非接触玻璃测厚系统

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1、中北大学2013届毕业设计说明书目录1引言11.1选题的背景和意义11.2国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状41.3国内非接触测量技术对比41.4本文主要内容51.5工作流程52各种非接触测厚系统简介62.1非接触测厚系统分类62.2　超声测厚系统62.3穿透式γ射线测厚系统62.4X射线测厚系统72.5高频涡流测厚系统72.6激光测厚系统82.7各种测厚系统对比总结83非接触玻璃测厚系统的工作原理及仿真分析93.1系统组成93.1.1激光发射器简介93.1.2CCD传感器器简介113.2工作原理163.3仿真分析173.3.1

2、仿真工具简介173.3.2最佳入射角的确定203.3.3玻璃厚度223.3.4仿真数据分析234实验数据234.1游标卡尺测玻璃厚度234.2测厚系统测玻璃厚度244.3实验数据分析264.4实验心得275结论285.1设计中出现的问题285.2总结285.3工作展望28附录：仿真程序代码30参考文献31致谢33中北大学2013届毕业设计说明书1引言1.1选题的背景和意义国内玻璃生产企业大部分采用浮法玻璃生产方法[1],浮法玻璃生产就是让玻璃融液漂浮在锡液的上表面上,在锡槽内700℃～900℃的温度区间内调整玻璃厚度，然后在玻璃冷却后再进行厚度检测的方法。

3、这种落后的生产方法导致玻璃厚度测量反馈信号滞后于玻璃厚度控制系统[2],很容易因玻璃厚度与国家标准不符合而造成损失。因此,对玻璃厚度在高温时进行非接触测量具有很高的实际意义。而且这种测量方法可广泛用于生产线上对各种透明材料的厚度、宽度、轮廓的实时测量[3],具有非接触测量、不损伤物体表面、无环境污染、抗干扰能力强、精度高等优点。非接触测厚系统是工业生产线产品质量控制的重要设备，相信在未来我国工业向高科技高精密模式转型中会得到更大的应用。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状在厚度精确测量方面日本处于业内先进水品。日本基恩士公司的LK-G系列位移传感器可

4、用来检测透明材料的厚度，具有高精度和高反应速度[4]。以LK-G5000为例，其再现性（检测固定目标物时，模拟输出电压也会因内部杂波而有轻微波动。波动的量就叫做再现性。波动越小再现性就越高。）为0.01μm，测量范围为9-1000mm,传感器反应频率为392K赫兹。其重复性可以达到0.005μm，测量精度为±0.02%。可用于透明物体的厚度测量。由此可见无论是测量精度还是反应速度都同类产品中处于领先地位。除此之外，Lk-G5000的优点在于其采用CCD传感器，普通激光位移传感器一般用PSD作为光接收元件，而LK系列则使用CD作为光接收器件。目标物反射的光穿

5、过接收透镜被聚焦到PSD或CCD上。PSD利用进入光接收元件的整个光点的光亮分布来测定光点中心并将这个中心确定为目标物位置。但是光亮的分布会受到目标物表面状况的影响，造成测量数值的偏差。CCD检测每个像素上光点的光亮分布峰值并将这个确定为目标位置。因此可以不考虑光点光亮分布状况如何。第0页共34页中北大学2013届毕业设计说明书图1.1光接收元件上的光亮分布与取值美国的Filmetrics公司的F70系列是通用的厚度测量仪器[3]，能够测量厚度达13毫米的薄膜。常见的应用包括玻璃，塑料板材，镜头，容器，和半导体晶圆。其采用色差公焦测量的测量方式，最多可以同

6、时测量两层。这种方式较不易受待测样品表面粗糙度、均匀性、曲率的影响。CMT厚度测量基本上是藉由探测待测薄膜层上下介面之距离进而获得厚度值。透过专业透镜聚焦不同波长的光，而聚焦在待测样品上下界面的光反射回侦测器后，就会在光谱图中看到二处讯号波峰，进而推算出波峰之间的距离，即为待测薄膜的厚度值。F70搭配不同的透镜可以测量不同厚度范围的玻璃。厚度测量范围为15nm-13mm，波长范围为380-1050nm。第1页共34页中北大学2013届毕业设计说明书图1.2F70测量系统的波长与厚度F70的优势在于其有内置的自动波长校准，系统包括独立的软件能储存历史记录并复

7、制，绘制测量结果。测量结果几秒钟就可显示出来。图1.3F70测量结果显示德国CHRocodileIT系列光学传感器配合红外线灯光进行工作，完美适用于非接触式厚度测量，即便材料的一面不透明。不同的型号确保针对大量的应用提供最优解决方案。针对所有加工阶段中的晶片可以在10µm-3000µm的厚度范围内进行精确的离线和在线测量。其它应用领域包括不透明材料的厚度测量，以及透明塑料产品的厚度测量。具体性能参数如下：1、测量次数/秒：40002、干扰测试的测量范围：CHRocodileIT500：37µm-4700µm；CHRocodileIT1000：64µm-82

8、00µm；CHRocodileIT500RW：45µm-5600µ