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浅析塑料产品的内嵌式颜色丈量技术

日期:2018-11-01来源:沈阳吨桶回收发布人:金属人 阅读:0

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塑料产品的颜色色度变化可以反映生产过程参数的变化或是反映出原材料或中间加料过程的变化。可连续工作的内嵌式颜色丈量仪可以直接应用于挤压机出口成品的颜色丈量,进而可以实现对生产全过程进行系统性的控制。使用这种方法可以在生产过程中实时地采取措施,为避免生产中的质量偏离事故提供了很好的技术手段。

众所周知,颜色丈量分析可以作为定义产品质量特性的一个手段。这种分析通常应用于对终极产品的质量检验中。通常的产品颜色丈量分析是通过从产品生产线上经过人工直接取样的方式,或是通过自动取样的方式来完成。

在各种不同模式的颜色丈量分析方法之间存在很大的差异性:在常见的离线式(off-line)颜色丈量分析方法中,不能立即得到颜色丈量分析结果,因此这也是离线式方法不能应用于实时过程,实现实时过程控制的原因。在线式(on-line)颜色丈量分析方法在对终极产品的检测完成后仅仅几秒钟后就可以得出分析结果,但是由于这种普通颜色丈量传感器不能用于生产过程的恶劣工况环境中,造成这种方法的一个不可克服的缺点,即只能在工艺生产过程中非常靠后的一个阶段才能使用,这就造成与流程前期存在非常长的时间滞后,因此其只适合于有限范围的实时过程控制。与上述两种颜色丈量分析方法截然不同的是内嵌式(in-line)颜色丈量分析方法,这种方法可以在极短的时间内提供出分析结果,而且由于这种丈量方式可以答应丈量传感器直接与高温高压的融熔流体接触,丈量信号直接取自挤压机出口产品本身,因而这种分析方法尤其适用于那些需要对生产过程进行快速调节和修正的生产工艺过程中。

丈量探头配置了一个蓝宝石镜头

不同颜色丈量分析方法之间的比较

离线式颜色丈量分析方法在生产中是最常见的,应用范围很广。这种分析方法一般包括下列步骤:

从产品生产线上采集样品

将样品运送到分析实验室

将样品材料调整、转换为可以丈量分析的形式和规格(例如颜色贴片、颜色栅格等)

将样品材料的温度冷却到室温条件下

用专用的颜色丈量仪对样品进行丈量

将分析结果送往产品质量治理部分

通过人工分析决定对工艺过程进行一定的调整和修正措施

再次重复此过程

很明显:从开始由生产线上取样到终极记录分析结果并传送到产品质量控制部分需要经过以上一系列步骤才能完成,这中间需要花费很长的时间。另一个更大的题目是:在这一段时间中只能对着一个样品点进行分析,由于不可能根据过往的数据结果对现在的过程进行质量控制,因此如何通过颜色的检测来控制实际生产过程,仍然是不明了的。再一个题目是:对于突发性发生的颜色偏移情形(这在实际工况中也是经常发生的),离线式的颜色丈量分析方法是不可能对此进行丈量的,因此也就不可能对此种生产状况进行实时的判定并采取相应的措施。

在线式丈量分析系统使得对半成品或中间过程的颜色质量控制成为可能。例如,在生产过程的中间阶段时,可以通过对半成品的颜色质量分析来控制质量。这些丈量分析系同一般用于记录成品的实际状态参数,所有在生产过程中引起颜色偏离的因素均被简单地记录形成文件。但由于on-line在线式丈量系统的整体响应时间较长,假如组成自动控制回路则会存在较大的系统滞后,严重影响生产系统的稳定性,因此这种分析方法不适用于采用负反馈控制的经典型过程控制系统中。

在一个内嵌式颜色丈量系统中,丈量传感器可以直接与挤出机出口处的熔融介质相接触,不仅实现了连续丈量记录,而且由于传感器直接参与被测介质,因而为生产者提供了当被测介质产生颜色偏移时,直接观测工艺过程的机会。内嵌式颜色丈量分析模式省却了执行离线式分析过程中的前六个步骤,并且不会产生类似在线式颜色丈量时所无法克服的时间滞后现象。在挤压机生产过程中应用内嵌式颜色丈量分析技术,可以在极短时间内提供出实时、正确的颜色变化信息,因此可以在产品链的早期就能提供给生产控制部分以正确的过程质量信息,以便于对生产过程进行决策和实时控制。

内嵌式颜色丈量分析技术

为了检测、记录挤出机出口产品颜色值的变化,需要将颜色丈量传感器通过螺纹连接方式安装在挤出机出口处的一个安装孔上需要将颜色丈量传感器通过螺纹连接方式安装在挤出机出口处的一个安装孔上。

这种被称作“专用挤出机颜色丈量传感器”中与被丈量介质接触的部分设计有保护套管,保护套管具有足够强度,可以保护其内部的敏感元件部分。在传感器顶端镶着一个由蓝宝石材料制成的镜头。由于蓝宝石的硬度很高,是世界上硬度仅次于金刚石的物质,因此蓝宝石特别适合于在挤压机工况中应用。我们知道,挤压机出口处的温度和压力非常高,而且此处由于被挤压材料活动对传感器产生的摩擦力也非常大,使用其他材料的镜头根本无法正常工作。

内嵌式颜色丈量传感器设置在挤压机装置的要点如下:在安装颜色丈量传感器时,第一,必须留意防止传感器碰触到那些机械移动部件,例如旋转部件。第二,需要保证被测介质在活动过程中,被测熔体必须能够始终完全接触并覆盖住蓝宝石镜头,不能脱离镜头。由于始终接触活动着的被测介质,所以我们不用担心镜头的污染题目,这是由于这种情况下蓝宝石镜头具有自清洁功能,可以保证其不受污染或被测介质的粘贴。

被测介质流过镜头时,由氙气闪光灯发出的强闪光照射到蓝宝石镜头前的被测介质。为了能够做到这一点,闪光是通过六组复合玻璃传导光纤束传导到蓝宝石镜头的。被测介质的反射光束则通过复合玻璃传导光纤束中心位置的一条光纤反馈到一个专门的图像分析处理器。系统每隔10秒钟的时间重复丈量分析一次。因此通过这种方式我们就可以得到连续的颜色丈量信号。

校准和系统结构

这种专门的挤出机颜色丈量传感器的特殊设计意味着丈量仪可以在不中断工作的情况下可以很方便的进行校准。要做到这一点,那么必须保证光学级的光导纤维在传感器保护套中是不能旋转、扭动的,而且在标准黑白基准上进行校准。使用绿颜色控制标准是标准的检查方法。还可以利用四周环境条件进行校准。系统可以保存它的静态零点三个月时间,三个月后就需要进行重新校准。

系统中核心的颜色丈量元件是CCD(CCD是ChargeCoupledDevice电荷耦合器件的缩写,它是一种半导体成像器件),系统还使用了专用的photometer(图像分析处理器)技术。专用图像处理器可丈量的光波波长在360~780nm之间,这一波段涵盖了可见光的波谱范围。通过使用CCD技术与单色镜头组合,可以达到比一般的标准颜色丈量装置更好的分析丈量效果。

内嵌式颜色丈量系统中包括专用图像处理器、氙气闪光灯、信号处理单元,一台使用WindowsXP操纵系统的主流配置计算机,以及安装在现场就地保护箱中的操纵用触摸屏,保护箱的防护等级为NEMa4。触摸屏保护箱的材质为不锈钢,这种保护箱具备防尘和防水设计,可以用于恶劣的产业现场环境。即使是在产业生产现场中非常严重的高温工况环境下,由于整个系统中设计有内置式空调,因此也可以长期稳定地工作。

功能组合

人们可以利用历史趋势记录的形式对颜色丈量结果进行分析处理。在一个计算机操纵界面上可以同时显示出被测介质颜色丈量数据,此数据随时与上下限设定值进行对比,并以红、绿指示灯的方式提示操纵者留意。被测介质的实时丈量值独立显示在趋势画面的另一侧。在工艺限定值答应范围内的丈量值用绿颜色字体进行显示,达到控制限定值公差范围内时丈量值用黄颜色进行显示,并且假如一旦超过限定值,数据会立即由黄颜色变为红色,并进行闪光报警。同时,这些颜色切换信号不只是在屏幕上显示,而且在现场用同样颜色的红绿信号灯对当前的信号状态进行指示和报警。

安装在生产现场的触摸屏可以显示计算机的操纵画面,操纵者可以从四种趋势对话页面(即dL*,da*,db*,dE*)中进行相应选择。系统还提供了所有的标准光谱参照系,包括有常规的白色和黄色组合光谱格式。

实时过程控制

挤压机生产过程是一个具有高度复杂性的操纵过程,这种操纵过程中包含很多影响因素,每种影响因素都可能对终极产品的质量产生一定影响。而且相对于温度、压力和通过速度等过程影响因素来说,挤出机本身由于其独特的结构因素,会对终极产品有着很大的、决定性的影响。加之挤压机生产过程还会由于所处理材料存在的差异(如不同加工工艺生产出的原材料,或不同混合比例的原材料等),都会影响产品终极质量。

这些影响因素(无论是单独影响或综合影响)均会直接导致被挤压出的产品颜色出现变化。正是由此,利用内嵌式颜色丈量分析方法往实时丈量产品颜色的变化,就可以及时定义机器系统特性或进行过程参数的控制和优化。通过实践应用,人们可以越来越清楚的得到颜色丈量值和产品质量缺陷之间存在的相关性关系。这种相关性是确切存在的,而且在一些过程中是特别明显的,例如:二氧化钛(TiO2)在挤压产品中的含量百分比的变化与其颜色亮度分析值之间存在非常大的相关性,其二氧化钛含量的变化导致产品颜色亮度发生明显变化。

产品的颜色、色度波动变化的原因可以被回结于由于输送泵产生的脉动冲击或是由于某种液态色素媒介的沉降结果。可以进一步指出的是,通过颜色丈量还可以发现、分析和诊断出挤出机存在的综合题目,如那些因同质化和某些测定方法所引起的题目,以及其他影响生产过程稳定性的波动等等生产系统中存在的综合性题目。

结论

当然,产品颜色色度分析并不是终端产品质量检验的必须环节,但是利用实时颜色丈量技术却是一个可以实现稳定生产过程的非常好的方法,

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