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無(wú)錫泓川科技有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第1年

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泓川科技光譜共焦傳感器雙探頭對(duì)射法在透明PE涂層中的厚度測(cè)量

時(shí)間:2025/3/17閱讀:180
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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100μmPE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)。

泓川科技光譜共焦傳感器雙探頭對(duì)射法在透明PE涂層中的厚度測(cè)量


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。

泓川科技光譜共焦傳感器雙探頭對(duì)射法在透明PE涂層中的厚度測(cè)量

三、創(chuàng)新解決方案

采用泓川科技 LTC2600系列激光位移傳感器 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<±0.3μmLTC2600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。

泓川科技光譜共焦傳感器雙探頭對(duì)射法在透明PE涂層中的厚度測(cè)量


泓川科技光譜共焦傳感器雙探頭對(duì)射法在透明PE涂層中的厚度測(cè)量

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),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<50msLT-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。



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