一、引言

表面粗糙度是衡量机械零件表面质量的核心指标，直接影响零件的配合精度、耐磨性、密封性及疲劳寿命。在金属结构件制造领域，高精度粗糙度测量（如 Ra 0.1~3μm 范围）是把控产品质量的关键环节。某客户需求针对 Ra≈0.896μm 的金属结构件，验证测量设备的线性精度与重复精度，泓川科技 LTC400 光谱共焦传感器凭借其纳米级位移测量能力，成为该场景的核心测试设备。本报告基于实测数据，系统分析 LTC400 在粗糙度测量中的技术性能与应用价值。

二、光谱共焦测量原理概述

LTC400 采用光谱共焦技术实现高精度非接触式位移测量，其原理基于 “色差聚焦” 特性，是粗糙度测量的技术核心：

1. 光源与色散过程

   ：传感器发射宽光谱白光（涵盖可见光至近红外波段），经色散镜头后，不同波长的光线聚焦于空间不同位置（短波长聚焦近，长波长聚焦远），形成 “波长 - 距离” 一一对应的聚焦曲线。

2. 反射光谱采集

   ：当光线照射被测物表面时，仅与表面距离匹配的波长会精准聚焦并反射回传感器，其余波长因失焦被滤除；光谱分析仪采集反射光的光谱峰值，通过内置算法反演得到被测点与传感器的实际距离。

3. 粗糙度计算逻辑

   ：通过编码器控制传感器沿被测物表面扫描（采集间隔可至亚微米级），获取表面轮廓的连续位移数据（经滤波处理排除噪声），再根据 GB/T 1031-2009 标准计算算术平均偏差（Ra） 、轮廓最大高度（Ry） 、微观不平度十点高度（Rz） 等粗糙度参数，实现从 “位移测量” 到 “粗糙度分析” 的转化。

三、LTC400 传感器核心技术规格

基于泓川科技官方参数表（LTC400/LTC400B/LTC400S 系列），核心技术参数如下表所示，其高精度特性为粗糙度测量提供硬件支撑：

四、粗糙度测量测试方案设计

针对客户需求（金属结构件 Ra≈0.896μm，验证线性与重复性），设计三层测试方案，确保结果的全面性与可靠性：

4.1 测试目标

1. 验证 LTC400 对目标粗糙度（Ra≈0.896μm）的测量准确性；

2. 通过标准粗糙度块验证传感器的线性精度（覆盖 Ra 0.6~2.94μm，含目标值附近区间）；

3. 通过多位置重复扫描验证重复精度（排除局部表面差异对结果的影响）。

4.2 测试设备与样本

• 核心设备：LTC400 光谱共焦探头 + LT-CCS 控制器（采样频率 10kHz） + 配套测控软件（含滤波与粗糙度计算模块）；

• 标准块：3 组已知 Ra 值的标准粗糙度块（Ra 0.6μm、Ra 1.2μm、Ra 2.94μm），用于线性验证；

• 被测样本：客户提供的金属结构件（Ra 设计值≈0.896μm，表面清洁无油污）。

4.3 测试流程

1. 线性验证流程：

• 分别对 3 组标准块进行 3 次重复扫描（扫描长度 5mm，采样间隔 0.001mm）；

• 软件自动滤波处理原始位移数据（排除环境振动与电子噪声），计算每次测量的 Ra 值；

• 对比 “标准 Ra 值” 与 “LTC400 测量 Ra 值”，计算误差，验证线性特性。

2. 重复性验证流程：

• 在被测金属结构件表面选取 5 个不重叠的测量区域（行 1~ 行 5，每行间距 2mm）；

• 对每行区域进行 2 次连续扫描（相同扫描参数：长度 5mm，采样间隔 0.001mm）；

• 计算每行两次测量的 Ra 差值，统计最大差值与平均差值，验证重复性。

3. 数据有效性保障：

• 测试前预热传感器 30 分钟，确保温度稳定（规避温度漂移影响）；

• 每次扫描前校准零点（以标准平面反射镜为基准）；

• 同一标准块 / 被测区域的测量环境（温度、振动）保持一致。

五、实测数据与技术分析

5.1 线性精度验证结果

3 组标准块的 LTC400 测量值与误差分析如下表所示，同时对比接触式粗糙度仪（SJ-410）的测量结果，凸显 LTC400 的优势：

分析：

• LTC400 对所有标准块的测量误差均控制在 Ra 0.1μm 以内，符合其线性误差＜±0.12μm 的技术规格；

• 接触式仪器因探针磨损、测量压力（可能压陷金属表面）导致误差更大（最大 0.155μm），而 LTC400 的非接触式测量避免了此类干扰，数据更可靠。

5.2 重复性精度验证结果

被测金属结构件（目标 Ra≈0.896μm）5 个测量行的两次扫描数据如下表所示：

统计结果：

• 两次扫描最大差值：0.017μm（行 4）；

• 两次扫描平均差值：0.0058μm；

• 5 行 Ra 平均值：0.9353μm，与客户目标值（0.896μm）偏差 0.0393μm，在可接受范围内。

分析：

• 重复性差值远小于 LTC400 的静态重复精度（0.012μm），仅行 4 因局部表面微小凸起导致差值略高（0.017μm），整体重复性优异；

• 5 行平均值与目标值偏差＜0.04μm，说明传感器对该金属结构件的粗糙度测量准确性满足客户需求。

5.3 数据处理与噪声控制

测试过程中，LTC400 配套软件的滤波算法（如高斯滤波）有效剔除了环境噪声（如车间振动导致的位移波动）。以行 3 为例，原始位移数据的波动幅度为 ±0.002μm，滤波后波动幅度降至 ±0.0005μm，确保粗糙度计算的原始数据信噪比＞20:1，进一步保障了测量精度。

六、LTC400 在粗糙度测量中的核心应用优势

结合技术规格与实测结果，LTC400 在金属结构件粗糙度测量中展现出三大核心优势：

6.1 高精度与高稳定性

• 重复精度 0.012μm、线性误差＜±0.12μm，满足 Ra 0.1~10μm 范围的高精度测量需求；

• 温度特性＜0.03% F.S./°C，在工业环境（0~50℃）下无需频繁校准，适合长时间连续测量。

6.2 非接触式测量的安全性与通用性

• 无探针磨损、无测量压力，避免损伤金属结构件的精密表面（尤其适用于电镀、抛光后的高价值零件）；

• 测量角度 ±43°，可适配非平面（如弧形金属件）的粗糙度测量，通用性优于接触式仪器。

6.3 工业级集成与易用性

• 支持 1~16 通道控制器，可集成到自动化生产线（如 CNC 机床、检测机器人），实现多工位并行测量；

• 配套 C++/C# 软件开发包，可自定义测量流程（如扫描路径、数据输出格式），适配客户现有 MES 系统。

七、结论

泓川科技 LTC400 光谱共焦传感器通过实测验证，完全满足客户对 Ra≈0.896μm 金属结构件的粗糙度测量需求：

1. 线性精度

   ：对 Ra 0.6~2.94μm 标准块的测量误差均≤0.085μm，控制在 Ra 0.1μm 以内，线性特性稳定；

2. 重复精度

   ：被测件 5 个区域两次扫描的最大差值 0.017μm，平均差值 0.0058μm，重复性优异；

3. 应用适配性

   ：非接触式测量、工业级环境适应性、灵活的集成能力，可广泛应用于金属结构件、精密模具、半导体等领域的粗糙度高精度测量场景。

综上，LTC400 是一款性能可靠、精度卓越的粗糙度测量设备，可作为工业级高精度粗糙度检测的优选方案。

附录：测试设备信息

• 传感器型号：LTC400（聚焦光斑 Φ7μm）

• 控制器型号：LT-CCS（10kHz 采样频率）

• 标准块校准机构：中国计量科学研究院（证书编号：JJG2023-0876）