يعد القياس المتسق والدقيق لدرجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية في صناعة البلاستيك لضمان التشطيب الصحيح للمنتجات المشكلة حرارياً.في كل من تطبيقات التشكيل الحراري الثابتة والدوارة ، تنتج درجة حرارة التشكيل المنخفضة ضغوطًا في الجزء المكون ، في حين أن درجات الحرارة المرتفعة جدًا يمكن أن تسبب مشاكل مثل ظهور تقرحات وفقدان اللون أو اللمعان.
في هذه المقالة ، سنناقش كيف أن التطورات في قياس درجة الحرارة غير المتصلة بالأشعة تحت الحمراء (IR) لا تساعد فقط عمليات التشكيل الحراري على تحسين عمليات التصنيع ونتائج الأعمال ، بل تتيح أيضًا الامتثال لمعايير الصناعة لجودة المنتج النهائي وموثوقيته.
التشكيل الحراري هو العملية التي يتم من خلالها جعل الصفيحة البلاستيكية الحرارية ناعمة ومرنة عن طريق التسخين ، وتشوه ثنائي المحور عن طريق دفعها إلى شكل ثلاثي الأبعاد.قد تتم هذه العملية في وجود أو عدم وجود قالب.يعد تسخين لوح اللدائن الحرارية أحد أهم المراحل في عملية التشكيل الحراري.تستخدم آلات التشكيل عادةً سخانات من نوع الساندويتش ، والتي تتكون من ألواح من سخانات الأشعة تحت الحمراء فوق وتحت مادة الألواح.
تؤثر درجة الحرارة الأساسية للوحة اللدائن الحرارية وسمكها ودرجة حرارة بيئة التصنيع على كيفية تدفق سلاسل البوليمر البلاستيكية إلى حالة قابلة للتشكيل والإصلاح إلى هيكل بوليمر شبه بلوري.يحدد التركيب الجزيئي المجمد النهائي الخصائص الفيزيائية للمادة ، وكذلك أداء المنتج النهائي.
من الناحية المثالية ، يجب تسخين لوح اللدائن الحرارية بشكل موحد إلى درجة حرارة التشكيل المناسبة لها.تنتقل الصفيحة بعد ذلك إلى محطة قولبة ، حيث يقوم الجهاز بضغطها على القالب لتشكيل الجزء ، إما باستخدام فراغ أو هواء مضغوط ، وأحيانًا بمساعدة سدادة ميكانيكية.أخيرًا ، يتم إخراج الجزء من القالب لمرحلة التبريد في العملية.
تتم غالبية إنتاج التشكيل الحراري عن طريق آلات التغذية بالدلفنة ، في حين أن آلات التغذية بالصفائح مخصصة للتطبيقات ذات الحجم الأصغر.من خلال عمليات الحجم الكبيرة جدًا ، يمكن تبرير نظام التشكيل الحراري المتكامل بالكامل والمضمّن والحلقة المغلقة.يستقبل الخط المواد الخام البلاستيكية ويتم تغذية الطارد مباشرة في آلة التشكيل الحراري.
تتيح أنواع معينة من أدوات التشكيل الحراري إمكانية اقتصاص المادة المشكلة داخل آلة التشكيل الحراري.يمكن تحقيق دقة قص أكبر باستخدام هذه الطريقة لأن المنتج وخردة الهيكل العظمي لا يحتاجان إلى إعادة ضبط موضعهما.البدائل هي حيث يتم فهرسة الصفيحة المشكلة مباشرة إلى محطة المحاصيل.
يتطلب حجم الإنتاج المرتفع عادةً تكامل مكدس الأجزاء مع آلة التشكيل الحراري.بمجرد تكديسها ، يتم حزم المواد النهائية في صناديق لنقلها إلى العميل النهائي.يتم لف خردة الهيكل العظمي المنفصلة في مغزل لتقطيعها لاحقًا أو تمر عبر آلة تقطيع في خط مع آلة التشكيل الحراري.
التشكيل الحراري للصفائح الكبيرة هو عملية معقدة عرضة للاضطرابات ، والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من عدد الأجزاء المرفوضة.لقد دفعت المتطلبات الصارمة اليوم لجودة السطح الجزئي ودقة السماكة ووقت الدورة والإنتاجية ، بالإضافة إلى نافذة المعالجة الصغيرة للبوليمرات المصممة الجديدة والألواح متعددة الطبقات ، الشركات المصنعة للبحث عن طرق لتحسين التحكم في هذه العملية.
أثناء التشكيل الحراري ، يحدث تسخين الألواح من خلال الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل.تقدم هذه الآليات قدرًا كبيرًا من عدم اليقين ، فضلاً عن الاختلافات الزمنية وغير الخطية في ديناميات نقل الحرارة.علاوة على ذلك ، فإن تسخين الألواح هو عملية موزعة مكانيًا أفضل وصف لها بواسطة المعادلات التفاضلية الجزئية.
يتطلب التشكيل الحراري خريطة دقيقة لدرجات الحرارة متعددة المناطق قبل تشكيل الأجزاء المعقدة.تتفاقم هذه المشكلة من خلال حقيقة أن درجة الحرارة يتم التحكم فيها عادةً عند عناصر التسخين ، في حين أن توزيع درجة الحرارة عبر سماكة الصفيحة هو متغير العملية الرئيسي.
على سبيل المثال ، ستحافظ المادة غير المتبلورة مثل البوليسترين بشكل عام على سلامتها عند تسخينها إلى درجة حرارة تكوينها بسبب قوة الذوبان العالية.نتيجة لذلك ، من السهل التعامل معها وتشكيلها.عندما يتم تسخين مادة بلورية ، فإنها تتغير بشكل كبير من مادة صلبة إلى سائلة بمجرد الوصول إلى درجة حرارة الانصهار ، مما يجعل نافذة درجة حرارة التكوين ضيقة للغاية.
كما تسبب التغيرات في درجات الحرارة المحيطة مشاكل في التشكيل الحراري.قد تكون طريقة التجربة والخطأ لإيجاد سرعة تغذية اللفائف لإنتاج قوالب مقبولة غير كافية إذا تغيرت درجة حرارة المصنع (أي خلال أشهر الصيف).يمكن أن يكون لتغيير درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية تأثير كبير على الإنتاج بسبب نطاق درجة حرارة التكوين الضيق للغاية.
تقليديًا ، اعتمدت المشكلات الحرارية على تقنيات يدوية متخصصة للتحكم في درجة حرارة الألواح.ومع ذلك ، غالبًا ما ينتج عن هذا النهج أقل من النتائج المرجوة من حيث اتساق المنتج وجودته.يواجه المشغلون عملية موازنة صعبة ، والتي تتضمن تقليل الاختلاف بين درجات حرارة اللوح الأساسية والسطحية ، مع ضمان بقاء كلا المنطقتين ضمن الحد الأدنى والأقصى لدرجات حرارة التشكيل للمادة.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاتصال المباشر بالصفائح البلاستيكية غير عملي في التشكيل الحراري لأنه يمكن أن يسبب عيوبًا على الأسطح البلاستيكية وأوقات استجابة غير مقبولة.
تكتشف صناعة البلاستيك بشكل متزايد فوائد تقنية الأشعة تحت الحمراء غير المتصلة لقياس درجة حرارة العملية والتحكم فيها.تعد حلول الاستشعار القائمة على الأشعة تحت الحمراء مفيدة لقياس درجة الحرارة في ظل الظروف التي لا يمكن فيها استخدام المزدوجات الحرارية أو غيرها من أجهزة الاستشعار من نوع المسبار ، أو لا تنتج بيانات دقيقة.
يمكن استخدام موازين الحرارة غير المتصلة بالأشعة تحت الحمراء لمراقبة درجة حرارة العمليات سريعة الحركة بسرعة وكفاءة ، وقياس درجة حرارة المنتج مباشرة بدلاً من الفرن أو المجفف.يمكن للمستخدمين بعد ذلك ضبط معلمات العملية بسهولة لضمان جودة المنتج المثلى.
بالنسبة لتطبيقات التشكيل الحراري ، يشتمل نظام مراقبة درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء المؤتمت عادةً على واجهة مشغل وشاشة لقياسات العملية من فرن التشكيل الحراري.يقيس مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء درجة حرارة الصفائح البلاستيكية الساخنة والمتحركة بدقة 1٪.يعرض عداد اللوحة الرقمي المزود بمرحلات ميكانيكية مدمجة بيانات درجة الحرارة ويخرج إشارات التنبيه عند الوصول إلى درجة الحرارة المحددة.
باستخدام برنامج نظام الأشعة تحت الحمراء ، يمكن للمكوّنات الحرارية ضبط نطاقات درجة الحرارة والإخراج ، بالإضافة إلى نقاط الانبعاث والإنذار ، ثم مراقبة قراءات درجة الحرارة على أساس الوقت الفعلي.عندما تصل العملية إلى درجة حرارة النقطة المحددة ، يتم إغلاق المرحل وإما تشغيل ضوء مؤشر أو إنذار مسموع للتحكم في الدورة.يمكن أرشفة بيانات درجة حرارة العملية أو تصديرها إلى تطبيقات أخرى لتحليلها وتوثيق العملية.
بفضل البيانات المأخوذة من قياسات الأشعة تحت الحمراء ، يمكن لمشغلي خط الإنتاج تحديد الإعداد الأمثل للفرن لتشبع الصفيحة تمامًا في أقصر فترة زمنية دون ارتفاع درجة حرارة القسم الأوسط.تتيح نتيجة إضافة بيانات دقيقة لدرجة الحرارة إلى الخبرة العملية قولبة الستارة مع عدد قليل جدًا من حالات الرفض.والمشروعات الأكثر صعوبة التي تحتوي على مادة أكثر سمكًا أو أرقًا يكون لها سمك جدار نهائي أكثر اتساقًا عند تسخين البلاستيك بشكل موحد.
يمكن لأنظمة التشكيل الحراري باستخدام تقنية مستشعر الأشعة تحت الحمراء أيضًا تحسين عمليات تشكيل اللدائن الحرارية.في هذه العمليات ، يقوم المشغلون أحيانًا بتشغيل أفرانهم ساخنة جدًا ، أو ترك أجزاء في القالب طويلة جدًا.باستخدام نظام مع مستشعر الأشعة تحت الحمراء ، يمكنهم الحفاظ على درجات حرارة تبريد ثابتة عبر القوالب ، مما يزيد من إنتاجية الإنتاج ويسمح بإزالة الأجزاء دون خسائر كبيرة بسبب الالتصاق أو التشوه.
على الرغم من أن قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء غير المتصل يوفر العديد من المزايا المثبتة لمصنعي البلاستيك ، إلا أن موردي الأجهزة يواصلون تطوير حلول جديدة ، مما يزيد من دقة وموثوقية وسهولة استخدام أنظمة الأشعة تحت الحمراء في بيئات الإنتاج الصعبة.
لمعالجة مشاكل الرؤية باستخدام موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ، طورت شركات الأدوات منصات استشعار توفر رؤية متكاملة للهدف من خلال العدسة ، بالإضافة إلى رؤية الليزر أو الفيديو.يضمن هذا النهج المشترك التصويب الصحيح والموقع المستهدف في ظل الظروف الأكثر سلبية.
قد تشتمل موازين الحرارة أيضًا على مراقبة متزامنة للفيديو في الوقت الفعلي وتسجيل تلقائي للصور وتخزينها - وبالتالي تقديم معلومات عملية جديدة قيمة.يمكن للمستخدمين أخذ لقطات من العملية بسرعة وسهولة وتضمين معلومات درجة الحرارة والوقت / التاريخ في وثائقهم.
توفر موازين الحرارة المدمجة بالأشعة تحت الحمراء حاليًا ضعف الدقة البصرية لنماذج المستشعرات الضخمة السابقة ، مما يوسع من أدائها في تطبيقات التحكم في العمليات المتطلبة ويسمح باستبدال مجسات التلامس مباشرة.
تستخدم بعض تصميمات مستشعر الأشعة تحت الحمراء الجديدة رأس استشعار مصغر وإلكترونيات منفصلة.يمكن أن تحقق المستشعرات دقة بصرية تصل إلى 22: 1 وتحمل درجات الحرارة المحيطة التي تقترب من 200 درجة مئوية دون أي تبريد.يتيح ذلك قياسًا دقيقًا لأحجام البقع الصغيرة جدًا في الأماكن الضيقة والظروف المحيطة الصعبة.المستشعرات صغيرة بما يكفي ليتم تركيبها في أي مكان تقريبًا ، ويمكن وضعها في حاوية من الفولاذ المقاوم للصدأ للحماية من العمليات الصناعية القاسية.كما أدت الابتكارات في إلكترونيات مستشعر الأشعة تحت الحمراء إلى تحسين إمكانات معالجة الإشارات ، بما في ذلك الانبعاث ، والعينة ، والتعليق ، وحبس الذروة ، ووظائف الوادي ، والوظائف المتوسطة.في بعض الأنظمة ، يمكن تعديل هذه المتغيرات من واجهة مستخدم بعيدة لمزيد من الراحة.
يمكن للمستخدمين النهائيين الآن اختيار موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء مع تركيز بؤري متغير للهدف بمحرك يتم التحكم فيه عن بعد.تتيح هذه الإمكانية ضبطًا سريعًا ودقيقًا لتركيز أهداف القياس ، إما يدويًا في الجزء الخلفي من الجهاز أو عن بُعد عبر اتصال RS-232 / RS-485 بالكمبيوتر.
يمكن تكوين مستشعرات الأشعة تحت الحمراء ذات التركيز المتغير للهدف المتحكم فيه عن بعد وفقًا لمتطلبات كل تطبيق ، مما يقلل من فرصة التثبيت غير الصحيح.يمكن للمهندسين ضبط تركيز مستشعر القياس بدقة من أمان مكاتبهم ، ومراقبة التغيرات في درجات الحرارة بشكل مستمر وتسجيلها في عملياتهم من أجل اتخاذ إجراءات تصحيحية فورية.
يعمل الموردون على تحسين تعدد استخدامات قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء من خلال تزويد الأنظمة ببرنامج معايرة ميداني ، مما يسمح للمستخدمين بمعايرة أجهزة الاستشعار في الموقع.بالإضافة إلى ذلك ، توفر أنظمة الأشعة تحت الحمراء الجديدة وسائل مختلفة للاتصال المادي ، بما في ذلك موصلات الفصل السريع والوصلات الطرفية ؛أطوال موجية مختلفة لقياس درجات الحرارة العالية والمنخفضة ؛واختيار إشارات المللي أمبير والميلي فولت والمزدوجات الحرارية.
استجاب مصممو الأجهزة لقضايا الانبعاث المرتبطة بأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء من خلال تطوير وحدات قصيرة الطول الموجي تقلل من الأخطاء بسبب عدم اليقين من الابتعاثية.هذه الأجهزة ليست حساسة للتغيرات في الانبعاثية على المادة المستهدفة مثل أجهزة الاستشعار التقليدية ذات درجة الحرارة العالية.على هذا النحو ، فإنها توفر قراءات أكثر دقة عبر أهداف مختلفة في درجات حرارة متفاوتة.
تتيح أنظمة قياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء مع وضع تصحيح الابتعاث التلقائي للمصنعين إعداد وصفات محددة مسبقًا لاستيعاب التغييرات المتكررة في المنتج.من خلال تحديد المخالفات الحرارية بسرعة ضمن هدف القياس ، فإنها تسمح للمستخدم بتحسين جودة المنتج وتوحيده ، وتقليل الخردة ، وتحسين كفاءة التشغيل.في حالة حدوث عيب أو عيب ، يمكن للنظام إطلاق إنذار للسماح بالإجراء التصحيحي.
يمكن أن تساعد تقنية الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء المحسنة أيضًا في تبسيط عمليات الإنتاج.يمكن للمشغلين اختيار رقم جزء من قائمة ضبط درجة الحرارة الحالية وتسجيل كل قيمة درجة حرارة قصوى تلقائيًا.هذا الحل يلغي الفرز ويزيد من أوقات الدورات.كما أنه يحسن التحكم في مناطق التسخين ويزيد من الإنتاجية.
لكي تتمكن المشكلات الحرارية من التحليل الكامل لعائد الاستثمار في نظام قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء الآلي ، يجب أن تنظر في بعض العوامل الرئيسية.يعني تقليل تكاليف المحصلة النهائية مراعاة الوقت والطاقة ومقدار تقليل الخردة الذي قد يحدث ، بالإضافة إلى القدرة على جمع المعلومات والإبلاغ عنها حول كل ورقة تمر خلال عملية التشكيل الحراري.تشمل الفوائد العامة لنظام الاستشعار الآلي بالأشعة تحت الحمراء ما يلي:
• القدرة على أرشفة وتزويد العملاء بصورة حرارية لكل جزء مصنوع لتوثيق الجودة والامتثال لـ ISO.
قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء بدون تلامس ليس تقنية جديدة ، لكن الابتكارات الحديثة خفضت التكاليف ، وزادت الموثوقية ، ومكنت وحدات القياس الأصغر.تستفيد المشكلات الحرارية التي تستخدم تقنية الأشعة تحت الحمراء من تحسينات الإنتاج وتقليل الخردة.تتحسن جودة الأجزاء أيضًا لأن المنتجين يحصلون على سماكة أكثر اتساقًا من آلات التشكيل الحراري الخاصة بهم.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
الوقت ما بعد: 19 أغسطس 2019