Johdonmukainen ja tarkka lämpötilan mittaus on muoviteollisuudessa kriittistä lämpömuovattujen tuotteiden oikean viimeistelyn varmistamiseksi.Sekä kiinteissä että pyörivissä lämpömuovaussovelluksissa alhainen muovauslämpötila aiheuttaa jännityksiä muotoiltuun osaan, kun taas liian korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa ongelmia, kuten rakkuloita ja värin tai kiillon menetystä.
Tässä artikkelissa keskustelemme siitä, kuinka infrapuna (IR) kosketuksettoman lämpötilamittauksen edistysaskel ei ainoastaan auta lämpömuovaustoimintoja optimoimaan tuotantoprosessejaan ja liiketoimintatuloksiaan, vaan myös mahdollistaa alan standardien noudattamisen lopputuotteiden laadun ja luotettavuuden osalta.
Lämpömuovaus on prosessi, jossa kestomuovilevystä tehdään pehmeä ja taipuisa kuumentamalla ja muutetaan kaksiakselisesti muotoaan pakottamalla se kolmiulotteiseen muotoon.Tämä prosessi voi tapahtua homeen läsnä ollessa tai ilman sitä.Kestomuovauslevyn kuumennus on yksi tärkeimmistä lämpömuovauksen vaiheista.Muotoilukoneissa käytetään tyypillisesti sandwich-tyyppisiä lämmittimiä, jotka koostuvat levymateriaalin ylä- ja alapuolella olevista infrapunalämmittimien paneeleista.
Kestomuovilevyn ydinlämpötila, sen paksuus ja valmistusympäristön lämpötila vaikuttavat kaikki siihen, miten muoviset polymeeriketjut virtaavat muovautuvaan tilaan ja muuttuvat puolikiteiseksi polymeerirakenteeksi.Lopullinen jäädytetty molekyylirakenne määrää materiaalin fysikaaliset ominaisuudet sekä lopputuotteen suorituskyvyn.
Ihannetapauksessa termoplastisen levyn tulisi lämmetä tasaisesti sopivaan muodostuslämpötilaansa.Sitten levy siirtyy muovausasemalle, jossa laite painaa sitä muottia vasten osan muodostamiseksi joko tyhjiöllä tai paineilmalla, joskus mekaanisen tulpan avulla.Lopuksi osa irtoaa muotista prosessin jäähdytysvaihetta varten.
Suurin osa lämpömuovaustuotannosta tapahtuu rullasyöttökoneilla, kun taas arkkisyötetyt koneet on tarkoitettu pienempien volyymien sovelluksiin.Täysin integroitu, in-line, suljetun silmukan lämpömuovausjärjestelmä voi olla perusteltua erittäin suurilla volyymeillä.Linja vastaanottaa raaka-aineen muovia ja ekstruuderit syöttävät suoraan lämpömuovauskoneeseen.
Tietyntyyppiset lämpömuovaustyökalut mahdollistavat muodostetun tuotteen leikkaamisen lämpömuovauskoneessa.Tällä menetelmällä on mahdollista saada suurempi leikkaustarkkuus, koska tuotetta ja luurankoromua ei tarvitse sijoittaa uudelleen.Vaihtoehtoina on, että muodostettu arkki indeksoituu suoraan rajausasemaan.
Suuri tuotantomäärä vaatii tyypillisesti osien pinoajan integroinnin lämpömuovauskoneeseen.Kun valmiit tuotteet on pinottu, ne pakataan laatikoihin kuljetettavaksi loppuasiakkaalle.Erotettu luurankoromu kääritään tuurnalle myöhempää pilkkomista varten tai kulkee silppurikoneen läpi linjassa lämpömuovauskoneen kanssa.
Suuren levyn lämpömuovaus on monimutkainen toimenpide, joka on herkkä häiriöille, mikä voi lisätä huomattavasti hylättyjen osien määrää.Nykyiset tiukat vaatimukset osien pinnan laadulle, paksuuden tarkkuudelle, syklin ajalle ja tuotolle yhdistettynä uusien designpolymeerien ja monikerroksisten arkkien pieni prosessointiikkuna ovat saaneet valmistajat etsimään tapoja parantaa tämän prosessin hallintaa.
Lämpömuovauksen aikana levyn kuumennus tapahtuu säteilyn, konvektion ja johtumisen kautta.Nämä mekanismit tuovat mukanaan paljon epävarmuutta, samoin kuin aikavaihteluita ja epälineaarisuutta lämmönsiirtodynamiikassa.Lisäksi levyn kuumennus on spatiaalisesti jakautunut prosessi, jota parhaiten kuvaavat osittaiset differentiaaliyhtälöt.
Lämpömuovaus vaatii tarkan, usean vyöhykkeen lämpötilakartan ennen monimutkaisten osien muodostamista.Tätä ongelmaa pahentaa se tosiasia, että lämpötilaa säädellään tyypillisesti lämmityselementeillä, kun taas lämpötilan jakautuminen levyn paksuuden poikki on tärkein prosessimuuttuja.
Esimerkiksi amorfinen materiaali, kuten polystyreeni, säilyttää yleensä eheytensä kuumennettaessa muodostumislämpötilaansa korkean sulalujuuden vuoksi.Tämän seurauksena sitä on helppo käsitellä ja muotoilla.Kun kiteistä materiaalia kuumennetaan, se muuttuu dramaattisemmin kiinteästä nesteeksi, kun sen sulamislämpötila on saavutettu, jolloin muodostumislämpötilaikkuna on hyvin kapea.
Muutokset ympäristön lämpötiloissa aiheuttavat myös ongelmia lämpömuovauksessa.Yrityksen ja erehdyksen menetelmä telan syöttönopeuden löytämiseksi hyväksyttävien listojen tuottamiseksi saattaa osoittautua riittämättömäksi, jos tehtaan lämpötila muuttuu (eli kesäkuukausina).10°C:n lämpötilan muutoksella voi olla merkittävä vaikutus tehoon, koska muovauslämpötila-alue on hyvin kapea.
Perinteisesti lämpömuovaajat ovat luottaneet erikoistuneisiin manuaalisiin tekniikoihin arkin lämpötilan säätelyssä.Tämä lähestymistapa tuottaa kuitenkin usein vähemmän kuin toivotut tulokset tuotteen johdonmukaisuuden ja laadun suhteen.Käyttäjillä on vaikea tasapainotus, jossa arkin ydin- ja pintalämpötilojen välinen ero minimoidaan ja samalla varmistetaan, että molemmat alueet pysyvät materiaalin minimi- ja maksimimuovauslämpötiloissa.
Lisäksi suora kosketus muovilevyn kanssa on epäkäytännöllistä lämpömuovauksessa, koska se voi aiheuttaa tahroja muovipinnoille ja kohtuuttomia vasteaikoja.
Muoviteollisuus havaitsee yhä useammin kosketuksettoman infrapunatekniikan edut prosessin lämpötilan mittauksessa ja ohjauksessa.Infrapunapohjaiset anturiratkaisut ovat hyödyllisiä lämpötilan mittaamiseen olosuhteissa, joissa termopareja tai muita anturityyppisiä antureita ei voida käyttää tai ne eivät tuota tarkkaa tietoa.
Kosketuksettomilla IR-lämpömittareilla voidaan seurata nopeasti etenevien prosessien lämpötilaa nopeasti ja tehokkaasti mittaamalla tuotteen lämpötilaa suoraan uunin tai kuivaimen sijaan.Käyttäjät voivat sitten helposti säätää prosessiparametreja varmistaakseen optimaalisen tuotteen laadun.
Lämpömuovaussovelluksia varten automatisoitu infrapunalämpötilan valvontajärjestelmä sisältää tyypillisesti käyttöliittymän ja näytön lämpömuovausuunin prosessimittauksia varten.IR-lämpömittari mittaa kuumien, liikkuvien muovilevyjen lämpötilaa 1 %:n tarkkuudella.Digitaalinen paneelimittari, jossa on sisäänrakennetut mekaaniset releet, näyttää lämpötilatiedot ja lähettää hälytyssignaaleja, kun asetettu lämpötila saavutetaan.
Infrapunajärjestelmän ohjelmiston avulla lämpömuovaajat voivat asettaa lämpötila- ja tehoalueita sekä emissio- ja hälytyspisteitä ja seurata sitten lämpötilalukemia reaaliajassa.Kun prosessi saavuttaa asetuslämpötilan, rele sulkeutuu ja joko laukaisee merkkivalon tai äänihälytyksen syklin ohjaamiseksi.Prosessin lämpötilatiedot voidaan arkistoida tai viedä muihin sovelluksiin analysointia ja prosessidokumentaatiota varten.
IR-mittauksista saatujen tietojen ansiosta tuotantolinjan käyttäjät voivat määrittää optimaalisen uuniasetuksen, jotta arkki kyllästyy kokonaan mahdollisimman lyhyessä ajassa ilman, että keskiosa ylikuumenee.Tarkkojen lämpötilatietojen lisääminen käytännön kokemukseen mahdollistaa verhojen muovaamisen erittäin harvoilla hylkäyksillä.Ja vaikeammilla hankkeilla, joissa on paksumpi tai ohuempi materiaali, on tasaisempi lopullinen seinämäpaksuus, kun muovia kuumennetaan tasaisesti.
IR-anturitekniikalla varustetut lämpömuovausjärjestelmät voivat myös optimoida kestomuovin muotinpoistoprosesseja.Näissä prosesseissa käyttäjät käyttävät joskus uunejaan liian kuumiksi tai jättävät osia muottiin liian pitkäksi aikaa.Käyttämällä järjestelmää, jossa on infrapuna-anturi, ne voivat ylläpitää tasaisia jäähdytyslämpötiloja muottien välillä, mikä lisää tuotantokapasiteettia ja mahdollistaa osien poistamisen ilman merkittäviä takertumisen tai muodonmuutosten aiheuttamia häviöitä.
Vaikka kosketukseton infrapunalämpötilan mittaus tarjoaa muovivalmistajille monia todistettuja etuja, instrumenttien toimittajat jatkavat uusien ratkaisujen kehittämistä, mikä parantaa IR-järjestelmien tarkkuutta, luotettavuutta ja helppokäyttöisyyttä vaativissa tuotantoympäristöissä.
IR-lämpömittareiden tähtäysongelmien ratkaisemiseksi instrumenttiyritykset ovat kehittäneet anturialustoja, jotka tarjoavat integroidun linssin läpi tapahtuvan tähtäyksen sekä joko laser- tai videotähtäyksen.Tämä yhdistetty lähestymistapa varmistaa oikean suuntauksen ja kohteen sijainnin kaikkein epäsuotuisimmissa olosuhteissa.
Lämpömittarit voivat myös sisältää samanaikaisen reaaliaikaisen videovalvonnan ja automaattisen kuvantallennus- ja tallennustilan – näin tuottavat arvokasta uutta prosessitietoa.Käyttäjät voivat ottaa nopeasti ja helposti tilannekuvia prosessista ja sisällyttää dokumentaatioihinsa lämpötila- ja aika-/päivämäärätiedot.
Nykypäivän kompaktit IR-lämpömittarit tarjoavat kaksi kertaa paremman optisen resoluution kuin aikaisemmissa isoissa anturimalleissa, mikä lisää niiden suorituskykyä vaativissa prosessinohjaussovelluksissa ja mahdollistaa kosketusanturien suoran vaihdon.
Jotkut uudet IR-anturimallit käyttävät miniatyyriä anturipäätä ja erillistä elektroniikkaa.Anturit voivat saavuttaa jopa 22:1 optisen resoluution ja kestävät 200 °C:n ympäristön lämpötilan ilman jäähdytystä.Tämä mahdollistaa erittäin pienten pistekokojen tarkan mittauksen ahtaissa tiloissa ja vaikeissa ympäristöolosuhteissa.Anturit ovat tarpeeksi pieniä asennettavaksi melkein minne tahansa, ja ne voidaan sijoittaa ruostumattomasta teräksestä valmistettuun koteloon suojaamaan ankaria teollisuusprosesseja vastaan.Innovaatiot IR-anturien elektroniikassa ovat myös parantaneet signaalinkäsittelyominaisuuksia, kuten emissiivisyys-, näyte- ja pito-, huippupito-, laakson pito- ja keskiarvotoimintoja.Joissakin järjestelmissä näitä muuttujia voidaan säätää etäkäyttöliittymästä käyttömukavuuden lisäämiseksi.
Loppukäyttäjät voivat nyt valita IR-lämpömittarit, joissa on moottoroitu, kauko-ohjattava muuttuva kohdetarkennus.Tämä ominaisuus mahdollistaa mittauskohteiden tarkennuksen nopean ja tarkan säätämisen joko manuaalisesti laitteen takana tai etänä RS-232/RS-485 PC-liitännän kautta.
IR-anturit, joissa on kauko-ohjattu muuttuva kohdetarkennus, voidaan konfiguroida kunkin sovelluksen vaatimuksen mukaan, mikä vähentää virheellisen asennuksen mahdollisuutta.Insinöörit voivat hienosäätää anturin mittauskohdistusta oman toimistonsa turvallisuudesta ja jatkuvasti tarkkailla ja tallentaa lämpötilavaihteluita prosessissaan ryhtyäkseen välittömiin korjaaviin toimenpiteisiin.
Toimittajat parantavat edelleen infrapunalämpötilan mittauksen monipuolisuutta toimittamalla järjestelmiin kenttäkalibrointiohjelmiston, jonka avulla käyttäjät voivat kalibroida antureita paikan päällä.Lisäksi uudet IR-järjestelmät tarjoavat erilaisia tapoja fyysiseen liitäntään, mukaan lukien pikaliittimet ja pääteliitännät;eri aallonpituudet korkean ja matalan lämpötilan mittaukseen;ja valikoima milliampeeri-, millivoltti- ja termoparisignaaleja.
Instrumentointisuunnittelijat ovat vastanneet IR-antureisiin liittyviin emissiivisyysongelmiin kehittämällä lyhyen aallonpituuden yksiköitä, jotka minimoivat emissiivisyyden epävarmuudesta johtuvat virheet.Nämä laitteet eivät ole yhtä herkkiä kohdemateriaalin emissiokyvyn muutoksille kuin perinteiset korkean lämpötilan anturit.Sellaisenaan ne tarjoavat tarkempia lukemia eri kohteista vaihtelevissa lämpötiloissa.
IR-lämpötilanmittausjärjestelmät, joissa on automaattinen emissiokyvyn korjaustila, antavat valmistajille mahdollisuuden määrittää ennalta määritettyjä reseptejä, jotta ne mukautuvat usein tapahtuviin tuotemuutoksiin.Tunnistamalla nopeasti mittauskohteen lämpöepäsäännöllisyydet, ne antavat käyttäjälle mahdollisuuden parantaa tuotteiden laatua ja tasaisuutta, vähentää romua ja parantaa toimintatehokkuutta.Jos ilmenee vika tai vika, järjestelmä voi laukaista hälytyksen korjaustoimenpiteiden mahdollistamiseksi.
Parannettu infrapunatunnistustekniikka voi myös auttaa tehostamaan tuotantoprosesseja.Käyttäjät voivat valita osanumeron olemassa olevasta lämpötilan asetusarvoluettelosta ja tallentaa automaattisesti jokaisen huippulämpötila-arvon.Tämä ratkaisu eliminoi lajittelun ja pidentää kiertoaikoja.Se myös optimoi lämmitysvyöhykkeiden ohjauksen ja lisää tuottavuutta.
Jotta lämpömuovaajat voivat analysoida täysin automatisoidun infrapunalämpötilan mittausjärjestelmän sijoitetun pääoman tuottoprosenttia, heidän on tarkasteltava tiettyjä keskeisiä tekijöitä.Alimman rivin kustannusten vähentäminen tarkoittaa, että otetaan huomioon aika, energia ja mahdollisesti tapahtuvan romun vähentämisen määrä sekä mahdollisuus kerätä ja raportoida tiedot jokaisesta lämpömuovausprosessin läpi kulkevasta arkista.Automatisoidun IR-tunnistinjärjestelmän yleiset edut ovat:
• Mahdollisuus arkistoida ja tarjota asiakkaille lämpökuva jokaisesta valmistetusta osasta laatudokumentaatiota ja ISO-yhteensopivuutta varten.
Kosketukseton infrapunalämpötilan mittaus ei ole uusi tekniikka, mutta viimeaikaiset innovaatiot ovat alentaneet kustannuksia, lisänneet luotettavuutta ja mahdollistaneet pienemmät mittayksiköt.IR-teknologiaa käyttävät lämpömuovaajat hyötyvät tuotannon parannuksista ja romun vähenemisestä.Myös osien laatu paranee, koska valmistajat saavat lämpömuovauskoneistaan tasaisemman paksuuden.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Postitusaika: 19.8.2019