Medición de Espesor con Sensores sin Contacto

Nota de aplicación de detección general LA05-0021

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Resumen:

Detalla dos métodos de medición de espesor sin contacto de un objetivo conductor: canal único (bueno) y canal doble (mejor). Proporciona precauciones contra errores comunes.

Método de Un Solo Canal

Las mediciones de espesor de un solo canal asumen que la pieza es plana y está perfectamente asentada contra la referencia.

Figura 1 - Las mediciones de espesor de un solo canal asumen que la pieza es plana y está perfectamente asentada contra la referencia.

Las mediciones de espesor de un solo canal (Fig. 1) miden la ubicación de la superficie superior de la pieza bajo prueba mientras la pieza descansa sobre una superficie de referencia. Al igual que con muchas aplicaciones sin contacto, las mediciones en el proceso son relativas a una medición de referencia. Se establece un espesor conocido como punto de referencia y todas las mediciones posteriores indican la cantidad de desviación de esa referencia.

Procedimiento Básico de Un Solo Canal

1. Coloque una parte de espesor conocido en la superficie de referencia.

Figura 2 - Las piezas deformadas y las superficies de referencia o la materia extraña entre la referencia y la pieza crean un error de medición de espesor en los sistemas de un solo canal.

Figura 2 - Las piezas deformadas y las superficies de referencia o la materia extraña entre la referencia y la pieza crean un error de medición del espesor en los sistemas de un solo canal.

2. Ajuste el sensor para medir la superficie superior de la pieza. El sensor debe colocarse cerca del centro de su rango de medición para permitir desviaciones positivas y negativas de la medición de referencia.

3. Si es posible, ajuste la salida del sensor a cero voltios o una lectura de cero mostrada, si se está utilizando una pantalla de medición. De lo contrario, registre la medición "maestra" como referencia cuando mida piezas de prueba.

4. Reemplace la parte de referencia con una parte a medir.

5. Lea la desviación en grosor de la pantalla, o calcule la desviación del voltaje de salida.

Limitaciones de Precisión

El método de un solo canal supone que la pieza es perfectamente plana contra la superficie de referencia. Cualquier deformidad de la pieza, o la superficie de referencia dará como resultado un error en la medición del espesor. Tambien, cualquier material extraño, incluyendo el aire, entre la pieza y la superficie de referencia creará un error (Fig. 2).

Método de Doble Canal

Los sistemas de dos canales compensan las deformidades de la pieza o la superficie de apoyo midiendo los cambios de posición de la superficie inferior y superior de la pieza.

Figura 3 - Los sistemas de doble canal compensan las deformidades en la pieza o en la superficie de apoyo midiendo los cambios en la posición de la superficie superior e inferior de la pieza.

Las mediciones de espesor de doble canal colocan la pieza a medir entre dos sensores (Fig. 3). Cada lado de la pieza se mide con un sensor separado. La suma de las medidas de los dos sensores proporciona la medida final del espesor (Fig. 4). Si la parte se mueve hacia un sensor, se aleja del otro; Los cambios en las salidas de los sensores se cancelarán entre sí. Esto elimina los errores que resultarían de problemas de un solo canal con deformidad y / o contacto con la superficie de referencia.

La parte se puede medir con un sensor montado en la superficie de descanso, o la parte se puede suspender entre los dos sensores.

Al igual que con muchas aplicaciones sin contacto, las medidas son relativas a una medida de referencia. Se establece un espesor conocido como punto de referencia, y todas las medidas posteriores indican la cantidad de desviación de esa referencia.

Procedimiento Básico de Doble Canal

La suma de los dos canales del sensor produce una salida de "solo espesor" cancelando los cambios de posición de la pieza entre los sensores.

Figura 4 - La suma de los dos canales del sensor produce una salida de “solo espesor” al cancelar los cambios de posición de la pieza entre los sensores.

1. Coloque una parte del espesor conocido entre los dos sensores.

2. Ajuste las posiciones del sensor para medir las superficies superior e inferior de la pieza. Los sensores deben colocarse cerca del centro del rango de medición para permitir desviaciones positivas y negativas de la medida de referencia.

3. Si es posible, ajuste las salidas del sensor a cero voltios, y una lectura de cero visualizada cuando use una pantalla de medición con capacidades de suma (consulte las recomendaciones a continuación).

4. Reemplace la parte de referencia con una parte a medir.

5. Lea la desviación de grosor de la pantalla con capacidades de suma, o calcule la desviación sumando los dos voltajes de salida convirtiéndolos en unidades dimensionales.

Ejemplo de Doble Canal

El ejemplo ilustrado usa dos sensores que están calibrados para 10V / 1mm. La condición 1 establece un objetivo de grosor 1mm como referencia a 0 voltios. La condición 2 muestra el efecto de mover el objetivo grueso 1mm más cerca de un sensor. La condición 3 muestra la medición no centrada de una pieza de prueba que tiene un grosor 1.5mm.

Ejemplo de Doble Canal

Precauciones Importantes

Uno de los mayores desafíos para realizar mediciones de espesor de alta resolución es el diseño del sistema de montaje de la sonda, y la forma en que se coloca el material de prueba en el área de medición.

Cualquier cambio en la distancia entre la sonda, y la superficie objetivo se registrarán como cambios de grosor en un solo sistema de sonda. Cualquiercambio en la distancia entre las dos sondas en un sistema de sonda dual se registrarán como un cambio de grosor. Al realizar mediciones a un nivel preciso sub-micrométrico, el movimiento del sistema de montaje de la sonda que es demasiado pequeño para ser visto sesgará los resultados de la medición.

El montaje rígido de la sonda, y el posicionamiento del material de prueba son críticos para obtener resultados precisos. Cualquier vibración, expansión / contracción térmica u otro movimiento de las sondas o material alterara resultados confiables. No tomes esto a la ligera; Si desea medir micras, debe controlar la estabilidad de la posición de la sonda mejor que las micras.

Ejemplos Problemáticos:

Material Caliente

Una aplicación común de medición de espesor es monitorear el espesor del material a medida que se transporta durante el proceso. Esto a veces significa que el material está caliente. Además de todas las inquietudes sobre la estabilidad de la posición de la sonda, y el material durante la transmisión (ver más abajo), el material caliente calentará las sondas. Todas las sondas sin contacto tienen cierta sensibilidad a los cambios de temperatura. La temperatura variable de las sondas significará medidas variables de espesor.

Las especificaciones térmicas de los sensores deben considerarse y calcularse para la aplicación; Los cambios debidos a cambios térmicos deben ser inferiores a la precisión deseada de la medida del espesor.

En casos más extremos, las sondas pueden calentarse más allá de sus límites ambientales y sufrir daños. Las especificaciones ambientales de las sondas deben considerarse para la aplicación.

Espesor del Material que pasa sobre el Rodillo

Excentricidad del rodillo

La excentricidad del rodillo (desplazamientos radiales mientras el rodillo gira) hace que la medición del espesor sea un desafío al introducir errores a menudo mayores que la precisión de medición del espesor deseada.

Medir el espesor de un material cuando pasa sobre un rodillo presenta desafíos difíciles.

La 'desviación' del rodillo (movimiento radial de su superficie a medida que gira) es casi siempre mayor que la precisión requerida para la medición del espesor.

Método de Sonda Única

El uso de una sola sonda directamente sobre el rodillo para controlar la superficie superior del material no funcionará a menos que la excentricidad del rodillo sea considerablemente menor que la precisión de la medida del espesor; esto es raro. Con una desviación más extrema, la desviación del rodillo puede ser mayor que el rango de medición de la sonda, especialmente si la sonda es pequeña.

Si las medidas permanecen dentro del rango, es posible compensar la desviación del rodillo. El sistema puede medir la desviación del rodillo y restarlo de la medición del espesor. Pero la sonda que controla la desviación debe estar cerca, y en la misma ubicación angular que la sonda de espesor porque la desviación no es consistente en todas las ubicaciones del rodillo.

Método de Sonda Dual

Un enfoque para resolver el problema de la excentricidad del rodillo es utilizar el método de doble sonda donde el material se suspende inmediatamente antes o después del rodillo. En principio, esta es una idea razonable; sin embargo, el material todavía se desvía por la desviación del rodillo así como por la inestabilidad o desviación en otros mecanismos que soportan el material. El método de doble sonda minimizará los errores a medida que el material se mueve hacia arriba, y hacia abajo en el espacio entre las sondas pero esos movimientos no deben exceder el rango de medición de las sondas.