Het handhaven van de juiste materiaaldikte is van cruciaal belang bij precisieproductie. Micro-Epsilon gaat deze uitdaging aan en presenteert de complexiteit en oplossingen voor inline diktemetingen. Ontdek hoe hun geavanceerde sensoren en systemen de nauwkeurigheid en efficiëntie in productieprocessen kunnen verbeteren.
Bij het selecteren van een in-processysteem voor het meten van de dikte van film-, plaat- of plaatmaterialen moet rekening worden gehouden met een aantal uitdagingen, waaronder de uitlijning van de sensoren, lineariteit en de effecten van thermische veranderingen, zegt Glenn Wedgbrow, Business Development Manager bij Micro- Epsilon VK.
Er zijn veel redenen waarom we de dikte moeten meten. Alle materialen hebben een tolerantie in de productie, dus materialen die te dun of te dik zijn, kunnen verderop in de productielijn of bij de eindklant een probleem veroorzaken. Veranderingen in de dikte tijdens de productie kunnen duiden op slijtage van onderdelen, bijvoorbeeld in extrusiematrijzen of op rolstellingen. Het monitoren van trends kan wijzen op vroege waarschuwingssignalen.
De traditionele methode om de dikte te controleren is vaak het nemen van een meetmonster vanaf het begin van de productierun en vervolgens opnieuw aan het einde. Maar wat gebeurde er in het midden? Als je merkt dat het materiaal buiten de tolerantie valt, is dat een hoop afval om te overwegen. U kunt er dus voor kiezen om tijdens het proces meer metingen uit te voeren. Als deze controles handmatig worden uitgevoerd, is het vaak nodig dat de productielijn stopt. De meeste procesvariabiliteit treedt op in de 'start'- en 'stop'-fase, dus het draaiende houden van een lijn is over het algemeen de sleutel tot het verbeteren van de consistentie. Uiteindelijk zorgt het controleren van de productdikte tijdens de productie ervoor dat de eindklant de verwachte productkwaliteit ontvangt.
Doelmateriaalsoorten en de gebruikte productieprocessen hebben allemaal invloed op hoe de dikte van een product kan worden gemeten. Soms berust het op het instellen van een spleet op een rol of het afstellen van matrijzen in een extrusiekop. Het kan vloeibaar zijn en uitgehard, zoals glas, rubber of metaal. Het kan ook onderdeel zijn van een secundair proces waarbij het basismateriaal al wordt geproduceerd, maar vervolgens wordt gecombineerd met vergelijkbare of verschillende materialen in de vorm van meerdere lagen, of zelfs geweven strengen die vervolgens worden verbonden zoals koolstofvezel.
Laten we nu eens kijken naar enkele van de uitdagingen bij het meten van dikte.
Enkelzijdige metingen
Misschien wel de eenvoudigste diktemeting is een enkelzijdige meting tegen een referentie- of referentievlak. Eerst wordt de sensor op nul gezet op het referentieoppervlak en wordt het te meten doel ingevoegd. De uitlezing van de sensor wordt veranderd of verplaatst door de materiaaldikte. Er zijn een aantal onzekerheden bij deze methode. Als de referentie of het nulpunt na het masteren beweegt, zal de uitlezing onjuist zijn. Op dezelfde manier zal, als het doel niet correct op het referentieoppervlak zit, de luchtspleet ook in de meting worden opgenomen. Hetzelfde probleem kan ook optreden bij gekantelde doelen.
Als we een doel maar van één kant mogen bekijken, moeten we overwegen of we technologieën kunnen combineren om nauwkeurige metingen mogelijk te maken. Waar we een mix van verschillende materiaalsoorten hebben, kunnen we die verschillende materiaaleigenschappen in ons voordeel benutten. Zo kan bijvoorbeeld een wervelstroomsensor in combinatie met een lasertriangulatiesensor worden gebruikt om de dikte van de gespoten huid te meten. De wervelstroomsensor meet de afstand tot de vernikkelde spuitmal en heeft in het midden een opening waardoor de lasersensor de afstand tot het gespoten onderdeel meet. Wervelstroomsensoren meten alleen tegen metalen doelen en kijken daarom dwars door de niet-metalen gespoten coating. Het gebruik van een luchtspiraal in wervelstroomsensoren van Micro-Epsilon maakt deze combinatie mogelijk, omdat de lasersensor door de wervelstroomsensor naar hetzelfde meetpunt kan kijken. Wanneer beide signalen worden afgetrokken, wordt de dikte van de aangebrachte gespoten huid gemeten.
Een andere veelgebruikte sensorcombinatie wordt bereikt met wervelstroom- en capacitieve sensoren voor niet-metalen materialen die over een rol gaan. De beweging van de metalen rol wordt door de wervelstroomsensor in aanmerking genomen en de capacitieve sensor meet de materiaal- of coatingdikte.
Enkelzijdige metingen – speciaal geval
Als het doel transparant is, is het mogelijk om vanaf één kant een absolute meting van de materiaaldikte uit te voeren met behulp van slechts één sensor met interferometer of confocaal technologie.
Door het gebruik van lichtbreking ontstaan ‘randen’ of retoursignalen die de overgang tussen lucht en materiaal aangeven. Het kennen van de brekingsindex van een materiaal maakt een nauwkeurige meting van de materiaaldikte mogelijk, op voorwaarde dat deze binnen het meet- of werkbereik van de sensor blijft.
Meten vanaf beide kanten
Als eenzijdige meting niet geschikt is of de uitdagingen niet kunnen worden overwonnen, willen klanten in veel gevallen de werkelijke materiaaldikte weten door het materiaal in 'vrije ruimte' te meten, wat vereist dat er ruimte aan beide zijden van het materiaal is, zodat een meting mogelijk is. kan van beide oppervlakken worden genomen.
Wanneer je deze opzet in ogenschouw neemt, zijn er een aantal uitdagingen die in overweging moeten worden genomen en die ofwel moeten worden overwonnen ofwel geaccepteerd.
Sensoruitlijning
De sensoren moeten zo worden geplaatst dat de meetvlekken 'door' het volledige meetbereik van de sensor samenvallen. Er mag geen sprake zijn van offset, kanteling of helling van de sensoren ten opzichte van het meetobject. Met een sensoroffset van 1 mm en een helling van 2° is de effectieve fout bijvoorbeeld gelijk aan 35 µm, en bij een doeldikte van 10 mm neemt deze toe tot 41 µm.
Vooral bij lasertriangulatiesensoren moet rekening worden gehouden met de locatie van de straalvlek ten opzichte van de sensorbehuizing. Er mag niet van worden uitgegaan dat twee ogenschijnlijk identieke sensoren de plek op dezelfde plek zullen positioneren. Standaard sensorbehuizingen zijn doorgaans niet nauwkeurig genoeg voor nauwkeurige diktemetingen, tenzij er tijd wordt besteed om ze correct uit te lijnen. Om klanten te helpen hun eigen dikte-instellingen te maken, maakt de ILD1900-sensor van Micro-Epsilon gebruik van een innovatief mouwmontagesysteem om de puntafstand van behuizing tot behuizing te verkleinen.
Als u twee sensoren naar hetzelfde doel laat kijken, moet u er rekening mee houden dat elke sensor zijn eigen cyclustijd heeft. Als uw doel trilt of beweegt in de opening tussen de sensoren, is het heel gemakkelijk om een fout te introduceren. Beschouw een doel dat 1 mm op en neer oscilleert bij 20 Hz (maal per seconde). Een verschil in opnametijd van 1 ms tussen uw sensoren zou neerkomen op een fout van 125 µm.
Positionering van de sensoren/meetbereik
De volgende uitdaging is de relatieve positie van de sensoren en hun meetbereiken.
Afhankelijk van de opstelling van de sensoren moet de positie van de doelranden binnen het meetveld blijven. Als de sensoren zo zijn ingesteld dat de meetzones elkaar niet overlappen, kunnen er situaties ontstaan waarbij één sensor het doel niet ziet. Er moet ook rekening worden gehouden met de 'start'- en 'stop'-omstandigheden van het proces. Wordt het materiaal bijvoorbeeld altijd onder spanning gehouden? Snelheidsveranderingen in de lijn kunnen een opwaartse of neerwaartse beweging veroorzaken. Kan de installatie deze gebeurtenissen indien nodig vastleggen? Idealiter zouden de sensorbereiken elkaar moeten overlappen en het volledige bereik van de materiaalbeweging moeten bestrijken of op zijn minst de beweging moeten controleren.
lineariteit
De nauwkeurigheid van een sensor wordt vaak de lineariteit genoemd. De lineariteitswaarde beschrijft de afwijking van de ideale, rechte karakteristiek. Elke meetsensor heeft zijn eigen meetonzekerheid, oftewel niet-lineariteit. Dit betekent dat op elk gegeven punt in het meetbereik de werkelijke waarde van een sensor kan variëren met een percentage van zijn meetbereik. Het nemen van slechts twee sensoren zonder enige extra verwerking betekent dat er rekening moet worden gehouden met de onzekerheden van beide sensoren met betrekking tot de nauwkeurigheid die moet worden bereikt. Zonder aanpassing kan het verplaatsen van een doel bijvoorbeeld 200 micron omhoog of omlaag resulteren in fouten van 8 micron. De positie in het bereik kan ook de werkelijke waarde beïnvloeden. Om dit op te lossen moeten de sensoren samen als één geheel gekalibreerd worden.
Effecten van thermische veranderingen
Zelfs als de sensoren zijn uitgelijnd en gesynchroniseerd, is er nog een uitdaging die alles kan beïnvloeden: thermische veranderingen. Bij het meten van een doeldikte in de vrije ruimte is de opening tussen de sensor en de tegenoverliggende sensor van cruciaal belang, aangezien dit de constante is waarop de differentiële meting is gebaseerd. Als we een mechanisch frame met een paar sensoren nemen en de temperatuur doorlopen, blijkt dat de effectieve verandering met slechts een schommeling van 5°C tot 20 micron bedraagt.
Systeemmogelijkheden
De laatste uitdaging – als de voorgaande zijn overwonnen of de daarmee gepaard gaande fouten zijn geaccepteerd – is het bewijzen van het vermogen. Hoe controleert of bevestigt u precies de prestaties van uw oplossing? Er zijn hier twee factoren waarmee rekening moet worden gehouden: de herhaalbaarheid van het systeem, dat wil zeggen hoeveel variabiliteit in het meetsysteem wordt veroorzaakt door het meetapparaat, en reproduceerbaarheid – hoeveel variabiliteit wordt veroorzaakt door verschillende operators.
Ga voor meer informatie naar www.micro-epsilon.co.uk of bel de verkoopafdeling van Micro-Epsilon op +44 (0)151 355 6070 of stuur een e-mail naar info@micro-epsilon.co.uk.