一、項目背景

在工業薄膜制造領域，透明PE基膜涂層的厚度控制直接影響產品光學性能與機械強度。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測，但由于涂層與基材折射率接近（約1.49-1.53），傳統單探頭激光測厚方案因界面反射信號混雜導致數據波動（±5μm），無法滿足工藝要求。此外，生產環境濕度高達80%，對設備防護等級提出挑戰。

二、技術難點

1. 界面信號干擾：涂層與基材折射率差異小于0.05，導致涂層下表面與基材上表面的反射光波形重疊（信噪比＜3dB）。

2. 動態測量穩定性：傳統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。

3. 環境適應性：IP40防護等級的傳感器在潮濕環境下存在結露風險，可能影響光學系統穩定性。

三、創新解決方案

采用泓川科技 LTC2600系列激光位移傳感器 與 LT-CCD控制器 構建雙探頭對射系統，通過以下設計突破技術瓶頸：

1. 雙探頭差分測量架構

• 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：

• 利用控制器內置Modbus協議，將兩探頭位移數據實時傳輸至上位機；

• 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，規避折射率混合效應：

• 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，系統誤差＜±0.3μm（LTC2600線性精度）。

3. 環境適應性優化

• 防護升級：傳感器外殼采用壓鑄鋁材質，接縫處增加硅膠密封圈，防護等級提升至IP65（防塵防水射流）；

• 抗結露設計：光學窗口鍍疏水膜層，配合控制器內部溫濕度監測模塊（0-50℃工作范圍），觸發異常時自動啟動加熱除濕功能。

四、實施效果

1. 測量精度提升：

• 涂層厚度波動范圍從±5μm降至±1.2μm（3σ），優于客戶要求的±2μm；

• 長期穩定性測試顯示，8小時連續運行漂移量＜0.8μm（環境溫度變化±3℃）。

2. 生產效率優化：

• 通過C#開發包集成至客戶MES系統，實現厚度數據與產線速度（Max.10m/s）的閉環控制；

• 異常厚度報警響應時間＜50ms（LT-CCD數字信號輸出延遲）。

3. 運維成本降低：

• IP65防護設計使傳感器清潔周期從2小時延長至24小時；

• 模塊化結構支持單探頭更換，維護時間減少60%。

五、總結

本案例通過雙探頭對射法與定制化防護設計的結合，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，為光學薄膜行業提供了可靠的在線檢測方案。未來可通過擴展光纖傳感網絡（支持16通道），進一步適應多涂布工位的大型生產線需求。