일관되고 정확한 온도 측정은 플라스틱 산업에서 열성형 제품의 올바른 마감을 보장하는 데 매우 중요합니다.고정식 및 회전식 열성형 응용 분야에서 성형 온도가 낮으면 성형 부품에 응력이 발생하고, 온도가 너무 높으면 기포 발생, 색상이나 광택 손실 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
이 기사에서는 적외선(IR) 비접촉 온도 측정의 발전이 열성형 작업에서 제조 공정과 비즈니스 결과를 최적화하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 최종 제품 품질 및 신뢰성에 대한 업계 표준을 준수하는 데 어떻게 도움이 되는지 논의할 것입니다.
열성형은 열가소성 시트를 가열하여 부드럽고 유연하게 만들고, 강제로 3차원 형태로 만들어 이축 변형시키는 공정입니다.이 과정은 금형이 있거나 없을 때 발생할 수 있습니다.열가소성 시트를 가열하는 것은 열성형 작업에서 가장 중요한 단계 중 하나입니다.성형 기계는 일반적으로 시트 재료 위와 아래에 적외선 히터 패널로 구성된 샌드위치형 히터를 사용합니다.
열가소성 시트의 중심 온도, 두께 및 제조 환경의 온도는 모두 플라스틱 폴리머 사슬이 성형 가능한 상태로 흘러 반결정 폴리머 구조로 재형성되는 방식에 영향을 미칩니다.최종 동결된 분자 구조는 최종 제품의 성능뿐만 아니라 재료의 물리적 특성을 결정합니다.
이상적으로는 열가소성 시트가 적절한 성형 온도까지 균일하게 가열되어야 합니다.그런 다음 시트는 성형 스테이션으로 이동하고, 여기서 장치는 진공이나 가압 공기를 사용하고 때로는 기계적 플러그의 도움을 받아 부품을 성형하기 위해 금형에 밀어 넣습니다.마지막으로 공정의 냉각 단계를 위해 부품이 금형에서 배출됩니다.
열성형 생산의 대부분은 롤 공급 기계로 이루어지는 반면, 시트 공급 기계는 소량 생산에 사용됩니다.대규모 작업의 경우 완전히 통합된 인라인 폐쇄 루프 열성형 시스템이 정당화될 수 있습니다.라인은 원료 플라스틱을 수용하고 압출기는 열성형 기계에 직접 공급됩니다.
특정 유형의 열성형 도구를 사용하면 열성형 기계 내에서 성형품을 잘라낼 수 있습니다.이 방법을 사용하면 제품과 뼈조각을 재배치할 필요가 없기 때문에 더 높은 절단 정확도가 가능합니다.대안은 형성된 시트가 자르기 스테이션으로 직접 색인되는 경우입니다.
높은 생산량을 위해서는 일반적으로 부품 스태커와 열성형 기계의 통합이 필요합니다.일단 쌓이고 나면 완성된 물품은 최종 고객에게 운송하기 위해 상자에 포장됩니다.분리된 골격 스크랩은 후속 절단을 위해 맨드릴에 감겨지거나 열성형 기계와 연결된 절단 기계를 통과합니다.
대형 시트 열성형은 교란에 취약한 복잡한 작업으로, 거부된 부품 수가 크게 늘어날 수 있습니다.부품 표면 품질, 두께 정확도, 사이클 시간 및 수율에 대한 오늘날의 엄격한 요구 사항과 새로운 디자이너 폴리머 및 다층 시트의 작은 처리 창으로 인해 제조업체는 이 프로세스의 제어를 개선할 수 있는 방법을 모색하게 되었습니다.
열성형 중에 시트 가열은 복사, 대류 및 전도를 통해 발생합니다.이러한 메커니즘은 열 전달 역학에 시간 변화와 비선형성뿐만 아니라 상당한 불확실성을 초래합니다.또한 시트 가열은 편미분 방정식으로 가장 잘 설명되는 공간적으로 분산된 프로세스입니다.
열성형에는 복잡한 부품을 성형하기 전에 정밀한 다중 영역 온도 맵이 필요합니다.이 문제는 온도가 일반적으로 가열 요소에서 제어되는 반면 시트 두께 전체의 온도 분포가 주요 공정 변수라는 사실로 인해 더욱 복잡해집니다.
예를 들어, 폴리스티렌과 같은 비정질 재료는 일반적으로 용융 강도가 높기 때문에 성형 온도까지 가열해도 무결성을 유지합니다.결과적으로 취급 및 성형이 용이합니다.결정질 재료를 가열하면 용융 온도에 도달하면 고체에서 액체로 더욱 급격하게 변하므로 성형 온도 범위가 매우 좁아집니다.
주변 온도의 변화도 열성형에 문제를 일으킵니다.허용 가능한 성형품을 생산하기 위한 롤 공급 속도를 찾는 시행착오 방법은 공장 온도가 변하는 경우(즉, 여름철) 부적절한 것으로 판명될 수 있습니다.성형 온도 범위가 매우 좁기 때문에 10°C의 온도 변화는 출력에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
전통적으로 열성형업체에서는 시트 온도 제어를 위해 전문적인 수동 기술을 사용해 왔습니다.그러나 이 접근 방식은 종종 제품 일관성과 품질 측면에서 원하는 결과를 얻지 못합니다.작업자는 시트의 중심 온도와 표면 온도 사이의 차이를 최소화하는 동시에 두 영역이 재료의 최소 및 최대 성형 온도 내에 유지되도록 하는 어려운 균형 작업을 수행합니다.
또한 플라스틱 시트와 직접 접촉하면 플라스틱 표면에 흠집이 생기고 허용할 수 없는 반응 시간이 발생할 수 있으므로 열성형에서는 실용적이지 않습니다.
점점 더 플라스틱 산업에서는 공정 온도 측정 및 제어를 위한 비접촉 적외선 기술의 이점을 발견하고 있습니다.적외선 기반 감지 솔루션은 열전대 또는 기타 프로브 유형 센서를 사용할 수 없거나 정확한 데이터를 생성하지 못하는 상황에서 온도를 측정하는 데 유용합니다.
비접촉 IR 온도계를 사용하면 빠르게 이동하는 공정의 온도를 빠르고 효율적으로 모니터링하여 오븐이나 건조기 대신 직접 제품 온도를 측정할 수 있습니다.그런 다음 사용자는 프로세스 매개변수를 쉽게 조정하여 최적의 제품 품질을 보장할 수 있습니다.
열성형 응용 분야의 경우 자동화된 적외선 온도 모니터링 시스템에는 일반적으로 열성형 오븐의 공정 측정을 위한 운영자 인터페이스와 디스플레이가 포함됩니다.IR 온도계는 뜨겁고 움직이는 플라스틱 시트의 온도를 1% 정확도로 측정합니다.기계식 릴레이가 내장된 디지털 패널 미터는 온도 데이터를 표시하고 설정 온도에 도달하면 경보 신호를 출력합니다.
적외선 시스템 소프트웨어를 사용하여 열성형기는 온도 및 출력 범위는 물론 방사율 및 경보 지점을 설정한 다음 실시간으로 온도 판독값을 모니터링할 수 있습니다.프로세스가 설정 온도에 도달하면 릴레이가 닫히고 표시등이나 가청 경보가 발생하여 사이클을 제어합니다.분석 및 프로세스 문서화를 위해 프로세스 온도 데이터를 보관하거나 다른 애플리케이션으로 내보낼 수 있습니다.
IR 측정 데이터 덕분에 생산 라인 작업자는 중간 부분을 과열시키지 않고 최단 시간 내에 시트를 완전히 포화시키는 최적의 오븐 설정을 결정할 수 있습니다.실제 경험에 정확한 온도 데이터를 추가한 결과 불량률이 거의 없는 드레이프 성형이 가능해졌습니다.그리고 더 두껍거나 더 얇은 재료를 사용하는 더 어려운 프로젝트에서는 플라스틱을 균일하게 가열하면 최종 벽 두께가 더 균일해집니다.
IR 센서 기술이 적용된 열성형 시스템은 열가소성 성형 공정을 최적화할 수도 있습니다.이러한 공정에서 작업자는 때때로 오븐을 너무 뜨겁게 작동하거나 부품을 금형에 너무 오래 남겨두는 경우가 있습니다.적외선 센서가 장착된 시스템을 사용하면 금형 전반에 걸쳐 일관된 냉각 온도를 유지할 수 있어 생산 처리량이 증가하고 달라붙거나 변형으로 인한 심각한 손실 없이 부품을 제거할 수 있습니다.
비접촉식 적외선 온도 측정은 플라스틱 제조업체에 많은 검증된 이점을 제공하지만 계측기 공급업체는 계속해서 새로운 솔루션을 개발하여 까다로운 생산 환경에서 IR 시스템의 정확성, 신뢰성 및 사용 편의성을 더욱 향상시킵니다.
IR 온도계의 조준 문제를 해결하기 위해 장비 회사에서는 렌즈를 통한 통합 표적 조준과 레이저 또는 비디오 조준을 제공하는 센서 플랫폼을 개발했습니다.이러한 결합된 접근 방식은 가장 불리한 조건에서도 정확한 조준 및 표적 위치를 보장합니다.
온도계에는 동시 실시간 비디오 모니터링과 자동화된 이미지 기록 및 저장 기능이 통합되어 있어 귀중한 새로운 프로세스 정보를 제공할 수도 있습니다.사용자는 빠르고 쉽게 프로세스의 스냅샷을 찍고 문서에 온도 및 시간/날짜 정보를 포함할 수 있습니다.
오늘날의 소형 IR 온도계는 이전의 부피가 큰 센서 모델에 비해 두 배의 광학 분해능을 제공하여 까다로운 공정 제어 응용 분야에서 성능을 확장하고 접촉 프로브를 직접 교체할 수 있습니다.
일부 새로운 IR 센서 설계는 소형 감지 헤드와 별도의 전자 장치를 활용합니다.센서는 최대 22:1의 광학 해상도를 달성할 수 있으며 냉각 없이 200°C에 가까운 주변 온도를 견딜 수 있습니다.이를 통해 제한된 공간과 까다로운 주변 조건에서 매우 작은 스폿 크기를 정확하게 측정할 수 있습니다.센서는 어디든 설치할 수 있을 만큼 작으며 가혹한 산업 공정으로부터 보호하기 위해 스테인리스 스틸 인클로저에 보관할 수 있습니다.IR 센서 전자 장치의 혁신으로 방사율, 샘플 앤 홀드, 피크 홀드, 밸리 홀드 및 평균화 기능을 포함한 신호 처리 기능도 향상되었습니다.일부 시스템에서는 편의를 위해 원격 사용자 인터페이스에서 이러한 변수를 조정할 수 있습니다.
이제 최종 사용자는 전동식 원격 제어 가변 타겟 포커싱 기능을 갖춘 IR 온도계를 선택할 수 있습니다.이 기능을 사용하면 장비 후면에서 수동으로 또는 RS-232/RS-485 PC 연결을 통해 원격으로 측정 대상의 초점을 빠르고 정확하게 조정할 수 있습니다.
원격 제어식 가변 타겟 포커싱 기능을 갖춘 IR 센서는 각 응용 분야 요구 사항에 따라 구성할 수 있으므로 잘못된 설치 가능성이 줄어듭니다.엔지니어는 사무실에서 안전하게 센서의 측정 대상 초점을 미세 조정할 수 있으며 프로세스의 온도 변화를 지속적으로 관찰하고 기록하여 즉각적인 수정 조치를 취할 수 있습니다.
공급업체는 현장 교정 소프트웨어가 포함된 시스템을 공급하여 사용자가 현장에서 센서를 교정할 수 있도록 함으로써 적외선 온도 측정의 다양성을 더욱 향상시키고 있습니다.또한 새로운 IR 시스템은 빠른 분리 커넥터 및 터미널 연결을 포함하여 물리적 연결을 위한 다양한 수단을 제공합니다.고온 및 저온 측정을 위한 다양한 파장;밀리암페어, 밀리볼트 및 열전대 신호를 선택할 수 있습니다.
계측 설계자는 방사율의 불확실성으로 인한 오류를 최소화하는 단파장 장치를 개발하여 IR 센서와 관련된 방사율 문제에 대응해 왔습니다.이러한 장치는 기존의 고온 센서만큼 대상 물질의 방사율 변화에 민감하지 않습니다.따라서 다양한 온도와 다양한 대상에 대해 보다 정확한 판독값을 제공합니다.
자동 방사율 보정 모드를 갖춘 IR 온도 측정 시스템을 통해 제조업체는 빈번한 제품 변경을 수용할 수 있도록 사전 정의된 레시피를 설정할 수 있습니다.측정 대상 내의 열 불규칙성을 신속하게 식별함으로써 사용자는 제품 품질과 균일성을 개선하고 불량률을 줄이며 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다.오류나 결함이 발생하는 경우 시스템은 시정 조치를 허용하기 위해 경보를 트리거할 수 있습니다.
향상된 적외선 감지 기술은 생산 공정을 간소화하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.작업자는 기존 온도 설정점 목록에서 부품 번호를 선택하고 각 최고 온도 값을 자동으로 기록할 수 있습니다.이 솔루션은 분류를 없애고 주기 시간을 늘립니다.또한 가열 구역 제어를 최적화하고 생산성을 높입니다.
열성형업체가 자동화된 적외선 온도 측정 시스템의 투자 수익을 완전히 분석하려면 특정 핵심 요소를 살펴봐야 합니다.최종 비용을 절감한다는 것은 시간, 에너지, 발생할 수 있는 스크랩 감소량을 고려하는 것뿐만 아니라 열성형 공정을 통과하는 각 시트에 대한 정보를 수집하고 보고하는 능력을 고려하는 것을 의미합니다.자동화된 IR 감지 시스템의 전반적인 이점은 다음과 같습니다.
• 품질 문서화 및 ISO 준수를 위해 제조된 모든 부품의 열화상을 고객에게 보관하고 제공하는 기능.
비접촉 적외선 온도 측정은 새로운 기술은 아니지만 최근 혁신을 통해 비용이 절감되고 신뢰성이 향상되었으며 측정 단위가 더 작아졌습니다.IR 기술을 활용하는 열성형기는 생산 개선 및 스크랩 감소의 이점을 얻습니다.생산자가 열성형 기계를 통해 더욱 균일한 두께를 얻을 수 있기 때문에 부품의 품질도 향상됩니다.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
게시 시간: 2019년 8월 19일