Evident LogoOlympus Logo
Zdroje informací
Application Notes
Back to Resources


Úvod

Po mnoho let spočívala kontrola kvality vyfukovaných dílů v rozříznutí dílu pracovním nožem a změření tloušťky posuvným měřítkem. S tímto tradičním způsobem zkoušení je však spojeno mnoho problémů. Když se zkoušený díl rozřízne, zůstanou na řezné hraně otřepy. Pokud operátor provede měření přes otřep, nezměří skutečnou tloušťku stěny. I za předpokladu, že operátor postupuje opatrně a vyhne se zdeformovaným hranám, existují nadále omezení míst, kde lze tloušťku měřit mechanickými prostředky. Často geometrie lahve neumožňuje přístup do těsných rohů nebo manipulačních oblastí. Pokud je měřený předmět z důvodu měření tloušťky zničen, již ho pro většinu dalších zkoušek nelze použít. Dalším častým problémem jsou odlišnosti v technice, kterou operátor měření provádí. Měření posuvným měřítkem může být chybné, jestliže operátor drží posuvné měřítko šikmo vůči měřenému dílu, a také v případě, kdy jsou posuvným měřítkem měřeny materiály, které lze čelistmi měřítka stlačit. V takových případech se výsledky měření získané různými operátory liší. S tímto způsobem měření souvisí také problematika bezpečnosti. Operátoři musí několikrát za směnu použít pracovní nůž k rozříznutí dílu, což přestavuje stálé riziko případného vážného poranění.

Existují dvě elektronické metody, které všechny tyto problémy mohou omezit nebo dokonce eliminovat: měření ultrazvukem a měření na principu Hallova jevu. V současnosti se obě tyto metody běžně využívají při kontrole kvality vyfukovaných dílů. Volba metody měření obecně závisí na zkoušeném výrobku. Na zkoušeném výrobku ale závisí i faktory, které volbu metody ovlivňují (tyto faktory budou podrobněji probrány na konci této poznámky).

Teorie ultrazvukového měření

Ultrazvukové tloušťkoměry představují prostředky pro přesná, spolehlivá a opakovatelná nedestruktivní měření tloušťky stěny při přístupu z jedné strany zkoušeného dílu. Pracují na principu měření doby, kterou potřebuje ultrazvuková akustická vlna k průchodu dílem. Sonda se umístí na povrch měřeného dílu a pomocí tekutiny se zajistí její akustická vazba na měřený díl. Jako vazební prostředek se obvykle používá glycerin, propylenglykol nebo voda. Akustický impulz se šíří z kontaktního povrchu na protilehlý povrch a zpět a ve formě echa dopadá zpět na sondu (viz obr. 1). Přístroj měří dobu průchodu akustického impulzu materiálem (viz obr. 2); na základě rychlosti šíření zvuku v měřeném materiálu, přičemž tloušťku materiálu vypočítává podle následující rovnice.

Obrázek 1: Sonda se umístí na měřený díl. Akustický impulz ze sondy se šíří od kontaktního povrchu k zadnímu povrchu a zpět.

Obrázek 2: Prvotní impulz představuje zvuk vstupující do dílu. Koncové echo představuje zvuk, který se vrací po odrazu od protilehlého povrchu. „t“ je čas doby průchodu akustického impulzu. Režim 1 značí způsob měření, který k určení tloušťky používá prvotní impulz a koncové echo.

Kalibrace

Ultrazvuková měřidla jsou mimořádně přesná, je však nutné dobře porozumět podmínkám, které způsobují chyby měření, a přijmout několik jednoduchých preventivních opatření. Pokud bylo měřidlo náležitě zkalibrováno, zobrazí přesnou tloušťku stěny. K provedení kalibrace jsou nutné vzorky daného materiálu známé tloušťky. Typicky se nastavení měřidla provede na vzorcích reprezentujících maximální a minimální tloušťku měřeného materiálu. Rychlost šíření zvuku v materiálu a posun začátku měření - nuly (parametr související se sondou) se nastaví jednoduchým úkonem na klávesnici, který spočívá v zadání známé tloušťky referenčních etalonů přes vazbu s materiálem. Známou tloušťku měřidlo použije k vypočtení rychlosti šíření zvuku a posunu začátku měření - nuly pro daný materiál a sondu. Při provádění měření tloušťky použije přístroj kalibrovanou rychlost k výpočtu tloušťky výrobku.

Výhody a omezení

Hlavní výhodou ultrazvukového měření je skutečnost, že k měření tloušťky je potřeba přístup pouze z jedné strany zkoušeného materiálu, což umožňuje měřit touto metodou uzavřené nádoby, velké plechy a jiné geometrie, u kterých je získání přístupu z obou stran obtížné nebo zcela nemožné. Měřidla jsou obecně ruční a snadno použitelná. Potenciálním omezením je skutečnost, že přesnost měření je pouze tak dobrá, jak dobrá je přesnost známé rychlosti šíření zvuku v materiálu. Pokud se rychlost šíření zvuku v materiálu nepředvídatelně mění, je měření nepřesné. Rychlost šíření v materiálu může být ovlivněna změnami vlastností materiálu, způsobenými například významnými posuny teploty nebo změnami hustoty. Většina plastových materiálů vykazuje znatelné posuny rychlosti při změně teploty o více než 5 °C (10 °F). Nejjednodušším způsobem, jak se vyhnout chybám způsobeným teplotou, je provádět kalibraci i měření při teplotě okolního prostředí. Pokud to není možné, měly by být kalibrace i měření prováděny ve známé, stálé pozici v rámci výrobního procesu. Vzhledem k tomu, že většina běžných sond se kontaktem s dílem o teplotě vyšší než přibližně 50 °C (122 °F) poškodí, není zkoušení za zvýšených teplot doporučeno, pokud nejsou k tomuto zkoušení použity speciální sondy. U výrobků se silnými stěnami, u nichž dochází k tomu, že vnější povrch již chladne, zatímco vnitřní část zůstává ještě horká, se může teplota od vnějšího povrchu směrem k vnitřku významně měnit. Tyto změny teploty mohou způsobovat významné změny rychlosti šíření, které pak vnáší do měření určitou míru nejistoty.

Teorie měření na principu Hallova jevu

Další elektronická metoda měření využívá jevu známého jako Hallův jev. Hallův jev vzniká v důsledku magnetického pole působícího kolmo na vodič, kterým protéká elektrický proud. Výsledkem je vznik napětí v druhém směru. Do magnetického pole se umístí feromagnetický cíl, například ocelová kulička známé hmotnosti, což způsobí změnu indukovaného napětí. Při posunu cíle od magnetu se magnetické pole a indukované napětí mění předvídatelným způsobem. Vynesou-li se tyto změny indukovaného napětí do grafu, lze vytvořit křivku porovnávající indukované napětí vůči vzdálenosti cíle od sondy (viz obr. 3).

Měření se provede tak, že se sonda umístí na jednu stranu měřeného výrobku a na druhou stranu výrobku se umístí feromagnetický cíl (obvykle malá ocelová kulička). Měřidlo zobrazí vzdálenost mezi cílem a sondou, což je tloušťka stěny.

Obrázek 3. Kulička představující cíl se umístí na jednu stranu měřeného dílu. Na druhou stranu dílu se umístí sonda, ke které je kulička přitahována.

Kalibrace

Přístroj se zkalibruje tak, že se na sondu umístí řada plíšků (podložek) známé tloušťky, na ně se umístí kulička a do přístroje se zadají jednotlivé známé tloušťky. Informace zadané do přístroje během kalibrace umožňují, aby přístroj vytvořil vyhledávací tabulku, která v podstatě reprezentuje křivku změny napětí. Měřidlo pak porovnává změřené hodnoty s údaji uvedenými v tabulce a zobrazí tloušťku ve formě digitální hodnoty. I když to zní komplikovaně, při kalibraci operátoři pomocí tlačítek jen zadají známé hodnoty, porovnání a výpočty pak provede přístroj. Při použití měřidel pracujících na principu Hallova jevu operátor nemusí rozumět fyzikálním zákonitostem, na kterých je měření založeno, protože proces kalibrace je automatický.

Výhody a omezení

Výhody tohoto systému jsou tyto: není nutné používat žádný vazební prostředek, nedochází k žádným změnám rychlosti v souvislosti s teplotou nebo jinými vlastnostmi materiálu a tloušťku stěny lze měřit i v místech s velkým zakřivením a u mimořádně tenkých vzorků. Navíc je často snadné provést snímání sondou na dílu a rychle tak ověřit tloušťku v mnoha různých bodech nebo nalézt nejmenší tloušťku v dané oblasti. Jediným potenciálním omezením této metody při jejím použití u vyfukovaných dílů je, že kuličku představující cíl je nutné umístit dovnitř měřeného dílu. Proto není možné měřit tímto způsobem uzavřené nádoby (ty však lze měřit pomocí ultrazvuku). Systém je schopen měřit tloušťku přibližně až do 10 mm (0,400 palce).). Dokáže měřit stlačitelné materiály, ale u těchto materiálů může dojít ke stlačení materiálu kuličkou. Proto je u těchto materiálů nutné použít co nejmenší kuličku. Při použití ve výrobě může operátor nasnímat celý díl během několika sekund a uložit více naměřených hodnot nebo snímáním vyhledat nejmenší tloušťku stěny. Tento typ jednotky se často umisťuje do výrobních prostor, kde ho používají operátoři formovacího-vyfukovacího zařízení. Využití tohoto přístupu umožňuje skutečnou statistickou kontrolu procesu.

Volba metody měření

Neexistují žádná pevně stanovená, rychle použitelná pravidla, jak z těchto dvou metod vybrat pro konkrétní měření tu vhodnější. Obecně se dá říci, že pokud mají být měřeny větší, tuhé díly s tenkými stěnami, je vhodnější měření ultrazvukem. Když mají být měřeny díly s malými, tenkými stěnami (tenčími než 0,100 palce neboli 2,5 mm) díly s těsnými rohy jsou měřena preferovanými měřidly pracující na principu Hallova jevu, jako jeOlympus Magna-Mike™ 8600. Ve většině oblastí použití u vyfukovaných dílů jsou upřednostňována měřidla pracující na principu Hallova jevu. Většina výrobců vyfukovaných dílů vyrábí díly složitých tvarů s relativně tenkými a ohebnými stěnami a rohy, které lze jen obtížně měřit mechanickými nebo ultrazvukovými měřidly.

Pro ultrazvuková měření lze použít kterýkoli precizní tloušťkoměr Olympus. Pro nejčastěji prováděné měření jednovrstvých plastových lahví doporučujeme použít jeden z našich standardních ultrazvukových tloušťkoměrů. Mezi tyto přístroje patří měřidla 38DL PLUS™ a 45MG se softwarem Single Element. V nich lze uložit větší počet nastavení rychlostí šíření a sond, což z měření škály materiálů učiní jednoduchý proces. Pro tenkostěnné díly se běžně doporučují sondy M116, M208 nebo V260 Sonopen™. Pro silnostěnné díly použijte ta samá měřidla s kontaktní sondou o nižší frekvenci (M112, M110 nebo M109). Pro měření tloušťky horkých plastů při teplotách převyšujících 50 °C neboli 120 °F použijte vysokoteplotní sondu s předsádkou.

Pro tenké lahve s tloušťkou stěny nižší než 0,004 palce (0,1 mm) a plastové boxy, které jsou tvořeny více vrstvami, doporučujeme měřidlo 72DL PLUS™. Pro měření tloušťky tenkostěnných lahví nebo vícevrstvých plastů je nutné použít mnohem větší frekvence než u standardních ultrazvukových tloušťkoměrů. S měřidlem 72DL PLUS je možné používat sondy o frekvencích až 125 megahertzů a na měřidle lze současně zobrazit tloušťku až šesti vrstev.

Shrnutí

Oba typy měřidel lze zkalibrovat rychle několika jednoduchými kroky. Po zkalibrování poskytují oba typy měřidel přesné, opakovatelné výsledky. Uživatelé zjistili, že technika operátora je u těchto metod méně důležitá než u mechanického měření Kalibrační data jsou uložena společně s protokolem měřených hodnot, tím je zajištěna kontrola práce operátora. Jak ultrazvuková měřidla, tak měřidla pracující na principu Hallova jevu jsou vybavena možnostmi záznamu dat, což eliminuje možnost chyb při přepisu.

Olympus IMS

Produkty použité pro tuto aplikaci

Pokročilý ultrazvukový tloušťkoměr 72DL PLUS™ poskytuje přesné měření tloušťky při vysoké rychlosti v přenosném a snadno použitelném zařízení. Tento inovativní přístroj, kompatibilní s jednoměničovými sondami až do 125 MHz, je ideální pro měření tloušťky ultratenkých materiálů, včetně vícevrstvých nátěrů, povlaků a plastů. Přístroj může současně zobrazit tloušťku až 6 vrstev.

Pokročilý ultrazvukový tloušťkoměr 45MG je vybaven standardními měřicími funkcemi a softwarem. Tento unikátní nástroj pro měření tloušťky je kompatibilní s naší úplnou řadou jednoměničových a dvouměničových sond pro měření tloušťky.

Všestranné měřidlo 38DL PLUS™ lze použít s dvouměničovými sondami pro měření zkorodovaných trubek a s jednoměničovými sondami pro velice přesná měření tloušťky tenkých nebo vícevrstvých materiálů. 

Tloušťkoměr na principu Hallova jevu Magna-Mike™ 8600 používá magnetickou sondu k přesným měřením neželezných a tenkých materiálů, například plastových lahví.

Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.
Sorry, this page is not available in your country