摘要

隨著3D曲面玻璃在智能手機、平板電腦等電子產品中的廣泛應用，對其弧高、平面厚度及平面度的精確測量成為保證產品質量和用戶體驗的關鍵。本文詳細介紹了一種基于白光光譜共焦位移傳感器的高精度測量方法，該方法結合移動掃描機構、視覺定位系統及先進的數據處理算法，實現了對3D玻璃弧高的快速掃描，并同步輸出平面厚度和平面度數據。通過詳盡的實驗數據和算法公式，本文展示了該方法的精確性和可靠性。

引言

3D曲面玻璃以其獨特的視覺效果和手感，在電子產品設計中占據重要地位。然而，其復雜的曲面形態對測量技術提出了極高要求。傳統接觸式測量方法易劃傷玻璃表面，且測量精度受限。非接觸式測量技術如激光位移傳感器雖有一定優勢，但在透明材料測量中易受反射干擾。白光光譜共焦位移傳感器以其高分辨率、非接觸、對透明材料不敏感的特點，成為解決這一難題的理想選擇。

測量系統構成

1. 白光光譜共焦位移傳感器：核心測量元件，利用白光干涉原理精確測量位移。

2. 移動掃描機構：包括高精度X-Y軸平移臺，驅動傳感器在玻璃表面進行多點掃描。

3. 視覺定位系統：輔助定位玻璃位置，確保掃描路徑的準確性。

4. 數據處理軟件：集成算法，用于數據分析、最高點/最低點識別、平面厚度與平面度計算。

測量步驟與方法原理

1. 初始校準與基準面設定

• 初始校準：使用標準塊對傳感器進行校準，確保測量準確性。

• 基準面設定：選取一個平坦表面作為基準面，記錄其高度值作為零點。

2. 多點掃描與數據采集

• 橫向掃描：控制移動掃描機構，使傳感器沿X軸方向對玻璃表面進行連續掃描，每移動一步記錄一個高度值。

• 縱向覆蓋：調整Y軸位置，重復橫向掃描，直至覆蓋整個玻璃表面，形成密集的點云數據。

3. 數據處理與算法應用

• 最高點與最低點識別：

• 遍歷所有采集的高度數據，通過比較找出最大值（最高點）和最小值（最低點）。

• 公式：，其中$H_i$為各測量點的高度值。

• 平面厚度計算：

• 將被測玻璃放置于基準面上，記錄最高點高度值。

• 公式：

• 示例數據：若最高點高度為1.500mm，基準面高度為1.450mm，則厚度為0.050mm。

• 滑動平均濾波：

• 對高度數據進行滑動平均處理，減少噪聲影響，提高測量結果的穩定性。

• 公式：其中$N$為滑動窗口大小。

• 平面度評估：

• 采用最小二乘法擬合平面到所有測量點，計算各點到擬合平面的距離（偏差）。

• 公式：

• 示例：若最大偏差為+0.02mm，最小偏差為-0.01mm，則平面度為0.03mm。

實驗驗證與結果分析

選取一塊尺寸為100mm x 50mm的3D曲面玻璃作為樣本，進行實驗驗證。實驗步驟如下：

1. 初始校準與基準面設定：完成傳感器校準，設定基準面高度為1.450mm。

2. 多點掃描與數據采集：控制移動掃描機構，對玻璃表面進行全面掃描，采集高度數據。

3. 數據處理與算法應用：利用軟件算法識別最高點（1.500mm）和最低點（1.448mm），計算平面厚度（0.052mm），并評估平面度（0.025mm）。

實驗結果表明，該方法測量的平面厚度與預設值相符，平面度滿足產品設計要求。滑動平均濾波有效減少了噪聲影響，提高了測量結果的穩定性。

結論

本文提出了一種基于白光光譜共焦位移傳感器的高精度測量方法，成功應用于3D玻璃弧高及平面特性的測量中。通過結合移動掃描機構、視覺定位系統及先進的數據處理算法，該方法實現了對3D玻璃的快速掃描和精確測量。實驗驗證表明，該方法具有測量速度快、精度高、重復性好等優點，為3D玻璃的質量控制和生產工藝優化提供了有力支持。未來，隨著傳感器技術和算法的不斷進步，該方法有望在更多領域得到廣泛應用。