What's New in lens technology 

topic : The Free-from Technology ,เลนส์ฟรีฟอร์มดีกว่าเลนส์เทคโนโลยีเก่าอย่างไร 

by Dr.Loft ,O.D.

public : 22 september 2020

 

Free Form Technology 

“Free form” คือ ผลิตผล (Product) ที่เกิดจากการใช้เครื่อง CNC หรือ Computer Numeral Control ในการสร้างชิ้นงาน เราเลยเรียกติดปากง่ายๆว่า "ฟรีฟอร์ม"  ซึ่ง Freeform technology นั้น แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนของเครื่องจักร (Machine) และส่วนของซอฟแวร์ที่คุมเครื่องจักร (Software) 

 

หลักในการสร้างชิ้นงาน คือ จะต้องมีการออกแบบงานขึ้นมาในซอฟแวร์ก่อน เมื่อได้ชิ้นงานมาในรูปดิจิทัลแล้ว ก็จะส่งข้อมูลต่อให้กับส่วนที่เป็นเครื่องจักรเพื่อกัดชิ้นงานตามแบบที่ออกแบบไว้ และการทำงานแบบดิจิทัลนั้นมีความเที่ยงตรงแม่นยำสูงอยู่แล้ว ถ้ายิ่งสามารถออกแบบชิ้นงานได้ละเอียดและซับซ้อนแค่ไหน  งานที่ออกมาจากเครื่องกัดก็จะยิ่งละเอียดสวยงามเท่านั้น

 

เลนส์ฟรีฟอร์มก็เช่นเดียวกัน คุณภาพของโครงสร้างโปรเกรสซีฟเลนส์นั้นอยู่ที่ความสามารถของวิศวกรออกแบบผลิตภัณฑ์ ในการออกแบบโครงสร้างที่สมบูรณ์แบบและต้องการเครื่องฟรีฟอร์มสำหรับขัดโครงสร้างที่สามารถทำตามแบบ  แม้ว่าในส่วนของเครื่องจักรนั้น ใครมีเงินก็สามารถซื้อได้ แต่ในส่วนของซอฟท์แวร์นั้นเป็นความลับสูงสุดของแต่ผู้ผลิต และนั่นคือเหตุว่าทำไม "เลนส์ฟรีฟอร์มเหมือนกัน..แต่ไม่เหมือนกัน"

 

พูดให้เห็นภาพ (ภาพวาด)  รูปวาดที่งดงามที่ให้เราชื่นชมนั้น เกิดจาก 2 ส่วน คือ วัสดุอุปกรณ์ที่ใช้ในการวาด (Tools) และ ศิลปิน  ซึ่งถ้าศิลปินมีความสามารถมาก เช่น อ.เฉลิมชัย (ซอฟแวร์ฉลาดมาก) แค่รูปสเกตอัพ ก็ยังสวยและมีคุณค่า ยิ่งถ้าได้ Tools ดีๆนี่ ไม่ต้องสืบว่าจะงดงามปานไหน แต่ไม่ว่า Tools จะดีแค่ไหน ถ้ามาอยู่กับคนที่วาดรูปไม่เป็น ก็คงไม่สามารถทำให้เกิดคุณค่าอะไรขึ้นมาได้

 

รูปวาดของ อ.เฉลิมชัย

ทำไมเรียก Free form ?

Form=รูปแบบ ส่วน Free=อิสระ ดังนั้น Free-form คือ รูปแบบที่อิสระ คือ อะไรก็ได้ ทำได้หมด นั่นคือ คำว่า Free-form โดยเครื่องจักรที่ใช้ในการสร้างรูปแบบที่อิสระ เราเรียกว่าเครื่อง CNC ซึ่งเป็นหุ่นยนต์เครื่องจักร ที่ถูกโปรแกรมเข้าไปโดยวิศวกร ขึ้นอยู่กับเราจะสร้างหุ่นยนต์ CNC ในอุตสาหกรรมอะไร

 

นิยามของ CNC

CNC หรือ Computer Numeral Control  เป็นหุ่นยนต์เครื่องกล (Machine) ที่ถูกสั่งให้ทำงานผ่านโปรแกรมคอมพิวเตอร์ให้ทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งตามที่ Programmer ออกแบบมา  ดังนั้น หากเราอยากได้ชิ้นงานอะไรก็สามารถเขียนโปรแกรมเข้าไปในซอฟท์แวร์ จะปรับเปลี่ยนรูปแบบหรือรูปทรงต่างๆและสามารถเข้าไปปรับแต่งหรือแก้ไขโครงสร้างได้โดยตรงที่โปรแกรม ซึ่งมันจะคอยสั่งงานให้หุ่นยนต์กลทำงานตาม  ดังนั้น งานที่ออกมาก็จะถอดพิมพ์ได้จากโปรแกรมได้อย่างแม่นยำ

 

“กว่าจะมาเป็น CNC”

งานกลึงนั้นเป็นงานแปรรูปโลหะให้มีรูปทรงตามต้องการ โดยการตัด กัด เจาะ เซาะ กลึง โดยใช้หัวตัด สว่าน หรือหัวกลึงเฉพาะ ซึ่งการวิ่งของหัวกลึงนั้นจะวิ่งเป็น 3 มิติ คือ แกน X ,แกน Y และ แกน Z ซึ่งการเคลื่อนที่ของหัวกลึงจะถูกควบคุมโดยกลไกธรรมดา โดยคนเป็นหมุนบังคับแกน ดังนั้นเครื่องพวกนี้เราจะเห็นว่าจะมีลูกล้อ (คลายๆพวงมาลัย) คอยหมุนไว้ปรับสเกลต่างๆ นี่คือการกลึงเหล็กที่มีมาตั้งแต่โบราณมานานมากแล้ว และปัจจุบันก็ยังมีให้เห็นอยู่

เครื่องกลึงแบบ manual สมัยก่อน 

 

ยุคคอมพิวเตอร์เปลี่ยนเครื่องกลึงเป็น CNC

พอเริ่มเข้ายุคคอมพิวเตอร์  มนุษย์สามารถพัฒนาคอมพิวเตอร์ เพื่อให้สามารถเข้าไปคุมเครื่องจักรกลแทนที่มนุษย์ ซึ่งคอมพิวเตอร์นั้น ข้อดีคือ มีความซื่อตรง  ตรงไปตรง มา ไม่รู้จักหิว ไม่รู้จักเหนื่อย ไม่ต้องการการพักผ่อน และไม่มีอารมณ์ที่จะกระทบกับงาน (Human error) ดังนั้น จากที่ใช้คนเป็นคนควบคุมสเกลของชิ้นงาน ตอนนี้ก็สามารถใช้คอมพิวเตอร์ในการกำหนดสเกลแทน จะใช้ละเอียดขนาดกี่ไมครอนก็สามารถทำได้ จะฝานผิวเหล็กบางๆ 0.01 มม. ก็สามารถทำได้เพราะมันควบคุมแบบดิจิทัล

 

ด้วยความสามารถของ CNC-Machine ทำให้เทคโนโลยี CNC ถือได้ว่าเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนโลกวิศวกรรมอย่างแท้จริง ซึ่งสามารถพบได้ในอุตสาหกรรมต่างๆมากมาย เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมอากาศยานการบิน หรืออุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนต่างๆของเครื่องยนต์ที่ให้ความแม่นยำ เที่ยงตรง และทำซ้ำได้และมีมาตรฐานคงที่ มีความคลาดเคลื่อนน้อย

https://www.youtube.com/watch?v=ADqDMwQOc2w

เครื่อง CNC ในอุตสาหกรรมใหญ่ๆ

 

WECO E.6 เป็นเครื่อง CNC ชนิดหนึ่งสำหรับตัดเลนส์เข้ากรอบ โดยความแม่นยำนั้นระดับ 0.1 มม. 

 

ฟรีฟอร์มในอุตสาหกรรมเลนส์ 

ส่วนในอุตสาหกรรมผลิตเลนส์แว่นตาในอดีต โครงสร้างเลนส์ไม่ได้มีความซับซ้อนอย่างในปัจจุบัน  โครงสร้างหลักจะได้จากการหล่อผ่านแม่พิมพ์ เมื่อหล่อโครงสร้างเสร็จจะได้เลนส์กึ่งสำเร็จ เรียกว่า Semi-finished lens เพื่อรอการนำไปขัดค่าสายตาสั้น, ยาว, เอียง ธรรมดาทั่วไปด้วยวิธี Machanic ธรรมดาเรียกกระบวนการขัดแบบนี้ว่า Conventional lens  

 

ยุคของการเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงนั้นเกิดขึ้นในปี 1999 โดยโรเด้นสต๊อกสามารถข้ามขีดจำกัดการผลิตเลนส์โปรเกรสซีฟจากโครงสร้างแม่พิมพ์มาใช้เทคโนโลยีฟรีฟอร์มในการขัดโครงสร้างแบบคู่ต่อคู่ ซึ่งแต่ละโครงสร้างจะถูกคำนวณแบบคู่ต่อคู่ เฉพาะค่าสายตาและขัดเข้าไปที่ผิวเลนส์ได้อย่างแม่นยำ และเปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่ชื่อว่า Multigressiv 2 ออกมา 

ฟรีฟอร์มที่ใช้ในการขัดโครงสร้างในอุตสาหกรรมเลนส์

 

ฟรีฟอร์ม Rodenstcok จากต่างจากเลนส์ค่ายอื่นอย่างไร 

ถ้าจะพูดว่า Knowhow (Knowledge + experience) ในด้านเทคโนโลยีฟรีฟอร์มของโรเด้นสต๊อกนั้นถือได้ว่า มีมาก และมีมายาวนานกว่าผู้ผลิตรายอื่นก็ว่าได้  เพราะนับตั้งแต่ปี 2000 ที่โรเด้นสต๊อกสามารถออกแบบโครงสร้างโปรเกรสซีฟเฉพาะบุคคลเป็นครั้งแรกของโลกในเลนส์รุ่น Impression ILT  ซึ่งเป็นการพลิกนวัตกรรมอุตสาหกรรมเลนส์ จากทำเป็นโหลมาทำเฉพาะคน และสามารถทำยอดขายเลนส์เฉพาะบุคคลได้เป็นล้านๆคู่ 

 

หลังจากนั้นก็เริ่มมีค่ายเลนส์ต่างๆพยายามที่จะมีเทคโนโลยีฟรีฟอร์มเป็นของตัวเองขึ้นมา แทนเทคโนโลยีเก่าที่ยังอาศัยโครงสร้างโปรเกรสซีฟจากการหล่อผ่านแม่พิมพ์ ขัดค่าสายตาด้วยหัวทูล (Conventional) และใช้คำว่า “ฟรีฟอร์ม” ในการโปรโมทว่าเป็นสินค้าตัวท็อป  ทำให้คนไข้ใจว่า ถ้าเป็นเลนส์ “ฟรีฟอร์ม” แล้วโครงสร้างจะดีได้เอง  แต่ในการใช้จริงตัวแทนร้านค้าที่ขายโปรเกรสซีฟนั้นรู้อยู่ว่า ในเลนส์หลายๆตัวที่อ้างว่าเป็นเลนส์ฟรีฟอร์มนั้น ไม่ได้ดีไปกว่าเลนส์ Conventional ที่เคยใช้อยู่ 

 

ความจริงแล้ว “ฟรีฟอร์ม” นั้นเพียงวิธีการขัดวิธีหนึ่งเท่านั้นเอง ที่เปลี่ยนรูปแบบการขัดแบบกลไกลมาเป็นแบบดิจิทัล หรือเปลี่ยนจากบังคับผิวโค้งด้วยโค้งของเหล็กของหัวทูล มาเป็นการสร้างโค้งด้วยซอฟท์แวร์  ดังนั้น การกล่าวอ้างเพียงแค่ “ฟรีฟอร์ม” นั้นไม่ได้หมายความว่า เลนส์ที่ออกจากฟรีฟอร์มแล้วจะเป็นเลนส์ที่ที่มีการ Optimized หรือมีความ Individualized แต่อย่างใด  

 

แต่เลนส์ที่จะเรียกได้ว่าเป็นเลนส์เฉพาะบุคคลนั้น (Individual lens) จะเกิดขึ้นจากการคำนวณโครงสร้างจากตัวแปรจริงแบบคู่ต่อคู่ (Real-time optimization) เท่านั้น และ Free-form technology นั้นเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้ สิ่งที่ได้จากการคำนวณนั้นสามารถนำมาขัดโครงสร้างเฉพาะค่าสายตา เฉพาะคน เฉพาะกรอบแว่น ได้

 

ดังนั้น โครงสร้าง Conventional lens ที่หล่อโครงสร้างผ่านแม่พิมพ์ไว้ทางผิวหน้าเลนส์ ในรูปแบบ Semi-finished  แล้วใช้เทคโนโลยี Free-form technology ขัดเพียงค่าสายตาทางด้านหลังนั้น ไม่ได้หมายความว่ามันขัดด้วยฟรีฟอร์มแล้วจะกลายเป็นเลนส์เฉพาะคน และการเป็นเลนส์เฉพาะบุคคลมันก็ไม่ได้เกี่ยวข้องกับว่าจะวางโครสร้างโปรเกรสซีฟ (Progressive zone length) ไว้ทางผิวหน้า( Front-progressive) ไว้ทางด้านหลัง (Back-side progressive) หรือไว้ทั้งสองด้าน (Dual-side Progressive) ก็ไม่ได้บอกว่ามันจะเป็นเลนส์เฉพาะบุคคลเช่นกัน 

 

แต่การที่จะเป็นเลนส์เฉพาะบุคคลได้นั้น  โครงสร้างเลนส์จะต้องถูก Optimized ตามตัวแปรเฉพาะบุคคลจริงๆ เช่น ค่าสายตา (สั้น, ยาว, เอียง) ค่าแอดดิชั่น ค่าพีดี ค่าพารามิเตอร์ของกรอบแว่น (ความโค้งแว่น, มุมเทแว่น, ระยะห่างเลนส์ถึงกระจกตา)  รูปทรงแว่น ผิวโค้งของหน้าเลนส์ รวมไปถึงมุมมองที่ต้องการแบบเฉพาะคน  และการที่จะทำอย่างนี้ได้นั้นจะต้องไม่มีการสร้างหรือหล่อโครงสร้างไว้รออย่าง Conventional progressive lens   

 

cr.rodenstock presentation image 

 

ดังนั้น การที่จะขัดคู่ต่อคู่ได้ จำเป็นต้องคำนวณและขัดโครงสร้างทางด้านหลัง เนื่องจากในกระบวนการผลิตเราต้องใช้อัลลอยด์ในการจับเลนส์ไว้ทางผิวหน้าและขัดค่าสายตาแบบคู่ต่อคู่ไว้ทางผิวหลัง ซึ่งถ้าคนที่เข้าใจการทำงานของ CNC จะเข้าใจว่าการทำงานของ CNC จะต้องมีการจับเนื้องานไว้ที่ด้านใดด้านหนึ่ง แล้วใช้ CNC กัดผิวงานในส่วนอื่นๆ เราไม่สามารถปล่อยชิ้นงานให้มันล่องลอยในศูนย์อากาศได้ ไม่อย่างนั้นแล้ว จุดอ้างอิงต่างๆจะคลาดเคลื่อนทั้งหมด นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเลนส์เฉพาะคนทุกค่ายที่ประสบความสำเร็จนั้นจะเป็น Back-side progressive เสมอ แต่ก็มี Back-side progresive จำนวนมากเหมือนกันที่ประสบความล้มเหลว เพราะอย่างที่บอกไปในตอนต้นว่า เลนส์เฉพาะคนไม่ได้เกี่ยวกับว่าจะวางหน้าหรือวางหลัง  เพียงแต่ว่าการวางหลังทำให้เรามีความอิสระในการออกแบบได้มากกว่า  

 

สำหรับการทำงานของโรเด้นสต๊อกนั้น การคำนวณโครงสร้างจะเกิดขึ้นได้ หลังจากได้รับข้อมูลเฉพาะบุคคลต่างๆครบถ้วนแล้วเท่านั้น จึงจะมีการคำนวณเฉพาะคู่ ด้วยสูตรคณิตศาสตร์ที่มีความซับซ้อนสูง บนเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ทรงประสิทธิภาพ และใช้เวลาคำนวณเสร็จภายในไม่กี่นาที ก่อนที่จะนำผลลัพธิ์ที่ได้ส่งต่อให้ Free-form technology ทำการขัดโครงสร้างบนเลนส์จริงขึ้นมา 

 

Rodenstock พัฒนาซอฟแวร์ของตัวเองขึ้นมา เพื่อให้สามารถ Optimized โครงสร้างที่ีมีความซับซ้อนมากๆ ตัวอย่างเช่น Online-wavefront optimization technolgy ที่สามารถคำนวณทุกจุดบนตัวเลนส์มากกว่า 7,000 จุด  ในขณะที่เลนส์เทคโนโลยีเก่านั้น คำนวณเพียงแค่จะขัดเลนส์ให้มีความโค้งเท่าไหร่เพื่อให้ได้สายตาสั้น ยาว เอียง ตามต้องการเพียงจุดเดียว  และการคำนวณทั้งหมดนี้สามารถทำเสร็จในเวลาไม่กี่นาที และสามารถชดเชยตัวแปรต่างๆได้อย่างแม่นยำ 

 

cr.rodenstock presentation image 

 

ผลที่ได้คือ โครงสร้างโปรเกรสซีฟที่กว้างเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยไม่มีความคลาดเคลื่อนจากการคำนวณที่จะมาทำให้โครงสร้างเลนส์แคบ   ให้ภาพที่คมชัดในทุกค่าสายตา และ ชัดบนกรอบแว่นทุกแบบ 

 

ฟรีฟอร์มเทคโนโลยี นอกจากจะต้องการเทคโนโลยีการคำนวณและออกแบบโครงสร้างได้อย่างแม่นยำแล้ว  เครื่องขัดที่มีความแม่นยำสูงก็เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขัดเลนส์เช่นกัน  ซึ่งโรเด้นสต๊อกพัฒนาเครื่องขัดฟรีฟอร์มของตัวเองขึ้นมาใช้ขัดโครงสร้างเลนส์โปรเกรสซีฟรุ่น Mulitgressiv 2 ตั้งแต่ปี 1999 และที่ยิ่งไปกว่านั้น โรเด้นสต๊อกสามารถออกแบบ Free-form technology สำหรับการขัดเงา (CNC surface polishing) ที่มีความแม่นยำสูงและไม่ไปทำให้โครงสร้างที่ขัดมามานั้นเกิดความเสียหาย  ด้วย Know how ขนาดนี้จึงทำให้ Rodenstock มีผลิตภัณฑ์ที่โลกให้การยอมรับว่าดีที่สุด 

 

cr.rodenstock presentation image 

Rodenstock ยกเลิกกระบวนการขัดแบบ Conventional ในโปรดักซ์ทุกรุ่น และมาใช้การผลิตแบบ Free-form technology ตั้งแต่ปี 2009  ทำให้โรเด้นสต๊อกเป็นแบรนด์แรกที่ใช้เทคโนโลยีฟรีฟอร์มในการผลิตครบทุกพอร์ตโปรดักซ์ แม้แต่ปัจจุบันนั้น เลนส์ชั้นเดียวก็ใช้ฟรีฟอร์มในการผลิต 

 

สรุป 

ฟรีฟอร์มนั้นเป็นเพียงกระบวนการหนึ่งในการขัดเลนส์เท่านั้นเอง โดยย้ายจากการขัดโดยการคุมโค้งด้วยหัวทูลซึ่งเป็นแบบ Machanic ธรรมดา มาใช้ดิจิทัลควบคุมการขัด  พอเปลี่ยนการขัดมาเป็นดิจิทัล ทำให้วิศวกรสามารถออกแบบซอฟแวร์เพื่อใช้ในการคำนวณหรือจำลองโครงสร้างรวมถึงการปรับแต่งโครงสร้างในรูปแบบดิจิทัล โดยการชดเชยตัวแปรต่างๆที่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้าง  และเมื่อได้โครงสร้างที่สมบูรณ์แบบแล้ว จึงส่งข้อมูลต่อให้เครื่องขัด Free form technolgy ที่มีความแม่นยำสูง ขัดโครงสร้างให้ได้ตามต้นแบบ  ยิ่งสามารถชดเชยตัวแปรได้มากเท่าไหร่ โครงสร้างเลนส์ก็จะยิ่งมีความเฉพาะบุคคลได้มากเท่านั้น  และการขัดโครงสร้างทางผิวหลังเลนส์นั้นทำให้มีอิสระในการออกแบบมากกว่าแบบเดิมที่หล่อโครงสร้างผ่านแม่พิมพ์ ทำให้การเป็น Back-side progressive นั้นสะดวกที่จะทำเลนส์โปรเกรสซีฟเฉพาะบุคคลได้ดีกว่า  แต่ไม่ได้หมายความว่า เลนส์ Back-side progressive ทุกตัวจะเป็นเลนส์เฉพาะบุคคล  เพราะความเป็นเลนส์เฉพาะบุคคลนั้นอยู่ที่ซอฟแวร์และการออกแบบ ไม่ใช่กางวางตำแหน่งผิวของโครงสร้าง 

 

 

ทิ้งท้าย 

เนื่องจากเทคโนโลยีปัจจุบันนั้น ไปไกลมากจริงๆมีเทคโนโลยีออกมาใหม่มากมาย เพื่อให้คุณภาพชีวิตของผู้สวมใส่แว่นนั้นสบายขึ้น สบายขึ้น รู้สึกอิสระมากขึ้น และฟรีฟอร์ม เทคโนโลยีเป็นเครื่องมือที่ช่วยให้ความฝันของวิศวกรออกแบบเลนส์นั้นเป็นจริงได้  ปัจจุบันฝ่ายวิจัยและพัฒนาก็ยังไม่หยุดที่จะสร้างสรรค์สิ่งที่ดีอยู่ให้ดีขึ้นเรื่อยๆ ไว้จะมาเล่าให้ฟังในโอกาสหน้า  เมื่อเทคโนโลยีสมัยนี้สามารถตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคได้มากขนาดนี้  ก็อย่าลืมเรื่องการตรวจวัดสายตาให้ถูกต้องแม่นยำ เพื่อให้ผู้บริโภคได้สิ่งที่ดีที่สุด  สำหรับวันนี้ ขอกล่าวคำว่าสวัสดีครับ และขอบคุณทุกท่านสำหรับการติดตาม 

 

 

สวัสดีครับ 

ดร.ลอฟท์ 

 

LOFT OPTOMETRY

,578 Wacharapol Rd. , Tharang ,Bangkhen ,BKK 10220 

mobile : 0905536554

facebook : www.facebook.com/loftoptometry

line : loftoptometry 

 

---

Source:

1 I. Schwarz et al.: “Zehn Jahre „alt“, aber immer noch jung und hochaktuell”, (DOZ 01/2010).