اندازه گیری دقیق و مداوم دما در صنعت پلاستیک برای اطمینان از تکمیل صحیح محصولات ترموفرم شده بسیار مهم است.در هر دو کاربرد ترموفرمینگ ثابت و چرخشی، دمای شکل‌دهی پایین باعث ایجاد تنش در قسمت تشکیل‌شده می‌شود، در حالی که دمای بیش از حد بالا می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی مانند تاول زدن و از بین رفتن رنگ یا براقی شود.
در این مقاله، ما در مورد اینکه چگونه پیشرفت‌ها در اندازه‌گیری دمای غیر تماسی مادون قرمز (IR) نه تنها به عملیات ترموفرمینگ کمک می‌کند تا فرآیندهای تولید و نتایج تجاری خود را بهینه کنند، بلکه انطباق با استانداردهای صنعت را برای کیفیت و قابلیت اطمینان محصول نهایی نیز ممکن می‌سازد.
ترموفرمینگ فرآیندی است که طی آن یک ورق ترموپلاستیک با حرارت دادن نرم و انعطاف پذیر می شود و با فشار دادن به شکل سه بعدی به صورت دو محوره تغییر شکل می دهد.این فرآیند ممکن است در حضور یا عدم وجود قالب انجام شود.گرم کردن ورق ترموپلاستیک یکی از مهم ترین مراحل در عملیات ترموفرمینگ است.ماشین‌های شکل‌دهی معمولاً از بخاری‌های ساندویچی استفاده می‌کنند که از پانل‌هایی از بخاری‌های مادون قرمز در بالا و پایین مواد ورق تشکیل شده‌اند.
دمای هسته ورق ترموپلاستیک، ضخامت آن و دمای محیط تولید، همگی بر چگونگی جریان زنجیره‌های پلیمری پلاستیکی به حالت قالب‌گیری و تبدیل آن به ساختار پلیمری نیمه کریستالی تأثیر می‌گذارند.ساختار مولکولی منجمد نهایی ویژگی های فیزیکی مواد و همچنین عملکرد محصول نهایی را تعیین می کند.
در حالت ایده آل، ورق ترموپلاستیک باید به طور یکنواخت تا دمای شکل دهی مناسب خود گرم شود.ورق سپس به ایستگاه قالب‌گیری منتقل می‌شود، جایی که دستگاهی آن را روی قالب فشار می‌دهد تا قطعه را با استفاده از خلاء یا هوای تحت فشار، گاهی اوقات با کمک یک شاخه مکانیکی، تشکیل دهد.در نهایت، قطعه برای مرحله خنک شدن فرآیند از قالب خارج می شود.
اکثر تولیدات ترموفرمینگ توسط ماشین‌های تغذیه رول انجام می‌شود، در حالی که ماشین‌های تغذیه ورق برای کاربردهای حجم کمتری هستند.با عملیات حجم بسیار زیاد، یک سیستم ترموفرمینگ کاملاً یکپارچه، درون خطی و حلقه بسته قابل توجیه است.این خط پلاستیک مواد خام را دریافت می کند و اکسترودرها مستقیماً به دستگاه ترموفرمینگ تغذیه می کنند.
انواع خاصی از ابزارهای ترموفرمینگ امکان برش محصول تشکیل شده را در دستگاه ترموفرمینگ فراهم می کنند.دقت بیشتر برش با استفاده از این روش امکان پذیر است زیرا محصول و ضایعات اسکلتی نیازی به جابجایی ندارند.گزینه های جایگزین جایی هستند که ورق تشکیل شده مستقیماً به ایستگاه کشت نمایه می شود.
حجم تولید بالا معمولاً مستلزم ادغام یک استکر قطعات با دستگاه ترموفرمینگ است.پس از انباشته شدن، محصولات تمام شده در جعبه هایی برای حمل و نقل به مشتری نهایی بسته بندی می شوند.ضایعات اسکلتی جدا شده برای خرد کردن بعدی روی یک ماندریل پیچیده می‌شود یا از یک دستگاه خردکن در راستای دستگاه ترموفرمینگ عبور می‌کند.
ترموفرمینگ ورق بزرگ یک عملیات پیچیده مستعد در برابر اغتشاشات است که می تواند تعداد قطعات رد شده را تا حد زیادی افزایش دهد.الزامات سختگیرانه امروزی برای کیفیت سطح قطعه، دقت ضخامت، زمان چرخه و بازده، همراه با پنجره پردازش کوچک پلیمرهای طراح جدید و ورق های چند لایه، تولیدکنندگان را بر آن داشته است تا به دنبال راه هایی برای بهبود کنترل این فرآیند باشند.
در طول شکل دهی حرارتی، گرمایش ورق از طریق تشعشع، جابجایی و هدایت اتفاق می افتد.این مکانیسم ها مقدار زیادی عدم قطعیت، و همچنین تغییرات زمانی و غیرخطی را در دینامیک انتقال حرارت معرفی می کنند.علاوه بر این، گرمایش ورق یک فرآیند توزیع فضایی است که به بهترین وجه توسط معادلات دیفرانسیل جزئی توصیف می‌شود.
ترموفرمینگ نیاز به یک نقشه دمایی دقیق و چند ناحیه ای قبل از تشکیل قطعات پیچیده دارد.این مشکل با این واقعیت ترکیب می شود که دما معمولاً در عناصر گرمایشی کنترل می شود، در حالی که توزیع دما در ضخامت ورق متغیر اصلی فرآیند است.
به عنوان مثال، یک ماده آمورف مانند پلی استایرن به دلیل استحکام مذاب بالا، عموماً یکپارچگی خود را هنگام گرم شدن تا دمای تشکیل خود حفظ می کند.در نتیجه رسیدگی و شکل دادن به آن آسان است.هنگامی که یک ماده کریستالی گرم می شود، پس از رسیدن به دمای مذاب، به طور چشمگیری از جامد به مایع تغییر می کند و پنجره دمای تشکیل را بسیار باریک می کند.
تغییرات دمای محیط نیز باعث ایجاد مشکلاتی در ترموفرمینگ می شود.در صورت تغییر دمای کارخانه (یعنی در طول ماه های تابستان) روش آزمون و خطا برای یافتن سرعت تغذیه رول برای تولید قالب های قابل قبول ممکن است ناکافی باشد.تغییر درجه حرارت 10 درجه سانتیگراد می تواند تأثیر قابل توجهی بر خروجی داشته باشد زیرا محدوده دمایی شکل گیری بسیار باریک است.
به طور سنتی، ترموفرمرها بر تکنیک های دستی تخصصی برای کنترل دمای ورق تکیه می کردند.با این حال، این رویکرد اغلب کمتر از نتایج مطلوب از نظر ثبات و کیفیت محصول به دست می‌دهد.اپراتورها یک عمل متعادل کننده دشواری دارند که شامل به حداقل رساندن اختلاف بین دمای هسته و سطح ورق است، در حالی که اطمینان حاصل می شود که هر دو ناحیه در حداقل و حداکثر دمای شکل گیری ماده باقی می مانند.
علاوه بر این، تماس مستقیم با ورق پلاستیک در فرم دهی حرارتی غیرعملی است زیرا می تواند باعث ایجاد لکه روی سطوح پلاستیکی و زمان پاسخ غیرقابل قبول شود.
صنعت پلاستیک به طور فزاینده ای در حال کشف مزایای فناوری مادون قرمز غیر تماسی برای اندازه گیری و کنترل دمای فرآیند است.محلول‌های حسگر مبتنی بر فروسرخ برای اندازه‌گیری دما در شرایطی که ترموکوپل‌ها یا دیگر سنسورهای نوع پروب قابل استفاده نیستند یا داده‌های دقیقی تولید نمی‌کنند مفید هستند.
دماسنج های IR غیر تماسی را می توان برای نظارت بر دمای فرآیندهای سریع و کارآمد، اندازه گیری مستقیم دمای محصول به جای اجاق گاز یا خشک کن استفاده کرد.سپس کاربران می توانند به راحتی پارامترهای فرآیند را برای اطمینان از کیفیت مطلوب محصول تنظیم کنند.
برای کاربردهای ترموفرمینگ، یک سیستم نظارت بر دمای مادون قرمز خودکار معمولاً شامل یک رابط اپراتور و یک نمایشگر برای اندازه‌گیری فرآیند از اجاق حرارتی است.دماسنج IR دمای ورق های پلاستیکی داغ و متحرک را با دقت 1% اندازه گیری می کند.یک پانل متر دیجیتال با رله های مکانیکی داخلی داده های دما را نمایش می دهد و سیگنال های هشدار را هنگامی که به دمای نقطه تنظیم شده رسید، خروجی می دهد.
با استفاده از نرم‌افزار سیستم مادون قرمز، ترموفرمرها می‌توانند محدوده‌های دما و خروجی و همچنین نقاط انتشار و هشدار را تنظیم کنند و سپس خوانش‌های دما را به صورت بلادرنگ نظارت کنند.هنگامی که فرآیند به دمای نقطه تنظیم می رسد، یک رله بسته می شود و یک چراغ نشانگر یا یک زنگ صوتی را برای کنترل چرخه فعال می کند.داده های دمای فرآیند را می توان بایگانی کرد یا به برنامه های کاربردی دیگر برای تجزیه و تحلیل و مستندسازی فرآیند صادر کرد.
به لطف داده‌های اندازه‌گیری‌های IR، اپراتورهای خط تولید می‌توانند تنظیم بهینه اجاق را برای اشباع کامل ورق در کوتاه‌ترین زمان بدون گرم کردن بیش از حد قسمت میانی تعیین کنند.نتیجه افزودن داده‌های دما دقیق به تجربه عملی، قالب‌گیری پرده‌ای را با رد بسیار کمی امکان‌پذیر می‌سازد.و پروژه‌های دشوارتر با مواد ضخیم‌تر یا نازک‌تر، ضخامت دیواره نهایی یکنواخت‌تری دارند که پلاستیک به طور یکنواخت گرم شود.
سیستم های ترموفرمینگ با فناوری حسگر IR نیز می توانند فرآیندهای قالب گیری گرمانرم را بهینه کنند.در این فرآیندها، اپراتورها گاهی اوقات فرهای خود را خیلی داغ می کنند یا قطعات را برای مدت طولانی در قالب می گذارند.با استفاده از یک سیستم با سنسور مادون قرمز، آنها می توانند دمای خنک کننده ثابت را در سراسر قالب ها حفظ کنند، توان تولید را افزایش دهند و اجازه دهند قطعات بدون تلفات قابل توجه به دلیل چسبندگی یا تغییر شکل حذف شوند.
حتی اگر اندازه گیری دمای مادون قرمز غیر تماسی مزایای ثابت شده زیادی را برای تولید کنندگان پلاستیک ارائه می دهد، تامین کنندگان ابزار دقیق به توسعه راه حل های جدید ادامه می دهند و دقت، قابلیت اطمینان و سهولت استفاده از سیستم های IR را در محیط های تولیدی پر تقاضا بهبود می بخشند.
برای رسیدگی به مشکلات دید با دماسنج‌های IR، شرکت‌های ابزارسازی، پلت‌فرم‌های حسگری را توسعه داده‌اند که مشاهده هدف یکپارچه از طریق لنز، به‌علاوه رؤیت لیزری یا ویدیویی را ارائه می‌دهند.این رویکرد ترکیبی، هدف گیری صحیح و مکان هدف را تحت نامطلوب ترین شرایط تضمین می کند.
دماسنج ها همچنین ممکن است نظارت همزمان ویدیویی و ضبط و ذخیره خودکار تصویر را در خود جای دهند - بنابراین اطلاعات فرآیند جدید ارزشمندی را ارائه می دهند.کاربران می توانند به سرعت و به راحتی از این فرآیند عکس بگیرند و اطلاعات دما و زمان/تاریخ را در اسناد خود بگنجانند.
دماسنج های IR جمع و جور امروزی دو برابر مدل های حسگر حجیم قبلی وضوح نوری را ارائه می دهند و عملکرد آنها را در برنامه های کاربردی کنترل فرآیند افزایش می دهند و امکان جایگزینی مستقیم پروب های تماسی را فراهم می کنند.
برخی از طراحی‌های جدید حسگر IR از سر حسگر مینیاتوری و الکترونیک جداگانه استفاده می‌کنند.این سنسورها می توانند تا وضوح نوری 22:1 را به دست آورند و دمای محیطی نزدیک به 200 درجه سانتیگراد را بدون هیچ خنک کننده ای تحمل کنند.این امکان اندازه گیری دقیق اندازه نقاط بسیار کوچک را در فضاهای محدود و شرایط محیطی دشوار فراهم می کند.سنسورها به اندازه‌ای کوچک هستند که تقریباً در هر مکانی نصب شوند و می‌توان آنها را در یک محفظه فولادی ضد زنگ برای محافظت در برابر فرآیندهای سخت صنعتی قرار داد.نوآوری‌ها در الکترونیک حسگر IR همچنین قابلیت‌های پردازش سیگنال را بهبود بخشیده است، از جمله عملکردهای انتشار، نمونه و نگهداری، نگه‌داشتن قله، نگهداری دره و میانگین‌گیری.در برخی از سیستم ها، این متغیرها را می توان از یک رابط کاربری راه دور برای راحتی بیشتر تنظیم کرد.
کاربران نهایی اکنون می توانند دماسنج های IR را با فوکوس هدف متغیر با کنترل از راه دور انتخاب کنند.این قابلیت امکان تنظیم سریع و دقیق تمرکز اهداف اندازه گیری را می دهد، چه به صورت دستی در پشت دستگاه یا از راه دور از طریق اتصال PC RS-232/RS-485.
سنسورهای مادون قرمز با فوکوس هدف متغیر کنترل از راه دور را می توان با توجه به نیازهای هر برنامه پیکربندی کرد و احتمال نصب نادرست را کاهش داد.مهندسان می‌توانند فوکوس هدف اندازه‌گیری حسگر را از ایمنی دفتر خود تنظیم کنند و به طور مداوم تغییرات دما را در فرآیند خود مشاهده و ثبت کنند تا اقدامات اصلاحی فوری انجام دهند.
تامین‌کنندگان با ارائه سیستم‌هایی با نرم‌افزار کالیبراسیون میدانی، تطبیق‌پذیری اندازه‌گیری دمای مادون قرمز را بهبود می‌بخشند و به کاربران اجازه می‌دهند حسگرها را در محل کالیبره کنند.به علاوه، سیستم‌های IR جدید ابزارهای مختلفی را برای اتصال فیزیکی ارائه می‌دهند، از جمله اتصالات قطع سریع و اتصالات ترمینال.طول موج های مختلف برای اندازه گیری دمای بالا و پایین؛و انتخاب سیگنال های میلی آمپر، میلی ولت و ترموکوپل.
طراحان ابزار دقیق با توسعه واحدهای طول موج کوتاه که خطاهای ناشی از عدم قطعیت انتشار را به حداقل می‌رسانند، به مسائل انتشار مرتبط با حسگرهای IR پاسخ داده‌اند.این دستگاه ها به اندازه سنسورهای معمولی و دمای بالا نسبت به تغییرات انتشار روی ماده هدف حساس نیستند.به این ترتیب، آنها خوانش های دقیق تری را از اهداف مختلف در دماهای مختلف ارائه می دهند.
سیستم‌های اندازه‌گیری دمای IR با حالت تصحیح تابش خودکار تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا دستور العمل‌های از پیش تعریف‌شده را برای تطبیق با تغییرات مکرر محصول تنظیم کنند.با شناسایی سریع بی‌نظمی‌های حرارتی در هدف اندازه‌گیری، به کاربر امکان می‌دهند کیفیت و یکنواختی محصول را بهبود بخشند، ضایعات را کاهش دهند و کارایی عملیاتی را بهبود بخشند.اگر خطا یا نقصی رخ دهد، سیستم می تواند زنگ هشداری را برای انجام اقدامات اصلاحی راه اندازی کند.
فناوری سنجش مادون قرمز پیشرفته همچنین می تواند به ساده سازی فرآیندهای تولید کمک کند.اپراتورها می توانند یک شماره قطعه را از لیست نقطه تنظیم دمای موجود انتخاب کنند و به طور خودکار هر مقدار دمای پیک را ثبت کنند.این محلول مرتب سازی را حذف می کند و زمان چرخه را افزایش می دهد.همچنین کنترل مناطق گرمایش را بهینه می کند و بهره وری را افزایش می دهد.
برای اینکه ترموفرمرها بتوانند بازگشت سرمایه یک سیستم اندازه‌گیری دمای خودکار مادون قرمز را به طور کامل تجزیه و تحلیل کنند، باید به عوامل کلیدی خاصی توجه کنند.کاهش هزینه های نهایی به معنای در نظر گرفتن زمان، انرژی و میزان کاهش ضایعاتی است که ممکن است اتفاق بیفتد، و همچنین توانایی جمع آوری و گزارش اطلاعات در مورد هر ورقی که از فرآیند ترموفرمینگ عبور می کند.مزایای کلی یک سیستم سنجش خودکار IR عبارتند از:
• امکان آرشیو و ارائه تصویر حرارتی به مشتریان از هر قطعه ساخته شده برای مستندات با کیفیت و مطابقت با ISO.
اندازه گیری دمای بدون تماس مادون قرمز فناوری جدیدی نیست، اما نوآوری های اخیر هزینه ها را کاهش داده، قابلیت اطمینان را افزایش داده و واحدهای اندازه گیری کوچکتری را فعال کرده است.ترموفرماتورهایی که از فناوری IR استفاده می کنند از بهبود تولید و کاهش ضایعات سود می برند.کیفیت قطعات نیز بهبود می یابد زیرا تولید کنندگان ضخامت یکنواخت تری را از ماشین های ترموفرمینگ خود دریافت می کنند.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
زمان ارسال: اوت-19-2019