Dosljedno, točno mjerenje temperature ključno je u industriji plastike kako bi se osigurala ispravna završna obrada termoformiranih proizvoda.I u stacionarnim i u rotacijskim primjenama termoformiranja, niska temperatura oblikovanja stvara naprezanja u oblikovanom dijelu, dok previsoke temperature mogu uzrokovati probleme kao što su stvaranje mjehurića i gubitak boje ili sjaja.
U ovom ćemo članku raspravljati o tome kako napredak u infracrvenom (IR) beskontaktnom mjerenju temperature ne samo da pomaže operacijama termoformiranja optimizirati njihove proizvodne procese i poslovne rezultate, već također omogućuje usklađenost s industrijskim standardima za kvalitetu i pouzdanost konačnog proizvoda.
Termoformiranje je proces kojim termoplastična ploča postaje mekana i savitljiva zagrijavanjem, te biaksijalno deformirana prisiljavanjem u trodimenzionalni oblik.Ovaj se proces može odvijati u prisutnosti ili odsutnosti plijesni.Zagrijavanje termoplastične ploče jedna je od najvažnijih faza u operaciji termoformiranja.Strojevi za oblikovanje obično koriste grijače sendvič tipa, koji se sastoje od panela infracrvenih grijača iznad i ispod materijala u obliku ploče.
Temperatura jezgre termoplastične ploče, njezina debljina i temperatura proizvodnog okoliša utječu na to kako plastični polimerni lanci teku u stanje za oblikovanje i reformiraju se u polukristaliničnu polimernu strukturu.Konačna smrznuta molekularna struktura određuje fizičke karakteristike materijala, kao i performanse konačnog proizvoda.
U idealnom slučaju, termoplastična ploča trebala bi se jednoliko zagrijati do odgovarajuće temperature oblikovanja.List se zatim prenosi u stanicu za kalupljenje, gdje ga uređaj pritišće na kalup kako bi formirao dio, koristeći ili vakuum ili zrak pod pritiskom, ponekad uz pomoć mehaničkog čepa.Na kraju, dio se izbacuje iz kalupa za fazu hlađenja procesa.
Većina proizvodnje termoformiranja odvija se na strojevima za uvlačenje na valjke, dok su strojevi za uvlačenje u listove za manje količine.S operacijama vrlo velikog volumena, potpuno integrirani, in-line, zatvoreni sustav termoformiranja može biti opravdan.Linija prima plastičnu sirovinu, a ekstruderi ulaze izravno u stroj za termoformiranje.
Određene vrste alata za termooblikovanje omogućuju izrezivanje oblikovanog predmeta unutar stroja za termooblikovanje.Ovom metodom moguća je veća točnost rezanja jer proizvod i skeletni otpad ne trebaju ponovno pozicioniranje.Alternative su gdje se formirani list indeksira izravno na stanicu za obrezivanje.
Veliki obujam proizvodnje obično zahtijeva integraciju slagača dijelova sa strojem za termooblikovanje.Jednom složeni, gotovi artikli pakiraju se u kutije za transport do krajnjeg kupca.Odvojeni skeletni otpad namotava se na mandrilu za naknadno sjeckanje ili prolazi kroz stroj za sjeckanje u liniji sa strojem za termoformiranje.
Termooblikovanje velikih limova je složena operacija podložna poremećajima, koji mogu uvelike povećati broj odbačenih dijelova.Današnji strogi zahtjevi za kvalitetom površine dijela, preciznošću debljine, trajanjem ciklusa i iskorištenjem, u kombinaciji s malim prozorom obrade novih dizajnerskih polimera i višeslojnih listova, potaknuli su proizvođače da potraže načine za poboljšanje kontrole ovog procesa.
Tijekom termoformiranja, zagrijavanje lima događa se zračenjem, konvekcijom i kondukcijom.Ovi mehanizmi unose veliku količinu nesigurnosti, kao i vremenske varijacije i nelinearnosti u dinamiku prijenosa topline.Nadalje, zagrijavanje ploča je prostorno distribuiran proces koji se najbolje opisuje parcijalnim diferencijalnim jednadžbama.
Termooblikovanje zahtijeva preciznu mapu temperature s više zona prije oblikovanja složenih dijelova.Ovaj problem je složen činjenicom da se temperatura obično kontrolira na grijaćim elementima, dok je raspodjela temperature po debljini lima glavna varijabla procesa.
Na primjer, amorfni materijal kao što je polistiren općenito će zadržati svoj integritet kada se zagrije na temperaturu formiranja zbog visoke čvrstoće taljenja.Kao rezultat toga, lako se rukuje i oblikuje.Kada se kristalni materijal zagrijava, dramatičnije se mijenja iz krutog u tekuće kada se dosegne temperatura taljenja, čineći temperaturni prozor formiranja vrlo uskim.
Promjene u temperaturi okoline također uzrokuju probleme u termoformiranju.Metoda pokušaja i pogrešaka za pronalaženje brzine dodavanja valjaka za proizvodnju prihvatljivih kalupa mogla bi se pokazati neprikladnom ako bi se tvornička temperatura promijenila (tj. tijekom ljetnih mjeseci).Promjena temperature od 10°C može imati značajan utjecaj na učinak zbog vrlo uskog raspona temperature oblikovanja.
Tradicionalno, termoformeri su se oslanjali na specijalizirane ručne tehnike za kontrolu temperature lista.Međutim, ovaj pristup često daje manje od željenih rezultata u smislu dosljednosti i kvalitete proizvoda.Operatori imaju težak čin balansiranja, koji uključuje minimiziranje razlike između temperature jezgre i površine ploče, dok osiguravaju da oba područja ostanu unutar minimalne i maksimalne temperature oblikovanja materijala.
Osim toga, izravan kontakt s plastičnom folijom je nepraktičan u termoformiranju jer može uzrokovati mrlje na plastičnim površinama i neprihvatljivo vrijeme odziva.
Industrija plastike sve više otkriva prednosti beskontaktne infracrvene tehnologije za mjerenje i kontrolu procesne temperature.Infracrvena senzorska rješenja korisna su za mjerenje temperature u okolnostima u kojima se termoparovi ili drugi senzori tipa sonde ne mogu koristiti ili ne daju točne podatke.
Beskontaktni IC termometri mogu se koristiti za brzo i učinkovito praćenje temperature procesa koji se brzo odvijaju, mjereći temperaturu proizvoda izravno umjesto u pećnici ili sušilici.Korisnici tada mogu jednostavno prilagoditi procesne parametre kako bi osigurali optimalnu kvalitetu proizvoda.
Za aplikacije termoformiranja, automatizirani infracrveni sustav za praćenje temperature obično uključuje operatersko sučelje i zaslon za procesna mjerenja iz peći termoformiranja.IR termometar mjeri temperaturu vrućih, pokretnih plastičnih ploča s 1% točnosti.Digitalni panelni mjerač s ugrađenim mehaničkim relejima prikazuje podatke o temperaturi i daje alarmne signale kada se postigne zadana temperatura.
Koristeći softver infracrvenog sustava, termoformeri mogu postaviti temperaturne i izlazne raspone, kao i emisivnost i alarmne točke, a zatim pratiti očitanja temperature u stvarnom vremenu.Kada proces dosegne zadanu temperaturu, relej se zatvara i aktivira svjetlosni indikator ili zvučni alarm za kontrolu ciklusa.Podaci o temperaturi procesa mogu se arhivirati ili izvesti u druge aplikacije za analizu i dokumentaciju procesa.
Zahvaljujući podacima iz IR mjerenja, operateri proizvodne linije mogu odrediti optimalnu postavku pećnice za potpuno zasićenje lima u najkraćem vremenskom razdoblju bez pregrijavanja srednjeg dijela.Rezultat dodavanja točnih podataka o temperaturi praktičnom iskustvu omogućuje oblikovanje draperije s vrlo malo odbačenih materijala.A teži projekti s debljim ili tanjim materijalom imaju ujednačeniju konačnu debljinu stijenke kada se plastika ravnomjerno zagrijava.
Sustavi za termooblikovanje s tehnologijom IR senzora također mogu optimizirati procese izlijevanja termoplasta.U tim procesima operateri ponekad pokreću svoje pećnice prevruće ili predugo ostavljaju dijelove u kalupu.Korištenjem sustava s infracrvenim senzorom mogu održavati konzistentne temperature hlađenja u svim kalupima, povećavajući propusnost proizvodnje i dopuštajući uklanjanje dijelova bez značajnih gubitaka zbog lijepljenja ili deformacije.
Iako beskontaktno infracrveno mjerenje temperature nudi mnoge dokazane prednosti za proizvođače plastike, dobavljači instrumenata nastavljaju razvijati nova rješenja, dodatno poboljšavajući točnost, pouzdanost i jednostavnost korištenja IR sustava u zahtjevnim proizvodnim okruženjima.
Kako bi riješili probleme s viziranjem s IR termometrima, tvrtke za instrumente razvile su senzorske platforme koje pružaju integrirano viziranje cilja kroz leću, uz lasersko ili video viziranje.Ovaj kombinirani pristup osigurava ispravno ciljanje i lokaciju cilja u najnepovoljnijim uvjetima.
Termometri također mogu uključivati simultano videonadzor u stvarnom vremenu i automatizirano snimanje i pohranjivanje slika – čime se isporučuju vrijedne nove informacije o procesu.Korisnici mogu brzo i jednostavno napraviti snimke procesa i uključiti podatke o temperaturi i vremenu/datumu u svoju dokumentaciju.
Današnji kompaktni IR termometri nude dvostruko veću optičku rezoluciju od ranijih, glomaznih modela senzora, proširujući njihovu izvedbu u zahtjevnim aplikacijama upravljanja procesima i omogućujući izravnu zamjenu kontaktnih sondi.
Neki novi dizajni IR senzora koriste minijaturnu senzorsku glavu i odvojenu elektroniku.Senzori mogu postići optičku razlučivost do 22:1 i izdržati temperature okoline koje se približavaju 200°C bez ikakvog hlađenja.To omogućuje precizno mjerenje vrlo malih veličina točaka u ograničenim prostorima i teškim uvjetima okoline.Senzori su dovoljno mali da se mogu instalirati bilo gdje i mogu se smjestiti u kućište od nehrđajućeg čelika za zaštitu od oštrih industrijskih procesa.Inovacije u elektronici IR senzora također su poboljšale mogućnosti obrade signala, uključujući emisivnost, uzorkovanje i zadržavanje, zadržavanje vrha, zadržavanje doline i funkcije usrednjavanja.Kod nekih sustava ove se varijable mogu podesiti s udaljenog korisničkog sučelja radi dodatne pogodnosti.
Krajnji korisnici sada mogu odabrati IC termometre s motoriziranim, daljinski upravljanim promjenjivim fokusom cilja.Ova mogućnost omogućuje brzo i točno podešavanje fokusa mjernih ciljeva, bilo ručno na stražnjoj strani instrumenta ili daljinski putem RS-232/RS-485 PC veze.
IR senzori s daljinski upravljanim varijabilnim fokusiranjem cilja mogu se konfigurirati prema zahtjevima svake aplikacije, smanjujući mogućnost netočne instalacije.Inženjeri mogu fino podesiti fokus mjerenja senzora iz sigurnosti vlastitog ureda i kontinuirano promatrati i bilježiti temperaturne varijacije u svom procesu kako bi poduzeli hitne korektivne mjere.
Dobavljači dodatno poboljšavaju svestranost infracrvenog mjerenja temperature opskrbljujući sustave softverom za kalibraciju na terenu, omogućujući korisnicima kalibraciju senzora na licu mjesta.Osim toga, novi IR sustavi nude različite načine za fizičko povezivanje, uključujući konektore za brzo odvajanje i priključke terminala;različite valne duljine za mjerenje visokih i niskih temperatura;i izbor miliamperskih, milivoltnih i termoparnih signala.
Dizajneri instrumenata odgovorili su na probleme emisivnosti povezane s IR senzorima razvojem jedinica kratke valne duljine koje minimiziraju pogreške zbog nesigurnosti emisivnosti.Ovi uređaji nisu tako osjetljivi na promjene u emisivnosti ciljanog materijala kao konvencionalni visokotemperaturni senzori.Kao takvi, oni pružaju točnija očitanja na različitim ciljevima na različitim temperaturama.
IR sustavi za mjerenje temperature s automatskim načinom korekcije emisivnosti omogućuju proizvođačima postavljanje unaprijed definiranih recepata za prilagođavanje čestim promjenama proizvoda.Brzom identifikacijom toplinskih nepravilnosti unutar mjernog cilja, omogućuju korisniku da poboljša kvalitetu i ujednačenost proizvoda, smanji otpad i poboljša radnu učinkovitost.Ako dođe do kvara ili kvara, sustav može pokrenuti alarm kako bi omogućio korektivne radnje.
Poboljšana infracrvena senzorska tehnologija također može pomoći u pojednostavljenju proizvodnih procesa.Operateri mogu odabrati broj dijela s postojećeg popisa zadanih vrijednosti temperature i automatski zabilježiti svaku vrijednost vršne temperature.Ovo rješenje eliminira sortiranje i produljuje vrijeme ciklusa.Također optimizira kontrolu zona grijanja i povećava produktivnost.
Da bi termoformeri mogli u potpunosti analizirati povrat ulaganja u automatizirani infracrveni sustav mjerenja temperature, moraju razmotriti određene ključne čimbenike.Smanjenje krajnjih troškova znači uzimanje u obzir vremena, energije i količine smanjenja otpada do kojeg može doći, kao i mogućnosti prikupljanja i izvješćivanja o informacijama o svakom listu koji prolazi kroz proces termoformiranja.Ukupne prednosti automatiziranog IC senzorskog sustava uključuju:
• Sposobnost arhiviranja i pružanja kupcima toplinske slike svakog proizvedenog dijela za kvalitetnu dokumentaciju i ISO usklađenost.
Beskontaktno infracrveno mjerenje temperature nije nova tehnologija, ali su nedavne inovacije smanjile troškove, povećale pouzdanost i omogućile manje mjerne jedinice.Termoformeri koji koriste IR tehnologiju imaju koristi od poboljšanja proizvodnje i smanjenja otpada.Kvaliteta dijelova također se poboljšava jer proizvođači dobivaju ujednačeniju debljinu koja izlazi iz njihovih strojeva za termooblikovanje.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Vrijeme objave: 19. kolovoza 2019