一、行业背景与 UTG 测厚核心痛点

超薄柔性玻璃（Ultra-Thin Glass，UTG）是折叠屏终端的核心基材，其厚度通常控制在20-100μm（部分高端型号可至 10μm 以下），兼具柔性折叠性、机械强度与光学透明度。UTG 的厚度均匀性直接决定折叠屏的弯折寿命（如 20 万次折叠无破裂）、显示平整度及触控灵敏度 —— 若厚度偏差超过 ±2μm，可能导致折叠时应力集中，引发玻璃开裂；若局部厚度过薄，还会降低屏幕抗冲击能力。

当前 UTG 测厚面临三大核心痛点，传统测量技术难以突破：

1. 接触式测量的破坏性

   ：如机械千分尺、测厚规等接触式工具，会对超薄玻璃施加压力（即使 0.1N 力也可能导致 20μm UTG 产生 5% 以上的形变），造成不可逆损伤，且无法覆盖柔性弯曲状态下的动态测厚；

2. 传统光学方法的局限性

   ：激光干涉法虽为非接触式，但对 UTG 表面平整度要求极高（若表面存在纳米级划痕，会导致干涉条纹紊乱），且无法区分 UTG 与表面镀膜（如防指纹膜、触控层）的厚度；超声测厚法则因 UTG 厚度远低于超声波长（常规超声波长≥200μm），测量误差超过 10%，无法满足精度要求；

3. 动态测量的适配性不足

   ：UTG 生产线需在线实时检测（速度≥1m/min），传统离线测量（如实验室显微镜）效率低（单样品测量耗时＞5min），且无法反馈生产过程中的厚度波动。

在此背景下，光谱共焦位移传感器凭借非接触、亚微米精度、多层透明材料识别能力及高动态响应特性，成为 UTG 测厚的最优技术方案。下文基于无锡泓川科技 LTC 系列光谱共焦传感器，展开详细技术方案与实测验证。

二、光谱共焦技术与 UTG 测厚的适配性分析

光谱共焦技术的核心原理是 “波长编码距离”：传感器发射连续光谱的复色光，经色差透镜后，不同波长的光聚焦于不同轴向距离；被测物表面反射的光经光谱仪解析，通过峰值波长对应的聚焦距离，计算出传感器与被测物的相对位置。针对 UTG 的特性，该技术的适配性主要体现在以下 4 点：

1. 精度匹配：亚微米级误差覆盖 UTG 测厚需求

UTG 的厚度公差通常要求 ±0.5μm，而泓川 LTC 系列超精密型传感器的核心参数完全满足：

• 线性误差

  ：LTC100（超精密型）线性误差＜±0.03μm，远低于 UTG 的公差要求；

• 静态噪声

  ：3nm（连续采集 10000 组数据的均方根偏差），确保厚度测量的稳定性；

• 重复精度

  ：0.012μm（文档核心优势），多次测量同一点位的偏差可忽略不计。

2. 材料适配：透明 / 多层结构的精准识别

UTG 多为 “玻璃基材 + 表面镀膜” 的复合结构（如 UTG+10μm 防指纹膜），光谱共焦技术可通过解析不同界面的反射波长，区分各层厚度 —— 这一特性在泓川传感器的参数中明确标注为 “适应透明 / 半透明 / 膜层被测物”，且支持 “多膜层 / 胶合玻璃的多层厚度测量”（控制器功能描述）。

3. 非接触特性：零损伤保护柔性基材

传感器与 UTG 表面无任何物理接触，仅通过光信号交互测量，避免了接触式工具对超薄玻璃的压伤或褶皱；同时，LTC 系列的聚焦型光斑最小可达 Φ1.7μm（LTC100），可精准测量 UTG 的局部微小区域（如折叠区边缘），不影响周边结构。

4. 动态响应：满足离线 / 在线测量需求

LTC 系列控制器（如 LT-CCS 单通道、LT-CCF 四通道）的采样频率最高可达 10kHz（单通道），即使在 UTG 生产线在线检测场景（传送带速度 1m/min），也可实现每毫米间距采集 1 个数据点，完整覆盖样品的厚度分布。

三、UTG 测厚完整技术方案设计

基于泓川 LTC 系列传感器，设计 “离线高精度检测” 与 “在线动态监测” 两套方案，分别适用于实验室研发验证与生产线质量控制。下文以离线方案为核心展开，在线方案在 “技术延伸” 部分补充。

1. 设备选型：基于 UTG 特性的参数匹配

UTG 的核心测量需求为 “超薄（20-100μm）、高精度（±0.5μm）、局部测量（光斑＜5μm）”，结合泓川 LTC 系列参数表，选型如下：

2. 系统搭建：硬件连接与功能联动

系统由 “传感器 - 控制器 - 上位机 - 定位平台” 四部分组成，具体连接与联动逻辑如下：

1. 硬件连接：

• 传感器 LTC100 通过专用光纤线缆接入控制器 LT-CCS 的 “SENSOR1” 端口；

• 控制器通过以太网（100BASE-TX）连接上位机（安装 TSConfocalStudio V3.0 及以上版本）；

• 定位平台的编码器信号接入控制器的 “编码器输入” 端口，实现 “平台移动 - 传感器触发” 同步（避免移动过程中数据模糊）；

• 传感器探头固定于龙门架上，确保测量轴线垂直于 UTG 表面（倾斜误差≤0.1°，可通过水平仪校准）。

2. 功能联动逻辑：
   上位机发送 “测量启动” 指令→定位平台按预设点位（如 5×5 网格，共 25 个点位，避开 UTG 边缘 1mm 区域）移动→平台编码器触发控制器→传感器采集当前点位的厚度数据→数据实时回传至上位机→平台移动至下一点位，循环直至所有点位测量完成。

3. 测试流程：从校准到数据输出的标准化步骤

步骤 1：系统校准（核心环节，确保测量准确性）

• 目的：修正 UTG 折射率（n≈1.5）对光程的影响，以及传感器的系统误差；

• 操作：

1. 将 20μm 标准石英片（n=1.54）固定于定位平台中心，确保表面清洁无污渍；

2. 在 TSConfocalStudio 中选择 “校准模式”，输入标准厚度 “20μm” 与折射率 “1.54”；

3. 点击 “自动校准”，传感器采集石英片上、下表面的反射波长，计算实际测量值与标准值的偏差，生成校准曲线（如测量值 = 0.998× 真实值 + 0.02μm）；

4. 重复校准 50μm、100μm 石英片，验证校准曲线的线性度（R²≥0.9999），完成校准。

步骤 2：UTG 样品准备

• 清洁：用无尘布蘸取异丙醇擦拭 UTG 表面，去除指纹、灰尘（杂光反射会导致测量误差增加 30% 以上）；

• 固定：将 UTG 平铺于定位平台的真空吸附区，开启真空（吸力 0.02MPa），避免样品褶皱或移动。

步骤 3：测量参数设置（在 TSConfocalStudio 中配置）

步骤 4：自动测量与数据输出

• 启动测量：点击上位机 “开始测量”，系统按预设流程自动运行，实时显示各点位的厚度值；

• 数据输出：测量完成后，软件自动生成三类结果：

1. 数值报表：25 个点位的厚度值、平均值、标准差（如平均值 49.8μm，标准差 0.3μm）；

2. 厚度分布热力图：以颜色梯度展示 UTG 表面厚度差异（红色为厚区，蓝色为薄区）；

3. 误差分析图：对比测量值与目标值（50μm）的偏差，标注最大偏差点（如 49.5μm，偏差 - 0.5μm）。

四、UTG 测厚数据核算法：从原理到误差修正

光谱共焦测厚的核心是 “波长 - 距离” 的精准转换，需结合 UTG 的结构特性（单层 / 多层）设计算法，并针对实际干扰因素进行修正。

1. 单层 UTG 厚度计算核心公式

UTG 为单层透明玻璃时，传感器会检测到两个关键反射面：空气 - UTG 上表面与UTG - 载物台（石英材质，透明）下表面。设：

• λ₁：上表面反射光的峰值波长，对应传感器到上表面的距离 H₁；

• λ₂：下表面反射光的峰值波长，对应传感器到下表面的距离 H₂；

• n：UTG 的折射率（实测值 1.502，25℃环境下）；

由于光在 UTG 中传播的光程为 “物理厚度 d× 折射率 n”，而传感器测量的是空气中的距离差，因此厚度计算公式为：
d = |H₁ - H₂| / n

实例计算：

若传感器测得 H₁=10.000mm，H₂=9.950mm，则距离差 | H₁-H₂|=0.050mm=50μm；
代入 n=1.502，得 d=50μm / 1.502≈33.3μm（即该点位 UTG 厚度为 33.3μm）。

2. 多层结构（UTG + 镀膜）厚度分离算法

若 UTG 表面镀有 10μm 防指纹膜（n=1.45），则会出现三个反射面：空气 - 镀膜（λ₁→H₁）、镀膜 - UTG（λ₂→H₂）、UTG - 载物台（λ₃→H₃）。此时需通过 “波长峰值分离” 算法区分各层：

1. 光谱仪解析反射光谱，识别三个独立的波长峰值（λ₁、λ₂、λ₃），排除杂散光干扰（通过软件 “背景光扣除” 功能）；

2. 分别计算各层厚度：

• 镀膜厚度 d₂ = |H₁ - H₂| /n₂（n₂=1.45）；

• UTG 厚度 d₁ = |H₂ - H₃| /n₁（n₁=1.502）；

3. 软件自动输出 d₁与 d₂的数值，实现 “一次测量，多层厚度同步获取”（泓川控制器原生支持该功能，无需二次开发）。

3. 关键误差修正策略

实际测量中，误差主要来自 “定位倾斜”“环境光干扰”“表面不平整”，需针对性修正：

1. 定位倾斜误差修正

   ：
   若定位平台倾斜 θ（如 0.2°），则测量的距离差会偏大（Δd = d×sinθ）。修正方法：在平台上安装双轴倾角传感器，实时采集 θ 值，软件自动对厚度值进行补偿：d 修正 = d 测量 /cosθ；

2. 环境光干扰修正

   ：
   车间 LED 光源会产生杂光，导致反射光谱峰值模糊。修正方法：①传感器探头加装遮光罩；②软件中设置 “动态阈值”，仅保留强度＞0.8V 的光谱信号（正常反射信号强度＞1.2V，杂光＜0.5V）；

3. 表面不平整修正

   ：
   UTG 表面若有纳米级凸起，会导致单点位数据波动。修正方法：将单点位采集次数从 100 组提升至 200 组，采用 “3σ 准则” 剔除异常值（剔除超出平均值 ±3 倍标准差的数据），再取平均。

五、实测验证与技术优势对比

1. 实测数据与精度验证

以某品牌 50μm 目标厚度的 UTG 样品为测试对象，采用 LTC100 传感器与激光干涉仪（行业基准设备）对比测量，结果如下：

结论：光谱共焦传感器的测量偏差≤0.1μm，满足 UTG±0.5μm 的公差要求，且测量效率远高于激光干涉仪。

2. 与传统测厚技术的核心优势对比

六、技术延伸：光谱共焦在 UTG 全生命周期的应用

除静态测厚外，基于 LTC 系列的不同型号，光谱共焦技术可覆盖 UTG 从研发到生产的全场景需求：

1. 柔性弯曲状态下的动态测厚

折叠屏 UTG 需验证弯折过程中的厚度变化（如折叠半径 3mm 时的应力厚度），可选用LTC2400（超大角度型，±60° 测量角度） ，配合弯曲测试机：

• 传感器固定于弯曲机侧方，60° 角度覆盖 UTG 弯曲表面；

• 弯曲机以 10 次 / 分钟的频率折叠，传感器以 5kHz 采样率采集厚度数据，分析弯折过程中厚度的微小变化（通常＜0.2μm，若超过 0.5μm 则存在开裂风险）。

2. 生产线在线全检

UTG 生产线需 100% 在线检测，可选用LT-CCH-16（16 通道控制器）+ 16 个 LTC400 传感器（测量范围 ±0.2mm，覆盖 100μm UTG）：

• 16 个传感器沿生产线宽度方向均匀排布（间距 5mm），覆盖 UTG 全宽度；

• 传送带速度 1m/min，传感器以 4kHz 采样率（16 通道最大采样率）采集数据；

• 控制器实时对比厚度阈值，不合格品（如厚度＞51μm）触发机械臂自动剔除，检测效率达 60 片 / 分钟。

3. 边缘厚度均匀性检测

UTG 边缘 1mm 区域的厚度均匀性直接影响折叠寿命，可选用LTCR1500（侧出光紧凑型，90° 侧向出光） ：

• 传感器侧向安装，深入 UTG 边缘下方，测量边缘 0.1-1mm 范围内的厚度；

• 配合精密旋转平台，实现 360° 边缘扫描，生成边缘厚度分布曲线，识别是否存在 “边缘过薄”（如＜48μm）的风险。

七、总结与展望

基于无锡泓川 LTC 系列光谱共焦传感器的 UTG 测厚方案，通过 “亚微米精度 + 非接触测量 + 多层识别” 的核心优势，解决了传统技术的痛点，实现了 UTG 测厚的 “高精度、高效率、无损伤”。从实测数据看，该方案的测量偏差≤0.1μm，效率较激光干涉仪提升 7.5 倍，可满足 UTG 实验室研发与生产线全检的双重需求。

未来，随着 UTG 向 10μm 以下超薄化发展，需进一步优化传感器的光斑尺寸（如＜1μm）与静态噪声（＜1nm），而泓川 “可定制型号”（文档中提及支持 1-500mm 参考距离、1-100μm 光斑）已具备技术储备，可通过定制化开发适配更薄 UTG 的测量需求，为折叠屏产业的技术升级提供关键检测支撑。