本文針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中透明膠水在倒錐形圓孔內(nèi)表面弧度的測(cè)量難題，提出基于光譜共聚焦傳感器的非接觸式高精度測(cè)量方案。通過橫向掃描與多線數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜曲面形態(tài)的數(shù)字化重構(gòu)，并結(jié)合實(shí)際案例驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性與優(yōu)yue性。

1. 引言

在精密電子封裝、光學(xué)器件粘接等領(lǐng)域，膠水涂覆后的表面形貌直接影響產(chǎn)品性能。尤其當(dāng)膠水填充于倒錐形圓孔時(shí)，若弧度曲率超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致固化應(yīng)力集中、界面結(jié)合力下降等問題。傳統(tǒng)接觸式測(cè)量易損傷膠面，而光學(xué)干涉法受透明介質(zhì)折射率影響大。光譜共聚焦技術(shù)憑借其納米級(jí)分辨率與透明介質(zhì)穿透能力，成為此類場(chǎng)景的理想解決方案。

圖1 倒錐形圓孔膠水涂覆結(jié)構(gòu)示意圖

2. 光譜共聚焦測(cè)量原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 光譜共聚焦工作原理

光譜共聚焦傳感器通過發(fā)射寬光譜白光，經(jīng)分光棱鏡聚焦于被測(cè)表面。反射光波長與焦點(diǎn)位置呈線性關(guān)系，通過光譜儀解析波長偏移量Δλ，可計(jì)算得到軸向位移值：
$?=??\mathrm{\Delta }?$
（其中k為系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)）

該技術(shù)突破傳統(tǒng)聚焦法的軸向掃描限制，單次測(cè)量即可獲取表面高度信息，理論分辨率可達(dá)0.1μm。

2.2 透明介質(zhì)測(cè)量適應(yīng)性

膠水的透光性導(dǎo)致普通光學(xué)傳感器無法區(qū)分表面反射與內(nèi)部散射光。光譜共聚焦技術(shù)通過以下機(jī)制解決：

• 軸向色散補(bǔ)償：不同波長光的焦點(diǎn)位置差異形成軸向探測(cè)序列

• 峰值波長識(shí)別：僅表面反射光滿足共聚焦條件，噪聲信號(hào)被自動(dòng)過濾
  實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)折射率1.3-1.6的透明膠水，測(cè)量誤差小于±0.5μm。

3. 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施流程

3.1 硬件配置方案

3.2 測(cè)量流程優(yōu)化

1. 樣品預(yù)處理

• 使用真空吸附夾具固定倒錐孔工件（孔徑Φ2-10mm）

• 點(diǎn)膠參數(shù)：壓力0.2MPa，速度5mm/s，膠量0.05±0.005ml

2. 多路徑掃描策略

• 沿圓周方向等角度布置5條掃描路徑

• 單線采樣點(diǎn)密度：500點(diǎn)/mm

• 數(shù)據(jù)融合算法：
  $?(?,?)=\frac{1}{?}{\sum }_{?=1}^{?}{?}_{?}?{?}_{?}(?,?)$
  （權(quán)重系數(shù)w_i由路徑間距動(dòng)態(tài)調(diào)整）

圖2 多線掃描路徑規(guī)劃

3. 動(dòng)態(tài)參數(shù)補(bǔ)償

• 溫度漂移補(bǔ)償：內(nèi)置PT1000實(shí)時(shí)修正熱膨脹誤差

• 折射率校正：依據(jù)膠水材料數(shù)據(jù)庫自動(dòng)匹配n值

4. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析

對(duì)某型號(hào)UV膠（n=1.48）進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，測(cè)量系統(tǒng)成功捕捉到邊緣區(qū)域的曲率突變，與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）結(jié)果一致性達(dá)98.7%，且單次測(cè)量時(shí)間由CMM的25分鐘縮短至3分鐘。

圖3 光譜共聚焦與CMM測(cè)量結(jié)果對(duì)比

5. 技術(shù)拓展與應(yīng)用前景

本方案已成功應(yīng)用于：

• 微透鏡陣列膠合面形檢測(cè)

• 半導(dǎo)體封裝Underfill膠水輪廓控制

• 生物芯片微流道密封評(píng)估

未來發(fā)展方向：

• 集成AI算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)工藝閉環(huán)控制

• 開發(fā)多光譜融合技術(shù)提升多層膠體測(cè)量能力

6. 結(jié)論

光譜共聚焦技術(shù)突破了透明膠水表面測(cè)量的技術(shù)瓶頸，通過多維度數(shù)據(jù)采集與智能補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)μm級(jí)精度測(cè)量。該技術(shù)為精密制造領(lǐng)域的質(zhì)量控制提供了創(chuàng)新解決方案，具有顯著的工程應(yīng)用價(jià)值。