46并且打开和关闭夹爪47。在装填和闭合基础组件16上还有分度传送伺服机构48以及旋转驱动步进电动机和控制器50。装填和闭合基础组件16还利用了批量跟踪读取区52和批量跟踪记录区54。
根据本发明如下所述并参考图1、3和4，自动装填和闭合机10用于制造散光矫正隐形眼镜。
装填和闭合机10的目的是在精确控制的运动过程中用液态单体准确装填模制的铸杯26，最好是前曲面－凹面铸杯，并将铸杯的两半，即前曲面－凹面和基础曲面－凸面重新装配起来，同时在铸杯的两半之间保持精确的、可编程的旋转对准。
为实现该工序，托盘或多个托盘24装载到装填和闭合机10上。一旦控制器20检测到托盘24处于托盘进给传送装置14上的正确位置，托盘24就被运送到传送装置22上的适当位置。同时固化托盘25被堆放到分离器32、34之一上。直线致动器，最好是Barrington Automation直线致动器，将运行到其最高行程，这意味着所有的托盘都被堆放好并用止动销38锁止。利用气动升降机40将整个托盘堆提起，提起的距离最好为1英寸的千分之三十，然后释放止动销38。然后启动中间冲程气缸，它们完全伸出去，直线致动器将会落下。由于底部气缸比直线致动器力量大，所以致动器将会卡在中间冲程上。整个托盘堆将会下降，下降的距离最好是3／4英寸，或者是托盘的厚度。下面启动止动销38以将整个托盘堆锁止，但允许单个固化托盘25离开托盘堆。中间冲程气缸和直线致动器完全缩回，这将托盘向下带回托盘堆，使得其在该工序中可以被使用。
因为托盘24和固化托盘25已经准备好供使用，所以可以处理闭合工作站。当托盘24沿传送装置22移动时，其到达装填器，最好是Oyster Bay泵单元。信号发送到泵单元，泵单元操作以用单体装填前曲面杯。然后托盘24沿传送装置22到达抓放头46下方。控制器20启动伺服机构42，使闭合头46下降并闭合爪47。爪47将前曲面铸杯从托盘24中抓出。为利用爪47进行抓取，爪47中包含一V形销56。前曲面铸杯凸缘60中具有一内凹的V形凹口58。V形销56用于准确地抓取凸缘60，既不会过松，也不会过紧。
通过垂直运动，爪47将前曲面铸杯从托盘24的孔中取出。托盘24具有特别的C形夹62，该夹将杯固定在适当的位置，只允许有极小的旋转以配合夹销装置47，同时在整个处理过程中保持角度方位。
然后，夹爪47将预装填的前曲面铸杯放置到下闭合头64中(不一定需要预装填前曲面铸杯)。下闭合头具有对准销，销将铸杯凸缘V形凹口58准确地放置到下闭合头64中。铸杯被固定在V形凹口处，同时将V形凹口放置到下闭合头的定位销上面。夹爪47的构造符合该要求。
托盘24上附有感应标签27，该标签将信息传递给可编程控制器20。通过Pepperl－Fuchs读出器传递给控制器20的信息允许控制器20配置装填和闭合机10，使得能够制造特定的复曲面镜片。根据传递的信息，下闭合头64旋转到正确的复曲面旋转轴线设定位置。尽管机器10可能使下闭合头64保持固定并旋转上闭合头46，但是可取的是旋转上闭合头64。旋转是通过步进电动机50实现的，该电动机具有用于正位置反馈的集成的编码器。
基础曲面杯在抓放头46下面往复移动，被凸V形凹口夹爪47抓取并从托盘24中取出。由于前曲面杯已经处于正确的轴线设定位置，所以基础曲面杯不旋转。托盘中的C形夹62完成两个功能。它们只允许杯进行很小的旋转以按照夹爪47进行对准，还提供铸杯在托盘24中的过盈配合以在快速移动处理步骤过程中受到推撞时使铸杯保持平齐。
然后，夹爪47通过伺服机械驱动的、可编程的向下运动闭合铸杯组。该向下运动提起调整闭合力的悬臂重量。然后，多余的单体被从铸杯腔中排出，从而完成闭合工序。抓放头46升起来，将铸杯组件拔起。下闭合头64旋转回其起始位置并等待下一个循环。
然后套装的传送装置22将固化托盘25输送到抓放头46下方，铸杯组件被放置到固化托盘25中。固化托盘25也具有C形夹62以控制铸杯在托盘中的位置。然后固化托盘25被放置到传送装置22上进行进一步的处理，托盘24返回到托盘24处理位置。
一旦复曲面镜片已经固化并且铸杯的两半已经分开，就可以进行印刷了。下面参考图5和6描述印刷工序。
印刷工序使用了全自动的印刷机66。该机器的目的是在隐形眼镜的前部准确印刷上轴线方位特征。这帮助医生判断正确的装配和镜片在病人眼睛上的稳定性。
印刷机66与通过压配合工序固定半个铸杯(包含固化的隐形眼镜)的托盘设计结合使用。铸杯被压配合在托盘上的基础曲面轮廓上，托盘的外径比基础曲面铸杯的内径约大。0005到．001英寸。一旦铸杯放置在具有稍大直径的托盘上，基础曲面铸杯就基本上固定不动，然后可如下所述进行印刷。
印刷机66还利用了一种托盘设计，该托盘设计具有与在装填和闭合机10中所述类似的C形夹62。C形夹62的目的是使基础曲面铸杯附着在托盘上并允许只具有很小的旋转。在基础曲面铸杯插入到印刷托盘上的过程中，该印刷托盘C形夹62将通过止动销与其角旋转的中点对准。这种对准对于保证铸杯与V形凹口夹爪47一致是必要的，该夹爪在印刷过程中使铸杯26准确定位。
印刷机进给传送装置68接收来自预印刷干燥箱的产品托盘25并积聚托盘供处理。与进给积聚传送装置68并排的是第二传送装置或虚拟进给传送装置70，该传送装置允许印刷不带镜片的托盘和空铸杯。该第二传送装置70用于在不浪费产品的情况下检验方位特征的位置准确度。这两个托盘25排都具有感应标签或信息标签27以将批量信息和轴线设定传递给印刷控制器20。
托盘25排中的任何一个(无论使用哪一个)将被推到伺服驱动的、套装的、分度传送装置72上，以将铸杯带到印刷区78。分度传送系统72可以进行编程以移动托盘25以不同方式穿过系统以适应各种可取的生产情况，如使最后的托盘加速离开系统以进行批量清理。
在轴线方位标记可以放置到镜片上之前，标记必须涂在硅印刷垫74上。这是通过安装在机动化的X、Y&THETA定位系统顶部的墨水输送系统准确实现的。定位系统的三个轴由步进电动机驱动，该电动机带有连接在预加载无间隙丝杠绞盘设计上的集成编码器。导轨和旋转轴承是防摩擦的预加载设计以保证最高的准确度和可重复性，以使产品的标准偏差最小。
旋转印版台还具有位于径向轴承顶部的手动调整的X&Y燕尾台。该燕尾台使蚀刻的轴线方位标记在径向轴承上正确对准。在印版中距离轴线方位特征的精确位置上还蚀刻有十字准线，允许预先对准印版。通过调整手动的X&Y燕尾导轨以使印版上的十字准线与短距离望远镜或光纤相机和监控设备中的十字准线对准，可以预先对准印版。一旦正确调整后，对于每一批产品印版台可以旋转到新的轴线方位设定位置，而不用调整X&Y。这会提高效率和印刷准确性以使生产能力达到最大。
有两个铸杯定位器台。第一个台定位并固定铸杯以涂上轴线方位特征和虹膜印。由于在装填和闭合阶段前曲面铸杯半可旋转地对准，所以在印刷时轴线方位旋转以与装填和闭合旋转对准相匹配。第二个台定位铸杯以与视频检测台一起使用。检测台检验轴线方位特征在铸杯上的位置。如果需要，该系统还利用信息动态调整机动化旋转印版台上的X、Y和THETA位置。该系统允许自动校正并能可靠生产，不需要操作者一直注意。
两个定位台都具有凸V形凹口，该凹口抓取在凸缘60的凹V形凹口58上的铸杯。然后托盘25被从套装的分度传送装置72推到卸载传送装置80，该卸载传送装置允许进行任何其它的处理。
尽管结合优选实施例描述了本发明，但这不意味着本发明局限于所述的特定实施例，相反地，本发明包括在如后附权利要求限定的本发明精神和范围内的这种替代方案、变型和等同物。