Misurazione dello spessore con sensori senza contatto

Nota applicativa di rilevamento generale LA05-0021

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Sommario:

Descrive in dettaglio due metodi di misurazione dello spessore senza contatto di un target conduttivo: Single Channel (Buono) e Dual-Channel (Migliore). Fornisce precauzioni contro errori comuni.

Metodo a canale singolo

Le misurazioni dello spessore a canale singolo presuppongono che la parte sia piatta e perfettamente posizionata rispetto al riferimento.

Figura 1 - Le misurazioni dello spessore di un canale singolo presuppongono che la parte sia piana e perfettamente posizionata rispetto al riferimento.

Le misurazioni dello spessore a canale singolo (Fig. 1) misurano la posizione della superficie superiore della parte sottoposta a test mentre la parte poggia su una superficie di riferimento. Come in molte applicazioni senza contatto, le misurazioni in corso sono relative a una misura di riferimento. Uno spessore noto viene stabilito come punto di riferimento e tutte le misurazioni successive indicano la quantità di deviazione da quel riferimento.

Procedura di base a canale singolo

1. Collocare una parte di spessore noto sulla superficie di riferimento.

Figura 2 - Parti deformate e superfici di riferimento o corpi estranei tra il riferimento e la parte creano un errore di misurazione dello spessore nei sistemi a canale singolo.

Figura 2 - Parti deformate e superfici di riferimento o corpi estranei tra il riferimento e la parte creano un errore di misurazione dello spessore nei sistemi a canale singolo.

2. Regolare il sensore per misurare la superficie superiore della parte. Il sensore deve essere posizionato vicino al centro del suo intervallo di misurazione per consentire deviazioni positive e negative dalla misurazione di riferimento.

3. Se possibile, regolare l'uscita del sensore per zero volt o una lettura visualizzata di zero se viene utilizzato un display di misurazione. Altrimenti, registrare la misurazione "master" come riferimento quando si misurano parti di prova.

4. Sostituire la parte di riferimento con una parte da misurare.

5. Leggere la deviazione di spessore dal display o calcolare la deviazione dalla tensione di uscita.

Limitazioni di precisione

Il metodo a canale singolo presuppone che la parte sia perfettamente piana rispetto alla superficie di riferimento. Qualsiasi deformità del pezzo o della superficie di riferimento comporterà un errore nella misurazione dello spessore. Inoltre, qualsiasi sostanza estranea, compresa l'aria, tra la parte e la superficie di riferimento creerà un errore (Fig. 2).

Metodo a doppio canale

I sistemi a doppio canale compensano le deformità della parte o della superficie di appoggio misurando i cambiamenti di posizione della superficie inferiore e superiore della parte.

Figura 3 - I sistemi a doppio canale compensano le deformità della parte o della superficie di appoggio misurando i cambiamenti di posizione della superficie inferiore e superiore della parte.

Le misurazioni dello spessore a doppio canale posizionano la parte da misurare tra due sensori (Fig. 3). Ogni lato della parte viene misurato da un sensore separato. La somma delle misure dai due sensori fornisce la misura finale dello spessore (Fig. 4). Se la parte si sposta verso un sensore, si allontana dall'altro; le modifiche nelle uscite dei sensori si annulleranno a vicenda. Ciò elimina gli errori che potrebbero derivare da problemi a canale singolo con deformità e / o contatto con la superficie di riferimento.

La parte può essere misurata con un sensore montato sulla superficie di appoggio, oppure la parte può essere altrimenti sospesa tra i due sensori.

Come in molte applicazioni senza contatto, le misurazioni sono relative a una misurazione di riferimento. Uno spessore noto viene stabilito come punto di riferimento e tutte le misurazioni successive indicano la quantità di deviazione da quel riferimento.

Procedura di base a doppio canale

La somma dei due canali del sensore produce un output di "solo spessore" annullando le modifiche della posizione della parte tra i sensori.

Figura 4 - La somma dei due canali del sensore produce un'uscita di "solo spessore" annullando i cambiamenti di posizione del pezzo tra i sensori.

1. Collocare una parte di spessore noto tra i due sensori.

2. Regolare le posizioni del sensore per misurare le superfici superiore e inferiore della parte. I sensori devono essere posizionati vicino al centro del campo di misura per consentire deviazioni positive e negative dalla misura di riferimento.

3. Se possibile, regolare le uscite del sensore per zero volt e una lettura visualizzata di zero quando si utilizza un display di misurazione con capacità di somma (vedere le raccomandazioni seguenti).

4. Sostituire la parte di riferimento con una parte da misurare.

5. Leggere la deviazione di spessore dal display con capacità di somma o calcolare la deviazione aggiungendo le due tensioni di uscita e convertendole in unità dimensionali.

Esempio a doppio canale

L'esempio illustrato utilizza due sensori calibrati per 10 V / 1 mm. La condizione 1 imposta un obiettivo spesso 1 mm come riferimento a 0 volt. La condizione 2 mostra l'effetto di avvicinare il bersaglio spesso 1 mm ad un sensore. La condizione 3 mostra la misurazione senza centri di una parte di prova che ha uno spessore di 1.5 mm.

Esempio a doppio canale

Avvertenze importanti

Una delle maggiori sfide nella realizzazione di misurazioni dello spessore ad alta risoluzione è la progettazione del sistema di montaggio della sonda e il modo in cui il materiale di prova è posizionato nell'area di misurazione.

Qualsiasi le variazioni di distanza tra la sonda e la superficie target verranno registrate come variazioni di spessore in un sistema a singola sonda. Qualsiasile variazioni di distanza tra le due sonde in un sistema a doppia sonda verranno registrate come variazione di spessore. Quando si eseguono misurazioni a un livello preciso, inferiore al micron, il movimento del sistema di montaggio della sonda che è troppo piccolo per essere visto altera i risultati della misurazione.

Il montaggio rigido della sonda e il posizionamento del materiale di prova sono fondamentali per ottenere risultati precisi. Qualsiasi vibrazione, espansione / contrazione termica o altri movimenti delle sonde o del materiale impediranno risultati affidabili. Non prenderlo alla leggera; se si desidera misurare i micron, è necessario controllare la stabilità della posizione della sonda meglio dei micron.

Esempi problematici:

Materiale caldo

Un'applicazione comune di misurazione dello spessore è il monitoraggio dello spessore del materiale mentre viene trasmesso durante la lavorazione. Questo a volte significa che il materiale è caldo. Oltre a tutte le preoccupazioni sulla stabilità della sonda e della posizione del materiale durante il trasporto (vedi sotto), il materiale caldo riscalda le sonde. Tutte le sonde senza contatto hanno una certa sensibilità alle variazioni di temperatura. La variazione della temperatura delle sonde comporterà misurazioni variabili dello spessore.

Le specifiche termiche dei sensori devono essere considerate e calcolate per l'applicazione; gli spostamenti dovuti a variazioni termiche devono essere inferiori alla precisione desiderata della misurazione dello spessore.

In casi più estremi, le sonde possono riscaldarsi oltre i limiti ambientali e possono essere danneggiate. Le specifiche ambientali delle sonde devono essere considerate per l'applicazione.

Spessore del materiale che passa su un rullo

Eccentricità del rullo

L'eccentricità del rullo (spostamenti radiali mentre il rullo gira) rende la misurazione dello spessore una sfida introducendo errori spesso più grandi della precisione di misurazione dello spessore desiderata.

Misurare lo spessore di un materiale mentre passa sopra un rullo presenta sfide difficili.

Il "runout" del rullo (movimento radiale della sua superficie mentre gira) è quasi sempre maggiore della precisione richiesta per la misurazione dello spessore.

Metodo a sonda singola

L'uso di una singola sonda direttamente sopra il rullo per monitorare la superficie superiore del materiale non funzionerà a meno che il runout del rullo non sia notevolmente inferiore alla precisione della misurazione dello spessore; questo è raro. Con un runout più estremo, il runout del rullo potrebbe essere più ampio dell'intervallo di misurazione della sonda, specialmente se la sonda è piccola.

Se le misurazioni rimangono nel range, è possibile compensare il runout del rullo. Il sistema può misurare il runout del rullo e sottrarlo dalla misurazione dello spessore. Ma la sonda che controlla il runout deve essere vicina e nella stessa posizione angolare della sonda di spessore perché il runout non è coerente in tutte le posizioni sul rullo.

Metodo a doppia sonda

Un approccio per risolvere il problema del runout del rullo consiste nell'utilizzare il metodo a doppia sonda in cui il materiale è sospeso immediatamente prima o dopo il rullo. In linea di principio, questa è un'idea ragionevole; tuttavia, il materiale è ancora deviato dall'eccentricità del rullo nonché dall'instabilità o dall'eccentricità in altri meccanismi a supporto del materiale. Il metodo a doppia sonda minimizzerà gli errori mentre il materiale si sposta su e giù nello spazio tra le sonde, ma questi movimenti non devono superare l'intervallo di misurazione delle sonde.