0. 概述 (Abstract)

随着高端制造业中3C玻璃面板、晶圆表面涂胶、透明薄膜以及光学透镜的广泛应用，透明材质的非接触式在线测量成为了视觉检测领域的“深水区”。传统的激光检测往往因透明物体的透射特性（光线穿透）和内部多重反射（“鬼影”杂波），导致测量数值漂移、精度下降。

针对透明物体平面度及倾斜度的高精度量测，** 本方案采用“收光模组改良+半透明算法消除机制”的双重技术架构**，依托 高速高精度激光三角位移传感器LTP系列（如LTP080/080U），即便在高达50kHz的采样下，也能实现亚微米级的精密监控。

1. 核心技术痛点解析

对于玻璃、胶水、晶圆表面等透明/半透明物体，常规激光传感器面临三大问题：

1. 透射致弱：激光直接穿透工件，表面反射光极弱，信号难捕获。

2. 内部多重反射：折射光在材料内部不仅发生即次反射，还会与底层产生干涉，在传感器接收端（光电元件）上形成伪峰值。

3. 漫反射光晕：激光穿透表面后产生漫射，导致成像光斑扩大，测量波形变宽，无法精准计算波峰位置。

2. 技术解决原理 (Technical Principles)

2.1 接收镜组模块的光学优化

为解决上述痛点，解决方案首选LTP系列。其并不遵循且行改良了常规三角位移法，在光学物理层面进行了特殊构造设计：

• 滤光切角优化：传统结构中滤光片容易产生二次折射。LTP系列通过改进接收镜组结构，优化了滤光片和光轴的角度。

• 信噪比提升：光线以微小且计算过的特定入射角通过滤光片，最大限度抑制透射后的内部散射杂光进入接收单元，确保感光元件聚焦的是真实的“第一外表面”位置，大幅减少了多重光斑造成的误判。

2.2 半透明/透明及其独有算法 (Algorithmic Core)

对于仍然进入传感器的内部漫射或内表面反射信号，必须依赖算法层面的二次过滤。

• 消除漫反射光晕：通常玻璃或微透材质会导致接收光波形像土丘一样微幅扩大。LTP系列内置的半透明物体测量算法，采用了波形峰极解析技术。

• 实际波峰检测：系统会自动抓取波形数据的边缘特征，通过二阶倒数或重心法计算逻辑消除扩大波形带来的边缘影响，锁定具有最高能量密度的“实际峰值”（即物体物理表面的准确反射点），而非内部反射的“虚像”。

3. 数据与算法实施模型 (Data & Computational Model)

在工业流水线上测量平整度和倾斜度，通常采用多探头阵列（至少3点确立一平面）或单探头扫描模式。以下以LTP080/U为例对高精度数据处理进行定义：

3.1 核心选型与规格

建议采用 LTP080（一般精度要求）或 LTP080U（高端要求）型传感器：

• 参考距离：80mm（远离对光学镜头的物理碰撞）

• 检测范围：±15mm（容许产品有一定抖动）

• 反应速度：最高 50kHz（数据更新周期仅20μs）

• 线性度精度：±0.02% F.S.（针对透明曲面、平面实现微米级跟随）

• 光斑特性：选取光斑约$\mathrm{\Phi }70\mu m$/或宽光斑模式，适应镜面或粗糙透明涂层。

3.2 平面度计算数据模型

由于LTP系列支持50kHz高速采样并可以通过RS485直接与上位机握手。使用扫描法获取点云数据$P_i(x_i,y_i,z_i)$：

平面度 (Flatness) 算法逻辑：

1. 最小二乘法拟合平面：
   构造理想基准平面方程 $z=ax+by+c$。目标是最小化误差平方和 $S$：
   $S={\sum }_{i=1}^n(a{x}_i+b{y}_i+c-z_i{)}^2$

2. 误差范围计算：
   计算测得点到拟合平面的垂直距离 $d$。平面度 $F$ 定义为峰值探测（Peak）与谷值探测（Valley）之差：
   $F=\max (d_i)-\min (d_i)$

3.3 倾斜度 (Inclination) 计算

利用LTP080双头或三头布置检测，设探头距离水平轴间距为$D$。读取两点高度差 $\mathrm{\Delta }H=Z_1-Z_2$。
倾角 $\theta$ 通过反三角函数迅速求得：
$\theta =\arcsin \left(\frac{\mathrm{\Delta }H}{D}\right)$
得益于LTP系列0.5um级别的重复精度，$Z_1,Z_2$数据极度稳定，即便是透明玻璃微小的0.01度装配歪斜也能精准检出。

4. 市场应用场景与优势 (Use Cases)

本解决方案以各种 High Speed (50kHz) X Auto-Correction Algorithm 的特性，适用于以下场景：

• 高端智能手机检测：

• 应用：手机封面3D玻璃、曲面屏（OLED）表面的轮廓度及倾复检测。

• 优势：解决AMOLED屏幕层间气泡和透明玻璃反光导致的跳数问题。

• 新能源光伏与锂电：

• 应用：涂布厚度测量及对射测厚（需透明计算）。通常涂布层呈现半透明湿膜状态。

• 优势：LTP内部处理芯片有效剥离基材与胶水的两次反射，直接输出湿膜表面的真实高度。

• 光学模具加工：

• 应用：透明注塑镜片磨损程度，微米级模具沉降。

• 优势：利用窄光斑 $\mathrm{\Phi }70\mu m$ 精确勾勒细微划痕，不受透光折射干扰。

5. 总结

采用LTP080/080U高速激光位移传感器替代传统人工塞尺或视觉相机，通过其特有的“抗多虑折射镜组结构”与“半透明波峰算法”，实现了对透明平面极高难度的亚微米测量。这不只是一次硬件升级，更是一种基于物理光学与数字信号纠偏的综合计算量测革命。