שמירה על עובי חומר נכון היא קריטית בייצור מדויק. Micro-Epsilon נותנת מענה לאתגר זה, ומציגה את המורכבות והפתרונות למדידת עובי מוטבעת. גלה כיצד החיישנים והמערכות המתקדמים שלהם יכולים לשפר את הדיוק והיעילות בתהליכי הייצור.
בעת בחירת מערכת בתהליך למדידת עובי של חומרי סרט, צלחת או יריעות, יש לקחת בחשבון מספר אתגרים, כולל יישור חיישנים, ליניאריות והשפעות של שינויים תרמיים, אומר גלן ודג'ברו, מנהל פיתוח עסקי במיקרו- אפסילון בריטניה.
ישנן סיבות רבות מדוע עלינו למדוד עובי. לכל החומרים יש סבילות בייצור, כך שכל חומר דליל או עבה מדי עלול לגרום לבעיה בהמשך הקו או באתר הלקוח הסופי. שינויים בעובי במהלך הייצור יכולים להצביע על בלאי של רכיבים, למשל, במות אקסטרוזיה או במעמדים מתגלגלים. מגמות ניטור יכולות להצביע על סימני אזהרה מוקדמים.
השיטה המסורתית לבדיקת עובי היא לרוב לקחת דגימת מדידה מתחילת הפעלת הייצור ואז שוב בסוף. אבל מה קרה באמצע? אם אתה מוצא שהחומר אינו סובלני, יש לקחת בחשבון הרבה גרוטאות. אז אולי תבחר לבצע קריאות נוספות במהלך התהליך. אם בדיקות אלה נעשות באופן ידני, לעתים קרובות הן מחייבות את הפסקת קו הייצור. רוב השונות בתהליך יגיע בשלבי 'התחלה' ו'עצירה', כך ששמירה על קו פועל היא בדרך כלל המפתח לשיפור העקביות. בסופו של דבר, בדיקת עובי המוצר כפי שהוא מיוצר מבטיחה שהלקוח הסופי יקבל את איכות המוצר המצופה.
סוגי חומרי היעד ותהליכי הייצור בהם נעשה שימוש כולם משפיעים על האופן שבו ניתן למדוד את העובי של המוצר. לפעמים זה מבוסס על הגדרת מרווח על רולר או התאמה של מתות בראש שחול. זה יכול להיות נשפך ונרפא כמו זכוכית, גומי או מתכת. זה יכול להיות גם חלק מתהליך משני שבו החומר הבסיסי כבר מיוצר, אך לאחר מכן משולב עם חומרים דומים או שונים כשכבות מרובות, או אפילו גדילים ארוגים שנקשרים לאחר מכן כמו סיבי פחמן.
הבה נשקול כעת כמה מהאתגרים של מדידת עובי.
מדידות חד צדדיות
אולי מדידת העובי הפשוטה ביותר היא מדידה חד-צדדית מול משטח התייחסות או נתון. ראשית, החיישן מאופס על פני הנתון והיעד שיש למדוד מוכנס. קריאת החיישן משתנה או נעקרה על ידי עובי החומר. ישנן מספר אי ודאות בשיטה זו. אם ההתייחסות או הנתונים זזים לאחר מאסטרינג, הקריאה תהיה שגויה. באופן דומה, אם המטרה לא יושבת נכון על משטח הדאטום, גם מרווח האוויר ייכלל במדידה. אותה בעיה יכולה להתרחש גם עם מטרות מוטות.
אם מותר לנו לראות מטרה רק מצד אחד, עלינו לשקול אם נוכל לשלב טכנולוגיות כדי לאפשר מדידות מדויקות. כאשר יש לנו שילוב של סוגי חומרים שונים, אנו יכולים לנצל את תכונות החומר השונות הללו לטובתנו. לדוגמה, ניתן להשתמש בחיישן זרם מערבולת בשילוב עם חיישן משולש לייזר למדידת עובי העור המרוסס. חיישן זרם המערבולת מודד את המרחק לתבנית ההתזה המצופה ניקל ובמרכזו פתח שדרכו מודד חיישן הלייזר את המרחק לחלק המותס. חיישני זרם מערבולת מודדים רק כנגד מטרות מתכתיות ולכן רואים ישר דרך הציפוי המרוסס הלא מתכתי. השימוש בסליל אוויר בחיישני זרם מערבולת מבית Micro-Epsilon מאפשר את השילוב הזה, שכן חיישן הלייזר יכול להסתכל דרך חיישן זרם המערבולת באותה נקודת מדידה. כאשר שני האותות מופחתים, נמדד עובי העור המרוסס.
שילוב חיישן נוסף בשימוש טוב מושג עם חיישני זרם מערבולת וחיישנים קיבוליים עבור חומרים לא מתכתיים העוברים מעל רולר. תנועה של רולר המתכת נחשבת על ידי חיישן זרם המערבולת והחיישן הקיבולי מודד את עובי החומר או הציפוי.
מידות חד צדדיות - מארז מיוחד
אם המטרה שקופה, ניתן לבצע מדידה מוחלטת של עובי החומר מצד אחד באמצעות חיישן אחד בלבד עם אינטרפרומטר או קונפוקל טֶכנוֹלוֹגִיָה.
השימוש בשבירת האור יוצר 'קצוות' או אותות חוזרים המעידים על המעבר בין האוויר לחומר. הכרת מקדם השבירה של חומר מאפשרת מדידה מדויקת של עובי החומר בתנאי שהוא נשאר בטווח המדידה או העבודה של החיישן.
מדידה משני הצדדים
אם מדידה חד-צדדית אינה מתאימה או שלא ניתן להתגבר על האתגרים, במקרים רבים לקוחות רוצים לדעת את עובי החומר האמיתי על ידי מדידת החומר ב'מקום פנוי', מה שמצריך מקום משני צידי החומר כך שמדידה ניתן לקחת משני המשטחים.
כאשר אתה שוקל את ההגדרה הזו, יש מספר אתגרים שיש לשקול ולהתגבר עליהם או לקבל אותם.
יישור חיישן
החיישנים חייבים להיות ממוקמים כך שנקודות המדידה חופפות 'דרך' לכל טווח המדידה של החיישן. לא צריך להיות היסט, הטיה או נטייה של החיישנים ביחס לאובייקט המדידה. לדוגמה, עם היסט חיישן של 1 מ"מ ונטייה של 2°, השגיאה האפקטיבית שווה ל-35 מיקרומטר, ובעובי המטרה של 10 מ"מ גדל ל-41 מיקרומטר.
במיוחד עם חיישני טריאנגולציה בלייזר, יש לשים לב למיקום נקודת הקרן לבית החיישן. אין להניח ששני חיישנים זהים לכאורה ימקמו את הנקודה באותו מקום. בתי חיישן סטנדרטיים בדרך כלל אינם מדויקים מספיק למדידת עובי מדויקת, אלא אם כן לוקח זמן ליישור אותם כראוי. כדי לעזור ללקוחות לבצע הגדרות עובי משלהם, חיישן ILD1900 מבית Micro-Epsilon משתמש בסידור הרכבה חדשני של שרוול כדי להדק את מרווח הנקודה מבית לבית.
כאשר יש לך שני חיישנים שמסתכלים על אותה מטרה, עליך לקחת בחשבון שלכל חיישן יש זמן מחזור משלו. אם המטרה שלך רוטטת או נעה ברווח בין החיישנים אז קל מאוד להציג שגיאה. שקול מטרה שמתנדנדת למעלה ולמטה ב-1 מ"מ ב-20 הרץ (פעמים בשנייה). הבדל בזמן הלכידה של 1ms בין החיישנים שלך ישווה לשגיאה של 125 מיקרומטר.
מיקום החיישנים/טווח מדידה
האתגר הבא הוא המיקום היחסי של החיישנים וטווחי המדידה שלהם.
בהתאם לאופן סידור החיישנים, המיקום של קצוות המטרה חייב להישאר בתוך שדה המדידה. אם החיישנים מוגדרים כך שאזורי המדידה אינם חופפים, אז יכולים להיווצר מצבים שבהם חיישן אחד עלול לא לראות את המטרה. יש לתת את הדעת גם על תנאי 'התחלה' ו'עצירה' של תהליך, למשל, האם החומר מוחזק במתח כל הזמן? שינויי מהירות בקו יכולים לגרום לתנועה כלפי מעלה או מטה. האם ההגדרה מסוגלת ללכוד אירועים אלה במידת הצורך? באופן אידיאלי, טווחי החיישנים צריכים לחפוף ולכסות את כל טווח תנועת החומר או לפחות לשלוט בתנועה.
לינאריות
הדיוק של חיישן מכונה לעתים קרובות הליניאריות שלו. ערך הליניאריות מתאר את הסטייה מהעקומה האידיאלית והמאפיין הישר. לכל חיישן מדידה יש אי ודאות מדידה משלו, או אי-לינאריות. המשמעות היא שבכל נקודה נתונה בטווח המדידה הקריאה בפועל מחיישן יכולה להשתנות באחוז מטווח המדידה שלו. אז נטילת שני חיישנים בלבד ללא כל עיבוד נוסף פירושה שיש להתחשב באי הוודאות של שני החיישנים ביחס לדיוק הנצפה להשיג. לדוגמה, ללא התאמה, רק הזזת מטרה ב-200 מיקרון למעלה או למטה יכולה לגרום לשגיאות של 8 מיקרון. למיקום בטווח יש גם פוטנציאל להשפיע על הערך האמיתי. כדי לפתור זאת, יש לכייל את החיישנים יחד כמכלול.
השפעות של שינויים תרמיים
גם כאשר החיישנים מיושרים וסונכרנו, עדיין יש אתגר נוסף שיכול להשפיע על הכל - שינויים תרמיים. כאשר מודדים עובי מטרה בשטח פנוי, הפער בין החיישן לחיישן הנגדי הוא קריטי, שכן זהו הקבוע שעליו מבוססת המדידה הדיפרנציאלית. נטילת מסגרת מכאנית עם זוג חיישנים וסיבוב הטמפרטורה מראה שהשינוי האפקטיבי עם תנופה של 5°C בלבד הוא עד 20 מיקרון.
יכולת מערכת
האתגר האחרון - אם התגברו על הקודמות או שהטעויות הקשורות התקבלו - הוא להוכיח את היכולת. איך בדיוק אתה בודק או מאשר את הביצועים של הפתרון שלך? ישנם שני גורמים שיש לקחת בחשבון כאן: יכולת החזרה של המערכת, כלומר כמה שונות במערכת המדידה נגרמת על ידי מכשיר המדידה, ושחזור - כמה שונות נגרמת על ידי מפעילים שונים.
למידע נוסף, בקר בכתובת www.micro-epsilon.co.uk או התקשר למחלקת המכירות של Micro-Epsilon בטלפון +44 (0)151 355 6070 או דוא"ל info@micro-epsilon.co.uk.