吹塑工业中的壁厚测量

以下两种电子方式可以减少或消除所有这些问题:超声测厚方式和霍尔效应测厚方式。如今这两种方式都已成为吹塑行业质量控制中的常用方式。一般来说测量方式的选择取决于被测产品,而且选择测量方式所要考虑的因素一般也与被测产品相关。这则应用注释的最后将对选择方式时要考虑的因素进行说明探讨。

超声测厚理论:

超声测厚仪可以从被测工件的一侧对工件的壁厚进行准确、可靠、且具有可重复性的无损测量。具体的测量方式是对超声声束穿过工件壁厚所需的时间进行测量。测量时,将探头放置在被测工件的表面上,并使用液体,通常是甘油、丙二醇或水,以声学方式将探头与工件耦合在一起。声波脉冲从探头与工件接触的表面传播到底面,即工件另一侧的表面,然后再以底面回波形式返回到探头(参见图1)。测厚仪测量声束脉冲在材料内部的传播时间(参见图2),并使用被测材料的声速,根据以下公式计算出材料的厚度。

在这个公式中,D代表材料的厚度,t代表脉冲传播时间,V代表材料的声速。因为传播时间为完成往返声程所需的时间,因此传播时间与声速的乘积要除以2。大多数材料的声速都在每秒钟约2.0毫米到2.8毫米的范围内。

图1:探头被放置在工件上。来自探头的声束在探头与工件接触的表面和底面之间完成一次往返传播。

图2:初始脉冲代表进入工件的声束。底面回波代表从相对的底面返回的声束。"t"是声波脉冲的渡越时间。模式1是指使用初始脉冲和底面回波确定厚度的测量方式。

校准:如果操作人员了解到会引起错误测量的情况,并采取了一些简单的预防措施,他们在使用超声测厚仪进行测量时,一般会得到极为准确的测量结果。经过正确校准的测厚仪将会显示准确的壁厚读数。校准过程要求使用的标准样件的材料要与被测样件相同,而且需带有厚度已知的一些区域。一般来说,要使用可代表最大和最小被测材料厚度的样件,对测厚仪进行设置。通过在键区中简单的按键操作,可以设置材料声速和零位偏移(与探头相关的参数):在将探头耦合到被测材料时,输入已知的参考标准试块的厚度。测厚仪使用已知厚度,分别为这个材料和探头,计算出声速和零位偏移。当测厚仪进行厚度测量时,会使用校准的声速,计算产品的厚度。

优势和局限性:超声测厚方式的主要优势在于可以对封闭的容器、较大的板材,以及其它难以或无法接触到材料两侧的具有复杂几何形状的样件,进行厚度测量,因为这种方式只需要接触到被测材料的一侧即可进行厚度测量。测厚仪一般都是手持式,使用起来非常方便。这种方式潜在的局限性是测量的准确度与已知材料声速的准确度密切相关,如果已知声速准确无误,则测出的厚度值也会准确无误,但是如果材料的声速发生意外变化,则测厚仪测到的厚度值就会产生错误。材料属性的变化会影响声速,其中包括明显的温度变化和密度变化。当温度的变化超过5º C时,大多数塑料都会表现出显著的声速变化。避免因温度变化而产生测量错误的最简单的方式是在环境温度下进行校准和测量。如果做不到这点,则应该在制造过程中,在产品上的一个已知、相同的位置进行校准和测量。由于大多数标准探头会因与温度约为50ºC以上的热部件接触而受到损坏,因此不建议对高温部件进行检测,除非使用了特殊的探头。当厚壁产品的外表面已经冷却时,其内部区域可能还很热,因此这种样件的内部与外部可能会有很大的温度差别。这些温度差别可能会引起材料内部极大的声速变化,进而会引起测量值的不确定性。

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