泓川科技大角度光谱共焦传感器在 3D 玻璃弧高与平面特性精密测量中的应用技术

无锡泓川科技 20250421

一、引言

随着消费电子、汽车玻璃等领域对 3D 玻璃的需求激增，其表面弧高与平面特性的精密测量成为质量控制的关键环节。3D 玻璃的复杂曲面（如 2.5D/3D 盖板玻璃的边缘弧面、汽车玻璃的三维曲率）对测量技术提出了严苛要求：需兼顾非接触式测量的无损性、大角度曲面的适应性以及亚微米级精度。传统测量手段（如接触式测头、视觉成像系统）在面对大角度曲面时，易出现测量盲区、精度衰减或数据失真等问题。本文基于泓川科技 LTC2400 系列大角度光谱共焦传感器的技术特性，结合实测数据，探讨其在 3D 玻璃精密测量中的应用方案与技术优势。

二、大角度光谱共焦测量技术原理

光谱共焦传感器通过多波长光源聚焦，利用不同波长光在物镜焦平面的色散特性，实现被测物体表面位置的精确解算。LTC2400 系列传感器的核心优势在于**±60° 大测量角度**（图 1），其光学设计允许光束以倾斜角度入射至被测表面，通过解析反射光的波长信息，直接获取曲面法向的位移量。该特性突破了传统传感器对垂直入射的依赖，可覆盖 3D 玻璃边缘弧面、倒角区等大倾斜角度区域的测量。

三、LTC2400 系列传感器关键技术参数与优势

1. 亚微米级测量精度，满足精密曲面检测需求

重复精度 0.045μm
：在 1kHz 采样率下，对标准镀银膜反射镜连续采集 10000 组数据，均方根偏差（RMS）≤0.045μm，适用于玻璃表面纳米级粗糙度与弧高波动的监测。
线性误差 <±0.48μm
：经纳米级激光干涉仪标定，全量程（2400μm）内线性度误差控制在 0.02% F.S. 以内，显著优于传统激光三角法传感器（典型线性误差 0.1% F.S.），确保平面度测量的可靠性。

2. 大角度适应性，覆盖 3D 玻璃全区域测量

±60° 测量角度
：采用标准平面反射镜在 1kHz 采样率下倾斜测试表明，传感器在 ±60° 范围内仍能保持稳定信号输出，且角度方向的位移测量误差≤0.3μm。对比传统传感器（通常≤±30° 有效测量角），可完整覆盖 3D 玻璃边缘 30°~60° 弧面区域（如手机盖板玻璃 0.8~1.5mm 半径的 R 角区）。

3. 温度稳定性与工业级适应性

温度特性 < 0.03% F.S./°C
：在 0~50℃工作温度范围内，漂移量≤0.72μm（2400μm 量程），优于行业同类产品（典型值 0.05% F.S./°C），满足玻璃热弯成型过程中温变环境下的在线检测需求。
IP40 防护等级与紧凑设计
：压铸铝外壳配合 FC/PC 光纤接口，适配高精度运动平台集成，尺寸 φ94×267.5mm、重量 2350g，适合多传感器阵列布局（如 16 通道控制器同步测量）。

四、实测数据：3D 玻璃弧高与平面特性测量验证

1. 实验条件

被测对象
：

标准弧高样本：曲率半径 R=5mm、R=10mm 的玻璃弧面（标称弧高值分别为 120μm、60μm）；
平面玻璃样本：100mm×100mm 钠钙玻璃，平面度标称值≤±1μm。

测量系统
：LTC2400 传感器 + 16 通道控制器（采样频率 10kHz）+ 亚微米级精度运动平台（定位误差 ±0.5μm）。

2. 弧高测量结果

重复性测试
：对 R=5mm 弧面重复测量 50 次，测得弧高均值 119.87μm，标准差 0.06μm（图 4），重复性误差≤0.05% F.S.，优于行业要求（≤0.1% F.S.）。
角度响应一致性
：在弧面法线角度 ±50° 范围内（模拟实际检测中的安装偏差），测量值波动≤±0.2μm，验证了大角度入射下的精度稳定性。

3. 平面特性测量结果

平面度检测
：对平面玻璃进行 5×5 点网格扫描（间隔 20mm），测得最大高度差 0.87μm，与激光干涉仪基准值（0.82μm）的偏差≤0.05μm，线性误差仅为 0.002% F.S.（图 5）。
边缘过渡区测量
：针对玻璃边缘 20°~60° 倒角区，采用光斑直径 Φ11μm 的 “大光斑模式”（避免边缘锐角对聚焦的影响），测得边缘位置精度≤±1μm，满足 0.3mm 宽度的微窄边检测需求。

五、应用场景与系统集成方案

1. 3D 玻璃全尺寸检测线

多传感器阵列布局
：通过 16 通道控制器同步驱动 8 组 LTC2400 传感器，覆盖玻璃表面（0.1~2.4mm）全量程范围，单次扫描时间≤200ms，实现高速全检（图 6）。
软件算法优化
：配套 LT-CCS 测控软件支持曲面拟合算法，自动补偿大角度入射时的余弦误差，结合 C++/C# 开发包，可定制化对接 MES 系统，实现测量数据实时追溯。

2. 热弯成型在线监控

高温环境适配
：可选配 200℃高温版传感器，在玻璃热弯炉（180~220℃）出口处实时监测弧高变化，温度漂移≤3μm（对比传统传感器漂移≥10μm），避免因温度波动导致的批量缺陷。

六、结论

大角度光谱共焦传感器凭借 ±60° 测量角度、亚微米级精度及温度稳定性，为 3D 玻璃弧高与平面特性测量提供了全场景解决方案。实测数据表明，其重复精度达 0.045μm、线性误差 <±0.48μm，显著优于传统测量技术，满足 5G 手机盖板玻璃（弧高公差 ±5μm）、汽车曲面玻璃（平面度 ±2μm）等高端产品的检测需求。随着 3D 玻璃向超薄化（最小可测厚度 120μm）、高曲率方向发展，该技术将在精密制造领域发挥更重要的作用，推动行业质量管控从 “抽检” 向 “全检”、从 “离线检测” 向 “在线闭环控制” 升级。

数据支撑说明：本文所有精度参数均基于 LTC2400 传感器技术规格书（编号 HC-LTC2400-2025）及第三方检测报告，实测数据由泓川科技实验室提供，符合 GB/T 26808-2011《光学传感器精度评定方法》标准。

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