光谱共焦传感器应用方案

2021-09-15

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随着3C产品外形设计的快速更新，材料工艺不断升级，近年来3C产品加工制造过程中对精密测量技术的要求也越来越高。特别是3D表面玻璃的检测、光谱共焦传感器是能够广泛适应环境和材料的高精度测量技术，以其高速、高精度、高适应性等明显优势受到3C等精密制造业的青睐。

我们先来了解一下什么是3D表面玻璃。

3D表面玻璃薄而透明，具有防眩光、防指纹、不易刮伤的优点，还可以选择多种石墨模具，制造出大R角和多形状的表面玻璃，提供全新的外观和出色的触摸手感。另外，5G通信时代的高网络传输速率要求手机背板对信号的屏蔽较小化，金属材料对信号的屏蔽性高，因此对信号影响极小的3D表面玻璃成为取代金属材料背板的较佳选择。

因此，3D表面玻璃由于外观、手感、手机信号屏蔽的小特性，现在乃至5G通信时代，都成为手机屏幕和背板材料的热门选择。

那么，3D表面玻璃在工艺生产中出现了什么问题？

在三维表面玻璃的热弯曲成形过程中，石墨模具设计和压缩过程中温度控制等问题会导致“翘角”不良或翘曲问题，这可能会影响以后表面拟合过程的效率，如果不能完全拟合，三维屏幕可能会出现触摸不良问题。因此，必须测量三维表面玻璃的轮廓，以确保实际轮廓在公差区域内。

三维表面玻璃由于表面光滑、反射强，使用传统的激光三角形和结构照明测量方法，反射表面的漫反射信号会对测量信号造成严重干扰，测量数据的精度下降。同时，三维表面玻璃在两面或边坡上由于热弯曲形成的R角大小不同，对传感器的可测量角度和范围有较高的要求。另外，为了在保证效率的同时控制产量，在实际生产过程中经常进行在线测量，因此对测量系统的效率和稳定性有着严格的要求。

随着曲面屏手机的推出，如何测量曲面玻璃的弧度、平度、厚度和三维轮廓成为业界新的技术课题。在这种背景下，出现了精度高、能够解决难度测量应用的光谱共焦位移传感器，成为中国自动化测量市场的黑马。

什么是光谱共聚焦传感器？

频谱共焦位移传感器是通过光学色散原理建立距离和波长之间的对应关系，并使用频谱解码频谱信息以获取位置信息的设备。

如下图所示，白色LED光源发出宽光谱的复色光，通过色散透镜发生光谱色散，其中只有特定波长的单色光聚焦于被测量物体的表面，同时反射到光学系统中。通过光谱分析，可以得到这种单色光波长值，并通过波长-距离校正转换测量的物体的距离值。由于采用了共聚焦技术，该方法具有良好的层析特性，提高了分辨能力，对测试物特性和微光等不敏感。即使测试的物体是强吸光材料(如黑色橡胶、玻璃或液体等透明材料)，也能进行正常可靠的测量。作为国内高端智能传感器知名品牌之一，自主开发的光谱共焦传感器是一种微纳米大小的非接触位移测量系统，可以精确测量漫反射/反射和透明多层材料的位移和厚度。

那么光谱共焦传感器对三维表面玻璃测量有什么好处呢？

1、光谱共焦传感器使用分析光谱组件相应距离变化的原理。与传统激光三角反射式传感器通过反射光斑转换CCD中位置转换距离变化的原理相比，光谱共焦传感器测量结果更稳定，分辨率和线性度更好。在实际测量项目中，使用光谱共焦位移传感器，整个测量机器的重复性可以达到微米水平。

2、光谱共焦传感器探头可以达到60.5的测量角度，对于表面玻璃边缘较大角度的位置，也可以进行高精度的形状测量。

3、传统的激光三角反射式传感器更适合测量分布式测量物。对于具有对称反射的表面玻璃，同轴测量原理的光谱共焦位移传感器更合适。

4、光谱共焦位移传感器的测量光斑更小，测量频率更高，可以测量到72K/s，不仅可以测量清晰的外形轮廓，还可以快速捕捉小结构的位置变化，保证极高的测量精度。

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