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泓川科技LTCR4000 光谱共焦传感器-通讯芯片 FA 平行度测量应用案例

来源:
时间: 2025-11-17
核心结论:泓川 LTCR4000 探针型光谱共焦传感器(侧面 90° 出光),完美适配 FA 透明材质、安装空间狭小的测量场景,通过底部照射多点测距实现角度矫正,精准保障 FA 平行度达标。

一、应用背景与测量痛点

应用场景

光通讯芯片 FA(光纤组件)作为光信号传输核心部件,其端面与安装基准面的平行度直接影响插损(IL)、回波损耗(RL)等关键性能。FA 采用透明光纤材质,装配时由夹爪夹持固定,安装区域空间狭小,需从底部完成非接触式平行度检测与角度矫正。

核心测量痛点

空间限制:安装位置狭小,传统传感器体型过大或出光方向受限,无法近距离部署。

材质特性:FA 为透明材质,传统激光传感器易出现反射光丢失、测量偏移问题。

精度要求:FA 未标注角度公差 ±0.5°,需传感器提供亚微米级测量精度,确保角度矫正准确性。

非接触需求:FA 端面纤芯无划痕、无破损要求,测量过程需避免物理接触。

二、测量方案设计

传感器选型依据

出光方式适配:LTCR4000 支持径向(侧面 90°)出光,探针型结构紧凑,可从 FA 底部狭小空间精准照射测量面,无需改动夹爪夹持布局。

透明材质适配:采用光谱共焦技术,对透明体测量无位置偏移,仅接收聚焦光线,避免杂光干扰,适配 FA 透明光纤与盖板材质。

精度与空间匹配:重复精度达 100nm 级,线性误差≤±1.4μm,满足角度公差要求;探针直径仅 Φ8mm(建议夹持区域适配),适配狭小安装空间。

抗干扰能力:抗环境光干扰强,无需复杂遮光装置,适配工业装配现场环境。

安装与测量布局

传感器部署:将 LTCR4000 径向出光探头固定于 FA 底部工装,探针头部贴近 FA 下表面,利用侧面 90° 出光特性,避开夹爪夹持区域,安装间距控制在 5-10mm。

夹持配合:夹爪夹持 FA 尾部保护区域,确保 FA 测量面(上下表面)处于水平悬浮状态,预留传感器测量通道。

测量点位规划:在 FA 下表面选取 3 个均匀分布的测量点(前端、中端、后端),通过传感器依次采集各点距离数据,计算平面倾斜角度。

测量与矫正流程

基准校准:以夹爪夹持基准面为参考,设定传感器测量零点,建立坐标系。

多点测距:传感器从底部对 3 个测量点进行同步扫描,获取各点距离偏差值(±0.05mm 尺寸公差适配)。

角度计算:通过三点距离数据拟合平面,计算 FA 实际倾斜角度与理论平行面的偏差值。

实时矫正:将角度偏差信号反馈至夹爪控制系统,调整夹持角度,直至偏差≤±0.5°,完成平行度校准。

三、方案实施效果

测量精度:角度测量误差≤±0.1°,满足 FA±0.5° 角度公差要求;距离测量重复精度达 100nm,保障矫正一致性。

场景适配:探针型结构与 90° 出光设计,成功适配狭小安装空间,无需改动原有装配流程。

材质兼容:透明 FA 测量无反射偏移、无杂光干扰,测量数据稳定,未出现纤芯划痕、胶水粘连等损伤。

效率提升:单组 FA 测量 + 矫正耗时≤2s,支持与 PLC 总线控制联动,适配批量装配生产线。

四、方案核心优势

空间利用率:探针型 + 90° 出光,解决狭小空间部署难题,安装灵活性远超传统传感器。

材质适配性:光谱共焦技术突破透明体测量瓶颈,无位置偏移,测量稳定性优于传统激光传感器。

精度保障:亚微米级测量精度,直接对接 FA 角度公差要求,减少插损超标风险。

非接触安全:全程无物理接触,契合 FA 端面无划痕、无破损的技术要求。



FA 平行度测量设备配置清单(适配泓川 LTCR4000)

一、核心测量设备清单

设备类别型号规格关键参数(源自文档)用途数量
光谱共焦传感器LTCR4000(径向出光版)1. 出光方式:侧面 90° 径向出光
2. 重复精度:100nm
3. 线性误差:≤±1.4μm
4. 建议夹持区域:Φ8mm(公差 0-0.02mm)
5. 参考距离:约 25mm(适配 FA 底部测量)
核心测距单元,采集 FA 下表面多点距离数据1 台
控制器LT-CCS(单通道基础款)1. 可连接传感头数:1 个
2. 采样频率:1 通道 Max.10kHz(满足实时测量)
3. 接口:USB2.0、RS485、以太网(适配 PLC 联动)
4. 电源:24VDC±10%(电流约 0.4A)
5. 配套软件:TSConfocalStudio(数据可视化与角度计算)
传感器数据接收、处理,输出角度偏差信号1 台
光纤跳线FC-FC 光纤跳线(3m 长)1. 静态弯曲半径:30mm
2. 动态弯曲半径:60mm
3. 直径:Φ5mm(适配狭小空间布线)
连接传感器与控制器,传输光信号1 根

二、辅助工装与附件清单

工装 / 附件类别名称尺寸规格(适配 FA 与传感器)材质用途数量
夹持工装FA 专用夹爪1. 夹持范围:适配 FA 尾部(参考尺寸 1.45mm/2.95mm,文档 2)
2. 夹持力度:5-10N(避免 FA 变形)
3. 避空设计:底部预留≥10mm 空间(供传感器照射)
铝合金(阳极氧化)固定 FA,确保测量时无位移1 套
传感器固定工装LTCR4000 探针支架1. 夹持孔径:Φ8mm(公差 0-0.03mm,匹配传感器夹持区域)
2. 调节行程:上下 ±5mm(微调测量距离)
3. 安装孔位:M4 螺纹(适配工作台)
不锈钢固定传感器,确保 90° 出光对准 FA 底部1 套
抱箍件传感器夹持抱箍型号:D8L15(文档 1-107)
尺寸:内径 Φ8mm,长度 15mm
工程塑料辅助固定传感器,避免振动偏移2 个
工作台精密光学平台1. 尺寸:400mm×300mm×50mm
2. 平面度:≤0.01mm/m
3. 承重:≥5kg
大理石(0 级)提供稳定测量基准,安装夹爪与传感器工装1 台
定位销工装定位销规格:Φ4mm×10mm(公差 0-0.01mm)硬质合金确保夹爪与传感器工装相对位置固定4 个

三、校准工具清单

校准工具名称型号规格精度参数用途数量
标准平行块透明玻璃标准块(模拟 FA)1. 尺寸:20mm×10mm×5mm
2. 平行度:≤0.001mm
3. 材质:高硼硅玻璃(透明,匹配 FA 材质)
校准传感器对透明材质的测量精度1 块
激光干涉仪微米级激光干涉仪测量精度:±0.5μm/m验证传感器线性误差与重复精度1 套
角度规数显角度规分辨率:0.001°,精度:±0.005°校准 FA 角度矫正后的实际偏差1 个
千分表杠杆千分表量程:0-5mm,精度:±0.001mm调整工装平面度与定位精度1 套

四、详细校准流程(落地可执行版)

1. 首次安装校准(设备部署后执行)

步骤 1:工作台基准校准

将 0 级大理石工作台水平放置,用水平仪调平(确保水平误差≤0.02mm/m);

千分表固定在表座上,沿工作台 X、Y 轴方向移动,测量平面度,确保≤0.01mm/m,若超差则通过工作台调平螺丝修正。

步骤 2:传感器与夹爪工装定位校准

将 FA 夹持工装固定在工作台中心,通过定位销锁定(确保工装 X/Y 轴与工作台基准对齐);

安装 LTCR4000 传感器到固定支架,调节支架高度,使传感器参考距离(约 25mm)对准工装夹持 FA 后的底部测量区域;

用激光干涉仪连接传感器,启动 TSConfocalStudio 软件,采集传感器 “零位” 数据(此时传感器对准工作台基准面),记录初始距离值,设为测量基准。

步骤 3:透明材质测量校准

将透明玻璃标准块(模拟 FA)放入夹爪工装,夹持固定;

传感器从底部照射标准块下表面,采集 3 个测量点(前端、中端、后端)的距离值,计算标准块平行度(理论平行度≤0.001mm);

若测量值与标准块实际平行度偏差>0.002mm,通过控制器 “材质补偿” 功能修正(软件内选择 “透明玻璃” 材质模板,自动补偿光折射误差)。

步骤 4:角度矫正精度校准

用角度规设定一个已知偏差(如 + 0.3°),模拟 FA 倾斜状态,将标准块固定在夹爪上;

传感器采集 3 点距离数据,软件自动计算倾斜角度,对比角度规设定值,确保偏差≤0.01°;

若超差,调整传感器固定支架的 X/Y 轴偏移(通过支架微调螺丝),重复测量直至偏差达标。

2. 日常维护校准(每日开机后执行,耗时≤10 分钟)

步骤 1:零位校准

清空夹爪工装,传感器对准工作台基准面,采集 10 次距离数据,计算平均值,与首次校准的 “零位” 对比,若偏差>0.005mm,重新设定零位;

启动控制器 “自检” 功能,检查 USB、以太网接口通信是否正常,采样频率是否稳定在 10kHz。

步骤 2:单点精度验证

取 1 片合格 FA(已知平行度≤0.2°),放入夹爪工装;

传感器采集底部 3 点距离,软件计算平行度,若测量值与 FA 实际值偏差>0.05°,用角度规复核 FA 实际角度,若 FA 合格则重新执行 “透明材质测量校准” 步骤。

步骤 3:工装稳定性检查

千分表测量夹爪工装的夹持面平面度,确保≤0.005mm;

检查传感器抱箍是否松动,光纤跳线弯曲半径是否≥30mm(避免信号衰减)。

五、落地注意事项

空间适配:传感器与夹爪工装的安装间距需≥5mm(参考 LTCR4000 探针尺寸),避免工装遮挡传感器出光;

电源要求:控制器需单独供电(24VDC±10%,电流≥1A),避免与夹爪驱动电源共用,防止电压波动影响测量精度;

环境控制:测量环境温度控制在 20-25℃(湿度 20-60% RH,无冷凝),避免温度变化导致传感器线性误差增大;

备件储备:额外采购 1 根 FC-FC 光纤跳线(3m)、1 个 D8L15 抱箍件,作为易损件备用。


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