一、引言

隨著消費電子、汽車玻璃等領域對 3D 玻璃的需求激增，其表面弧高與平面特性的精密測量成為質量控制的關鍵環(huán)節(jié)。3D 玻璃的復雜曲面（如 2.5D/3D 蓋板玻璃的邊緣弧面、汽車玻璃的三維曲率）對測量技術提出了嚴苛要求：需兼顧非接觸式測量的無損性、大角度曲面的適應性以及亞微米級精度。傳統(tǒng)測量手段（如接觸式測頭、視覺成像系統(tǒng)）在面對大角度曲面時，易出現測量盲區(qū)、精度衰減或數據失真等問題。本文基于泓川科技 LTC2400 系列大角度光譜共焦傳感器的技術特性，結合實測數據，探討其在 3D 玻璃精密測量中的應用方案與技術優(yōu)勢。

二、大角度光譜共焦測量技術原理

光譜共焦傳感器通過多波長光源聚焦，利用不同波長光在物鏡焦平面的色散特性，實現被測物體表面位置的精確解算。LTC2400 系列傳感器的核心優(yōu)勢在于**±60° 大測量角度**，其光學設計允許光束以傾斜角度入射至被測表面，通過解析反射光的波長信息，直接獲取曲面法向的位移量。該特性突破了傳統(tǒng)傳感器對垂直入射的依賴，可覆蓋 3D 玻璃邊緣弧面、倒角區(qū)等大傾斜角度區(qū)域的測量。

三、LTC2400 系列傳感器關鍵技術參數與優(yōu)勢

1. 亞微米級測量精度，滿足精密曲面檢測需求

• 重復精度 0.045μm：在 1kHz 采樣率下，對標準鍍銀膜反射鏡連續(xù)采集 10000 組數據，均方根偏差（RMS）≤0.045μm（圖 2），適用于玻璃表面納米級粗糙度與弧高波動的監(jiān)測。

• 線性誤差 <±0.48μm：經納米級激光干涉儀標定，全量程（2400μm）內線性度精度控制在 0.02% F.S. 以內，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)激光三角法傳感器（典型線性精度 0.1% F.S.），確保平面度測量的可靠性。

2. 大角度適應性，覆蓋 3D 玻璃全區(qū)域測量

• ±60° 測量角度：采用標準平面反射鏡在 1kHz 采樣率下傾斜測試表明，傳感器在 ±60° 范圍內仍能保持穩(wěn)定信號輸出，且角度方向的位移測量精度≤0.3μm（圖 3）。對比傳統(tǒng)傳感器（通?！?plusmn;30° 有效測量角），可完整覆蓋 3D 玻璃邊緣 30°~60° 弧面區(qū)域（如手機蓋板玻璃 0.8~1.5mm 半徑的 R 角區(qū)）。

3. 溫度穩(wěn)定性與工業(yè)級適應性

• 溫度特性 < 0.03% F.S./°C：在 0~50℃工作溫度范圍內，漂移量≤0.72μm（2400μm 量程），優(yōu)于行業(yè)同類產品（典型值 0.05% F.S./°C），滿足玻璃熱彎成型過程中溫變環(huán)境下的在線檢測需求。

• IP40 防護等級與緊湊設計：壓鑄鋁外殼配合 FC/PC 光纖接口，適配高精度運動平臺集成，尺寸 φ94×267.5mm、重量 2350g，適合多傳感器陣列布局（如 16 通道控制器同步測量）。

四、實測數據：3D 玻璃弧高與平面特性測量驗證

1. 實驗條件

• 被測對象：

• 標準弧高樣本：曲率半徑 R=5mm、R=10mm 的玻璃弧面（標稱弧高值分別為 120μm、60μm）；

• 平面玻璃樣本：100mm×100mm 鈉鈣玻璃，平面度標稱值≤±1μm。

• 測量系統(tǒng)：LTC2400 傳感器 + 16 通道控制器（采樣頻率 10kHz）+ 亞微米級精度運動平臺（定位誤差 ±0.5μm）。

2. 弧高測量結果

• 重復性測試：對 R=5mm 弧面重復測量 50 次，測得弧高均值 119.87μm，標準差 0.06μm（圖 4），重復性精度≤0.05% F.S.，優(yōu)于行業(yè)要求（≤0.1% F.S.）。

• 角度響應一致性：在弧面法線角度 ±50° 范圍內（模擬實際檢測中的安裝偏差），測量值波動≤±0.2μm，驗證了大角度入射下的精度穩(wěn)定性。

3. 平面特性測量結果

• 平面度檢測：對平面玻璃進行 5×5 點網格掃描（間隔 20mm），測得最大高度差 0.87μm，與激光干涉儀基準值（0.82μm）的偏差≤0.05μm，線性精度僅為 0.002% F.S. 。

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• 邊緣過渡區(qū)測量：針對玻璃邊緣 20°~60° 倒角區(qū)，采用光斑直徑 Φ11μm 的 “大光斑模式”（避免邊緣銳角對聚焦的影響），測得邊緣位置精度≤±1μm，滿足 0.3mm 寬度的微窄邊檢測需求。

五、應用場景與系統(tǒng)集成方案

1. 3D 玻璃全尺寸檢測線

• 多傳感器陣列布局：通過 16 通道控制器同步驅動 8 組 LTC2400 傳感器，覆蓋玻璃表面（0.1~2.4mm）全量程范圍，單次掃描時間≤200ms，實現高速全檢。

• 軟件算法優(yōu)化：配套 LT-CCS 測控軟件支持曲面擬合算法，自動補償大角度入射時的余弦誤差，結合 C++/C# 開發(fā)包，可定制化對接 MES 系統(tǒng)，實現測量數據實時追溯。

2. 熱彎成型在線監(jiān)控

• 高溫環(huán)境適配：可選配 200℃高溫版?zhèn)鞲衅鳎诓Ａ釓潬t（180~220℃）出口處實時監(jiān)測弧高變化，溫度漂移≤3μm（對比傳統(tǒng)傳感器漂移≥10μm），避免因溫度波動導致的批量缺陷。

六、結論