光譜共焦傳感器應(yīng)用方案（一）——3D曲面玻璃檢測(cè)

隨著3C產(chǎn)品外型設(shè)計(jì)的飛速更新，材料工藝的不斷升級(jí)，近年來(lái)3C產(chǎn)品加工制造過(guò)程中對(duì)精密測(cè)量技術(shù)的要求也越來(lái)越高，尤其是3D曲面玻璃的檢測(cè)，而光譜共焦傳感器作為一種對(duì)環(huán)境和材料具有廣泛適應(yīng)性的高精度測(cè)量技術(shù)，以其高速度，高精度，高適應(yīng)性等明顯優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到3C等精密制造業(yè)的青睞。

首先，我們先來(lái)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(shì)，同時(shí)在熱彎成型階段可通過(guò)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(chǎn)品具有新穎外觀和出色觸控手感。此外，5G通信時(shí)代更高的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率要求手機(jī)背板對(duì)信號(hào)的屏蔽盡可能降低，而金屬材料對(duì)信號(hào)的屏蔽性較高，因此對(duì)信號(hào)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?yàn)槠湓谕庥^和觸感方面的優(yōu)勢(shì)，以及其對(duì)手機(jī)信號(hào)屏蔽小的特性，成為現(xiàn)在乃至5G通信時(shí)代手機(jī)屏幕和背板材料的熱門選擇。

那么，3D曲面玻璃在工藝生產(chǎn)中會(huì)遇到哪些問(wèn)題?

在3D曲面玻璃的熱彎成型工序中，由于石墨模具設(shè)計(jì)和壓制過(guò)程中的溫度控制等問(wèn)題，可能存在“翹角”不良或翹曲問(wèn)題，這會(huì)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(wèn)題。因此需要對(duì)3D曲面玻璃的輪廓度進(jìn)行測(cè)量，確保實(shí)際輪廓線在公差帶范圍內(nèi)。

而3D曲面玻璃由于表面光滑，反光強(qiáng)，采用傳統(tǒng)的激光三角和結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法，反光表面的漫反射信號(hào)將對(duì)測(cè)量信號(hào)造成嚴(yán)重干擾，測(cè)量數(shù)據(jù)精度較差;同時(shí)，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(duì)于測(cè)量傳感器的可測(cè)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(shí)控制良品率，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中往往采用在線測(cè)量的方式，這對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性都有嚴(yán)格的要求。

隨著曲面屏幕手機(jī)的推出，如何測(cè)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(shù)難題。此種背景下，一種高精度且可以解決眾多高難度測(cè)量應(yīng)用的光譜共焦位移傳感器應(yīng)運(yùn)而生，成為中國(guó)自動(dòng)化測(cè)量市場(chǎng)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(guò)光學(xué)色散原理建立距離與波長(zhǎng)間的對(duì)應(yīng)關(guān)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(fù)色光，通過(guò)色散鏡頭發(fā)生光譜色散，其中只存在某一特定波長(zhǎng)的單色光聚焦在被測(cè)物體表面，并同時(shí)反射回光學(xué)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)光譜分析得到該單色光波長(zhǎng)值，由波長(zhǎng)-距離標(biāo)定即可換算出被測(cè)物體的距離值。由于采用了共焦技術(shù)，因此該方法具有良好的層析特性，提高了分辨力，并且對(duì)被測(cè)物特性和雜散光不敏感，即使被測(cè)物體是強(qiáng)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(jìn)行正?？煽康臏y(cè)量。

作為國(guó)內(nèi)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(dá)微納米量級(jí)的非接觸式位移量測(cè)系統(tǒng)，可精準(zhǔn)測(cè)量漫反射/鏡面反射及透明多層材質(zhì)的位移和厚度。

那么，海伯森光譜共焦傳感器在測(cè)量3D曲面玻璃的應(yīng)用中有哪些優(yōu)勢(shì)呢?

1、光譜共焦傳感器采用分析光譜成分對(duì)應(yīng)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(guò)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(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定，分辨率和線性度更好。實(shí)際的測(cè)量項(xiàng)目中，采用海伯森光譜共焦位移傳感器后，整個(gè)測(cè)量機(jī)臺(tái)的重復(fù)性可達(dá)微米級(jí)別。

2、海伯森光譜共焦傳感器探頭可達(dá)到±60.5°的測(cè)量角度，對(duì)于曲面玻璃邊沿較大角度的位置，也可以進(jìn)行高精度的形狀測(cè)量。

3、傳統(tǒng)的激光三角反射式傳感器更加適合測(cè)量漫反射被測(cè)物。而對(duì)于鏡面反射的曲面玻璃，同軸測(cè)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(cè)量光斑更小，測(cè)量頻率更高，可達(dá)72K/秒，不僅可以測(cè)量出清晰的外形輪廓，而且能快速捕捉微小結(jié)構(gòu)的位置變化，并且可以保證非常高的測(cè)量精度。

3D曲面玻璃是作為當(dāng)前智能手機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)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(biāo)，也是生產(chǎn)過(guò)程中需要重點(diǎn)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(cè)量需求，而且對(duì)環(huán)境和材料都有廣泛適應(yīng)性，并且可實(shí)現(xiàn)趨于實(shí)時(shí)、無(wú)損檢測(cè)，為3D曲面玻璃的精密位移測(cè)量提供了新的選擇。

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