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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

時間:2025/3/17閱讀:190
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一、項目背景

在工業(yè)薄膜制造領域,透明PE基膜涂層的厚度控制直接影響產品光學性能與機械強度。某客戶需對厚度100μmPE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致數(shù)據波動(±5μm),無法滿足工藝要求。此外,生產環(huán)境濕度高達80%,對設備防護等級提出挑戰(zhàn)。

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


二、技術難點

  1. 界面信號干擾:涂層與基材折射率差異小于0.05,導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)境適應性IP40防護等級的傳感器在潮濕環(huán)境下存在結露風險,可能影響光學系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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

三、創(chuàng)新解決方案

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

1. 雙探頭差分測量架構

  • 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

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

    • 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:

  • 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<±0.3μmLTC2600線性精度)。

3. 環(huán)境適應性優(yōu)化

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

  • 抗結露設計:光學窗口鍍疏水膜層,配合控制器內部溫濕度監(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。

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


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

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),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)據與產線速度(Max.10m/s)的閉環(huán)控制;

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

  3. 運維成本降低

    • IP65防護設計使傳感器清潔周期從2小時延長至24小時;

    • 模塊化結構支持單探頭更換,維護時間減少60%。


五、總結

本案例通過雙探頭對射法與定制化防護設計的結合,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絡(支持16通道),進一步適應多涂布工位的大型生產線需求。



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