Introdução
Por muitos anos, o controle de qualidade de peças moldadas por sopro utilizava facas para cortar a amostra e medir a espessura com calibradores. Existem vários problemas nesse método tradicional de teste. Quando uma peça é cortada aberta normalmente fica uma saliência na margem do corte. Se o operador fizer a medição sobre a saliência, a medição da parede não será correta. Pressupondo que o operador é cuidadoso e evite as margens distorcidas, ainda existem limitações quanto ao local em que as medições podem ser realizadas com dispositivos mecânicos. Muitas vezes, a geometria da peça não permite o acesso a cantos estreitos ou lidar com certas áreas em garrafas. Quando a peça é destruída para medir a espessura, ela não pode ser usada na maioria dos outros testes. Outro problema frequente é a variação na técnica do operador. Os calibradores podem causar erros quando ficam em determinados ângulos em relação à peça e, quando calibradores são usados em materiais que podem ser comprimidos pela pressão da engrenagem, as leituras de espessura variam de um operador para outro. Existe também um potencial problema de segurança. Os operadores são obrigados a cortar peças com facas várias vezes no mesmo turno, o que ocasiona várias possibilidades de ferimentos graves.
Dois métodos eletrônicos que podem reduzir ou eliminar todos esses problemas estão disponíveis: medição ultrassônica e medição de efeito Hall. Os dois métodos são atualmente usados com bastante frequência no controle de qualidade de moldagem por sopro. A escolha do método de medição depende, geralmente, do produto que será testado, e os fatores envolvidos na escolha do método (discutida no fim desta nota) também.
Teoria de medição ultrassônica
Os medidores de espessura por ultrassom oferecem formas precisas, seguras e repetíveis de ensaios não destrutivos para medição de espessura de parede de uma lado da peça. Eles funcionam medindo o tempo que ondas ultrassônicas levam para percorrer a peça. O transdutor é colocado na superfície da peça que será medida e fica acoplado acusticamente à peça usando um fluido, geralmente glicerina, propilenoglicol ou água. O pulso do som percorre a superfície de contato até a superfície oposta e retorna ao transdutor como um eco (veja a figura1). O medidor mede o tempo de transmissão do pulso sonoro através do material (veja a figura 2); usando a velocidade do som na amostra para calcular a espessura do material com a equação a seguir.
Figura 1. O transdutor é colocado na peça. O som do transdutor faz o percurso de ida e volta entre a superfície de contato e a superfície posterior.
Figura 2. O pulso inicial representa o som que entra na peça. O eco da parede posterior representa o som que retorna da parede oposta. "t" é o tempo de voo do pulso sonoro. O modo 1 se refere ao método de medição que utiliza o pulso inicial e o eco da parede traseira para determinar a espessura.
Calibração
Medidores por ultrassom são extremamente precisos quando as condições que causam erros são compreendidas e algumas precauções simples são tomadas. Se o medidor tiver sido devidamente calibrado, ele exibirá com precisão a espessura da parede. O processo de calibração precisa de uma amostra do material com espessura conhecida. Normalmente, o medidor será configurado por meio de uma amostra que representa a espessura máxima e mínima do material a ser medido. A velocidade do som no material e o zero offset (parâmetro relacionado ao transdutor) são ajustados por meio de uma operação simples utilizando o teclado em que se insere a espessura conhecida do padrão de referência enquanto o material está acoplado. O medidor usa a espessura conhecida para calcular a velocidade do som e o zero offset para esse material e o transdutor, respectivamente. Quando o medidor está realizando a medição da espessura, ele usa a velocidade calibrada para calcular a espessura do produto.
Vantagens e limitações
A principal vantagem do medidor por ultrassom é que as medições de espessura podem ser realizadas em apenas um lado da amostra, que permite a medição de recipientes fechados, chapas grandes e outras geometrias em que o acesso aos dois lados é difícil ou impossível. Os medidores são geralmente portáteis e fáceis de usar. Uma limitação potencial é que a precisão da medição é tão boa quanto a precisão com a qual as velocidades do material e do som são conhecidas, e pode haver imprecisões se a velocidade do som do material mudar de forma imprevisível. A velocidade pode sofrer alterações devido a mudanças nas propriedades do material, como variação substancial de temperatura e de densidade. A maioria dos plásticos exibe mudanças de velocidade perceptíveis à medida que a temperatura muda em mais de 5 °C (10 °F). A melhor maneira de evitar erros causados pela variação de temperatura é realizar a calibração e a medição na temperatura ambiente. Se isso não for possível, a calibração e a medição devem ser realizadas em uma posição conhecida e constante no processo de fabricação. Como a maioria dos transdutores padrão será danificada pelo contato com peças mais quentes que aproximadamente 50 °C (122 °F), não é recomendado testar em temperaturas elevadas, a menos que sejam usados transdutores especiais. Os produtos com paredes pesadas em que o interior da peça permanece quente e a temperatura da superfície esfria podem apresentar grandes variações de temperatura entre o interior e o exterior da peça. Essas variações de temperatura podem causar alterações substanciais na velocidade ao percorrer a parede da peça e podem causar ambiguidade na medição.
Teoria de medição de Efeito Hall
O outro método de medição eletrônica emprega um fenômeno conhecido como Efeito Hall. O Efeito Hall utiliza o campo magnético aplicado perpendicularmente a um condutor que transporta uma corrente. Essa combinação inclui uma tensão em outra direção. Um alvo ferromagnético, como uma bola de aço de massa conhecida, é colocado no campo magnético, e a tensão induzida é alterada. À medida que o alvo se afasta do ímã, o campo magnético e a tensão induzida subsequente são alterados de maneira previsível. Se essas alterações de tensão induzida foram plotadas, será possível gerar uma curva que compara a tensão induzida com a distância entre o alvo e a sonda (veja a figura 3).
Para fazer uma medição, uma sonda Hall é colocada em um lado do produto a ser medido, e um alvo ferromagnético (normalmente uma pequena bola-alvo de aço) é colocado no outro lado do produto. O medidor exibe a distância entre o alvo e a sonda, que é a espessura da parede.
Figura 3. A bola-alvo é colocada em um lado da peça a ser medida. A sonda é colocada do lado oposto da peça, e a bola é atraída para a sonda.
Calibração
O instrumento é calibrado colocando uma série de calços com espessura conhecida na sonda, em seguida, colocando a bola sobre os calços e inserindo as espessuras conhecidas no instrumento. A informação inserida no instrumento durante a calibração permite que o medidor crie uma tabela de consulta e plote a curva de alterações de tensão. O medidor verifica os valores medidos com base na tabela de consulta e exibe a espessura em um visor digital. Isso parece complicado, mas os operadores só precisam inserir os valores conhecidos durante a calibração e deixar o medidor fazer as comparações e calcular. Quando são utilizados calibradores de Efeito Hall, não é necessário que o operador tenha conhecimento da física que possibilita a medição, pois o processo de calibração é automático.
Vantagens e limitações
As vantagens desse sistema são que nenhum acoplante é usado, não há variação de velocidade devido à temperatura ou a outras propriedades do material, e a espessura da parede em áreas arredondadas e em amostras extremamente finas pode ser medida. Além disso, na maioria das vezes, é mais fácil passar a sonda ao redor da peça para verificação rápida da espessura em vários pontos ou observar a espessura mínima de uma área. A única desvantagem para aplicações para plástico moldado por sopro é que é necessário colocar uma bola-alvo dentro da peça a ser medida, o que impede a utilização em recipientes fechados (que podem, contudo, ser medidos com ultrassom). O sistema pode medir até cerca de 10 mm (0,400 pol.). Ele também pode ser usado em materiais compressíveis, no entanto, a bola pode comprimir o material, portanto, deve-se utilizar a menor bola possível ao realizar essas medições. Durante a produção, um operador é capaz de rastrear uma peça inteira em poucos segundos, enquanto armazena várias leituras ou a digitalização da parede mínima. Com frequência, esse tipo de unidade é colocado em uma área de produção, onde é utilizado pelos operadores de equipamentos de moldagem. Esse método permite o controle real do processo estatístico.
Como selecionar um método de medição
Não existe nenhuma regra rígida e rápida para escolher entre os dois métodos. Em geral, para medir grandes peças rígidas com paredes espessas, o método ideal é o ultrassom. Quando peças pequenas e com paredes finas (menos de 0,100 pol. ou 2,5 mm.) com cantos estreitos precisam ser medidas, a medição deve ser realizada com medidores de Efeito Hall como o Magna-Mike™ 8600 da Olympus. Os medidores de Efeito Hall são indicados para a maioria das aplicações de moldagem por sopro. A maioria dos moldadores por sopro têm peças com formas complexas, relativamente finas e flexíveis, e cantos estreitos que são difíceis de medir com medidores mecânicos ou por ultrassom.
Pode-se usar todos os medidores de espessura de precisão da Olympus para realização de medições ultrassônicas. Para as aplicações mais comuns de garrafas plásticas de camada única, recomendamos um de nossos medidores de espessura ultrassônicos padrão. Isso inclui os medidores 38DL PLUS™ e 45MG com software Single Element. Várias configurações de velocidade e transdutor podem ser armazenadas nesses medidores, tornando a medição de uma variedade de materiais um processo simples. Normalmente, para peças com parede fina, recomenda-se a utilização dos transdutores Sonopen™ M116, M208 ou V260. Para peças com paredes grossas, utilize os mesmos medidores com transdutores de contato com frequências menores (M112, M110 ou M109). Para medições de espessura em plásticos quentes em temperaturas superiores a 50 °C ou 120 °F, use um transdutor de linha de atraso de alta temperatura.
Para garrafas finas abaixo de 0,004 pol. (0,1 mm) e recipientes de plástico multicamadas, recomendamos o medidor 72DL PLUS™. Medir a espessura de garrafas plásticas finas ou plástico multicamadas requer o uso de uma frequência muito mais alta do que a disponível em medidores de espessura ultrassônicos padrão. O medidor 72DL PLUS pode usar transdutores com frequências de até 125 megahertz e tem a capacidade de exibir simultaneamente a espessura de até seis camadas.
Resumo
É possível calibrar qualquer tipo de medidor seguindo algumas poucas etapas. Uma vez calibrado, qualquer medidor produzirá resultados precisos e repetíveis. Os usuários descobriram que a técnica do operador é um fator a menos com esses métodos do que com os medidores mecânicos. Os dados de calibração são armazenados com leituras registradas e permitem a verificação do trabalho do operador. Os dois medidores de Efeito Hall têm recursos de registro de dados, eliminando os possíveis erros de transcrição.
