يعد الحفاظ على سمك المادة الصحيح أمرًا بالغ الأهمية في التصنيع الدقيق. تعالج شركة Micro-Epsilon هذا التحدي، حيث تقدم التعقيدات والحلول لقياس السُمك المضمن. اكتشف كيف يمكن لأجهزة الاستشعار والأنظمة المتقدمة الخاصة بهم تعزيز الدقة والكفاءة في عمليات الإنتاج.
عند اختيار نظام قيد التشغيل لقياس سماكة الفيلم أو اللوحة أو المواد الصفائحية، يجب أخذ عدد من التحديات في الاعتبار، بما في ذلك محاذاة المستشعر والخطية وتأثيرات التغيرات الحرارية، كما يقول جلين ويدجبرو، مدير تطوير الأعمال في شركة Micro- إبسيلون المملكة المتحدة.
هناك العديد من الأسباب التي تجعلنا نحتاج إلى قياس السُمك. تتمتع جميع المواد بتسامح في الإنتاج، لذا فإن أي مواد رفيعة جدًا أو سميكة جدًا يمكن أن تسبب مشكلة في المستقبل أو في موقع العميل النهائي. يمكن أن تشير التغيرات في السُمك أثناء الإنتاج إلى تآكل المكونات، على سبيل المثال، في قوالب البثق أو على الحوامل الدوارة. يمكن أن تشير اتجاهات الرصد إلى علامات الإنذار المبكر.
غالبًا ما تكون الطريقة التقليدية لفحص السُمك هي أخذ عينة قياس من بداية عملية الإنتاج ثم مرة أخرى في النهاية. لكن ماذا حدث في المنتصف؟ إذا وجدت أن المادة غير مقبولة، فهذا يمثل الكثير من الخردة التي يجب وضعها في الاعتبار. لذلك قد تختار أخذ المزيد من القراءات أثناء العملية. إذا تم إجراء هذه الفحوصات يدويًا، فغالبًا ما تتطلب توقف خط الإنتاج. ستأتي معظم تقلبات العملية في مرحلتي "البدء" و"التوقف"، لذا فإن الحفاظ على تشغيل الخط يعد بشكل عام أمرًا أساسيًا لتحسين الاتساق. وفي النهاية، فإن فحص سمك المنتج أثناء إنتاجه يضمن حصول العميل النهائي على جودة المنتج المتوقعة.
أنواع المواد المستهدفة وعمليات الإنتاج المستخدمة جميعها لها تأثير على كيفية قياس سمك المنتج. في بعض الأحيان يعتمد ذلك على تحديد فجوة على الأسطوانة أو تعديل القالب في رأس البثق. يمكن سكبه ومعالجته مثل الزجاج أو المطاط أو المعدن. ويمكن أيضًا أن يكون جزءًا من عملية ثانوية حيث يتم إنتاج المادة الأساسية بالفعل، ولكن يتم بعد ذلك دمجها مع مواد مماثلة أو مختلفة كطبقات متعددة، أو حتى خيوط منسوجة يتم ربطها بعد ذلك مثل ألياف الكربون.
دعونا الآن نفكر في بعض تحديات قياس السُمك.
قياسات من جانب واحد
ربما يكون أبسط قياس للسمك هو القياس من جانب واحد مقابل سطح مرجعي أو مسند. أولاً، يتم وضع المستشعر على سطح المسند ويتم إدخال الهدف المراد قياسه. يتم تغيير قراءة المستشعر أو إزاحتها حسب سمك المادة. هناك عدد من الشكوك حول هذه الطريقة. إذا تحرك المرجع أو المسند بعد الإتقان تكون القراءة غير صحيحة. وبالمثل، إذا لم يتم وضع الهدف بشكل صحيح على سطح المسند، فسيتم تضمين فجوة الهواء أيضًا في القياس. يمكن أن تحدث نفس المشكلة أيضًا مع الأهداف المائلة.
إذا سُمح لنا فقط برؤية الهدف من جانب واحد، فيجب علينا أن نفكر فيما إذا كان بإمكاننا الجمع بين التقنيات لتمكين القياسات الدقيقة. عندما يكون لدينا مزيج من أنواع المواد المختلفة، يمكننا الاستفادة من خصائص المواد المختلفة لصالحنا. على سبيل المثال، يمكن استخدام مستشعر التيار الدوامي مع مستشعر التثليث بالليزر لقياس سمك الجلد المرشوش. يقوم حساس التيار الدوامي بقياس المسافة إلى قالب الرش المطلي بالنيكل وله فتحة في المنتصف يقيس من خلالها حساس الليزر المسافة إلى الجزء الذي تم رشه. تقوم أجهزة استشعار تيار إيدي بالقياس فقط ضد الأهداف المعدنية، وبالتالي ترى مباشرة من خلال الطلاء غير المعدني المرشوش. إن استخدام ملف الهواء في مستشعرات التيار الدوامي من Micro-Epsilon يجعل هذا المزيج ممكنًا، حيث يمكن لمستشعر الليزر النظر من خلال مستشعر التيار الدوامي في نفس نقطة القياس. عندما يتم طرح كلتا الإشارتين، يتم قياس سمك الجلد المرشوش.
يتم تحقيق مجموعة أخرى من أجهزة الاستشعار المستخدمة بشكل جيد مع أجهزة استشعار التيار الدوامي والسعة للمواد غير المعدنية التي تمر فوق الأسطوانة. يتم أخذ حركة الأسطوانة المعدنية في الاعتبار بواسطة مستشعر التيار الدوامي ويقوم مستشعر السعة بقياس سمك المادة أو الطلاء.
القياسات من جانب واحد – حالة خاصة
إذا كان الهدف شفافًا، فمن الممكن إجراء قياس مطلق لسمك المادة من جانب واحد باستخدام مستشعر واحد فقط مزود بمقياس تداخل أو متحد البؤر التكنلوجيا.
يؤدي استخدام انكسار الضوء إلى إنشاء "حواف" أو إشارات إرجاع تشير إلى الانتقال بين الهواء والمادة. تتيح معرفة معامل الانكسار للمادة إجراء قياس دقيق لسمك المادة بشرط أن تظل ضمن نطاق القياس أو عمل المستشعر.
القياس من الجهتين
إذا لم يكن القياس من جانب واحد مناسبًا أو لا يمكن التغلب على التحديات، ففي كثير من الحالات يرغب العملاء في معرفة سمك المادة الحقيقي عن طريق قياس المادة في "المساحة الحرة"، الأمر الذي يتطلب وجود مساحة على جانبي المادة بحيث يمكن القياس يمكن أن تؤخذ من كلا السطحين.
عندما تفكر في هذا الإعداد، هناك عدد من التحديات التي يجب أخذها في الاعتبار والتغلب عليها أو قبولها.
محاذاة الاستشعار
يجب وضع المستشعرات بحيث تتطابق نقاط القياس "من خلال" نطاق القياس الكامل للمستشعر. يجب ألا يكون هناك أي إزاحة أو ميل أو ميل لأجهزة الاستشعار بالنسبة إلى كائن القياس. على سبيل المثال، مع إزاحة مستشعر تبلغ 1 مم وميل قدره 2 درجة، يساوي الخطأ الفعال 35 ميكرومتر، وعند سمك الهدف 10 مم يزيد إلى 41 ميكرومتر.
خاصة مع أجهزة استشعار التثليث بالليزر، يجب ملاحظة موقع نقطة الشعاع في غلاف المستشعر. ولا ينبغي الافتراض أن مستشعرين متطابقين ظاهريًا سيضعان النقطة في نفس المكان. عادةً لا تكون أغلفة المستشعرات القياسية دقيقة بدرجة كافية لإجراء قياسات دقيقة للسمك ما لم يتم أخذ الوقت لمواءمتها بشكل صحيح. ولمساعدة العملاء على إجراء إعدادات السُمك الخاصة بهم، يستخدم مستشعر ILD1900 من Micro-Epsilon ترتيبًا مبتكرًا لتركيب الأكمام لتشديد التباعد الموضعي من السكن إلى السكن.
عندما يكون لديك مستشعران ينظران إلى نفس الهدف، يجب أن تأخذ في الاعتبار أن كل مستشعر له دورة زمنية خاصة به. إذا كان هدفك يهتز أو يتحرك في الفجوة بين أجهزة الاستشعار، فمن السهل جدًا حدوث خطأ. ضع في اعتبارك هدفًا يتأرجح لأعلى ولأسفل بمقدار 1 مم بمعدل 20 هرتز (مرات في الثانية). إن الاختلاف في وقت الالتقاط بمقدار 1 مللي ثانية بين المستشعرات الخاصة بك يعادل خطأ قدره 125 ميكرومتر.
تحديد موضع أجهزة الاستشعار/نطاق القياس
التحدي التالي هو الموقع النسبي لأجهزة الاستشعار ونطاقات قياسها.
اعتمادا على كيفية ترتيب أجهزة الاستشعار، يجب أن يبقى موضع حواف الهدف ضمن مجال القياس. إذا تم ضبط المستشعرات بحيث لا تتداخل مناطق القياس، فقد تنشأ مواقف قد لا يرى فيها أحد المستشعرات الهدف. وينبغي أيضًا مراعاة ظروف "البدء" و"التوقف" أثناء المعالجة، على سبيل المثال، هل تظل المادة في حالة توتر في جميع الأوقات؟ يمكن أن تؤدي تغيرات السرعة في الخط إلى حركة لأعلى أو لأسفل. هل الإعداد قادر على التقاط هذه الأحداث إذا لزم الأمر؟ ومن الناحية المثالية، يجب أن تتداخل نطاقات أجهزة الاستشعار وتغطي النطاق الكامل لحركة المواد أو على الأقل التحكم في الحركة.
الخطي
غالبًا ما يُشار إلى دقة المستشعر بخطيته. تصف قيمة الخطية الانحراف عن المنحنى المميز المستقيم المثالي. كل مستشعر قياس له عدم يقين في القياس أو عدم خطية. وهذا يعني أنه في أي نقطة معينة في نطاق القياس، يمكن أن تختلف القراءة الفعلية من المستشعر بنسبة مئوية من نطاق القياس الخاص به. لذا، فإن استخدام مستشعرين فقط دون أي معالجة إضافية يعني أن أوجه عدم اليقين لدى كلا المستشعرين تحتاج إلى أخذها في الاعتبار فيما يتعلق بالدقة المطلوب تحقيقها. على سبيل المثال، بدون تعديل، مجرد تحريك الهدف بمقدار 200 ميكرون لأعلى أو لأسفل يمكن أن يؤدي إلى أخطاء تبلغ 8 ميكرون. الموضع في النطاق لديه أيضًا القدرة على التأثير على القيمة الحقيقية. لحل هذه المشكلة، يجب معايرة أجهزة الاستشعار معًا ككل.
آثار التغيرات الحرارية
حتى عندما تتم محاذاة أجهزة الاستشعار ومزامنتها، لا يزال هناك تحدي آخر يمكن أن يؤثر على كل شيء - التغيرات الحرارية. عند قياس سمك الهدف في المساحة الحرة، تكون الفجوة بين المستشعر والمستشعر المقابل أمرًا بالغ الأهمية، لأن هذا هو الثابت الذي يستند إليه القياس التفاضلي. إن أخذ إطار ميكانيكي مع زوج من أجهزة الاستشعار وتدوير درجة الحرارة يظهر أن التغيير الفعال مع تأرجح بمقدار 5 درجات مئوية فقط يصل إلى 20 ميكرون.
قدرة النظام
التحدي الأخير – إذا تم التغلب على التحديات السابقة أو تم قبول الأخطاء المرتبطة بها – هو إثبات القدرة. بالضبط كيف يمكنك التحقق أو تأكيد أداء الحل الخاص بك؟ هناك عاملان يجب مراعاتهما هنا: قابلية تكرار النظام، أي مقدار التباين في نظام القياس الناتج عن جهاز القياس، وقابلية التكرار - مقدار التباين الناتج عن مشغلين مختلفين.
لمزيد من المعلومات، يرجى زيارة www.micro-epsilon.co.uk أو الاتصال بقسم مبيعات Micro-Epsilon على الرقم +44 (0)151 355 6070 أو إرسال بريد إلكتروني إلى info@micro-epsilon.co.uk.