Việc đo nhiệt độ chính xác, nhất quán là rất quan trọng trong ngành công nghiệp nhựa để đảm bảo hoàn thiện chính xác các sản phẩm được nhiệt luyện.Trong cả ứng dụng tạo hình nhiệt tĩnh và quay, nhiệt độ tạo hình thấp tạo ra ứng suất ở phần được tạo hình, trong khi nhiệt độ quá cao có thể gây ra các vấn đề như phồng rộp và mất màu hoặc độ bóng.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về cách những tiến bộ trong đo nhiệt độ không tiếp xúc bằng tia hồng ngoại (IR) không chỉ giúp các hoạt động tạo hình nhiệt tối ưu hóa quy trình sản xuất và kết quả kinh doanh của họ mà còn cho phép tuân thủ các tiêu chuẩn công nghiệp về chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng.
Tạo hình nhiệt là quá trình mà một tấm nhựa nhiệt dẻo được làm mềm và dẻo bằng cách nung nóng, và biến dạng hai trục bằng cách ép thành hình dạng ba chiều.Quá trình này có thể diễn ra khi có hoặc không có nấm mốc.Làm nóng tấm nhựa nhiệt dẻo là một trong những giai đoạn quan trọng nhất trong hoạt động tạo hình nhiệt.Máy tạo hình thường sử dụng máy gia nhiệt kiểu bánh sandwich, bao gồm các tấm sưởi hồng ngoại bên trên và bên dưới vật liệu tấm.
Nhiệt độ lõi của tấm nhựa nhiệt dẻo, độ dày của nó và nhiệt độ của môi trường sản xuất đều ảnh hưởng đến cách các chuỗi polyme nhựa chuyển sang trạng thái có thể đúc và biến đổi thành cấu trúc polyme bán tinh thể.Cấu trúc phân tử đông lạnh cuối cùng xác định các đặc tính vật lý của nguyên liệu, cũng như hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
Lý tưởng nhất là tấm nhựa nhiệt dẻo nên nóng lên đồng nhất đến nhiệt độ tạo hình thích hợp của nó.Sau đó, tấm được chuyển đến một trạm đúc, nơi một thiết bị ép nó vào khuôn để tạo thành bộ phận, sử dụng chân không hoặc không khí có áp suất, đôi khi với sự hỗ trợ của phích cắm cơ khí.Cuối cùng, bộ phận đẩy ra khỏi khuôn cho giai đoạn làm nguội của quy trình.
Phần lớn sản xuất nhiệt luyện là bằng máy cuộn, trong khi máy dạng tấm dành cho các ứng dụng khối lượng nhỏ hơn.Với các hoạt động khối lượng rất lớn, một hệ thống tạo nhiệt vòng kín được tích hợp đầy đủ, nội tuyến, có thể được biện minh.Dây chuyền tiếp nhận nhựa nguyên liệu thô và máy đùn cấp liệu trực tiếp vào máy tạo hình nhiệt.
Một số loại công cụ tạo hình nhiệt cho phép cắt vật phẩm đã tạo hình trong máy tạo hình nhiệt.Có thể sử dụng phương pháp này để cắt có độ chính xác cao hơn vì sản phẩm và phế liệu xương không cần định vị lại.Các giải pháp thay thế là nơi các trang tính đã hình thành lập chỉ mục trực tiếp đến trạm cắt xén.
Khối lượng sản xuất cao thường yêu cầu tích hợp bộ xếp chồng bộ phận với máy tạo hình nhiệt.Sau khi được xếp chồng lên nhau, các sản phẩm đã hoàn thành sẽ đóng gói vào hộp để vận chuyển đến khách hàng cuối cùng.Phế liệu xương đã tách rời được quấn vào một trục gá để cắt tiếp theo hoặc đưa qua máy băm cùng dòng với máy tạo hình nhiệt.
Tạo hình nhiệt tấm lớn là một hoạt động phức tạp dễ bị nhiễu loạn, có thể làm tăng đáng kể số lượng các bộ phận bị loại bỏ.Các yêu cầu nghiêm ngặt ngày nay về chất lượng bề mặt chi tiết, độ chính xác của độ dày, thời gian chu kỳ và năng suất, cộng với cửa sổ xử lý nhỏ của các tấm polyme thiết kế mới và các tấm nhiều lớp, đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm cách cải thiện khả năng kiểm soát quá trình này.
Trong quá trình tạo nhiệt, quá trình đốt nóng tấm xảy ra thông qua bức xạ, đối lưu và dẫn truyền.Các cơ chế này tạo ra rất nhiều độ không đảm bảo, cũng như sự biến thiên theo thời gian và sự phi tuyến tính trong động lực truyền nhiệt.Hơn nữa, gia nhiệt tấm là một quá trình phân bố theo không gian được mô tả tốt nhất bằng phương trình vi phân từng phần.
Định dạng nhiệt yêu cầu một bản đồ nhiệt độ chính xác, nhiều vùng trước khi hình thành các bộ phận phức tạp.Vấn đề này phức tạp bởi thực tế là nhiệt độ thường được kiểm soát tại các bộ phận gia nhiệt, trong khi sự phân bố nhiệt độ trên chiều dày của tấm là biến số quá trình chính.
Ví dụ, một vật liệu vô định hình như polystyrene thường sẽ duy trì tính toàn vẹn của nó khi được nung nóng đến nhiệt độ tạo hình vì độ bền nóng chảy cao.Kết quả là, nó rất dễ dàng để xử lý và hình thành.Khi một vật liệu tinh thể bị nung nóng, nó sẽ chuyển từ thể rắn sang thể lỏng một cách đột ngột hơn khi đạt đến nhiệt độ nóng chảy, làm cho cửa sổ nhiệt độ hình thành rất hẹp.
Sự thay đổi nhiệt độ môi trường cũng gây ra các vấn đề trong quá trình tạo nhiệt.Phương pháp thử và sai trong việc tìm kiếm tốc độ nạp cuộn để tạo ra các khuôn có thể chấp nhận được có thể tỏ ra không phù hợp nếu nhiệt độ nhà máy thay đổi (tức là trong những tháng mùa hè).Sự thay đổi nhiệt độ 10 ° C có thể có ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng vì phạm vi nhiệt độ tạo hình rất hẹp.
Theo truyền thống, máy biến nhiệt dựa vào các kỹ thuật thủ công chuyên dụng để kiểm soát nhiệt độ tấm.Tuy nhiên, cách làm này thường mang lại ít kết quả hơn mong muốn về tính nhất quán và chất lượng của sản phẩm.Các nhà vận hành có một hành động cân bằng khó khăn, liên quan đến việc giảm thiểu sự khác biệt giữa nhiệt độ bề mặt và lõi của tấm, đồng thời đảm bảo cả hai khu vực đều nằm trong nhiệt độ hình thành tối thiểu và tối đa của vật liệu.
Ngoài ra, việc tiếp xúc trực tiếp với tấm nhựa là không thực tế trong quá trình tạo hình nhiệt vì nó có thể gây ra vết mờ trên bề mặt nhựa và thời gian phản hồi không thể chấp nhận được.
Càng ngày, ngành công nghiệp nhựa càng khám phá ra những lợi ích của công nghệ hồng ngoại không tiếp xúc để đo và kiểm soát nhiệt độ quá trình.Các giải pháp cảm biến dựa trên tia hồng ngoại rất hữu ích để đo nhiệt độ trong những trường hợp không thể sử dụng cặp nhiệt điện hoặc cảm biến loại đầu dò khác hoặc không tạo ra dữ liệu chính xác.
Nhiệt kế IR không tiếp xúc có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ của các quá trình chuyển động nhanh một cách nhanh chóng và hiệu quả, đo nhiệt độ sản phẩm trực tiếp thay vì lò nướng hoặc máy sấy.Sau đó, người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số quy trình để đảm bảo chất lượng sản phẩm tối ưu.
Đối với các ứng dụng tạo nhiệt, hệ thống giám sát nhiệt độ hồng ngoại tự động thường bao gồm giao diện người vận hành và màn hình hiển thị cho các phép đo quá trình từ lò tạo nhiệt.Nhiệt kế hồng ngoại đo nhiệt độ của các tấm nhựa nóng, chuyển động với độ chính xác 1%.Đồng hồ dạng bảng kỹ thuật số có tích hợp rơ le cơ học hiển thị dữ liệu nhiệt độ và xuất tín hiệu cảnh báo khi đạt đến nhiệt độ điểm cài đặt.
Sử dụng phần mềm hệ thống hồng ngoại, máy biến nhiệt có thể thiết lập phạm vi nhiệt độ và đầu ra, cũng như các điểm phát xạ và cảnh báo, sau đó theo dõi các chỉ số nhiệt độ trên cơ sở thời gian thực.Khi quá trình đạt đến nhiệt độ điểm cài đặt, một rơ le đóng lại và kích hoạt đèn báo hoặc âm thanh cảnh báo để điều khiển chu trình.Dữ liệu nhiệt độ quy trình có thể được lưu trữ hoặc xuất sang các ứng dụng khác để phân tích và lập tài liệu quy trình.
Nhờ dữ liệu từ các phép đo IR, các nhà điều hành dây chuyền sản xuất có thể xác định cài đặt lò nướng tối ưu để làm bão hòa tấm hoàn toàn trong khoảng thời gian ngắn nhất mà không làm phần giữa quá nóng.Kết quả của việc thêm dữ liệu nhiệt độ chính xác vào kinh nghiệm thực tế cho phép đúc rèm với rất ít trường hợp bị loại bỏ.Và, các dự án khó hơn với vật liệu dày hơn hoặc mỏng hơn có độ dày thành cuối đồng đều hơn khi nhựa được nung nóng đồng nhất.
Hệ thống định dạng nhiệt với công nghệ cảm biến IR cũng có thể tối ưu hóa quy trình khử khuôn nhựa nhiệt dẻo.Trong các quy trình này, người vận hành đôi khi để lò quá nóng hoặc để các bộ phận trong khuôn quá lâu.Bằng cách sử dụng hệ thống có cảm biến hồng ngoại, chúng có thể duy trì nhiệt độ làm mát nhất quán trên các khuôn, tăng năng suất sản xuất và cho phép các bộ phận được tháo rời mà không bị tổn thất đáng kể do dính hoặc biến dạng.
Mặc dù phép đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc mang lại nhiều lợi thế đã được chứng minh cho các nhà sản xuất nhựa, các nhà cung cấp thiết bị đo đạc vẫn tiếp tục phát triển các giải pháp mới, cải thiện hơn nữa độ chính xác, độ tin cậy và dễ sử dụng của hệ thống IR trong các môi trường sản xuất khắt khe.
Để giải quyết các vấn đề về tầm nhìn với nhiệt kế hồng ngoại, các công ty thiết bị đã phát triển các nền tảng cảm biến cung cấp khả năng ngắm mục tiêu qua ống kính được tích hợp, cộng với khả năng ngắm bằng laser hoặc video.Cách tiếp cận kết hợp này đảm bảo nhắm chính xác và xác định vị trí mục tiêu trong những điều kiện bất lợi nhất.
Nhiệt kế cũng có thể kết hợp đồng thời theo dõi video theo thời gian thực và ghi và lưu trữ hình ảnh tự động - do đó cung cấp thông tin quy trình mới có giá trị.Người dùng có thể nhanh chóng và dễ dàng chụp nhanh quá trình và bao gồm thông tin nhiệt độ và thời gian / ngày trong tài liệu của họ.
Các nhiệt kế IR nhỏ gọn ngày nay cung cấp độ phân giải quang học gấp đôi so với các mẫu cảm biến cồng kềnh trước đó, mở rộng hiệu suất của chúng trong các ứng dụng điều khiển quy trình đòi hỏi khắt khe và cho phép thay thế trực tiếp các đầu dò tiếp xúc.
Một số thiết kế cảm biến hồng ngoại mới sử dụng đầu cảm biến thu nhỏ và các thiết bị điện tử riêng biệt.Các cảm biến có thể đạt được độ phân giải quang học lên đến 22: 1 và chịu được nhiệt độ môi trường xung quanh gần 200 ° C mà không cần làm mát.Điều này cho phép đo chính xác kích thước điểm rất nhỏ trong không gian hạn chế và điều kiện môi trường khó khăn.Các cảm biến đủ nhỏ để có thể lắp đặt ở mọi nơi và có thể được đặt trong một vỏ thép không gỉ để bảo vệ khỏi các quy trình công nghiệp khắc nghiệt.Những đổi mới trong thiết bị điện tử cảm biến IR cũng đã cải thiện khả năng xử lý tín hiệu, bao gồm các chức năng phát xạ, lấy mẫu và giữ, giữ đỉnh, giữ thung lũng và chức năng lấy trung bình.Với một số hệ thống, các biến này có thể được điều chỉnh từ giao diện người dùng từ xa để thuận tiện hơn.
Người dùng cuối giờ đây có thể chọn nhiệt kế hồng ngoại với khả năng lấy nét mục tiêu biến đổi có động cơ, điều khiển từ xa.Khả năng này cho phép điều chỉnh tiêu điểm của mục tiêu đo nhanh chóng và chính xác, bằng tay ở phía sau thiết bị hoặc từ xa thông qua kết nối PC RS-232 / RS-485.
Cảm biến hồng ngoại với khả năng lấy nét mục tiêu thay đổi được điều khiển từ xa có thể được định cấu hình theo từng yêu cầu ứng dụng, giảm nguy cơ cài đặt sai.Các kỹ sư có thể tinh chỉnh tiêu điểm mục tiêu đo lường của cảm biến từ sự an toàn của văn phòng của họ, đồng thời liên tục quan sát và ghi lại các biến động nhiệt độ trong quá trình của họ để thực hiện hành động khắc phục ngay lập tức.
Các nhà cung cấp đang cải thiện hơn nữa tính linh hoạt của phép đo nhiệt độ hồng ngoại bằng cách cung cấp cho các hệ thống phần mềm hiệu chuẩn hiện trường, cho phép người dùng hiệu chuẩn các cảm biến tại chỗ.Thêm vào đó, các hệ thống IR mới cung cấp các phương tiện khác nhau để kết nối vật lý, bao gồm các đầu nối ngắt kết nối nhanh và kết nối đầu cuối;các bước sóng khác nhau để đo nhiệt độ cao và thấp;và lựa chọn các tín hiệu miliamp, milivôn và cặp nhiệt điện.
Các nhà thiết kế thiết bị đo đạc đã giải quyết các vấn đề về độ phát xạ liên quan đến cảm biến IR bằng cách phát triển các đơn vị bước sóng ngắn để giảm thiểu sai số do độ không chắc chắn của độ phát xạ.Các thiết bị này không nhạy cảm với những thay đổi về độ phát xạ trên vật liệu mục tiêu như các cảm biến nhiệt độ cao thông thường.Do đó, chúng cung cấp các kết quả đọc chính xác hơn trên các mục tiêu khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau.
Hệ thống đo nhiệt độ hồng ngoại với chế độ hiệu chỉnh độ phát xạ tự động cho phép các nhà sản xuất thiết lập các công thức được xác định trước để phù hợp với những thay đổi sản phẩm thường xuyên.Bằng cách nhanh chóng xác định các bất thường nhiệt trong mục tiêu đo, chúng cho phép người sử dụng cải thiện chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm, giảm phế liệu và nâng cao hiệu quả hoạt động.Nếu một lỗi hoặc khiếm khuyết xảy ra, hệ thống có thể kích hoạt một cảnh báo để cho phép hành động sửa chữa.
Công nghệ cảm biến hồng ngoại nâng cao cũng có thể giúp hợp lý hóa quy trình sản xuất.Người vận hành có thể chọn một số bộ phận từ danh sách điểm đặt nhiệt độ hiện có và tự động ghi lại từng giá trị nhiệt độ đỉnh.Giải pháp này giúp loại bỏ việc phân loại và tăng thời gian chu kỳ.Nó cũng tối ưu hóa việc kiểm soát các vùng sưởi ấm và tăng năng suất.
Đối với máy biến nhiệt để phân tích đầy đủ lợi tức đầu tư của hệ thống đo nhiệt độ hồng ngoại tự động, họ phải xem xét các yếu tố chính nhất định.Giảm chi phí lợi nhuận có nghĩa là xem xét thời gian, năng lượng và lượng phế liệu giảm có thể diễn ra, cũng như khả năng thu thập và báo cáo thông tin trên mỗi tấm trải qua quá trình tạo hình nhiệt.Các lợi ích tổng thể của hệ thống cảm biến IR tự động bao gồm:
• Khả năng lưu trữ và cung cấp cho khách hàng hình ảnh nhiệt của mọi bộ phận được sản xuất để làm tài liệu chất lượng và tuân thủ ISO.
Đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc không phải là một công nghệ mới, nhưng những cải tiến gần đây đã giảm chi phí, tăng độ tin cậy và cho phép các đơn vị đo lường nhỏ hơn.Máy biến nhiệt sử dụng công nghệ IR được hưởng lợi từ việc cải tiến sản xuất và giảm phế liệu.Chất lượng của các bộ phận cũng được cải thiện vì các nhà sản xuất có được độ dày đồng đều hơn từ máy tạo hình nhiệt của họ.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Thời gian đăng: 19-08-2019