一、項目背景
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)性能與機械強度。某客戶需對厚度100μm的PE基膜表面涂布200-300μm的混合涂料進行在線監(jiān)測,但由于涂層與基材折射率接近(約1.49-1.53),傳統(tǒng)單探頭激光測厚方案因界面反射信號混雜導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(±5μm),無法滿足工藝要求。此外,生產(chǎn)環(huán)境濕度高達80%,對設(shè)備防護等級提出挑戰(zhàn)。
二、技術(shù)難點
界面信號干擾: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)。
動態(tài)測量穩(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/℃),實測厚度值在涂層局部厚度與總厚度(基膜+涂層)間跳變。
環(huán)境適應(yīng)性:IP40防護等級的傳感器在潮濕環(huán)境下存在結(jié)露風(fēng)險,可能影響光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
三、創(chuàng)新解決方案
采用泓川科技 LTC2600系列激光位移傳感器 與 LT-CCD控制器 構(gòu)建雙探頭對射系統(tǒng),通過以下設(shè)計突破技術(shù)瓶頸:
1. 雙探頭差分測量架構(gòu)
硬件配置:
頂部探頭(LTC2600S,光斑Φ144μm)檢測涂層上表面;
底部探頭(LTC2600,光斑Φ9μm)檢測基膜下表面。
通過LT-CCD控制器實現(xiàn)雙通道同步采樣(Max.5kHz),確保時序一致性。
信號處理:
利用控制器內(nèi)置Modbus協(xié)議,將兩探頭位移數(shù)據(jù)實時傳輸至上位機;
通過Studio測控軟件計算總厚度(Δh=H_top - H_bottom),并自動扣除已知基膜厚度(100μm),直接輸出涂層厚度值。
2. 折射率誤差消除
雙探頭對射法通過物理隔離涂層/基材界面,規(guī)避折射率混合效應(yīng):
頂部探頭測量值僅依賴空氣-涂層界面折射率(n_air=1.0 → n_coating≈1.5);
底部探頭測量基于基材-空氣界面(n_PE≈1.53 → n_air=1.0),二者獨立標定,系統(tǒng)誤差<±0.3μm(LTC2600線性精度)。
3. 環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)化
防護升級:傳感器外殼采用壓鑄鋁材質(zhì),接縫處增加硅膠密封圈,防護等級提升至IP65(防塵防水射流);
抗結(jié)露設(shè)計:光學(xué)窗口鍍疏水膜層,配合控制器內(nèi)部溫濕度監(jiān)測模塊(0-50℃工作范圍),觸發(fā)異常時自動啟動加熱除濕功能。
四、實施效果
測量精度提升:
涂層厚度波動范圍從±5μm降至±1.2μm(3σ),優(yōu)于客戶要求的±2μm;
長期穩(wěn)定性測試顯示,8小時連續(xù)運行漂移量<0.8μm(環(huán)境溫度變化±3℃)。
生產(chǎn)效率優(yōu)化:
通過C#開發(fā)包集成至客戶MES系統(tǒng),實現(xiàn)厚度數(shù)據(jù)與產(chǎn)線速度(Max.10m/s)的閉環(huán)控制;
異常厚度報警響應(yīng)時間<50ms(LT-CCD數(shù)字信號輸出延遲)。
運維成本降低:
IP65防護設(shè)計使傳感器清潔周期從2小時延長至24小時;
模塊化結(jié)構(gòu)支持單探頭更換,維護時間減少60%。
五、總結(jié)
本案例通過雙探頭對射法與定制化防護設(shè)計的結(jié)合,成功解決了高折射率差透明材料的厚度測量難題。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方案。未來可通過擴展光纖傳感網(wǎng)絡(luò)(支持16通道),進一步適應(yīng)多涂布工位的大型生產(chǎn)線需求。
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