Mantenere lo spessore corretto del materiale è fondamentale nella produzione di precisione. Micro-Epsilon affronta questa sfida, presentando le complessità e le soluzioni per la misurazione dello spessore in linea. Scopri come i loro sensori e sistemi avanzati possono migliorare la precisione e l'efficienza nei processi di produzione.
Quando si seleziona un sistema in-process per misurare lo spessore di film, lastre o fogli, è necessario considerare una serie di sfide, tra cui l'allineamento del sensore, la linearità e gli effetti dei cambiamenti termici, afferma Glenn Wedgbrow, Business Development Manager presso Micro- Epsilon Regno Unito.
Ci sono molte ragioni per cui dobbiamo misurare lo spessore. Tutti i materiali hanno una tolleranza nella produzione, quindi qualsiasi materiale troppo sottile o troppo spesso potrebbe causare problemi più avanti nella linea o presso il sito del cliente finale. Le variazioni di spessore durante la produzione possono indicare l'usura dei componenti, ad esempio, nelle matrici di estrusione o sulle gabbie di laminazione. Il monitoraggio delle tendenze può indicare segnali di allarme precoci.
Il metodo tradizionale per controllare lo spessore consiste spesso nel prelevare un campione di misurazione all'inizio del ciclo di produzione e poi di nuovo alla fine. Ma cosa è successo nel mezzo? Se ritieni che il materiale sia fuori tolleranza, ci sono molti scarti da considerare. Quindi potresti scegliere di effettuare più letture durante il processo. Se questi controlli vengono eseguiti manualmente, spesso richiedono l’arresto della linea di produzione. La maggior parte della variabilità del processo si verifica nelle fasi di "avvio" e "arresto", quindi mantenere una linea in funzione è generalmente fondamentale per migliorare la coerenza. In definitiva, il controllo dello spessore del prodotto durante la produzione garantisce che il cliente finale riceva la qualità del prodotto prevista.
I tipi di materiale target e i processi di produzione utilizzati influiscono tutti sul modo in cui è possibile misurare lo spessore di un prodotto. A volte si basa sulla regolazione di uno spazio su un rullo o sulla regolazione delle matrici in una testa di estrusione. Potrebbe essere liquido versato e polimerizzato come vetro, gomma o metallo. Potrebbe anche essere parte di un processo secondario in cui il materiale di base è già prodotto, ma viene poi combinato con materiali simili o diversi come strati multipli, o anche con fili intrecciati che vengono poi legati, come la fibra di carbonio.
Consideriamo ora alcune delle sfide legate alla misurazione dello spessore.
Misurazioni su un solo lato
Forse la misurazione dello spessore più semplice è una misurazione unilaterale rispetto a una superficie di riferimento o di riferimento. Innanzitutto, il sensore viene azzerato sulla superficie di riferimento e viene inserito il target da misurare. La lettura del sensore viene modificata o spostata dallo spessore del materiale. Ci sono una serie di incertezze con questo metodo. Se il riferimento o il datum si sposta dopo la masterizzazione, la lettura sarà errata. Allo stesso modo, se il target non si posiziona correttamente sulla superficie di riferimento, nella misurazione verrà incluso anche il traferro. Lo stesso problema può verificarsi anche con bersagli inclinati.
Se ci è consentito vedere un obiettivo solo da un lato, dobbiamo considerare se possiamo combinare le tecnologie per consentire misurazioni accurate. Laddove disponiamo di un mix di diversi tipi di materiali, possiamo utilizzare le diverse proprietà dei materiali a nostro vantaggio. Ad esempio, un sensore a correnti parassite in combinazione con un sensore di triangolazione laser può essere utilizzato per misurare lo spessore della pelle spruzzata. Il sensore a correnti parassite misura la distanza dallo stampo di spruzzatura rivestito in nichel e presenta un'apertura al centro attraverso la quale il sensore laser misura la distanza dalla parte spruzzata. I sensori a correnti parassite misurano solo rispetto a target metallici e quindi vedono direttamente attraverso il rivestimento spruzzato non metallico. L'uso di una bobina d'aria nei sensori a correnti parassite di Micro-Epsilon rende possibile questa combinazione, poiché il sensore laser può guardare attraverso il sensore a correnti parassite nello stesso punto di misurazione. Quando vengono sottratti entrambi i segnali, viene misurato lo spessore della pelle spruzzata applicata.
Un'altra combinazione di sensori molto utilizzata si ottiene con sensori a corrente parassita e capacitivi per materiali non metallici che passano su un rullo. Il movimento del rullo metallico viene considerato dal sensore a correnti parassite e il sensore capacitivo misura lo spessore del materiale o del rivestimento.
Misurazioni su un solo lato – Caso speciale
Se il target è trasparente è possibile effettuare una misura assoluta dello spessore del materiale da un lato utilizzando un solo sensore con Interferometro o confocale la tecnologia.
L'uso della rifrazione della luce crea "bordi" o segnali di ritorno che indicano la transizione tra l'aria e il materiale. Conoscere l'indice di rifrazione di un materiale consente la misurazione accurata dello spessore del materiale a condizione che rimanga all'interno del campo di misurazione o di lavoro del sensore.
Misurazione da entrambi i lati
Se la misurazione su un solo lato non è adatta o le sfide non possono essere superate, in molti casi i clienti vogliono conoscere il vero spessore del materiale misurando il materiale nello "spazio libero", il che richiede di avere spazio su entrambi i lati del materiale in modo che una misurazione può essere preso da entrambe le superfici.
Quando si considera questa configurazione, ci sono una serie di sfide che devono essere considerate e superate o accettate.
Allineamento del sensore
I sensori devono essere posizionati in modo che i punti di misurazione coincidano "attraverso" l'intero campo di misurazione del sensore. Non devono esserci spostamenti, inclinazioni o inclinazioni dei sensori rispetto all'oggetto da misurare. Ad esempio, con un offset del sensore di 1 mm e un'inclinazione di 2°, l'errore effettivo è pari a 35 µm e con uno spessore del target di 10 mm aumenta a 41 µm.
In particolare nei sensori a triangolazione laser è necessario prestare attenzione alla posizione del punto del raggio rispetto all'alloggiamento del sensore. Non si deve dare per scontato che due sensori apparentemente identici posizionino lo spot nello stesso posto. Gli alloggiamenti dei sensori standard di solito non sono sufficientemente precisi per misurazioni precise dello spessore a meno che non venga impiegato del tempo per allinearli correttamente. Per aiutare i clienti a realizzare le proprie configurazioni di spessore, il sensore ILD1900 di Micro-Epsilon utilizza un'innovativa disposizione di montaggio a manicotto per ridurre la spaziatura del punto da alloggiamento a alloggiamento.
Quando si hanno due sensori che guardano lo stesso target, è necessario considerare che ciascun sensore ha il proprio tempo di ciclo. Se il tuo bersaglio vibra o si muove nello spazio tra i sensori, è molto facile introdurre un errore. Considera un bersaglio che oscilla su e giù di 1 mm a 20 Hz (volte al secondo). Una differenza nel tempo di acquisizione di 1 ms tra i sensori equivarrebbe a un errore di 125 µm.
Posizionamento dei sensori/campo di misura
La prossima sfida è la posizione relativa dei sensori e i loro campi di misura.
A seconda della disposizione dei sensori, la posizione dei bordi del target deve rimanere all'interno del campo di misurazione. Se i sensori sono impostati in modo che le zone di misurazione non si sovrappongano, possono verificarsi situazioni in cui un sensore potrebbe non vedere il bersaglio. Dovrebbero essere prese in considerazione anche le condizioni di "avvio" e "arresto" del processo, ad esempio: il materiale è sempre mantenuto in tensione? I cambiamenti di velocità nella linea possono indurre un movimento verso l'alto o verso il basso. La configurazione è in grado di acquisire questi eventi, se necessario? Idealmente, le portate dei sensori dovrebbero sovrapporsi e coprire l'intera gamma di movimento del materiale o almeno controllare il movimento.
Linearità
La precisione di un sensore viene spesso definita linearità. Il valore di linearità descrive la deviazione dalla curva caratteristica diritta ideale. Ogni sensore di misura ha la propria incertezza di misura, o non linearità. Ciò significa che in qualsiasi punto del campo di misura la lettura effettiva di un sensore può variare di una percentuale del suo campo di misura. Pertanto, prendere solo due sensori senza alcuna elaborazione aggiuntiva significa che è necessario considerare le incertezze di entrambi i sensori rispetto alla precisione che si vuole ottenere. Ad esempio, senza alcuna regolazione, il semplice spostamento di un target di 200 micron verso l'alto o verso il basso può provocare errori di 8 micron. Anche la posizione nell'intervallo può influenzare il valore reale. Per risolvere questo problema, i sensori devono essere calibrati insieme nel loro insieme.
Effetti dei cambiamenti termici
Anche quando i sensori sono stati allineati e sincronizzati, c’è ancora un’ulteriore sfida che può influenzare tutto: i cambiamenti termici. Quando si misura lo spessore di un target nello spazio libero, la distanza tra il sensore e il sensore opposto è fondamentale, poiché questa è la costante su cui si basa la misurazione differenziale. Prendendo un telaio meccanico con una coppia di sensori e facendo scorrere la temperatura si mostra che il cambiamento effettivo con un'oscillazione di soli 5°C arriva fino a 20 micron.
Capacità di sistema
La sfida finale – se le precedenti sono state superate o gli errori associati sono stati accettati – è dimostrarne la capacità. Esattamente come controlli o confermi le prestazioni della tua soluzione? Ci sono due fattori da considerare qui: la ripetibilità del sistema, cioè quanta variabilità nel sistema di misura è causata dal dispositivo di misura, e la riproducibilità – quanta variabilità è causata da diversi operatori.
Per ulteriori informazioni, visitare www.micro-epsilon.co.uk o chiamare il reparto vendite Micro-Epsilon al numero +44 (0)151 355 6070 o inviare un'e-mail a info@micro-epsilon.co.uk.