Bezkontaktní měření tloušťky povlaku

Ing. Michaela Pospíšilová, Gamin s.r.o.

      

Přemýšleli jste někdy o tom, zda je vaše měřidlo tloušťky povlaku vhodné pro monitorování vašeho procesu? Měření tloušťky povlaku je klíčové pro dokumentaci a kontrolu postupů aplikace nátěru, snižování nákladů na nátěrové hmoty a odpadního materiálu, zlepšování kvality povlaku i zkracování doby celé aplikace. Zároveň je nanášení povlaku proces, který je velmi citlivý na jakékoliv změny v podmínkách prostředí. Proto je důležité mít k dispozici tloušťkoměr, který se snadno ovládá a lze jej použít v průmyslovém prostředí.

Obr. 1 - Schéma principu měření

Společnost coatmaster AG vyvinula metodu měření založenou na pokročilé tepelné optice. Ta spočívá v použití počítačem řízeného zdroje světla, který povrch po krátkou dobu zahřívá. Následné dynamické změny teploty jsou zaznamenávány vysokorychlostními infračervenými senzory, které nepřicházejí do kontaktu s povlakem, a výsledná data jsou pomocí speciálně vyvinutých algoritmů převedena na tloušťku povlaku. Bezkontaktní metoda měření umožňuje měřit povlak bezprostředně po nanesení, dokud je ještě nevypálený/nevytvrzelý, a poskytuje potřebnou přesnost a opakovatelnost pro řízení procesu. Měřicí systémy coatmaster se používají i pro plně automatizované měření povlaků přímo na výrobní lince. Ruční systém má všechny výhody technologie coatmaster® Flex (obr.1), tedy přesné bezkontaktní měření mokrých i suchých nátěrů bez ohledu na úhel a vzdálenost (viz technické parametry).

Obr. 2 - Náčrt drsnosti povrchu po vytvrzení

Patentovaný postup měření používaný přístrojem coatmaster® Flex je bezkontaktní (na rozdíl od systémů založených na magnetické indukci nebo ultrazvuku) a nedestruktivní. Lze jej proto využít na mokrých, práškových i vytvrzených barvách, a to bez ohledu na materiál, tloušťku povlaku (viz technické parametry) nebo barevní odstín povlaku (včetně bílé). Na rozdíl od tloušťkoměrů založených na magnetické indukci umožňují přístroje coatmaster® Flex měření tloušťky povlaku na substrátech jako je kov, dřevo, plast nebo pryž. Oproti fototermickým, laserovým a ultrazvukovým tloušťkoměrům představuje coatmaster® Flex spolehlivý, lehký, uživatelsky přívětivý, bezpečný, úsporný a přesný systém měření. Vyžaduje pouze minimální kalibraci a měří přesně bez ohledu na sklon a vzdálenost.

Povrch povlakovaného výrobku bývá zpravidla velmi nepravidelný. Před vytvrzením mívá povrch naneseného povlaku ještě hrubší strukturu, i přesto jej však lze pomocí coatmaster® Flex změřit. Vlastnosti takového drsného povrchu jsou ovlivněny různými faktory, jako je povrchová předúprava, typ a hrubost substrátu, typ povlaku (např. velikost, distribuce a chemické složení částic) a přesné podmínky tvrzení (tepelná distribuce, doba tvrzení). Na obrázku (obr. 2) níže je mikroskopické zobrazení takového hrubého povrchu. Přístroj tuto hrubost pomocí optického průměrování automaticky kompenzuje. Díky tomu lze přesně zhodnotit tloušťku povlaku, a to i při proměnlivých parametrech.

Zařízení pracují rychlostí až jedno měření za sekundu. Díky tomu je možné provádět větší počet měření na jednom díle v krátkém čase. Tak lze i u drsných povrchů získat celkový a spolehlivý obraz o tloušťce povlaku. V porovnání s tímto přístrojem mají tradiční měřicí metody několik nevýhod. Například mikroskopická metoda poskytuje pouze bodové informace. Kromě toho je tento proces časově velmi náročný. Vzorek musí být nejprve vložený do nosné pryskyřice a poté vyleštěný, aby byl pro analýzu k dispozici čistý průřez vrstvy. To může trvat několik hodin nebo dokonce dnů, a proto není vhodná pro kontrolu procesu.

V průmyslu nátěrových hmot se dnes používají také ruční magneticko-indukční měřidla. Při měření touto metodou mohou nastat dvě neshody: na jedné straně velký rozptyl na drsném povrchu a na druhé straně může být měřená vrstva stále ještě pružná, nedostatečně vytvrzená (u mokrého nátěrového systému).

Hlavními rysy uvedeného zařízení jsou zejména viditelné zlepšení kvality povrchu, prevence zmetků a potenciál úspor o více než 25 %.

Výsledkem je ekonomická efektivita provozu a také udržitelné využívání surovin. Pro efektivní a přesné nanášení nátěrových hmot musí být měření tloušťky nátěru provedeno bezprostředně po procesu nanášení povlaku, před vypálením/vytvrzením. Konvenční měřicí metody, které určují tloušťku vrstvy po vytvrzení, proto nepřicházejí v úvahu. Pro měření tloušťky povlaku v současné výrobě musí měřicí systém splňovat předpoklady jako je velká měřicí vzdálenost a vysoká tolerance náklonu a rozteče. Měřicí systém musí být jednoduchý a spolehlivý v provozu a nesmí představovat žádné nebezpečí pro zaměstnance.

Obr. 3 - Ukázka měření přístrojem Coatmaster

Hodnoty naměřené tloušťky povlaku se graficky zobrazují na monitoru bezprostředně vedle řídicího systému zařízení. Obsluha zařízení dostává kvantitativní a okamžitou zpětnou vazbu o změnách procesních parametrů a může tak snížit tloušťku vrstvy na dolní toleranci selektivně a bez rizika (obr. 3).

Navíc je potřeba do systému započítat úspory dosažené tím, že se předešlo vadným nátěrům a časově náročným přepracováním. Kromě toho se doba náběhu zařízení pro změnu barvy nebo komponentů a časy zaškolení nových zaměstnanců v závodě budou výrazně zkráceny. Koncoví zákazníci ocení optimální vizuální vzhled jako výsledek a navíc rovnoměrného nanášení nátěru, jakož i průběžnou kontrolu kvality.

 

 

Obr. 4 - Coatmaster Flex

K určení tloušťky povlaku z naměřených dat jsou zapotřebí početně náročné algoritmy, což je neslučitelné s koncepcí ručního zařízení. Proto se společnost rozhodla pro zpracování naměřených dat a databázi outsourcovala do cloudu. Přístroj coatmaster® Flex (obr. 4) je prvním ručním měřicím přístrojem založeným na cloudu, a představuje tak technologický milník. Zaznamenává teplotní křivky a zobrazuje je jako tloušťky povlaku. Teplotní křivky jsou přenášeny prostřednictvím WiFi připojení, buď přes 4G router, nebo přes vlastní WiFi síť společnosti. Na serverech pracuje současně několik stovek výpočetních jader na řešení výpočetně náročných algoritmů. Pro archivaci více než 10 miliard měřicích bodů je v současné době k dispozici více než 100 TB objemu dat na jeden server. Stanovená tloušťka povlaku je nakonec odeslána zpět do měřicího zařízení, kde se zobrazí obsluze. Celý proces trvá obvykle méně než 500 ms.

Digitalizace průmyslu a podnikání, v neposlední řadě podpořená covidou krizí, značně pokročila. V rámci cloud computingu zákazníci využívají IT služby jako je software, úložný prostor nebo výpočetní výkon prostřednictvím datových sítí. Tento princip je při modernizaci IT nezastupitelný. Omezení kontaktů a tlak na náklady jsou nyní dalšími argumenty.

Navzdory všem výhodám cloudových řešení mohou omezující směrnice nebo nedostatečně dostupná internetová infrastruktura vyžadovat lokální serverové řešení. Proto byla nabídka produktů rozšířena o coatmaster Local-Server jako alternativu ke cloudovému uložišti. 

Prostřednictvím internetu lze zaznamenaná data zobrazit, vizualizovat a statisticky vyhodnotit. Funkční rozsah cloudu se neustále rozšiřuje, aniž by bylo nutné aktualizace softwaru. Nadcházející aktualizace zahrnují vytváření zpráv ve formátu PDF o aplikacích a blocích, editaci, mazání a další funkce a kopírování aplikací, bloků a jednotlivých měření.

Archivace dat v systému coatmaster Cloud je bezúdržbové, životnost cloudového úložiště je prakticky neomezená. Kromě toho coatmaster Cloud nabízí maximální zabezpečení dat proti neoprávněnému přístupu. Při provozu několika měřicích zařízení v rámci korporace, lze aplikace přenášet z jednoho zařízení do druhého. Volba mezi coatmaster Cloud a coatmaster Local-Server závisí na požadavcích zákazníka a musí být rozhodnuta individuálně.

      

Technické parametry měřidla

 

Prášková barva po vypálení1 -1000 μm
Mokrá nátěrová hmota před vytvrzením1 - 400 μm
Prášková barva před vypálením1 - 400 μm
Doba měřeníod 20 ms
Tolerance vzdálenosti2 - 15 cm
Tolerance sklonu± 70°
Měření pohyblivých částíano
Relativní směrodatná odchylka˂ 1 %
Měření povlaků jakékoliv barvy (vč. bílé)ano
Přístup k datům v reálném čase přes ERP systém a prohlížečano
Hmotnost (bez baterie)1,3 kg
Rozměry374 x 91 x 203 mm

      

Zajímá Vás více? Zavolejte nám nebo napište, poskytneme další informace. 

      

Mgr. Radana Brábníková

Ing. Pavel Medvec

Ing. Michaela Pospíšilová

Ing. Ivo Bojas

Renáta Sabolová

Bc. Jana Kmeťová