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????????過(guò)去幾年，軟管及管材生產(chǎn)商在測量和控制技術(shù)、產(chǎn)線(xiàn)控制方面進(jìn)行了大量投資，以提高在線(xiàn)質(zhì)量控制水平、工藝穩定性并降低成本?，F在，配有控制系統的在線(xiàn)測量裝置已成為擠出生產(chǎn)線(xiàn)的標準配置。使用到的設備有測量頭，可以測量?jì)葟?、外徑、橢圓度、偏心率，并且最好能在擠出過(guò)程中測量出產(chǎn)品垂掛度(粘度很高時(shí)固化過(guò)程中熔體形成“垂掛”)，但不僅限于此。所使用的測量系統根據應用領(lǐng)域的不同而采用不同技術(shù)。本文對傳統及創(chuàng )新測量技術(shù)進(jìn)行了回顧，并探討了它們在擠出生產(chǎn)線(xiàn)中的利弊。

????????軟管和管材直徑測量技術(shù)

????????軟管和管材產(chǎn)品直徑的測量一般采用兩種已十分成熟的方法，分別是“掃描系統”和“線(xiàn)性CCD傳感技術(shù)”。

????????◆掃描系統

????????掃描法是將激光束通過(guò)一個(gè)旋轉鏡面或旋轉盤(pán)對測量區域進(jìn)行掃描。在旋轉鏡面與光傳感器之間放置兩只透鏡。第一只透鏡使激光束幾乎平行地穿過(guò)測量區域，第二只透鏡則將光束導向光敏探測器上。被掃描的產(chǎn)品置于兩只透鏡間，在測量區域內進(jìn)行掃描時(shí)對激光束產(chǎn)生影響。比較激光束通過(guò)整個(gè)測量區域所需的時(shí)間與激光掃描整個(gè)產(chǎn)品表面所需的時(shí)間，即可計算出產(chǎn)品的直徑。在這種情況下，時(shí)間等價(jià)于直徑(圖1)。測量速率取決于鏡面旋轉速度。使用多面鏡有望提高測量速率。這就要求鏡面必須達到完全一致的表面加工精度。通常會(huì )進(jìn)行多次測量，以獲得合理的精確度。

????????◆線(xiàn)性CCD傳感系統

????????線(xiàn)性CCD傳感測量技術(shù)主要有兩種。第一種方法是利用光學(xué)儀器(透鏡組)使激光束聚焦在一個(gè)線(xiàn)性傳感器上。通過(guò)計算物體陰影圖像中變暗的二極管，就可以確定直徑大小。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需移動(dòng)部件，但透鏡組的成本較高(圖2)。

????????第二種是智能方法，即用激光點(diǎn)亮高分辨率線(xiàn)性CCD，通過(guò)計算衍射條紋來(lái)確定直徑。這種方法測量速度非?？?，只受到所選擇的線(xiàn)性CCD傳感器的限制。第二種方法的優(yōu)點(diǎn)是省去了昂貴的透鏡組以及移動(dòng)部件。

????????掃描和線(xiàn)性傳感技術(shù)的主要區別在于，線(xiàn)性CCD傳感技術(shù)只依靠數字化方式，不需要移動(dòng)部件，因此具有更高的準確性、可重現性和測量速度。線(xiàn)性傳感器的測量頭在兩三個(gè)平面上測量直徑。它們能測量直徑為0.05至500mm范圍內各種材質(zhì)的不透明或透明材料部件。另外，某些模型測量速度可高達5000/軸/秒，因此是探測團塊和頸縮現象的可靠工具。

????????直徑、壁厚和偏心率測量技術(shù)

????????由于僅測量直徑不能滿(mǎn)足要求的應用，軟管和管材生產(chǎn)商需要采用還能測量產(chǎn)品壁厚和偏心率的測量系統。除了質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化，節約塑料材料并降低成本同樣十分重要。舉例來(lái)說(shuō)，常規采用的是基于超聲波的技術(shù)。這種方法適合單層產(chǎn)品壁厚的基本測量，但由于其功能以及對材料特性、塑料溫度和耦合介質(zhì)的依賴(lài)，因而具有局限性。目前，X光技術(shù)則能確保獲得精確的產(chǎn)品參數測量結果，而不會(huì )受到環(huán)境或材料的影響。

????????◆超聲技術(shù)

????????超聲技術(shù)只部分適用于軟管與管材的在線(xiàn)質(zhì)量控制。比如，超聲技術(shù)不能穿透用作復合管道中蒸汽阻隔層的鋁質(zhì)層，因此不能適用于此。測量橡膠軟管時(shí)，超聲信號在很大程度上會(huì )被孔隙和橡膠材料所吸收，因此也不能提供可靠的測量結果。而且，多層橡膠軟管一般都含有增強織物，它會(huì )轉移超聲波回聲，使測量無(wú)法進(jìn)行。超聲波測量通常在水浴中實(shí)現，其中，水被用作聲音傳播的耦合介質(zhì)。鑒于超聲波的傳播速度，必須進(jìn)行精確的溫度補償，以根據溫度和材料計算偏心率。這種技術(shù)需要進(jìn)行校準。另外，只有將超聲技術(shù)和額外的重力系統相結合，才能估算出壁厚。

????????◆X-光技術(shù)

????????X光技術(shù)采用了成像原理。X光技術(shù)對材料沒(méi)有限制，也不需要耦合介質(zhì)。這種技術(shù)不受材料溫度的局限，因此可以將X光測量設備直接結合到擠出生產(chǎn)線(xiàn)上，不需要額外的措施，也無(wú)需校準?？梢匝b在擠出頭(熱測量)后面，也可以在生產(chǎn)線(xiàn)末端(最終質(zhì)量控制)。通過(guò)4點(diǎn)在線(xiàn)測量，僅需一臺設備即可獲得壁厚、偏心率、內外直徑和橢圓度的測量數據。該系統可用于最多三層不同材料的測量，測量值可以管材/管道截面的形式實(shí)現數字化或圖形化的實(shí)時(shí)顯示，讓用戶(hù)可完美地進(jìn)行擠出工具的對中。在考慮最小值的同時(shí)自動(dòng)控制生產(chǎn)線(xiàn)速度或擠出機轉速(RPM)，這對于實(shí)現最高效率至為關(guān)鍵。這樣，就可以確保軟管的品質(zhì)。在另一方面，控制最小值可確保只消耗必需的材料。X-光技術(shù)適用于直徑為0.65至270 mm的產(chǎn)品。對X光技術(shù)安全性擔憂(yōu)是沒(méi)有根據的，因為低能量的輻射沒(méi)有相關(guān)性。實(shí)際上，當人們乘坐從紐約飛到法蘭克福之類(lèi)航班時(shí)，受到的輻射要高很多。

????????大型塑料管道的測量技術(shù)

????????對于用于建筑和公共服務(wù)領(lǐng)域的120mm以上直徑大型塑料管道的測量，上述技術(shù)同樣適用。但這些技術(shù)在功能(超聲)、成本、測量范圍、周邊測量點(diǎn)數量(X光)以及測量直徑上(激光)都存在局限性。目前，用于質(zhì)量控制的更新技術(shù)已在測試中。它采用了瞄準材料的太赫茲脈沖激發(fā)高功率光纖激光。通過(guò)材料內、外層邊緣反射的脈沖來(lái)確定壁厚。但用這種技術(shù)在測量厚壁和高阻尼材料如PVC時(shí)也是存在局限的。另外，激光器的耐久性有限，且成本昂貴。

????????◆毫米波（Millimeter waves）技術(shù)

????????雷達技術(shù)FMCW(調頻連續波)是用于尺寸測量和下垂度記錄的一種成本大為降低的創(chuàng )新性技術(shù)。這些系統工作脈沖處于亞太赫茲脈沖范圍內，它在汽車(chē)領(lǐng)域用于距離測量已有一段時(shí)間了。它采用半導體技術(shù)，價(jià)格比較實(shí)惠，在實(shí)際使用中壽命不受限。在80到300 GHz的選擇范圍內，所有塑料材料都可以穿透，且吸收率低，因此可測得壁厚。有一個(gè)或兩個(gè)連續旋轉收發(fā)器在繞管材移動(dòng)時(shí)，會(huì )持續收發(fā)調頻毫米波。另一種方法是，用靜態(tài)系統通過(guò)兩只接收器在四個(gè)點(diǎn)上選擇性地測量壁厚和管材的內外徑。如果需要圍繞管周完整測量壁厚，則需要用旋轉測量頭。這種情況下，也可以精確測出并顯示下垂度。該測量方法應用了塑料材料前后端邊界層信號反射的時(shí)間差。測量精度達到幾微米，測量速度為500次/秒。毫米波技術(shù)可沿著(zhù)完整的周長(cháng)，精確測量120至2500mm的產(chǎn)品。不需要耦合介質(zhì)，且不受溫度或塑料材料的影響。另外，測量系統可自動(dòng)調節并適應擠塑材料的特性，用戶(hù)不需要校準。而且，該技術(shù)為擠塑機提供了校準和溫度控制的信息，因此測量值可確保用于優(yōu)化同心性，并最大限度地降低壁厚。

????????總結

????????隨著(zhù)對軟管和管材生產(chǎn)品質(zhì)要求的提高，依靠非破壞性測試(NDT)對塑料管道的擠出質(zhì)量進(jìn)行精確、可靠的控制變得尤為重要。此外，高效地使用材料以降低成本也是工廠(chǎng)管理的重點(diǎn)。測量和控制系統可以持續檢測和控制重要的產(chǎn)品參數。因此，軟管和管材生產(chǎn)商可選擇具有不同功能和多種用途的各種的技術(shù)。

????????激光技術(shù)能對0.5至500mm范圍內的管徑進(jìn)行可靠的在線(xiàn)測量。另外，X光測量系統可以測量直徑高達270mm的產(chǎn)品的壁厚和偏心度。同時(shí)，市場(chǎng)上也出現了基于毫米波的創(chuàng )新技術(shù)用于在擠塑生產(chǎn)線(xiàn)上測量管徑高達2500mm的大型塑料管道。該技術(shù)可用來(lái)精確測量用不同類(lèi)型材料制成的常規大小的管材尺寸和下垂度。因此，擠塑生產(chǎn)線(xiàn)到底應該采用哪種測量技術(shù)，取決于應用領(lǐng)域、以及用戶(hù)基于質(zhì)量保障、工藝優(yōu)化、成本節約等對測量和控制提出的要求等。