基于光谱共聚焦技术的胶水表面弧度高精度测量方法研究

本文针对工业生产中透明胶水在倒锥形圆孔内表面弧度的测量难题，提出基于光谱共聚焦传感器的非接触式高精度测量方案。通过横向扫描与多线数据融合技术，实现了复杂曲面形态的数字化重构，并结合实际案例验证了该技术的可行性与优yue性。

1. 引言

在精密电子封装、光学器件粘接等领域，胶水涂覆后的表面形貌直接影响产品性能。尤其当胶水填充于倒锥形圆孔时，若弧度曲率超标会导致固化应力集中、界面结合力下降等问题。传统接触式测量易损伤胶面，而光学干涉法受透明介质折射率影响大。光谱共聚焦技术凭借其纳米级分辨率与透明介质穿透能力，成为此类场景的理想解决方案。

图1 倒锥形圆孔胶水涂覆结构示意图

2. 光谱共聚焦测量原理与技术优势

2.1 光谱共聚焦工作原理

光谱共聚焦传感器通过发射宽光谱白光，经分光棱镜聚焦于被测表面。反射光波长与焦点位置呈线性关系，通过光谱仪解析波长偏移量Δλ，可计算得到轴向位移值：
$�=�\cdot \mathrm{\Delta }�$
（其中k为系统标定系数）

该技术突破传统聚焦法的轴向扫描限制，单次测量即可获取表面高度信息，理论分辨率可达0.1μm。

2.2 透明介质测量适应性

胶水的透光性导致普通光学传感器无法区分表面反射与内部散射光。光谱共聚焦技术通过以下机制解决：

• 轴向色散补偿：不同波长光的焦点位置差异形成轴向探测序列

• 峰值波长识别：仅表面反射光满足共聚焦条件，噪声信号被自动过滤
  实验表明，对折射率1.3-1.6的透明胶水，测量误差小于±0.5μm。

3. 测量系统设计与实施流程

3.1 硬件配置方案

3.2 测量流程优化

1. 样品预处理

• 使用真空吸附夹具固定倒锥孔工件（孔径Φ2-10mm）

• 点胶参数：压力0.2MPa，速度5mm/s，胶量0.05±0.005ml

2. 多路径扫描策略

• 沿圆周方向等角度布置5条扫描路径

• 单线采样点密度：500点/mm

• 数据融合算法：
  $�(�,�)=\frac{1}{�}{\sum }_{�=1}^{�}{�}_{�}\cdot {�}_{�}(�,�)$
  （权重系数w_i由路径间距动态调整）

图2 多线扫描路径规划

3. 动态参数补偿

• 温度漂移补偿：内置PT1000实时修正热膨胀误差

• 折射率校正：依据胶水材料数据库自动匹配n值

4. 实验验证与数据分析

对某型号UV胶（n=1.48）进行测试，结果如下：

数据对比显示，测量系统成功捕捉到边缘区域的曲率突变，与三坐标测量机（CMM）结果一致性达98.7%，且单次测量时间由CMM的25分钟缩短至3分钟。

图3 光谱共聚焦与CMM测量结果对比

5. 技术拓展与应用前景

本方案已成功应用于：

• 微透镜阵列胶合面形检测

• 半导体封装Underfill胶水轮廓控制

• 生物芯片微流道密封评估

未来发展方向：

• 集成AI算法实现实时工艺闭环控制

• 开发多光谱融合技术提升多层胶体测量能力

6. 结论

光谱共聚焦技术突破了透明胶水表面测量的技术瓶颈，通过多维度数据采集与智能补偿算法，实现μm级精度测量。该技术为精密制造领域的质量控制提供了创新解决方案，具有显著的工程应用价值。