Bezkontaktowy pomiar różnicowy w przemyśle – zastosowane rozwiązania.

Bezkontaktowy pomiar grubości należy do powszechnie realizowanych pomiarów w wielu firmach, ze względu na takie zalety jak brak zużywających się elementów. W odróżnieniu od pomiaru dotykowego, czynniki takie jak niekorzystna temperatura czy mechaniczne zużycie nie skracają ich żywotności.

W poniższym artykule skupimy się na zasadniczych kwestiach, na jakie należy zwrócić uwagę w podstawowych badaniach grubości materiału. Analizę wykonamy na podstawie gotowego systemu pomiarowego Micro-Epsilon z serii thicknessCONTROL MTS zastosowanego do mierzenia blachy stalowej w procesie cięcia wzdłużnego.

Zasada działania pomiaru grubości

Zasada pomiaru grubości, a precyzyjniej wymiarowania geometrycznego opiera się na zastosowaniu jednego optycznego czujnika pomiaru odległości z każdej ze stron kontrolowanego materiału.

Odległość zakresu roboczego obu czujników jest określana w procesie kalibracji na podstawie certyfikowanego standardu pomiarowego. Jego grubość jest dodawana do sumy sygnałów z czujników w celu ustalenia bieżącego zakresu roboczego. Czujnik 2D przetwarza nie tylko jeden punkt pomiarowy. W opisanym powyżej procesie kalibracji układy współrzędnych czujników zainstalowanych w górnej i dolnej części urządzenia są zsynchronizowane.

Mierząc grubość podczas produkcji określa się różnicę między sumą sygnałów odległości a wartością zakresu roboczego. Systemy są zaprojektowane mechanicznie w kształcie litery „C” lub „O”. Aby uzyskać dokładny pomiar ważne jest, aby obie wiązki lasera były spójnie rzutowane na górną i dolną stronę materiału. Drobne odchylenia montażu czujnika wpłyną na precyzję pomiaru.

Czujniki są fabrycznie skalibrowane za pomocą narzędzia optoelektronicznego i opatentowanej procedury, tj. odchylenie liniowości jest określane w całym zakresie roboczym i obliczana jest funkcja korekcji. Dzięki temu rozwiązaniu otrzymujemy maksimum wydajności w trudnych warunkach pracy systemu pomiarowego.

Innowacyjna „dyskretna linia laserowa”

Do optycznego pomiaru grubości można zastosować konwencjonalne laserowe czujniki punktowe, punktowe czujniki chromatyczne konfokalne oraz laserowe czujniki liniowe (skanery profilu). W tym artykule omawiamy szczegółowo ostatnie ze wspomnianych rodzajów urządzeń.

W przeciwieństwie do czujników punktowych, laserowe czujniki liniowe wykorzystują statyczną linię laserową, którą wyświetlają na powierzchni mierzonego obiektu. Wysokiej jakości układ optyczny rzutuje rozproszone światło tej linii lasera na bardzo czułą matrycę czujnika, która wykrywa podczas jednego pomiaru, w zależności od rodzaju czujnika, profil z 640, 1028 lub 2048 punktami pomiarowymi. Na podstawie tego obrazu matrycy, zintegrowany kontroler oblicza informacje o odległości (oś Z) i pozycję wzdłuż linii lasera (oś X) w dwuwymiarowym układzie współrzędnych.

Rozdzielczość i zakres pomiarowy

Podczas gdy rozdzielczość czujników punktowych odpowiada najmniejszej mierzalnej zmianie grubości, triangulacja linii laserowej jest znacznie bardziej złożona. W tym przypadku rozdzielczość nie jest określana na podstawie oceny jednego pojedynczego punktu, lecz bierze się pod uwagę wiele punktów, czyli cały profil, a linię odniesienia dopasowuje się do chmury punktów (linia najlepszego dopasowania).

Dlatego rozdzielczość jest najmniejszą mierzalną zmianą grubości między dwiema odpowiednimi liniami odniesienia. Jest zatem wyższa w porównaniu z metodą punktowej triangulacji przy użyciu tego samego układu optycznego, tj. tego samego zakresu pomiarowego. Użycie thicknessCONTROL MTS 820X.LLT zapewnia duży zakres pomiarowy przy bardzo wysokiej rozdzielczości, co jest szczególnie korzystne w zastosowaniach do cięcia wzdłużnego.

Odporność w trudnych, przemysłowych warunkach

Ze względu na wysokie częstotliwości odczytywane z czujników laserowych, okazały się one bardzo stabilne w trudnych warunkach środowiskowych. W sytuacjach, w których występuje utrata 50 % punktów pomiarowych, np. z powodu pary, resztkowego zanieczyszczenia emulsją lub odbić na błyszczących powierzchniach, linia odniesienia chmury punktów użytkowych nadal generuje bardzo stabilne wartości pomiarowe. Tym samym przewyższa technologię klasycznego punktowego czujnika laserowego.

Kompensacja ruchu paska blachy

Podczas obróbki blachy, jest ona nawijana na bęben, odpowiednio pozycjonowana i mierzona, a następnie cięta. Zaraz po właściwym pozycjonowaniu pomiar jest kluczowym etapem, zapewniającym oczekiwany rezultat.

W porównaniu do laserowych czujników punktowych, pomiar triangulacji linii laserowej oferuje lepszą dokładność i stabilność. Kąty pochylenia, wypaczenia i odkształcenia materiału są rozpoznawane za pomocą czujników profilowych i uwzględniane w wynikach pomiarów. Dzięki temu system CONTROL MTS 820X.LLT zapewnia wysokiej jakości pomiary grubości z dokładnością w zakresie mikrometrów, nawet gdy mierzona blacha ma kilka mm grubości i jest pochylona.

Automatyczna kalibracja i kompensacja temperatury

Systemy CONTROL MTS są wyposażone w automatyczną kalibrację w miejscu pomiaru badanego elementu i kompensacji np. skutków wahań temperatury. W zależności od zastosowania, dzięki tej kalibracji można ustawić element referencyjny lub kalibracyjny. Co więcej, prawidłowe funkcjonowanie systemu można cyklicznie potwierdzić w dowolnym momencie. Oprogramowanie analityczne umożliwia łatwą, szybką weryfikację możliwości systemu pomiarowego, które można zautomatyzować w zależności od aplikacji.

Przykład rozwiązania:

thicknessCONTROL 920x – nowa generacja systemów pomiaru grubości, przeznaczona jest dla wymagających aplikacji pracujących w najtrudniejszych warunkach środowiskowych, obudowa „C-Frame” stosowanych w najbardziej wymagających środowiskach pracy.

Model MTS 9202.LLT – cechy charakterystyczne:

- dostępnych: 8 konfiguracji względem szerokości (do 2500 mm) i grubości materiału (do 100 mm),

- rozdzielczość: od 0.2  μm do 0.5  μm,

- dokładność z powtarzalnością do 2σ: ± 2 do ±5 μm,

- temperatura pracy: do 1200 °C,

- autorska wersja w kształcie litery „C” zgodnie z wymaganiami klienta.

Jeśli artykuł Cię zainteresował i widzisz potrzebę kontroli grubości zapraszamy do kontaktu z naszymi specjalistami. Doradzą oni, jaki system będzie odpowiedni do Twojej aplikacji. Skontaktuj się tutaj.

Na pierwszym zdjęciu system thicknessCONTROL 920x

« Wróć do listy artykułów