Konsekvent, nøjagtig temperaturmåling er afgørende i plastindustrien for at sikre korrekt efterbehandling af termoformede produkter.I både stationære og roterende termoformningsapplikationer giver lav formningstemperatur spændinger i den formede del, mens temperaturer, der er for høje, kan forårsage problemer såsom blærer og tab af farve eller glans.
I denne artikel vil vi diskutere, hvordan fremskridt inden for infrarød (IR) berøringsfri temperaturmåling ikke kun hjælper termoformningsoperationer med at optimere deres fremstillingsprocesser og forretningsresultater, men også muliggør overholdelse af industristandarder for slutproduktets kvalitet og pålidelighed.
Termoformning er den proces, hvorved en termoplastisk plade gøres blød og bøjelig ved opvarmning og biaksialt deformeres ved at blive tvunget til en tredimensionel form.Denne proces kan finde sted i nærvær eller fravær af en skimmelsvamp.Opvarmning af termoplastpladen er et af de mest afgørende stadier i termoformningsoperationen.Formemaskinerne anvender typisk sandwich-type varmelegemer, som består af paneler af infrarøde varmelegemer over og under pladematerialet.
Kernetemperaturen af den termoplastiske plade, dens tykkelse og temperaturen i fremstillingsmiljøet påvirker alle, hvordan plastpolymerkæder flyder ind i en formbar tilstand og omdannes til en semi-krystallinsk polymerstruktur.Den endelige frosne molekylære struktur bestemmer materialets fysiske egenskaber såvel som det endelige produkts ydeevne.
Ideelt set bør den termoplastiske plade opvarmes ensartet til dens passende formningstemperatur.Arket overføres derefter til en støbestation, hvor et apparat presser det mod formen for at danne delen, ved hjælp af enten et vakuum eller trykluft, nogle gange ved hjælp af en mekanisk prop.Til sidst skubbes delen ud af formen til afkølingsfasen af processen.
Størstedelen af termoformningsproduktionen foregår med rulleføde maskiner, mens arkfødede maskiner er til mindre volumen applikationer.Med meget store volumen operationer kan et fuldt integreret, in-line, lukket kredsløb termoformningssystem retfærdiggøres.Linjen modtager råmateriale af plast og ekstrudere føres direkte ind i termoformningsmaskinen.
Visse typer af termoformningsværktøjer muliggør beskæring af den formede artikel i termoformningsmaskinen.Større nøjagtighed af skæringen er mulig ved at bruge denne metode, fordi produktet og skeletskrot ikke skal genplaceres.Alternativer er, hvor det dannede ark indekseres direkte til beskæringsstationen.
Høj produktionsvolumen kræver typisk integration af en delestabler med termoformningsmaskinen.Når de færdige artikler er stablet, pakkes de i kasser til transport til slutkunden.Det adskilte skeletaffald vikles på en dorn til efterfølgende hakning eller passerer gennem en hakkemaskine på linje med termoformningsmaskinen.
Termoformning af store plader er en kompleks operation, der er modtagelig for forstyrrelser, hvilket i høj grad kan øge antallet af kasserede dele.Dagens strenge krav til deleoverfladekvalitet, tykkelsesnøjagtighed, cyklustid og udbytte, kombineret med det lille behandlingsvindue af nye designerpolymerer og flerlagsplader, har fået producenterne til at lede efter måder at forbedre kontrollen med denne proces.
Under termoformning sker pladeopvarmning gennem stråling, konvektion og ledning.Disse mekanismer introducerer en stor del af usikkerhed, såvel som tidsvariationer og ikke-lineariteter i varmeoverførselsdynamikken.Ydermere er pladeopvarmning en rumligt fordelt proces, der bedst beskrives ved partielle differentialligninger.
Termoformning kræver et præcist, multi-zone temperaturkort forud for dannelsen af komplekse dele.Dette problem forstærkes af, at temperaturen typisk styres ved varmeelementerne, mens temperaturfordelingen over tykkelsen af pladen er den vigtigste procesvariabel.
For eksempel vil et amorft materiale, såsom polystyren, generelt bevare sin integritet, når det opvarmes til dets formningstemperatur på grund af høj smeltestyrke.Som et resultat er det let at håndtere og forme.Når et krystallinsk materiale opvarmes, ændres det mere dramatisk fra fast til flydende, når dets smeltetemperatur er nået, hvilket gør det dannede temperaturvindue meget smalt.
Ændringer i omgivende temperaturer forårsager også problemer ved termoformning.Prøve- og fejlmetoden til at finde en rullefremføringshastighed til at producere acceptable støbninger kan vise sig at være utilstrækkelig, hvis fabrikstemperaturen skulle ændre sig (dvs. i sommermånederne).En temperaturændring på 10°C kan have en væsentlig indflydelse på output på grund af det meget snævre formningstemperaturområde.
Traditionelt har termoformere været afhængige af specialiserede manuelle teknikker til pladetemperaturstyring.Denne tilgang giver dog ofte mindre end de ønskede resultater med hensyn til produktkonsistens og kvalitet.Operatører har en vanskelig balancegang, som involverer at minimere forskellen mellem pladens kerne- og overfladetemperaturer, samtidig med at begge områder holdes inden for materialets minimums- og maksimumformningstemperaturer.
Derudover er direkte kontakt med plastfolien upraktisk ved termoformning, fordi det kan forårsage pletter på plastikoverflader og uacceptable responstider.
Plastindustrien opdager i stigende grad fordelene ved berøringsfri infrarød teknologi til procestemperaturmåling og -kontrol.Infrarød-baserede sensorløsninger er nyttige til at måle temperatur under omstændigheder, hvor termoelementer eller andre sensorer af sondetypen ikke kan bruges eller ikke producerer nøjagtige data.
Berøringsfrie IR-termometre kan bruges til at overvåge temperaturen i hurtige processer hurtigt og effektivt, der måler produkttemperaturen direkte i stedet for ovnen eller tørretumbleren.Brugerne kan derefter nemt justere procesparametre for at sikre optimal produktkvalitet.
Til termoformningsapplikationer inkluderer et automatiseret infrarødt temperaturovervågningssystem typisk en operatørgrænseflade og et display til procesmålinger fra termoformningsovnen.Et IR-termometer måler temperaturen på de varme, bevægelige plastikplader med 1 % nøjagtighed.En digital panelmåler med indbyggede mekaniske relæer viser temperaturdata og udsender alarmsignaler, når den indstillede temperatur er nået.
Ved hjælp af det infrarøde systemsoftware kan termoformere indstille temperatur- og udgangsområder samt emissions- og alarmpunkter og derefter overvåge temperaturaflæsninger i realtid.Når processen når den indstillede temperatur, lukker et relæ og udløser enten et indikatorlys eller en hørbar alarm for at styre cyklussen.Procestemperaturdata kan arkiveres eller eksporteres til andre applikationer til analyse og procesdokumentation.
Takket være data fra IR-målingerne kan produktionslinjeoperatører bestemme den optimale ovnindstilling til at mætte pladen fuldstændigt på kortest tid uden at overophede midtersektionen.Resultatet af at tilføje nøjagtige temperaturdata til praktisk erfaring muliggør drapering med meget få afslag.Og vanskeligere projekter med tykkere eller tyndere materiale har en mere ensartet endelig vægtykkelse, når plasten opvarmes ensartet.
Termoformningssystemer med IR-sensorteknologi kan også optimere termoplastiske afstøbningsprocesser.I disse processer kører operatører nogle gange deres ovne for varme eller efterlader dele i formen for længe.Ved at bruge et system med en infrarød sensor kan de opretholde ensartede køletemperaturer på tværs af forme, hvilket øger produktionsgennemstrømningen og tillader dele at blive fjernet uden væsentlige tab på grund af klæbning eller deformation.
Selvom berøringsfri infrarød temperaturmåling giver mange dokumenterede fordele for plastproducenter, fortsætter instrumentleverandører med at udvikle nye løsninger, hvilket yderligere forbedrer nøjagtigheden, pålideligheden og brugervenligheden af IR-systemer i krævende produktionsmiljøer.
For at løse synsproblemer med IR-termometre har instrumentvirksomheder udviklet sensorplatforme, der giver integreret målsigte gennem linsen plus enten laser- eller videosigte.Denne kombinerede tilgang sikrer korrekt sigtning og målplacering under de mest ugunstige forhold.
Termometre kan også inkorporere simultan videoovervågning i realtid og automatiseret billedoptagelse og lagring - og dermed levere værdifuld ny procesinformation.Brugere kan hurtigt og nemt tage snapshots af processen og inkludere oplysninger om temperatur og tid/dato i deres dokumentation.
Nutidens kompakte IR-termometre tilbyder dobbelt så høj optisk opløsning som tidligere, omfangsrige sensormodeller, hvilket udvider deres ydeevne i krævende processtyringsapplikationer og tillader direkte udskiftning af kontaktprober.
Nogle nye IR-sensordesigns bruger et miniature-sensorhoved og separat elektronik.Sensorerne kan opnå op til 22:1 optisk opløsning og modstå omgivelsestemperaturer, der nærmer sig 200°C uden afkøling.Dette muliggør nøjagtig måling af meget små pletstørrelser i trange rum og vanskelige omgivende forhold.Sensorerne er små nok til at blive installeret stort set hvor som helst og kan anbringes i et kabinet af rustfrit stål til beskyttelse mod barske industrielle processer.Innovationer inden for IR-sensorelektronik har også forbedret signalbehandlingskapaciteter, herunder emissivitet, sample and hold, peak hold, dal hold og gennemsnitsfunktioner.Med nogle systemer kan disse variable justeres fra en ekstern brugergrænseflade for ekstra bekvemmelighed.
Slutbrugere kan nu vælge IR-termometre med motoriseret, fjernstyret variabel målfokusering.Denne egenskab tillader hurtig og præcis justering af fokus på målemål, enten manuelt på bagsiden af instrumentet eller eksternt via en RS-232/RS-485 pc-forbindelse.
IR-sensorer med fjernstyret variabel målfokusering kan konfigureres i henhold til hvert applikationskrav, hvilket reducerer chancen for forkert installation.Ingeniører kan finjustere sensorens målmålfokus fra sikkerheden på deres eget kontor og løbende observere og registrere temperaturvariationer i deres proces for at træffe øjeblikkelige korrigerende handlinger.
Leverandører forbedrer yderligere alsidigheden af infrarød temperaturmåling ved at forsyne systemer med feltkalibreringssoftware, der giver brugerne mulighed for at kalibrere sensorer på stedet.Plus, nye IR-systemer tilbyder forskellige metoder til fysisk forbindelse, herunder hurtige frakoblingsstik og terminalforbindelser;forskellige bølgelængder til høj- og lavtemperaturmåling;og et udvalg af milliampere, millivolt og termoelementsignaler.
Instrumenteringsdesignere har reageret på emissivitetsproblemer forbundet med IR-sensorer ved at udvikle kortbølgelængdeenheder, der minimerer fejl på grund af emissivitetens usikkerhed.Disse enheder er ikke så følsomme over for ændringer i emissivitet på målmaterialet som konventionelle højtemperatursensorer.Som sådan giver de mere nøjagtige aflæsninger på tværs af forskellige mål ved varierende temperaturer.
IR temperaturmålesystemer med automatisk emissivitetskorrektion gør det muligt for producenterne at opsætte foruddefinerede opskrifter for at imødekomme hyppige produktændringer.Ved hurtigt at identificere termiske uregelmæssigheder inden for målemålet giver de brugeren mulighed for at forbedre produktkvaliteten og ensartetheden, reducere skrot og forbedre driftseffektiviteten.Hvis der opstår en fejl eller defekt, kan systemet udløse en alarm for at muliggøre korrigerende handling.
Forbedret infrarød sensorteknologi kan også hjælpe med at strømline produktionsprocesser.Operatører kan vælge et varenummer fra en eksisterende temperaturindstillingsliste og automatisk registrere hver spidstemperaturværdi.Denne løsning eliminerer sortering og øger cyklustider.Det optimerer også styringen af varmezoner og øger produktiviteten.
For at termoformere fuldt ud kan analysere investeringsafkastet af et automatiseret infrarødt temperaturmålingssystem, skal de se på visse nøglefaktorer.Reduktion af bundlinjeomkostningerne betyder, at der tages hensyn til den tid, energi og mængden af skrotreduktion, der kan finde sted, samt muligheden for at indsamle og rapportere information om hvert ark, der passerer gennem termoformningsprocessen.De overordnede fordele ved et automatiseret IR-sensorsystem inkluderer:
• Evne til at arkivere og give kunderne et termisk billede af hver del, der er fremstillet til kvalitetsdokumentation og ISO-overholdelse.
Berøringsfri infrarød temperaturmåling er ikke en ny teknologi, men nyere innovationer har reduceret omkostningerne, øget pålideligheden og muliggjort mindre måleenheder.Termoformere, der anvender IR-teknologi, nyder godt af produktionsforbedringer og en reduktion af skrot.Kvaliteten af delene forbedres også, fordi producenterne får en mere ensartet tykkelse ud af deres termoformemaskiner.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Indlægstid: 19. august 2019