Послідовне, точне вимірювання температури має вирішальне значення в промисловості пластмас для забезпечення правильної обробки термоформованих виробів.Як у стаціонарному, так і в ротаційному режимах термоформування низька температура формування створює напругу у сформованій частині, тоді як занадто високі температури можуть спричинити такі проблеми, як утворення пухирів і втрата кольору чи блиску.
У цій статті ми обговоримо, як удосконалення інфрачервоного (ІЧ) безконтактного вимірювання температури не тільки допомагає операціям термоформування оптимізувати виробничі процеси та бізнес-результати, але й забезпечує відповідність галузевим стандартам якості та надійності кінцевої продукції.
Термоформування — це процес, за допомогою якого термопластичний лист стає м’яким і гнучким шляхом нагрівання та двовісно деформується шляхом примусового формування тривимірної форми.Цей процес може відбуватися за наявності або відсутності цвілі.Нагрівання термопластичного листа є одним із найважливіших етапів операції термоформування.Формувальні машини зазвичай використовують нагрівачі сендвіч-типу, які складаються з панелей інфрачервоних нагрівачів над і під листовим матеріалом.
Температура серцевини термопластичного листа, його товщина та температура виробничого середовища – все це впливає на те, як пластикові полімерні ланцюги переходять у формувальний стан і перетворюються в напівкристалічну полімерну структуру.Остаточна заморожена молекулярна структура визначає фізичні характеристики матеріалу, а також характеристики кінцевого продукту.
В ідеалі термопластичний лист повинен рівномірно нагріватися до відповідної температури формування.Потім лист передається на станцію формування, де апарат притискає його до форми для формування деталі, використовуючи або вакуум, або повітря під тиском, іноді за допомогою механічної заглушки.Нарешті, деталь викидається з форми для етапу охолодження процесу.
Більшість виробництва термоформування здійснюється на машинах з рулонною подачею, тоді як машини з листовою подачею призначені для невеликих обсягів.При дуже великих обсягах операцій може бути виправдана повністю інтегрована вбудована система термоформування із замкнутим циклом.Лінія отримує сировину з пластику, а екструдери подають її безпосередньо в термоформувальну машину.
Певні типи інструментів для термоформування дозволяють обрізати сформований виріб у термоформувальній машині.За допомогою цього методу можлива більша точність різу, оскільки виріб і скелетний обрізок не потребують репозиції.Альтернативами є випадки, коли сформований лист індексується безпосередньо до станції обрізки.
Великі обсяги виробництва зазвичай вимагають інтеграції укладача деталей із термоформовочною машиною.Після укладання готові вироби пакують у ящики для транспортування кінцевому споживачу.Відокремлений скелетний брухт намотується на мандриль для подальшого подрібнення або проходить через рубальну машину в одній лінії з термоформовочною машиною.
Термоформування великих листів є складною операцією, чутливою до збурень, які можуть значно збільшити кількість бракованих деталей.Сучасні суворі вимоги до якості поверхні деталей, точності товщини, тривалості циклу та продуктивності, у поєднанні з невеликим вікном обробки нових дизайнерських полімерів і багатошарових листів, спонукали виробників шукати способи покращити контроль цього процесу.
Під час термоформування нагрівання листа відбувається за допомогою випромінювання, конвекції та провідності.Ці механізми вносять велику кількість невизначеності, а також варіації в часі та нелінійності в динаміку теплопередачі.Крім того, нагрівання листів є просторово розподіленим процесом, який найкраще описується диференціальними рівняннями в частинних похідних.
Термоформування вимагає точної багатозональної карти температури перед формуванням складних деталей.Ця проблема ускладнюється тим фактом, що температура зазвичай контролюється на нагрівальних елементах, тоді як розподіл температури по товщині листа є основною змінною процесу.
Наприклад, аморфний матеріал, такий як полістирол, зазвичай зберігає свою цілісність при нагріванні до температури формування через високу міцність розплаву.Завдяки цьому його легко обробляти та формувати.Коли кристалічний матеріал нагрівається, він різкіше змінюється з твердого стану на рідкий, коли досягається його температура розплаву, що робить вікно температури формування дуже вузьким.
Зміни температури навколишнього середовища також викликають проблеми при термоформуванні.Метод проб і помилок для визначення швидкості подачі валків для отримання прийнятних формувань може виявитися недостатнім, якщо заводська температура зміниться (тобто, протягом літніх місяців).Зміна температури на 10°C може мати значний вплив на вихід через дуже вузький діапазон температур формування.
Традиційно машини для термоформування покладалися на спеціальні ручні методи контролю температури листа.Однак цей підхід часто не дає бажаних результатів щодо консистенції та якості продукту.Операторам доводиться важко балансувати, що передбачає мінімізацію різниці між температурою серцевини та поверхні листа, одночасно гарантуючи, що обидві зони залишаються в межах мінімальної та максимальної температур формування матеріалу.
Крім того, прямий контакт із пластиковим листом є непрактичним при термоформуванні, оскільки це може спричинити плями на пластикових поверхнях і неприйнятний час відгуку.
Пластмасова промисловість усе частіше відкриває для себе переваги безконтактної інфрачервоної технології для вимірювання та контролю температури процесу.Рішення на основі інфрачервоного випромінювання корисні для вимірювання температури за обставин, коли термопари чи інші датчики зондового типу не можуть бути використані або не дають точні дані.
Безконтактні інфрачервоні термометри можна використовувати для швидкого й ефективного моніторингу температури швидкоплинних процесів, вимірюючи температуру продукту безпосередньо замість духовки чи сушарки.Потім користувачі можуть легко налаштувати параметри процесу для забезпечення оптимальної якості продукту.
Для застосувань термоформування автоматизована інфрачервона система моніторингу температури зазвичай включає інтерфейс оператора та дисплей для вимірювань процесу з печі термоформування.ІЧ-термометр вимірює температуру гарячих пластикових листів, що рухаються, з точністю до 1%.Цифровий панельний лічильник із вбудованими механічними реле відображає дані про температуру та видає сигнали тривоги при досягненні заданої температури.
Використовуючи програмне забезпечення інфрачервоної системи, термоформувальники можуть встановлювати діапазони температури та продуктивності, а також коефіцієнт випромінювання та точки сигналізації, а потім контролювати показання температури в режимі реального часу.Коли процес досягає заданої температури, реле замикається та або запускає світловий індикатор, або звуковий сигнал для контролю циклу.Дані про температуру процесу можна архівувати або експортувати в інші програми для аналізу та документування процесу.
Завдяки даним інфрачервоних вимірювань оператори виробничої лінії можуть визначити оптимальні налаштування печі для повного насичення листа за найкоротший період часу без перегріву середньої секції.Результат додавання точних даних про температуру до практичного досвіду дозволяє формувати драпірування з дуже малою кількістю браку.Більш складні проекти з більш товстим або тоншим матеріалом мають більш рівномірну остаточну товщину стінки, коли пластик рівномірно нагрівається.
Системи термоформування з технологією інфрачервоних датчиків також можуть оптимізувати процеси виймання термопластів.У цих процесах оператори іноді запускають свої печі занадто гарячими або залишають деталі у формі занадто довго.Використовуючи систему з інфрачервоним датчиком, вони можуть підтримувати постійну температуру охолодження в прес-формах, збільшуючи продуктивність виробництва та дозволяючи видаляти деталі без значних втрат через прилипання або деформацію.
Незважаючи на те, що безконтактне інфрачервоне вимірювання температури пропонує багато перевірених переваг для виробників пластмас, постачальники приладів продовжують розробляти нові рішення, ще більше підвищуючи точність, надійність і простоту використання ІЧ-систем у складних виробничих середовищах.
Щоб вирішити проблеми візування за допомогою ІЧ-термометрів, компанії-виробники приладів розробили сенсорні платформи, які забезпечують інтегроване візування цілі через лінзу, а також лазерне або відеовізування.Такий комбінований підхід забезпечує правильне прицілювання і розташування цілі в найнесприятливіших умовах.
Термометри також можуть включати одночасний відеомоніторинг у реальному часі та автоматизований запис і зберігання зображень, таким чином надаючи нову цінну інформацію про процес.Користувачі можуть швидко та легко робити знімки процесу та включати інформацію про температуру та час/дату у свою документацію.
Сучасні компактні ІЧ-термометри пропонують вдвічі вищу оптичну роздільну здатність порівняно з попередніми громіздкими моделями датчиків, розширюючи їх продуктивність у вимогливих додатках керування процесом і дозволяючи пряму заміну контактних зондів.
У деяких нових конструкціях ІЧ-датчиків використовується мініатюрна сенсорна головка та окрема електроніка.Датчики можуть досягати оптичної роздільної здатності до 22:1 і витримувати температуру навколишнього середовища, що наближається до 200 °C, без жодного охолодження.Це дозволяє точно вимірювати дуже маленькі плями в обмеженому просторі та складних умовах навколишнього середовища.Датчики досить малі, щоб їх можна було встановлювати де завгодно, і їх можна розмістити в корпусі з нержавіючої сталі для захисту від жорстких промислових процесів.Інновації в електроніці ІЧ-датчиків також покращили можливості обробки сигналів, включаючи коефіцієнт випромінювання, вибірку та утримання, утримання піку, утримання впадини та функції усереднення.У деяких системах ці змінні можна регулювати з віддаленого інтерфейсу користувача для додаткової зручності.
Кінцеві користувачі тепер можуть вибрати ІЧ-термометри з моторизованим дистанційним керуванням змінного фокусування цілі.Ця можливість дозволяє швидко й точно регулювати фокус вимірювальних цілей вручну на задній панелі приладу або дистанційно через з’єднання RS-232/RS-485 з ПК.
ІЧ-сенсори з дистанційним керуванням зі змінною цільовою фокусуванням можна налаштувати відповідно до вимог кожного застосування, зменшуючи ймовірність неправильного встановлення.Інженери можуть точно налаштувати цільовий фокус вимірювання датчика, перебуваючи в безпеці власного офісу, і постійно спостерігати та записувати коливання температури в процесі, щоб негайно вжити коригувальних заходів.
Постачальники ще більше вдосконалюють універсальність інфрачервоного вимірювання температури, постачаючи системи з програмним забезпеченням для польового калібрування, що дозволяє користувачам калібрувати датчики на місці.Крім того, нові ІЧ-системи пропонують різні засоби для фізичного підключення, включаючи швидкороз’ємні роз’єми та термінальні з’єднання;різні довжини хвиль для вимірювання високих і низьких температур;і вибір сигналів міліампер, мілівольт і термопари.
Розробники контрольно-вимірювальних приладів відреагували на проблеми випромінювання, пов’язані з ІЧ-датчиками, розробивши пристрої з короткою довжиною хвилі, які мінімізують помилки через невизначеність випромінювання.Ці пристрої не такі чутливі до змін коефіцієнта випромінювання цільового матеріалу, як звичайні датчики високої температури.Таким чином, вони забезпечують точніші показання для різних цілей при різних температурах.
ІЧ-системи вимірювання температури з автоматичним режимом корекції коефіцієнта випромінювання дозволяють виробникам налаштовувати попередньо визначені рецепти для частої зміни продукту.Швидко визначаючи температурні нерівності в межах об’єкта вимірювання, вони дозволяють користувачеві покращити якість і однорідність продукту, зменшити кількість браку та підвищити ефективність роботи.У разі виникнення несправності або дефекту система може запустити сигнал тривоги, щоб дозволити вжити заходів для виправлення.
Покращена технологія інфрачервоного датчика також може допомогти оптимізувати виробничі процеси.Оператори можуть вибрати номер деталі з існуючого списку заданих температур і автоматично записувати кожне пікове значення температури.Це рішення усуває сортування та збільшує час циклу.Це також оптимізує керування зонами нагріву та підвищує продуктивність.
Щоб термоформувальники могли повністю проаналізувати віддачу від інвестицій в автоматизовану інфрачервону систему вимірювання температури, вони повинні звернути увагу на певні ключові фактори.Зменшення кінцевих витрат означає врахування часу, енергії та кількості скорочення брухту, яке може мати місце, а також можливість збирати та повідомляти інформацію про кожен аркуш, який проходить через процес термоформування.Загальні переваги автоматизованої системи ІЧ-датчиків включають:
• Можливість архівувати та надавати клієнтам тепловізійне зображення кожної виготовленої деталі для документації якості та відповідності вимогам ISO.
Безконтактне інфрачервоне вимірювання температури не є новою технологією, але останні інновації зменшили витрати, підвищили надійність і дозволили використовувати менші одиниці вимірювання.Термоформувальники, що використовують ІЧ-технологію, отримують вигоду від удосконалення виробництва та зменшення браку.Якість деталей також покращується, оскільки виробники отримують більш рівномірну товщину, що виходить із їхніх термоформувальних машин.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Час публікації: 19 серпня 2019 р