摘要：隨著智能制造與精密工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)非接觸、高精度、高速度的在線檢測(cè)技術(shù)需求日益迫切。以海伯森技術(shù)推出的系列高端光學(xué)傳感器深入剖析其基于光譜共焦位移測(cè)量與光譜共焦成像的核心原理。重點(diǎn)闡述該技術(shù)如何在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的三維尺寸測(cè)量，以及對(duì)透明、高反光、多層等復(fù)雜材質(zhì)表面的微觀缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。通過(guò)集成案例研究，展示該技術(shù)在3C電子、半導(dǎo)體、精密加工及新能源電池等高端制造領(lǐng)域的成功應(yīng)用，證明了其作為關(guān)鍵使能技術(shù)，在提升產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)良率與實(shí)現(xiàn)智能制造過(guò)程中的重要價(jià)值。

一.核心技術(shù)原理

光譜共焦位移測(cè)量原理（點(diǎn)光譜技術(shù)）

海伯森的點(diǎn)光譜共焦傳感器采用白光為光源。光線通過(guò)多透鏡光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的色差，將不同波長(zhǎng)的光聚焦在光軸方向的不同高度位置，形成連續(xù)的焦點(diǎn)序列。當(dāng)被測(cè)物表面處于某一焦點(diǎn)位置時(shí)，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光將精準(zhǔn)聚焦并反射回傳，通過(guò)微型光譜儀分析反射光的光譜，識(shí)別出強(qiáng)度最高的峰值波長(zhǎng)。通過(guò)預(yù)先標(biāo)定的“波長(zhǎng)-位移”對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可精確解算出被測(cè)物表面的絕對(duì)位置。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

絕對(duì)測(cè)量： 測(cè)量值與絕對(duì)位置相關(guān)，無(wú)累計(jì)誤差。

對(duì)表面特性不敏感： 僅接收正反射光，對(duì)漫反射、鏡面反射、透明體、傾斜表面均有優(yōu)異測(cè)量效果。

高分辨率： 部分型號(hào)可實(shí)現(xiàn)亞微米的分辨率。

光譜共焦成像描原理（線光譜技術(shù)）

線光譜技術(shù)是點(diǎn)光譜技術(shù)的空間拓展。通過(guò)特殊光學(xué)設(shè)計(jì)，將點(diǎn)光束擴(kuò)展為一條狹長(zhǎng)的線光，并同樣賦予其色散特性。這條“光譜線”上的每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的波長(zhǎng)和空間高度信息。然后利用接收整個(gè)譜線的反射光信息，通過(guò)高速光譜分析算法，可一次性獲取一條線上數(shù)千個(gè)點(diǎn)的三維高度數(shù)據(jù)（X，Z坐標(biāo)）。通過(guò)傳感器與被測(cè)物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可快速重建出被測(cè)物的完整3D形貌。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

高速面掃描： 單次獲取一條輪廓線，掃描速度遠(yuǎn)高于點(diǎn)掃描。

全幅高精度： 每條線上的所有點(diǎn)均基于共焦原理，邊緣與中心區(qū)域精度一致。

豐富的表面信息： 可同時(shí)提取高度、長(zhǎng)度、寬度等尺寸信息，以及劃痕、凹坑、崩邊、顆粒等缺陷特征。

2. 在尺寸與缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用研究

2.1 高精度尺寸測(cè)量應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景1：透明元件厚度測(cè)量（如手機(jī)玻璃蓋板、光學(xué)鏡片）

傳統(tǒng)方法難以應(yīng)對(duì)玻璃上下表面的反射干擾。光譜共焦傳感器可分別捕捉到玻璃上表面和下圖面的反射峰值，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)峰值波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的位置差，直接得到絕對(duì)厚度，且不受玻璃輕微傾斜或翹曲的影響。

應(yīng)用場(chǎng)景2：精密零部件微觀輪廓與臺(tái)階高度差測(cè)量（如芯片焊球、密封圈槽深）

對(duì)于金屬、陶瓷等材質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，線光譜傳感器能精確還原其3D形貌，測(cè)量焊球高度、直徑，槽深、槽寬等關(guān)鍵尺寸，精度可達(dá)微米級(jí)，確保裝配可靠性。

2.2 表面缺陷與瑕疵檢測(cè)應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景1：高反光表面瑕疵檢測(cè)（如拋光金屬外殼、晶圓）

在強(qiáng)鏡面反射下，普通視覺(jué)系統(tǒng)嚴(yán)重過(guò)曝。光譜共焦技術(shù)通過(guò)分析特定波長(zhǎng)的光強(qiáng)信息，能穩(wěn)定成像。微小的劃痕、凹坑、臟污會(huì)改變局部反射特性，在3D和2D圖中均會(huì)形成明顯對(duì)比，從而被可靠檢出。

應(yīng)用場(chǎng)景2：復(fù)合材質(zhì)與涂層表面檢測(cè)（如鍍膜面板、復(fù)合材料）

對(duì)于多層透明涂層，光譜共焦技術(shù)可分離各層界面信號(hào)，不僅能測(cè)量總厚度，還能檢測(cè)涂層內(nèi)部的異物、氣泡，以及表面的不平整等缺陷。

應(yīng)用場(chǎng)景3：柔性易變形材料檢測(cè)（如鋰電池隔膜、高端織物）

材料的應(yīng)力對(duì)非接觸測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。線掃描方式可高速檢測(cè)膜的厚度均勻性、表面褶皺、微孔缺陷等問(wèn)題。

3.集成應(yīng)用案例分析

案例：消費(fèi)電子玻璃蓋板3D形貌與崩邊、劃痕在線檢測(cè)系統(tǒng)

在智能手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品的玻璃蓋板生產(chǎn)中，其表面的三維形貌（平整度、弧度）、邊緣完整性以及微米級(jí)劃痕是決定產(chǎn)品品質(zhì)和裝配良率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)人工抽檢方式效率低下、標(biāo)準(zhǔn)不一，且易造成二次劃傷，無(wú)法滿足大規(guī)模出貨量的全檢需求。

解決方案： 采用高精度3D線光譜傳感器架設(shè)在產(chǎn)線傳送帶上方，垂直于玻璃運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行高速掃描。

實(shí)施效果：

3D形貌精密測(cè)量： 實(shí)時(shí)重建玻璃蓋板的完整3D點(diǎn)云模型，精確測(cè)量關(guān)鍵區(qū)域的曲率半徑、平面度等參數(shù)，精度可達(dá)±1μm。實(shí)時(shí)監(jiān)控CPK，確保每一片玻璃的弧面與中框或顯示屏的貼合度。

缺陷一體化檢測(cè)： 系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)多功能檢測(cè)

邊緣缺陷： 精準(zhǔn)識(shí)別并量化崩邊、缺口、毛刺的尺寸和位置。

表面缺陷： 利用光學(xué)成像，高效檢測(cè)劃痕、臟污、異物等，即使是極淺的暗痕也能被可靠捕捉。

涂層/鍍膜缺陷： 檢測(cè)涂層或色彩鍍膜是否存在不均、斑點(diǎn)、遺漏等問(wèn)題。

智能分類與數(shù)據(jù)閉環(huán)： 系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的容差標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)將產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，能通過(guò)分析，反饋調(diào)整CNC加工參數(shù)、拋光壓力或清洗工藝，形成工藝優(yōu)化閉環(huán)。

核心價(jià)值： 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從抽檢到100%全檢的跨越，將傳統(tǒng)依賴人眼和經(jīng)驗(yàn)的定性判斷，轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^、量化的數(shù)據(jù)決策。不僅極大提升了產(chǎn)品出廠品質(zhì)和品牌口碑，降低了因外觀問(wèn)題導(dǎo)致的客戶退貨風(fēng)險(xiǎn)，還將人力從枯燥的檢測(cè)工作中解放出來(lái)，同時(shí)生成了可追溯的完整質(zhì)量數(shù)據(jù)檔案，是精密制造業(yè)向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的典范。

4. 結(jié)論

本文研究了海伯森基于光譜共焦原理的系列傳感器技術(shù)。分析表明，該技術(shù)憑借其獨(dú)特的光學(xué)原理，在解決透明、高反、多層、微結(jié)構(gòu)等復(fù)雜對(duì)象的尺寸與缺陷檢測(cè)難題上，展現(xiàn)出傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。其在3C電子、半導(dǎo)體、新能源及精密加工等行業(yè)的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了其高精度、高穩(wěn)定性和強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的工程價(jià)值。