ความท้าทายของการวัดความหนาแบบอินไลน์

การรักษาความหนาของวัสดุที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญในการผลิตที่มีความแม่นยำ Micro-Epsilon จัดการกับความท้าทายนี้ โดยนำเสนอความซับซ้อนและวิธีแก้ปัญหาสำหรับการวัดความหนาแบบอินไลน์ สำรวจว่าเซ็นเซอร์และระบบขั้นสูงสามารถเพิ่มความแม่นยำและประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตได้อย่างไร

เมื่อเลือกระบบที่อยู่ในกระบวนการสำหรับการวัดความหนาของฟิล์ม แผ่น หรือวัสดุที่เป็นแผ่น จำเป็นต้องพิจารณาความท้าทายหลายประการ รวมถึงการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์ ความเป็นเส้นตรง และผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน Glenn Wedgbrow ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจของ Micro- กล่าว เอปซิลอนสหราชอาณาจักร

มีสาเหตุหลายประการที่เราต้องวัดความหนา วัสดุทั้งหมดมีความทนทานในการผลิต ดังนั้นวัสดุใดๆ ที่บางหรือหนาเกินไปอาจทำให้เกิดปัญหาเพิ่มเติมในสายการผลิตหรือที่ไซต์งานของลูกค้าปลายทางได้ การเปลี่ยนแปลงความหนาในระหว่างการผลิตสามารถบ่งบอกถึงการสึกหรอของส่วนประกอบ เช่น ในแม่พิมพ์อัดขึ้นรูปหรือบนแท่นกลิ้ง การติดตามแนวโน้มอาจชี้ให้เห็นสัญญาณเตือนล่วงหน้า

วิธีการตรวจสอบความหนาแบบดั้งเดิมมักจะใช้ตัวอย่างการตรวจวัดตั้งแต่เริ่มต้นดำเนินการผลิต และอีกครั้งในขั้นตอนสุดท้าย แต่เกิดอะไรขึ้นตรงกลาง? หากคุณพบว่าวัสดุไม่อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ ก็ถือเป็นเรื่องที่สนใจที่ต้องพิจารณา ดังนั้นคุณอาจเลือกที่จะอ่านเพิ่มเติมในระหว่างกระบวนการ หากการตรวจสอบเหล่านี้ดำเนินการด้วยตนเอง มักจะกำหนดให้สายการผลิตหยุดทำงาน ความแปรปรวนของกระบวนการส่วนใหญ่จะอยู่ในระยะ 'เริ่มต้น' และ 'หยุด' ดังนั้น โดยทั่วไปการรักษาสายการผลิตจึงเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงความสม่ำเสมอ ท้ายที่สุดแล้ว การตรวจสอบความหนาของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ผลิตจะทำให้ลูกค้าปลายทางได้รับคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่คาดหวัง

ประเภทวัสดุเป้าหมายและกระบวนการผลิตที่ใช้ล้วนส่งผลต่อวิธีการวัดความหนาของผลิตภัณฑ์ บางครั้งจะขึ้นอยู่กับการตั้งค่าช่องว่างบนลูกกลิ้งหรือการปรับแม่พิมพ์ในหัวอัดขึ้นรูป อาจเป็นของเหลวเทและบ่ม เช่น แก้ว ยาง หรือโลหะ นอกจากนี้ยังอาจเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการรองที่มีการผลิตวัสดุพื้นฐานแล้ว จากนั้นจึงนำมารวมกับวัสดุที่คล้ายกันหรือต่างกันเป็นหลายชั้น หรือแม้แต่เส้นใยทอที่นำมาประสานกัน เช่น คาร์บอนไฟเบอร์

ตอนนี้เรามาดูความท้าทายบางประการในการวัดความหนากัน

การวัดด้านเดียว

บางทีการวัดความหนาที่ง่ายที่สุดอาจเป็นการวัดด้านเดียวเทียบกับพื้นผิวอ้างอิงหรือพื้นผิว Datum ขั้นแรก เซ็นเซอร์จะเป็นศูนย์บนพื้นผิว Datum และใส่เป้าหมายที่จะวัด การอ่านค่าของเซ็นเซอร์มีการเปลี่ยนแปลงหรือถูกแทนที่ตามความหนาของวัสดุ มีความไม่แน่นอนหลายประการเกี่ยวกับวิธีการนี้ หากการอ้างอิงหรือ Datum เคลื่อนที่หลังจากการมาสเตอร์ การอ่านจะไม่ถูกต้อง ในทำนองเดียวกัน หากชิ้นงานไม่ได้วางอย่างถูกต้องบนพื้นผิว Datum ช่องว่างอากาศก็จะรวมอยู่ในการวัดด้วย ปัญหาเดียวกันนี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้กับเป้าหมายที่เอียง

หากเราได้รับอนุญาตให้ดูเป้าหมายจากด้านเดียวเท่านั้น เราต้องพิจารณาว่าเราสามารถรวมเทคโนโลยีเพื่อให้สามารถวัดได้อย่างแม่นยำหรือไม่ ในกรณีที่เรามีวัสดุประเภทต่างๆ ผสมกัน เราก็สามารถใช้คุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกันเหล่านั้นให้เกิดประโยชน์ได้ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เซ็นเซอร์กระแสไหลวนร่วมกับเซ็นเซอร์เลเซอร์สามเหลี่ยมเพื่อวัดความหนาของผิวหนังที่พ่นได้ เซ็นเซอร์วัดกระแสไหลวนวัดระยะห่างถึงแม่พิมพ์สเปรย์เคลือบนิกเกิล และมีช่องเปิดตรงกลางซึ่งเซ็นเซอร์เลเซอร์จะวัดระยะห่างถึงชิ้นส่วนที่พ่น เซ็นเซอร์กระแสวนจะวัดกับชิ้นงานที่เป็นโลหะเท่านั้น ดังนั้นจึงมองเห็นได้โดยตรงผ่านการเคลือบแบบพ่นที่ไม่ใช่โลหะ การใช้คอยล์อากาศในเซ็นเซอร์วัดกระแสไหลวนจาก Micro-Epsilon ทำให้การรวมกันนี้เกิดขึ้นได้ เนื่องจากเซ็นเซอร์เลเซอร์สามารถมองผ่านเซ็นเซอร์วัดกระแสไหลวนที่จุดตรวจวัดเดียวกัน เมื่อลบสัญญาณทั้งสองออก ความหนาของผิวหนังที่พ่นจะถูกวัด

การผสมผสานเซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างดีอีกอย่างหนึ่งสามารถทำได้ด้วยเซ็นเซอร์กระแสไหลวนและเซ็นเซอร์เก็บประจุสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่ส่งผ่านลูกกลิ้ง การเคลื่อนที่ของลูกกลิ้งโลหะจะพิจารณาโดยเซ็นเซอร์กระแสไหลวน และเซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟจะวัดวัสดุหรือความหนาของชั้นเคลือบ

การวัดด้านเดียว – กรณีพิเศษ

หากชิ้นงานโปร่งใส ก็สามารถวัดความหนาของวัสดุได้สัมบูรณ์จากด้านหนึ่งโดยใช้เซ็นเซอร์เพียงตัวเดียวที่มีอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์หรือคอนโฟคอล เทคโนโลยี.

การใช้การหักเหของแสงจะสร้าง 'ขอบ' หรือสัญญาณย้อนกลับที่บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงระหว่างอากาศกับวัสดุ การทราบดัชนีการหักเหของวัสดุช่วยให้สามารถวัดความหนาของวัสดุได้อย่างแม่นยำ โดยที่วัสดุจะอยู่ภายในช่วงการวัดหรือการทำงานของเซ็นเซอร์

วัดจากทั้งสองด้าน

หากการวัดด้านเดียวไม่เหมาะสมหรือไม่สามารถเอาชนะความท้าทายได้ ในหลายกรณี ลูกค้าต้องการทราบความหนาของวัสดุที่แท้จริงโดยการวัดวัสดุใน 'พื้นที่ว่าง' ซึ่งจำเป็นต้องมีพื้นที่ทั้งสองด้านของวัสดุเพื่อที่จะทำการวัด สามารถนำมาจากทั้งสองพื้นผิวได้

เมื่อคุณพิจารณาการตั้งค่านี้ มีความท้าทายหลายประการที่ต้องพิจารณาและเอาชนะหรือยอมรับ

การจัดตำแหน่งเซนเซอร์

เซ็นเซอร์จะต้องอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้จุดตรวจวัดตรงกัน 'ผ่าน' ช่วงการวัดทั้งหมดของเซ็นเซอร์ ไม่ควรมีออฟเซ็ต เอียง หรือการเอียงของเซนเซอร์ที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่ทำการวัด ตัวอย่างเช่น ด้วยออฟเซ็ตเซ็นเซอร์ 1 มม. และความเอียง 2° ความคลาดเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพจะเท่ากับ 35 µm และที่ความหนาของเป้าหมาย 10 มม. จะเพิ่มเป็น 41 µm

โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับเซนเซอร์เลเซอร์สามเหลี่ยม ควรสังเกตตำแหน่งของลำแสงไปยังตัวเรือนเซนเซอร์ ไม่ควรสันนิษฐานว่าเซ็นเซอร์สองตัวที่ดูเหมือนเหมือนกันจะวางตำแหน่งจุดนั้นไว้ที่เดียวกัน โดยปกติแล้ว โครงสร้างเซ็นเซอร์มาตรฐานจะไม่แม่นยำเพียงพอสำหรับการวัดความหนาที่แม่นยำ เว้นแต่จะใช้เวลาในการจัดตำแหน่งให้ถูกต้อง เพื่อช่วยให้ลูกค้าตั้งค่าความหนาได้เอง เซ็นเซอร์ ILD1900 จาก Micro-Epsilon ใช้การจัดตำแหน่งการติดตั้งแบบปลอกที่เป็นนวัตกรรมเพื่อกระชับระยะห่างเฉพาะจุดจากตัวเรือนหนึ่งไปอีกตัวเรือนหนึ่ง

เมื่อคุณมีเซ็นเซอร์สองตัวที่มองไปยังเป้าหมายเดียวกัน คุณต้องพิจารณาว่าเซ็นเซอร์แต่ละตัวมีรอบเวลาของตัวเอง หากเป้าหมายของคุณสั่นหรือเคลื่อนที่ในช่องว่างระหว่างเซ็นเซอร์ อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ง่ายมาก พิจารณาเป้าหมายที่สั่นขึ้นและลง 1 มม. ที่ 20Hz (ครั้งต่อวินาที) ความแตกต่างของเวลาในการจับภาพระหว่างเซ็นเซอร์ 1 มิลลิวินาทีจะเท่ากับข้อผิดพลาด 125µm

การวางตำแหน่งของเซ็นเซอร์/ช่วงการวัด

ความท้าทายต่อไปคือตำแหน่งสัมพัทธ์ของเซ็นเซอร์และช่วงการวัด

ตำแหน่งของขอบเป้าหมายจะต้องอยู่ภายในสนามการวัด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการจัดเรียงเซ็นเซอร์ หากตั้งค่าเซ็นเซอร์เพื่อไม่ให้โซนการวัดทับซ้อนกัน สถานการณ์อาจเกิดขึ้นโดยเซ็นเซอร์ตัวหนึ่งอาจมองไม่เห็นเป้าหมาย ควรคำนึงถึงเงื่อนไขของกระบวนการ 'เริ่มต้น' และ 'หยุด' ด้วย เช่น วัสดุได้รับแรงตึงตลอดเวลาหรือไม่ การเปลี่ยนแปลงความเร็วในเส้นสามารถกระตุ้นให้เกิดการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงได้ การตั้งค่าสามารถบันทึกเหตุการณ์เหล่านี้ได้หรือไม่ หากจำเป็น ตามหลักการแล้ว ช่วงเซ็นเซอร์ควรทับซ้อนกันและครอบคลุมการเคลื่อนที่ของวัสดุทั้งหมด หรืออย่างน้อยก็ควบคุมการเคลื่อนที่

เส้นตรง

ความแม่นยำของเซ็นเซอร์มักเรียกว่าความเป็นเส้นตรง ค่าความเป็นเชิงเส้นอธิบายการเบี่ยงเบนจากเส้นโค้งลักษณะตรงในอุดมคติ เซนเซอร์ตรวจวัดแต่ละตัวมีความไม่แน่นอนในการวัดหรือความไม่เชิงเส้นของตัวเอง ซึ่งหมายความว่า ณ จุดใดก็ตามในช่วงการวัด ค่าที่อ่านได้จริงจากเซ็นเซอร์อาจแตกต่างกันไปตามเปอร์เซ็นต์ของช่วงการวัด ดังนั้นการใช้เซ็นเซอร์เพียงสองตัวโดยไม่มีการประมวลผลเพิ่มเติม จึงต้องพิจารณาความไม่แน่นอนของเซ็นเซอร์ทั้งสองตัวโดยคำนึงถึงความแม่นยำที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น หากไม่มีการปรับเปลี่ยน เพียงแค่เลื่อนชิ้นงานขึ้นหรือลง 200 ไมครอนก็อาจส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาด 8 ไมครอนได้ ตำแหน่งในช่วงนี้ยังมีแนวโน้มที่จะส่งผลต่อมูลค่าที่แท้จริงอีกด้วย เพื่อแก้ปัญหานี้ เซ็นเซอร์จะต้องได้รับการสอบเทียบร่วมกันโดยรวม

ผลของการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน

แม้ว่าเซ็นเซอร์จะถูกจัดตำแหน่งและซิงโครไนซ์แล้ว แต่ก็ยังมีความท้าทายเพิ่มเติมที่อาจส่งผลต่อทุกสิ่ง นั่นก็คือการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน เมื่อทำการวัดความหนาของชิ้นงานในพื้นที่ว่าง ช่องว่างระหว่างเซนเซอร์และเซนเซอร์ฝั่งตรงข้ามถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากนี่คือค่าคงที่ที่ใช้วัดส่วนต่าง การใช้เฟรมเชิงกลที่มีเซ็นเซอร์คู่และหมุนเวียนอุณหภูมิแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงที่มีประสิทธิภาพด้วยการแกว่งเพียง 5°C นั้นสูงถึง 20 ไมครอน

ความสามารถของระบบ

ความท้าทายสุดท้าย - หากสิ่งก่อนหน้าได้รับการแก้ไขหรือยอมรับข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องแล้ว - คือการพิสูจน์ความสามารถ คุณจะตรวจสอบหรือยืนยันประสิทธิภาพของโซลูชันของคุณได้อย่างไร? มีปัจจัยสองประการที่ต้องพิจารณาที่นี่: ความสามารถในการทำซ้ำของระบบ กล่าวคือ ความแปรปรวนในระบบการวัดที่เกิดจากอุปกรณ์การวัดเท่าใด และความสามารถในการทำซ้ำ – ความแปรปรวนมากน้อยเพียงใดที่เกิดจากผู้ปฏิบัติงานที่แตกต่างกัน

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม กรุณาเยี่ยมชมที่ www.micro-epsilon.co.uk หรือโทรติดต่อฝ่ายขาย Micro-Epsilon ที่หมายเลข +44 (0)151 355 6070 หรืออีเมล info@micro-epsilon.co.uk