Duy trì độ dày vật liệu chính xác là rất quan trọng trong sản xuất chính xác. Micro-Epsilon giải quyết thách thức này, trình bày sự phức tạp và giải pháp đo độ dày nội tuyến. Khám phá cách các cảm biến và hệ thống tiên tiến của họ có thể nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong quy trình sản xuất.
Glenn Wedgbrow, Giám đốc Phát triển Kinh doanh tại Micro- cho biết, khi lựa chọn một hệ thống trong quy trình để đo độ dày của vật liệu màng, tấm hoặc tấm, cần phải xem xét một số thách thức, bao gồm căn chỉnh cảm biến, độ tuyến tính và ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt. Epsilon Vương quốc Anh.
Có nhiều lý do tại sao chúng ta cần đo độ dày. Tất cả các vật liệu đều có dung sai trong quá trình sản xuất, do đó, bất kỳ vật liệu nào quá mỏng hoặc quá dày đều có thể gây ra sự cố ở khâu tiếp theo hoặc tại địa điểm của khách hàng cuối cùng. Những thay đổi về độ dày trong quá trình sản xuất có thể cho thấy sự hao mòn của các bộ phận, ví dụ như trong khuôn ép đùn hoặc trên giá lăn. Việc theo dõi xu hướng có thể chỉ ra những dấu hiệu cảnh báo sớm.
Phương pháp kiểm tra độ dày truyền thống thường là lấy mẫu đo từ khi bắt đầu quá trình sản xuất và sau đó đo lại khi kết thúc. Nhưng chuyện gì đã xảy ra ở giữa? Nếu bạn thấy vật liệu vượt quá khả năng chịu đựng thì đó là rất nhiều phế liệu cần xem xét. Vì vậy, bạn có thể chọn thực hiện nhiều bài đọc hơn trong quá trình này. Nếu những hoạt động kiểm tra này được thực hiện thủ công, chúng thường yêu cầu dây chuyền sản xuất phải dừng lại. Hầu hết các biến đổi của quy trình sẽ xuất hiện ở các giai đoạn 'bắt đầu' và 'dừng', do đó, việc duy trì hoạt động của dây chuyền nói chung là chìa khóa để cải thiện tính nhất quán. Cuối cùng, việc kiểm tra độ dày của sản phẩm khi sản xuất sẽ đảm bảo rằng khách hàng cuối cùng nhận được chất lượng sản phẩm như mong đợi.
Các loại vật liệu mục tiêu và quy trình sản xuất được sử dụng đều có ảnh hưởng đến cách đo độ dày của sản phẩm. Đôi khi nó dựa trên việc thiết lập khe hở trên con lăn hoặc điều chỉnh khuôn trong đầu ép đùn. Nó có thể được đổ và xử lý bằng chất lỏng như thủy tinh, cao su hoặc kim loại. Nó cũng có thể là một phần của quy trình thứ cấp trong đó vật liệu cơ bản đã được sản xuất nhưng sau đó được kết hợp với các vật liệu tương tự hoặc khác nhau thành nhiều lớp hoặc thậm chí các sợi dệt sau đó được liên kết như sợi carbon.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét một số thách thức của việc đo độ dày.
Các phép đo một mặt
Có lẽ phép đo độ dày đơn giản nhất là phép đo một mặt so với bề mặt tham chiếu hoặc chuẩn. Đầu tiên, cảm biến ở vị trí 0 trên bề mặt chuẩn và mục tiêu cần đo được đưa vào. Việc đọc cảm biến bị thay đổi hoặc dịch chuyển bởi độ dày vật liệu. Có một số điều không chắc chắn với phương pháp này. Nếu tham chiếu hoặc mốc di chuyển sau khi làm chủ, việc đọc sẽ không chính xác. Tương tự, nếu mục tiêu không nằm đúng trên bề mặt chuẩn, khe hở không khí cũng sẽ được đưa vào phép đo. Vấn đề tương tự cũng có thể xảy ra với các mục tiêu bị nghiêng.
Nếu chúng ta chỉ được phép quan sát mục tiêu từ một phía, chúng ta phải xem xét liệu có thể kết hợp các công nghệ để có thể đo lường chính xác hay không. Khi chúng tôi có sự kết hợp của nhiều loại vật liệu khác nhau, chúng tôi có thể sử dụng các đặc tính vật liệu khác nhau đó để làm lợi thế cho mình. Ví dụ, có thể sử dụng cảm biến dòng điện xoáy kết hợp với cảm biến tam giác laser để đo độ dày của da được phun. Cảm biến dòng điện xoáy đo khoảng cách đến khuôn phun phủ niken và có một lỗ ở giữa để cảm biến laser đo khoảng cách đến phần được phun. Cảm biến dòng điện xoáy chỉ đo đối với các mục tiêu kim loại và do đó nhìn thẳng qua lớp phủ phun phi kim loại. Việc sử dụng cuộn dây không khí trong các cảm biến dòng điện xoáy của Micro-Epsilon giúp cho sự kết hợp này trở nên khả thi, vì cảm biến laser có thể nhìn qua cảm biến dòng điện xoáy tại cùng một điểm đo. Khi cả hai tín hiệu bị trừ đi, độ dày của vùng da được phun sẽ được đo.
Một sự kết hợp cảm biến được sử dụng tốt khác là cảm biến dòng điện xoáy và cảm biến điện dung cho các vật liệu phi kim loại đi qua một con lăn. Chuyển động của con lăn kim loại được xem xét bởi cảm biến dòng điện xoáy và cảm biến điện dung đo độ dày vật liệu hoặc lớp phủ.
Các phép đo một mặt – Trường hợp đặc biệt
Nếu mục tiêu trong suốt, có thể thực hiện phép đo tuyệt đối độ dày vật liệu từ một phía chỉ bằng một cảm biến với Giao thoa kế hoặc tiêu điểm công nghệ.
Việc sử dụng khúc xạ ánh sáng tạo ra các 'cạnh' hoặc tín hiệu phản hồi cho biết sự chuyển tiếp giữa không khí và vật liệu. Biết chỉ số khúc xạ của vật liệu cho phép đo chính xác độ dày vật liệu miễn là nó nằm trong phạm vi đo hoặc phạm vi hoạt động của cảm biến.
Đo từ cả hai bên
Nếu phép đo một mặt không phù hợp hoặc không thể khắc phục được thách thức, trong nhiều trường hợp, khách hàng muốn biết độ dày thực của vật liệu bằng cách đo vật liệu trong 'không gian trống', đòi hỏi phải có không gian ở cả hai mặt của vật liệu để phép đo có thể được lấy từ cả hai bề mặt.
Khi bạn xem xét việc thiết lập này, có một số thách thức phải được xem xét và vượt qua hoặc chấp nhận.
Căn chỉnh cảm biến
Các cảm biến phải được đặt sao cho các điểm đo trùng khớp 'trong' toàn bộ phạm vi đo của cảm biến. Không được có độ lệch, độ nghiêng hoặc độ nghiêng của cảm biến so với đối tượng đo. Ví dụ: với độ lệch cảm biến là 1 mm và độ nghiêng 2°, sai số hiệu dụng bằng 35 µm và ở độ dày mục tiêu 10 mm sẽ tăng lên 41 µm.
Riêng với cảm biến tam giác laser, cần lưu ý vị trí của vệt tia đến vỏ cảm biến. Không nên cho rằng hai cảm biến có vẻ giống hệt nhau sẽ định vị vị trí ở cùng một vị trí. Vỏ cảm biến tiêu chuẩn thường không đủ chính xác để đo độ dày chính xác trừ khi bạn dành thời gian để căn chỉnh chúng một cách chính xác. Để giúp khách hàng tự thiết lập độ dày, cảm biến ILD1900 của Micro-Epsilon sử dụng cách bố trí lắp ống bọc cải tiến để thu hẹp khoảng cách điểm từ vỏ này đến vỏ khác.
Khi bạn có hai cảm biến nhìn vào cùng một mục tiêu, bạn phải xem xét rằng mỗi cảm biến có thời gian chu kỳ riêng. Nếu mục tiêu của bạn đang rung hoặc di chuyển trong khoảng trống giữa các cảm biến thì rất dễ xảy ra lỗi. Hãy xem xét một mục tiêu dao động lên xuống 1mm ở tần số 20Hz (lần một giây). Sự khác biệt về thời gian chụp 1ms giữa các cảm biến của bạn sẽ tương đương với sai số 125µm.
Định vị cảm biến/Phạm vi đo
Thử thách tiếp theo là vị trí tương đối của các cảm biến và phạm vi đo của chúng.
Tùy thuộc vào cách sắp xếp các cảm biến, vị trí của các cạnh mục tiêu phải nằm trong trường đo. Nếu các cảm biến được đặt sao cho các vùng đo không chồng lên nhau thì có thể xảy ra tình huống trong đó một cảm biến có thể không nhìn thấy mục tiêu. Cũng cần cân nhắc các điều kiện 'bắt đầu' và 'dừng' của quá trình, ví dụ: vật liệu có luôn được giữ ở trạng thái căng không? Sự thay đổi tốc độ trên đường dây có thể gây ra chuyển động lên hoặc xuống. Thiết lập có thể nắm bắt được những sự kiện này nếu cần không? Lý tưởng nhất là các phạm vi cảm biến phải chồng lên nhau và bao trùm toàn bộ phạm vi chuyển động của vật liệu hoặc ít nhất là kiểm soát chuyển động.
Tuyến tính
Độ chính xác của cảm biến thường được gọi là tính tuyến tính của nó. Giá trị tuyến tính mô tả độ lệch so với đường đặc tính thẳng, lý tưởng. Mỗi cảm biến đo lường có độ không đảm bảo đo riêng hoặc độ phi tuyến tính. Điều này có nghĩa là tại bất kỳ điểm nào trong phạm vi đo, số đọc thực tế từ cảm biến có thể thay đổi theo tỷ lệ phần trăm trong phạm vi đo của nó. Vì vậy, chỉ sử dụng hai cảm biến mà không xử lý bổ sung có nghĩa là độ không đảm bảo của cả hai cảm biến cần phải được xem xét về độ chính xác mong muốn đạt được. Ví dụ: nếu không điều chỉnh, chỉ cần di chuyển mục tiêu lên hoặc xuống 200 micron có thể dẫn đến sai số 8 micron. Vị trí trong phạm vi cũng có khả năng ảnh hưởng đến giá trị thực. Để giải quyết vấn đề này, các cảm biến phải được hiệu chỉnh tổng thể cùng nhau.
Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt
Ngay cả khi các cảm biến đã được căn chỉnh và đồng bộ hóa, vẫn còn một thách thức nữa có thể ảnh hưởng đến mọi thứ – thay đổi nhiệt. Khi đo độ dày mục tiêu trong không gian trống, khoảng cách giữa cảm biến và cảm biến đối diện là rất quan trọng vì đây là hằng số làm cơ sở cho phép đo chênh lệch. Sử dụng khung cơ học có một cặp cảm biến và luân chuyển nhiệt độ cho thấy sự thay đổi hiệu quả chỉ với một lần xoay 5°C lên tới 20 micron.
Khả năng hệ thống
Thử thách cuối cùng – nếu những thử thách trước đó đã được khắc phục hoặc các lỗi liên quan đã được chấp nhận – là chứng minh năng lực. Chính xác thì bạn kiểm tra hoặc xác nhận hiệu suất của giải pháp bằng cách nào? Có hai yếu tố cần xem xét ở đây: độ lặp lại của hệ thống, tức là mức độ biến thiên trong hệ thống đo lường do thiết bị đo gây ra và độ tái lập – mức độ biến thiên do những người vận hành khác nhau gây ra.
Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập www.micro-epsilon.co.uk hoặc gọi cho bộ phận bán hàng của Micro-Epsilon theo số +44 (0)151 355 6070 hoặc gửi email đến info@micro-epsilon.co.uk.