▲ 자료제공 : 에실로코리아 렌즈의 프리폼 서피싱 기술(free form surfacing)은 일명 디지털 서피싱 기술(digital surfacing)이라고도 부르는데, 누진가입도렌즈(PAL:progressive addition lens) 제조공정에 있어서 혁신적인 공정기술의 하나이다.
이 혁신 기술은 기존의 렌즈연마공정에서 랩(lap:사라)을 추방시켰으며, 표준몰드 간의 허용공차(許容公差)를 극소화시켜 렌즈의 생산원가 절감과 광학적 성능을 크게 향상시켰다.
미래의 안경렌즈산업은 이 기술의 등장으로 큰 변화가 올 것으로 예측되지만, 시력교정은 다만 하이엔드 렌즈만으로 결정되는 것이 아니라 안경테의 기능과 서로 조화를 이룰 때 비로소 완성된다는 사실을 잊어서는 안 된다.
여기 근착 외지에 실린 ‘The Inside Story of Digital Surfacing’을 소개한다(역자註). 안경사, 검안의사, 안과의사 등 안경렌즈와 관련된 업종에 종사하는 사람이라면 서피싱(surfacing:생지렌즈 또는 반제품렌즈에 소정의 곡률을 갖도록 하기 위해 황삭연마•정밀연마•광택연마의 순서로 가공하는 연합공정)이 무엇을 뜻하는지 잘 알고 있다.
디지털 서피싱이란 용어는 종종 ‘자유형(freeform)’대신으로 사용되는데 누진가입도렌즈(PAL), 비구면렌즈 등에 더욱 많이 적용한다.
디지털 서피싱이란 렌즈나 몰드(moulds)를 서피싱하는 특별한 방법 또는 공정을 뜻한다.
디지털이란 말은 손가락을 뜻하는 라틴어(digit)에서 유래된 것이다.
디지털은 숫자를 사용하는 시스템으로 디지털 방식은 정보를 이진법의 디지털 형태로 변환하며, 이진법 디지털 형태는 전자적으로 기계적인 작동이 일어나도록 조정한다.
컴퓨터 소프트웨어 프로그램은 서피싱용 제너레이터(generator:렌즈연마기)를 움직이게 한다.
디지털 서피싱은 최첨단 하이테크 기술이다. 이 기술은 3개 이상의 다중 축으로 회전하는 제너레이터를 필요로 한다.
제너레이터는 깊이가 다른 수천 개의 점을 동시에 절삭하는 밀링컷터와 같이 렌즈면에 원호(圓弧)를 그리는 다이아몬드 툴을 사용해서 렌즈면을 가공한다.
더욱이 렌즈는 다이아몬드 툴과 함께 회전하는데 점점 더 작은 동심원으로 절삭된다.
디지털 서피싱으로는 누진•비구면•어토릭 또는 기타의 면설계를 갖는 모든 렌즈를 제조할 수 있다.
디지털 서피싱을 할 수 있는 제너레이터를 가동시키려면 두 가지 주요한 부품이 필요하다.
하나는 절삭할 때 다이아몬드 툴의 기계적인 운동을 조정하는 ‘내장된’컴퓨터 소프트웨어 프로그램이고, 또 하나는 렌즈 설계 소프트웨어와 연결되고 그리고 특수렌즈를 만들기 위하여 절삭할 곳으로 제너레이터에 명령을 내리는 프로토콜(protocol)이다.
절삭할 점의 개수, 길이와 폭, 점이 서로 얼마나 근접되어 있는가, 그리고 렌즈에 새겨진 동심원이 서로 얼마나 근접되어 있는가가 렌즈의 면품질과 광택면에 얼마나 가까워졌는지를 결정한다. 1)디지털 제너레이터의 가동 원리
디지털 서피싱 제너레이터의 기계적 운동을 조정하는 내장된 소프트웨어는 각 회사마다 다르다. 각 기계 제작회사마다 자기회사 고유의 전매특허방식을 채택하고 있다.
거버코번(Gerber Coburn)은 자사 고유의 시스템과 ‘제어기술(controlled technology)’에 대한 특허권을 보유하고 있다.
거버코번 DTL 200 제너레이터(Gerber Coburn DTL 200 Generator)의 축을 조정하기 위하여 싱글 인텔 x86 산업용 컴퓨터 기판을 사용한다.
그 컴퓨터 기판은 디지털 제너레이터용 소프트웨어(내장된)를 가지고 있다. 더욱이 인텔 x86 컴퓨터 기판은 사용자의 인터페이스(사용자가 컴퓨터와 대화하기 위한 기호나 명령체계)다.
인텔 x86은 렌즈 설계 소프트웨어와 Lab의 관리 시스템과 정보를 교환한다.
거버코번 DTL 200 컴퓨터는 초당 10,000번 제너레이터의 축(위치)을 갱신하면서 작동한다.
모터는 고성능 실시간 가동 방식에 의해서 조정되고, 축의 동기화(同期化)는 툴의 경로(tool path) 계산 방식에 의해서 조정된다.
툴의 경로는 필요한 면을 만들기 위하여 각 축이 필요로 하는 운동을 결정한다. DTL 200 x86 방식은 재래식과 디지털 면 데이터를 얻기 위하여 여러 가지 스탠더드와 일치시킨다.
디지털면데이터는 SDF파일(surfacing definition file)이라고 하는 면•높이•점의 매트릭스로써 수용된다.
SDF파일 역시 매트릭스의 폭과 높이를 뚜렷하게 규정하기 위하여 도입부의 정보를 포함하고 있다.
예를 들면 80mm 폭의 면 매트릭스와 1mm 리솔루션(resolution)으로 6,400개의 면 높이 점(80×80)이 된다.
기계조정과 SDF 데이터의 높은 리솔루션(resolution) 때문에 서피싱 제너레이터가 사용한 대다수의 점은 반드시 개변(改變)되어야 한다.
제너레이터가 1초당 10,000번의 갱신 비율로 60초 걸리는 finish pass를 할 경우 툴의 경로는 600,000개의 절삭점을 사용한다.
디지털적으로 가공된 렌즈면은 극도로 정확한 렌즈설계를 재현한다. 2)디지털 시피싱-폴리싱
디지털 방식으로 연마한 렌즈를 폴리싱하기 위해서는 제너레이터와 같이 똑같은 렌즈 디자인 프로그램을 갖는 컴퓨터로 조정되는 연마기를 필요로 한다.
광택연마기는 제너레이터가 만든 대단히 정확한 면을 변화시키지 말아야 한다.
광택연마면은 매우 유연한(flexible) 소프트 폴리싱 패드로써 완성하는데, 렌즈면(面)을 변화시키지 말고 연마된 렌즈의 면을 그대로 유지시켜야 한다. 3)디지털 서피싱 vs 재래식 서피싱
디지털 서피싱은 구식 Lab 연마 방법과 어떻게 다른가.
디지털 서피싱은 렌즈 몰드의 매트릭스에 6,000여개의 작은 점(點)들로 가공되어 있는데, 그 점 하나 하나는 국소적으로 작은 구면 또는 원주면으로 구성되어 있다.
이러한 면(面)은 컴퓨터 프로그램이 지시하는 대로 다이아몬드 툴과 컴퓨터 수치제어 소프트웨어를 결합시켜 자유롭게 움직이면서 연마할 경우 다양한 곡률을 갖는 렌즈면이 만들어진다.
이러한 이유로 디지털 서피싱을 프리폼이라고 부른다.
컴퓨터로 조정되는 재래식 제너레이터(3축)는 일정한 구면 또는 토릭커브로 렌즈면에 대하여 원호(圓弧)를 그리며 절삭가공한다.
그런 다음 이들 렌즈는 hard tool(주철, 알루미늄 또는 플라스틱 lap)을 사용해서 미세연마와 광택연마를 한다.
렌즈면의 정확도는 미세연마와 광택연마에 사용한 hard tool의 정확도에 달려 있다.
재래식 서피싱으로 연마된 렌즈면은 hard tool curve(lap curve)로 확인해야 한다. 그러나 디지털 서피싱에 있어서는 반대로 폴리싱패드 상태를 이용해서 렌즈면(커브)을 확인한다.
재래식 서피싱에서 렌즈는 허용공차범위 내에서 연마되지만 엄밀하게 정확하지 않다.
왜냐하면 오늘날 대부분의 누진가입도렌즈(PAL)는 렌즈의 한쪽 면 또는 다른 쪽 면에 단순히 구면 커브와 토릭커브를 필요로 하기 때문에 재래식 서피싱이 가장 적합하다.
디지털 서피싱이 비록 더욱 정확할지라도 보통의 렌즈(acceptable lens)를 생산하는 데는 필요치 않다. 4)디지털 서피싱의 이점(利點)
디지털 서피싱에는 많은 이점이 있다.
그러나 그러한 이점은 렌즈제조업체 또는 렌즈연마업체(Lab)가 거의 독점하고 있다. 제조공정에서 디지털 서피싱은 누진렌즈를 캐스팅하기 위한 정확한 몰드 제조공정이다.
이것은 몰드와 몰드 사이에 발생하는 오차(변형)를 줄여 항상 똑같은 누진가입도렌즈의 몰드 제작을 원했던 주조업자의 오랜 숙원이던 문제점을 해결해주었다.
Lab 공정처럼 디지털 서피싱은 몇 가지 이점을 가지고 있다.
맨 처음에 디지털 서피싱은 hard tool(lap)의 사용을 퇴출시킨다.
서피싱에서 hard tool의 퇴출은 투자와 제조방식(process wise) 둘 다 Lab system으로 변환되는 주요한 단계이다. 서피싱의 정밀도는 우수한 품질과 더 좋은 수율을 제공한다.
또한, 디지털 서피싱은 Lab이 독과점적인 기반을 가지고 자사의 누진가입도렌즈를 생산할 수 있는 기계류(장비)를 보유하게 됨을 뜻한다.
그러므로 비록 디지털 서피싱이 신기술이므로 초기 투자가 필요하지만 초기 투자는 Lab에서 서피싱 비용을 절감시킨다.
디지털 서피싱은 완성된 면을 만드는데 필요한 제조공정 및 시간을 줄이는 광택을 내는 (‘a generate to polish’technology)기술이다.
렌즈사업의 미래는 Lab 내에 존재하게 되며 또 렌즈의 한 쪽 혹은 양쪽 면에 조합된(비구면, 어토릭 및 누진렌즈) 복합형의 신종 렌즈를 생산하는 사업능력에 있다고 본다. / 강현식 교수, (주) 시선 기술고문, 성덕대학교 안경광학과 교수
