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光學鏡片模仁的快速高精度檢測

日期:2022-09-09 17:29
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摘要: 隨著光學應用在全球的廣泛普及,各種各樣光學鏡頭的生產加工需求持續增長。適用于中小型塑料鏡片的注塑技術和玻璃透鏡的模壓技術日趨成熟,促進了鏡片的大規模量產,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及其檢測的重要性 模仁的品控對于鏡片的開發和生產十分關鍵,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量。由于在工業環境中優化整個鏡頭生產流程,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苛,對模仁的...

隨著光學應用在全球的廣泛普及,各種各樣光學鏡頭的生產加工需求持續增長。適用于中小型塑料鏡片的注塑技術和玻璃透鏡的模壓技術日趨成熟,促進了鏡片的大規模量產,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及其檢測的重要性

模仁的品控對于鏡片的開發和生產十分關鍵,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量。由于在工業環境中優化整個鏡頭生產流程,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苛,對模仁的精密檢測也變得越發困難。


工業上*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良位置偏差是兩個至關重要的參數,它們直接關系到鏡片的質量。如果控制不好,將會直接影響成像質量。


檢測技術需求

光學鏡片模仁產業的苛刻需求,要求對應的檢測技術能夠實現快速準確的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現模仁的質量控制。這種測量方法在檢測軸與軸之間的相對位置關系上不夠靈活,例如模仁邊緣相對軸線之間的優良位置誤差。傳統非接觸式檢測技術例如CSI (相干掃描干涉技術),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,從而導致了其無法應用于大矢高鏡頭模仁的檢測。



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

LUPHOScan平臺是一個基于多波長干涉(MWLI)、具有磚利技術的干涉掃描式檢測系統,該系統可以實現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對稱表面的測量需求。它包含一個四軸掃描機構和一個非接觸式干涉測量傳感器。圖片
球面、非球面以及其它旋轉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設路徑進行掃描,同時被測工件自身進行旋轉。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之間的距離保持恒定。利用多波長干涉傳感技術可以靈活地測量優良距離,即使被測工件表面存在缺口也可以實現檢測,因為該技術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”進行測量,獲得了非球面的面形誤差以及相對模仁邊緣的優良偏差。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。

圖片圖片

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和軸線之間的位置誤差

a. 在用戶指定高度的參考環上,測量其相對于測量光學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

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測量過程

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測量非球面的面形誤差

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在用戶指定高度的參考環上測傾斜誤差

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                     用戶指定的截面A

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用戶指定的截面B


注意 – 用于計算與光軸位置偏差(包括傾斜和偏心)的參考環/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。


模仁測量結果示例:


非球面面形檢測結果

圖片


形位誤差結果

圖片

除了以上的參數,我們還可以測量承靠面的傾斜和坎合面的偏心,所有的參數檢測均為一次完成,全自動測量無需操作人員干預。操作人員只需要預先輸入非球面設計參數信息,選擇需要測量的參考圓環邊緣/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,所有測量參數結果均可以在測量結束后直接獲得。


總結

LUPHOScan系統結合了高精度非接觸式三維輪廓技術、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量工具。幾分鐘內就可以自動測得模仁的**三維面形誤差和形位誤差。LUPHOScan系統可以幫助模仁制造商有效地提升模仁表面的加工質量,并降低形位誤差。


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