Современная система бесконтактного измерения толщины порошковой пленки

Система позволила минимизировать необходимый запас, который обычно закладывается в настройки количества порошка, что привело к существенному снижению расхода материалов. К тому же, непрерывное измерение толщины покрытия сразу после нанесения обеспечивает еще один уровень защиты, предполагающий выявление проблем с качеством до отверждения деталей. Передовая тепловая оптика (Advanced Thermal Optics, ATO) - это система, снабженная чувствительными датчиками, которая позволяет измерять толщину пленки с высокой точностью, бесконтактным способом, для отвержденных или неотвержденных органических порошков и порошковых эмалей. Систему можно применять почти в любой производственной среде. Данные, полученные с помощью ATO, поступают в высокотехнологичную систему обработки сигналов, которая быстро выдает сверхточные данные измерений толщины пленки.

Эта запатентованная технология была разработана в компании Winterthur Instruments AG (Винтертур, Швейцария), а их флагманский продукт Coatmaster сейчас используется во множестве областей промышленности для измерения толщины покрытий и насчитывает более 220 установленных систем.

Технология позволяет измерять толщину практически любого типа покрытия, нанесенного практически на любую подложку, поэтому, помимо порошковых материалов, ее можно использовать для жидких красок, клея, смазки и термически напыляемых покрытий. Однако, поскольку порошковые материалы очень чувствительны к нагреву и охлаждению, которые лежат в основе системы, Coatmaster особенно полезен при измерении толщины неотвержденных порошковых покрытий. Например, система последней версии может создать “тепловую карту” толщины пленки неотвержденного порошкового покрытия для участка 32х70 дюймов всего через 15 секунд после нанесения порошка.

Технология ATO, лежащая в основе Coatmaster, работает следующим образом. Световой импульс излучается, слегка нагревая поверхность. Затем высокоскоростные инфракрасные датчики определяют скорость охлаждения материала. Используя собственные алгоритмы, устройство Coatmaster может преобразовать эту скорость охлаждения в высокоточные данные измерения толщины пленки. Время считывания зависит от конкретного применения и обычно составляет 100-300 мс, а отдельные точечные показания можно получать каждые 1,5 секунды. В зависимости от области применения стандартное отклонение, как правило, варьируется от 0,1 до 2% от фактической толщины пленки. Светодиодная система позиционирования Coatmaster выполняет точечные замеры диаметром от 1 до 50 мм.

Таким образом, положение точки замера можно точно установить даже на мелких объектах и деталях с изгибами и сложной формы. Исходя из этого, Coatmaster рассчитывает среднее значение в диапазоне измеренных данных и отображает его как результат измерения. Поскольку в основе измерения лежит эффект нагрева/охлаждения, который определяется почти во всех покрытиях, оно по большей части не зависит от материала и подложки, а значит, система может измерять широкий диапазон комбинаций покрытие/подложка. Распространенные области применения: органические порошковые покрытия по металлу или МДФ и порошковые эмали по металлу. Система позволяет измерять толщину в 1000 мкм и выше.

Один из уникальных аспектов технологии ATO, применяемой в Coatmaster, по сравнению с концепциями других систем бесконтактного измерения толщины пленки - это гибкость реализации в производственных условиях. Система весьма неприхотлива с точки зрения ее расположения относительно детали и скорости перемещения измеряемой детали. Она работает с расстояния от 2 до 48 дюймов, а зона измерения варьируется от 1 до 50 мм. Система позволяет измерять детали, которые двигаются на конвейере со скоростью до 350 футов/мин, а также под углом 70 градусов. Это позволяет измерять детали, которые вращаются или смещаются при перемещении на конвейере с минимальной потерей точности. Coatmaster также может измерять толщину покрытий, нанесенных на компоненты сложной формы, включая резьбовые стержни, углы, узкие кромки, внутренние и криволинейные поверхности.

Возможности сбора данных системы впечатляют, но это имеет значение, только если эти данные можно эффективно использовать. На сегодняшний день система поставляется со встроенным программным обеспечением контроля качества, которое отслеживает и анализирует измерения, выдавая предупреждения и сигналы тревоги, если показания находятся за пределами допустимого диапазона. Систему можно использовать только с промышленным ПК-интерфейсом или интегрировать ее с ПЛК. Открытая архитектура позволяет легко интегрировать продукт в системы мониторинга завода или непосредственно в оборудование для нанесения покрытий, чтобы обеспечить управление с обратной связью. Производители автомобильных деталей, архитектурных компонентов и других изделий используют этот подход, чтобы значительно уменьшить изменения толщины пленки. Это позволяет не только уменьшить количество дефектов, но и сократить расход материалов, задавая целевое значение.

Возможность сократить разнотолщинность особенно важна в работе с порошковыми покрытиями. Поскольку для порошка характерны определенные отклонения из-за изменения материала от партии к партии, изменения окружающих условий или износа распылителя, возможность отслеживать эти отклонения и оперативно корректировать требуемые параметры доводит точность системы практически до совершенства. Поскольку порошковые материалы, как правило, достаточно изменчивы с точки зрения толщины пленки, многие производители либо придерживаются только требования к минимальной толщине пленки, либо используют широкий диапазон толщин, например, 3 +/-1 мил. Управление процессом с обратной связью в реальном времени позволяет достигнуть отклонения +/-0,4 мил, благодаря чему процесс можно отрегулировать для получения толщины пленки 2,4 мил, что обеспечивает экономию материала в 20%

В действительности, на заводах в Европе уже достигается экономия до 28%, как показано в следующем примере. “Система Coatmaster обеспечивает нам количественную и оперативную обратную связь по инвестиционным решениям.

Таким образом, мы можем выборочно и без риска уменьшать толщину покрытия до минимально допустимого предела. В прошлом году, благодаря Coatmaster, мы сократили суммарный расход порошка на 28%, что превысило все наши ожидания”. Рассказывает Кай Альтенбург, руководитель отдела технологий обработки поверхностей в компании Ernst Schweizer Metallbau, которая занимается производством архитектурных компонентов.

Сейчас Coatmaster выходит на рынок в Северной Америке, где будет доступен в нескольких конфигурациях. Одна версия устройства разработана для неподвижных систем измерения или с минимальными перемещениями, другая версия может быть интегрирована в роботизированный механизм или более сложную автоматику, третья, портативная версия под названием Flex работает от батареи.

Для неотверженных порошковых покрытий по металлу предлагается версия устройства Coatmaster 3D. Эта система позволяет отслеживать и измерять деталь в течение 1-2 секунд после легкого нагрева светом. Данные обрабатываются за 10-12 секунд и создается тепловая карта толщины пленки, отображающая изменения толщины покрытия на участке 32x60 дюймов.

Эту систему можно использовать, чтобы обеспечить оперативную обратную связь при нанесении покрытий вручную, или в качестве инструмента более быстрого и точного регулирования автоматизированного процесса нанесения покрытий.

Гибкость, оперативность и точность новой технологии, используемой в Coatmaster, обеспечивает такой уровень контроля для процессов нанесения порошковых покрытий, который никогда прежде не был достижим.