一、項(xiàng)目背景

在工業(yè)薄膜制造領(lǐng)域，透明PE基膜涂層的厚度控制直接影響產(chǎn)品光學(xué)性能與機(jī)械強(qiáng)度。某客戶(hù)需對(duì)厚度100μm的PE基膜表面涂布200-300μm的混合涂料進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，但由于涂層與基材折射率接近（約1.49-1.53），傳統(tǒng)單探頭激光測(cè)厚方案因界面反射信號(hào)混雜導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)（±5μm），無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。此外，生產(chǎn)環(huán)境濕度高達(dá)80%，對(duì)設(shè)備防護(hù)等級(jí)提出挑戰(zhàn)。

二、技術(shù)難點(diǎn)

1. 界面信號(hào)干擾：涂層與基材折射率差異小于0.05，導(dǎo)致涂層下表面與基材上表面的反射光波形重疊（信噪比＜3dB）。

2. 動(dòng)態(tài)測(cè)量穩(wěn)定性：傳統(tǒng)單探頭方案受折射率不確定性和溫漂影響（±0.03%FS/℃），實(shí)測(cè)厚度值在涂層局部厚度與總厚度（基膜+涂層）間跳變。

3. 環(huán)境適應(yīng)性：IP40防護(hù)等級(jí)的傳感器在潮濕環(huán)境下存在結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，可能影響光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

三、創(chuàng)新解決方案

采用泓川科技 LTC2600系列激光位移傳感器 與 LT-CCD控制器 構(gòu)建雙探頭對(duì)射系統(tǒng)，通過(guò)以下設(shè)計(jì)突破技術(shù)瓶頸：

1. 雙探頭差分測(cè)量架構(gòu)

• 硬件配置：

• 頂部探頭（LTC2600S，光斑Φ144μm）檢測(cè)涂層上表面；

• 底部探頭（LTC2600，光斑Φ9μm）檢測(cè)基膜下表面。

• 通過(guò)LT-CCD控制器實(shí)現(xiàn)雙通道同步采樣（Max.5kHz），確保時(shí)序一致性。

• 信號(hào)處理：

• 利用控制器內(nèi)置Modbus協(xié)議，將兩探頭位移數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)；

• 通過(guò)Studio測(cè)控軟件計(jì)算總厚度（Δh=H_top - H_bottom），并自動(dòng)扣除已知基膜厚度（100μm），直接輸出涂層厚度值。

2. 折射率誤差消除

雙探頭對(duì)射法通過(guò)物理隔離涂層/基材界面，規(guī)避折射率混合效應(yīng)：

• 頂部探頭測(cè)量值僅依賴(lài)空氣-涂層界面折射率（n_air=1.0 → n_coating≈1.5）；

• 底部探頭測(cè)量基于基材-空氣界面（n_PE≈1.53 → n_air=1.0），二者獨(dú)立標(biāo)定，系統(tǒng)誤差＜±0.3μm（LTC2600線性精度）。

3. 環(huán)境適應(yīng)性?xún)?yōu)化

• 防護(hù)升級(jí)：傳感器外殼采用壓鑄鋁材質(zhì)，接縫處增加硅膠密封圈，防護(hù)等級(jí)提升至IP65（防塵防水射流）；

• 抗結(jié)露設(shè)計(jì)：光學(xué)窗口鍍疏水膜層，配合控制器內(nèi)部溫濕度監(jiān)測(cè)模塊（0-50℃工作范圍），觸發(fā)異常時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱除濕功能。

四、實(shí)施效果

1. 測(cè)量精度提升：

• 涂層厚度波動(dòng)范圍從±5μm降至±1.2μm（3σ），優(yōu)于客戶(hù)要求的±2μm；

• 長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試顯示，8小時(shí)連續(xù)運(yùn)行漂移量＜0.8μm（環(huán)境溫度變化±3℃）。

2. 生產(chǎn)效率優(yōu)化：

• 通過(guò)C#開(kāi)發(fā)包集成至客戶(hù)MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)厚度數(shù)據(jù)與產(chǎn)線速度（Max.10m/s）的閉環(huán)控制；

• 異常厚度報(bào)警響應(yīng)時(shí)間＜50ms（LT-CCD數(shù)字信號(hào)輸出延遲）。

3. 運(yùn)維成本降低：

• IP65防護(hù)設(shè)計(jì)使傳感器清潔周期從2小時(shí)延長(zhǎng)至24小時(shí)；

• 模塊化結(jié)構(gòu)支持單探頭更換，維護(hù)時(shí)間減少60%。

五、總結(jié)

本案例通過(guò)雙探頭對(duì)射法與定制化防護(hù)設(shè)計(jì)的結(jié)合，成功解決了高折射率差透明材料的厚度測(cè)量難題。泓川科技LTC2600系列傳感器的高線性精度（＜±0.3μm）與LT-CCD控制器的多通道同步能力，為光學(xué)薄膜行業(yè)提供了可靠的在線檢測(cè)方案。未來(lái)可通過(guò)擴(kuò)展光纖傳感網(wǎng)絡(luò)（支持16通道），進(jìn)一步適應(yīng)多涂布工位的大型生產(chǎn)線需求。