泓川科技光谱共焦传感器双探头对射法在透明PE涂层中的厚度测量

一、项目背景

在工业薄膜制造领域，透明PE基膜涂层的厚度控制直接影响产品光学性能与机械强度。某客户需对厚度100μm的PE基膜表面涂布200-300μm的混合涂料进行在线监测，但由于涂层与基材折射率接近（约1.49-1.53），传统单探头激光测厚方案因界面反射信号混杂导致数据波动（±5μm），无法满足工艺要求。此外，生产环境湿度高达80%，对设备防护等级提出挑战。

二、技术难点

1. 界面信号干扰：涂层与基材折射率差异小于0.05，导致涂层下表面与基材上表面的反射光波形重叠（信噪比＜3dB）。

2. 动态测量稳定性：传统单探头方案受折射率不确定性和温漂影响（±0.03%FS/℃），实测厚度值在涂层局部厚度与总厚度（基膜+涂层）间跳变。

3. 环境适应性：IP40防护等级的传感器在潮湿环境下存在结露风险，可能影响光学系统稳定性。

三、创新解决方案

采用泓川科技 LTC2600系列激光位移传感器 与 LT-CCD控制器 构建双探头对射系统，通过以下设计突破技术瓶颈：

1. 双探头差分测量架构

• 硬件配置：

• 顶部探头（LTC2600S，光斑Φ144μm）检测涂层上表面；

• 底部探头（LTC2600，光斑Φ9μm）检测基膜下表面。

• 通过LT-CCD控制器实现双通道同步采样（Max.5kHz），确保时序一致性。

• 信号处理：

• 利用控制器内置Modbus协议，将两探头位移数据实时传输至上位机；

• 通过Studio测控软件计算总厚度（Δh=H_top - H_bottom），并自动扣除已知基膜厚度（100μm），直接输出涂层厚度值。

2. 折射率误差消除

双探头对射法通过物理隔离涂层/基材界面，规避折射率混合效应：

• 顶部探头测量值仅依赖空气-涂层界面折射率（n_air=1.0 → n_coating≈1.5）；

• 底部探头测量基于基材-空气界面（n_PE≈1.53 → n_air=1.0），二者独立标定，系统误差＜±0.3μm（LTC2600线性精度）。

3. 环境适应性优化

• 防护升级：传感器外壳采用压铸铝材质，接缝处增加硅胶密封圈，防护等级提升至IP65（防尘防水射流）；

• 抗结露设计：光学窗口镀疏水膜层，配合控制器内部温湿度监测模块（0-50℃工作范围），触发异常时自动启动加热除湿功能。

四、实施效果

1. 测量精度提升：

• 涂层厚度波动范围从±5μm降至±1.2μm（3σ），优于客户要求的±2μm；

• 长期稳定性测试显示，8小时连续运行漂移量＜0.8μm（环境温度变化±3℃）。

2. 生产效率优化：

• 通过C#开发包集成至客户MES系统，实现厚度数据与产线速度（Max.10m/s）的闭环控制；

• 异常厚度报警响应时间＜50ms（LT-CCD数字信号输出延迟）。

3. 运维成本降低：

• IP65防护设计使传感器清洁周期从2小时延长至24小时；

• 模块化结构支持单探头更换，维护时间减少60%。

五、总结

本案例通过双探头对射法与定制化防护设计的结合，成功解决了高折射率差透明材料的厚度测量难题。泓川科技LTC2600系列传感器的高线性精度（＜±0.3μm）与LT-CCD控制器的多通道同步能力，为光学薄膜行业提供了可靠的在线检测方案。未来可通过扩展光纤传感网络（支持16通道），进一步适应多涂布工位的大型生产线需求。