泓川科技光譜共焦傳感器雙探頭對射法在透明PE涂層中的厚度測量

一、項目背景

在工業(yè)薄膜制造領(lǐng)域，透明PE基膜涂層的厚度控制直接影響產(chǎn)品光學(xué)性能與機械強度。某客戶需對厚度100μm的PE基膜表面涂布200-300μm的混合涂料進行在線監(jiān)測，但由于涂層與基材折射率接近（約1.49-1.53），傳統(tǒng)單探頭激光測厚方案因界面反射信號混雜導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動（±5μm），無法滿足工藝要求。此外，生產(chǎn)環(huán)境濕度高達80%，對設(shè)備防護等級提出挑戰(zhàn)。

二、技術(shù)難點

1. 界面信號干擾：涂層與基材折射率差異小于0.05，導(dǎo)致涂層下表面與基材上表面的反射光波形重疊（信噪比＜3dB）。

2. 動態(tài)測量穩(wěn)定性：傳統(tǒng)單探頭方案受折射率不確定性和溫漂影響（±0.03%FS/℃），實測厚度值在涂層局部厚度與總厚度（基膜+涂層）間跳變。

3. 環(huán)境適應(yīng)性：IP40防護等級的傳感器在潮濕環(huán)境下存在結(jié)露風(fēng)險，可能影響光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

三、創(chuàng)新解決方案

采用泓川科技 LTC2600系列激光位移傳感器 與 LT-CCD控制器 構(gòu)建雙探頭對射系統(tǒng)，通過以下設(shè)計突破技術(shù)瓶頸：

1. 雙探頭差分測量架構(gòu)

• 硬件配置：

• 頂部探頭（LTC2600S，光斑Φ144μm）檢測涂層上表面；

• 底部探頭（LTC2600，光斑Φ9μm）檢測基膜下表面。

• 通過LT-CCD控制器實現(xiàn)雙通道同步采樣（Max.5kHz），確保時序一致性。

• 信號處理：

• 利用控制器內(nèi)置Modbus協(xié)議，將兩探頭位移數(shù)據(jù)實時傳輸至上位機；

• 通過Studio測控軟件計算總厚度（Δh=H_top - H_bottom），并自動扣除已知基膜厚度（100μm），直接輸出涂層厚度值。

2. 折射率誤差消除

雙探頭對射法通過物理隔離涂層/基材界面，規(guī)避折射率混合效應(yīng)：

• 頂部探頭測量值僅依賴空氣-涂層界面折射率（n_air=1.0 → n_coating≈1.5）；

• 底部探頭測量基于基材-空氣界面（n_PE≈1.53 → n_air=1.0），二者獨立標定，系統(tǒng)誤差＜±0.3μm（LTC2600線性精度）。

3. 環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)化

• 防護升級：傳感器外殼采用壓鑄鋁材質(zhì)，接縫處增加硅膠密封圈，防護等級提升至IP65（防塵防水射流）；

• 抗結(jié)露設(shè)計：光學(xué)窗口鍍疏水膜層，配合控制器內(nèi)部溫濕度監(jiān)測模塊（0-50℃工作范圍），觸發(fā)異常時自動啟動加熱除濕功能。

四、實施效果

1. 測量精度提升：

• 涂層厚度波動范圍從±5μm降至±1.2μm（3σ），優(yōu)于客戶要求的±2μm；

• 長期穩(wěn)定性測試顯示，8小時連續(xù)運行漂移量＜0.8μm（環(huán)境溫度變化±3℃）。

2. 生產(chǎn)效率優(yōu)化：

• 通過C#開發(fā)包集成至客戶MES系統(tǒng)，實現(xiàn)厚度數(shù)據(jù)與產(chǎn)線速度（Max.10m/s）的閉環(huán)控制；

• 異常厚度報警響應(yīng)時間＜50ms（LT-CCD數(shù)字信號輸出延遲）。

3. 運維成本降低：

• IP65防護設(shè)計使傳感器清潔周期從2小時延長至24小時；

• 模塊化結(jié)構(gòu)支持單探頭更換，維護時間減少60%。

五、總結(jié)

本案例通過雙探頭對射法與定制化防護設(shè)計的結(jié)合，成功解決了高折射率差透明材料的厚度測量難題。泓川科技LTC2600系列傳感器的高線性精度（＜±0.3μm）與LT-CCD控制器的多通道同步能力，為光學(xué)薄膜行業(yè)提供了可靠的在線檢測方案。未來可通過擴展光纖傳感網(wǎng)絡(luò)（支持16通道），進一步適應(yīng)多涂布工位的大型生產(chǎn)線需求。