Détection de couches d’huile sur des surfaces métalliques : une comparaison des procédés de mesure.

Sensor Instruments: L’utilisation d’huiles l’usinage de métaux pendant le processus de formage est indispensable. Les huiles de coupe, par exemple, appliquées sur des bandes métalliques, assurent une faible usure sur les outils d’estampage. Mais pendant un usinage avec enlèvement de copeaux, les huiles de forage apportent une contribution indispensable à la protection des outils de forage et de fraisage. Les huiles servent en outre de protection contre la corrosion de produits semi-finis tels que les tôles, mais également les feuilles métalliques. Après la transformation ultérieure en revanche, il est nécessaire d’éliminer les résidus d’huile des produits finis avec le moins de résidus possibles. On se sert à cet effet d’installations de nettoyage spéciales, dans lesquelles les pièces métalliques sont lavées et séchées.

Afin que les directives de protection de l’environnement puissent désormais être respectées pendant l’application de l’huile et que les aspects économiques soient également pris en considération, il est recommandé de déterminer la quantité de l’application d’huile. Une détermination de la quantité d’huile peut désormais également avoir lieu EN LIGNE. On a sous la main plusieurs procédés de mesure à cet effet, que nous allons aborder encore plus précisément dans les sections suivantes. Il est possible de surveiller le processus de nettoyage à l’aide des mêmes capteurs. L’exigence est cependant ici d’enregistrer, de préférence EN LIGNE, de façon sûre des quantités de résidus d’huile aussi faibles soient-ils. Notamment dans le cas des composants conducteurs électriquement, comme par exemple des rails en cuivre ou des câbles haute tension, on exige une résistance de transition aussi faible que possible, sachant qu’une couche d’huile résiduelle représente un problème à ce sujet, l’efficacité de la performance étant tout de même gênée dans des proportions considérables.

Comment le contrôle se faisait-il jusqu’ici dans la pratique ?

Quand on parle de couches d’huile, on pense en premier lieu à une certaine épaisseur de couche, par exemple mesurée en µm. Une méthode courante pour cela consisterait dans un premier temps à déterminer le grammage du film d’huile. Pour le déterminer, le poids de l’ensemble du composant doit cependant être déterminé. Les conditions préalables à cela sont une balance précise ainsi qu’un composant exactement identique dans un état non huilé afin de déterminer la différence de poids. Afin de déduire maintenant l’épaisseur de couche du grammage, il est en outre nécessaire d’avoir l’information concernant la densité de chaque huile, que la surface du composant respectif. La différence de poids tout de même considérable entre la couche d’huile effective et le poids du composant n’aide pas précisément à déterminer de façon exacte l’épaisseur de la couche d’huile. La différence de poids des composants (de composant à composant), l’un et l’autre non huilé, se révèle en outre être une source d’erreur supplémentaire.

Le manque d’alternatives simples à la détermination directe de l’épaisseur de couche est certainement la raison pour laquelle la méthode de détermination de la tension superficielle du composant à examiner jouit d’une popularité croissante. On peut ici observer, en présence d’une mince couche d’huile sur une surface métallique qui n’est pas mouillée, une réduction de la tension superficielle supérieure à 50 mN/m à moins de 40mN/m avec une couche d’huile (en fonction de l’épaisseur de couche et du type d’huile). Pour prouver la tension superficielle respective, on utilise ce qu’on appelle des encres de test, qui couvrent en tout une plage de 30 mN/m à 50 mN/m par pas de deux (30mN/m, 32mN/m, 34mN/m, …). L’encre de test est ici appliquée par traits à l’endroit à examiner avec le pinceau livré dans le flacon. Si l’encre de test perle de la surface, la prochaine encre de test inférieure est utilisée de la même manière jusqu’à ce que l’encre de test adhère plus longtemps sur la surface et ne perle donc plus. La tension superficielle se situe alors entre les deux encres de test utilisées en dernier. On peut ensuite observer que la tension superficielle diminue au fur et à mesure que l’épaisseur de la couche d’huile augmente.

Les trois différents procédés de mesure

Procédé de mesure 1 : Absorption d’un rayonnement UVC (265 nm de longueur d’onde centrale) par la couche d’huile

On recourt ici, en tant qu’unité de capteur, à un capteur à fibre optique (SPECTRO-1-FIO-UVC/UVC) en mode de lumière réflex. Une LED UV ayant une longueur d’onde centrale de 265 nm sert ici de source lumineuse. Au moyen d’un câble à fibre optique quartzique (R-S-A3.0-(3.0)-1200-22°-UV), la lumière UVC est réfléchie sur la section à mesurer de la surface métallique en partie de façon diffuse, en partie directement. Une partie du rayonnement réfléchi est orientée à l’aide du faisceau de câble de lumière réflex sur le détecteur intégré dans le capteur. Une surface métallique dégraissée non humectée d’huile (il doit s’agir ici du même matériau et de la même structure de surface que pour les mesures suivantes) sert de référence dans ce cadre. Si une couche d’huile se trouve entre la surface frontale du câble à fibre optique et la surface métallique, une partie de la lumière UVC est absorbée par cette dernière aussi bien sur le chemin aller que sur le chemin du retour. Un retour de signal peut ainsi être observé du côté du détecteur. Si les capteurs sont utilisés pour la mesure EN LIGNE, une distance de travail de la surface frontale du câble à fibre optique par rapport à la surface métallique d’env. 5 mm est recommandée. La divergence de rayonnement est ici de 22° et le spot lumineux prend dans ce cadre sur la surface métallique à examiner un diamètre d’environ 5 mm. Dans le cas des mesures HORS LIGNE, on utilise en sus un écarteur (A3.0-OFL) qui peut être fixé sur la tête du câble à fibre optique.

Procédé de mesure 2 : Stimulation d’une couche d’huile à la fluorescence dans la plage de longueurs d’ondes visibles en utilisant de la lumière UVA (365 nm de longueur d’huile centrale)

On utilise à cet effet un capteur de couleurs (SPECTRO-3-30-UV/BL-MSM-ANA) dont l’unité d’émission de LED UV (365 nm de longueur d’onde centrale). Dans le cas de mesures EN LIGNE, une distance de travail de 15 mm est recommandée, mais l’écarteur (SPECTRO-3-15-d65-OFL) permet également de travailler HORS LIGNE (ici aussi la distance du capteur à l’objet est de 15 mm). La plage de détection prend à cette distance un diamètre d’environ 12 mm.

Les LED UV sont ici disposées en cercle, au milieu des capteurs se trouve la pièce réceptrice qui est susceptible de détecter dans la plage visible des longueurs d’ondes au moyen de filtres optiques commutés en amont, tandis que la lumière UV est bloquée. Avec cette méthode de mesure aussi, on devrait observer que l’intensité de la fluorescence mesurée dépend entre autres aussi de la surface métallique, du fait que celle-ci sert de réflecteur. Un calibrage sur chaque surface respectivement sur la forme respective l’objet est par conséquent absolument nécessaire.

Procédé de mesure 3 : Absorption d’une lumière IRM (3 µm de longueur d’onde centrale) par la couche d’huile

On utilise ici une source de lumière IRM à bande large, qui couvre une plage de longueurs d’ondes d’environ 2 µm à 6 µm. Deux récepteurs disposant de différents filtres optiques permettent de réaliser une évaluation de signal normée. Le récepteur 1 détecte à cette occasion une étroite plage de longueurs d’ondes ayant une longueur d’onde centrale d’env. 3 µm, tandis que le récepteur 2, travaillant également sur une bande étroite, ayant une longueur d’onde centrale d’environ 4 µm. Le récepteur 2 sert pendant ce temps de référence, du fait que sa plage de longueurs d’ondes n’est pratiquement pas influencée par la couche d’huile, à la différence de la plage de longueurs d’ondes du récepteur 1. La surface métallique en revanche réfléchit de la même manière dans les deux plages de longueurs d’ondes. Une évaluation normée des deux signaux de mesure informe sur l’absorption de la couche d’huile ; le résultat est ici largement indépendant de la surface métallique respectivement présente. La distance de mesure des capteurs (SPECTRO-M-10-MIR/(MIR1+MIR2)) à la surface métallique est de 10 mm pendant la mesure EN LIGNE, la plage de détection a ici 10 mm de diamètre. Aucune gêne de la mesure du fait de la lumière environnante (éclairage interne LED de lumière blanche) n’a pu être constatée, raison pour laquelle il est possible de travailler avec une fréquence de mesure élevée (> 1 kHz). Pour la mesure HORS LIGNE, on dispose d’un écarteur (SPECTRO-M-30-OFL), qui veille également à une distance de mesure de 10 mm par rapport à la surface métallique.