Konsekvent, nøyaktig temperaturmåling er avgjørende i plastindustrien for å sikre korrekt etterbehandling av termoformede produkter.I både stasjonære og roterende termoformingsapplikasjoner gir lav formingstemperatur spenninger i den formede delen, mens temperaturer som er for høye kan forårsake problemer som blemmer og tap av farge eller glans.
I denne artikkelen vil vi diskutere hvordan fremskritt innen infrarød (IR) berøringsfri temperaturmåling ikke bare hjelper termoformingsoperasjoner med å optimalisere deres produksjonsprosesser og forretningsresultater, men også muliggjør samsvar med industristandarder for sluttproduktkvalitet og pålitelighet.
Termoforming er prosessen der et termoplastisk ark gjøres mykt og smidig ved oppvarming, og bi-aksialt deformert ved å tvinges til en tredimensjonal form.Denne prosessen kan finne sted i nærvær eller fravær av en mugg.Oppvarming av termoplastplaten er et av de mest avgjørende stadiene i termoformingsoperasjonen.Formingsmaskinene bruker typisk sandwich-type varmeovner, som består av paneler av infrarøde varmeovner over og under arkmaterialet.
Kjernetemperaturen til det termoplastiske arket, dets tykkelse og temperaturen i produksjonsmiljøet påvirker alle hvordan plastpolymerkjeder flyter inn i en formbar tilstand og omdannes til en semi-krystallinsk polymerstruktur.Den endelige frosne molekylstrukturen bestemmer de fysiske egenskapene til materialet, samt ytelsen til sluttproduktet.
Ideelt sett bør termoplastplaten varmes jevnt opp til dens passende formingstemperatur.Arket overføres deretter til en støpestasjon, hvor et apparat presser det mot formen for å danne delen, enten ved hjelp av et vakuum eller trykkluft, noen ganger ved hjelp av en mekanisk plugg.Til slutt kommer delen ut av formen for avkjølingsfasen av prosessen.
Størstedelen av termoformingsproduksjonen er av rullematede maskiner, mens arkmatede maskiner er for bruk med mindre volum.Med svært store volumoperasjoner kan et fullt integrert, in-line, lukket sløyfe termoformingssystem rettferdiggjøres.Linjen mottar råmateriale plast og ekstrudere mates direkte inn i termoformingsmaskinen.
Visse typer termoformingsverktøy muliggjør beskjæring av den formede gjenstanden i termoformingsmaskinen.Større nøyaktighet av kuttet er mulig ved å bruke denne metoden fordi produktet og skjelettavfallet ikke trenger omplassering.Alternativer er der det dannede arket indekserer direkte til beskjæringsstasjonen.
Høyt produksjonsvolum krever vanligvis integrering av en delestabler med termoformingsmaskinen.Når de er stablet, pakkes de ferdige artiklene i esker for transport til sluttkunden.Det separerte skjelettavfallet vikles på en dor for etterfølgende kutting eller passerer gjennom en hakkemaskin på linje med termoformingsmaskinen.
Termoforming av store ark er en kompleks operasjon som er utsatt for forstyrrelser, noe som i stor grad kan øke antall avviste deler.Dagens strenge krav til deloverflatekvalitet, tykkelsesnøyaktighet, syklustid og utbytte, sammen med det lille behandlingsvinduet til nye designerpolymerer og flerlagsark, har fått produsentene til å se etter måter å forbedre kontrollen over denne prosessen.
Under termoforming skjer plateoppvarming gjennom stråling, konveksjon og ledning.Disse mekanismene introduserer mye usikkerhet, så vel som tidsvariasjoner og ikke-lineariteter i varmeoverføringsdynamikken.Videre er plateoppvarming en romlig fordelt prosess som best beskrives ved partielle differensialligninger.
Termoforming krever et presist temperaturkart med flere soner før dannelsen av komplekse deler.Dette problemet forsterkes av det faktum at temperaturen typisk kontrolleres ved varmeelementene, mens temperaturfordelingen over tykkelsen på arket er hovedprosessvariabelen.
For eksempel vil et amorft materiale som polystyren generelt opprettholde sin integritet når det varmes opp til sin formingstemperatur på grunn av høy smeltestyrke.Som et resultat er den lett å håndtere og forme.Når et krystallinsk materiale varmes opp, endres det mer dramatisk fra fast til flytende når smeltetemperaturen er nådd, noe som gjør temperaturvinduet veldig smalt.
Endringer i omgivelsestemperaturer forårsaker også problemer ved termoforming.Prøve- og feilingsmetoden for å finne en rullematingshastighet for å produsere akseptable lister kan vise seg å være utilstrekkelig hvis fabrikktemperaturen skulle endres (dvs. i sommermånedene).En temperaturendring på 10°C kan ha en betydelig innvirkning på produksjonen på grunn av det svært smale formingstemperaturområdet.
Tradisjonelt har termoformere basert seg på spesialiserte manuelle teknikker for platetemperaturkontroll.Imidlertid gir denne tilnærmingen ofte mindre enn de ønskede resultatene når det gjelder produktkonsistens og kvalitet.Operatører har en vanskelig balansegang, som innebærer å minimere forskjellen mellom platens kjerne- og overflatetemperatur, samtidig som de sikrer at begge områdene holder seg innenfor materialets minimums- og maksimumsformingstemperaturer.
I tillegg er direkte kontakt med plastfolien upraktisk ved termoforming fordi det kan forårsake flekker på plastoverflater og uakseptable responstider.
I økende grad oppdager plastindustrien fordelene med berøringsfri infrarød teknologi for prosesstemperaturmåling og kontroll.Infrarødbaserte sensorløsninger er nyttige for å måle temperatur under omstendigheter der termoelementer eller andre sensorer av sonde ikke kan brukes, eller ikke produserer nøyaktige data.
Berøringsfrie IR-termometre kan brukes til å overvåke temperaturen i prosesser som beveger seg raskt og effektivt, og måler produkttemperaturen direkte i stedet for ovnen eller tørketrommelen.Brukere kan deretter enkelt justere prosessparametere for å sikre optimal produktkvalitet.
For termoformingsapplikasjoner inkluderer et automatisert infrarødt temperaturovervåkingssystem typisk et operatørgrensesnitt og et display for prosessmålinger fra termoformingsovnen.Et IR-termometer måler temperaturen på de varme, bevegelige plastplatene med 1 % nøyaktighet.En digital panelmåler med innebygde mekaniske releer viser temperaturdata og sender ut alarmsignaler når settpunkttemperaturen er nådd.
Ved å bruke den infrarøde systemprogramvaren kan termoformere stille inn temperatur- og utgangsområder, samt emissivitet og alarmpunkter, og deretter overvåke temperaturavlesninger i sanntid.Når prosessen når innstilt temperatur, lukkes et relé og utløser enten et indikatorlys eller en hørbar alarm for å kontrollere syklusen.Prosesstemperaturdata kan arkiveres eller eksporteres til andre applikasjoner for analyse og prosessdokumentasjon.
Takket være data fra IR-målingene, kan produksjonslinjeoperatører bestemme den optimale ovninnstillingen for å mette platen fullstendig på kortest tid uten å overopphete midtseksjonen.Resultatet av å legge til nøyaktige temperaturdata til praktisk erfaring muliggjør drapering med svært få avslag.Og vanskeligere prosjekter med tykkere eller tynnere materiale har en jevnere sluttveggtykkelse når plasten varmes jevnt opp.
Termoformingssystemer med IR-sensorteknologi kan også optimere termoplastiske avstøpingsprosesser.I disse prosessene kjører operatører noen ganger ovnene sine for varme, eller lar deler ligge i formen for lenge.Ved å bruke et system med en infrarød sensor, kan de opprettholde konsistente kjøletemperaturer på tvers av former, øke produksjonsgjennomstrømningen og tillate at deler kan fjernes uten betydelige tap på grunn av klebing eller deformasjon.
Selv om berøringsfri infrarød temperaturmåling gir mange påviste fordeler for plastprodusenter, fortsetter instrumentleverandører å utvikle nye løsninger, noe som ytterligere forbedrer nøyaktigheten, påliteligheten og brukervennligheten til IR-systemer i krevende produksjonsmiljøer.
For å løse synsproblemer med IR-termometre, har instrumentselskaper utviklet sensorplattformer som gir integrert målsikting gjennom linsen, pluss enten laser- eller videosikting.Denne kombinerte tilnærmingen sikrer korrekt sikting og målplassering under de mest ugunstige forholdene.
Termometre kan også inkludere samtidig sanntids videoovervåking og automatisert bildeopptak og lagring – og dermed levere verdifull ny prosessinformasjon.Brukere kan raskt og enkelt ta øyeblikksbilder av prosessen og inkludere informasjon om temperatur og tid/dato i dokumentasjonen.
Dagens kompakte IR-termometre tilbyr dobbelt så høy optisk oppløsning som tidligere, voluminøse sensormodeller, og utvider ytelsen i krevende prosesskontrollapplikasjoner og tillater direkte utskifting av kontaktprober.
Noen nye IR-sensordesigner bruker et miniatyrsensorhode og separat elektronikk.Sensorene kan oppnå opptil 22:1 optisk oppløsning og tåle omgivelsestemperaturer som nærmer seg 200°C uten kjøling.Dette tillater nøyaktig måling av svært små punktstørrelser i trange rom og vanskelige omgivelsesforhold.Sensorene er små nok til å installeres omtrent hvor som helst, og kan plasseres i et kabinett av rustfritt stål for beskyttelse mot tøffe industrielle prosesser.Innovasjoner innen IR-sensorelektronikk har også forbedret signalbehandlingsfunksjoner, inkludert emissivitet, prøve og hold, topphold, dalhold og gjennomsnittsfunksjoner.Med noen systemer kan disse variablene justeres fra et eksternt brukergrensesnitt for ekstra bekvemmelighet.
Sluttbrukere kan nå velge IR-termometre med motorisert, fjernstyrt variabel målfokusering.Denne funksjonen tillater rask og nøyaktig justering av fokus på målemål, enten manuelt på baksiden av instrumentet eller eksternt via en RS-232/RS-485 PC-tilkobling.
IR-sensorer med fjernstyrt variabel målfokusering kan konfigureres i henhold til hvert applikasjonskrav, noe som reduserer sjansen for feil installasjon.Ingeniører kan finjustere sensorens målmålfokus fra sikkerheten til sitt eget kontor, og kontinuerlig observere og registrere temperaturvariasjoner i prosessen for å iverksette umiddelbare korrigerende tiltak.
Leverandører forbedrer allsidigheten til infrarød temperaturmåling ytterligere ved å levere systemer med feltkalibreringsprogramvare, slik at brukere kan kalibrere sensorer på stedet.I tillegg tilbyr nye IR-systemer forskjellige måter for fysisk tilkobling, inkludert hurtigkoblinger og terminaltilkoblinger;forskjellige bølgelengder for høy- og lavtemperaturmåling;og et utvalg av milliampere, millivolt og termoelementsignaler.
Instrumenteringsdesignere har reagert på emissivitetsproblemer knyttet til IR-sensorer ved å utvikle kortbølgelengdeenheter som minimerer feil på grunn av usikkerheten til emissivitet.Disse enhetene er ikke like følsomme for endringer i emissivitet på målmaterialet som konvensjonelle høytemperatursensorer.Som sådan gir de mer nøyaktige avlesninger på tvers av forskjellige mål ved forskjellige temperaturer.
IR temperaturmålesystemer med automatisk emissivitetskorreksjon gjør det mulig for produsenter å sette opp forhåndsdefinerte oppskrifter for å imøtekomme hyppige produktendringer.Ved å raskt identifisere termiske uregelmessigheter innenfor målemålet, lar de brukeren forbedre produktkvaliteten og ensartetheten, redusere skrap og forbedre driftseffektiviteten.Hvis det oppstår en feil eller defekt, kan systemet utløse en alarm for å tillate korrigerende tiltak.
Forbedret infrarød sensorteknologi kan også bidra til å strømlinjeforme produksjonsprosessene.Operatører kan velge et delenummer fra en eksisterende temperatursettpunktliste og automatisk registrere hver topptemperaturverdi.Denne løsningen eliminerer sortering og øker syklustidene.Den optimerer også kontrollen av varmesonene og øker produktiviteten.
For at termoformere skal kunne analysere avkastningen på investeringen til et automatisert infrarødt temperaturmålingssystem fullt ut, må de se på visse nøkkelfaktorer.Å redusere bunnlinjekostnadene betyr å ta hensyn til tiden, energien og mengden skrapreduksjon som kan finne sted, samt muligheten til å samle inn og rapportere informasjon om hvert ark som går gjennom termoformingsprosessen.De generelle fordelene med et automatisert IR-sensorsystem inkluderer:
• Evne til å arkivere og gi kundene et termisk bilde av hver del som produseres for kvalitetsdokumentasjon og ISO-overholdelse.
Berøringsfri infrarød temperaturmåling er ikke en ny teknologi, men nyere innovasjoner har redusert kostnader, økt pålitelighet og muliggjort mindre måleenheter.Termoformere som bruker IR-teknologi drar nytte av produksjonsforbedringer og en reduksjon i skrap.Kvaliteten på delene forbedres også fordi produsentene får en mer jevn tykkelse som kommer ut av sine termoformingsmaskiner.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Innleggstid: 19. august 2019