Dosledno in natančno merjenje temperature je ključnega pomena v industriji plastike za zagotovitev pravilne končne obdelave toplotno oblikovanih izdelkov.Tako pri stacionarnem kot pri rotacijskem termoformiranju nizka temperatura oblikovanja povzroči napetosti v oblikovanem delu, medtem ko lahko previsoke temperature povzročijo težave, kot so mehurji in izguba barve ali sijaja.
V tem članku bomo razpravljali o tem, kako napredek pri infrardečem (IR) brezkontaktnem merjenju temperature ne samo pomaga pri termoformiranju pri optimizaciji njihovih proizvodnih procesov in poslovnih rezultatov, ampak tudi omogoča skladnost z industrijskimi standardi za kakovost in zanesljivost končnega izdelka.
Termoformiranje je postopek, s katerim termoplastično ploščo s segrevanjem naredimo mehko in upogljivo ter jo dvoosno deformiramo tako, da jo prisilimo v tridimenzionalno obliko.Ta postopek lahko poteka v prisotnosti ali odsotnosti plesni.Segrevanje termoplastične plošče je ena najpomembnejših stopenj v procesu termoformiranja.Oblikovalni stroji običajno uporabljajo grelnike tipa sendvič, ki so sestavljeni iz plošč infrardečih grelnikov nad in pod listnim materialom.
Temperatura jedra termoplastične plošče, njena debelina in temperatura proizvodnega okolja vplivajo na to, kako plastične polimerne verige tečejo v stanje, ki ga je mogoče oblikovati, in se preoblikujejo v polkristalno polimerno strukturo.Končna zamrznjena molekularna struktura določa fizikalne lastnosti materiala, pa tudi zmogljivost končnega izdelka.
V idealnem primeru bi se morala termoplastična plošča enakomerno segreti na ustrezno temperaturo oblikovanja.List se nato prenese na postajo za vlivanje, kjer ga naprava pritisne na kalup, da oblikuje del, bodisi z uporabo vakuuma ali zraka pod pritiskom, včasih s pomočjo mehanskega čepa.Na koncu se del izvrže iz kalupa za fazo ohlajanja procesa.
Večino proizvodnje toplotnega oblikovanja izvajajo stroji za dovajanje v zvitke, medtem ko so stroji za dovajanje v pločevino za manjše količine.Pri operacijah z zelo velikim obsegom je lahko popolnoma integriran, linijski sistem za termooblikovanje z zaprto zanko upravičen.Linija prejme surovino iz plastike in ekstruderji dovajajo neposredno v stroj za termooblikovanje.
Določene vrste orodij za termooblikovanje omogočajo obrezovanje oblikovanega izdelka v stroju za termooblikovanje.S to metodo je možna večja natančnost reza, ker izdelka in ostankov skeleta ni treba ponovno pozicionirati.Nadomestne možnosti so, kjer se oblikovani list indeksira neposredno na postajo za obrezovanje.
Velik obseg proizvodnje običajno zahteva integracijo zlagalnika delov s strojem za toplotno oblikovanje.Ko so končni izdelki zloženi, se pakirajo v škatle za prevoz do končnega kupca.Ločeni skeletni ostanki se navijejo na mandrill za naknadno sekljanje ali gredo skozi stroj za sekljanje v liniji s strojem za termooblikovanje.
Termooblikovanje velikih pločevin je kompleksna operacija, dovzetna za motnje, ki lahko močno povečajo število zavrženih delov.Današnje stroge zahteve glede kakovosti površine delov, natančnosti debeline, časa cikla in izkoristka, skupaj z majhnim oknom obdelave novih oblikovalskih polimerov in večplastnih plošč, so spodbudile proizvajalce, da iščejo načine za izboljšanje nadzora nad tem procesom.
Med termooblikovanjem pride do segrevanja pločevine s sevanjem, konvekcijo in prevodnostjo.Ti mehanizmi vnašajo veliko negotovosti, pa tudi časovne variacije in nelinearnosti v dinamiko prenosa toplote.Poleg tega je segrevanje pločevine prostorsko porazdeljen proces, ki ga najbolje opišejo parcialne diferencialne enačbe.
Toplotno oblikovanje zahteva natančno večconsko temperaturno karto pred oblikovanjem kompleksnih delov.To težavo otežuje dejstvo, da se temperatura običajno nadzoruje na grelnih elementih, medtem ko je porazdelitev temperature po debelini pločevine glavna procesna spremenljivka.
Na primer, amorfni material, kot je polistiren, bo na splošno ohranil svojo celovitost, ko se segreje na temperaturo oblikovanja zaradi visoke trdnosti taljenja.Posledično je enostavno rokovanje in oblikovanje.Ko se kristalni material segreje, se bolj dramatično spremeni iz trdnega v tekočega, ko doseže temperaturo taline, zaradi česar je temperaturno okno oblikovanja zelo ozko.
Težave pri termoformiranju povzročajo tudi spremembe temperature okolja.Metoda poskusov in napak pri iskanju hitrosti podajanja valja za izdelavo sprejemljivih modelov se lahko izkaže za neustrezno, če bi se tovarniška temperatura spremenila (tj. v poletnih mesecih).Temperaturna sprememba za 10 °C lahko pomembno vpliva na proizvodnjo zaradi zelo ozkega temperaturnega območja oblikovanja.
Tradicionalno so se termoformerji za nadzor temperature plošč zanašali na specializirane ročne tehnike.Vendar pa ta pristop pogosto ne daje želenih rezultatov v smislu doslednosti in kakovosti izdelka.Operaterji imajo težko uravnovešanje, ki vključuje zmanjšanje razlike med temperaturo sredice in površine pločevine, hkrati pa zagotavlja, da obe področji ostaneta znotraj najnižje in najvišje temperature oblikovanja materiala.
Poleg tega je neposredni stik s plastično ploščo nepraktičen pri termoformiranju, ker lahko povzroči madeže na plastičnih površinah in nesprejemljive odzivne čase.
Industrija plastičnih mas vse bolj odkriva prednosti brezkontaktne infrardeče tehnologije za merjenje in nadzor procesne temperature.Rešitve zaznavanja na osnovi infrardečega sevanja so uporabne za merjenje temperature v okoliščinah, v katerih termoelementov ali drugih senzorjev tipa sonde ni mogoče uporabiti ali ne dajejo točnih podatkov.
Za hitro in učinkovito spremljanje temperature hitrih procesov je mogoče uporabiti brezkontaktne IR termometre, ki merijo temperaturo izdelka neposredno namesto v pečici ali sušilniku.Uporabniki lahko nato preprosto prilagodijo procesne parametre, da zagotovijo optimalno kakovost izdelka.
Za aplikacije termoformiranja avtomatizirani infrardeči sistem za spremljanje temperature običajno vključuje uporabniški vmesnik in zaslon za meritve procesa iz termoformirne peči.IR termometer meri temperaturo vročih, premikajočih se plastičnih plošč z 1-odstotno natančnostjo.Digitalni panelni merilnik z vgrajenimi mehanskimi releji prikazuje temperaturne podatke in oddaja alarmne signale, ko je nastavljena temperatura dosežena.
Z uporabo infrardeče sistemske programske opreme lahko termoformerji nastavijo temperaturne in izhodne razpone, kot tudi emisivnost in alarmne točke, nato pa spremljajo odčitke temperature v realnem času.Ko proces doseže nastavljeno temperaturo, se rele zapre in bodisi sproži indikatorsko lučko ali zvočni alarm za nadzor cikla.Podatke o procesni temperaturi je mogoče arhivirati ali izvoziti v druge aplikacije za analizo in dokumentacijo procesa.
Zahvaljujoč podatkom iz IR meritev lahko operaterji proizvodnih linij določijo optimalno nastavitev pečice za popolno nasičenje pločevine v najkrajšem času brez pregretja srednjega dela.Rezultat dodajanja natančnih podatkov o temperaturi praktičnim izkušnjam omogoča oblikovanje draperije z zelo malo zavrženimi izdelki.In težji projekti z debelejšim ali tanjšim materialom imajo enakomernejšo končno debelino stene, ko je plastika enakomerno segreta.
Sistemi za termooblikovanje s tehnologijo IR senzorjev lahko optimizirajo tudi postopke odstranjevanja termoplastov iz kalupa.V teh procesih operaterji včasih zaženejo pečice prevroče ali pustijo dele predolgo v kalupu.Z uporabo sistema z infrardečim senzorjem lahko vzdržujejo dosledne temperature hlajenja v kalupih, s čimer povečajo proizvodni pretok in omogočijo odstranitev delov brez večjih izgub zaradi lepljenja ali deformacije.
Čeprav ponuja brezkontaktno infrardeče merjenje temperature številne dokazane prednosti za proizvajalce plastike, dobavitelji instrumentov še naprej razvijajo nove rešitve, s čimer dodatno izboljšujejo natančnost, zanesljivost in enostavnost uporabe IR sistemov v zahtevnih proizvodnih okoljih.
Da bi odpravili težave z opazovanjem z IR termometri, so podjetja za instrumente razvila senzorske platforme, ki zagotavljajo integrirano opazovanje tarče skozi lečo ter lasersko ali video opazovanje.Ta kombinirani pristop zagotavlja pravilno ciljanje in lokacijo cilja tudi v najbolj neugodnih pogojih.
Termometri lahko vključujejo tudi hkratni video nadzor v realnem času ter avtomatizirano snemanje in shranjevanje slik – s čimer zagotavljajo dragocene nove procesne informacije.Uporabniki lahko hitro in enostavno posnamejo posnetke procesa ter v svojo dokumentacijo vključijo podatke o temperaturi in času/datumu.
Današnji kompaktni infrardeči termometri ponujajo dvakrat večjo optično ločljivost v primerjavi s prejšnjimi, zajetnimi modeli senzorjev, s čimer razširjajo svojo zmogljivost v zahtevnih aplikacijah za nadzor procesov in omogočajo neposredno zamenjavo kontaktnih sond.
Nekateri novi modeli IR senzorjev uporabljajo miniaturno senzorsko glavo in ločeno elektroniko.Senzorji lahko dosežejo optično ločljivost do 22:1 in prenesejo temperature okolja, ki se približujejo 200 °C, brez kakršnega koli hlajenja.To omogoča natančno merjenje zelo majhnih točk v zaprtih prostorih in težkih okoljskih pogojih.Senzorji so dovolj majhni, da jih je mogoče namestiti skoraj povsod, in jih je mogoče namestiti v ohišje iz nerjavečega jekla za zaščito pred zahtevnimi industrijskimi procesi.Inovacije v elektroniki IR senzorjev so izboljšale tudi zmožnosti obdelave signalov, vključno z emisijsko sposobnostjo, vzorčenjem in zadrževanjem, zadrževanjem vrhov, zadrževanjem v dolini in funkcijami povprečenja.Pri nekaterih sistemih je te spremenljivke mogoče prilagoditi z oddaljenega uporabniškega vmesnika za dodatno udobje.
Končni uporabniki lahko zdaj izberejo IR termometre z motoriziranim, daljinsko vodenim spremenljivim fokusom cilja.Ta zmožnost omogoča hitro in natančno prilagajanje fokusa merilnih ciljev, bodisi ročno na zadnji strani instrumenta ali na daljavo prek povezave RS-232/RS-485 z računalnikom.
IR senzorje z daljinsko vodenim spremenljivim fokusiranjem cilja je mogoče konfigurirati glede na vsako zahtevo aplikacije, kar zmanjša možnost napačne namestitve.Inženirji lahko iz varnosti lastne pisarne natančno prilagodijo merilno ciljno osredotočenost senzorja ter nenehno opazujejo in beležijo temperaturne spremembe v svojem procesu, da lahko sprejmejo takojšnje korektivne ukrepe.
Dobavitelji dodatno izboljšujejo vsestranskost infrardečega merjenja temperature z dobavljanjem sistemov s programsko opremo za umerjanje na terenu, ki uporabnikom omogoča umerjanje senzorjev na mestu.Poleg tega novi sistemi IR ponujajo drugačna sredstva za fizično povezovanje, vključno s priključki za hitro odklop in priključki na terminalih;različne valovne dolžine za merjenje visokih in nizkih temperatur;in izbiro miliamperskih, milivoltnih in termočlenskih signalov.
Oblikovalci instrumentov so se odzvali na težave z emisivnostjo, povezane z IR senzorji, z razvojem enot s kratko valovno dolžino, ki zmanjšajo napake zaradi negotovosti emisivnosti.Te naprave niso tako občutljive na spremembe emisivnosti ciljnega materiala kot običajni visokotemperaturni senzorji.Kot taki zagotavljajo natančnejše odčitke na različnih ciljih pri različnih temperaturah.
IR sistemi za merjenje temperature s samodejnim načinom korekcije emisivnosti proizvajalcem omogočajo nastavitev vnaprej določenih receptov za pogoste spremembe izdelkov.S hitrim prepoznavanjem toplotnih nepravilnosti znotraj merilnega cilja uporabniku omogočajo izboljšanje kakovosti in enotnosti izdelka, zmanjšanje odpadkov in izboljšanje učinkovitosti delovanja.Če pride do napake ali okvare, lahko sistem sproži alarm, da omogoči korektivni ukrep.
Izboljšana tehnologija infrardečega zaznavanja lahko pomaga tudi pri racionalizaciji proizvodnih procesov.Operaterji lahko izberejo številko dela z obstoječega seznama nastavljenih temperatur in samodejno zabeležijo vsako vrednost najvišje temperature.Ta rešitev odpravi razvrščanje in podaljša čas cikla.Prav tako optimizira nadzor ogrevalnih con in poveča produktivnost.
Da lahko termoformerji v celoti analizirajo donosnost naložbe v sistem za avtomatizirano infrardečo merjenje temperature, morajo upoštevati nekatere ključne dejavnike.Zmanjšanje končnih stroškov pomeni upoštevanje časa, energije in količine zmanjšanja ostankov, ki se lahko zgodi, kot tudi zmožnost zbiranja in poročanja informacij o vsakem listu, ki gre skozi proces termoformiranja.Splošne prednosti avtomatiziranega sistema IR zaznavanja vključujejo:
• Sposobnost arhiviranja in zagotavljanja toplotne slike kupcem vsakega izdelanega dela za kakovostno dokumentacijo in skladnost z ISO.
Brezkontaktno infrardeče merjenje temperature ni nova tehnologija, vendar so nedavne inovacije znižale stroške, povečale zanesljivost in omogočile manjše merske enote.Termoformerji, ki uporabljajo IR tehnologijo, imajo koristi od izboljšav proizvodnje in zmanjšanja odpadkov.Izboljša se tudi kakovost delov, ker proizvajalci dobijo bolj enakomerno debelino, ki izhaja iz njihovih termoformirnih strojev.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Čas objave: 19. avgusta 2019