Η συνεπής, ακριβής μέτρηση θερμοκρασίας είναι κρίσιμης σημασίας στη βιομηχανία πλαστικών για να διασφαλιστεί το σωστό φινίρισμα των θερμοδιαμορφωμένων προϊόντων.Τόσο στις σταθερές όσο και στις περιστροφικές εφαρμογές θερμοδιαμόρφωσης, η χαμηλή θερμοκρασία διαμόρφωσης δημιουργεί τάσεις στο διαμορφωμένο τμήμα, ενώ οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα όπως φουσκάλες και απώλεια χρώματος ή γυαλάδας.
Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε πώς οι εξελίξεις στη μέτρηση θερμοκρασίας χωρίς επαφή με υπέρυθρες (IR) όχι μόνο βοηθούν τις λειτουργίες θερμοδιαμόρφωσης να βελτιστοποιήσουν τις διαδικασίες κατασκευής και τα επιχειρηματικά τους αποτελέσματα, αλλά επίσης επιτρέπουν τη συμμόρφωση με τα βιομηχανικά πρότυπα για την ποιότητα και την αξιοπιστία του τελικού προϊόντος.
Η θερμοδιαμόρφωση είναι η διαδικασία με την οποία ένα θερμοπλαστικό φύλλο γίνεται μαλακό και εύκαμπτο με θέρμανση και παραμορφώνεται διαξονικά με το να ωθείται σε τρισδιάστατο σχήμα.Αυτή η διαδικασία μπορεί να λάβει χώρα παρουσία ή απουσία καλουπιού.Η θέρμανση του θερμοπλαστικού φύλλου είναι ένα από τα πιο κρίσιμα στάδια στη λειτουργία θερμοδιαμόρφωσης.Οι μηχανές διαμόρφωσης συνήθως χρησιμοποιούν θερμαντήρες τύπου σάντουιτς, οι οποίοι αποτελούνται από πάνελ υπέρυθρων θερμαντήρων πάνω και κάτω από το φύλλο υλικού.
Η θερμοκρασία του πυρήνα του θερμοπλαστικού φύλλου, το πάχος του και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος παραγωγής επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι πλαστικές πολυμερείς αλυσίδες ρέουν σε μια διαμορφώσιμη κατάσταση και μεταμορφώνονται σε μια ημι-κρυσταλλική δομή πολυμερούς.Η τελική παγωμένη μοριακή δομή καθορίζει τα φυσικά χαρακτηριστικά του υλικού, καθώς και την απόδοση του τελικού προϊόντος.
Στην ιδανική περίπτωση, το θερμοπλαστικό φύλλο θα πρέπει να θερμαίνεται ομοιόμορφα στην κατάλληλη θερμοκρασία σχηματισμού του.Το φύλλο στη συνέχεια μεταφέρεται σε έναν σταθμό χύτευσης, όπου μια συσκευή το πιέζει πάνω στο καλούπι για να σχηματίσει το μέρος, χρησιμοποιώντας είτε κενό είτε πεπιεσμένο αέρα, μερικές φορές με τη βοήθεια μηχανικού βύσματος.Τέλος, το εξάρτημα εκτοξεύεται από το καλούπι για το στάδιο ψύξης της διαδικασίας.
Η πλειονότητα της παραγωγής θερμοδιαμόρφωσης γίνεται από μηχανές με ρολό, ενώ οι μηχανές με τροφοδοσία φύλλου προορίζονται για εφαρμογές μικρότερου όγκου.Με λειτουργίες πολύ μεγάλου όγκου, μπορεί να δικαιολογηθεί ένα πλήρως ενσωματωμένο, εν σειρά, σύστημα θερμοδιαμόρφωσης κλειστού βρόχου.Η γραμμή λαμβάνει την πρώτη ύλη πλαστικό και οι εξωθητές τροφοδοτούνται απευθείας στη μηχανή θερμοδιαμόρφωσης.
Ορισμένοι τύποι εργαλείων θερμοδιαμόρφωσης επιτρέπουν την περικοπή του διαμορφωμένου αντικειμένου εντός της μηχανής θερμοδιαμόρφωσης.Με αυτήν τη μέθοδο είναι δυνατή η μεγαλύτερη ακρίβεια κοπής, επειδή το προϊόν και τα σκελετικά απορρίμματα δεν χρειάζονται επανατοποθέτηση.Εναλλακτικές είναι όπου το σχηματισμένο φύλλο ευρετηριάζεται απευθείας στον σταθμό καλλιέργειας.
Ο υψηλός όγκος παραγωγής τυπικά απαιτεί την ενσωμάτωση ενός στοίβαξης εξαρτημάτων με τη μηχανή θερμοδιαμόρφωσης.Μόλις στοιβάζονται, τα τελικά προϊόντα συσκευάζονται σε κουτιά για μεταφορά στον τελικό πελάτη.Το διαχωρισμένο σκελετικό θραύσμα τυλίγεται πάνω σε ένα τρυπάνι για τον επακόλουθο τεμαχισμό ή περνά μέσα από μια μηχανή κοπής σε σειρά με τη μηχανή θερμοδιαμόρφωσης.
Η θερμοδιαμόρφωση μεγάλων φύλλων είναι μια πολύπλοκη λειτουργία επιρρεπής σε διαταραχές, οι οποίες μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τον αριθμό των εξαρτημάτων που απορρίπτονται.Οι σημερινές αυστηρές απαιτήσεις για ποιότητα επιφάνειας εξαρτημάτων, ακρίβεια πάχους, χρόνο κύκλου και απόδοση, σε συνδυασμό με το μικρό παράθυρο επεξεργασίας νέων επώνυμων πολυμερών και πολυστρωματικών φύλλων, ώθησαν τους κατασκευαστές να αναζητήσουν τρόπους βελτίωσης του ελέγχου αυτής της διαδικασίας.
Κατά τη διάρκεια της θερμοδιαμόρφωσης, η θέρμανση του φύλλου λαμβάνει χώρα μέσω ακτινοβολίας, μεταφοράς και αγωγιμότητας.Αυτοί οι μηχανισμοί εισάγουν μεγάλη αβεβαιότητα, καθώς και χρονικές διακυμάνσεις και μη γραμμικότητες στη δυναμική μεταφοράς θερμότητας.Επιπλέον, η θέρμανση φύλλου είναι μια χωρικά κατανεμημένη διαδικασία που περιγράφεται καλύτερα από μερικές διαφορικές εξισώσεις.
Η θερμοδιαμόρφωση απαιτεί έναν ακριβή χάρτη θερμοκρασίας πολλαπλών ζωνών πριν από το σχηματισμό σύνθετων τμημάτων.Αυτό το πρόβλημα επιδεινώνεται από το γεγονός ότι η θερμοκρασία συνήθως ελέγχεται στα θερμαντικά στοιχεία, ενώ η κατανομή θερμοκρασίας σε όλο το πάχος του φύλλου είναι η κύρια μεταβλητή της διαδικασίας.
Για παράδειγμα, ένα άμορφο υλικό όπως το πολυστυρένιο θα διατηρήσει γενικά την ακεραιότητά του όταν θερμαίνεται στη θερμοκρασία σχηματισμού του λόγω της υψηλής αντοχής τήξης.Ως αποτέλεσμα, είναι εύκολο στο χειρισμό και στο σχηματισμό.Όταν ένα κρυσταλλικό υλικό θερμαίνεται, αλλάζει πιο δραματικά από στερεό σε υγρό μόλις επιτευχθεί η θερμοκρασία τήξης του, καθιστώντας το παράθυρο θερμοκρασίας σχηματισμού πολύ στενό.
Οι αλλαγές στις θερμοκρασίες περιβάλλοντος προκαλούν επίσης προβλήματα στη θερμοδιαμόρφωση.Η μέθοδος δοκιμής και λάθους για την εύρεση ταχύτητας τροφοδοσίας κυλίνδρων για την παραγωγή αποδεκτών καλουπιών μπορεί να αποδειχθεί ανεπαρκής εάν αλλάξει η θερμοκρασία του εργοστασίου (δηλαδή κατά τους καλοκαιρινούς μήνες).Μια αλλαγή θερμοκρασίας 10°C μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στην έξοδο λόγω του πολύ στενού εύρους θερμοκρασίας σχηματισμού.
Παραδοσιακά, οι θερμοδιαμορφωτές βασίζονται σε εξειδικευμένες χειροκίνητες τεχνικές για τον έλεγχο της θερμοκρασίας του φύλλου.Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση συχνά αποδίδει λιγότερα από τα επιθυμητά αποτελέσματα όσον αφορά τη συνέπεια και την ποιότητα του προϊόντος.Οι χειριστές έχουν μια δύσκολη πράξη εξισορρόπησης, η οποία περιλαμβάνει την ελαχιστοποίηση της διαφοράς μεταξύ της θερμοκρασίας του πυρήνα και της επιφάνειας του φύλλου, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι και οι δύο περιοχές παραμένουν εντός της ελάχιστης και της μέγιστης θερμοκρασίας σχηματισμού του υλικού.
Επιπλέον, η άμεση επαφή με το πλαστικό φύλλο δεν είναι πρακτική στη θερμοδιαμόρφωση γιατί μπορεί να προκαλέσει ατέλειες σε πλαστικές επιφάνειες και απαράδεκτους χρόνους απόκρισης.
Όλο και περισσότερο, η βιομηχανία πλαστικών ανακαλύπτει τα οφέλη της τεχνολογίας υπερύθρων χωρίς επαφή για τη μέτρηση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας της διαδικασίας.Οι λύσεις ανίχνευσης που βασίζονται στην υπέρυθρη ακτινοβολία είναι χρήσιμες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας υπό συνθήκες στις οποίες δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν θερμοστοιχεία ή άλλοι αισθητήρες τύπου ανιχνευτή ή δεν παράγουν ακριβή δεδομένα.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν θερμόμετρα υπερύθρων χωρίς επαφή για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας των διαδικασιών που κινούνται γρήγορα και αποτελεσματικά, μετρώντας τη θερμοκρασία του προϊόντος απευθείας αντί του φούρνου ή του στεγνωτηρίου.Οι χρήστες μπορούν στη συνέχεια να προσαρμόσουν εύκολα τις παραμέτρους της διαδικασίας για να εξασφαλίσουν τη βέλτιστη ποιότητα του προϊόντος.
Για εφαρμογές θερμοδιαμόρφωσης, ένα αυτοματοποιημένο σύστημα παρακολούθησης θερμοκρασίας υπερύθρων περιλαμβάνει τυπικά μια διεπαφή χειριστή και μια οθόνη για μετρήσεις διεργασίας από τον φούρνο θερμοδιαμόρφωσης.Ένα θερμόμετρο υπερύθρων μετρά τη θερμοκρασία των καυτών, κινούμενων πλαστικών φύλλων με ακρίβεια 1%.Ένας ψηφιακός μετρητής πίνακα με ενσωματωμένα μηχανικά ρελέ εμφανίζει δεδομένα θερμοκρασίας και εξάγει σήματα συναγερμού όταν επιτευχθεί η καθορισμένη θερμοκρασία.
Χρησιμοποιώντας το λογισμικό του συστήματος υπερύθρων, οι θερμοδιαμορφωτές μπορούν να ρυθμίσουν εύρη θερμοκρασίας και εξόδου, καθώς και σημεία εκπομπής και συναγερμού, και στη συνέχεια να παρακολουθούν τις μετρήσεις θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο.Όταν η διαδικασία φτάσει στη θερμοκρασία καθορισμένου σημείου, ένα ρελέ κλείνει και είτε ενεργοποιεί μια ενδεικτική λυχνία είτε έναν ηχητικό συναγερμό για τον έλεγχο του κύκλου.Τα δεδομένα θερμοκρασίας διεργασίας μπορούν να αρχειοθετηθούν ή να εξαχθούν σε άλλες εφαρμογές για ανάλυση και τεκμηρίωση διαδικασίας.
Χάρη στα δεδομένα από τις μετρήσεις υπερύθρων, οι χειριστές της γραμμής παραγωγής μπορούν να καθορίσουν τη βέλτιστη ρύθμιση του φούρνου για τον πλήρη κορεσμό του φύλλου στο συντομότερο χρονικό διάστημα χωρίς να υπερθερμανθεί το μεσαίο τμήμα.Το αποτέλεσμα της προσθήκης ακριβών δεδομένων θερμοκρασίας στην πρακτική εμπειρία επιτρέπει τη χύτευση κουρτινών με πολύ λίγες απορρίψεις.Και, πιο δύσκολα έργα με παχύτερο ή λεπτότερο υλικό έχουν πιο ομοιόμορφο τελικό πάχος τοιχώματος όταν το πλαστικό θερμαίνεται ομοιόμορφα.
Τα συστήματα θερμοδιαμόρφωσης με τεχνολογία αισθητήρων υπερύθρων μπορούν επίσης να βελτιστοποιήσουν τις διαδικασίες θερμοπλαστικής αποκαλουπώματος.Σε αυτές τις διαδικασίες, οι χειριστές μερικές φορές λειτουργούν οι φούρνοι τους πολύ ζεστοί ή αφήνουν μέρη στο καλούπι για πολύ καιρό.Χρησιμοποιώντας ένα σύστημα με αισθητήρα υπέρυθρων, μπορούν να διατηρήσουν σταθερές θερμοκρασίες ψύξης στα καλούπια, αυξάνοντας την απόδοση παραγωγής και επιτρέποντας την αφαίρεση εξαρτημάτων χωρίς σημαντικές απώλειες λόγω κολλήματος ή παραμόρφωσης.
Παρόλο που η μέτρηση θερμοκρασίας υπερύθρων χωρίς επαφή προσφέρει πολλά αποδεδειγμένα πλεονεκτήματα για τους κατασκευαστές πλαστικών, οι προμηθευτές οργάνων συνεχίζουν να αναπτύσσουν νέες λύσεις, βελτιώνοντας περαιτέρω την ακρίβεια, την αξιοπιστία και την ευκολία χρήσης των συστημάτων υπερύθρων σε απαιτητικά περιβάλλοντα παραγωγής.
Για την αντιμετώπιση προβλημάτων όρασης με τα θερμόμετρα υπερύθρων, οι εταιρείες οργάνων έχουν αναπτύξει πλατφόρμες αισθητήρων που παρέχουν ενσωματωμένη παρατήρηση στόχου μέσω του φακού, καθώς και θέαση με λέιζερ ή βίντεο.Αυτή η συνδυαστική προσέγγιση διασφαλίζει τη σωστή στόχευση και τη σωστή θέση στόχου κάτω από τις πιο αντίξοες συνθήκες.
Τα θερμόμετρα μπορούν επίσης να ενσωματώνουν ταυτόχρονη παρακολούθηση βίντεο σε πραγματικό χρόνο και αυτοματοποιημένη εγγραφή και αποθήκευση εικόνων – παρέχοντας έτσι πολύτιμες νέες πληροφορίες διαδικασίας.Οι χρήστες μπορούν γρήγορα και εύκολα να τραβήξουν στιγμιότυπα της διαδικασίας και να συμπεριλάβουν πληροφορίες θερμοκρασίας και ώρας/ημερομηνίας στην τεκμηρίωσή τους.
Τα σημερινά συμπαγή θερμόμετρα υπερύθρων προσφέρουν διπλάσια οπτική ανάλυση από παλαιότερα, ογκώδη μοντέλα αισθητήρων, επεκτείνοντας την απόδοσή τους σε απαιτητικές εφαρμογές ελέγχου διαδικασίας και επιτρέποντας την άμεση αντικατάσταση των ανιχνευτών επαφής.
Ορισμένα νέα σχέδια αισθητήρων υπερύθρων χρησιμοποιούν μια μικροσκοπική κεφαλή ανίχνευσης και ξεχωριστά ηλεκτρονικά.Οι αισθητήρες μπορούν να επιτύχουν οπτική ανάλυση έως και 22:1 και να αντέχουν σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος που πλησιάζουν τους 200°C χωρίς ψύξη.Αυτό επιτρέπει την ακριβή μέτρηση πολύ μικρών μεγεθών κηλίδων σε περιορισμένους χώρους και δύσκολες συνθήκες περιβάλλοντος.Οι αισθητήρες είναι αρκετά μικροί για να τοποθετηθούν σχεδόν οπουδήποτε και μπορούν να τοποθετηθούν σε περίβλημα από ανοξείδωτο χάλυβα για προστασία από σκληρές βιομηχανικές διεργασίες.Οι καινοτομίες στα ηλεκτρονικά αισθητήρων υπερύθρων έχουν επίσης βελτιώσει τις δυνατότητες επεξεργασίας σήματος, συμπεριλαμβανομένων των λειτουργιών εκπομπής, δειγματοληψίας και διατήρησης, διατήρησης αιχμής, διατήρησης κοιλάδας και υπολογισμού μέσου όρου.Σε ορισμένα συστήματα, αυτές οι μεταβλητές μπορούν να προσαρμοστούν από μια απομακρυσμένη διεπαφή χρήστη για μεγαλύτερη ευκολία.
Οι τελικοί χρήστες μπορούν πλέον να επιλέξουν θερμόμετρα υπερύθρων με μηχανοκίνητη, τηλεχειριζόμενη μεταβλητή εστίαση στόχου.Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει γρήγορη και ακριβή ρύθμιση της εστίασης των στόχων μέτρησης, είτε χειροκίνητα στο πίσω μέρος του οργάνου είτε εξ αποστάσεως μέσω σύνδεσης υπολογιστή RS-232/RS-485.
Οι αισθητήρες υπερύθρων με τηλεχειριζόμενη μεταβλητή εστίαση στόχου μπορούν να διαμορφωθούν σύμφωνα με κάθε απαίτηση εφαρμογής, μειώνοντας την πιθανότητα λανθασμένης εγκατάστασης.Οι μηχανικοί μπορούν να ρυθμίσουν την εστίαση στόχου μέτρησης του αισθητήρα από την ασφάλεια του γραφείου τους και να παρατηρούν και να καταγράφουν συνεχώς τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στη διαδικασία τους, προκειμένου να λάβουν άμεσα διορθωτικά μέτρα.
Οι προμηθευτές βελτιώνουν περαιτέρω την ευελιξία της μέτρησης της υπέρυθρης θερμοκρασίας παρέχοντας συστήματα με λογισμικό βαθμονόμησης πεδίου, επιτρέποντας στους χρήστες να βαθμονομούν αισθητήρες επί τόπου.Επιπλέον, τα νέα συστήματα υπερύθρων προσφέρουν διαφορετικά μέσα για φυσική σύνδεση, συμπεριλαμβανομένων των συνδέσεων γρήγορης αποσύνδεσης και των συνδέσεων τερματικών.διαφορετικά μήκη κύματος για μέτρηση υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας.και μια επιλογή από σήματα milliamp, millivolt και θερμοστοιχείο.
Οι σχεδιαστές οργάνων έχουν ανταποκριθεί σε ζητήματα εκπομπής που σχετίζονται με αισθητήρες υπερύθρων αναπτύσσοντας μονάδες μικρού μήκους κύματος που ελαχιστοποιούν τα σφάλματα λόγω της αβεβαιότητας της εκπομπής.Αυτές οι συσκευές δεν είναι τόσο ευαίσθητες στις αλλαγές στην εκπομπή στο υλικό στόχο όσο οι συμβατικοί αισθητήρες υψηλής θερμοκρασίας.Ως εκ τούτου, παρέχουν πιο ακριβείς μετρήσεις σε διαφορετικούς στόχους σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Τα συστήματα μέτρησης θερμοκρασίας υπερύθρων με λειτουργία αυτόματης διόρθωσης εκπομπής επιτρέπουν στους κατασκευαστές να ρυθμίζουν προκαθορισμένες συνταγές για να εξυπηρετούν συχνές αλλαγές προϊόντων.Εντοπίζοντας γρήγορα τις θερμικές ανωμαλίες εντός του στόχου μέτρησης, επιτρέπουν στον χρήστη να βελτιώσει την ποιότητα και την ομοιομορφία του προϊόντος, να μειώσει το σκραπ και να βελτιώσει την απόδοση λειτουργίας.Εάν παρουσιαστεί σφάλμα ή ελάττωμα, το σύστημα μπορεί να ενεργοποιήσει συναγερμό για να επιτρέψει τη λήψη διορθωτικών ενεργειών.
Η βελτιωμένη τεχνολογία ανίχνευσης υπερύθρων μπορεί επίσης να βοηθήσει στον εξορθολογισμό των διαδικασιών παραγωγής.Οι χειριστές μπορούν να επιλέξουν έναν αριθμό ανταλλακτικού από μια υπάρχουσα λίστα σημείων ρύθμισης θερμοκρασίας και να καταγράψουν αυτόματα κάθε τιμή μέγιστης θερμοκρασίας.Αυτή η λύση εξαλείφει τη διαλογή και αυξάνει τους χρόνους του κύκλου.Βελτιστοποιεί επίσης τον έλεγχο των ζωνών θέρμανσης και αυξάνει την παραγωγικότητα.
Για να μπορέσουν οι θερμοδιαμορφωτές να αναλύσουν πλήρως την απόδοση της επένδυσης ενός αυτοματοποιημένου συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας υπέρυθρων, πρέπει να εξετάσουν ορισμένους βασικούς παράγοντες.Η μείωση του κατώτατου κόστους σημαίνει ότι λαμβάνεται υπόψη ο χρόνος, η ενέργεια και η ποσότητα της μείωσης του σκραπ που μπορεί να πραγματοποιηθεί, καθώς και η δυνατότητα συλλογής και αναφοράς πληροφοριών για κάθε φύλλο που διέρχεται από τη διαδικασία θερμοδιαμόρφωσης.Τα γενικά οφέλη ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ανίχνευσης υπερύθρων περιλαμβάνουν:
• Δυνατότητα αρχειοθέτησης και παροχής στους πελάτες θερμικής εικόνας κάθε εξαρτήματος που κατασκευάζεται για ποιοτική τεκμηρίωση και συμμόρφωση με το ISO.
Η μέτρηση θερμοκρασίας υπερύθρων χωρίς επαφή δεν είναι νέα τεχνολογία, αλλά οι πρόσφατες καινοτομίες έχουν μειώσει το κόστος, έχουν αυξήσει την αξιοπιστία και έχουν επιτρέψει μικρότερες μονάδες μέτρησης.Οι θερμοδιαμορφωτές που χρησιμοποιούν τεχνολογία IR επωφελούνται από τις βελτιώσεις στην παραγωγή και τη μείωση του σκραπ.Η ποιότητα των ανταλλακτικών βελτιώνεται επίσης επειδή οι παραγωγοί αποκτούν πιο ομοιόμορφο πάχος που βγαίνει από τις μηχανές θερμοδιαμόρφωσής τους.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Ώρα ανάρτησης: 19-8-2019