Consistente, nauwkeurige temperatuurmeting is van cruciaal belang in de kunststofindustrie om een correcte afwerking van gethermovormde producten te garanderen.In zowel stationaire als roterende dieptrektoepassingen veroorzaakt een lage vormtemperatuur spanningen in het gevormde onderdeel, terwijl te hoge temperaturen problemen kunnen veroorzaken zoals blaasvorming en verlies van kleur of glans.
In dit artikel zullen we bespreken hoe vooruitgang in infrarood (IR) contactloze temperatuurmeting niet alleen thermovormbewerkingen helpt bij het optimaliseren van hun productieprocessen en bedrijfsresultaten, maar ook om naleving van industrienormen voor de kwaliteit en betrouwbaarheid van het eindproduct mogelijk te maken.
Thermovormen is het proces waarbij een thermoplastische plaat zacht en buigzaam wordt gemaakt door verhitting en biaxiaal wordt vervormd door in een driedimensionale vorm te worden gedwongen.Dit proces kan plaatsvinden in aan- of afwezigheid van een mal.Het verwarmen van de thermoplastische plaat is een van de meest cruciale fasen in de thermovormbewerking.De vormmachines gebruiken typisch sandwich-type verwarmers, die bestaan uit panelen van infraroodverwarmers boven en onder het plaatmateriaal.
De kerntemperatuur van de thermoplastische plaat, de dikte en de temperatuur van de productieomgeving hebben allemaal invloed op hoe plastic polymeerketens in een vormbare toestand vloeien en hervormen tot een semi-kristallijne polymeerstructuur.De uiteindelijke bevroren moleculaire structuur bepaalt de fysieke kenmerken van het materiaal, evenals de prestaties van het eindproduct.
In het ideale geval zou de thermoplastische plaat gelijkmatig moeten opwarmen tot zijn geschikte vormingstemperatuur.Het vel wordt vervolgens overgebracht naar een vormstation, waar een apparaat het tegen de mal drukt om het onderdeel te vormen, met behulp van vacuüm of perslucht, soms met behulp van een mechanische plug.Ten slotte wordt het onderdeel uit de mal geworpen voor de koelfase van het proces.
Het grootste deel van de productie van dieptrekvormen vindt plaats met rolinvoermachines, terwijl velleninvoer voor toepassingen met een kleiner volume is.Bij bewerkingen met zeer grote volumes kan een volledig geïntegreerd, in-line thermovormsysteem met gesloten lus gerechtvaardigd zijn.De lijn ontvangt grondstof plastic en extruders worden rechtstreeks in de dieptrekmachine gevoerd.
Bepaalde soorten thermovormgereedschappen maken het mogelijk om het gevormde artikel in de thermovormmachine bij te snijden.Met deze methode is een grotere snijnauwkeurigheid mogelijk omdat het product en het skeletafval niet opnieuw gepositioneerd hoeven te worden.Alternatieven zijn waar de gevormde plaat rechtstreeks naar het snijstation indexeert.
Een hoog productievolume vereist doorgaans de integratie van een onderdelenstapelaar met de dieptrekmachine.Eenmaal gestapeld, worden de afgewerkte artikelen verpakt in dozen voor transport naar de eindklant.Het afgescheiden skeletschroot wordt op een doorn gewikkeld om het vervolgens te hakken of gaat door een snijmachine in lijn met de dieptrekmachine.
Het thermovormen van grote platen is een complexe bewerking die onderhevig is aan verstoringen, waardoor het aantal afgekeurde onderdelen aanzienlijk kan toenemen.De huidige strenge eisen voor de oppervlaktekwaliteit, diktenauwkeurigheid, cyclustijd en opbrengst van onderdelen, in combinatie met het kleine verwerkingsvenster van nieuwe designerpolymeren en meerlaagse platen, hebben fabrikanten ertoe aangezet om manieren te zoeken om de controle over dit proces te verbeteren.
Tijdens thermovormen vindt plaatverwarming plaats door straling, convectie en geleiding.Deze mechanismen introduceren veel onzekerheid, evenals tijdsvariaties en niet-lineariteiten in de dynamiek van de warmteoverdracht.Bovendien is plaatverwarming een ruimtelijk verdeeld proces dat het best kan worden beschreven door partiële differentiaalvergelijkingen.
Thermovormen vereist een nauwkeurige temperatuurkaart met meerdere zones voordat complexe onderdelen worden gevormd.Dit probleem wordt nog verergerd door het feit dat de temperatuur typisch wordt geregeld bij de verwarmingselementen, terwijl de temperatuurverdeling over de dikte van de plaat de belangrijkste procesvariabele is.
Een amorf materiaal zoals polystyreen zal bijvoorbeeld in het algemeen zijn integriteit behouden wanneer het wordt verwarmd tot zijn vormingstemperatuur vanwege de hoge smeltsterkte.Daardoor is het gemakkelijk te hanteren en te vormen.Wanneer een kristallijn materiaal wordt verwarmd, verandert het dramatischer van vast naar vloeibaar zodra de smelttemperatuur is bereikt, waardoor het vormingstemperatuurvenster erg smal wordt.
Veranderingen in omgevingstemperaturen veroorzaken ook problemen bij thermovormen.De trial-and-error-methode om een rolaanvoersnelheid te vinden om acceptabele gietstukken te produceren, kan onvoldoende blijken te zijn als de fabriekstemperatuur zou veranderen (dwz tijdens de zomermaanden).Een temperatuurverandering van 10°C kan een significante invloed hebben op de output vanwege het zeer smalle vormtemperatuurbereik.
Traditioneel vertrouwden dieptrekmachines op gespecialiseerde handmatige technieken voor het regelen van de plaattemperatuur.Deze aanpak levert echter vaak minder op dan de gewenste resultaten in termen van productconsistentie en kwaliteit.Operators hebben een moeilijke evenwichtsoefening, waarbij het verschil tussen de kern- en oppervlaktetemperaturen van de plaat tot een minimum moet worden beperkt, terwijl ervoor moet worden gezorgd dat beide gebieden binnen de minimale en maximale vormingstemperaturen van het materiaal blijven.
Bovendien is direct contact met de kunststofplaat onpraktisch bij thermovormen, omdat dit onvolkomenheden op kunststofoppervlakken en onaanvaardbare reactietijden kan veroorzaken.
De kunststofindustrie ontdekt steeds vaker de voordelen van contactloze infraroodtechnologie voor het meten en regelen van procestemperatuur.Op infrarood gebaseerde meetoplossingen zijn nuttig voor het meten van temperatuur onder omstandigheden waarin thermokoppels of andere sensoren van het sondetype niet kunnen worden gebruikt of geen nauwkeurige gegevens produceren.
Contactloze IR-thermometers kunnen worden gebruikt om de temperatuur van snel bewegende processen snel en efficiënt te bewaken, waarbij de producttemperatuur rechtstreeks wordt gemeten in plaats van in de oven of droger.Gebruikers kunnen vervolgens eenvoudig procesparameters aanpassen om een optimale productkwaliteit te garanderen.
Voor dieptrektoepassingen omvat een geautomatiseerd infrarood temperatuurbewakingssysteem typisch een bedieningsinterface en een display voor procesmetingen van de dieptrekoven.Een IR-thermometer meet de temperatuur van de hete, bewegende plastic platen met een nauwkeurigheid van 1%.Een digitale paneelmeter met ingebouwde mechanische relais geeft temperatuurgegevens weer en geeft alarmsignalen af wanneer de ingestelde temperatuur is bereikt.
Met behulp van de infraroodsysteemsoftware kunnen thermovormers temperatuur- en uitvoerbereiken instellen, evenals emissiviteits- en alarmpunten, en vervolgens de temperatuurmetingen in realtime bewaken.Wanneer het proces de ingestelde temperatuur bereikt, sluit een relais en activeert ofwel een indicatielampje of een hoorbaar alarm om de cyclus te regelen.Procestemperatuurgegevens kunnen worden gearchiveerd of geëxporteerd naar andere toepassingen voor analyse en procesdocumentatie.
Dankzij gegevens van de IR-metingen kunnen productielijnoperators de optimale oveninstelling bepalen om de plaat in de kortst mogelijke tijd volledig te verzadigen zonder het middengedeelte te oververhitten.Het resultaat van het toevoegen van nauwkeurige temperatuurgegevens aan praktische ervaring maakt draperen mogelijk met zeer weinig uitval.En moeilijkere projecten met dikker of dunner materiaal hebben een meer uniforme uiteindelijke wanddikte wanneer het plastic gelijkmatig wordt verwarmd.
Thermovormsystemen met IR-sensortechnologie kunnen ook thermoplastische ontvormprocessen optimaliseren.Bij deze processen draaien operators hun ovens soms te heet of laten ze onderdelen te lang in de mal.Door een systeem met een infraroodsensor te gebruiken, kunnen ze consistente koeltemperaturen in alle mallen handhaven, waardoor de productiecapaciteit wordt verhoogd en onderdelen kunnen worden verwijderd zonder noemenswaardige verliezen als gevolg van plakken of vervorming.
Hoewel contactloze infraroodtemperatuurmeting vele bewezen voordelen biedt voor kunststoffabrikanten, blijven instrumentatieleveranciers nieuwe oplossingen ontwikkelen, waardoor de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en het gebruiksgemak van IR-systemen in veeleisende productieomgevingen verder worden verbeterd.
Om waarnemingsproblemen met IR-thermometers aan te pakken, hebben instrumentbedrijven sensorplatforms ontwikkeld die geïntegreerde door-de-lens doelwaarneming bieden, plus laser- of videowaarneming.Deze gecombineerde aanpak zorgt voor correct richten en doellocatie onder de meest ongunstige omstandigheden.
Thermometers kunnen ook gelijktijdige realtime videobewaking en geautomatiseerde beeldopname en -opslag bevatten, waardoor waardevolle nieuwe procesinformatie wordt geleverd.Gebruikers kunnen snel en eenvoudig snapshots van het proces maken en temperatuur- en tijd-/datuminformatie opnemen in hun documentatie.
De compacte IR-thermometers van vandaag bieden twee keer de optische resolutie van eerdere, omvangrijke sensormodellen, waardoor ze beter presteren in veeleisende procesbesturingstoepassingen en directe vervanging van contactsondes mogelijk maken.
Sommige nieuwe IR-sensorontwerpen maken gebruik van een miniatuursensorkop en afzonderlijke elektronica.De sensoren kunnen een optische resolutie tot 22:1 bereiken en zijn zonder koeling bestand tegen omgevingstemperaturen van bijna 200°C.Dit maakt nauwkeurige meting van zeer kleine spotgroottes in krappe ruimtes en moeilijke omgevingsomstandigheden mogelijk.De sensoren zijn klein genoeg om vrijwel overal te worden geïnstalleerd en kunnen worden ondergebracht in een roestvrijstalen behuizing voor bescherming tegen zware industriële processen.Innovaties in IR-sensorelektronica hebben ook de signaalverwerkingsmogelijkheden verbeterd, waaronder emissiviteit, sample-and-hold-, peak-hold-, valley-hold- en middelingsfuncties.Bij sommige systemen kunnen deze variabelen worden aangepast vanaf een externe gebruikersinterface voor extra gemak.
Eindgebruikers kunnen nu kiezen voor IR-thermometers met gemotoriseerde, op afstand bediende variabele focus op doelen.Deze mogelijkheid maakt een snelle en nauwkeurige aanpassing van de focus van meetdoelen mogelijk, hetzij handmatig aan de achterkant van het instrument of op afstand via een RS-232/RS-485 pc-verbinding.
IR-sensoren met op afstand bedienbare variabele doelfocus kunnen worden geconfigureerd volgens elke toepassingsvereiste, waardoor de kans op onjuiste installatie wordt verkleind.Ingenieurs kunnen vanuit de veiligheid van hun eigen kantoor de meetdoelfocus van de sensor verfijnen en continu temperatuurschommelingen in hun proces observeren en registreren om onmiddellijk corrigerende maatregelen te nemen.
Leveranciers verbeteren de veelzijdigheid van infrarood temperatuurmeting verder door systemen te leveren met veldkalibratiesoftware, waarmee gebruikers sensoren op locatie kunnen kalibreren.Bovendien bieden nieuwe IR-systemen verschillende manieren voor fysieke verbinding, waaronder snelkoppelingsconnectoren en terminalverbindingen;verschillende golflengten voor meting bij hoge en lage temperatuur;en een keuze uit milliampère-, millivolt- en thermokoppelsignalen.
Instrumentatieontwerpers hebben gereageerd op emissieproblemen die verband houden met IR-sensoren door eenheden met een korte golflengte te ontwikkelen die fouten als gevolg van de onzekerheid van de emissiefactor minimaliseren.Deze apparaten zijn niet zo gevoelig voor veranderingen in emissiviteit op het doelmateriaal als conventionele sensoren voor hoge temperaturen.Als zodanig bieden ze nauwkeurigere metingen over verschillende doelen bij verschillende temperaturen.
IR-temperatuurmeetsystemen met automatische emissiviteitscorrectiemodus stellen fabrikanten in staat vooraf gedefinieerde recepten in te stellen voor frequente productwisselingen.Door snel thermische onregelmatigheden binnen het meetdoel te identificeren, kunnen ze de gebruiker in staat stellen de productkwaliteit en uniformiteit te verbeteren, afval te verminderen en de bedrijfsefficiëntie te verbeteren.Als er een storing of defect optreedt, kan het systeem een alarm activeren om corrigerende maatregelen mogelijk te maken.
Verbeterde infraroodsensortechnologie kan ook helpen bij het stroomlijnen van productieprocessen.Operators kunnen een onderdeelnummer kiezen uit een bestaande lijst met temperatuurinstelpunten en automatisch elke piektemperatuurwaarde registreren.Deze oplossing elimineert sorteren en verhoogt de cyclustijden.Het optimaliseert ook de regeling van verwarmingszones en verhoogt de productiviteit.
Om het rendement op de investering van een geautomatiseerd infrarood temperatuurmeetsysteem volledig te kunnen analyseren, moeten thermovormers naar bepaalde sleutelfactoren kijken.Om de uiteindelijke kosten te verlagen, moet rekening worden gehouden met de tijd, energie en hoeveelheid afvalvermindering die kan plaatsvinden, evenals de mogelijkheid om informatie te verzamelen en te rapporteren over elk vel dat door het thermovormproces gaat.De algemene voordelen van een geautomatiseerd IR-detectiesysteem zijn onder meer:
• Mogelijkheid om te archiveren en klanten te voorzien van een thermisch beeld van elk vervaardigd onderdeel voor kwaliteitsdocumentatie en ISO-conformiteit.
Contactloze infrarood temperatuurmeting is geen nieuwe technologie, maar recente innovaties hebben de kosten verlaagd, de betrouwbaarheid vergroot en kleinere meeteenheden mogelijk gemaakt.Thermoformers die gebruikmaken van IR-technologie profiteren van productieverbeteringen en een vermindering van afval.De kwaliteit van onderdelen verbetert ook omdat producenten een meer uniforme dikte uit hun dieptrekmachines halen.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Posttijd: 19 aug-2019