1. Měření vrstev Pro měření tloušťky vrstev se používá rozdílných fyzikálních vlastností vrstvy a podkladového materiálu. Používají se dvě metody:

Transkript

1 1. Měření vrstev Pro měření tloušťky vrstev se používá rozdílných fyzikálních vlastností vrstvy a podkladového materiálu. Používají se dvě metody: Metoda magneticko-indukční označení F (feromagnetikum) Pro měření nemagnetických vrstev na feromagnetickém podkladu. Metoda vířivých proudů označení N (non-feromagnetikum) Pro měření elektricky nevodivých vrstev na elektricky vodivém podkladu. 2. Magneticko-indukční metoda Měřící sonda obsahuje feromagnetické jádro a budící vinutí napájené střídavým proudem o nízké frekvenci. Sonda vytváří ve svém okolí elektromagnetické pole. Pokud se v blízkosti sondy nachází feromagnetický materiál, pole sondy se zesiluje. Toto zesílení je měřitelné druhou, snímací cívkou a odpovídá vzdálenosti feromagnetika od sondy. Magnetické pole se dá znázornit magnetickými siločarami. Pokud se jejich délka prodlužuje, oddaluje se feromagnetikum od sondy. 3. Metoda vířivých proudů Sonda obsahuje cívku bez jádra napájenou střídavým proudem o vysoké frekvenci. Sonda vytváří elektromagnetické pole. Pokud je v blízkosti sondy elektricky vodivý materiál, vznikají v něm tzv. vířivé proudy, které vytváří elektromagnetické pole opačného směru. Výsledné pole 1 / 18

2 vzniká vektorovým součtem obou polí. Změna pole je měřitelná a odpovídá vzdálenosti el. vodivého materiálu od sondy. Poznámka: Duální sonda (označená FN) obsahuje oba systémy. Po přiložení sondy na materiál se vyhodnocením signálu obou snímacích systémů určí, jaký materiál se nachází v blízkosti sondy. 4. Kalibrace přístrojů 4.1. Tovární kalibrace Určena pro standardní aplikace 4.2. Jednobodová kalibrace = kalibrace na nulu Pro specielní aplikace, vyšší přesnost měření 4.3. Dvoubodová kalibrace = kalibrace s fólií Nejvyšší přesnost 4.4. Kalibrace se dvěma fóliemi 4.5. Ofset 4.1. Tovární kalibrace Standardní aplikace 1. Povrch měřeného dílu větší než 15 x 15 mm 2. Zakřivení (konvexní i konkávní) na železném (Fe) materiálu R > 20 mm. Zakřivení (konvexní i konkávní) na neželezném (Al) materiálu R > 50 mm. 3. Základní materiál (Fe) má tloušťku T > 0,6 mm Základní materiál (Al) má tloušťku T > 50 mm Nejistota měření ± (3 mm nebo 3% měřené hodnoty) 4.2.Jednobodová kalibrace Provádí se několik měření na povrchu bez povlaku Ţ kalibrace na nulu Pro aplikace mimo definici standardní aplikace Zvyšuje přesnost měření Nejistota měření ± (1 mm nebo 2% měřené hodnoty) 4.3.Dvoubodová kalibrace Nejprve se provede kalibrace jednobodová, poté se provede několik měření přes kalibrační standard (fólii) o tloušťce přibližně stejné, jako je předpokládaná tloušťka měřeného povlaku (max. 1,5 x násobek) Ţ kalibrace s fólií 2 / 18

3 Nejistota měření ± (1 mm nebo 1% měřené hodnoty) 4.4.Kalibrace se dvěma fóliemi Provede se jednobodová kalibrace, poté se kalibruje nejprve na jednu fólii a poté na druhou. Používá se např. pro vyloučení vlivu drsného povrchu. Vliv drsnosti je u obou fólií stejný Ofset Přičítá (odečítá) předem nastavenou hodnotu (konstantu). Používá se např. při měření přes přídavnou fólii položenou mezi vrstvu a sondu, vhodné např. u měkkých povlaků pro rozložení tlaku sondy nebo u velmi tenkých povlaků jako ochrana proti poškození povlaku. 5. Kdy je nutné kalibrovat? a) Aplikace není standardní dle definice b) Potřebuji vyšší přesnost měření c) Speciální aplikace měření na legovaných ocelí, austenitické, nerezové oceli atd Vlivy na měření a) Elektrické a magnetické vlastnosti povlaku/ základního materiálu (magnetická permeabilita, elektrická vodivost) b) Rozměr, tvar, zakřivení měřeného dílu c) Přístup k měřenému místu d) Tloušťka základního materiálu e) Čistota sondy nebo měřeného dílu f) Měření na hrubém povrchu g) Povlak obsahuje oxidy železa h) Vnější elektromagnetické pole 5.2. Měření se stojánkem Při měření se stojánkem lze eliminovat lidský vliv a dále tak zpřesnit měření až na cca ± 0,5 mm. 6. Geometrické meze pro měření 6.1. Zakřivení konvexní 6.2. Zakřivení konkávní 6.3. Měření v koutu 6.4. Měření na hraně 6.5. Měření ve vývrtu 6.6. Měření na příliš tenkém podkladovém materiálu 6.7. Měření na malé ploše 6.1. Zakřivení konvexní Tendence měření bez kalibrace: vyšší hodnota 3 / 18

4 Kalibrace (jedno-, nebo dvoubodová) je nutná: R < 20 mm pro mód F R < 50 mm pro mód N R < 2 mm pro F i N Nelze měřit: TLOUŠŤKOMĚRY SUCHÉ VRSTVY TLOUŠŤKOMĚRY MOKRÉ VRSTVY TLOUŠŤKA NEVYP PRÁŠKOVÉ 4 / 18

5 DESTRUKTIVNÍ TLOUŠŤKOMĚRY MECHANICKÉ TLOUŠŤKOMĚRY ULTRAZVUKOVÉ TLOUŠŤKOMĚRY 5 / 18

6 6 / 18

7 7 / 18

8 6.2. Zakřivení konkávní Tendence měření bez kalibrace: nižší hodnota Kalibrace (jedno-, nebo dvoubodová) je nutná: R < 20 mm pro mód F R < 50 mm pro mód N Nelze měřit: Fyzická dostupnost sondou Závislost měření na konkávním zakřivení pro ocel a hliník Měřeno přístrojem FN Kalibrováno na plochém materiálu o rozměrech 20 x 20 mm (Fe i Al) 6.3 Měření v blízkosti koutu Tendence měření bez kalibrace: nižší hodnota Kalibrace (jedno- nebo dvoubodová) je nutná: A < 5 mm pro mód F i N Nelze měřit: Fyzická dostupnost sondou 8 / 18

9 6.4. Měření u hrany Tendence měření bez kalibrace: vyšší hodnota Kalibrace (jedno-, nebo dvoubodová) je nutná: A < 5 mm pro mód F i N Nelze měřit: Fyzická dostupnost sondou 6.5. Měření ve vývrtu Tendence měření bez kalibrace: nižší hodnota Kalibrace (jedno-, nebo dvoubodová) je nutná: D < 20 mm pro mód F i N Nelze měřit: Fyzická dostupnost sondou 6.6. Tloušťka základního materiálu Tendence měření bez kalibrace: vyšší hodnota pro mód F nižší hodnota pro mód N Kalibrace (jedno-, nebo dvoubodová) je nutná: T < 0,6 mm pro mód F T < 50 mm pro mód N Nelze měřit: T < 0,1 mm pro F 9 / 18

10 T < 10 mm pro mód A 6.7. Minimální plocha měření Tendence měření bez kalibrace: vyšší hodnota Kalibrace (jedno-, nebo dvoubodová) je nutná: Plocha < 15 x 15 mm pro mód F i N Nelze měřit:plocha < 5 x 5 mm pro mód F i N 7. Příliš malé díly Pokud rozměry měřeného dílu leží pod hranicí možností měření dle bodu 6, lze v některých případech měřit magneticko-indukční metodou, pokud se zajistí zvýšení magnetického pole přítomností feromagnetika. Podložení měřeného dílu materiálem (ocelí) s obdobnými feromagnetickými vlastnostmi se zvýší magnetické pole v okolí dílu. Součásti lze do feromagnetika vložit nebo stačí podložení. U metody vířivých proudů je tento efekt menší. Výhodné je použití stojánku snažší manipulace se sondou a měřeným dílem, je možné pracovat bez ochranného nástavce. 8. Efekt drsnosti povrchu Drsnost povrchu má vliv na vytvoření elektromagnetického pole v okolí sondy, přístroj má tendenci měřit vyšší hodnoty tloušťky. Pro vyloučení vlivu drsnosti se používají tři metody Měření přes vrcholy 8.2. Čtyřbodová metoda 10 / 18

11 8.3. Kalibrace se dvěma fóliemi 11 / 18

12 8.1. Měření přes vrcholy Vhodné pro drsnost povrchu Rz < 20m a) Jednobodová kalibrace Jednobodová kalibrace na vzorku bez povlaku o stejné drsnosti, jako má měřený díl. Přístroj měří nulu na obálce vrcholů nerovností. Doporučeno 10 měření při kalibraci. b) Dvoubodová kalibrace Provede se dvoubodová kalibrace na předchozím vzorku. Doporučeno alespoň 5 měření. c) Měření Doporučeno pracovat s průměrnou hodnotou z 5 měření Čtyřbodová metoda Vhodné pro drsnost povrchu Rz > 20m a) Kalibrace na hladkém povrchu Provede se kalibrace na vzorku o stejném tvaru a ze stejného materiálu jako měřený díl (bez povlaku a o vyhovující drsnosti) b) Určení vlivu drsnosti Měření na vzorku bez povlaku o stejné drsnosti, jako má měřený díl. Výpočet průměrné hodnoty X0 ± S0 (aritmetický průměr z 5-10 měření ± standardní odchylka) c) Měření (ovlivněné drsností) Provedení 5 10 měření na měřeném vzorku. Výpočet průměrné hodnoty X0+C (aritmetický průměr z 5-10 měření povlaku) d) Výpočet konečné hodnoty tloušťky povlaku 12 / 18

13 X0+C - X0 = průměrná hodnota tloušťky povlaku Možno použít funkci ofset zadat zápornou hodnotu X Kalibrace se dvěma fóliemi a) Provedení jednobodová kalibrace. b) Provedení kalibrace na první fólii (s nižší tloušťkou). c) Provedení kalibrace na druhé fólii (s vyšší tloušťkou). 9. Specielní funkce 9.1. Stabilita měřené hodnoty Měřená hodnota se zobrazí na displeji pouze tehdy, pokud je interní (nezobrazovaná) hodnota konstantní po dobu cca 0,5 s. Tato funkce je ochranou proti neúmyslnému pohybu sondy nebo proti ohýbání měkčích povlaků okolo sondy Automatická kompenzace vlivu elektrické vodivosti Elektrická vodivost podkladového materiálu má při měření metodou N vliv na výsledek. Přístroje Phynix jsou vybaveny automatickou kompenzací tohoto vlivu. Tzn. můžeme měřit základním nastavením (tovární kalibrace) na materiálech různé elektrické vodivosti (např. hliník a jeho slitiny, mosaz, měď...), pokud nám vyhovuje nejistota měření tovární kalibrace Nízké kontaktní zatížení sondy Kontaktní zatížení sondy cca 0,3 N. Výhodou je minimální poškození vrstvy. Možné využití je při kontrole měkkých povlaků nebo velmi tenkých povlaků (hrozí jejich poškození) Vysoká mechanická odolnost sondy Kontaktní plocha sondy je vyrobena ze slinutých karbidů. Životnost sondy je při běžném používání na nepříliš hrubém povrchu téměř neomezená. 10. Specielní aplikace Vliv magnetické permeability 13 / 18

14 10.2. Vliv elektrické vodivosti Další aplikace magneticko-indukční metody Měření vrstev niklu Další aplikace 10.1.Vliv magnetické permeability a) Nelegovaná ocel V podstatě ideální aplikace pro magneticko-indukční metodu. b) Nízkolegovaná ocel Vliv magn. permeability, lze měřit magneticko-indukční metodou, nutná kalibrace (jednobodová nebo dvoubodová) přímo na měřeném dílu. c) Vysocelegovaná ocel Výraznější vliv magn. permeability, lze měřit magneticko-indukční metodou, nutná kalibrace (jednobodová nebo dvoubodová) přímo na měřeném dílu. d) Nerezová ocel Materiál není feromagnetický, lze obvykle použít metodu vířivých proudů. Jednobodová nebo dvoubodová kalibrace je nutná pokud odchylka na nule překročí 3 mm Vliv elektrické vodivosti a) Změna elektrické vodivosti základního materiálu Díky automatické kompenzaci elektrické vodivosti základního materiálu je možné metodou vířivých proudů měřit povlaky na různém základním materiálu (např. Al, Cu, mosaz, bronz a další slitiny) bez nutnosti provést kalibraci. b) Měření vrstev chrómu na hliníku nebo mědi Chróm je špatně elektricky vodivý, proto lze díky rozdílu ve vodivosti oproti základnímu materiálu (Al, Cu) vrstvu měřit metodou vířivých proudů. Vrstvu lze měřit do tloušťky cca 40 mm, tendencí měření je nižší hodnota. c) Měření vrstev cínu na mědi Cín je elektricky vodivý, ale díky rozdílu ve vodivosti oproti mědi jako základnímu materiálu je možné vrstvu měřit metodou vířivých proudů. Vrstvu lze měřit do tloušťky cca 40 mm, tendencí měření je nižší hodnota Další aplikace magneticko-indukční metody 14 / 18

15 a) Žárový zinek na železe Vrstva žárového zinku je spojena se základním Fe materiálem difúzí, proto nelze definovat jasné fyzikální rozhraní. Vrstvu lze měřit magneticko-indukční metodou, ale je nutné počítat s vyšším rozptylem. b) Fosfáty na železe Vrstva má tloušťku obvykle 5-8 mm a je porézní. Při přiložení sondy může i přes velmi nízké zatížení dojít k poškození povlaku. Vrstvu lze poměrně dobře měřit magneticko-indukční metodou přes fólii o tloušťce cca 100 mm přiloženou mezi povlak a sondu. Fólie rozloží tlak sondy na větší plochu a ochrání tak povlak před poškozením. Tloušťku fólie lze odečíst pomocí funkce ofset Měření vrstev niklu a) Galvanický nikl na železe Nikl je trochu feromagnetický, proto nelze použít magneticko-indukční metodu. Vrstvu nelze běžnými přístroji měřit! b) Galvanický nikl na mědi Nikl je trochu elektricky vodivý, proto nelze použít metodu vířivých proudů. Vrstvu nelze běžnými přístroji měřit! c) Chemický nikl na železe Chemický nikl obsahuje určité množství fosforu, od určitého obsahu fosforu (cca 10%) se nikl stává nemagnetický. Lze bez problémů měřit magneticko-indukční metodou Další aplikace a) Měkké povlaky Hrozí poškození povlaku při měření. Sondy přístrojů se vyznačují velmi nízkým kontaktním zatížením, cca 0,3 N. Hrozí ohýbání povlaku okolo sondy. Přístroj zobrazí pouze hodnoty stabilní v intervalu cca 0,5 s. Tendencí měření je nižší hodnota. Pro rozložení síly na větší plochu (zabrání ohýbání povlaku a jeho poškození) lze použít fólii o tloušťce cca 100 mm přiloženou mezi povlak a sondu. Tloušťku fólie lze odečíst pomocí funkce ofset. b) Horké povlaky Standardní sond přístrojů lze použít až do cca 60 C. Nabízíme sondy až do 250 C. Dobu kontaktu sondy s horkým povrchem je nutné omezit pouze na cca 1 2 s, poté před dalším měřením přibližně 5 s na vzduchu chladit. S teplotou se mění magnetická permeabilita materiálu, přístroje není nutné opět kalibrovat. 15 / 18

16 11. Měření vícevrstvých systémů Měření vrstvy barvy na zinku na oceli Zinek i barva jsou neferomagnetické vrstvy Ţ módem F je možné změřit celkovou tloušťku obou vrstev. Vzhledem k elektrické vodivosti zinkové vrstvy je možné módem N změřit tloušťku barvy na zinku. Použijí se postupně oba měřící módy (F i N). Módem F se nejprve změří celková tloušťka obou vrstev, poté se módem N změří tloušťka samotné barvy. Poznámka: Vzhledem k relativně malé tloušťce zinkové vrstvy mají při režimu automatického rozpoznání podkladového materiálu velký vliv feromagnetické vlastnosti oceli. Proto je doporučeno používat manuální volbu měřících módů. Podmínka měření: Tloušťka vrstvy zinku min. 25 mm Kalibrace: V módu N dvoubodová na dílu pouze se zinkem Jedno- nebo dvoubodová módem F pouze na oceli (není nutná) POZOR: Tloušťka zinku může kolísat. Pokud nakalibrujeme např. na 25 mm silné zinkové vrstvě a skutečná hodnota v daném místě by byla např. 28 mm, projeví se zde odchylka a měřená hodnota bude o cca 1 mm vyšší. Od tloušťky cca 50 mm nemá různá tloušťka zinkové vrstvy vliv Měření barvy na velmi malé vrstvě zinku (pod cca 15 mm), kontrola přítomnosti zinku na dílu pod barvou Při řadě aplikací postačuje zinková vrstva s velmi malou tloušťkou. Antikorozní vlastnosti má zinek už od tloušťky cca 5 mm. Při takto malé tloušťce zinku už samozřejmě nelze měřit tloušťku samotné barvy na zinkové vrstvě. Jinou otázkou může být, jak na takovém dílu zjistit, že tam vůbec nějaký zinek je přítomen? Řešením je použití přibližné metody využívající graf závislosti indikací metody magneticko-indukční a vířivých proudů na skutečné tloušťce vrstvy zinku a barvy. Postup: a) Změřit vrstvu nejprve módem F 16 / 18

17 Určení celkové tloušťky vrstvy (dohromady zinek i barva, popř. pokud zinek chybí pouze barva) b) Nyní změřit vrstvu módem N Vzhledem k velmi malé tloušťce zinku na dílu (popř. zinek zcela chybí), bude měření ovlivněno elektromagnetickými vlastnostmi základního materiálu. Toto měření nemá žádnou přímou vypovídající schopnost. c) Vynesení naměřených hodnot F a N do grafu Odečtení přibližné tloušťky barvy a zinku, popř. určení přítomnosti zinku pod barvou Příklad: Díl 1 Díl 2 Mód F (celková tloušťka): 45 mm 55 mm Mód N (nesprávná hodnota): 15 mm 165 mm Výsledek, díl 1: na dílu je celková vrstva 45 mm, z toho zinek cca 6 mm a barva cca 39 mm Výsledek, díl 2: na dílu je celková vrstva 55 mm, zinek není žádný, vrstva je pouze barva 12. Statistika Statistické hodnoty V každém měřeném místě je nutné udělat několik měření a tato měření statisticky vyhodnotit. Výsledek = x ± s Důležité také hodnoty maxima a minima z jednotlivých měření. Doplňkové statistické hodnoty (jen Surfix PRO): Variační koeficient Kvar Kvar = s / x [%] Index způsobilosti procesu cp Koeficient míry rozptylu měření ve vztahu k tolerančním mezím. cp = (HL LL) / 6 s HL horní toleranční mez LL dolní toleranční mez Index způsobilosti procesu cpk Zohledňuje aritmetický průměr a rozptyl měření vzhledem k tolerančním mezím cpku = (x LL) / 3 s HL horní toleranční mez cpko = (HL x) / 3 s LL dolní toleranční mez 17 / 18

18 cpk = minimum (cpku, cpko) Rozlišení x Opakovatelnost x Nejistota 1. Rozlišení přístroje - vždy vztaženo k přístroji - udává jaký nejmenší přírůstek měřené hodnoty je přístroj schopen indikovat - udáváno ve vztahu k měřené hodnotě Rozlišení[mm] Měřící rozsah[mm] 0, , , Opakovatelnost měření - opakovatelnost nebo reprodukovatelnost - udává max. odchylku při opakování měření na přesně stejném místě při stejných vnějších podmínkách 3. Nejistota měření - udává v jakém rozmezí lze očekávat skutečnou hodnotu Pro měření je podstatná hodnota nejistoty!!! 18 / 18