传统眼镜在美学、妆容以及光学性能上影响人们的生活质量，越来越多的人选择佩戴隐形眼镜。隐形眼镜的边缘视场更好，不会受潮有雾气，也不用考虑镜片的兼容性。由于全球市场的庞大需求，隐形眼镜的产量也在不断增长。模仁技术的引入可以实现镜片生产的自动化，尤其是对于自由曲面透镜，有效缩短了其制造周期。
隐形眼镜模仁的核心参数及其检测的重要性
模仁的品控对于镜片的开发和生产十分关键，因为隐形眼镜的材料既薄又软，其形状完全由模仁决定。为了满足*小光学像差以及*大视场的要求，隐形眼镜表面面形的种类繁多，有球面、非球面以及自由曲面等等。
自由曲面的隐形眼镜由于其光学特性好，功能性强等特点，在全球的需求量不断增长。然而，对于计量人员来说，为了在工业环境中优化整个镜片的生产流程，对模仁的精密检测越发变得有挑战性。主要原因不仅是要评估自由曲面的面形误差，还要检测光轴相对模仁边缘的位置偏差。这对传统的计量工具来说根本不可能完成，因为那些设备不仅缺乏灵活性，而且自由曲面的模仁并没有参考轴。随着自由曲面表面加工精度不断提高，面形误差要求已经小于微米级了，模仁的加工公差也因此越发苛刻。
透镜的面形误差是光学像差的核心参数，决定了隐形眼镜的整体质量。自由曲面的面形误差和相对模仁安装轴的优良位置偏差是两个至关重要的参数，它们直接关系到隐形眼镜的面形，影响成像的质量。
检测技术
手机镜头模仁加工的苛刻需求要求相应的检测技术能够实现快速准确的3D非接触式测量，并且具备大陡度和灵活的测量能力。大部分的模仁制造商采用接触式的方法实现模仁的质量控制，这种测量方法在检测轴与轴之间的相对位置关系上不够灵活，例如模仁光轴和它的边缘/安装轴之间的位置偏差。传统非接触式检测技术例如CSI (相干扫描干涉技术)，由于其陡度测量的受限，并不适合手机镜头模仁的测量。扫描共焦显微术虽然陡度测量能力相较CSI有所提升，但是它在垂直方向测量范围受限，并且测量时间太长，从而导致了其无法应用于隐形眼镜模仁的检测。
先进的基于多波长干涉技术（MWLI）的镜头模仁的计量工具
-LUPHOScan平台
LUPHOScan平台是一个基于多波长干涉（MWLI）、具有砖利技术的干涉扫描式检测系统，该系统可以实现高精度的非接触式三维面形测量，满足诸如非球面透镜等旋转对称表面的测量需求。它包含一个四轴扫描机构和一个非接触式干涉测量传感器。
球面、非球面以及其它旋转对称工件三维面形误差检测的基本原理是：测量传感器在被测工件表面按照预设路径进行扫描，同时被测工件自身进行旋转。扫描过程中传感器始终垂直于被测面，从而保证传感器与被测点之间的距离保持恒定。利用多波长干涉传感技术可以灵活地测量优良距离，即使被测工件表面存在缺口也可以实现检测，因为该技术不受光束间断的影响。
LUPHOScan测量的优势
✔ 非接触式
✔ 3D
✔ 高速
✔ 高精度
✔ 操作灵活
LUPHOScan测量自由曲面
测量旋转对称表面时，测量传感器始终垂直于工件表面，在Z-R平面内沿着理论设计曲线移动（平移和倾斜），与此同时，工件在气浮主轴旋转台上高速旋转。
当工件不具备旋转对称性时，其表面具有Y轴的切向陡度，而测量传感器并不能在Z-Y平面内倾斜，所以传感器并不能总是垂直于工件表面。LUPHOScan测量软件会根据输入的自由曲面自动优化传感器的运动轨迹，从而保证在工件旋转的测量过程中，尽量减少切向陡度引起的误差。
测量传感器的移动范围
测量
•
工件辅助调平调心
• 传感器轨迹优化，减少切向陡度引起的误差
• 自动补偿工件位置引起的误差
• 传感器跟随工件表面高度变化而随动
传感器的信号接收范围
• *大允许切向陡度:
- 标准传感器：±5°(工作距离2.7 mm)
- 大数值孔径传感器：±~9°(工作距离1.3 mm)
• 径向陡度:凸面90°，凹面65°
应用范围(不限表面类型)
复合旋转对称和非旋转对称表面
✔ 多项式拟合
✔ 复曲面
✔ 双锥面
✔ 柱面镜/类柱面镜
✔ 离轴非球面
✔ 其他
离轴抛物面 复曲面
将自由曲面设计输入至软件
自由所有自由曲面的设计数据都可以通过矢高表导入到软件中，而诸如复曲面、双锥面和离轴非球面等可以像一般非球面那样直接输入。另外，一次测量就可以自动获得多个区域的表面结果。
导入矢高表
所有自由曲面设计都可以通过导入矢高表的方式导入到软件中
矢高表导入界面
直接输入复曲面和双锥面
导入复曲面
案例研究
本案例中，将使用LUPHOScan测量一个凹的自由曲面模仁，有效径为10mm。利用软件中的Freeform模块进行测量，可以获得自由曲面的面形误差以及相对模仁边缘的优良偏差。
自由曲面测量结果
待测自由曲面模仁虽然是旋转非对称的，但是可以使用LUPHOScan轻松测量得到相应结果。
根据自由曲面的数学表达式生成相应的矢高表，测量过程中，传感器根据矢高表自动优化运行轨迹，减小测量误差。
所有的参数检测均为一次完成，自动测量无需操作人员的干预。自由曲面测量过程中采用Optimized tilt模式运行可以减少测量时间，并且降低由于传感器不垂直于工件表面引起的误差。整个模仁的测量时间大约耗时4分钟。
传感器根据矢高表自动优化运行轨迹
利用LUPHOScan测量自由曲面的模仁
LUPHOScan的测量结果
模仁的三维形貌
面形误差
检测技术
表面测量的数据点云同时也导入了天津大学微纳制造实验室自己的评估软件进行对比，结果与LUPHOScan给出的一致。
天津大学微纳制造实验室评估软件的结果
结论
LUPHOScan是一个高速、无损、高精度和灵活的三维非接触式计量工具。几分钟内就可以自动获得模仁的**三维形貌误差和相对位置误差。
LUPHOScan可以极大地帮助模仁制造商快速地提升隐形眼镜模仁的质量，降低废品率。
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上海浦量元精密机电有限公司
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