一、项目背景与需求分析
1. 检测目标
某光学元件制造商需对透明基材（玻璃/PET）表面的丙烯酸树脂（PS）涂胶层进行全自动厚度检测，具体参数要求：
- 膜厚范围：3μm~40μm
- 检测光源：波长>500nm（避免透明基材光反射干扰）
- 精度要求：
重复精度：<0.1μm（3σ）
绝对误差：|测量值-实际值|/实际值 ≤0.5%
- 采样规范：
采点间隔：5mm（空间分辨率）
采样频率：1ms/点（匹配产线速度）
- 系统扩展
：预留2~3个工位，支持多探头同步测量。
2. 技术难点
透明基材与PS胶层折射率差异（n=1.0 vs. 基材n≈1.5）导致反射信号复杂。
高速产线（60m/min）下的动态测量稳定性。
涂层边缘区域因表面张力导致的厚度突变（±2μm）需精准捕捉。
二、系统设计与实施方案
1. 硬件配置
| 组件 | 型号 | 关键参数 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
白光干涉传感器探头 | HT-T10W | 波长500-700nm，光斑直径4mm，工作距离5-10mm | 非接触式厚度测量 |
控制器 | HT-TC-100W | 10kHz采样率，Modbus/Ethernet通信 | 多探头同步控制与数据采集 |
运动平台 | 定制线性模组 | 定位精度±1μm，最大速度1m/s | 实现150mm长度扫描路径 |
编码器 | ABZ型增量式 | 分辨率1μm，输出频率100kHz | 触发采样与空间定位 |
2. 系统架构
3. 测量流程
- 标定阶段
（每日开机执行）：
使用标准厚度片（5μm/20μm/35μm）进行传感器零点校准。
基于PS胶折射率（n=1.0）设定光谱解析参数。
- 动态扫描：
探头以5mm间隔触发采样（编码器信号同步），单次扫描150mm长度（30个有效点）。
4个检测位（中心/左/右/对角）全覆盖，消除涂布头偏移影响。
- 数据处理：
实时剔除因气泡/杂质导致的异常值（阈值：±3σ）。
计算厚度均值（μ）、标准差（σ）及CPK值，生成厚度分布热力图。
三、数据验证与性能分析
1. 静态重复性测试（File 3数据）
标称厚度（μm） | 测量均值（μm） | 标准差σ（μm） | 3σ（μm） |
|---|---|---|---|
10.00 | 10.02 | 0.008 | 0.024 |
25.00 | 24.97 | 0.012 | 0.036 |
40.00 | 40.05 | 0.015 | 0.045 |
| 结论 ：3σ值均<0.1μm，满足重复性要求。 |
2. 动态线性度验证（File 2数据节选）
位置 | 标称值（μm） | 测量值（μm） | 绝对误差（μm） | 相对误差（%） |
|---|---|---|---|---|
P1 | 25.0 | 25.12 | +0.12 | 0.48 |
P15 | 25.0 | 24.88 | -0.12 | 0.48 |
P30 | 25.0 | 25.05 | +0.05 | 0.20 |
| 结论 ：最大相对误差0.48% < 0.5%阈值。 |
3. 产线实际数据（连续8小时运行）
指标 | 结果 |
|---|---|
平均厚度（μm） | 26.38±0.21 |
CPK | 1.83 |
不良品率 | 0.02% |
单件检测时间 | 2.4秒 |
四、关键技术突破
抗干扰算法
采用傅里叶变换分离基材与涂层的干涉信号：
I(k) = I_{base}(k) + I_{coating}(k) \cdot e^{-j2knd} 
动态补偿环境振动导致的相位偏移（<10nm残差）。
多工位同步策略
控制器通过ABZ编码器实现3探头采样同步（时间偏差<10μs）。
数据融合算法消除因基材翘曲导致的测量差异。
边缘补偿模型
建立厚度-边缘距离关系：
精准捕捉边缘5mm内厚度变化（分辨率0.1μm）。
五、应用效益
- 质量提升：CPK从1.2提升至1.8，年减少客户投诉320起。
- 成本节约：替代人工抽检（3人/班次），年节省人力成本￥15万。
- 工艺优化：通过厚度分布数据优化涂布头压力参数，材料损耗降低12%。
六、结论
本方案通过泓川科技HT-T系列白光干涉传感器，结合多工位同步控制与智能数据处理算法，实现了透明材料涂胶厚度的高精度动态检测。实测数据表明，系统重复性达0.015μm，绝对误差≤0.5%，完全满足光学级涂层的严苛要求，为半导体、显示面板等行业提供了可靠的在线检测解决方案。
