 |
В последние годы производители шлангов и труб активно применяют передовые методы измерения и контроля, стремясь обеспечить качество продукции непосредственно на производственной линии, стабильность технологического процесса и снижение затрат. В состав таких систем входят среди прочего измерительные головки, позволяющие отслеживать внутренний и наружный диаметр, овальность, эксцентриситет, а также — при необходмости — наплывы расплава в процессе затвердевания при слишком высокой вязкости. Работа подобных устройств базируется на различных технологиях
Контроль диаметра
Для измерения диаметра шлангов и труб применяются два проверенных метода — система сканирования и технология линейных ПЗС-датчиков.
При традиционном сканировании используются вращающееся зеркало или вращающийся диск, посредством которых лазерный луч сканирует поле измерения. Между вращающимся зеркалом и датчиком освещенности расположены две линзы. Первая направляет лазерные лучи практически параллельно друг другу поперек поля измерения, а вторая сводит их на светочувствительном датчике. Изделие проходит между этими двумя линзами и прерывает лазерный луч в процессе сканирования поля измерения. Диаметр изделия вычисляется путем сравнения времени прохождения лазерным лучом всего поля измерения и времени сканирования им поверхности изделия. В этом случае время оказывается пропорциональным диаметру (рис. 1).
 |
|
Рис. 1: Метод сканирования с вращающимся зеркалом. |
Скорость измерения зависит от скорости вращения зеркала. Увеличение скорости проведения измерений стало возможным за счет использования многоугольных зеркал. Однако при этом появляется необходимость в абсолютно одинаковой идеальной отделке зеркальных поверхностей. Для достижения разумной точности результатов часто нужно их усреднение по итогам нескольких измерений. Существуют два широко распространенных метода измерения, базирующихся на технологии линейных ПЗС-датчиков. Первый из них основан на фокусировании лазерного луча на одном линейном датчике с помощью линз. При этом диаметр изделия определяется подсчетом числа диодов, на которые упала тень изделия (рис. 2). Преимуществом этого метода является отсутствие движущихся компонентов, однако линзы стоят дорого.
 |
|
Рис. 2: Метод измерения с линейным ПЗС-датчиком. |
Второй способ представляет собой интеллектуальный метод, при котором ПЗС-линия высокого разрешения освещается непосредственно лазером, а диаметр рассчитывается по получаемой дифракционной полосе (рис. 3). Скорость измерения при этом чрезвычайно высока и ограничивается лишь чувствительностью датчиков ПЗС-линии. Преимущество этого метода — отсутствие дорогих линз, а также движущихся компонентов.
Основное различие между сканированием и технологией применения линейных ПЗС-датчиков заключается в том, что последняя работает исключительно на цифровой основе и не требует использования движущихся компонентов. Это позволяет увеличить скорость, обеспечить точность измерений и стабильность параметров, а также исключает необходимость в калибровке устройств. Головки, работающие на базе технологии с применением линейных датчиков, обеспечивают измерение диаметра продукции в двух и трех плоскостях. Данные технологии одинаково надежно выполняют измерение как прозрачной, так и непрозрачной продукции диаметром от 0,05 до 500 мм. Некоторые модели могут выполнять до 5000 измерений по одной оси в секунду, обеспечивая надежный контроль шишек и вмятин.
Диаметр, толщина стенок и эксцентриситет
 |
|
Рис. 3: Принцип измерения линейными ПЗС-датчиками с дифракционным анализом без оптики и движущихся компонентов. |
В случае, если недостаточно измерять только диаметр изделий, производители шлангов и труб используют системы, дополнительно контролирующие толщину стенок и эксцентриситет. В дополнение к контролю качества и оптимизации производственного процесса существенную роль играют экономия полимерного материала и снижение затрат. Традиционные технологии основаны на использовании ультразвука. Этот метод подходит для базового измерения толщины стенок однослойных изделий, однако его применение ограничено из-за зависимости от свойств материала, температуры пластмассы и контактной среды. Точное измерение всех параметров изделий без зависимости от окружающей среды и материальных воздействий обеспечивают рентгеновские технологии.
Ультразвуковая технология лишь частично подходит для оперативного контроля качества шлангов и труб. Например, ультразвук не способен проникать в слой алюминия, который используется для пароизоляции в композитных трубах; следовательно, он не может применяться для измерений в данной области. При мониторинге параметров резиновых шлангов ультразвуковые сигналы в значительной степени поглощаются резиной, поэтому надежные результаты также не могут быть получены. Кроме того, многослойные резиновые шланги, как правило, имеют армирующие слои из ткани, которые отражают ультразвук и делают измерения невозможными.
Ультразвуковой контроль обычно выполняются в водяной ванне: вода используется в качестве контактной среды для передачи звука. При этом необходима точная компенсация температуры, поскольку скорость распространения ультразвука, используемого для вычисления эксцентриситета, зависит от температуры и материала. Следовательно, эта технология требует калибровки. Кроме того, оценка толщины стенок, как правило, возможна лишь при сочетании ультразвукового метода с дополнительной гравиметрической системой.
Рентгеновская технология основывается на принципе формирования изображений. Этот метод не требует ни адаптации к различным материалам, ни использования контактной среды. Он не зависит и от температуры материала, в связи с чем устройство на основе рентгеновского излучения можно с легкостью интегрировать непосредственно в экструзионную линию и исключить необходимость в калибровке. Система устанавливается либо непосредственно на выходе экструдера (измерение «по-горячему»), либо в конце технологической линии (конечный контроль качества).
 |
|
Рис. 4: Рентгеновская система, установленная на линии экструзии шлангов. |
Возможность измерения по четырем точкам обеспечивает контроль таких параметров, как толщина стенки, эксцентриситет, внутренний и внешний диаметр, а также овальность. Система анализирует параметры до трех слоев материала. Измеренные значения отображаются в цифровом и графическом видах в форме поперечного сечения трубы или трубки в режиме реального времени, позволяя пользователю центрировать экструзионный инструмент с абсолютной точностью (рис. 4).
Для достижения максимальной эффективности относительно минимальных значений важен автоматический контроль скорости линии или оборотов экструдера. Это гарантирует максимально возможное качество производимых труб и шлангов. С другой стороны, ввод минимальных допусков дает возможность быть уверенным, что используется только необходимый материал. Рентгеновская технология гарантирует измерение параметров продукции диаметром от 0,65 до 270 мм. Заявления о вредном воздействии систем на основе рентгеновского излучения не являются обоснованными, поскольку его уровень в системах гораздо ниже допустимых норм. Для сравнения: человек подвергается воздействию гораздо более высокого уровня радиации в течение долгого перелета, например из Нью-Йорка во Франкфурт.
Параметры труб большого размера
Для измерения пластмассовых труб большого размера (от 120 мм диаметром), применяемых для прокладки коммунальных сетей, могут использоваться вышеописанные технологии. Тем не менее эти методы часто ограничены или в своих функциональных возможностях (ультразвук), или в плане стоимости, или лимитированного диапазона измерений и количества точек измерения по окружности (рентген), или возможностью измерения только диаметра (лазер).
В настоящее время проходит испытания еще одна технология контроля качества. Она базируется на терагерцевых импульсах, которые активизируют мощный волоконный лазер, направляемый на материал. Толщина стенки определяется с помощью отражения эхо-сигналов от внутренних и внешних границ слоев. Тем не менее применение этой технологии для измерения параметров изделий с большой толщиной стенок и из материалов с высокой демпфирующей способностью (например ПВХ) ограничено. Более того, срок службы лазера также ограничен, а затраты очень высоки.
Технология миллиметровых волн (FMCW — частотно-модулированных непрерывных волн) представляет собой инновационную и значительно более доступную технологию измерения различных параметров и наличия наплывов. Основанные на этом принципе системы работают в суб-терагерцевом диапазоне и уже используются в течение некоторого времени в автомобилестроении для измерения расстояний (рис. 5). Данная технология — полупроводниковая, не является дорогостоящей и практически не имеет ограничений по сроку службы. Волны частотой от 80 до 300 ГГц проникают в любой пластмассовый материал с низким поглощением, что позволяет измерять толщину стенок изделий. Один или два вращающихся вокруг окружности приемника непрерывно посылают и получают модулированные волны миллиметрового диапазона. Статическая система выполняет выборочный контроль таких параметров, как толщина стенок, внешний и внутренний диаметры трубы, посредством двух приемопередатчиков по четырем точкам. Вращающаяся же измерительная головка устанавливается в случаях, когда требуется полный анализ толщины стенок вдоль всей окружности трубы. Она дает возможность так же точно находить и отображать наплывы труб. Для измерения учитывается разница во времени получения сигналов, отраженных от передней и задней границ слоев пластмассового материала. Операция выполняется с точностью до нескольких микрометров со скоростью 500 одиночных измерений в секунду.
 |
|
Рис. 5: Измерительная система, основанная на технологии миллиметровых волн. |
Технология миллиметровых волн гарантирует выполнение измерения параметров изделий диаметром от 120 до 2500 мм с высокой точностью по всей окружности без необходимости использования контактной среды, независимо от температуры и конкретного материала. Измерительная система самостоятельно адаптируется к свойствам экструдируемой пластмассы, и калибровка пользователем не требуется. Кроме того, эта технология предоставляет данные для центрирования экструзионного инструмента и управления температурой на линии. Полученные значения необходимы для обеспечения оптимальной концентричности и минимальной толщины стенок изделий.
В виду растущих требований к качеству шлангов и труб точный и надежный контроль качества пластиковых труб в процессе экструзии с помощью методов неразрушающего контроля приобретает существенную важность. Кроме того, эффективное использование сырья с целью экономии затрат находится сегодня в центре внимания руководства заводов. В настоящее время на рынке предлагается множество технологий непрерывного измерения и контроля параметров шлангов и труб с различными функциями и для разных задач. Методы на основе лазерного изучения обеспечивает надежный мониторинг диаметра от 0,05 до 500 мм непосредственно на линии. Системы на основе рентгеновского изучения выполняют измерения толщины стенок и эксцентриситета изделий диаметром до 270 мм. Инновационная технология миллиметровых волн используется на экструзионных линиях по изготовлению пластмассовых труб диаметром до 2500 мм. Данный способ применяется для работы с различными материалами и гарантирует точный контроль размеров труб и наличие наплывов расплава. Выбор измерительной технологии для экструзионной линии зависит от конкретной задачи и требований пользователя в отношении контроля качества, оптимизации технологического процесса и экономии затрат.
