正確な材料の厚さを維持することは、精密製造において非常に重要です。 Micro-Epsilon はこの課題に対処し、インライン厚さ測定の複雑さとソリューションを提供します。同社の高度なセンサーとシステムが生産プロセスの精度と効率をどのように向上させるかをご覧ください。
フィルム、プレート、またはシート材料の厚さを測定するためのインプロセス システムを選択する場合、センサーの位置合わせ、直線性、熱変化の影響など、多くの課題を考慮する必要があると、マイクロ社のビジネス開発マネージャーのグレン ウェッジブロウ氏は述べています。イプシロン英国。
厚さを測定する必要がある理由はたくさんあります。すべての材料には製造時の公差があるため、材料が薄すぎたり厚すぎたりすると、後々、または最終顧客のサイトで問題が発生する可能性があります。製造中の厚さの変化は、押出ダイや圧延スタンドなどのコンポーネントの摩耗を示している可能性があります。傾向を監視すると、早期の警告サインを示すことができます。
厚さをチェックする従来の方法は、多くの場合、生産の開始時に測定サンプルを採取し、最後に再度測定サンプルを採取します。しかし、途中で何が起こったのでしょうか？材料が許容範囲外であることが判明した場合は、大量のスクラップを考慮する必要があります。したがって、プロセス中にさらに読み取りを行うことを選択することもできます。これらのチェックを手動で行う場合、多くの場合、生産ラインを停止する必要があります。プロセスの変動のほとんどは「開始」フェーズと「停止」フェーズで発生するため、一般にラインの稼働を維持することが一貫性を向上させる鍵となります。最終的には、製造時に製品の厚さをチェックすることで、最終顧客が期待される品質の製品を確実に受け取ることができます。
対象となる材料の種類と使用される製造プロセスはすべて、製品の厚さを測定する方法に影響します。場合によっては、ローラーのギャップの設定や押出ヘッドのダイの調整に基づいて行われることもあります。ガラス、ゴム、金属などの液体を注いで硬化させることができます。また、基本的な材料がすでに製造されている二次プロセスの一部である可能性もありますが、その後、類似または異なる材料と複数の層として組み合わせたり、カーボンファイバーなどの織ったストランドを結合したりすることもあります。
ここで、厚さを測定する際のいくつかの課題について考えてみましょう。
片面測定
おそらく最も単純な厚さ測定は、基準面またはデータム面に対する片面測定です。まず、センサーを基準面にゼロ調整し、測定対象を挿入します。センサーの読み取り値は、材料の厚さによって変化またはずれます。この方法には多くの不確実性があります。マスタリング後に基準やデータムが動くと、読み取りが不正確になります。同様に、ターゲットが基準面に正しく配置されていない場合、エアギャップも測定に含まれます。同じ問題は、傾いたターゲットでも発生する可能性があります。
ターゲットを片側からしか見ることができない場合、正確な測定を可能にするテクノロジーを組み合わせることができるかどうかを検討する必要があります。異なる種類の材料が混在している場合、それらの異なる材料特性を有利に利用できます。たとえば、渦電流センサーとレーザー三角測量センサーを組み合わせて、スプレーされた皮膚の厚さを測定することができます。渦電流センサーはニッケルコーティングされたスプレー金型までの距離を測定し、中央に開口部があり、レーザーセンサーがスプレー部分までの距離を測定します。渦電流センサーは金属ターゲットのみを測定するため、非金属溶射コーティングを直接見ることができます。 Micro-Epsilon の渦電流センサーでエア コイルを使用すると、レーザー センサーが同じ測定点で渦電流センサーを通して見ることができるため、この組み合わせが可能になります。両方の信号が差し引かれると、適用されたスプレー皮膜の厚さが測定されます。
もう 1 つのよく使用されるセンサーの組み合わせは、ローラー上を通過する非金属材料用の渦電流センサーと静電容量センサーを使用して実現されます。金属ローラーの動きは渦電流センサーによって考慮され、静電容量センサーは材料またはコーティングの厚さを測定します。
片面測定 - 特殊なケース
ターゲットが透明な場合、干渉計または共焦点を備えたセンサーを 1 つだけ使用して、片面から材料の厚さを絶対測定することができます。 テクノロジー.
光の屈折を利用すると、空気と物質の間の遷移を示す「エッジ」またはリターン信号が作成されます。材料の屈折率がわかれば、材料の厚さがセンサーの測定範囲または動作範囲内にある限り、材料の厚さを正確に測定できます。
両側から測定する
片面測定が適切でない場合、または課題を克服できない場合、多くの場合、顧客は「自由空間」で材料を測定することによって材料の真の厚さを知りたいと考えます。そのためには、測定を容易にするために材料の両側にスペースが必要です。両面から採取可能です。
この設定を検討する場合、考慮し、克服するか受け入れなければならない課題が数多くあります。
センサーの配置
センサーは、測定スポットがセンサーの測定範囲全体に一致するように配置する必要があります。測定対象物に対するセンサーのオフセット、傾き、傾きがあってはなりません。たとえば、センサーのオフセットが 1 mm、傾きが 2°の場合、実効誤差は 35 µm に等しく、10 mm ではターゲットの厚さは 41 µm に増加します。
特にレーザー三角測量センサーの場合、センサーハウジングに対するビームスポットの位置に注意する必要があります。 1900 つの一見同一のセンサーが同じ場所にスポットを配置すると想定すべきではありません。標準的なセンサーハウジングは、時間をかけて正確に位置合わせしない限り、通常、精密な厚さ測定を行うのに十分な精度がありません。お客様が独自の厚さ設定を行えるよう、Micro-Epsilon の ILDXNUMX センサーは革新的なスリーブ取り付け配置を使用して、ハウジング間のスポット間隔を狭めます。
1 つのセンサーが同じターゲットを監視している場合、各センサーには独自のサイクル タイムがあることを考慮する必要があります。ターゲットがセンサー間の隙間で振動したり動いたりすると、エラーが発生しやすくなります。 20Hz (1 秒間に 125 回) で XNUMXmm 上下に振動するターゲットを考えてみましょう。センサー間のキャプチャ時間の XNUMXms の差は、XNUMXµm の誤差に相当します。
センサーの配置・測定範囲
次の課題は、センサーの相対位置とその測定範囲です。
センサーの配置方法に応じて、ターゲットのエッジの位置が測定フィールド内に収まる必要があります。測定ゾーンが重ならないようにセンサーが設定されている場合、1 つのセンサーがターゲットを認識できない状況が発生する可能性があります。プロセスの「開始」と「停止」の条件も考慮する必要があります。たとえば、材料は常に張力を維持しているかどうかなどです。ラインの速度の変化は、上向きまたは下向きの動きを引き起こす可能性があります。セットアップは必要に応じてこれらのイベントをキャプチャできますか?理想的には、センサー範囲が重なって材料の動きの全範囲をカバーするか、少なくとも動きを制御する必要があります。
直線性
センサーの精度は、多くの場合、その直線性と呼ばれます。直線性の値は、理想的な直線の特性曲線からの偏差を表します。各測定センサーには、独自の測定の不確かさ、つまり非線形性があります。これは、測定範囲内の任意の点で、センサーからの実際の読み取り値が測定範囲のパーセンテージだけ変動する可能性があることを意味します。したがって、追加の処理を行わずに 200 つのセンサーだけを使用するということは、達成したい精度に関して両方のセンサーの不確実性を考慮する必要があることを意味します。たとえば、調整を行わずにターゲットを 8 ミクロン上下に移動させるだけで、XNUMX ミクロンの誤差が生じる可能性があります。範囲内の位置も真の値に影響を与える可能性があります。これを解決するには、センサーを全体として一緒に校正する必要があります。
熱変化の影響
センサーが調整され同期したとしても、すべてに影響を与える可能性のあるさらなる課題、つまり熱変化がまだあります。自由空間でターゲットの厚さを測定する場合、センサーと反対側のセンサー間のギャップは差動測定の基礎となる定数であるため、重要です。一対のセンサーを備えた機械フレームを使用して温度を循環させると、わずか 5°C の変動で実効変化が最大 20 ミクロンであることがわかります。
システム機能
最後の課題は、以前の課題が克服された場合、または関連するエラーが受け入れられた場合に、その能力を証明することです。ソリューションのパフォーマンスを正確にチェックまたは確認するにはどうすればよいでしょうか?ここで考慮すべき要素は 2 つあります。システムの再現性、つまり測定装置によって測定システムにどの程度のばらつきが生じるのか、もう 1 つは再現性、つまりオペレータの違いによってどの程度のばらつきが生じるのかです。
詳細については、www.micro-epsilon.co.uk にアクセスするか、Micro-Epsilon 営業部門 +44 (0)151 355 6070 に電話するか、電子メール info@micro-epsilon.co.uk をご覧ください。