Mesure d'épaisseur avec des capteurs sans contact

Note d'application générale sur les capteurs LA05-0021

Copyright © 2013 Lion Precision. www.lionprecision.com

Résumé:

Détaille deux méthodes de mesure d'épaisseur sans contact d'une cible conductrice: canal simple (bon) et canal double (meilleur). Fournit des mises en garde contre les erreurs courantes.

Méthode monocanal

Les mesures d'épaisseur monocanal supposent que la pièce est plate et parfaitement calée contre la référence.

Figure 1 - Les mesures d'épaisseur monocanal supposent que la pièce est plate et parfaitement calée contre la référence.

Les mesures d'épaisseur monocanal (Fig. 1) mesurent l'emplacement de la surface supérieure de la pièce à tester lorsque celle-ci repose sur une surface de référence. Comme dans de nombreuses applications sans contact, les mesures en cours de traitement sont relatives à une mesure de référence. Une épaisseur connue est établie comme point de référence et toutes les mesures ultérieures indiquent l’écart par rapport à cette référence.

Procédure de base monocanal

1. Placez une partie d'épaisseur connue sur la surface de référence.

Figure 2 - Les pièces déformées et les surfaces de référence ou les corps étrangers entre la référence et la pièce créent une erreur de mesure d'épaisseur dans les systèmes monocanal.

Figure 2 - Les pièces déformées et les surfaces de référence ou les corps étrangers entre la référence et la pièce créent une erreur de mesure d'épaisseur dans les systèmes monocanal.

2. Ajustez le capteur pour mesurer la surface supérieure de la pièce. Le capteur doit être placé près du centre de sa plage de mesure pour permettre des écarts positifs et négatifs par rapport à la mesure de référence.

3. Si possible, ajustez la sortie du capteur à zéro volt ou à une valeur affichée de zéro si un affichage de mesure est utilisé. Sinon, enregistrez la mesure «principale» comme référence lors de la mesure de pièces à tester.

4. Remplacez la pièce de référence par une pièce à mesurer.

5. Lisez l'écart sur l'épaisseur de l'écran ou calculez l'écart par rapport à la tension de sortie.

Limites de précision

La méthode monocanal suppose que la pièce est parfaitement plane par rapport à la surface de référence. Toute déformation de la pièce ou de la surface de référence entraînera une erreur dans la mesure de l'épaisseur. En outre, toute matière étrangère, y compris l'air, entre la pièce et la surface de référence créera également une erreur (Fig. 2).

Méthode double canal

Les systèmes à deux canaux compensent les déformations de la pièce ou de la surface de repos en mesurant les changements de position de la surface inférieure et supérieure de la pièce.

Figure 3 - Les systèmes à double canal compensent les déformations de la pièce ou de la surface d'appui en mesurant les changements de position de la surface inférieure et supérieure de la pièce.

Les mesures d'épaisseur à deux canaux placent la pièce à mesurer entre deux capteurs (Fig. 3). Chaque côté de la pièce est mesuré par un capteur séparé. La somme des mesures des deux capteurs fournit la mesure finale de l'épaisseur (Fig. 4). Si la pièce se déplace vers un capteur, elle s’éloigne de l’autre; les modifications apportées aux sorties des capteurs s'annulent. Ceci élimine les erreurs qui résulteraient de problèmes de déformation et / ou de contact avec un seul canal avec la surface de référence.

La pièce peut être mesurée avec un capteur monté sur la surface de repos, ou la pièce peut être suspendue d'une autre manière entre les deux capteurs.

Comme avec beaucoup d'applications sans contact, les mesures sont relatives à une mesure de référence. Une épaisseur connue est établie comme point de référence et toutes les mesures ultérieures indiquent l’écart par rapport à cette référence.

Procédure de base à double canal

La somme des deux canaux de capteur produit une sortie «épaisseur uniquement» en annulant les changements de position de pièce entre les capteurs.

Figure 4 - La somme des deux canaux de capteur produit une sortie «épaisseur uniquement» en annulant les changements de position de pièce entre les capteurs.

1. Placez une partie d'épaisseur connue entre les deux capteurs.

2. Ajustez les positions du capteur pour mesurer les surfaces supérieure et inférieure de la pièce. Les capteurs doivent être placés près du centre de la plage de mesure pour permettre des écarts positifs et négatifs par rapport à la mesure de référence.

3. Si possible, ajustez les sorties du capteur à zéro volt et à une valeur affichée de zéro lors de l'utilisation d'un affichage de mesure avec des capacités de sommation (voir les recommandations ci-dessous).

4. Remplacez la pièce de référence par une pièce à mesurer.

5. Lisez l'écart d'épaisseur de l'écran avec les capacités de sommation ou calculez l'écart en ajoutant les deux tensions de sortie et en les convertissant en unités dimensionnelles.

Exemple de double canal

L'exemple illustré utilise deux capteurs étalonnés pour 10V / 1mm. La condition 1 définit une cible épaisse 1mm comme référence en volts 0. La condition 2 montre l’effet du déplacement de la cible épaisse 1mm plus près d’un capteur. La condition 3 indique la mesure non centrée d’une pièce d’essai de 1.5mm.

Exemple de double canal

Précautions importantes

L'un des plus grands défis en matière de mesure d'épaisseur à haute résolution est la conception du système de montage de la sonde et la façon dont le matériau de test est positionné dans la zone de mesure.

Toute les changements de distance entre la sonde et la surface cible seront enregistrés en tant que changements d'épaisseur dans un système de sonde unique. Touteles changements de distance entre les deux sondes dans un système à double sonde seront enregistrés comme un changement d'épaisseur. Lorsque vous effectuez des mesures à un niveau précis, inférieur au micron, le fait que le système de montage de la sonde soit trop petit pour être vu faussera les résultats de la mesure.

Le montage rigide de la sonde et le positionnement du matériau d’essai sont essentiels pour obtenir des résultats précis. Toute vibration, dilatation / contraction thermique ou tout autre mouvement des sondes ou du matériau empêchera des résultats fiables. Ne prenez pas cela à la légère. si vous voulez mesurer des microns, vous devez contrôler la stabilité de la position de la sonde mieux que des microns.

Exemples problématiques:

Matériau chaud

Une application courante de mesure d'épaisseur consiste à contrôler l'épaisseur du matériau lors de son traitement. Cela signifie parfois que le matériau est chaud. En plus de toutes les préoccupations concernant la stabilité de la sonde et la position du matériau pendant le transport (voir ci-dessous), le matériau chaud chauffera les sondes. Toutes les sondes sans contact ont une certaine sensibilité aux changements de température. La variation de la température des sondes signifie différentes mesures d'épaisseur.

Les spécifications thermiques des capteurs doivent être prises en compte et calculées pour l'application. les déplacements dus aux variations thermiques doivent être inférieurs à la précision souhaitée pour la mesure d'épaisseur.

Dans des cas plus extrêmes, les sondes peuvent chauffer au-delà de leurs limites environnementales et être endommagées. Les spécifications environnementales des sondes doivent être prises en compte pour l'application.

Épaisseur du matériau passant sur un rouleau

Runout du rouleau

Le roulage des rouleaux (déplacements radiaux pendant que le rouleau tourne) fait de la mesure d'épaisseur un défi en introduisant des rouleaux souvent supérieurs à la précision de mesure d'épaisseur souhaitée.

Mesurer l'épaisseur d'un matériau lors de son passage sur un rouleau présente des défis difficiles.

Le "voile" du rouleau (mouvement radial de sa surface au fur et à mesure qu'il tourne) est presque toujours supérieur à la précision requise pour la mesure de l'épaisseur.

Méthode à sonde unique

L'utilisation d'une seule sonde directement sur le rouleau pour contrôler la surface supérieure du matériau ne fonctionnera que si le voile du rouleau est considérablement inférieur à la précision de la mesure d'épaisseur; c'est rare. Avec un battement plus extrême, le battement du rouleau peut être supérieur à la plage de mesure de la sonde, surtout si la sonde est petite.

Si les mesures restent dans la plage, il est possible de compenser le roulis. Le système peut mesurer le faux-rond du rouleau et le soustraire de la mesure d'épaisseur. Cependant, la sonde qui surveille le battement doit être proche et au même emplacement angulaire que la sonde d'épaisseur, car le battement n'est pas uniforme à tous les endroits du rouleau.

Méthode à double sonde

Une approche pour résoudre le problème de roulement des rouleaux consiste à utiliser la méthode à double sonde dans laquelle le matériau est suspendu immédiatement avant ou après le rouleau. En principe, c'est une idée raisonnable. cependant, le matériau est toujours dévié par le faux-rond ainsi que par l'instabilité ou le faux-rond dans d'autres mécanismes supportant le matériau. La méthode à double sonde minimisera les erreurs lorsque le matériau monte et descend dans l’intervalle des sondes, mais ces mouvements ne doivent pas dépasser la plage de mesure des sondes.