Поддержание правильной толщины материала имеет решающее значение в точном производстве. Micro-Epsilon решает эту проблему, представляя сложности и решения для поточного измерения толщины. Узнайте, как их передовые датчики и системы могут повысить точность и эффективность производственных процессов.
«При выборе технологической системы для измерения толщины пленок, пластин или листовых материалов необходимо учитывать ряд проблем, включая юстировку датчиков, линейность и влияние температурных изменений», — говорит Гленн Веджброу, менеджер по развитию бизнеса в Micro- Эпсилон Великобритания.
Есть много причин, по которым нам необходимо измерять толщину. Все материалы имеют допуски при производстве, поэтому любые слишком тонкие или слишком толстые материалы могут вызвать проблемы в дальнейшем или на площадке конечного потребителя. Изменение толщины в процессе производства может свидетельствовать об износе деталей, например, в экструзионных матрицах или на прокатных клетях. Мониторинг тенденций может указать на ранние тревожные сигналы.
Традиционный метод проверки толщины часто заключается в взятии пробы для измерения в начале производственного цикла, а затем снова в конце. Но что произошло в середине? Если вы обнаружите, что материал выходит за пределы допуска, это большой мусор, который следует учитывать. Таким образом, вы можете принять решение снять дополнительные показания во время процесса. Если эти проверки выполняются вручную, они часто требуют остановки производственной линии. Большая часть изменчивости процесса происходит на этапах «старт» и «остановка», поэтому поддержание работы линии обычно является ключом к повышению стабильности. В конечном счете, проверка толщины продукта во время его производства гарантирует, что конечный потребитель получит ожидаемое качество продукта.
Типы целевых материалов и используемые производственные процессы влияют на то, как можно измерить толщину продукта. Иногда это основано на настройке зазора на валке или регулировке матриц в экструзионной головке. Это может быть жидкость, залитая и отвержденная, например, стекло, резина или металл. Это также может быть частью вторичного процесса, когда основной материал уже произведен, но затем объединяется с похожими или отличающимися материалами в виде нескольких слоев или даже тканых нитей, которые затем соединяются, например, углеродного волокна.
Давайте теперь рассмотрим некоторые проблемы измерения толщины.
Односторонние измерения
Возможно, самое простое измерение толщины — это одностороннее измерение относительно эталонной или базовой поверхности. Сначала датчик обнуляется на базовой поверхности и вставляется измеряемая цель. Показания датчика изменяются или смещаются в зависимости от толщины материала. Этот метод имеет ряд неопределенностей. Если ссылка или точка отсчета сместятся после освоения, показания будут неправильными. Аналогичным образом, если мишень неправильно расположена на базовой поверхности, воздушный зазор также будет включен в измерение. Та же проблема может возникнуть и с наклоненными целями.
Если нам разрешено видеть цель только с одной стороны, мы должны подумать, можем ли мы объединить технологии для обеспечения точных измерений. Если у нас есть сочетание разных типов материалов, мы можем использовать эти различные свойства материалов в своих интересах. Например, вихретоковый датчик в сочетании с лазерным триангуляционным датчиком можно использовать для измерения толщины напыленной кожи. Вихретоковый датчик измеряет расстояние до распыляемой формы с никелированным покрытием и имеет отверстие в центре, через которое лазерный датчик измеряет расстояние до напыляемой детали. Датчики вихревых токов измеряют только металлические объекты и поэтому видят прямо сквозь неметаллическое напыленное покрытие. Использование воздушной катушки в вихретоковых датчиках Micro-Epsilon делает эту комбинацию возможной, поскольку лазерный датчик может смотреть сквозь вихретоковый датчик в одной и той же точке измерения. Когда оба сигнала вычитаются, измеряется толщина нанесенной распыленной кожи.
Еще одна широко используемая комбинация датчиков — вихретоковые и емкостные датчики для неметаллических материалов, проходящих через ролик. Движение металлического ролика учитывается вихретоковым датчиком, а емкостной датчик измеряет толщину материала или покрытия.
Односторонние измерения – особый случай
Если цель прозрачна, можно произвести абсолютное измерение толщины материала с одной стороны, используя только один датчик с интерферометром или конфокальным. technology.
Использование преломления света создает «края» или обратные сигналы, которые указывают на переход между воздухом и материалом. Знание показателя преломления материала позволяет точно измерить толщину материала при условии, что она остается в пределах измерения или рабочего диапазона датчика.
Измерение с обеих сторон
Если одностороннее измерение неприемлемо или проблемы невозможно преодолеть, во многих случаях клиенты хотят узнать истинную толщину материала, измеряя материал в «свободном пространстве», что требует наличия места с обеих сторон материала, чтобы можно было провести измерение. можно снимать с обеих поверхностей.
Когда вы рассматриваете эту систему, возникает ряд проблем, которые необходимо учитывать и либо преодолеть, либо принять.
Выравнивание датчика
Датчики должны быть расположены так, чтобы точки измерения совпадали «по всему» диапазону измерения датчика. Не должно быть смещения, наклона или наклона датчиков относительно объекта измерения. Например, при смещении датчика 1 мм и наклоне 2° эффективная погрешность составляет 35 мкм, а при расстоянии 10 мм толщина мишени увеличивается до 41 мкм.
В частности, при использовании лазерных триангуляционных датчиков следует учитывать расположение пятна луча относительно корпуса датчика. Не следует полагать, что два, казалось бы, одинаковых датчика позиционируют пятно в одном и том же месте. Стандартные корпуса датчиков обычно недостаточно точны для прецизионных измерений толщины, если не потратить время на их правильное выравнивание. Чтобы помочь клиентам самостоятельно настроить толщину, в датчике ILD1900 от Micro-Epsilon используется инновационная конструкция втулки, позволяющая сократить расстояние между точками от корпуса к корпусу.
Если у вас есть два датчика, смотрящих на одну и ту же цель, вы должны учитывать, что каждый датчик имеет свое время цикла. Если ваша цель вибрирует или движется в зазоре между датчиками, то очень легко внести ошибку. Рассмотрим цель, колеблющуюся вверх и вниз на 1 мм с частотой 20 Гц (раз в секунду). Разница во времени захвата данных между вашими датчиками в 1 мс будет равна ошибке в 125 мкм.
Расположение датчиков/диапазон измерения
Следующая проблема — взаимное расположение датчиков и диапазоны их измерений.
В зависимости от расположения датчиков положение краев цели должно оставаться в пределах поля измерения. Если датчики настроены так, что зоны измерения не перекрываются, то могут возникнуть ситуации, когда один датчик может не увидеть цель. Следует также учитывать условия «запуска» и «остановки» процесса, например, постоянно ли материал находится в напряжении? Изменения скорости на линии могут вызвать движение вверх или вниз. Может ли установка фиксировать эти события, если это необходимо? В идеале диапазоны датчиков должны перекрываться и охватывать весь диапазон движения материала или, по крайней мере, контролировать это движение.
линейность
Точность датчика часто называют его линейностью. Значение линейности описывает отклонение от идеальной прямой характеристики. Каждый измерительный датчик имеет свою собственную погрешность измерения или нелинейность. Это означает, что в любой заданной точке диапазона измерения фактическое показание датчика может варьироваться в процентах от его диапазона измерения. Таким образом, использование всего двух датчиков без какой-либо дополнительной обработки означает, что необходимо учитывать неопределенности обоих датчиков в отношении точности, которую необходимо достичь. Например, без регулировки простое перемещение мишени на 200 микрон вверх или вниз может привести к ошибке в 8 микрон. Позиция в диапазоне также может повлиять на истинное значение. Чтобы решить эту проблему, датчики необходимо калибровать вместе как единое целое.
Эффекты термических изменений
Даже когда датчики выровнены и синхронизированы, остается еще одна проблема, которая может повлиять на все: температурные изменения. При измерении толщины объекта в свободном пространстве решающее значение имеет зазор между датчиком и противоположным датчиком, поскольку это константа, на которой основано дифференциальное измерение. Взяв механическую раму с парой датчиков и циклически меняя температуру, мы видим, что эффективное изменение при изменении всего лишь на 5°C составляет до 20 микрон.
Возможности системы
Последняя задача – если предыдущие проблемы были преодолены или связанные с ними ошибки приняты – состоит в том, чтобы доказать возможности. Как именно вы проверяете или подтверждаете производительность вашего решения? Здесь следует учитывать два фактора: повторяемость системы, т. е. насколько вариативность в измерительной системе вызвана измерительным устройством, и воспроизводимость – насколько вариативность вызвана разными операторами.
Для получения дополнительной информации посетите сайт www.micro-epsilon.co.uk или позвоните в отдел продаж Micro-Epsilon по телефону +44 (0)151 355 6070 или отправьте электронное письмо по адресу info@micro-epsilon.co.uk.