一、引言
在鋰電池生產中，電極厚度是影響電池性能的關鍵參數。基片涂覆活性物質后形成的粗糙表面，使用傳統點光斑傳感器測量時易受表面微觀形貌影響，導致數據波動大、測量精度不足。本文針對這一問題，提出采用兩臺 LTP030U 寬光斑激光位移傳感器對射測量方案，結合其獨特的光學設計與高精度特性，實現鋰電池電極厚度的穩定精確測量。
二、應用挑戰與傳感器選型依據
（一）測量難點分析
鋰電池電極基片涂粉后，表面粗糙度可達數微米至數十微米，傳統點光斑傳感器（光斑直徑≤50μm）僅能捕捉單點反射信號，易受表面凹坑、顆粒分布不均等因素干擾，導致測量值出現 ±10μm 以上的波動，無法滿足 2-3μm 的精度要求。此外，生產線上的振動、溫度變化（0-50℃）及高速運動（需響應時間≤50μs）進一步加劇了測量難度。
（二）LTP030U 傳感器技術優勢
寬光斑光學設計
LTP030U 采用超寬光斑（35×1100μm），橫向覆蓋范圍達 1.1mm，單次測量可采集數千個微觀表面點的綜合反射信號，通過統計平均效應有效抑制局部粗糙度干擾，相比點光斑傳感器（如 LTP030 聚焦光斑 Φ35μm），信號穩定性提升 80% 以上。
亞微米級精度保障
傳感器靜態重復精度達 0.15μm（測量標準陶瓷樣件，均方根偏差），線性度 ±0.02% F.S.（F.S.=10mm），溫度漂移僅 0.03% F.S/℃，配合對射測量架構，可抵消共模誤差（如溫度引起的機械形變），滿足高精度厚度測量需求。
工業級適應性
支持 DC 9-36V 寬電壓輸入、IP67 防護等級，抗 55Hz 振動（X/Y/Z 方向 2 小時），適應產線復雜環境；提供 RS485/TCP/IP 接口及 50kHz 全量程采樣頻率，兼容高速數據采集與實時控制。
三、對射測量原理與系統架構
（一）測量原理
采用 “雙傳感器對射式” 架構（如圖 1 所示）：兩臺 LTP030U 分別垂直安裝于電極兩側，發射超寬激光束覆蓋被測區域（寬度≥1mm）。上傳感器測量上表面至探頭的距離D1，下傳感器測量下表面至探頭的距離D2，電極厚度T由公式計算：T=(D1+D2)?L
其中L為兩臺傳感器的固定安裝間距（參考距離），通過精密機械結構（如大理石基座）確保L的穩定性（誤差≤±1μm）。
（二）硬件設計要點
光路校準
環境補償
四、信號處理與精度優化策略
（一）抗干擾算法
滑動平均濾波
對原始信號進行 16 點滑動平均（采樣頻率 50kHz 時，等效響應時間 320μs），濾除高頻噪聲（如粉塵顆粒瞬時遮擋），使數據波動≤±0.3μm（RMS）。
動態閾值判別
設定光斑能量閾值（如初始值的 80%），當信號能量低于閾值時（提示表面污染或遮擋），觸發激光關閉與自動校準功能，避免異常數據干擾。
（二）標定與校準流程
基準片標定
使用厚度已知的標準片（精度 ±1μm）進行兩點校準：
空載狀態（無被測物）校準參考距離L；
放置標準片校準厚度值，修正傳感器線性誤差。
實時漂移補償
每 10 分鐘自動采集空氣數據（無被測物時的D1、D2），計算零點漂移并修正，確保長期測量精度穩定。
五、實際應用效果
在某鋰電池生產線實測中，針對粗糙度 Ra=5μm 的涂粉電極（基片厚度 80μm，涂層厚度 120±5μm），采用 LTP030U 寬光斑方案對比傳統點光斑傳感器：
數據波動：點光斑方案波動 ±8.2μm（RMS），寬光斑方案降至 ±1.5μm（RMS），滿足 2-3μm 精度要求；
測量效率：支持 160kHz 高頻采樣（量程縮小至 20% 時），適應生產線速度≤30m/min；
長期穩定性：8 小時連續測量漂移≤±2μm，優于行業同類方案（±5μm）。
六、結論
LTP030U 寬光斑激光位移傳感器通過擴大光斑覆蓋面積、優化信號處理算法及對射測量架構，有效解決了鋰電池電極粗糙表面的厚度測量難題，其亞微米級精度、強抗干擾能力及工業級適應性，為高端電池制造提供了可靠的在線檢測方案。未來可進一步結合機器視覺技術，實現電極表面缺陷與厚度的多參數融合檢測，推動鋰電池生產智能化升級。
?