测量透明物体(玻璃、薄膜)总厚度与层厚,有哪些不同的光谱共焦传感器方案?

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2025/12/18

作者:adminBOSS

针对透明材料(玻璃、薄膜)的总厚度与层厚测量,光谱共焦技术通过不同配置方案实现了高精度、非接触的检测需求。

 

 

一、单侧单点方案:基于折射率补偿的厚度测量

 

 

1. 技术原理:单侧单点方案通过单探头发射复色光,利用光谱共焦的“波长-位移线性映射”特性,捕捉透明物体上下表面反射光的特征波长,结合材料折射率计算总厚度。核心公式为:D=2⋅Δλ/ΔD(λ2​−λ1​)⋅n​

其中,λ1​、λ2​为上下表面反射光的波长,n为材料折射率,Δλ/ΔD为传感器波长-位移标定系数。

 

 

2. 关键优势:

(1)非接触测量:避免接触式工具(如千分尺)对柔软薄膜的损伤,尤其适用于超薄材料(如50μm PET膜);

(2)单侧操作:仅需从一侧照射,适用于密闭空间或不可触达场景(如手机屏幕内部结构检测);

(3)高精度:分辨率可达0.1μm,满足3C电子行业曲面玻璃厚度公差≤±10μm的需求。

 

3. 典型应用场景:单层玻璃厚度检测、薄膜层厚监测。

 

 

 

二、双侧同步方案:基于光程差的绝对厚度测量

 

 

1. 技术原理:双侧同步方案采用两个传感器对射,分别测量光线在透明物体上下表面的传播路径长度,通过光程差直接计算几何厚度,公式为:D=(L2​−L1​)​/2。其中,L1​、L2​为两传感器到上下表面的距离。此方法无需依赖折射率,精度可达纳米级。

 

2. 关键优势:

(1)绝对精度:消除折射率误差,尤其适用于高折射率材料(如蓝宝石,n=1.77)或复合材料(如玻璃+陶瓷涂层)。

(2)动态测量:支持高速运动物体检测,如半导体晶圆传输过程中的厚度波动监测。

(3)大范围覆盖:通过XY轴运动平台扩展测量区域,实现大面积透明物体(如显示面板玻璃)的全检。

 

3. 典型应用场景:半导体晶圆厚度检测、航空航天透明件检测。

 

 

 

三、选型建议

 

  • 若检测单层玻璃或已知折射率的多层薄膜,且预算有限,优先选择单侧单点方案;

 

  • 若需测量高折射率、复合材料或大面积透明物体,且对精度要求严苛,双侧同步方案为最优解。

 

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