光學(xué)鏡片模仁的快速高精度檢測

隨著光學(xué)應(yīng)用在全球的廣泛普及，各種各樣光學(xué)鏡頭的生產(chǎn)加工需求持續(xù)增長。適用于中小型塑料鏡片的注塑技術(shù)和玻璃透鏡的模壓技術(shù)日趨成熟，促進(jìn)了鏡片的大規(guī)模量產(chǎn)，從而大大降低了制造鏡頭的時間成本。

鏡片模仁的核心參數(shù)及其檢測的重要性

模仁的品控對于鏡片的開發(fā)和生產(chǎn)十分關(guān)鍵，尤其是廣泛使用的塑料鏡片，模仁的好壞會直接影響到鏡片的質(zhì)量。由于在工業(yè)環(huán)境中優(yōu)化整個鏡頭生產(chǎn)流程，鏡片表面的坡度越來越大（~65°或更大），鏡片的尺寸越來越?。▇1mm）以及模仁的公差越來越嚴(yán)苛，對模仁的精密檢測也變得越發(fā)困難。

工業(yè)上*常用的模仁類型是非球面的形狀，非球面的面形誤差和模仁邊緣相對于模仁軸線的優(yōu)良位置偏差是兩個至關(guān)重要的參數(shù)，它們直接關(guān)系到鏡片的質(zhì)量。如果控制不好，將會直接影響成像質(zhì)量。

檢測技術(shù)需求

光學(xué)鏡片模仁產(chǎn)業(yè)的苛刻需求，要求對應(yīng)的檢測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的3D非接觸式測量，并且具備大坡度和靈活的測量能力。

大部分的鏡頭模仁制造商采用接觸式方法實(shí)現(xiàn)模仁的質(zhì)量控制。這種測量方法在檢測軸與軸之間的相對位置關(guān)系上不夠靈活，例如模仁邊緣相對軸線之間的優(yōu)良位置誤差。傳統(tǒng)非接觸式檢測技術(shù)例如CSI (相干掃描干涉技術(shù))，由于其坡度測量的限制，并不適合陡峭鏡片模仁的測量。掃描共焦顯微術(shù)雖然坡度測量能力相較CSI有所提升，但是它在垂直方向測量范圍受限，并且測量時間太長，無法測量透鏡的離軸誤差等參數(shù)，從而導(dǎo)致了其無法應(yīng)用于大矢高鏡頭模仁的檢測。

先進(jìn)的基于多波長干涉技術(shù)（MWLI）的鏡頭模仁的計(jì)量工具-LUPHOScan平臺

LUPHOScan平臺是一個基于多波長干涉（MWLI）、具有磚利技術(shù)的干涉掃描式檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高精度的非接觸式三維面形測量，滿足諸如非球面透鏡等旋轉(zhuǎn)對稱表面的測量需求。它包含一個四軸掃描機(jī)構(gòu)和一個非接觸式干涉測量傳感器。
球面、非球面以及其它旋轉(zhuǎn)對稱工件三維面形誤差檢測的基本原理是：測量傳感器在被測工件表面按照預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行掃描，同時被測工件自身進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。掃描過程中傳感器始終垂直于被測面，從而保證傳感器與被測點(diǎn)之間的距離保持恒定。利用多波長干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)可以靈活地測量優(yōu)良距離，即使被測工件表面存在缺口也可以實(shí)現(xiàn)檢測，因?yàn)樵摷夹g(shù)不受光束間斷的影響。

案例研究

本案例中，通過測量一個鏡片模仁來演示LUPHOScan的測量原理和過程。

鏡頭模仁特性參數(shù)測量

利用LUPHOScan測量一個典型的凹面非球面模仁，凈口徑15mm，5.6mm矢高，55°的*大坡面角。利用軟件中的“Interlignment模塊”進(jìn)行測量，獲得了非球面的面形誤差以及相對模仁邊緣的優(yōu)良偏差。另外，也可以得到非球面表面相對于模仁軸線的傾斜和偏心誤差。

測量要求

?   測量非球面的面形誤差

?   測量非球面與用戶定義的參考環(huán)和軸線之間的位置誤差

a. 在用戶指定高度的參考環(huán)上，測量其相對于測量光學(xué)表面軸線之間的傾斜誤差

b. 測量截面A的偏心量

c. 測量截面B的偏心量

d. 坎合面的偏心量

e. 承靠面的傾斜量

測量過程

測量非球面的面形誤差

在用戶指定高度的參考環(huán)上測傾斜誤差

                     用戶指定的截面A

用戶指定的截面B

注意 – 用于計(jì)算與光軸位置偏差（包括傾斜和偏心）的參考環(huán)/平面和軸線都是可以由用戶自由定義的，例如某個圓截面或者圓柱的軸線。

模仁測量結(jié)果示例：

非球面面形檢測結(jié)果

形位誤差結(jié)果

除了以上的參數(shù)，我們還可以測量承靠面的傾斜和坎合面的偏心，所有的參數(shù)檢測均為一次完成，全自動測量無需操作人員干預(yù)。操作人員只需要預(yù)先輸入非球面設(shè)計(jì)參數(shù)信息，選擇需要測量的參考圓環(huán)邊緣/平面。面形誤差測量過程大約需要3分鐘，形位誤差測量大約需要3分鐘，所有測量參數(shù)結(jié)果均可以在測量結(jié)束后直接獲得。

總結(jié)

LUPHOScan系統(tǒng)結(jié)合了高精度非接觸式三維輪廓技術(shù)、大坡度測量能力，是一個高速、無損、高精度和靈活的三維非接觸式計(jì)量工具。幾分鐘內(nèi)就可以自動測得模仁的**三維面形誤差和形位誤差。LUPHOScan系統(tǒng)可以幫助模仁制造商有效地提升模仁表面的加工質(zhì)量，并降低形位誤差。

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