光譜共焦傳感器應用方案（一）——3D曲面玻璃檢測

隨著3C產品外型設計的飛速更新，材料工藝的不斷升級，近年來3C產品加工制造過程中對精密測量技術的要求也越來越高，尤其是3D曲面玻璃的檢測，而光譜共焦傳感器作為一種對環(huán)境和材料具有廣泛適應性的高精度測量技術，以其高速度，高精度，高適應性等明顯優(yōu)勢越來越受到3C等精密制造業(yè)的青睞。

首先，我們先來了解一下什么是3D曲面玻璃?

3D曲面玻璃擁有輕薄、透明、防炫、抗指紋和不易刮劃等優(yōu)勢，同時在熱彎成型階段可通過選擇多種石墨模具制作大R角和多形狀的曲面玻璃，使得產品具有新穎外觀和出色觸控手感。此外，5G通信時代更高的網絡傳輸速率要求手機背板對信號的屏蔽盡可能降低，而金屬材料對信號的屏蔽性較高，因此對信號影響極小的3D曲面玻璃就成了取代金屬材料背板的不二選擇。

所以，3D曲面玻璃因為其在外觀和觸感方面的優(yōu)勢，以及其對手機信號屏蔽小的特性，成為現在乃至5G通信時代手機屏幕和背板材料的熱門選擇。

那么，3D曲面玻璃在工藝生產中會遇到哪些問題?

在3D曲面玻璃的熱彎成型工序中，由于石墨模具設計和壓制過程中的溫度控制等問題，可能存在“翹角”不良或翹曲問題，這會影響之后的曲面貼合工序效率，若不能完全貼合，3D屏可能存在觸控不良的問題。因此需要對3D曲面玻璃的輪廓度進行測量，確保實際輪廓線在公差帶范圍內。

而3D曲面玻璃由于表面光滑，反光強，采用傳統(tǒng)的激光三角和結構光測量方法，反光表面的漫反射信號將對測量信號造成嚴重干擾，測量數據精度較差;同時，由于3D曲面玻璃在兩面或四面采用熱彎成型的R角度大小不等，對于測量傳感器的可測角度和量程都有比較高的要求;此外，為了在保證效率的同時控制良品率，實際生產過程中往往采用在線測量的方式，這對測量系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性都有嚴格的要求。

隨著曲面屏幕手機的推出，如何測量曲面玻璃的弧度，平面度，厚度以及三維輪廓成為業(yè)界新的技術難題。此種背景下，一種高精度且可以解決眾多高難度測量應用的光譜共焦位移傳感器應運而生，成為中國自動化測量市場的一匹黑馬。

什么是光譜共焦傳感器?

光譜共焦位移傳感器是一種通過光學色散原理建立距離與波長間的對應關系，利用光譜儀解碼光譜信息，從而獲得位置信息的裝置。

如下圖所示，白光LED光源發(fā)射出一束寬光譜的復色光，通過色散鏡頭發(fā)生光譜色散，其中只存在某一特定波長的單色光聚焦在被測物體表面，并同時反射回光學系統(tǒng)。經過光譜分析得到該單色光波長值，由波長-距離標定即可換算出被測物體的距離值。由于采用了共焦技術，因此該方法具有良好的層析特性，提高了分辨力，并且對被測物特性和雜散光不敏感，即使被測物體是強吸光材料，如黑色橡膠，或者是透明材料，如玻璃或者液體，都可以進行正?？煽康臏y量。

作為國內高端智能傳感器的知名品牌之一，海伯森自主研發(fā)的光譜共焦傳感器，是一種精度可達微納米量級的非接觸式位移量測系統(tǒng)，可精準測量漫反射/鏡面反射及透明多層材質的位移和厚度。

那么，海伯森光譜共焦傳感器在測量3D曲面玻璃的應用中有哪些優(yōu)勢呢?

1、光譜共焦傳感器采用分析光譜成分對應距離變化的原理，相比傳統(tǒng)的激光三角反射式傳感器通過反射光斑在CCD上的位置換算距離變化的原理，光譜共焦傳感器測量結果更加穩(wěn)定，分辨率和線性度更好。實際的測量項目中，采用海伯森光譜共焦位移傳感器后，整個測量機臺的重復性可達微米級別。

2、海伯森光譜共焦傳感器探頭可達到±60.5°的測量角度，對于曲面玻璃邊沿較大角度的位置，也可以進行高精度的形狀測量。

3、傳統(tǒng)的激光三角反射式傳感器更加適合測量漫反射被測物。而對于鏡面反射的曲面玻璃，同軸測量原理的光譜共焦位移傳感器更加適用。

4、光譜共焦位移傳感器的測量光斑更小，測量頻率更高，可達72K/秒，不僅可以測量出清晰的外形輪廓，而且能快速捕捉微小結構的位置變化，并且可以保證非常高的測量精度。

3D曲面玻璃是作為當前智能手機的發(fā)展趨勢，市場需求量日益升高。曲面輪廓、玻璃厚度、平面度都是曲面玻璃的重要精度指標，也是生產過程中需要重點管控的環(huán)節(jié).

而海伯森光譜共焦傳感器不僅可以滿足精密測量需求，而且對環(huán)境和材料都有廣泛適應性，并且可實現趨于實時、無損檢測，為3D曲面玻璃的精密位移測量提供了新的選擇。

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