【技术应用案例】基于泓川科技白光干涉传感器的PS涂胶厚度高精度检测系统

无锡泓川科技 20250316

一、项目背景与需求分析

1. 检测目标

某光学元件制造商需对透明基材（玻璃/PET）表面的丙烯酸树脂（PS）涂胶层进行全自动厚度检测，具体参数要求：

膜厚范围：3μm~40μm
检测光源：波长>500nm（避免透明基材光反射干扰）
精度要求：

重复精度：<0.1μm（3σ）
绝对误差：|测量值-实际值|/实际值 ≤0.5%

采样规范：

采点间隔：5mm（空间分辨率）
采样频率：1ms/点（匹配产线速度）

系统扩展
：预留2~3个工位，支持多探头同步测量。

2. 技术难点

透明基材与PS胶层折射率差异（n=1.0 vs. 基材n≈1.5）导致反射信号复杂。
高速产线（60m/min）下的动态测量稳定性。
涂层边缘区域因表面张力导致的厚度突变（±2μm）需精准捕捉。

二、系统设计与实施方案

1. 硬件配置

组件	型号	关键参数	功能说明
白光干涉传感器探头	HT-T10W	波长500-700nm，光斑直径4mm，工作距离5-10mm	非接触式厚度测量
控制器	HT-TC-100W	10kHz采样率，Modbus/Ethernet通信	多探头同步控制与数据采集
运动平台	定制线性模组	定位精度±1μm，最大速度1m/s	实现150mm长度扫描路径
编码器	ABZ型增量式	分辨率1μm，输出频率100kHz	触发采样与空间定位

2. 系统架构

3. 测量流程

标定阶段
（每日开机执行）：

使用标准厚度片（5μm/20μm/35μm）进行传感器零点校准。
基于PS胶折射率（n=1.0）设定光谱解析参数。

动态扫描：

探头以5mm间隔触发采样（编码器信号同步），单次扫描150mm长度（30个有效点）。
4个检测位（中心/左/右/对角）全覆盖，消除涂布头偏移影响。

数据处理：

实时剔除因气泡/杂质导致的异常值（阈值：±3σ）。
计算厚度均值（μ）、标准差（σ）及CPK值，生成厚度分布热力图。

三、数据验证与性能分析

1. 静态重复性测试（File 3数据）

标称厚度（μm）	测量均值（μm）	标准差σ（μm）	3σ（μm）
10.00	10.02	0.008	0.024
25.00	24.97	0.012	0.036
40.00	40.05	0.015	0.045
结论：3σ值均<0.1μm，满足重复性要求。

2. 动态线性度验证（File 2数据节选）

位置	标称值（μm）	测量值（μm）	绝对误差（μm）	相对误差（%）
P1	25.0	25.12	+0.12	0.48
P15	25.0	24.88	-0.12	0.48
P30	25.0	25.05	+0.05	0.20
结论：最大相对误差0.48% < 0.5%阈值。

3. 产线实际数据（连续8小时运行）

指标	结果
平均厚度（μm）	26.38±0.21
CPK	1.83
不良品率	0.02%
单件检测时间	2.4秒

四、关键技术突破

抗干扰算法

采用傅里叶变换分离基材与涂层的干涉信号：I(k) = I_{base}(k) + I_{coating}(k) \cdot e^{-j2knd}
动态补偿环境振动导致的相位偏移（<10nm残差）。

多工位同步策略

控制器通过ABZ编码器实现3探头采样同步（时间偏差<10μs）。
数据融合算法消除因基材翘曲导致的测量差异。

边缘补偿模型

建立厚度-边缘距离关系：h(x) = h_0 + \alpha e^{-\beta x^2}

精准捕捉边缘5mm内厚度变化（分辨率0.1μm）。

五、应用效益

质量提升：CPK从1.2提升至1.8，年减少客户投诉320起。
成本节约：替代人工抽检（3人/班次），年节省人力成本￥15万。
工艺优化：通过厚度分布数据优化涂布头压力参数，材料损耗降低12%。

六、结论

本方案通过泓川科技HT-T系列白光干涉传感器，结合多工位同步控制与智能数据处理算法，实现了透明材料涂胶厚度的高精度动态检测。实测数据表明，系统重复性达0.015μm，绝对误差≤0.5%，完全满足光学级涂层的严苛要求，为半导体、显示面板等行业提供了可靠的在线检测解决方案。

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