Mesure de l'épaisseur du film et des revêtements

Les capteurs infrarouges sont le plus largement utilisés pour mesurer la composition chimique des matériaux en fonction de l'absorption spécifique de la longueur d'onde de la lumière. Pour la plupart, il s'agit de mesures de surface et la précision dépend de la représentativité de la surface du matériau par rapport à l'ensemble du matériau. L'angle d'incidence du capteur, la distance par rapport au produit et la surface du faisceau ne sont généralement pas significatifs pour cette mesure.

La mesure de l'épaisseur est très différente de l'analyse de la composition et dépend de la transmission totale de la lumière sur toute l'épaisseur du produit. Capteurs de réflexion tels que le Sensortech Série NIR-6000 dépendent de la rétrodiffusion de la lumière infrarouge provenant des molécules présentes dans le produit ou nécessitent un fond réfléchissant pour renvoyer efficacement la lumière lors d'un double passage à travers le produit. Lors de la mesure d'un revêtement plastique, le support en papier fournit souvent un bon support réfléchissant. L'une ou l'autre méthode est généralement efficace et nécessite l'utilisation d'une longueur d'onde qui sera absorbée par le produit par rapport à une longueur d'onde moins absorbée. Les produits en film polymère sont à base d'hydrocarbures et nécessitent l'utilisation d'une longueur d'onde absorbant le C-H. Différentes longueurs d'onde sont utilisées en fonction de l'épaisseur du film ou du revêtement. Les grammages à base de papier et de tissu légers peuvent être mesurés à l'aide d'une longueur d'onde absorbant la cellulose.

Bien que les variations physiques telles que l'angle d'incidence et la distance du produit aient peu d'impact sur les mesures des constituants de la surface, elles ont un impact important sur les mesures d'épaisseur.

Figure 1 : T = t/cosΦ

La figure 1 montre un trajet lumineux perpendiculaire au produit (90°) et également à un angle d'incidence Φ. La longueur du trajet à travers le produit est la suivante : t/cos (la longueur du trajet varie en fonction de l'angle d'incidence)

La plupart des films ou revêtements ont tendance à être brillants et hautement réfléchissants. Cette première réflexion de surface n'est d'aucune utilité en termes de mesure mais la forte énergie réfléchie va saturer le détecteur. Pour cette raison, l'instrument est presque toujours monté à un angle différent de la perpendiculaire, de sorte que la première réflexion de surface n'est pas renvoyée à l'instrument.

Figure 2 : Angle de montage infrarouge

Si l'instrument n'est pas solidement monté sur une structure rigide, le mouvement peut provoquer une instabilité en raison de la variation de l'angle d'incidence. Lorsque vous mesurez un produit en bande entre des rouleaux, le flottement de la bande entraîne une modification de l'angle d'incidence et une fluctuation de mesure ultérieure. La figure 2 illustre ce phénomène par un battement exagéré.

Chiffre 3

En positionnant le capteur directement au-dessus d'un rouleau, comme sur la figure 3, le flottement est minimisé. Un autre avantage est que le rouleau agit comme un bon réflecteur. La variation naturelle du processus entraînera une variation continue de l'épaisseur autour d'un point de consigne. Ces variations peuvent être moyennées à l'aide d'un filtrage (amortissement). La réponse de l'instrument est intrinsèquement logarithmique. La mesure d'une large gamme d'épaisseurs entraîne des erreurs de linéarité. Il est préférable de linéariser la courbe d'étalonnage par morceaux, peut-être sur une plage de +/- 20 % du point de consigne nominal. Exemple : pour un film de 10 g/m², étalonnez de 8 à 12 g/m².

Résumé

Les jauges de réflectance infrarouge constituent une alternative valable au jaugeage nucléaire pour les applications d'épaisseur de film et de revêtement, à condition que le montage des capteurs soit effectué avec soin. Une précision optimale est obtenue avec les éléments suivants :

1. Le capteur doit être monté sur un support rigide pour minimiser les mouvements.
2. Le capteur doit être placé à un angle d'incidence de 15° à 20°, éliminant ainsi la première réflectance de surface. Une fois calibré, cet angle doit rester constant.
3. Le faisceau du capteur doit être dirigé sur un rouleau pour minimiser le flottement de la bande.
4. Un filtrage (amortissement) suffisant doit être appliqué pour compenser les fluctuations à court terme.
5. Un seul étalonnage ne s'adaptera pas de manière adéquate à de larges plages d'épaisseurs. Utilisez plusieurs codes de produit calibrés pour différentes épaisseurs et différents poids de base.