Dickenmessung mit berührungslosen Sensoren

Anwendungshinweis zur allgemeinen Erfassung LA05-0021

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Zusammenfassung:

Beschreibt zwei Methoden zur berührungslosen Dickenmessung eines leitfähigen Targets: Einkanal (gut) und Zweikanal (am besten). Bietet Vorsichtsmaßnahmen gegen häufige Fehler.

Einkanal-Methode

Einkanaldickenmessungen gehen davon aus, dass das Teil flach ist und perfekt an der Referenz anliegt.

Abbildung 1 - Einkanaldickenmessungen setzen voraus, dass das Teil flach ist und perfekt an der Referenz anliegt.

Einkanalige Dickenmessungen (Abb. 1) messen die Position der Oberseite des Prüflings, während der Prüfling auf einer Referenzfläche aufliegt. Wie bei vielen kontaktlosen Anwendungen beziehen sich In-Process-Messungen auf eine Referenzmessung. Eine bekannte Dicke wird als Bezugspunkt festgelegt, und alle nachfolgenden Messungen zeigen den Betrag der Abweichung von dieser Referenz an.

Grundlegende einkanalige Vorgehensweise

1. Legen Sie einen Teil bekannter Dicke auf die Referenzfläche.

Abbildung 2 - Verformte Teile und Referenzflächen oder Fremdkörper zwischen Referenz und Teil verursachen in Einkanalsystemen einen Dickenmessfehler.

Abbildung 2 - Verformte Teile und Referenzflächen oder Fremdkörper zwischen Referenz und Teil verursachen in Einkanalsystemen einen Dickenmessfehler.

2. Passen Sie den Sensor an, um die Oberseite des Teils zu messen. Der Sensor sollte in der Nähe der Mitte seines Messbereichs positioniert werden, um positive und negative Abweichungen von der Referenzmessung zu berücksichtigen.

3. Passen Sie den Sensorausgang nach Möglichkeit auf Null Volt oder einen angezeigten Wert von Null an, wenn eine Messanzeige verwendet wird. Andernfalls notieren Sie die "Master" -Messung als Referenz beim Messen von Prüfteilen.

4. Ersetzen Sie das Referenzteil durch ein zu messendes Teil.

5. Lesen Sie die Abweichung der Dicke vom Display ab oder berechnen Sie die Abweichung von der Ausgangsspannung.

Genauigkeitsbeschränkungen

Bei der Einkanalmethode wird davon ausgegangen, dass das Teil perfekt flach auf der Referenzfläche liegt. Jede Verformung des Teils oder der Referenzfläche führt zu einem Fehler bei der Dickenmessung. Auch Fremdkörper, einschließlich Luft, zwischen dem Teil und der Referenzfläche verursachen einen Fehler (Abb. 2).

Dual-Channel-Methode

Zweikanalsysteme gleichen Deformitäten im Teil oder in der Auflagefläche aus, indem sie Positionsänderungen der Unter- und Oberseite des Teils messen.

Abbildung 3 - Zweikanalsysteme gleichen Deformitäten im Teil oder in der Auflagefläche aus, indem sie Positionsänderungen der Unter- und Oberseite des Teils messen.

Zweikanalige Dickenmessungen platzieren das zu messende Teil zwischen zwei Sensoren (Abb. 3). Jede Seite des Teils wird von einem separaten Sensor gemessen. Die Summe der Messungen der beiden Sensoren liefert die endgültige Messung der Dicke (Abb. 4). Wenn sich das Teil zu einem Sensor bewegt, bewegt es sich vom anderen weg. Die Änderungen an den Sensorausgängen heben sich gegenseitig auf. Dies eliminiert die Fehler, die sich aus einkanaligen Problemen mit Deformität und / oder Kontakt mit der Referenzoberfläche ergeben würden.

Das Teil kann mit einem Sensor gemessen werden, der in der Auflagefläche montiert ist, oder das Teil kann auf andere Weise zwischen den beiden Sensoren aufgehängt werden.

Wie bei vielen kontaktlosen Anwendungen beziehen sich die Messungen auf eine Referenzmessung. Eine bekannte Dicke wird als Bezugspunkt festgelegt, und alle nachfolgenden Messungen zeigen den Betrag der Abweichung von dieser Referenz an.

Grundlegende Zweikanalprozedur

Durch Summieren der beiden Sensorkanäle wird eine Ausgabe "nur Dicke" erzeugt, indem Änderungen der Teileposition zwischen den Sensoren aufgehoben werden.

Abbildung 4 - Durch Summieren der beiden Sensorkanäle wird eine Ausgabe nur für die Dicke erzeugt, indem Änderungen der Teileposition zwischen den Sensoren aufgehoben werden.

1. Platzieren Sie einen Teil bekannter Dicke zwischen den beiden Sensoren.

2. Passen Sie die Sensorpositionen an, um die Ober- und Unterseite des Teils zu messen. Die Sensoren sollten in der Nähe der Mitte des Messbereichs positioniert werden, um positive und negative Abweichungen von der Referenzmessung zu berücksichtigen.

3. Stellen Sie die Sensorausgänge nach Möglichkeit auf Null Volt und einen angezeigten Wert von Null ein, wenn Sie ein Messdisplay mit Summierungsfunktionen verwenden (siehe Empfehlungen unten).

4. Ersetzen Sie das Referenzteil durch ein zu messendes Teil.

5. Lesen Sie die Dickenabweichung mit Summierfunktion vom Display ab oder berechnen Sie die Abweichung, indem Sie die beiden Ausgangsspannungen addieren und in Maßeinheiten umrechnen.

Dual-Channel-Beispiel

Das abgebildete Beispiel verwendet zwei Sensoren, die für 10 V / 1 mm kalibriert sind. Bedingung 1 setzt ein 1 mm dickes Ziel als Referenz auf 0 Volt. Bedingung 2 zeigt den Effekt, wenn das 1 mm dicke Ziel näher an einen Sensor herangeführt wird. Bedingung 3 zeigt die nicht zentrierte Messung eines Testteils, das 1.5 mm dick ist.

Dual-Channel-Beispiel

Wichtige Vorsichtsmaßnahmen

Eine der größten Herausforderungen bei hochauflösenden Dickenmessungen ist das Design des Sondenmontagesystems und die Positionierung des Testmaterials im Messbereich.

Jedes Änderungen im Abstand zwischen der Sonde und der Zieloberfläche werden als Dickenänderungen in einem einzelnen Sondensystem registriert. JedesÄnderungen des Abstands zwischen den beiden Sonden in einem Doppelsondensystem werden als Dickenänderung registriert. Bei Messungen auf einem präzisen Submikron-Niveau kann eine Bewegung des Sondenbefestigungssystems, die zu klein ist, um gesehen zu werden, die Messergebnisse verzerren.

Die starre Montage der Sonde und die Positionierung des Testmaterials sind entscheidend für präzise Ergebnisse. Jegliche Vibration, Wärmeausdehnung / -kontraktion oder sonstige Bewegung der Sonden oder des Materials verhindert zuverlässige Ergebnisse. Nimm das nicht leicht; Wenn Sie Mikrometer messen möchten, müssen Sie die Stabilität der Sondenposition besser steuern als Mikrometer.

Problematische Beispiele:

Heißes Material

Eine übliche Anwendung zur Dickenmessung ist die Überwachung der Materialdicke, die während der Verarbeitung gefördert wird. Dies bedeutet manchmal, dass das Material heiß ist. Zusätzlich zu allen Bedenken hinsichtlich der Stabilität der Sonde und der Materialposition während des Transports (siehe unten) erwärmt das heiße Material die Sonden. Alle berührungslosen Sonden reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen. Unterschiedliche Temperaturen der Sonden bedeuten unterschiedliche Dickenmessungen.

Die thermischen Spezifikationen der Sensoren müssen für die Anwendung berücksichtigt und berechnet werden. Verschiebungen aufgrund von thermischen Veränderungen müssen geringer sein als die gewünschte Genauigkeit der Dickenmessung.

In extremeren Fällen können sich die Sonden über ihre Umgebungsgrenzen hinaus erwärmen und beschädigt werden. Umgebungsspezifikationen der Sonden müssen für die Anwendung berücksichtigt werden.

Materialdicke, die über eine Walze läuft

Rundlauf der Walze

Ein Rollenschlag (radiale Verschiebungen, während sich die Rolle dreht) macht die Dickenmessung zu einer Herausforderung, indem Fehler eingeführt werden, die häufig größer sind als die gewünschte Genauigkeit der Dickenmessung.

Das Messen der Dicke eines Materials, wenn es über eine Walze läuft, ist eine schwierige Aufgabe.

Der „Rundlauf“ der Walze (radiale Bewegung ihrer Oberfläche beim Drehen) ist fast immer größer als die für die Dickenmessung erforderliche Genauigkeit.

Single-Probe-Methode

Die Verwendung einer einzelnen Sonde direkt über der Walze zur Überwachung der Oberfläche des Materials funktioniert nur, wenn die Unrundheit der Walze erheblich unter der Genauigkeit der Dickenmessung liegt. das ist selten. Bei extremer Unrundheit kann die Unrundheit der Rollen größer sein als der Messbereich der Sonde, insbesondere wenn die Sonde klein ist.

Wenn die Messungen im Bereich bleiben, ist es möglich, einen Rollenschlag zu kompensieren. Das System kann den Rundlauf der Walze messen und von der Dickenmessung abziehen. Die den Rundlauf überwachende Sonde muss sich jedoch in der Nähe und am gleichen Winkel befinden wie die Dickensonde, da der Rundlauf nicht an allen Stellen der Walze gleichmäßig ist.

Dual-Probe-Methode

Ein Ansatz zur Lösung des Unrundheitsproblems bei Walzen besteht in der Verwendung der Doppelsondenmethode, bei der das Material unmittelbar vor oder nach der Walze suspendiert wird. Im Prinzip ist dies eine vernünftige Idee; Das Material wird jedoch immer noch von der Unrundheit der Walze sowie von Instabilität oder Unrundheit in anderen Mechanismen, die das Material tragen, abgelenkt. Durch die Doppelsondenmethode werden Fehler minimiert, wenn sich das Material in der Lücke zwischen den Sonden auf und ab bewegt. Diese Bewegungen dürfen jedoch den Messbereich der Sonden nicht überschreiten.