光譜共焦傳感器應(yīng)用方案（一）——3D曲面玻璃檢測

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，近年來3C產(chǎn)品加工制造過程中對精密測量技術(shù)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(yīng)性的高精度測量技術(shù)，以其高速度，高精度，高適應(yīng)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(shí)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(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?yàn)槠湓谕庥^和觸感方面的優(yōu)勢，以及其對手機(jī)信號屏蔽小的特性，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(shè)計(jì)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(jìn)行測量，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)光測量方法，反光表面的漫反射信號將對測量信號造成嚴(yán)重干擾，測量數(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(shí)控制良品率，實(shí)際生產(chǎn)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(yán)格的要求。

隨著曲面屏幕手機(jī)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(shù)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(yīng)用的光譜共焦位移傳感器應(yīng)運(yùn)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(xué)色散原理建立距離與波長間的對應(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(shí)反射回光學(xué)系統(tǒng)。經(jīng)過光譜分析得到該單色光波長值，由波長-距離標(biāo)定即可換算出被測物體的距離值。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，并且對被測物特性和雜散光不敏感，即使被測物體是強(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量。

作為國內(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)微納米量級的非接觸式位移量測系統(tǒng)，可精準(zhǔn)測量漫反射/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量3D曲面玻璃的應(yīng)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(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(jié)果更加穩(wěn)定，分辨率和線性度更好。實(shí)際的測量項(xiàng)目中，采用海伯森光譜共焦位移傳感器后，整個(gè)測量機(jī)臺的重復(fù)性可達(dá)微米級別。

2、海伯森光譜共焦傳感器探頭可達(dá)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(jìn)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(dá)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(jié)構(gòu)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(dāng)前智能手機(jī)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(biāo)，也是生產(chǎn)過程中需要重點(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量需求，而且對環(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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