一貫性のある正確な温度測定は、プラスチック業界で熱成形製品の正確な仕上げを保証するために重要です。固定式および回転式の両方の熱成形用途で、成形温度が低いと成形品に応力が発生しますが、温度が高すぎると、膨れや色や光沢の損失などの問題が発生する可能性があります。
この記事では、赤外線 (IR) 非接触温度測定の進歩が、熱成形作業の製造プロセスと業績の最適化に役立つだけでなく、最終製品の品質と信頼性に関する業界標準への準拠を可能にする方法について説明します。
熱成形は、熱可塑性シートを加熱することで柔らかくしなやかにし、強制的に 3 次元形状にすることで 2 軸変形させるプロセスです。このプロセスは、金型の有無に関係なく行われます。熱可塑性シートの加熱は、熱成形操作で最も重要な段階の 1 つです。成形機は通常、シート材料の上下に赤外線ヒーターのパネルで構成されるサンドイッチ型ヒーターを使用します。
熱可塑性シートのコア温度、その厚さ、および製造環境の温度はすべて、プラスチック ポリマー チェーンが成形可能な状態になり、半結晶性ポリマー構造に再形成される方法に影響します。最終的に凍結された分子構造は、最終製品の性能だけでなく、材料の物理的特性も決定します。
理想的には、熱可塑性シートは適切な成形温度まで均一に加熱する必要があります。次に、シートは成形ステーションに移動し、そこで装置が金型に押し付けて、真空または加圧空気を使用し、場合によっては機械的プラグの助けを借りて部品を成形します。最後に、プロセスの冷却段階で部品が金型から突き出されます。
熱成形生産の大部分はロール供給機によるものですが、シート供給機は少量の用途向けです。非常に大量の操作では、完全に統合されたインラインの閉ループ熱成形システムが正当化されます。ラインは原材料のプラスチックを受け取り、押出機は熱成形機に直接供給します。
特定のタイプの熱成形ツールは、熱成形機内で成形品のクロッピングを可能にします。この方法を使用すると、製品と骨格スクラップを再配置する必要がないため、切断の精度が向上します。代替案は、形成されたシートがクロッピング ステーションに直接インデックス付けされる場所です。
生産量が多い場合、通常、部品スタッカーと熱成形機を統合する必要があります。積み上げられた完成品は箱に詰められ、最終顧客に輸送されます。分離された骨格スクラップは、その後の細断のためにマンドリルに巻き付けられるか、熱成形機とインラインの細断機を通過します。
大型シートの熱成形は複雑な操作であり、摂動の影響を受けやすく、不良品の数が大幅に増加する可能性があります。部品の表面品質、厚さの精度、サイクル タイム、および歩留まりに対する今日の厳しい要件は、新しいデザイナー ポリマーや多層シートの小さな処理ウィンドウと相まって、製造業者はこのプロセスの制御を改善する方法を探すようになっています。
熱成形中、放射、対流、伝導によってシートが加熱されます。これらのメカニズムは、熱伝達ダイナミクスの時間変動と非線形性だけでなく、多くの不確実性をもたらします。さらに、シートの加熱は、偏微分方程式によって最もよく説明される空間的に分散されたプロセスです。
熱成形では、複雑な部品を成形する前に、正確な複数ゾーンの温度マップが必要です。この問題は、シートの厚さ全体の温度分布が主なプロセス変数であるのに対し、温度は通常、加熱要素で制御されるという事実によって悪化します。
例えば、ポリスチレンなどの非晶質材料は、溶融強度が高いため、一般に成形温度まで加熱しても完全性を維持します。その結果、取り扱いや成形が容易になります。結晶性材料を加熱すると、溶融温度に達すると固体から液体に劇的に変化し、成形温度ウィンドウが非常に狭くなります。
周囲温度の変化も、熱成形の問題を引き起こします。工場の温度が変化した場合 (つまり、夏の間)、許容できる成形品を製造するためのロール送り速度を見つけるための試行錯誤の方法は不十分であることが判明する可能性があります。成形温度範囲が非常に狭いため、10°C の温度変化が出力に大きな影響を与える可能性があります。
伝統的に、熱成形機は、シート温度制御のための専門的な手動技術に依存してきました。ただし、このアプローチでは、製品の一貫性と品質の点で望ましい結果が得られないことがよくあります。オペレーターは、シートの中心温度と表面温度の差を最小限に抑えながら、両方の領域が材料の最低および最高成形温度内に収まるようにするという難しいバランスを取る必要があります。
さらに、プラスチック シートとの直接接触は、プラスチック表面に傷がついたり、許容できない応答時間が発生する可能性があるため、熱成形では実用的ではありません。
プラスチック業界では、プロセス温度の測定と制御のための非接触赤外線技術の利点がますます認識されています。赤外線ベースのセンシング ソリューションは、熱電対やその他のプローブ タイプのセンサーを使用できない、または正確なデータを生成できない環境で温度を測定するのに役立ちます。
非接触赤外線温度計を使用すると、オーブンや乾燥機の代わりに製品温度を直接測定して、高速で効率的にプロセスの温度を監視できます。その後、ユーザーはプロセスパラメータを簡単に調整して、最適な製品品質を確保できます。
熱成形アプリケーションの場合、自動赤外線温度監視システムには通常、オペレータ インターフェースと、熱成形オーブンからのプロセス測定用のディスプレイが含まれます。IR 温度計は、熱く移動するプラスチック シートの温度を 1% の精度で測定します。メカニカルリレーを内蔵したデジタルパネルメータは、温度データを表示し、設定温度に達するとアラーム信号を出力します。
赤外線システム ソフトウェアを使用して、熱成形機は温度と出力範囲、放射率とアラーム ポイントを設定し、リアルタイムで温度測定値を監視できます。プロセスが設定温度に達すると、リレーが閉じて、サイクルを制御するためにインジケータ ライトまたは可聴アラームがトリガーされます。プロセス温度データは、分析やプロセスの文書化のために、アーカイブしたり、他のアプリケーションにエクスポートしたりできます。
IR 測定からのデータのおかげで、生産ラインのオペレーターは、中間セクションを過熱することなく、最短時間でシートを完全に飽和させるための最適なオーブン設定を決定できます。実際の経験に正確な温度データを加えた結果、不良品の少ないドレープ成形が可能になりました。また、材料が厚くても薄くても、プラスチックが均一に加熱されると、最終的な壁の厚さがより均一になります。
IR センサー技術を備えた熱成形システムは、熱可塑性樹脂の離型プロセスも最適化できます。これらのプロセスでは、オペレーターはオーブンを熱くしすぎたり、金型内に部品を長時間放置したりすることがあります。赤外線センサーを備えたシステムを使用することで、金型全体で一貫した冷却温度を維持できるため、生産スループットが向上し、固着や変形による大幅な損失なしに部品を取り外すことができます。
非接触赤外線温度測定は、プラスチック メーカーに多くの実証済みの利点を提供しますが、計測器サプライヤーは新しいソリューションの開発を続けており、要求の厳しい生産環境における IR システムの精度、信頼性、および使いやすさをさらに向上させています。
IR 温度計の照準問題に対処するために、計測器メーカーは、統合されたスルー ザ レンズ ターゲット照準に加えて、レーザーまたはビデオ照準を提供するセンサー プラットフォームを開発しました。この組み合わせたアプローチにより、最も不利な状況下でも正確な照準とターゲットの位置が保証されます。
温度計には、リアルタイムのビデオ監視と自動化された画像の記録と保存を同時に組み込むこともできるため、貴重な新しいプロセス情報を提供できます。ユーザーはプロセスのスナップショットをすばやく簡単に作成し、ドキュメントに温度と時刻/日付の情報を含めることができます。
今日のコンパクトな IR 温度計は、以前のかさばるセンサー モデルの 2 倍の光学分解能を提供し、要求の厳しいプロセス制御アプリケーションでの性能を拡張し、接触プローブの直接交換を可能にします。
一部の新しい IR センサーの設計では、小型のセンシング ヘッドと個別の電子機器を利用しています。センサーは最大 22:1 の光学解像度を実現し、冷却なしで 200°C に近い周囲温度に耐えることができます。これにより、限られたスペースや困難な周囲条件で非常に小さなスポット サイズを正確に測定できます。センサーは小型でどこにでも設置でき、過酷な産業プロセスから保護するためにステンレス鋼の筐体に収納できます。IR センサー エレクトロニクスの革新により、放射率、サンプル アンド ホールド、ピーク ホールド、バレー ホールド、平均化機能などの信号処理機能も向上しました。一部のシステムでは、これらの変数をリモート ユーザー インターフェイスから調整して、利便性を高めることができます。
エンド ユーザーは、電動式のリモート制御可変ターゲット フォーカシングを備えた IR 温度計を選択できるようになりました。この機能により、計測器の背面で手動で、または RS-232/RS-485 PC 接続を介してリモートで、測定対象のフォーカスを迅速かつ正確に調整できます。
リモート制御の可変ターゲット フォーカシングを備えた IR センサーは、各アプリケーションの要件に従って構成できるため、誤った取り付けの可能性を減らすことができます。エンジニアは、自分のオフィスの安全な場所からセンサーの測定対象の焦点を微調整し、プロセス内の温度変化を継続的に観察して記録し、即座に是正措置を講じることができます。
サプライヤは、システムにフィールド キャリブレーション ソフトウェアを提供することで赤外線温度測定の汎用性をさらに向上させ、ユーザーが現場でセンサーをキャリブレーションできるようにしています。さらに、新しい IR システムは、クイック ディスコネクト コネクタや端子接続など、さまざまな物理接続手段を提供します。高温および低温測定用の異なる波長。ミリアンペア、ミリボルト、および熱電対信号の選択。
計測器の設計者は、放射率の不確実性によるエラーを最小限に抑える短波長ユニットを開発することで、IR センサーに関連する放射率の問題に対応してきました。これらのデバイスは、従来の高温センサーほどターゲット材料の放射率の変化に敏感ではありません。そのため、さまざまな温度でさまざまなターゲットにわたってより正確な読み取り値を提供します。
自動放射率補正モードを備えた IR 温度測定システムにより、メーカーは、頻繁な製品変更に対応するために事前定義されたレシピを設定できます。測定対象内の温度ムラを素早く特定することで、製品の品質と均一性を向上させ、スクラップを削減し、作業効率を向上させることができます。障害または欠陥が発生した場合、システムはアラームをトリガーして是正措置を講じることができます。
強化された赤外線センシング技術は、生産プロセスの合理化にも役立ちます。オペレーターは、既存の温度設定値リストから部品番号を選択し、各ピーク温度値を自動的に記録できます。このソリューションにより、仕分けが不要になり、サイクル タイムが増加します。また、加熱ゾーンの制御を最適化し、生産性を向上させます。
熱成形担当者が自動赤外線温度測定システムの投資収益率を完全に分析するには、特定の重要な要因に注目する必要があります。最終的なコストを削減するということは、時間、エネルギー、発生する可能性のあるスクラップ削減量、および熱成形プロセスを通過する各シートに関する情報を収集して報告する機能を考慮することを意味します。自動 IR センシング システムの全体的な利点には、次のようなものがあります。
• 高品質の文書化と ISO 準拠のために製造されたすべての部品の熱画像をアーカイブし、顧客に提供する機能。
非接触赤外線温度測定は新しい技術ではありませんが、最近の技術革新により、コストが削減され、信頼性が向上し、より小さな測定単位が可能になりました。IR 技術を利用した熱成形機は、生産の改善とスクラップの削減の恩恵を受けています。生産者が熱成形機からより均一な厚さを得るため、部品の品質も向上します。
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
投稿時間: 2019 年 8 月 19 日