如何实现精密机床主轴纳米级径向跳动的kHz级高频非接触监测？【振动分析】【传感器选型】

基于主轴的基本结构与技术要求

主轴，在精密加工设备中，就像汽车的发动机一样，是核心动力部件，直接决定着机床的加工精度、表面质量和生产效率。它高速旋转，带动刀具或工件进行切削。然而，即便是最精密的制造，主轴在高速旋转时也难免产生微小的振动。这种振动，哪怕是亚微米级别的晃动，都可能导致加工零件表面粗糙度超标、尺寸偏差，甚至会缩短刀具和轴承的寿命。

为了确保加工质量和设备性能，我们需要对主轴的振动进行实时、高精度的监测和分析。这里的技术要求非常苛刻：

• 高速响应能力（kHz级）：主轴转速通常很高，振动频率也随之升高。比如，一个转速为60000 RPM（每分钟转数）的主轴，其基频振动就高达1000 Hz（1 kHz）。为了捕捉到这种快速变化的振动信号，我们需要的测量系统响应速度必须达到甚至超过kHz级别。这就好比需要一个“快门”足够快的相机，才能拍清楚高速移动的物体。

• 亚微米级测量精度：在精密加工领域，我们对尺寸公差的要求极高，常常需要控制在几个微米甚至更小的范围。因此，测量主轴振动时，系统必须能够分辨出微米以下（即亚微米，例如0.1微米甚至纳米级）的微小位移。这就像在几十米外要看清头发丝的摆动，对测量设备的精细度提出了极高要求。

• 非接触式测量：主轴在高速旋转，任何物理接触都可能引入额外的摩擦、磨损，甚至干扰其正常运转。因此，测量设备必须是非接触式的，不影响主轴的动态性能。

• 环境适应性：机床工作环境往往伴随着切削液、油雾、灰尘，甚至温度波动。测量系统需要具备一定的防护能力和稳定性，以确保在这些复杂环境下依然能够可靠工作。

针对主轴的相关技术标准简介

为了量化和评价主轴的振动性能，行业内建立了一系列监测参数和评价方法。这些参数帮助我们理解主轴在运行时的“健康状况”。

主要的监测参数包括：

• 径向跳动（Radial Runout）：指的是主轴旋转时，其表面在径向（垂直于轴线方向）的最大位移量。想象一下，一个理想的圆柱体在旋转，它的侧面应该始终保持在一个固定位置。如果它“晃动”了，这个晃动的幅度就是径向跳动。这是评估主轴几何精度和动平衡性的重要指标。

• 轴向跳动（Axial Runout）：指的是主轴旋转时，其端面在轴向（沿着轴线方向）的最大位移量。就像圆柱体的顶部或底部在旋转时，应该始终保持在一个平面内。如果它“上下浮动”了，这个浮动的幅度就是轴向跳动。这通常与推力轴承的质量和主轴安装的垂直度有关。

• 倾斜跳动（Angular Runout）：描述了主轴旋转时，其轴线相对于理想轴线的角度变化。这可以理解为主轴在旋转过程中有轻微的“点头”或“摇头”动作，影响刀具或工件的姿态精度。

• 振动速度/加速度：除了位移，我们还可以通过测量主轴的振动速度或加速度来评估其动态特性。振动速度（单位：mm/s）反映了振动的能量，而振动加速度（单位：m/s²或g）则更能体现高频振动成分的强度，对评估轴承损伤等高频故障非常敏感。

• 频率成分分析：通过傅里叶变换等信号处理方法，我们可以将测得的振动信号分解成不同频率的成分。这样可以识别出特定频率的振动源，例如与主轴转速相关的谐波（不平衡、不对中）、齿轮啮合频率、轴承缺陷频率等，从而进行故障诊断。

评价方法通常涉及对这些参数的峰峰值（Peak-to-Peak）、均方根值（RMS）或最大值进行统计和比较。峰峰值反映了振动的最大范围，均方根值则更好地体现了振动的能量水平，对连续性振动更具代表性。在实际应用中，会将测量结果与设备设计规范或行业标准设定的阈值进行对比，以判断主轴运行是否正常。

实时监测/检测技术方法

3.1 市面上各种相关技术方案

在精密测量领域，为了实现kHz级的响应速度和亚微米级的测量精度，市面上发展出了多种非接触式测量技术。它们各有侧重，适用于不同的工况和测量需求。

3.1.1 电容式测量技术

电容式测量技术是利用电容值随两极板间距离变化的原理进行位移测量的。想象一下，你把传感器探头想象成一块带电的金属板，而被测物体（通常是导电材料）是另一块金属板，它们之间就像一个简单的电容器。当这两块“板”之间的距离发生微小变化时，它们之间的电容值就会随之改变。

其物理基础是平行板电容器的电容公式： C = (ε * A) / d 其中，C是电容值，ε是两极板间介质的介电常数（在空气中为常数），A是两极板的有效相对面积，d是两极板之间的距离。

从这个公式可以看出，当A和ε保持不变时，电容C与距离d成反比关系。这意味着距离d越小，电容C越大；距离d越大，电容C越小。电容式传感器正是通过高频电桥电路或振荡电路，精确地检测到这种微小的电容变化，并将其转换为电压信号输出，从而实现对距离d的高精度测量。

核心性能参数的典型范围： * 测量范围： 通常较短，从几十微米到几毫米。 * 分辨率： 极高，可达到纳米级甚至亚纳米级（如0.01纳米）。 * 线性度： 优异，一般优于0.05% F.S. (满量程)。 * 响应时间/带宽： 较高，可达10 kHz或更高，足以捕捉多数高速振动。

技术方案的优缺点： * 优点： * 极高的分辨率和精度： 在短距离测量中表现出色，能实现亚纳米级位移检测。 * 高带宽： 能够快速响应，捕捉到高速、微小的动态变化，非常适合振动分析。 * 非接触式： 对被测物无任何物理干扰，无磨损。 * 对表面颜色和反射率不敏感： 只要求被测物表面导电，不受其光学特性影响。 * 高稳定性： 在恒定温度下，其测量结果非常稳定。 * 缺点： * 受环境影响： 传感器探头与被测物之间的空气介质非常关键。空气中的灰尘、油雾、水蒸气等都可能改变介电常数，从而影响测量精度。因此，测量环境要求较高，有时需要进行空气吹扫。对于某些电容式传感器，例如英国真尚有的电容传感器，可以通过将空气吹过传感器和目标之间的间隙来清洁，确保测量环境的干净。 * 要求被测物导电： 主要适用于金属等导电材料，对于非导电材料，需要进行特殊处理或使用专用探头。 * 测量范围有限： 相较于光学测量技术，其测量距离通常较短。 * 成本考量： 高性能电容传感器系统通常价格较高。

3.1.2 白光共聚焦测量技术

白光共聚焦测量技术的工作原理就像我们人眼看东西聚焦一样，只不过它更精密，并且利用了白光的特性。它发射出一束宽带白光，这束光经过特殊的光学透镜，不同的颜色（波长）会被聚焦到不同的距离上。当这束光照射到被测物体表面时，只有恰好聚焦在物体表面上的特定波长的光才会被清晰地反射回传感器。传感器通过分析反射回来的光线的颜色和强度，就能高精度地判断出被测物体与传感器的距离。这种方法对各种表面，无论是镜面、漫反射面还是透明材料，都有很好的适应性。

核心性能参数的典型范围： * 测量范围： 通常在毫米到几十毫米。 * 分辨率： 纳米级，例如3纳米。 * 线性度： 较高，通常在±0.1% FSO以内。 * 响应时间/带宽： 较高，可达20 kHz甚至更高。

技术方案的优缺点： * 优点： * 对多种表面适应性强： 能够稳定测量各种表面类型，包括镜面、漫反射面以及透明材料，适用范围广。 * 高精度和分辨率： 可实现纳米级位移测量，满足精密需求。 * 非接触式： 对被测物无物理干扰。 * 高测量频率： 适合高速动态位移和振动分析。 * 缺点： * 对光路有要求： 光路中如有遮挡或污染物会影响测量。 * 成本较高： 精密光学元件和复杂信号处理导致系统成本较高。 * 光斑尺寸： 一般较小，要求被测表面平整度较好。

3.1.3 激光三角测量技术

激光三角测量法，顾名思义，是利用激光和三角几何原理来测量距离的。想象一下，传感器像是一个“眼睛”，它会发出一束细小的激光射向被测物体表面，在物体表面形成一个亮点。这个亮点反射回来的光线，会被传感器的“接收透镜”捕捉，并聚焦到一个特殊的位置敏感探测器（比如CMOS或PSD）上。当被测物体靠近或远离传感器时，这个亮点在探测器上的位置就会发生移动。传感器通过测量这个光点移动的距离，结合发射激光的角度和接收透镜的几何关系，就能精确计算出物体的位移。

核心性能参数的典型范围： * 测量范围： 从几毫米到几百毫米，范围较广。 * 分辨率： 微米到亚微米级（例如几十纳米到几微米）。 * 线性度： 通常在±0.1% F.S.左右。 * 响应时间/带宽： 极高，可达100 kHz甚至更高，非常适合高速在线检测。

技术方案的优缺点： * 优点： * 测量速度快： 采样速度可达100 kHz以上，高频响应能力强，非常适合在线高速检测。 * 测量距离较长： 具有较长的测量距离，安装和应用更为灵活。 * 工业级设计： 结构紧凑，易于集成到自动化生产线中，抗干扰能力较强。 * 对不同颜色和材质表面适应性较好： 在工业环境中表现出色。 * 缺点： * 受表面特性影响： 被测物体表面的光泽度、颜色、粗糙度以及倾斜角度都会影响反射光线的强度和方向，从而可能影响测量精度。 * 精度不如干涉或电容： 在纳米级精度方面，通常不及激光干涉或电容式传感器。 * 有光斑尺寸限制： 对微小特征的测量能力有限。

3.1.4 激光干涉测量技术

激光干涉测量技术是目前能够达到最高精度和最长测量范围的位移测量方法之一。它利用的是激光的波长作为“尺子”来测量距离。系统会发出一束非常稳定的激光，然后将其分成两束：一束作为参考光，另一束作为测量光。测量光射向安装在被测物体上的反射镜。当被测物体移动时，测量光走过的路径（光程）就会发生变化。这两束光重新汇合时，会产生干涉条纹。通过精确地计数这些干涉条纹的变化（每个干涉条纹周期对应半个激光波长的位移），系统就能以激光波长为基本单位，极其精确地测量出物体的位移。这就像用一把非常精密的尺子，以光波长为最小刻度进行测量。

其物理基础是光的干涉原理。当两束相干光叠加时，其强度会发生变化，产生明暗相间的干涉条纹。位移量ΔL与干涉条纹数ΔN和激光波长λ之间的关系为： ΔL = ΔN * (λ / 2) 其中，每移动λ/2的距离，干涉条纹会变化一个周期。

核心性能参数的典型范围： * 测量范围： 极长，可达几十米甚至上百米。 * 分辨率： 极高，亚纳米到纳米级（如1纳米）。 * 系统精度： 卓越，通常达到百万分之几（ppm）的级别。 * 数据更新速率： 较高，可达50 kHz。

技术方案的优缺点： * 优点： * 无与伦比的超高精度： 是精密机械和计量领域的行业标准，可实现纳米级甚至更高的测量精度。 * 超长测量范围： 适用于长行程高精度位移的动态和静态测量。 * 非接触式： 对被测物无任何物理接触和影响。 * 高可重复性和稳定性： 测量结果极其可靠。 * 缺点： * 对环境要求极高： 极易受空气湍流、温度变化、振动以及灰尘、油雾等介质影响，可能导致光程变化，从而引入测量误差。通常需要在稳定、清洁的实验环境下使用。 * 安装复杂： 需要在被测物上安装反射镜，对安装位置和角度有严格要求。 * 成本极高： 系统复杂，价格昂贵。 * 最大测量速度相对有限： 尽管数据更新速率高，但受限于干涉条纹的计数速度，实际的最大跟踪速度可能不及某些激光三角或电容传感器。

3.1.5 光纤法布里-珀罗干涉测量技术

光纤法布里-珀罗干涉测量技术是一种利用光纤构建微型干涉腔来进行位移测量的技术。想象一下，光纤末端有两个非常靠近的、能部分反射光线的镜面，它们之间就形成了一个微小的“光腔”。当被测物体的位移导致这个光腔的长度发生微小变化时，腔内光的干涉模式（比如反射光的颜色或强度）也会随之改变。传感器通过监测这些干涉模式的精细变化，就能高精度地推算出腔长的变化量，进而得到被测物体的位移数据。这种技术的一个显著优势是传感器本身由光纤构成，不含电部件。

核心性能参数的典型范围： * 测量范围： 从几十微米到几毫米。 * 分辨率： 纳米级，例如2纳米。 * 线性度： 通常优于0.05% F.S.。 * 测量频率： 可达2 kHz。

技术方案的优缺点： * 优点： * 完全免疫电磁干扰： 传感器部分不含任何电学元件，因此完全不受电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 的影响，非常适合在强电磁场或高压等恶劣环境中进行高精度测量。 * 本质安全： 适合在易燃易爆、腐蚀性或高温等危险环境中使用。 * 传感器尺寸小巧： 易于集成到狭窄空间或不适合传统电子传感器安装的区域。 * 高分辨率和高精度： 适用于对微小位移和振动的精确监测。 * 缺点： * 测量频率相对较低： 相较于一些电容或激光三角系统，其最高测量频率可能略低。 * 对光纤维护有要求： 光纤易受弯曲、挤压等物理损伤影响。 * 测量范围有限： 相对较短，通常适用于微位移测量。 * 成本较高： 精密光纤传感器和解调仪的成本较高。

3.2 市场主流品牌/产品对比

这里我们将重点对比几家国际知名品牌在主轴振动分析系统（位移测量）领域的解决方案，它们采用了上述不同的核心技术。

1. 德国米铱：

   • 采用技术： 白光共聚焦测量。

   • 核心参数： 测量范围通常在3毫米左右，分辨率可达3纳米，线性度在±0.06% FSO，测量频率最高可达20 kHz。

   • 应用特点与优势： 该品牌以其在白光共聚焦领域的领先技术而闻名，特别擅长对各种复杂表面（包括镜面、漫反射面甚至透明材料）进行高精度和高频率的位移测量。其高带宽特性使其非常适合高速动态位移和振动分析，为用户提供极其稳定和可靠的测量结果。

2. 英国真尚有：

   • 采用技术： 电容式测量。

   • 核心参数： 测量范围从50 µm到10 mm，分辨率可达到纳米级，总精度±0.5%，带宽可达10 kHz。探头工作温度范围宽广，可在-50°C到+200°C的环境下工作，并且可以定制高达+450°C的探头。

   • 应用特点与优势： 英国真尚有在电容式传感器领域具有领先优势，尤其体现在极高分辨率和宽泛的温度适应性。其纳米级分辨率使其能够捕捉到主轴最微小的振动，同时高带宽保证了对高速振动的实时响应。该产品支持探头定制和更换，更换探头后无需重新校准的设计，极大提升了使用的便利性和维护效率，确保在包括核辐射、高真空或接近 0 K等极端环境下也能进行可靠测量。

3. 美国位移世界：

   • 采用技术： 电容式测量。

   • 核心参数： 测量范围从0.1至10毫米，分辨率可达0.01纳米（即0.00001微米），带宽最高10 kHz，线性度优于0.02% F.S.，温度稳定性0.004% F.S./°C。

   • 应用特点与优势： 美国位移世界以其超高分辨率和出色的温度稳定性在电容式测量领域占据一席之地。其能够实现业界领先的亚纳米级位移检测，高带宽使其能捕捉到极其高速的微小振动。产品对导电材料表面测量结果极其稳定可靠，不受表面颜色或反射率影响，是要求极致精度的应用的理想选择。

4. 日本基恩士：

   • 采用技术： 激光三角测量。

   • 核心参数： 测量范围±35毫米（总70毫米），分辨率最高可达5纳米，线性度±0.02% F.S.，采样速度最高100 kHz。

   • 应用特点与优势： 日本基恩士的激光三角测量系统以其超快的测量速度和较长的测量距离而著称。高达100 kHz的采样速度使其在高频响应方面表现出色，非常适合在线高速检测和振动台应用。其工业级设计和对不同颜色、材质表面的良好适应性，使其在各种工业自动化生产线中都有广泛的应用。

5. 加拿大艾克福：

   • 采用技术： 光纤法布里-珀罗干涉测量。

   • 核心参数： 测量范围0.2毫米至10毫米，分辨率最高可达2纳米，线性度优于0.05% F.S.，测量频率最高2 kHz。工作温度范围宽广，在-40°C至+250°C。

   • 应用特点与优势： 加拿大艾克福的光纤法布里-珀罗传感器以其对电磁干扰的完全免疫性和本质安全设计而独树一帜。它非常适合在强电磁场、高压、易燃易爆或腐蚀性等极端恶劣环境下进行高精度测量。传感器尺寸小巧，便于集成到狭窄空间，是传统电子传感器无法胜任环境的理想解决方案。

3.3 选择设备/传感器时需要重点关注的技术指标及选型建议

选择适合主轴振动分析的传感器和系统，需要综合考虑多个关键技术指标，它们直接关系到最终测量结果的准确性和可靠性。

1. 分辨率 (Resolution)：

   • 实际意义： 分辨率代表传感器能检测到的最小位移变化量。例如，1纳米分辨率意味着传感器可以分辨出1纳米的位移。

   • 影响： 对于主轴亚微米级的振动测量，高分辨率是基础。如果分辨率不足，微小的振动细节将被“模糊”掉，无法准确捕捉到主轴的真实运动状态。

   • 选型建议： 对于精密主轴振动分析，建议选择分辨率达到纳米级甚至亚纳米级的传感器。电容式和激光干涉式传感器在这方面表现突出。

2. 响应速度/带宽 (Bandwidth/Response Speed)：

   • 实际意义： 响应速度或带宽指的是传感器系统能够有效测量和处理信号的最高频率。例如，10 kHz的带宽意味着系统能准确捕捉到频率高达10 kHz的振动。

   • 影响： kHz级的主轴振动对响应速度要求极高。如果传感器带宽低于振动频率，那么高速振动信号将被“漏掉”或严重失真，导致分析结果不准确。

   • 选型建议： 结合主轴的最高转速和可能出现的谐波频率，选择带宽至少为其最高振动频率2-5倍的传感器（根据奈奎斯特采样定理，采样频率至少是信号最高频率的两倍）。激光三角和电容式传感器通常能提供较高的带宽。

3. 精度与线性度 (Accuracy & Linearity)：

   • 实际意义： 精度表示测量值与真实值之间的接近程度，通常以满量程百分比（% F.S.）表示。线性度指传感器输出信号与输入位移之间的比例关系有多好，偏离理想直线的程度。

   • 影响： 高精度和良好的线性度确保测量结果的真实性和可靠性。如果精度或线性度差，即使分辨率很高，测量数据也可能不准确，无法进行有效的振动诊断。

   • 选型建议： 优选线性度优于0.1% F.S.，精度优于0.5% F.S.的产品。在主轴振动分析中，通常追求尽可能高的绝对精度。

4. 测量范围 (Measurement Range)：

   • 实际意义： 传感器能够有效测量位移的最大和最小距离。

   • 影响： 测量范围要覆盖主轴可能的最大振动幅值。如果范围太小，振动过大时可能超出测量上限；如果范围太大，可能导致相对精度下降（因为精度通常是满量程的百分比）。

   • 选型建议： 根据主轴振动的预期最大幅值来选择。对于微米级的精密振动，选择测量范围在几毫米到几十毫米的传感器较为合适，同时要兼顾高分辨率。

5. 环境适应性：

   • 实际意义： 传感器在各种恶劣环境（如温度、湿度、灰尘、电磁干扰）下的工作稳定性和可靠性。

   • 影响： 机床工作环境复杂，环境因素可能直接导致测量误差甚至损坏传感器。

   • 选型建议： 对于有切削液、油雾、灰尘的环境，考虑传感器防护等级（如IP68）和对污染的耐受性。对于高电磁干扰区域，光纤传感器是极佳选择。对于极端温度，需选择宽温范围或带有温度补偿功能的传感器。

6. 被测物表面特性兼容性：

   • 实际意义： 传感器对被测物表面材质（导电性、反射率、颜色）和表面粗糙度的适应能力。

   • 影响： 不同的测量技术对表面特性有不同的要求。例如，电容传感器需要导电表面，激光传感器受反射率影响。

   • 选型建议： 主轴通常是金属材质，电容式传感器表现优异。如果表面材质多样或有特殊处理，白光共聚焦或激光三角可能更具普适性。

3.4 实际应用中可能遇到的问题和相应解决建议

在主轴振动分析的实际应用中，即便选择了高性能的传感器，也可能遇到一些挑战。

1. 环境干扰问题

   • 原因与影响： 主轴周围常有切削液、油雾、灰尘，这些污染物会沉积在传感器探头表面或进入测量间隙。对于电容式传感器，介质变化会直接影响介电常数，导致测量值漂移；对于光学传感器，光路受阻或反射特性改变，会引入误差甚至无法测量。此外，温度波动也可能引起传感器或主轴本身的形变，影响测量精度。

   • 解决建议：

     • 空气吹扫： 在传感器探头和被测物间隙处持续吹入洁净、干燥的压缩空气，形成“气帘”，有效阻挡灰尘和油雾进入。

     • 防护罩/防护等级： 选择防护等级达到IP67或IP68的传感器，并可加装定制的防护罩，减少污染物直接接触。

     • 温度补偿： 选择带有内置温度补偿功能或提供外部温度传感器进行校正的系统，减少温度变化带来的影响。确保传感器和被测物在相对稳定的温度下工作。

2. 传感器安装与定位问题

   • 原因与影响： 传感器安装不牢固、角度不正确或与被测表面距离不理想，都会导致测量不准确。例如，传感器与主轴表面不垂直可能引入几何误差，安装震动可能导致测量噪音。

   • 解决建议：

     • 选择专用夹具： 设计或选用高刚性的专用夹具，确保传感器稳定可靠地固定在测量位置。

     • 精确对中： 使用对中工具或精密调整机构，确保传感器探头轴线与主轴旋转轴线严格平行或垂直（根据测量需求），并保持最佳测量间隙。

     • 避免共振： 确保传感器及其支架的固有频率远离主轴的工作频率，避免自身产生共振影响测量。

3. 目标表面质量问题

   • 原因与影响： 被测主轴表面的粗糙度、不均匀性、氧化层或磨损痕迹，都会影响测量结果。对于光学传感器，表面反射率不均会影响光信号质量；对于电容传感器，表面不平整会导致有效电容面积变化或局部间隙不一致。

   • 解决建议：

     • 表面处理： 在条件允许的情况下，对测量区域的主轴表面进行精细抛光，或确保该区域的表面质量达到要求。

     • 选择适应性强的技术： 对于表面粗糙或不均匀的工件，白光共聚焦或对表面特性不敏感的电容传感器（如针对导电材质）可能表现更好。

     • 多点测量： 在主轴的不同位置安装多个传感器，通过数据融合或平均来降低局部表面缺陷的影响。

4. 信号噪声与干扰

   • 原因与影响： 机床工作环境中常常存在电机、电缆等产生的电磁噪声，这些噪声可能耦合到传感器信号中，降低信噪比，导致测量数据失真。

   • 解决建议：

     • 线缆屏蔽： 使用高质量的屏蔽电缆，并确保接地良好，有效隔离电磁干扰。

     • 信号滤波： 在数据采集系统中集成高通、低通或带阻滤波器，滤除特定频率的噪声。

     • 差分信号传输： 采用差分信号传输方式，提高抗共模噪声能力。

     • 选择抗干扰技术： 在强电磁干扰环境下，光纤类传感器因其光学原理而具有天然的抗电磁干扰优势。

应用案例分享

• 涡轮机和电机的动态测量：通过在关键部位安装高精度位移传感器，实时监测转子在高速旋转下的微小振动和位移，评估轴承状态、转子动平衡以及潜在的结构故障，确保设备安全高效运行。例如，选用英国真尚有的电容传感器，可以保证在各种严苛环境下测量的可靠性。

• 轴承的偏移和磨损测量：对主轴轴承内外套圈的相对位置进行持续监测，可以早期发现轴承游隙变化、磨损加剧或安装偏移，从而预防性维护，避免突发性停机。

• 轴、轴和孔的同心度测量：在精密机械制造和装配过程中，利用多个传感器测量工件的几何形位，确保轴与孔、轴与轴之间的高度同心，保证装配精度和传动效率。

• 半导体生产中晶片的厚度、斜角和偏转测量：在半导体晶圆制造过程中，对晶圆的厚度均匀性、表面平整度及微小偏转进行纳米级精确测量，以确保后续工艺的准确性和芯片良率。

• 薄金属箔和塑料箔生产过程中的厚度测量和控制：在卷材生产线上，实时非接触测量高速移动的薄膜或箔片的厚度，并通过闭环控制系统自动调整生产参数，保证产品厚度的一致性。