オンライン厚さ測定: ベータゲージとレーザー検出

オンライン厚さ測定シート システムは、連続シート生産作業の品質管理のバックボーンとして機能します。 オンライン厚さ測定シート には、一般的な押出プロセスとは異なる特別な考慮事項が含まれます。リアルタイムの寸法フィードバックがなければ、オペレータは何も考えずに、定期的な手動マイクロメータチェックに依存し、問題が発生してから数時間後に問題を発見します。オフラインで許容範囲外のシートが検出されるまでに、数千メートルのスクラップがすでにロールに巻き取られている可能性があります。非接触厚さ測定の 2 つの主要なテクノロジーであるベータ透過とレーザー三角測量は、それぞれポリマー、厚さ範囲、および制御要件に応じて明確な利点を提供します。

の役割 シート押出技術の 品質システムは、最終的には測定データが金型調整の決定とプロセス制御アクションの原動力となるため、適切な測定方法の選択に大きく依存します。

ベータゲージの原理と性能特性

ベータ ゲージの厚さの測定は、ベータ線がシート材料を通過する際のベータ線の減衰に依存します。放射線源 (通常、必要な測定範囲に応じてクリプトン 85、プロメチウム 147、またはアメリシウム 241) がシートの片面からベータ粒子を放出します。反対側の検出器は透過強度を測定します。放出放射線と透過放射線の差は、シートの面密度 (単位面積あたりの質量) に相関し、既知の材料密度を使用して絶対厚さに変換されます。

ベータ ゲージは、広範囲にわたる絶対厚さの測定に優れています。測定範囲は約 10 ミクロンから数ミリメートルに及び、よく保守されたシステムでは読み取り値の +/- 0.25% 以上の精度が得られます。測定は固有の材料特性である放射線吸収に基づいているため、ベータ ゲージは表面の質感、光沢、色、透明度の影響を受けません。同じ厚さの透明な PET シートと白が充填された PP シートでは、同じ測定値が得られます。

主要なパフォーマンスパラメータ:

ベータゲージとのトレードオフには、放射線安全要件、放射性源の規制順守、同位体が使用可能な放射能レベルを下回ると減衰するための定期的な線源の交換が含まれます。これらの要因によりコストと管理上のオーバーヘッドが増加し、特に厳しい原子力規制の枠組みがある地域では、一部の転炉にとって負担となると考えられます。

レーザー三角測量: 原理と性能特性

レーザー厚さ測定では、光学三角測量を使用して、移動するシートの反対側に配置された 2 つのセンサー ヘッド間の距離を測定します。各センサーはレーザースポットをシート表面に投影し、反射光の角度を測定してその表面までの距離を計算します。既知のセンサー間のギャップから 2 つの距離測定値を減算すると、シートの厚さが求められます。

レーザー システムは非常に速い測定サイクルを提供します。ベータ ゲージのサンプリング レートは 20 ～ 100 Hz であるのに対し、通常は 1 ～ 5 kHz です。この速度の利点により、レーザー ゲージは、高周波の厚さ変動の検出、表面プロファイリング、および押出プロセスでの急速な変化をゲージで追跡する必要がある用途に適しています。

ただし、レーザー測定にはベータゲージにはない制限があります。レーザースポットはシート表面と相互作用するため、表面粗さ、光沢レベル、透明度はすべて測定に影響します。透明または半透明のポリマー (PET、PP、PC) では、レーザースポットが部分的に材料を貫通し、測定の不確実性が生じるため、特別な課題が生じます。光学グレードのシート、マットな表面、および充填されたコンパウンドには、それぞれ異なるセンサー構成とキャリブレーションアプローチが必要です。

レーザー ゲージの仕様には通常次のものが含まれます。

• 分解能：0.1～0.5μm（ベータゲージよりかなり細かい）

• 精度: +/- 0.5 ～ +/- 1.0 μm (または読み取り値の +/- 0.1% のいずれか大きい方)

• 測定範囲: 0.1 mm ～ 20 mm (センサーペアに依存)

• スタンドオフ距離：シート表面から25～100mm

• 環境への敏感性: 粉塵、煙霧、および周囲光の影響を受けます。クリーンな環境またはエアパージが必要です。

ベータゲージとレーザー: アプリケーション固有の選択

これらのテクノロジーのどちらを選択するかは、特定の生産状況によって異なります。の ダイギャップ調整の手動 プロセスは、特定の材料と厚さの範囲に対してどのゲージング技術が最も信頼性の高いフィードバック信号を提供するかを理解することで恩恵を受けます。

ベータゲージの利点:

• 素材に依存しない測定 - 透明、不透明、充填シート、発泡シートでも同様に機能します。

• 数十年にわたる産業用途で実証された絶対的な厚さ精度

• 周囲条件（粉塵、煙、湿気）の影響を受けません。

• 確立された校正手順と規制枠組み

レーザーゲージの利点:

• 放射性源がないため、規制遵守の負担が軽減されます

• 表面プロファイリングと欠陥検出のための優れた空間分解能

• より速い測定サイクルにより、より優れた高周波プロセス監視が可能になります

• ゲージのライフサイクル全体にわたる総所有コストの削減 (ソースの交換が不要)

厚さ範囲が 0.2 mm ～ 5 mm の PP、PE、PVC、PS などのほとんどの汎用シート押出用途では、材料に依存しない精度により、ベータ ゲージが閉ループ厚さ制御に依然として好まれています。レーザー システムは、プロファイル測定、表面品質検査、および既にベータ ゲージ一次厚さ制御を備えたラインの補助センサーとして最も強力な用途を見出しています。

閉ループ厚さ制御の統合

オンライン厚さ測定の真の価値は、ゲージデータが自動ダイ調整システムに入力されるときに現れます。典型的な閉ループ構成では、走査ゲージが連続的にシート幅全体を横切り、クロスウェブ厚さプロファイルを構築します。制御システムは、このプロファイルを目標の厚さと比較し、ダイリップ ヒーターまたはフレックス リップ ボルトの調整コマンドを計算します。

板厚の変動の原因は 、ダイリップの磨耗、バレルの温度ドリフト、スクリュー速度の変動、または原材料の変動など、複数の原因に起因する可能性があります。ゲージ システムは根本原因を特定する必要はありません。単純に結果を測定し、ダイに補正するよう信号を送ります。これにより、外乱が機械的な金型調整で追従できる程度に遅い限り、閉ループ制御はプロセス外乱に対して非常に堅牢になります。

ゲージとアクチュエータ間の応答時間の一致が重要です。シート幅 2,000 mm を 200 mm/s でベータ ゲージでスキャンすると、10 秒ごとに 1 つの完全なプロファイルが完成します。ダイボルト ヒーターまたは熱膨張カートリッジは、15 ～ 60 秒の時定数で応答します。この不一致は管理可能です。制御アルゴリズムは、予測補償を通じてアクチュエータの遅れを考慮します。しかし、ゲージ スキャンが (固定アレイ センサー システムのように) 大幅に高速である場合、ダイはそれ以上高速に応答できないため、追加データによる利益は減少します。

リアルタイムの厚さ監視は、製品の品質を維持し、連続シート押出時の材料の無駄を最小限に抑えるために不可欠です。 JWELL は、その生産グレードのシート押出ラインに、絶対厚さ測定のためのベータ透過と表面プロファイルマッピングのためのレーザー三角測量を組み合わせたデュアルテクノロジー厚さ測定システムを装備しており、閉ループ自動金型調整と SPC チャート作成に必要な包括的な寸法データを提供します。

よくある質問

プラスチックシートの厚さ測定技術はどれがより正確ですか?

ベータ ゲージは、表面反射ではなく材料バルクを通過する放射線吸収に基づいて測定されるため、ほとんどのプラスチック シート用途でより優れた絶対厚さ精度を提供します。透明または半透明のポリマーの場合、ベータゲージはレーザー測定に影響を与える浸透関連の誤差を回避します。レーザー ゲージは優れた分解能 (より細かい測定増分) を提供しますが、材料固有のキャリブレーション補正が必要な場合があります。

ベータゲージとレーザーゲージを同じラインで併用できますか?

はい、この二重技術アプローチはハイエンドのシート押出ラインでますます一般的になっています。ベータ ゲージは閉ループ ダイ制御のための主要な絶対厚さ信号を提供し、レーザー ゲージは表面プロファイル データを追加し、局所的な欠陥を検出し、バックアップ測定機能を提供します。 2 つの信号を相互参照して、測定の異常やセンサーのドリフトを特定できます。

ベータゲージはどれくらいの頻度でソース交換が必要ですか?

線源の交換間隔は、同位体、放射能レベル、測定範囲の要件によって異なります。クリプトン 85 源は通常 8 ～ 15 年間持続します。プロメチウム 147 源は腐敗が早く、3 ～ 5 年ごとに交換が必要です。ほとんどのゲージサプライヤーは、ソースの劣化を追跡し、サービス契約の一環として事前の交換スケジュールを提供しています。

どの厚さ範囲にどの測定技術が必要ですか?

約 50 ミクロン未満では、どちらの技術も理想的な性能を発揮できません。質量密度が低いとベータ ゲージの精度が低下し、レーザー ゲージは分解能の限界に近づきます。この範囲を下回る薄膜の場合は、蛍光 X 線または静電容量ベースのゲージの方が適切な場合があります。 50 ミクロンから数ミリメートルを超えると、ベータ技術とレーザー技術の両方がうまく機能し、厚さだけではなく材料の透明性と表面特性が選択の基準となります。