Spójny, dokładny pomiar temperatury ma kluczowe znaczenie w przemyśle tworzyw sztucznych, aby zapewnić prawidłowe wykończenie produktów termoformowanych.Zarówno w zastosowaniach związanych z termoformowaniem stacjonarnym, jak i obrotowym, niska temperatura formowania powoduje naprężenia w uformowanej części, natomiast zbyt wysokie temperatury mogą powodować problemy, takie jak powstawanie pęcherzy oraz utrata koloru lub połysku.
W tym artykule omówimy, w jaki sposób postęp w bezdotykowym pomiarze temperatury w podczerwieni (IR) nie tylko pomaga zakładom termoformowania optymalizować procesy produkcyjne i wyniki biznesowe, ale także umożliwia zgodność ze standardami branżowymi w zakresie jakości i niezawodności produktu końcowego.
Termoformowanie to proces, w wyniku którego arkusz termoplastyczny staje się miękki i giętki w wyniku ogrzewania, a następnie odkształca się dwuosiowo w wyniku wtłaczania w trójwymiarowy kształt.Proces ten może odbywać się w obecności lub przy braku pleśni.Nagrzewanie arkusza termoplastycznego jest jednym z najważniejszych etapów operacji termoformowania.W maszynach do formowania zwykle stosuje się grzejniki typu warstwowego, które składają się z paneli promienników podczerwieni znajdujących się nad i pod materiałem arkuszowym.
Temperatura rdzenia arkusza termoplastycznego, jego grubość i temperatura środowiska produkcyjnego wpływają na to, jak łańcuchy polimeru z tworzywa sztucznego przechodzą w stan formowalny i przekształcają się w półkrystaliczną strukturę polimeru.Ostateczna zamrożona struktura molekularna określa właściwości fizyczne materiału, a także wydajność produktu końcowego.
W idealnym przypadku arkusz termoplastyczny powinien nagrzewać się równomiernie do odpowiedniej temperatury formowania.Następnie arkusz przenosi się na stanowisko formowania, gdzie urządzenie dociska go do formy w celu uformowania części, wykorzystując próżnię lub sprężone powietrze, czasami za pomocą korka mechanicznego.Na koniec część zostaje wyrzucona z formy w celu przeprowadzenia etapu chłodzenia procesu.
Większość produkcji termoformującej odbywa się na maszynach rolkowych, natomiast maszyny arkuszowe są przeznaczone do zastosowań o mniejszej objętości.W przypadku operacji o bardzo dużej objętości uzasadniony może być w pełni zintegrowany, liniowy system termoformowania w zamkniętej pętli.Linia przyjmuje surowiec do tworzyw sztucznych, a wytłaczarki podawane są bezpośrednio na maszynę termoformującą.
Niektóre rodzaje narzędzi do termoformowania umożliwiają przycinanie uformowanego artykułu w maszynie do termoformowania.Dzięki tej metodzie możliwa jest większa dokładność cięcia, ponieważ produkt i złom szkieletowy nie wymagają ponownego pozycjonowania.Alternatywą jest to, że uformowany arkusz jest indeksowany bezpośrednio do stacji przycinającej.
Duża wielkość produkcji zazwyczaj wymaga integracji układarki części z maszyną do termoformowania.Po ułożeniu w stos gotowe artykuły pakowane są w pudełka w celu transportu do klienta końcowego.Oddzielony złom szkieletowy nawijany jest na trzpień w celu późniejszego rozdrobnienia lub przechodzi przez maszynę siekającą w linii z maszyną do termoformowania.
Termoformowanie dużych arkuszy jest operacją złożoną i podatną na zakłócenia, które mogą znacznie zwiększyć liczbę odrzuconych części.Dzisiejsze rygorystyczne wymagania dotyczące jakości powierzchni części, dokładności grubości, czasu cyklu i wydajności, w połączeniu z małym oknem przetwarzania nowych designerskich polimerów i arkuszy wielowarstwowych, skłoniły producentów do poszukiwania sposobów poprawy kontroli tego procesu.
Podczas termoformowania nagrzewanie arkusza odbywa się poprzez promieniowanie, konwekcję i przewodzenie.Mechanizmy te wprowadzają dużą niepewność, a także zmienność w czasie i nieliniowość w dynamice wymiany ciepła.Co więcej, nagrzewanie arkuszy jest procesem rozproszonym przestrzennie, który najlepiej można opisać za pomocą cząstkowych równań różniczkowych.
Termoformowanie wymaga precyzyjnej, wielostrefowej mapy temperatur przed formowaniem skomplikowanych części.Problem ten pogłębia się przez fakt, że temperatura jest zwykle kontrolowana na elementach grzejnych, podczas gdy rozkład temperatury na całej grubości arkusza jest główną zmienną procesową.
Na przykład materiał amorficzny, taki jak polistyren, na ogół zachowa swoją integralność po podgrzaniu do temperatury formowania ze względu na wysoką wytrzymałość stopu.W rezultacie jest łatwy w obróbce i formowaniu.Kiedy materiał krystaliczny jest podgrzewany, po osiągnięciu temperatury topnienia zmienia się on bardziej gwałtownie ze stanu stałego w ciekły, przez co okno temperatury formowania jest bardzo wąskie.
Zmiany temperatury otoczenia powodują również problemy w termoformowaniu.Metoda prób i błędów ustalania prędkości podawania walca w celu wytworzenia akceptowalnych kształtek może okazać się niewystarczająca, jeśli temperatura w fabryce ulegnie zmianie (tj. w miesiącach letnich).Zmiana temperatury o 10°C może mieć znaczący wpływ na wydajność ze względu na bardzo wąski zakres temperatur formowania.
Tradycyjnie termoformierki opierały się na specjalistycznych, ręcznych technikach kontroli temperatury arkusza.Jednak takie podejście często daje wyniki gorsze od pożądanych pod względem konsystencji i jakości produktu.Operatorzy muszą znaleźć równowagę, która polega na minimalizowaniu różnicy między temperaturą rdzenia i powierzchni arkusza, przy jednoczesnym zapewnieniu, że oba obszary mieszczą się w zakresie minimalnych i maksymalnych temperatur formowania materiału.
Dodatkowo bezpośredni kontakt z arkuszem tworzywa sztucznego jest niepraktyczny w procesie termoformowania, ponieważ może powodować skazy na powierzchniach tworzyw sztucznych i niedopuszczalny czas reakcji.
Przemysł tworzyw sztucznych coraz częściej odkrywa zalety bezkontaktowej technologii podczerwieni do pomiaru i kontroli temperatury procesu.Rozwiązania wykorzystujące czujniki podczerwieni są przydatne do pomiaru temperatury w sytuacjach, w których nie można zastosować termopar lub innych czujników typu sonda lub nie dają dokładnych danych.
Bezdotykowe termometry na podczerwień można wykorzystać do szybkiego i skutecznego monitorowania temperatury szybko przebiegających procesów, mierząc temperaturę produktu bezpośrednio zamiast piekarnika lub suszarki.Użytkownicy mogą następnie łatwo dostosować parametry procesu, aby zapewnić optymalną jakość produktu.
W przypadku zastosowań związanych z termoformowaniem zautomatyzowany system monitorowania temperatury w podczerwieni zazwyczaj obejmuje interfejs operatora i wyświetlacz pomiarów procesu z pieca do termoformowania.Termometr na podczerwień mierzy temperaturę gorących, poruszających się arkuszy tworzywa sztucznego z dokładnością do 1%.Cyfrowy miernik panelowy z wbudowanymi przekaźnikami mechanicznymi wyświetla dane dotyczące temperatury i generuje sygnały alarmowe po osiągnięciu zadanej temperatury.
Korzystając z oprogramowania systemu podczerwieni, termoformierki mogą ustawiać zakresy temperatur i mocy, a także emisyjność i punkty alarmowe, a następnie monitorować odczyty temperatury w czasie rzeczywistym.Gdy proces osiągnie zadaną temperaturę, przekaźnik zamyka się i włącza lampkę kontrolną lub alarm dźwiękowy sterujący cyklem.Dane dotyczące temperatury procesu można archiwizować lub eksportować do innych aplikacji w celu analizy i dokumentacji procesu.
Dzięki danym z pomiarów IR operatorzy linii produkcyjnych mogą określić optymalne ustawienie pieca, aby całkowicie nasycić blachę w jak najkrótszym czasie bez przegrzania środkowej części.Wynik dodania dokładnych danych dotyczących temperatury do praktycznego doświadczenia umożliwia formowanie serwetowe z bardzo małą liczbą odrzutów.Trudniejsze projekty z grubszym lub cieńszym materiałem mają bardziej jednolitą ostateczną grubość ścianki, gdy tworzywo sztuczne jest równomiernie podgrzewane.
Systemy do termoformowania wyposażone w technologię czujników podczerwieni mogą również optymalizować procesy wyjmowania tworzyw termoplastycznych.W tych procesach operatorzy czasami zbyt mocno nagrzewają swoje piece lub pozostawiają części w formie zbyt długo.Dzięki zastosowaniu systemu z czujnikiem podczerwieni mogą utrzymać stałą temperaturę chłodzenia we wszystkich formach, zwiększając wydajność produkcji i umożliwiając usuwanie części bez znacznych strat spowodowanych sklejaniem lub deformacją.
Mimo że bezdotykowy pomiar temperatury w podczerwieni oferuje producentom tworzyw sztucznych wiele udowodnionych korzyści, dostawcy oprzyrządowania w dalszym ciągu opracowują nowe rozwiązania, jeszcze bardziej poprawiając dokładność, niezawodność i łatwość użycia systemów IR w wymagających środowiskach produkcyjnych.
Aby rozwiązać problemy z celowaniem za pomocą termometrów na podczerwień, producenci przyrządów opracowali platformy czujników, które umożliwiają zintegrowane namierzanie celu przez obiektyw, a także celowanie laserowe lub wideo.To połączone podejście zapewnia prawidłowe celowanie i lokalizację celu w najbardziej niesprzyjających warunkach.
Termometry mogą również obejmować jednoczesne monitorowanie wideo w czasie rzeczywistym oraz automatyczne rejestrowanie i przechowywanie obrazu, dostarczając w ten sposób nowych, cennych informacji procesowych.Użytkownicy mogą szybko i łatwo robić migawki procesu i dołączać informacje o temperaturze oraz godzinie/datie do swojej dokumentacji.
Dzisiejsze kompaktowe termometry na podczerwień oferują dwukrotnie większą rozdzielczość optyczną niż wcześniejsze, nieporęczne modele czujników, zwiększając ich wydajność w wymagających zastosowaniach związanych z kontrolą procesu i umożliwiając bezpośrednią wymianę sond kontaktowych.
Niektóre nowe konstrukcje czujników podczerwieni wykorzystują miniaturową głowicę czujnikową i oddzielną elektronikę.Czujniki mogą osiągnąć rozdzielczość optyczną do 22:1 i wytrzymują temperatury otoczenia dochodzące do 200°C bez żadnego chłodzenia.Umożliwia to dokładny pomiar bardzo małych rozmiarów plamek w ograniczonych przestrzeniach i trudnych warunkach otoczenia.Czujniki są na tyle małe, że można je zainstalować niemal wszędzie i można je umieścić w obudowie ze stali nierdzewnej w celu ochrony przed trudnymi procesami przemysłowymi.Innowacje w elektronice czujników podczerwieni poprawiły także możliwości przetwarzania sygnału, w tym emisyjność, próbkowanie i utrzymywanie, utrzymywanie szczytu, utrzymywanie doliny i funkcje uśredniania.W przypadku niektórych systemów zmienne te można regulować za pomocą zdalnego interfejsu użytkownika, dla dodatkowej wygody.
Użytkownicy końcowi mogą teraz wybierać termometry na podczerwień z napędzanym silnikiem, zdalnie sterowanym zmiennym ogniskowaniem celu.Możliwość ta umożliwia szybką i dokładną regulację ostrości obiektów pomiarowych, ręcznie z tyłu przyrządu lub zdalnie poprzez połączenie z komputerem PC RS-232/RS-485.
Czujniki podczerwieni ze zdalnym sterowaniem zmiennym ogniskowaniem celu można skonfigurować zgodnie z wymaganiami każdego zastosowania, zmniejszając ryzyko nieprawidłowej instalacji.Inżynierowie mogą precyzyjnie dostroić cel pomiarowy czujnika w bezpiecznym miejscu w swoim biurze oraz stale obserwować i rejestrować zmiany temperatury w procesie, aby podjąć natychmiastowe działania naprawcze.
Dostawcy w dalszym ciągu poprawiają wszechstronność pomiaru temperatury w podczerwieni, dostarczając systemy z oprogramowaniem do kalibracji w terenie, umożliwiającym użytkownikom kalibrację czujników na miejscu.Ponadto nowe systemy IR oferują różne sposoby połączeń fizycznych, w tym szybkozłącza i połączenia terminalowe;różne długości fal do pomiarów w wysokich i niskich temperaturach;oraz wybór sygnałów miliamperowych, miliwoltowych i termoparowych.
Projektanci oprzyrządowania odpowiedzieli na problemy emisyjności związane z czujnikami podczerwieni, opracowując jednostki o krótkiej długości fali, które minimalizują błędy wynikające z niepewności co do emisyjności.Urządzenia te nie są tak wrażliwe na zmiany emisyjności materiału docelowego, jak konwencjonalne czujniki wysokotemperaturowe.Dzięki temu zapewniają dokładniejsze odczyty dla różnych celów w różnych temperaturach.
Systemy pomiaru temperatury w podczerwieni z trybem automatycznej korekcji emisyjności umożliwiają producentom konfigurowanie predefiniowanych receptur w celu uwzględnienia częstych zmian produktu.Dzięki szybkiej identyfikacji nieprawidłowości termicznych w obrębie obiektu pomiarowego pozwalają użytkownikowi poprawić jakość i jednorodność produktu, zmniejszyć ilość odpadów i poprawić wydajność operacyjną.Jeśli wystąpi usterka lub defekt, system może uruchomić alarm, aby umożliwić podjęcie działań naprawczych.
Ulepszona technologia wykrywania w podczerwieni może również pomóc w usprawnieniu procesów produkcyjnych.Operatorzy mogą wybrać numer części z istniejącej listy nastaw temperatury i automatycznie rejestrować każdą szczytową wartość temperatury.Rozwiązanie to eliminuje sortowanie i wydłuża czas cykli.Optymalizuje także sterowanie strefami grzewczymi i zwiększa produktywność.
Aby osoby termoformujące mogły w pełni przeanalizować zwrot z inwestycji w zautomatyzowany system pomiaru temperatury na podczerwień, muszą wziąć pod uwagę pewne kluczowe czynniki.Obniżenie kosztów ogólnych oznacza wzięcie pod uwagę czasu, energii i ilości redukcji złomu, jaka może mieć miejsce, a także możliwość gromadzenia i raportowania informacji na temat każdego arkusza przechodzącego przez proces termoformowania.Ogólne zalety zautomatyzowanego systemu wykrywania podczerwieni obejmują:
• Możliwość archiwizacji i udostępniania klientom obrazu termicznego każdej wyprodukowanej części w celu uzyskania dokumentacji jakościowej i zgodności z ISO.
Bezkontaktowy pomiar temperatury w podczerwieni nie jest nową technologią, ale najnowsze innowacje obniżyły koszty, zwiększyły niezawodność i umożliwiły stosowanie mniejszych jednostek miary.Termoformierki wykorzystujące technologię IR czerpią korzyści z usprawnień produkcyjnych i redukcji ilości złomu.Jakość części również się poprawia, ponieważ producenci uzyskują bardziej jednolitą grubość na swoich maszynach do termoformowania.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Czas publikacji: 19 sierpnia 2019 r