Confocal spectral ponctuel pour plastiques transparents : atouts, limites et quatre erreurs

Le plastique transparent met la mesure en échec pour une raison simple : être visible n'est pas être mesurable. L'imagerie classique décide où se trouve un bord en comparant des intensités de pixels, or un matériau clair laisse tout ce qui se trouve derrière la pièce contribuer à ces intensités. Le système perd son repère.

Le confocal spectral ponctuel part d'un autre postulat. Il ne cherche pas à trouver le bord ; il mesure une distance. Ce basculement se trouve répondre avec justesse à plusieurs difficultés propres aux pièces transparentes.

Le principe : pourquoi la transparence cesse d'être un problème

La méthode exploite la dispersion. Dans le système optique, différentes longueurs d'onde viennent se focaliser à des positions axiales différentes. Lorsqu'une lumière à large bande atteint la surface, seule la longueur d'onde qui s'y focalise exactement revient de façon efficace ; les autres sont défocalisées.

Analyser le pic du spectre renvoyé donne la position axiale de la surface. Rien dans ce processus ne dépend d'un bord d'intensité dans une image, ce qui explique que l'approche tolère les surfaces claires, semi-transparentes et brillantes. De plus, sur un matériau transparent, les faces supérieure et inférieure produisent chacune leur propre retour identifiable, ce qui est la base physique de la mesure d'épaisseur sur pièces claires.

Quatre paramètres qui comptent plus que les chiffres

Ces quatre-là reviennent dans chaque sélection, et les comprendre vaut mieux que de mémoriser des valeurs.

À côté d'eux figurent la répétabilité annoncée et l'erreur de linéarité. Soyons clairs sur leur signification : la répétabilité décrit l'accord entre relevés répétés, la linéarité l'écart par rapport à une droite idéale. Aucune des deux n'est synonyme de l'incertitude de mesure que vous obtiendrez réellement, laquelle dépend aussi de l'environnement, du bridage, de la nature de la surface visée et de la méthode d'évaluation.

Comparaison des modèles et arbitrage à opérer

Dans cette configuration, la capacité de l'équipement a un plafond défini : pour le montage de mesure flash confocal spectral ponctuel intégré utilisé ici, l'exactitude de mesure atteint 2 μm. Ce qui compte vraiment dans le choix n'est pas de savoir qui annonce la plus haute exactitude, mais si la plage, la distance de référence, la taille du spot et la méthode d'échantillonnage conviennent à votre pièce.

En prenant la famille POMEAS SFS comme exemple concret, l'arbitrage entre plage et précision apparaît avec une clarté inhabituelle :

Toutes les valeurs ci-dessus sont des valeurs publiées sur les pages produit respectives. Aucun de ces modèles n'est universellement supérieur à un autre ; le choix découle de la variation de hauteur que vous devez couvrir et de l'écart que vous pouvez tenir. La caractéristique de température est annoncée inférieure à 0.03 pour cent de la pleine échelle par degré C, avec un indice de protection IP40 sur toute la famille, sous réserve de la page propre à chaque modèle.

La logique est directe : une plage plus large s'accompagne généralement d'une répétabilité annoncée plus lâche. Établissez donc d'abord la plage minimale à partir de la variation réelle de la pièce, puis retenez la répétabilité la plus fine offerte dans cette catégorie, plutôt que de partir du modèle qui arbore le meilleur chiffre d'appel.

Quatre erreurs

Tenir pour acquis que le sans contact règle automatiquement le cas des pièces transparentes

Le sans contact est nécessaire, mais pas suffisant. La triangulation laser est également sans contact, et pourtant la lumière qui entre dans un matériau transparent s'y réfracte et s'y diffuse, si bien que la position renvoyée peut correspondre à un point situé à l'intérieur du matériau plutôt qu'à sa surface. Quelle que soit la méthode ponctuelle retenue, vérifiez son comportement sur votre matériau précis, si possible avec des échantillons.

Croire qu'un spot plus petit est toujours préférable

Un spot de faible diamètre atteint les formes étroites et résout les détails fins, mais il devient aussi sensible aux défauts locaux, à la texture et aux salissures, si bien que les relevés peuvent cesser de représenter la surface. Lorsqu'on caractérise une région, la taille du spot doit correspondre à l'échelle à laquelle on évalue, et non être simplement la plus petite disponible.

Négliger l'inclinaison

Chaque modèle publie un angle de mesure toléré, au-delà duquel les relevés se dégradent ou s'arrêtent purement et simplement. Les surfaces courbes, les faces inclinées et les régions qui se déforment après assemblage exigent toutes de vérifier d'abord l'angle entre la normale à la surface et l'axe du capteur.

Compter les têtes en oubliant le contrôleur

Dans les schémas multipoints, le contrôleur décide du nombre de têtes raccordables, de la cadence d'échantillonnage de chaque canal et de la possibilité de se synchroniser sur un codeur ou sur un signal de ligne. POMEAS publie des configurations à 4, 8, 12 ou 16 têtes pour son unité multicanal, la cadence passant de 20 kHz sur un seul canal à 4 kHz lorsque seize canaux fonctionnent ensemble. Dimensionnez le débit en tenant compte de la simultanéité dès le départ, et non après l'achat.

Partez des échantillons

Si belle que paraisse la table, tout revient aux pièces. Fournissez plusieurs pièces réelles, dont une bonne connue, une limite et une mauvaise connue ; les zones et les tolérances à évaluer ; et le temps de cycle visé. L'essai doit répondre à des questions concrètes : les relevés tiennent-ils dans chaque zone, la plage couvre-t-elle la variation de hauteur de chaque échantillon, et les données peuvent-elles être acquises à la cadence visée.

Cette étape fait aussi remonter tout ce qu'un tableau de paramètres ne peut pas montrer : l'occultation par un élément de forme, une réflexion inhabituelle due à une finition particulière, ou une dérive causée par le mode de stockage des pièces. Les découvrir tôt coûte un ordre de grandeur de moins que les découvrir tard.

À lire également

La comparaison d'ensemble des voies est disponible ailleurs, de même que la procédure de sélection générale, et l'arbitrage entre multipoint et point unique fait l'objet de son propre article.

Produits associes et notes de configuration

• SFS-D108 chromatic confocal sensor - Plage de +/- 0.05 mm, répétabilité annoncée de 3 nm : le niveau le plus fin de la famille
• SFS-D1220 chromatic confocal sensor - Distance de référence de 20 mm, plage de +/- 0.6 mm ; documenté pour l'épaisseur des matériaux transparents et les travaux liés au gauchissement
• SFS-D606 compact chromatic confocal sensor - Corps de 20 mm sur 110 mm pour environ 73 g, pour les réseaux à espace contraint
• 20 kHz multi-channel confocal controller - Configuration à 4 / 8 / 12 / 16 têtes avec prise en charge du codeur et du déclenchement

Lectures associees

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Questions frequentes

Le confocal spectral peut-il mesurer l'épaisseur d'un matériau transparent ?

Oui. En principe, les faces supérieure et inférieure produisent chacune leur propre retour, dont on déduit l'épaisseur. POMEAS publie une épaisseur mesurable minimale de 5 pour cent de la pleine échelle pour la famille SFS. Que cela satisfasse une exigence précise doit être confirmé sur des échantillons réels.

Comment se comporte-t-il face aux surfaces brillantes ?

Comme la distance provient de la position du pic spectral et non d'un bord d'intensité dans une image, les surfaces miroir ou polies qui saturent une approche par imagerie restent généralement gérables. Les matériaux très peu réfléchissants ou fortement absorbants demandent encore vérification.

Quel lien entre distance de référence et plage ?

La distance de référence est l'écart de montage nominal ; la plage est l'intervalle utilisable de part et d'autre de celle-ci. Installez le capteur de sorte que la surface usuelle de la pièce se trouve près du centre de plage, en laissant de la marge dans les deux sens pour la variation dimensionnelle à l'entrée.

Combien de têtes un même contrôleur peut-il piloter ?

Cela dépend du contrôleur. POMEAS publie des configurations à 4, 8, 12 et 16 canaux pour son unité multicanal. Notez que la cadence d'échantillonnage baisse à mesure que davantage de canaux fonctionnent simultanément : dimensionnez donc le temps de cycle sur le nombre que vous utiliserez réellement.

La température et les vibrations ont-elles de l'importance ?

L'une et l'autre en ont. Les paramètres publiés comprennent une caractéristique de température, inférieure à 0.03 pour cent de la pleine échelle par degré C pour la famille SFS, tandis que les vibrations se traduisent plutôt par la stabilité du bridage et la convergence des relevés, ce qui relève du stade de la conception de l'outillage. Vérifiez l'environnement vibratoire du site pendant la sélection.

Une seule tête ou plusieurs ?

Cela découle de la surface et du temps de cycle. De petites zones avec une cadence souple favorisent une tête unique sur platine. De grandes zones ou des cycles courts favorisent des têtes en parallèle, moyennant un coût plus élevé de contrôleur et d'étalonnage. Pour une pièce donnée, comparez les deux options sur le coût global plutôt que de choisir par habitude.