摘要

随着3D曲面玻璃在智能手机、平板电脑等电子产品中的广泛应用，对其弧高、平面厚度及平面度的精确测量成为保证产品质量和用户体验的关键。本文详细介绍了一种基于白光光谱共焦位移传感器的高精度测量方法，该方法结合移动扫描机构、视觉定位系统及先进的数据处理算法，实现了对3D玻璃弧高的快速扫描，并同步输出平面厚度和平面度数据。通过详尽的实验数据和算法公式，本文展示了该方法的精确性和可靠性。

引言

3D曲面玻璃以其独特的视觉效果和手感，在电子产品设计中占据重要地位。然而，其复杂的曲面形态对测量技术提出了极高要求。传统接触式测量方法易划伤玻璃表面，且测量精度受限。非接触式测量技术如激光位移传感器虽有一定优势，但在透明材料测量中易受反射干扰。白光光谱共焦位移传感器以其高分辨率、非接触、对透明材料不敏感的特点，成为解决这一难题的理想选择。

测量系统构成

1. 白光光谱共焦位移传感器：核心测量元件，利用白光干涉原理精确测量位移。

2. 移动扫描机构：包括高精度X-Y轴平移台，驱动传感器在玻璃表面进行多点扫描。

3. 视觉定位系统：辅助定位玻璃位置，确保扫描路径的准确性。

4. 数据处理软件：集成算法，用于数据分析、最高点/最低点识别、平面厚度与平面度计算。

测量步骤与方法原理

1. 初始校准与基准面设定

• 初始校准：使用标准块对传感器进行校准，确保测量准确性。

• 基准面设定：选取一个平坦表面作为基准面，记录其高度值作为零点。

2. 多点扫描与数据采集

• 横向扫描：控制移动扫描机构，使传感器沿X轴方向对玻璃表面进行连续扫描，每移动一步记录一个高度值。

• 纵向覆盖：调整Y轴位置，重复横向扫描，直至覆盖整个玻璃表面，形成密集的点云数据。

3. 数据处理与算法应用

• 最高点与最低点识别：

• 遍历所有采集的高度数据，通过比较找出最大值（最高点）和最小值（最低点）。

• 公式：，其中$H_i$为各测量点的高度值。

• 平面厚度计算：

• 将被测玻璃放置于基准面上，记录最高点高度值。

• 公式：

• 示例数据：若最高点高度为1.500mm，基准面高度为1.450mm，则厚度为0.050mm。

• 滑动平均滤波：

• 对高度数据进行滑动平均处理，减少噪声影响，提高测量结果的稳定性。

• 公式：其中$N$为滑动窗口大小。

• 平面度评估：

• 采用最小二乘法拟合平面到所有测量点，计算各点到拟合平面的距离（偏差）。

• 公式：

• 示例：若最大偏差为+0.02mm，最小偏差为-0.01mm，则平面度为0.03mm。

实验验证与结果分析

选取一块尺寸为100mm x 50mm的3D曲面玻璃作为样本，进行实验验证。实验步骤如下：

1. 初始校准与基准面设定：完成传感器校准，设定基准面高度为1.450mm。

2. 多点扫描与数据采集：控制移动扫描机构，对玻璃表面进行全面扫描，采集高度数据。

3. 数据处理与算法应用：利用软件算法识别最高点（1.500mm）和最低点（1.448mm），计算平面厚度（0.052mm），并评估平面度（0.025mm）。

实验结果表明，该方法测量的平面厚度与预设值相符，平面度满足产品设计要求。滑动平均滤波有效减少了噪声影响，提高了测量结果的稳定性。

结论

本文提出了一种基于白光光谱共焦位移传感器的高精度测量方法，成功应用于3D玻璃弧高及平面特性的测量中。通过结合移动扫描机构、视觉定位系统及先进的数据处理算法，该方法实现了对3D玻璃的快速扫描和精确测量。实验验证表明，该方法具有测量速度快、精度高、重复性好等优点，为3D玻璃的质量控制和生产工艺优化提供了有力支持。未来，随着传感器技术和算法的不断进步，该方法有望在更多领域得到广泛应用。