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NMF的光学测头不仅能够精确检测粗糙面，还能为初次抛光后的表面提供多功能性、快速和精确的测量。运动平台和光学测头相结合的高速测量能力，使NMF能够收集极高密度的点云数据，尤为适宜非球面和自由曲面的中频误差。
图（左）展示了口径为200 mm的抛光非球面镜的中频信息，已扣除Z36泽尼克系数。点间距为0.1 mm，覆盖了2k×2k个点（即330万个数据点），测量耗时18分钟。尽管均方根值仅为几纳米，但研磨轨迹从中心向外辐射的痕迹以及中心缺陷依然清晰可见。与传统干涉仪不同，NMF能够在不降低分辨率的前提下实现放大功能。图（中）是测量结果，测量区域缩小至口径为40 mm的中心区域。此次测量的点间距为0.025 mm，1.6k×1.6k个点（即200万个数据点），测量时间缩短至不到10分钟。图（右）展示了在口径为180 mm的凹球面上进行的类似测量，点间距同样为0.1 mm, 表面粗糙度Ra为1至2μm。扣除Z36泽尼克系数后，残差为36 nm RMS。能够在未经抛光处理的情况下进行测量，对于工艺优化而言，这是一项显著的优势。
该示例呈现了一个超环面，其一方向的曲率半径为40 mm，另一方向为42 mm，展现出几毫米的非旋转对称性。此外，该超环面是一个凸面，存在显著的面形误差，顶部具有中频误差，并且表面带有微小的凹痕标记。在这样的应用场景中，NMF是首选工具。零件已安装就绪，能够完美适配直径为25 mm的标准卡盘。编程过程简便，因此测量工作可以在几分钟内启动。即便测量点间距仅为0.05 mm，整个测量过程也能在12分钟内完成。NMF OS软件能够自动处理数据，并将设计的面形数据与测量结果进行拟合。从开始测量起的15分钟内，屏幕上将展示包含所有面形和中频信息的误差图。
NMF600 S能够精确测量尺寸为 600×150 mm, 重量高达70Kg的元件。以一个重量为50kg直径为 500 mm, 曲率半径为 1.4 m的凹球面为例，其测量设置过程仅需数分钟，无需进行繁琐的精确对准。测量操作在三种不同的转速下进行——0.25 转/秒、0.5 转/秒以及 1 转/秒，旨在探究转速对测量结果的影响。为确保测量细节，我们选择了较大的 3 mm点间距，整个测量过程耗时 7 分钟。最终得到的面形误差大约为 45 nm RMS，而测量的重复性则优于1 nm RMS。
NMF600 S能精确测量大小口径光学元件，因为这些元件所需的测量功能本质是相似的。本案例呈现了一个具有挑战性的10 mm口径透镜的测量过程，该透镜因其极端的非球面特性、变化的曲率符号以及红外镀膜而显得尤为复杂。视频中展示了测头如何始终与透镜表面保持垂直，并且能够精确跟踪曲率符号的任何变化。测量过程中横向点间距达到了 0.01 mm，从而获得了近百万个数据点。测量以每秒一转的速度进行，总耗时大约为7分钟。最终的测量结果显示了透镜的面形误差，清晰地展示了典型的金刚石车削产生的环形结构特征。
获取可溯源校准的自由曲面标准镜依然颇具挑战，尤其是在较大口径且与最佳拟合非球面偏差较大的情形下（NMF能够测量高达 5 mm PV 和高达 7°的局部斜率）。得益于其强大的通用性，NMF能够测量各种常见标准境，包括光学平面、精密球面和直尺。可溯源自由曲面的有效方法是测量一个1/20波长的倾斜平面。以下示例展示了此类测量，在 0°到 7°的范围内，所有测量结果均低于几纳米RMS，并且几乎不存在中心缺陷，这主要归功于对倾斜相关误差的大量校准以及偏移自校准算法。
除了前述的倾斜平面示例外，通过测量位于工作台中央或偏离中心的球面，同样可以构建出可溯源的自由曲面。以下示例展示了在中心测量与偏心2 mm测量之间的对应关系，其精度在1 nm RMS以内。
NMF配备的共焦测头工作波长位于可见光谱区间，使其同样能够对红外光学元件进行精确测量。正如所展示的案例，即便是镀有减反膜的红外光学元件，也能被准确测量。为了获得最理想的测量效果，镀膜过程必须保证均匀性。从测量结果中，可以清晰地看到环形的中频误差以及中心尖峰，这些现象在这类加工方式中是普遍存在的。
光学测头配备了一个内部伺服执行器，其行程为5 mm，确保测头能够精确聚焦于待测表面。通过这种方式，共焦传感器充当零位传感器，以实现最高的测量精度。这也意味着测头必须聚焦在光学面上，否则将无法获取信号。NMF OS软件内置了一个测量轨迹生成器，该工具负责计算执行测量所需的路径，支持包括非圆形和离轴孔径在内的复杂形状。在下面的案例中，我们测量了一个矩形柱面镜。在测量过程中，主轴在四个角的位置前后摆动，在中心区域连续旋转。测量轨迹在软件中以图形方式展现，如图左上角所示。
在设备的测量范围内，离轴表面可以在其偏心位置进行测量。然而，如果离轴距离超出了转台的范围，这种情况仍可以在主轴上进行居中测量。此时，一个离轴的非球面将被转换成一个居中的自由曲面。在NMF OS选配模块中，所有的坐标变换和误差拟合都是自动执行的。用户仅需输入面形公式以及零件图纸上规定的离轴量和离轴角度。以一个轻型微晶玻璃凹面镜为例，由于其曲率半径极大，如果激光干涉仪测试，则需要借助一定高度的测试架和CGH来进行测试。整个测量过程，包括设置、对准、测量结果输出和移除元件，大约需要一个小时，而后进行后续的迭代加工，从而缩短加工周期。