摘要

本文介紹了一種利用光譜共焦傳感器對射測厚技術，針對透明薄膜上表面碳材料涂層厚度的精密測量方法。針對碳涂層粗糙度、透明薄膜超薄特性以及光穿透性挑戰，本文詳細闡述了測量原理、設備選型、參數優化及潛在解決方案，旨在提供一種高精度、穩定的測量方案。

1. 引言

在精密制造業中，準確測量微納米級涂層厚度對于保證產品質量至關重要。特別是當涉及到透明基材上的碳材料涂層時，其厚度測量的難度因透明層的存在而顯著增加。本文提出的測量方法，利用LTC400光譜共焦傳感器，結合特定的參數調整與光源優化，有效解決了這一難題。

2. 測量原理與設備選型

2.1 測量原理

光譜共焦傳感器通過上下兩個探頭同時發射光線并接收反射光，分別捕捉被測物體的上下表面位置。對于透明薄膜，上探頭直接照射碳涂層表面，而下探頭則需穿透薄膜，捕捉到薄膜下表面（即碳涂層下界面）的位置信息。通過計算上下表面之間的距離，即可得到碳涂層的厚度。

2.2 設備選型

• 探頭選擇：考慮到碳涂層的粗糙度，選用大光斑探頭以平滑表面微小起伏，減少誤差；同時，針對0.2mm厚度的透明薄膜，采用LTC400探頭，其分辨率高達0.01μm，精度0.12μm，量程400μm，確保測量精度。

• 光源與控制器：鑒于透明材料與碳涂層界面光反射量低，采用手動曝光和高亮版本光源控制器，增強穿透力與回光量，便于精確識別第二表面。

3. 測量步驟與參數優化

3.1 測量步驟

1. 設備安裝：確保上下探頭對準，且與被測樣品保持適當距離。

2. 初步設置：開啟傳感器，設置初始參數，包括曝光時間、采樣間隔等。

3. 校準：進行暗校準，以補償長時間使用后可能的光強衰減。

4. 測量：調整至手動曝光模式，最大曝光值設為5000，開始測量。

3.2 參數優化

• 采樣間隔：減小至1ms以下，提高數據采集頻率，減少外界干擾。

• 曝光與閾值：手動最大曝光，降低峰高和銳度閾值，以增強弱信號檢測能力。

• 頻率與穩定性：雖然建議頻率不高于1ms，但考慮到信號穩定性，實際采用4ms以上，確保數據可靠。

4. 數據分析與挑戰應對

4.1 數據分析

通過傳感器輸出的上下表面位置數據，直接計算厚度。注意監控回光強度，確保第二表面信號的有效性。

4.2 挑戰與解決方案

• 挑戰：透明層與碳涂層界面光吸收嚴重，導致回光弱，測量不穩定。

• 解決方案：

• 光源升級：考慮更換為激光光源+涂膜鏡頭，提高穿透力與聚焦精度。

• 方法創新：探索同側測高或段差法作為替代方案，減少穿透需求，提高測量穩定性。

5. 結論與展望

本研究表明，利用LTC400光譜共焦傳感器，結合優化的測量參數與光源配置，能夠有效測量透明薄膜上碳涂層的厚度，盡管面臨峰值弱、穩定性挑戰，但通過精細調整與潛在的技術升級，測量精度與穩定性可進一步提升。未來，激光光源的應用與新測量方法的探索，將為這類復雜測量問題提供更加高效的解決方案。