Medir espesor en vidrio y película con sensor confocal: qué se puede y qué no
Medir el espesor de un vidrio sin tocarlo es una de las consultas más frecuentes y una de las que más veces se responde mal. El sensor confocal cromático puede hacerlo, pero solo en unas condiciones concretas, y esas condiciones se definen antes de comprar, no después.
Por qué el confocal ve las dos caras de un vidrio
El principio es una lente cromática que enfoca cada longitud de onda a una distinta del eje. La luz que vuelve con mejor foco define la longitud de onda dominante y, con ella, la distancia a la superficie. Como el haz atraviesa el material transparente, puede haber dos respuestas: una de la cara superior y otra de la inferior.
Esa doble respuesta es una ventaja cuando se quiere espesor y un problema cuando solo se quiere posición. Si el sistema detecta dos picos, la distancia entre ambos, corregida por el índice del material, es el espesor óptico.
Conviene entender la consecuencia: el sensor mide distancias ópticas. Para pasar a espesor geométrico hay que conocer el índice de refracción del material, y ese dato se confirma en producción, no se toma de una tabla genérica.
Los cabezales de la serie SFS-D se seleccionan por rango y por distancia de referencia antes que por resolución: el SFS-D8054 y el SFS-D2409 responden a rangos y distancias de trabajo distintos dentro de la misma familia.
El límite que aparece en la ficha: espesor mínimo medible
Los cabezales de la serie publican un espesor mínimo medible del 5 % del fondo de escala en la mayoría de modelos, con un 10 % en algún modelo de muy corto alcance. El fondo de escala es el recorrido total del sensor, no el rango nominal.
Esto significa que elegir un sensor de rango grande para medir una lámina fina es un error de diseño: el mismo porcentaje sobre un recorrido mayor se traduce en un espesor mínimo peor.
La consecuencia práctica es que el espesor a medir debería seleccionar el modelo, y no al revés. Si el espesor es de 0,2 mm, el recorrido necesario ronda los 4 mm, y elegir un sensor con decenas de milímetros de recorrido deja la medición por debajo del límite resoluble.
De la distancia óptica al espesor geométrico
La separación que mide el sensor es la que percibe el haz dentro del material. Para convertirla en espesor físico hay que dividir por el índice de refracción del material a la longitud de onda de trabajo.
Cualquier variación de índice —por temperatura, por composición, por lote de material o por recubrimiento— se convierte en error de espesor. Por eso la calibración debe hacerse con el material real, y no con un patrón de vidrio distinto.
Si la aplicación admite una tolerancia holgada, el procedimiento es simple. Si la tolerancia es exigente, hay que medir la sensibilidad al índice y documentarla como parte de la incertidumbre, igual que la repetibilidad del sensor.
Los casos en los que la medición no sostiene una tolerancia
Materiales muy absorbentes en el rango de trabajo del sensor, recubrimientos con varias capas donde aparecen más de dos interfaces, y superficies con curvatura pronunciada que desvían el haz fuera de la apertura.
También los casos de movimiento: en vidrio en movimiento sobre transportador, el ángulo y la distancia cambian entre disparos y la conversión a espesor se vuelve inestable. Ahí el problema no es el sensor sino la geometría del puesto.
Y hay un caso que se confunde con error del sensor: el material multicapa. Si el sensor devuelve tres o más picos, la interpretación deja de ser unívoca y hay que cambiar de técnica o fijar el modelo de capas con el proveedor.
Cómo se valida antes de comprar
El procedimiento recomendado es medir el material real en el rango de espesores esperado, incluyendo el espesor mínimo y el máximo, y comparar contra una referencia de contacto trazable.
Hay que registrar la dispersión en repetición y la desviación frente a la referencia, y comprobar que ambas entran en la tolerancia con margen. La repetibilidad del sensor por sí sola no garantiza la exactitud en espesor.
Por último, fije el índice de refracción empleado y déjelo escrito en el procedimiento. Un valor de espesor sin el índice usado no es un dato auditable.
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Preguntas frecuentes
¿Puede un sensor confocal medir el espesor de un vidrio?
Sí, en materiales transparentes y dentro del límite de espesor mínimo del modelo. El sensor detecta las dos superficies y la separación entre ambas, corregida por el índice de refracción, da el espesor. La viabilidad debe confirmarse con el material real.
¿Qué significa el espesor mínimo medible del 5 % del fondo de escala?
Que el espesor más pequeño que el sensor puede resolver equivale al 5 % de su recorrido total. Un sensor de recorrido grande tiene por tanto un espesor mínimo peor, así que el espesor a medir debería elegir el modelo y no al revés.
¿Por qué el valor de espesor cambia si cambio el material?
Porque el sensor mide una distancia óptica y el paso a espesor geométrico depende del índice de refracción. Cambiar de material, de lote o de temperatura cambia el índice y, con él, el resultado.
¿Se puede medir una película de pocas micras?
Depende del recorrido del cabezal elegido. Con recorridos de pocos milímetros el límite del 5 % permite espesores muy pequeños; con recorridos grandes el límite sube en la misma proporción. Hay que calcularlo antes de seleccionar el modelo.
¿Qué ocurre si el material tiene varias capas?
El sensor puede devolver más de dos picos y la interpretación deja de ser unívoca. En ese caso hay que fijar un modelo de capas con el proveedor o cambiar de técnica; no se debe asumir que el pico más intenso es la interfaz de interés.
¿Cómo se valida la medición de espesor antes de comprar?
Midiendo el material real en el rango de espesores esperado y comparando con una referencia de contacto trazable. Hay que registrar repetibilidad y desviación frente a la referencia, y documentar el índice de refracción empleado.
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