Mantener el espesor correcto del material es fundamental en la fabricación de precisión. Micro-Epsilon aborda este desafío presentando las complejidades y soluciones para la medición de espesores en línea. Explore cómo sus sensores y sistemas avanzados pueden mejorar la precisión y la eficiencia en los procesos de producción.
Al seleccionar un sistema en proceso para medir el espesor de materiales de película, placa o lámina, se deben considerar una serie de desafíos, incluida la alineación del sensor, la linealidad y los efectos de los cambios térmicos, dice Glenn Wedgbrow, Gerente de Desarrollo Comercial de Micro- Épsilon Reino Unido.
Hay muchas razones por las que necesitamos medir el espesor. Todos los materiales tienen una tolerancia en la producción, por lo que cualquier material que sea demasiado delgado o demasiado grueso podría causar un problema más adelante en la línea o en el sitio del cliente final. Los cambios de espesor durante la producción pueden indicar desgaste de componentes, por ejemplo, en matrices de extrusión o en soportes de laminación. El seguimiento de las tendencias puede señalar señales de alerta temprana.
El método tradicional para comprobar el espesor suele ser tomar una muestra de medición desde el inicio de la producción y luego nuevamente al final. ¿Pero qué pasó en el medio? Si descubre que el material está fuera de tolerancia, es mucha chatarra a considerar. Por lo tanto, puede optar por realizar más lecturas durante el proceso. Si estas comprobaciones se realizan manualmente, a menudo requieren que se detenga la línea de producción. La mayor parte de la variabilidad del proceso se producirá en las fases de "inicio" y "detención", por lo que mantener una línea en funcionamiento suele ser clave para mejorar la coherencia. En última instancia, comprobar el espesor del producto a medida que se produce garantiza que el cliente final reciba la calidad del producto esperada.
Los tipos de materiales objetivo y los procesos de producción utilizados influyen en cómo se puede medir el espesor de un producto. A veces se basa en el establecimiento de un espacio en un rodillo o el ajuste de matrices en un cabezal de extrusión. Podría ser líquido vertido y curado, como vidrio, caucho o metal. También podría ser parte de un proceso secundario en el que el material básico ya se produce, pero luego se combina con materiales similares o diferentes en múltiples capas, o incluso con hebras tejidas que luego se unen, como la fibra de carbono.
Consideremos ahora algunos de los desafíos de medir el espesor.
Medidas de un solo lado
Quizás la medición de espesor más simple sea una medición de un solo lado contra una superficie de referencia o de referencia. Primero, el sensor se pone a cero en la superficie de referencia y se inserta el objetivo a medir. La lectura del sensor cambia o se desplaza según el espesor del material. Hay una serie de incertidumbres con este método. Si la referencia o el dato se mueve después de dominar, la lectura será incorrecta. De manera similar, si el objetivo no se asienta correctamente en la superficie de referencia, el espacio de aire también se incluirá en la medición. El mismo problema también puede ocurrir con objetivos inclinados.
Si solo se nos permite ver un objetivo desde un lado, debemos considerar si podemos combinar tecnologías para permitir mediciones precisas. Cuando tenemos una combinación de diferentes tipos de materiales, podemos utilizar esas diferentes propiedades de los materiales a nuestro favor. Por ejemplo, se puede utilizar un sensor de corrientes parásitas en combinación con un sensor de triangulación láser para medir el espesor de la piel pulverizada. El sensor de corrientes parásitas mide la distancia hasta el molde pulverizador recubierto de níquel y tiene una abertura en el centro a través de la cual el sensor láser mide la distancia hasta la pieza pulverizada. Los sensores de corrientes parásitas solo miden objetivos metálicos y, por lo tanto, ven directamente a través del recubrimiento pulverizado no metálico. El uso de una bobina de aire en los sensores de corrientes de Foucault de Micro-Epsilon hace posible esta combinación, ya que el sensor láser puede mirar a través del sensor de corrientes de Foucault al mismo punto de medición. Cuando se restan ambas señales, se mide el espesor de la piel pulverizada aplicada.
Otra combinación de sensores muy utilizada se logra con sensores capacitivos y de corrientes parásitas para materiales no metálicos que pasan sobre un rodillo. El sensor de corrientes parásitas considera el movimiento del rodillo de metal y el sensor capacitivo mide el espesor del material o del recubrimiento.
Mediciones unilaterales: caso especial
Si el objetivo es transparente, es posible realizar una medición absoluta del espesor del material desde un lado utilizando un solo sensor con interferómetro o confocal. la tecnología.
El uso de la refracción de la luz crea 'bordes' o señales de retorno que indican la transición entre el aire y el material. Conocer el índice de refracción de un material permite medir con precisión el espesor del material siempre que se mantenga dentro del rango de medición o de trabajo del sensor.
Medición desde ambos lados
Si la medición de un solo lado no es adecuada o no se pueden superar los desafíos, en muchos casos los clientes quieren saber el espesor real del material midiendo el material en el "espacio libre", lo que requiere tener espacio en ambos lados del material para poder realizar una medición. se puede tomar de ambas superficies.
Cuando se considera esta configuración, hay una serie de desafíos que deben considerarse y superarse o aceptarse.
Alineación del sensor
Los sensores deben colocarse de manera que los puntos de medición coincidan "en" todo el rango de medición del sensor. Los sensores no deben tener ningún desplazamiento, inclinación o inclinación con respecto al objeto de medición. Por ejemplo, con un desplazamiento del sensor de 1 mm y una inclinación de 2°, el error efectivo es de 35 µm, y con un espesor del objetivo de 10 mm aumenta a 41 µm.
Especialmente en el caso de los sensores de triangulación láser, se debe tener en cuenta la ubicación del punto del haz en la carcasa del sensor. No se debe suponer que dos sensores aparentemente idénticos posicionarán el punto en el mismo lugar. Las carcasas de sensores estándar no suelen ser lo suficientemente precisas para realizar mediciones precisas de espesor a menos que se tome tiempo para alinearlas correctamente. Para ayudar a los clientes a realizar sus propias configuraciones de espesor, el sensor ILD1900 de Micro-Epsilon utiliza una innovadora disposición de montaje de manguito para ajustar el espacio entre puntos de una carcasa a otra.
Cuando tienes dos sensores mirando al mismo objetivo, debes considerar que cada sensor tiene su propio tiempo de ciclo. Si su objetivo vibra o se mueve en el espacio entre los sensores, entonces es muy fácil introducir un error. Considere un objetivo que oscila hacia arriba y hacia abajo 1 mm a 20 Hz (veces por segundo). Una diferencia en el tiempo de captura de 1 ms entre sus sensores equivaldría a un error de 125 µm.
Posicionamiento de los sensores/rango de medición
El siguiente desafío es la posición relativa de los sensores y sus rangos de medición.
Dependiendo de la disposición de los sensores, la posición de los bordes del objetivo debe permanecer dentro del campo de medición. Si los sensores están configurados de manera que las zonas de medición no se superpongan, pueden surgir situaciones en las que un sensor no pueda detectar el objetivo. También se deben considerar las condiciones de "inicio" y "parada" del proceso; por ejemplo, ¿se mantiene el material en tensión en todo momento? Los cambios de velocidad en la línea pueden inducir un movimiento hacia arriba o hacia abajo. ¿La configuración puede capturar estos eventos si es necesario? Idealmente, los rangos de los sensores deberían superponerse y cubrir todo el rango de movimiento del material o al menos controlar el movimiento.
Linealidad
La precisión de un sensor a menudo se denomina linealidad. El valor de linealidad describe la desviación de la curva característica recta ideal. Cada sensor de medición tiene su propia incertidumbre de medición o no linealidad. Esto significa que en cualquier punto dado del rango de medición, la lectura real de un sensor puede variar en un porcentaje de su rango de medición. Por lo tanto, tomar solo dos sensores sin ningún procesamiento adicional significa que es necesario considerar las incertidumbres de ambos sensores con respecto a la precisión que se busca lograr. Por ejemplo, sin ajuste, simplemente mover un objetivo 200 micrones hacia arriba o hacia abajo puede generar errores de 8 micrones. La posición en el rango también tiene el potencial de afectar el valor real. Para solucionar esto, los sensores deben calibrarse juntos como un todo.
Efectos de los cambios térmicos
Incluso cuando los sensores están alineados y sincronizados, aún queda un desafío adicional que puede afectarlo todo: los cambios térmicos. Al medir un espesor objetivo en el espacio libre, la distancia entre el sensor y el sensor opuesto es crítica, ya que es la constante en la que se basa la medición diferencial. Tomando un marco mecánico con un par de sensores y ciclando la temperatura se muestra que el cambio efectivo con solo una oscilación de 5°C es de hasta 20 micrones.
Capacidad del sistema
El desafío final –si se han superado los anteriores o se han aceptado los errores asociados– es demostrar la capacidad. ¿Exactamente cómo verifica o confirma el rendimiento de su solución? Hay dos factores a considerar aquí: la repetibilidad del sistema, es decir, cuánta variabilidad en el sistema de medición es causada por el dispositivo de medición, y la reproducibilidad: cuánta variabilidad es causada por diferentes operadores.
Para obtener más información, visite www.micro-epsilon.co.uk o llame al departamento de ventas de Micro-Epsilon al +44 (0)151 355 6070 o envíe un correo electrónico a info@micro-epsilon.co.uk.