Konsekwentny, dokładny pomiar temperatury ma kluczowe znaczenie w przemyśle tworzyw sztucznych, aby zapewnić prawidłowe wykończenie produktów termoformowanych.Zarówno w stacjonarnych, jak i obrotowych zastosowaniach termoformowania niska temperatura formowania powoduje naprężenia w formowanej części, podczas gdy zbyt wysokie temperatury mogą powodować problemy, takie jak pęcherze i utrata koloru lub połysku.
W tym artykule omówimy, w jaki sposób postępy w bezdotykowym pomiarze temperatury w podczerwieni (IR) nie tylko pomagają operacjom termoformowania zoptymalizować procesy produkcyjne i wyniki biznesowe, ale także umożliwiają zgodność ze standardami branżowymi w zakresie jakości i niezawodności produktu końcowego.
Termoformowanie to proces, w którym arkusz termoplastyczny staje się miękki i giętki przez ogrzewanie oraz odkształcany dwuosiowo przez wciskanie w trójwymiarowy kształt.Proces ten może odbywać się w obecności lub bez pleśni.Ogrzewanie arkusza termoplastycznego jest jednym z najważniejszych etapów operacji termoformowania.Maszyny formujące zazwyczaj wykorzystują grzejniki typu sandwich, które składają się z paneli grzejników na podczerwień nad i pod materiałem arkuszowym.
Temperatura rdzenia arkusza termoplastycznego, jego grubość i temperatura środowiska produkcyjnego wpływają na to, jak łańcuchy polimeru z tworzywa sztucznego przechodzą w stan formowalny i przekształcają się w strukturę półkrystalicznego polimeru.Ostateczna zamrożona struktura molekularna określa właściwości fizyczne materiału, a także wydajność produktu końcowego.
Idealnie, arkusz termoplastyczny powinien nagrzewać się równomiernie do odpowiedniej temperatury formowania.Arkusz jest następnie przenoszony do stanowiska formowania, gdzie urządzenie dociska go do formy w celu uformowania części, przy użyciu albo podciśnienia, albo sprężonego powietrza, czasami za pomocą mechanicznej zatyczki.Na koniec część wysuwa się z formy do etapu chłodzenia procesu.
Większość produkcji termoformowania odbywa się za pomocą maszyn z podajnikiem rolkowym, podczas gdy maszyny arkuszowe są przeznaczone do zastosowań o mniejszej objętości.Przy bardzo dużych operacjach, w pełni zintegrowany, liniowy, zamknięty system termoformowania może być uzasadniony.Linia odbiera surowiec z tworzyw sztucznych, a wytłaczarki podawane są bezpośrednio do maszyny termoformującej.
Pewne typy narzędzi do termoformowania umożliwiają przycinanie uformowanego wyrobu w maszynie do termoformowania.Dzięki tej metodzie możliwa jest większa dokładność cięcia, ponieważ produkt i złom szkieletowy nie wymagają repozycjonowania.Alternatywy są tam, gdzie uformowany arkusz indeksuje bezpośrednio do stacji przycinania.
Duża wielkość produkcji zazwyczaj wymaga integracji układarki części z maszyną do termoformowania.Po ułożeniu w stos gotowe artykuły są pakowane w pudełka w celu transportu do klienta końcowego.Oddzielony złom szkieletowy jest nawijany na trzpień w celu późniejszego posiekania lub przechodzi przez maszynę siekającą w linii z maszyną do termoformowania.
Termoformowanie dużych arkuszy to skomplikowana operacja podatna na perturbacje, która może znacznie zwiększyć liczbę odrzucanych części.Dzisiejsze rygorystyczne wymagania dotyczące jakości powierzchni części, dokładności grubości, czasu cyklu i wydajności, połączone z niewielkim okresem przetwarzania nowych polimerów designerskich i arkuszy wielowarstwowych, skłoniły producentów do poszukiwania sposobów poprawy kontroli tego procesu.
Podczas termoformowania nagrzewanie arkuszy następuje poprzez promieniowanie, konwekcję i przewodzenie.Mechanizmy te wprowadzają dużą niepewność, a także zmienność w czasie i nieliniowość dynamiki wymiany ciepła.Ponadto nagrzewanie arkuszy jest procesem o rozkładzie przestrzennym, który najlepiej można opisać równaniami różniczkowymi cząstkowymi.
Termoformowanie wymaga precyzyjnej, wielostrefowej mapy temperatury przed formowaniem złożonych części.Problem ten jest spotęgowany faktem, że temperatura jest zwykle kontrolowana na elementach grzejnych, podczas gdy rozkład temperatury na grubości arkusza jest główną zmienną procesu.
Na przykład materiał amorficzny, taki jak polistyren, ogólnie zachowuje swoją integralność po podgrzaniu do temperatury formowania ze względu na wysoką wytrzymałość stopu.Dzięki temu jest łatwy w obsłudze i formowaniu.Gdy materiał krystaliczny jest podgrzewany, po osiągnięciu temperatury topnienia zmienia się on gwałtowniej ze stanu stałego w ciekły, co powoduje, że zakres temperatur formowania jest bardzo wąski.
Zmiany temperatury otoczenia powodują również problemy w kształtowaniu termicznym.Metoda prób i błędów znajdowania prędkości podawania rolki w celu wytworzenia akceptowalnych kształtek może okazać się niewystarczająca, jeśli temperatura w fabryce miałaby się zmienić (tj. w miesiącach letnich).Zmiana temperatury o 10°C może mieć znaczący wpływ na wydajność ze względu na bardzo wąski zakres temperatur formowania.
Tradycyjnie, termoformierki polegały na specjalistycznych ręcznych technikach kontroli temperatury arkusza.Jednak takie podejście często daje mniej niż pożądane wyniki pod względem konsystencji i jakości produktu.Operatorzy mają trudną czynność balansowania, która polega na minimalizowaniu różnicy między temperaturą rdzenia a powierzchnią arkusza, przy jednoczesnym zapewnieniu, że oba obszary pozostają w minimalnej i maksymalnej temperaturze formowania materiału.
Dodatkowo bezpośredni kontakt z arkuszem z tworzywa sztucznego jest niepraktyczny w kształtowaniu termicznym, ponieważ może powodować skazy na powierzchniach z tworzywa sztucznego i niedopuszczalne czasy reakcji.
Coraz częściej przemysł tworzyw sztucznych odkrywa korzyści płynące z bezkontaktowej technologii podczerwieni do pomiaru i kontroli temperatury procesu.Rozwiązania czujnikowe oparte na podczerwieni są przydatne do pomiaru temperatury w warunkach, w których termopary lub inne czujniki typu sondy nie mogą być wykorzystane lub nie dają dokładnych danych.
Bezdotykowe termometry na podczerwień mogą być stosowane do szybkiego i wydajnego monitorowania temperatury szybko zmieniających się procesów, mierząc temperaturę produktu bezpośrednio zamiast w piecu lub suszarce.Użytkownicy mogą następnie łatwo dostosować parametry procesu, aby zapewnić optymalną jakość produktu.
W zastosowaniach do termoformowania zautomatyzowany system monitorowania temperatury na podczerwień zazwyczaj obejmuje interfejs operatora i wyświetlacz do pomiarów procesu z pieca do termoformowania.Termometr na podczerwień mierzy temperaturę gorących, poruszających się plastikowych arkuszy z dokładnością do 1%.Cyfrowy miernik panelowy z wbudowanymi przekaźnikami mechanicznymi wyświetla dane dotyczące temperatury i wysyła sygnały alarmowe po osiągnięciu zadanej temperatury.
Korzystając z oprogramowania systemu na podczerwień, termoformierki mogą ustawiać temperaturę i zakresy wyjściowe, a także emisyjność i punkty alarmowe, a następnie monitorować odczyty temperatury w czasie rzeczywistym.Gdy proces osiągnie zadaną temperaturę, przekaźnik zamyka się i uruchamia lampkę kontrolną lub alarm dźwiękowy, aby kontrolować cykl.Dane dotyczące temperatury procesu mogą być archiwizowane lub eksportowane do innych aplikacji w celu analizy i dokumentacji procesu.
Dzięki danym z pomiarów IR operatorzy linii produkcyjnych mogą określić optymalne ustawienie pieca, aby całkowicie nasycić arkusz w najkrótszym czasie bez przegrzewania sekcji środkowej.W wyniku dodania dokładnych danych dotyczących temperatury do praktycznego doświadczenia możliwe jest formowanie obłożeń z bardzo małą liczbą odrzutów.A trudniejsze projekty z grubszym lub cieńszym materiałem mają bardziej jednolitą końcową grubość ścianki, gdy tworzywo sztuczne jest równomiernie podgrzewane.
Systemy termoformowania z technologią czujników IR mogą również zoptymalizować procesy rozformowywania termoplastów.W tych procesach operatorzy czasami uruchamiają swoje piece zbyt gorące lub zbyt długo pozostawiają części w formie.Korzystając z systemu z czujnikiem podczerwieni, mogą utrzymywać stałą temperaturę chłodzenia w formach, zwiększając wydajność produkcji i umożliwiając usuwanie części bez znacznych strat spowodowanych sklejaniem lub deformacją.
Chociaż bezdotykowy pomiar temperatury w podczerwieni oferuje producentom tworzyw sztucznych wiele sprawdzonych korzyści, dostawcy oprzyrządowania wciąż opracowują nowe rozwiązania, jeszcze bardziej poprawiając dokładność, niezawodność i łatwość użytkowania systemów IR w wymagających środowiskach produkcyjnych.
Aby rozwiązać problemy z celowaniem za pomocą termometrów na podczerwień, firmy produkujące instrumenty opracowały platformy czujników, które zapewniają zintegrowane namierzanie celu przez soczewkę, a także celowanie laserowe lub wideo.To połączone podejście zapewnia prawidłowe celowanie i lokalizację celu w najbardziej niesprzyjających warunkach.
Termometry mogą również obejmować jednoczesne monitorowanie wideo w czasie rzeczywistym oraz zautomatyzowane rejestrowanie i przechowywanie obrazów, dostarczając w ten sposób cennych nowych informacji o procesie.Użytkownicy mogą szybko i łatwo robić migawki procesu i umieszczać w dokumentacji informacje o temperaturze i czasie/datie.
Dzisiejsze kompaktowe termometry na podczerwień oferują dwukrotnie większą rozdzielczość optyczną niż wcześniejsze, nieporęczne modele czujników, zwiększając ich wydajność w wymagających aplikacjach sterowania procesami i umożliwiając bezpośrednią wymianę sond kontaktowych.
Niektóre nowe konstrukcje czujników podczerwieni wykorzystują miniaturową głowicę czujnikową i oddzielną elektronikę.Czujniki mogą osiągnąć rozdzielczość optyczną do 22:1 i wytrzymują temperatury otoczenia zbliżające się do 200°C bez żadnego chłodzenia.Pozwala to na dokładny pomiar bardzo małych rozmiarów plamek w ciasnych przestrzeniach i trudnych warunkach otoczenia.Czujniki są wystarczająco małe, aby można je było instalować w dowolnym miejscu i można je umieścić w obudowie ze stali nierdzewnej w celu ochrony przed trudnymi procesami przemysłowymi.Innowacje w elektronice czujnika podczerwieni poprawiły również możliwości przetwarzania sygnału, w tym funkcje emisyjności, próbkowania i zatrzymania, zatrzymania szczytowego, zatrzymania doliny i uśredniania.W niektórych systemach zmienne te można regulować za pomocą zdalnego interfejsu użytkownika dla większej wygody.
Użytkownicy końcowi mogą teraz wybrać termometry na podczerwień ze zmotoryzowanym, zdalnie sterowanym zmiennym ogniskowaniem celu.Ta funkcja umożliwia szybką i dokładną regulację ostrości obiektów pomiarowych, ręcznie z tyłu przyrządu lub zdalnie przez połączenie PC RS-232/RS-485.
Czujniki podczerwieni ze zdalnie sterowanym zmiennym ogniskowaniem celu można skonfigurować zgodnie z wymaganiami każdego zastosowania, zmniejszając ryzyko nieprawidłowej instalacji.Inżynierowie mogą precyzyjnie dostroić cel pomiarowy czujnika z poziomu bezpieczeństwa własnego biura, a także stale obserwować i rejestrować zmiany temperatury w swoim procesie w celu podjęcia natychmiastowych działań naprawczych.
Dostawcy dodatkowo zwiększają wszechstronność pomiaru temperatury w podczerwieni, dostarczając systemy z oprogramowaniem do kalibracji w terenie, co pozwala użytkownikom na kalibrację czujników na miejscu.Ponadto nowe systemy na podczerwień oferują różne sposoby fizycznego połączenia, w tym szybkozłącza i połączenia terminalowe;różne długości fal do pomiaru w wysokiej i niskiej temperaturze;oraz wybór sygnałów miliamperowych, miliwoltowych i termoparowych.
Projektanci oprzyrządowania zareagowali na problemy z emisyjnością związane z czujnikami podczerwieni, opracowując jednostki o krótkiej długości fali, które minimalizują błędy wynikające z niepewności emisyjności.Urządzenia te nie są tak wrażliwe na zmiany emisyjności na materiale docelowym jak konwencjonalne czujniki wysokotemperaturowe.W związku z tym zapewniają dokładniejsze odczyty dla różnych celów w różnych temperaturach.
Systemy pomiaru temperatury na podczerwień z automatycznym trybem korekcji emisyjności umożliwiają producentom konfigurowanie predefiniowanych receptur w celu dostosowania do częstych zmian produktów.Poprzez szybką identyfikację nieprawidłowości termicznych w celu pomiaru, pozwalają użytkownikowi poprawić jakość i jednolitość produktu, zmniejszyć ilość odpadów i poprawić wydajność operacyjną.Jeśli wystąpi usterka lub usterka, system może wywołać alarm, aby umożliwić podjęcie działań naprawczych.
Udoskonalona technologia wykrywania podczerwieni może również pomóc w usprawnieniu procesów produkcyjnych.Operatorzy mogą wybrać numer części z istniejącej listy nastaw temperatury i automatycznie rejestrować każdą szczytową wartość temperatury.To rozwiązanie eliminuje sortowanie i wydłuża czasy cykli.Optymalizuje również kontrolę stref grzewczych i zwiększa wydajność.
Aby termoformierzy mogli w pełni przeanalizować zwrot z inwestycji w automatyczny system pomiaru temperatury w podczerwieni, muszą wziąć pod uwagę pewne kluczowe czynniki.Zmniejszenie kosztów końcowych oznacza uwzględnienie czasu, energii i ilości odpadów, które mogą mieć miejsce, a także możliwość zbierania i raportowania informacji o każdym arkuszu przechodzącym przez proces termoformowania.Ogólne zalety zautomatyzowanego systemu wykrywania podczerwieni obejmują:
• Możliwość archiwizowania i dostarczania klientom obrazu termicznego każdej wyprodukowanej części w celu uzyskania dokumentacji jakościowej i zgodności z ISO.
Bezdotykowy pomiar temperatury w podczerwieni nie jest nową technologią, ale ostatnie innowacje pozwoliły obniżyć koszty, zwiększyć niezawodność i umożliwić stosowanie mniejszych jednostek miar.Termoformierki wykorzystujące technologię IR korzystają z usprawnień produkcyjnych i zmniejszenia ilości odpadów.Poprawia się również jakość części, ponieważ producenci uzyskują bardziej jednolitą grubość wychodzącą z ich maszyn do termoformowania.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Czas publikacji: 19 sierpnia-2019