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光谱共焦传感器应用方案(一)——3D曲面玻璃检测

发布时间:2020-03-17
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随着3C产品外型设计的飞速更新,材料工艺的不断升级,近年来3C产品加工制造过程中对精密测量技术的要求也越来越高,尤其是3D曲面玻璃的检测,而光谱共焦传感器作为一种对环境和材料具有广泛适应性的高精度测量技术,以其高速度,高精度,高适应性等明显优势越来越受到3C等精密制造业的青睐。


首先,我们先来了解一下什么是3D曲面玻璃?


3D曲面玻璃拥有轻薄、透明、防炫、抗指纹和不易刮划等优势,同时在热弯成型阶段可通过选择多种石墨模具制作大R角和多形状的曲面玻璃,使得产品具有新颖外观和出色触控手感。此外,5G通信时代更高的网络传输速率要求手机背板对信号的屏蔽尽可能降低,而金属材料对信号的屏蔽性较高,因此对信号影响极小的3D曲面玻璃就成了取代金属材料背板的不二选择。


所以,3D曲面玻璃因为其在外观和触感方面的优势,以及其对手机信号屏蔽小的特性,成为现在乃至5G通信时代手机屏幕和背板材料的热门选择。



那么,3D曲面玻璃在工艺生产中会遇到哪些问题?


在3D曲面玻璃的热弯成型工序中,由于石墨模具设计和压制过程中的温度控制等问题,可能存在“翘角”不良或翘曲问题,这会影响之后的曲面贴合工序效率,若不能完全贴合,3D屏可能存在触控不良的问题。因此需要对3D曲面玻璃的轮廓度进行测量,确保实际轮廓线在公差带范围内。


而3D曲面玻璃由于表面光滑,反光强,采用传统的激光三角和结构光测量方法,反光表面的漫反射信号将对测量信号造成严重干扰,测量数据精度较差;同时,由于3D曲面玻璃在两面或四面采用热弯成型的R角度大小不等,对于测量传感器的可测角度和量程都有比较高的要求;此外,为了在保证效率的同时控制良品率,实际生产过程中往往采用在线测量的方式,这对测量系统的效率和稳定性都有严格的要求。


随着曲面屏幕手机的推出,如何测量曲面玻璃的弧度,平面度,厚度以及三维轮廓成为业界新的技术难题。此种背景下,一种高精度且可以解决众多高难度测量应用的光谱共焦位移传感器应运而生,成为中国自动化测量市场的一匹黑马。


什么是光谱共焦传感器?


光谱共焦位移传感器是一种通过光学色散原理建立距离与波长间的对应关系,利用光谱仪解码光谱信息,从而获得位置信息的装置。


如下图所示,白光LED光源发射出一束宽光谱的复色光,通过色散镜头发生光谱色散,其中只存在某一特定波长的单色光聚焦在被测物体表面,并同时反射回光学系统。经过光谱分析得到该单色光波长值,由波长-距离标定即可换算出被测物体的距离值。由于采用了共焦技术,因此该方法具有良好的层析特性,提高了分辨力,并且对被测物特性和杂散光不敏感,即使被测物体是强吸光材料,如黑色橡胶,或者是透明材料,如玻璃或者液体,都可以进行正常可靠的测量。



作为国内高端智能传感器的知名品牌之一,海伯森自主研发的光谱共焦传感器,是一种精度可达微纳米量级的非接触式位移量测系统,可精准测量漫反射/镜面反射及透明多层材质的位移和厚度。



那么,海伯森光谱共焦传感器在测量3D曲面玻璃的应用中有哪些优势呢?


1、光谱共焦传感器采用分析光谱成分对应距离变化的原理,相比传统的激光三角反射式传感器通过反射光斑在CCD上的位置换算距离变化的原理,光谱共焦传感器测量结果更加稳定,分辨率和线性度更好。实际的测量项目中,采用海伯森光谱共焦位移传感器后,整个测量机台的重复性可达微米级别。


2、海伯森光谱共焦传感器探头可达到±60.5°的测量角度,对于曲面玻璃边沿较大角度的位置,也可以进行高精度的形状测量。


3、传统的激光三角反射式传感器更加适合测量漫反射被测物。而对于镜面反射的曲面玻璃,同轴测量原理的光谱共焦位移传感器更加适用。


4、光谱共焦位移传感器的测量光斑更小,测量频率更高,可达72K/秒,不仅可以测量出清晰的外形轮廓,而且能快速捕捉微小结构的位置变化,并且可以保证非常高的测量精度。


3D曲面玻璃是作为当前智能手机的发展趋势,市场需求量日益升高。曲面轮廓、玻璃厚度、平面度都是曲面玻璃的重要精度指标,也是生产过程中需要重点管控的环节.


而海伯森光谱共焦传感器不仅可以满足精密测量需求,而且对环境和材料都有广泛适应性,并且可实现趋于实时、无损检测,为3D曲面玻璃的精密位移测量提供了新的选择。


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