Le maintien d’une épaisseur de matériau correcte est essentiel dans la fabrication de précision. Micro-Epsilon relève ce défi en présentant les complexités et les solutions de la mesure d'épaisseur en ligne. Découvrez comment leurs capteurs et systèmes avancés peuvent améliorer la précision et l’efficacité des processus de production.
Lors de la sélection d'un système en cours de processus pour mesurer l'épaisseur d'un film, d'une plaque ou d'un matériau en feuille, un certain nombre de défis doivent être pris en compte, notamment l'alignement du capteur, la linéarité et les effets des changements thermiques, explique Glenn Wedgbrow, responsable du développement commercial chez Micro- Epsilon Royaume-Uni.
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles nous devons mesurer l’épaisseur. Tous les matériaux ont une tolérance en production, de sorte que tout matériau trop fin ou trop épais pourrait causer un problème plus tard ou sur le site du client final. Les changements d'épaisseur au cours de la production peuvent indiquer l'usure des composants, par exemple dans les filières d'extrusion ou sur les cages de laminage. Les tendances de surveillance peuvent révéler des signes avant-coureurs.
La méthode traditionnelle de contrôle de l'épaisseur consiste souvent à prélever un échantillon de mesure dès le début du cycle de production, puis à nouveau à la fin. Mais que s’est-il passé au milieu ? Si vous constatez que le matériau est hors tolérance, cela représente beaucoup de rebuts à considérer. Vous pourriez donc choisir de faire davantage de lectures au cours du processus. Si ces contrôles sont effectués manuellement, ils nécessitent souvent l'arrêt de la chaîne de production. La plupart des variations de processus surviennent dans les phases de « démarrage » et « d'arrêt », de sorte que le maintien d'une ligne en fonctionnement est généralement essentiel pour améliorer la cohérence. En fin de compte, vérifier l'épaisseur du produit au fur et à mesure de sa production garantit que le client final reçoit la qualité de produit attendue.
Les types de matériaux cibles et les processus de production utilisés ont tous une incidence sur la manière dont l'épaisseur d'un produit peut être mesurée. Parfois, cela repose sur le réglage d'un espace sur un rouleau ou sur le réglage de filières dans une tête d'extrusion. Il peut s'agir d'un liquide versé et durci, comme du verre, du caoutchouc ou du métal. Il pourrait également faire partie d'un processus secondaire dans lequel le matériau de base est déjà produit, mais est ensuite combiné avec des matériaux similaires ou différents sous forme de couches multiples, ou même de brins tissés qui sont ensuite liés, comme la fibre de carbone.
Examinons maintenant certains des défis liés à la mesure de l'épaisseur.
Mesures unilatérales
La mesure d’épaisseur la plus simple est peut-être une mesure unilatérale par rapport à une surface de référence ou de référence. Tout d'abord, le capteur est mis à zéro sur la surface de référence et la cible à mesurer est insérée. La lecture du capteur est modifiée ou déplacée en fonction de l'épaisseur du matériau. Il existe un certain nombre d'incertitudes concernant cette méthode. Si la référence ou la donnée bouge après la maîtrise, la lecture sera incorrecte. De même, si la cible ne repose pas correctement sur la surface de référence, l'entrefer sera également inclus dans la mesure. Le même problème peut également se produire avec des cibles inclinées.
Si nous ne sommes autorisés à visualiser une cible que d’un seul côté, nous devons réfléchir à la possibilité de combiner les technologies pour permettre des mesures précises. Lorsque nous mélangeons différents types de matériaux, nous pouvons utiliser ces différentes propriétés à notre avantage. Par exemple, un capteur à courants de Foucault associé à un capteur à triangulation laser peut être utilisé pour mesurer l’épaisseur de la peau pulvérisée. Le capteur à courants de Foucault mesure la distance jusqu'au moule de pulvérisation recouvert de nickel et possède une ouverture au centre à travers laquelle le capteur laser mesure la distance jusqu'à la pièce pulvérisée. Les capteurs à courants de Foucault mesurent uniquement sur des cibles métalliques et voient donc directement à travers le revêtement non métallique pulvérisé. L'utilisation d'une bobine d'air dans les capteurs à courants de Foucault de Micro-Epsilon rend cette combinaison possible, car le capteur laser peut regarder à travers le capteur à courants de Foucault au même point de mesure. Lorsque les deux signaux sont soustraits, l’épaisseur de la peau pulvérisée appliquée est mesurée.
Une autre combinaison de capteurs bien utilisée est obtenue avec des capteurs à courants de Foucault et capacitifs pour les matériaux non métalliques passant sur un rouleau. Le mouvement du rouleau métallique est pris en compte par le capteur à courants de Foucault et le capteur capacitif mesure l'épaisseur du matériau ou du revêtement.
Mesures unilatérales – Cas particulier
Si la cible est transparente, il est possible de faire une mesure absolue de l'épaisseur du matériau d'un côté en utilisant un seul capteur avec interféromètre ou confocal. sans souci.
L'utilisation de la réfraction de la lumière crée des « bords » ou des signaux de retour qui indiquent la transition entre l'air et le matériau. Connaître l'indice de réfraction d'un matériau permet de mesurer avec précision l'épaisseur du matériau à condition qu'elle reste dans la plage de mesure ou de travail du capteur.
Mesurer des deux côtés
Si la mesure sur un seul côté ne convient pas ou si les défis ne peuvent pas être surmontés, dans de nombreux cas, les clients souhaitent connaître l'épaisseur réelle du matériau en mesurant le matériau dans un « espace libre », ce qui nécessite de disposer d'un espace des deux côtés du matériau pour qu'une mesure peut être prélevé sur les deux surfaces.
Lorsque l’on considère cette configuration, un certain nombre de défis doivent être pris en compte et soit surmontés, soit acceptés.
Alignement du capteur
Les capteurs doivent être positionnés de manière à ce que les points de mesure coïncident « sur » toute la plage de mesure du capteur. Il ne doit y avoir aucun décalage, inclinaison ou inclinaison des capteurs par rapport à l'objet de mesure. Par exemple, avec un décalage du capteur de 1 mm et une inclinaison de 2°, l'erreur effective est égale à 35 µm, et pour une épaisseur cible de 10 mm, elle passe à 41 µm.
En particulier avec les capteurs à triangulation laser, l'emplacement du spot du faisceau par rapport au boîtier du capteur doit être noté. Il ne faut pas présumer que deux capteurs apparemment identiques positionneront le spot au même endroit. Les boîtiers de capteurs standard ne sont généralement pas assez précis pour des mesures d'épaisseur précises, à moins que l'on prenne le temps de les aligner correctement. Pour aider les clients à réaliser leurs propres configurations d'épaisseur, le capteur ILD1900 de Micro-Epsilon utilise un agencement de montage de manchon innovant pour resserrer l'espacement des points d'un boîtier à l'autre.
Lorsque vous avez deux capteurs qui regardent la même cible, vous devez considérer que chaque capteur a son propre temps de cycle. Si votre cible vibre ou se déplace dans l'espace entre les capteurs, il est alors très facile d'introduire une erreur. Considérons une cible oscillant de haut en bas de 1 mm à 20 Hz (fois par seconde). Une différence de temps de capture de 1 ms entre vos capteurs équivaudrait à une erreur de 125 µm.
Positionnement des capteurs/plage de mesure
Le prochain défi réside dans la position relative des capteurs et leurs plages de mesure.
Selon la disposition des capteurs, la position des bords cibles doit rester dans le champ de mesure. Si les capteurs sont réglés de manière à ce que les zones de mesure ne se chevauchent pas, des situations peuvent survenir dans lesquelles un capteur ne voit pas la cible. Il convient également de prendre en compte les conditions de « démarrage » et d'« arrêt » du processus : par exemple, le matériau est-il maintenu en tension à tout moment ? Les changements de vitesse dans la ligne peuvent induire un mouvement vers le haut ou vers le bas. La configuration est-elle capable de capturer ces événements si nécessaire ? Idéalement, les plages de capteurs devraient se chevaucher et couvrir toute la plage de mouvement du matériau ou au moins contrôler le mouvement.
Linéarité
La précision d’un capteur est souvent appelée sa linéarité. La valeur de linéarité décrit l'écart par rapport à la courbe caractéristique droite idéale. Chaque capteur de mesure possède sa propre incertitude de mesure, ou non-linéarité. Cela signifie qu'à tout moment de la plage de mesure, la lecture réelle d'un capteur peut varier d'un pourcentage de sa plage de mesure. Ainsi, prendre seulement deux capteurs sans aucun traitement supplémentaire signifie que les incertitudes des deux capteurs doivent être prises en compte par rapport à la précision recherchée. Par exemple, sans ajustement, le simple fait de déplacer une cible de 200 microns vers le haut ou vers le bas peut entraîner des erreurs de 8 microns. La position dans la fourchette peut également affecter la valeur réelle. Pour résoudre ce problème, les capteurs doivent être calibrés ensemble dans leur ensemble.
Effets des changements thermiques
Même lorsque les capteurs ont été alignés et synchronisés, il reste un autre défi qui peut tout affecter : les changements thermiques. Lors de la mesure d'une épaisseur cible dans un espace libre, l'écart entre le capteur et le capteur opposé est critique, car c'est la constante sur laquelle est basée la mesure différentielle. En prenant un cadre mécanique avec une paire de capteurs et en faisant varier la température, on montre que le changement effectif avec seulement une variation de 5°C peut atteindre 20 microns.
Capacité du système
Le dernier défi – si les précédents ont été surmontés ou si les erreurs associées ont été acceptées – est de prouver la capacité. Comment vérifier ou confirmer exactement les performances de votre solution ? Il y a deux facteurs à considérer ici : la répétabilité du système, c'est-à-dire le degré de variabilité du système de mesure provoqué par l'appareil de mesure, et la reproductibilité, c'est-à-dire le degré de variabilité provoqué par les différents opérateurs.
Pour plus d'informations, veuillez visiter www.micro-epsilon.co.uk ou appeler le service commercial Micro-Epsilon au +44 (0)151 355 6070 ou envoyer un e-mail à info@micro-epsilon.co.uk.