王廣彪

（州思肯德電子測(cè)量設(shè)備有限公司）

流延薄膜在線厚度檢測(cè)及控制技術(shù)

王廣彪

（州思肯德電子測(cè)量設(shè)備有限公司）

本文就流延薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)薄膜厚度的均勻性的技術(shù)要求，在線厚度實(shí)時(shí)檢測(cè)及控制技術(shù)作了介紹，并在薄膜生產(chǎn)線上配備在線厚度檢測(cè)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以使薄膜產(chǎn)品的均勻性平整度達(dá)到最佳。

流延薄膜；均勻性；螺栓控制；軟件畫面；自動(dòng)化控制系統(tǒng)

前言

在流延薄膜的生產(chǎn)過(guò)程中，薄膜厚度的均勻性是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)。作為質(zhì)量控制管理的要求，應(yīng)該對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)并調(diào)整，使其在符合要求的范圍內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)。薄膜均勻性的好壞直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量，如：高速彩色印刷；高速真空鍍鋁；高速自動(dòng)包裝等。它也會(huì)影響分切后小膜卷的外觀狀況，重要的是：分切后膜卷的外觀條件將決定產(chǎn)品等級(jí)品的高低。（因?yàn)樵诖竽ぞ硗ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)室的理化檢驗(yàn)合格后，分切后的膜卷將完全由檢驗(yàn)員根據(jù)外觀來(lái)評(píng)判等級(jí)。）也就是說(shuō)，分切后膜卷的外觀決定了產(chǎn)品的等級(jí)品率。不同等級(jí)的產(chǎn)品其出售價(jià)格是不同的， 等級(jí)品率的高低很大程度上影響著企業(yè)的效益。所以應(yīng)該在薄膜生產(chǎn)線上配備在線厚度檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)，以使薄膜產(chǎn)品的均勻性平整度達(dá)到最佳。

1 薄膜的均勻性

1.1 生產(chǎn)線工藝狀況及設(shè)備自身的穩(wěn)定性。這取決于組成生產(chǎn)線的各主要部件的品質(zhì)和各部分是否準(zhǔn)確配合、協(xié)調(diào)運(yùn)行，以及是否合適的生產(chǎn)工藝條件；

1.2 對(duì)薄膜厚度準(zhǔn)確的檢測(cè)。因?yàn)橹挥袦?zhǔn)確地檢測(cè)，才能真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際厚度的變化；

1.3 準(zhǔn)確，有效，穩(wěn)定的剖面調(diào)節(jié)控制。薄膜在從模頭流出到現(xiàn)成薄膜的過(guò)程中會(huì)有一定的拉伸，螺栓的位置會(huì)發(fā)生變化，怎樣把測(cè)量到的薄膜區(qū)域準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的模頭螺栓并進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)特別重要。

2 在線薄膜厚度的檢測(cè)技術(shù)

2.1 貝它探頭，是最早用于薄膜檢測(cè)的傳感器，使用貝它放射源（如：Pm147，Kr85，Si90）作為信號(hào)源，技術(shù)成熟。但需要辦理放射源使用許可證，進(jìn)出口手續(xù)比較復(fù)雜。有半衰期的使用年限限制，且檢測(cè)精度會(huì)隨著放射源的衰減而降低。

2.2 紅外探頭，利用特定紅外線波段在特定的塑料薄膜中被強(qiáng)烈吸收的原理測(cè)量薄膜的厚度。該傳感器檢測(cè)穩(wěn)定，不受環(huán)境變化的影響。但對(duì)添加劑及顏色的變化敏感，在同一條生產(chǎn)線上要生產(chǎn)多種產(chǎn)品不能適應(yīng)。

2.3 X線探頭，利用X 線管通電產(chǎn)生X 線作為信號(hào)源來(lái)檢測(cè)塑料薄膜的厚度。X線探頭有諸多優(yōu)點(diǎn)：非放射性物質(zhì)；低能量無(wú)需使用許可證；測(cè)量范圍廣；測(cè)量精度高；各種塑料都可測(cè)量，不受添加劑和色母料的影響?？梢哉f(shuō)，X線測(cè)厚儀是薄膜厚度測(cè)量的首選。

圖1 為3米5自動(dòng)控制CPP線,在正常生產(chǎn)時(shí)橫向剖面圖形

3 關(guān)于準(zhǔn)確穩(wěn)定的螺栓控制

對(duì)于CPP流延膜生產(chǎn)線，在線測(cè)厚系統(tǒng)一般有兩種配置方案：一，僅配置在線測(cè)厚儀，依賴操作人員手動(dòng)調(diào)整模頭螺栓。二，配置在線測(cè)厚儀并加模頭螺栓自動(dòng)調(diào)整裝置（包括自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)輸出系統(tǒng),和模頭螺栓內(nèi)配置電加熱棒）。

第一種方案，通過(guò)測(cè)厚儀對(duì)薄膜進(jìn)行在線厚度檢測(cè)并顯示，操作工根據(jù)顯示的掃描剖面及對(duì)應(yīng)的模頭螺栓，手動(dòng)地調(diào)整螺栓，改變模唇的開(kāi)度，進(jìn)而調(diào)整薄膜的厚度使之達(dá)到要求的范圍內(nèi)。

第二種方案，通過(guò)測(cè)厚儀對(duì)薄膜進(jìn)行在線厚度檢測(cè)并顯示剖面圖形，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)剖面對(duì)應(yīng)出模頭螺栓的位置，通過(guò)螺栓控制系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)螺栓加熱棒進(jìn)行控制調(diào)整，利用加熱棒熱脹冷縮的原理來(lái)改變螺栓的長(zhǎng)短，從而調(diào)節(jié)模唇開(kāi)度，自動(dòng)控制薄膜厚度，使之在最佳范圍。

我們強(qiáng)烈推薦客戶選擇第二種方案，即在線測(cè)厚儀＋自動(dòng)剖面控制系統(tǒng)，具體理由如下：

1 產(chǎn)品寬幅大，人工調(diào)整周期長(zhǎng)。例如3米5高速生產(chǎn)線，螺栓數(shù)高達(dá)138個(gè)，操作人員必須一邊觀察一邊調(diào)整，完成一次調(diào)整至少半個(gè)小時(shí)。而現(xiàn)在生產(chǎn)線的速度都在每分鐘200米以上，半個(gè)小時(shí)就是6000米的調(diào)整膜，在調(diào)整過(guò)程中的薄膜是不能作為正常產(chǎn)品出售的；自動(dòng)控制是在掃描取樣后，對(duì)所有螺栓區(qū)域的厚度進(jìn)行計(jì)算，然后同時(shí)對(duì)所有螺栓進(jìn)行調(diào)整，5分鐘之內(nèi)就可以完成一次調(diào)整。

2 擠出機(jī)擠出的總量是一定的，融體必須通過(guò)模唇開(kāi)口流出來(lái)，當(dāng)操作人員調(diào)整了某一個(gè)螺栓，就改變了該處模唇的開(kāi)口，必然改變此處融體的流出量，而該處的融體必然轉(zhuǎn)移到別的地方，這樣才能保持總量的不變。所以一次調(diào)整不可能達(dá)到最佳狀態(tài)。根據(jù)我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，3米5寬的模頭，要3－4次的調(diào)整，再加上等待觀察調(diào)整結(jié)果的時(shí)間，共要花費(fèi)2個(gè)多小時(shí)，剖面才能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。自動(dòng)控制從相對(duì)比較差的剖面（標(biāo)準(zhǔn)偏差＋/－5%）到達(dá)比較滿意的結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)偏差＋/－2%以內(nèi)），只需要20 分鐘左右。

(圖1為 3米5自動(dòng)控制CPP線,在正常生產(chǎn)時(shí)橫向剖面圖形。)

3 生產(chǎn)線是連續(xù)生產(chǎn)的，生產(chǎn)條件和狀態(tài)會(huì)隨時(shí)變化，所以，在手動(dòng)調(diào)整達(dá)到某個(gè)范圍以后，隨著時(shí)間的推移，生產(chǎn)線狀態(tài)條件的變化，厚度剖面必然會(huì)發(fā)生變化，這就要求操作人員必須時(shí)刻注意觀察剖面的變化，并及時(shí)調(diào)整較大的偏差。但24小時(shí)的連續(xù)生產(chǎn)，要求操作人員始終做到這一點(diǎn)是很困難的；自動(dòng)控制是每次掃描后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算比較，一旦超出要求的范圍立刻進(jìn)行調(diào)整，24小時(shí)從不間斷。

4 手動(dòng)調(diào)整螺栓不確定因素很多，如各人的調(diào)整力度，手法，操作經(jīng)驗(yàn)都有所不同，責(zé)任心的不同，甚至個(gè)人心情的變化，這些勢(shì)必都會(huì)造成調(diào)整的結(jié)果不一致,薄膜的均勻性會(huì)出現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象；自動(dòng)控制是通過(guò)軟件，針對(duì)當(dāng)前使用的模頭的相應(yīng)條件，確定出相應(yīng)的PID參數(shù)，這樣就能根據(jù)實(shí)際的厚度偏差準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)控制螺栓，使厚度始終保持在最佳的狀態(tài)，而且始終如一。

5 根據(jù)工藝的要求，生產(chǎn)不同厚度的產(chǎn)品，模唇開(kāi)口是不同的，手動(dòng)調(diào)整一次模唇開(kāi)口從開(kāi)始調(diào)整到均勻穩(wěn)定，至少要2個(gè)小時(shí)以上；在自動(dòng)控制狀態(tài)下，可以通過(guò)整體增加或減少螺栓加熱功率來(lái)改變模唇開(kāi)口，從而實(shí)現(xiàn)不停機(jī)快速轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，這個(gè)過(guò)程只需要幾分鐘。

6 每次生產(chǎn)過(guò)程中，始終要求操作人員根據(jù)當(dāng)前的剖面來(lái)調(diào)整螺栓，特別是在停機(jī)后再開(kāi)機(jī)，或更換產(chǎn)品后，要花2個(gè)多小時(shí)才能將剖面調(diào)整到穩(wěn)定的范圍；自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)⒄{(diào)整好的螺栓功率圖保存下來(lái)，在停機(jī)以后再開(kāi)機(jī)或更換產(chǎn)品后再開(kāi)機(jī)，可以直接調(diào)用保存的螺栓功率來(lái)控制，使薄膜的剖面在10多分鐘就能恢復(fù)到先前的最佳狀態(tài)，不停機(jī)換產(chǎn)品更快。

7 手動(dòng)調(diào)整螺栓的生產(chǎn)線，由于生產(chǎn)線的波動(dòng)，人為因素的不確定，薄膜的均勻性一般不能得到一個(gè)穩(wěn)定的保證，大概在＋/－5%左右，所以產(chǎn)品的目標(biāo)值就只能設(shè)定在要求值，不能有偏差,否則產(chǎn)品就有可能超差；有自動(dòng)控制的系統(tǒng)，薄膜厚度的均勻性一般都能穩(wěn)定在＋/－2%以內(nèi)，所以在下游客戶要求的允許偏差的范圍內(nèi)，可以把目標(biāo)值降低至少2%，這樣可以在生產(chǎn)同等長(zhǎng)度的產(chǎn)品時(shí)，節(jié)省2%的原材料；或把目標(biāo)值提高2%，可以在生產(chǎn)同等長(zhǎng)度的產(chǎn)品時(shí)增加2%的產(chǎn)量。例如，某產(chǎn)品的規(guī)格為50um, 允許偏差＋/－2.5um ，通過(guò)自動(dòng)控制可以把偏差控制在＋/－1um以內(nèi)，這時(shí)可以把目標(biāo)值設(shè)定在48.5um，即可節(jié)約原料3%。或把目標(biāo)值設(shè)定在51.5um，即可增加產(chǎn)量3%.

（圖2為 2米5自動(dòng)PVB線，在正常生產(chǎn)時(shí)橫向剖面圖形。）

綜上所述，采用在線測(cè)厚及自動(dòng)剖面控制系統(tǒng)，使薄膜的均勻性得到提高（正常偏差在＋/－2%以內(nèi)），并且保持穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的優(yōu)等品率，增加了效益；大大縮短了開(kāi)機(jī)調(diào)整時(shí)間，減少了原料的浪費(fèi)；提高了投入產(chǎn)出比，降低了制造成本，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力；同時(shí)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了能源消耗。選擇在線自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)一次投入，永久受益的好選擇。

隨著薄膜生產(chǎn)線技術(shù)的提高，生產(chǎn)線的速度都越來(lái)越快、產(chǎn)品的幅度越來(lái)越寬，對(duì)厚度均勻性調(diào)控的要求也越來(lái)越高。配置的在線測(cè)厚儀，通過(guò)自動(dòng)模頭螺栓的反饋控制系統(tǒng)，需要快速、連續(xù)、準(zhǔn)確地對(duì)薄膜厚度的偏差進(jìn)行有效的跟蹤調(diào)節(jié)。螺栓控制系統(tǒng)最重要的是要把測(cè)量的厚度剖面準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)到模頭螺栓的位置上。測(cè)厚儀對(duì)應(yīng)螺栓的方法主要有：

1,在不同的模頭螺栓處畫線做記號(hào)，然后在測(cè)厚儀掃描架上找到對(duì)應(yīng)的地方，以確定螺栓的位置。一般不是對(duì)所有螺栓劃線，只是在模頭二邊確定二個(gè)位置，再將其他螺栓等距離分布。但由于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的速度會(huì)有變化，薄膜的收縮量會(huì)有不同，或者由于生產(chǎn)薄膜橫幅的不同模頭螺栓的位置都會(huì)有變化。這種方法比較繁瑣且有偏差。

圖2 為2米5自動(dòng)PVB線，在正常生產(chǎn)時(shí)橫向剖面圖形

2,另一種自動(dòng)對(duì)位螺栓的方法，需要配備相應(yīng)的探頭才行。思肯德公司使用領(lǐng)先的X線探頭對(duì)薄膜從邊到邊的準(zhǔn)確掃描，在顯示厚度剖面的同時(shí)，也測(cè)量出膜幅的實(shí)際寬度，參照模頭的實(shí)際寬度就計(jì)算出薄膜縮頸的量，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)模頭螺栓的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。每次掃描后都會(huì)根據(jù)新的計(jì)算結(jié)果對(duì)螺栓位置進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。這樣就可以在生產(chǎn)線速度變化或產(chǎn)品寬度變化的情況下自動(dòng)對(duì)應(yīng)模頭螺栓的位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制薄膜剖面的均勻。

該自動(dòng)系統(tǒng)既可以用平均功率的方式控制模頭螺栓的加熱棒，也可以用設(shè)定螺栓溫度的方式來(lái)進(jìn)行控制。此外，APC控制柜和測(cè)厚儀掃描架使用同樣的CPU控制單元，各自獨(dú)立運(yùn)行，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即使上位管理機(jī)停止使用時(shí)，它們也能進(jìn)行正常的螺栓自動(dòng)控制。

由于X線探頭的特殊性,可以始終掃描到膜邊以外全幅膜的厚度，為此專門設(shè)計(jì)的“邊膜剖面顯示”畫面，可以幫助客戶準(zhǔn)確地調(diào)整薄膜邊緣區(qū)域的厚薄，從而有效地減少邊料的浪費(fèi)、提高產(chǎn)出比，且平衡模唇的開(kāi)口，使融體在模唇開(kāi)口橫向的流動(dòng)性達(dá)到相對(duì)的穩(wěn)定。

圖3 為3米5自動(dòng)CPP線，根據(jù)周期變化的剖面圖形,判斷出設(shè)備的問(wèn)題

4 軟件畫面

通過(guò)豐富測(cè)厚儀的顯示軟件，我們能夠觀察到薄膜厚度剖面的狀況和變化，同時(shí)根據(jù)這些狀況及變化，可以幫助我們分析判斷設(shè)備可能存在的問(wèn)題，改善生產(chǎn)工藝，以及提高對(duì)設(shè)備的操作水平。1, 連續(xù)的單次掃描剖面顯示，可以幫助操作人員獲得最佳的模頭螺栓手動(dòng)調(diào)整量，縮短產(chǎn)品進(jìn)入正常生產(chǎn)所需的時(shí)間，為自動(dòng)控制通過(guò)最好的基礎(chǔ)。2, 可選擇次數(shù)，并同時(shí)顯示的合成剖面，幫助分析生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和波動(dòng)范圍，為提高設(shè)備的穩(wěn)定性提供參考依據(jù)。3,在同一畫面中可以同時(shí)觀察最多20次累積剖面的變化，更直觀地顯示出剖面的波動(dòng)范圍，用于比較工藝參數(shù)調(diào)整前后的變化，也可用于對(duì)不同時(shí)期設(shè)備運(yùn)行狀況作對(duì)比參考。4，每卷產(chǎn)品自動(dòng)生成的卷報(bào)告，為產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤提供了最直接可信的信息。5,各種系統(tǒng)參數(shù)直接顯示在屏幕上，方便了維修維護(hù)，同時(shí)也給遠(yuǎn)程診斷提供了條件。

（圖3 為3米5自動(dòng)CPP線，根據(jù)周期變化的剖面圖形,判斷出設(shè)備的問(wèn)題。）

法國(guó)SCANTECH公司成立于1992年，創(chuàng)造性地將低能量X 線傳感器應(yīng)用于塑料薄膜厚度的測(cè)量中，在該領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。其低能量X 線傳感器，屬非放射性物質(zhì)，使用安全，不僅測(cè)量范圍廣，適用于各種塑料且不受添加劑和色母料的影響，而且測(cè)量精度高，使用壽命長(zhǎng)。

廣州思肯德電子測(cè)量設(shè)備有限公司，是法國(guó)SCANTECH公司在廣州高新產(chǎn)業(yè)區(qū)科學(xué)城設(shè)立的獨(dú)資公司，專業(yè)從事各種塑料薄膜的在線厚度檢測(cè)及控制設(shè)備的生產(chǎn)和服務(wù)培訓(xùn)等工作?，F(xiàn)已獲得廣東省環(huán)保局發(fā)給的關(guān)于生產(chǎn)和銷售X 線測(cè)厚儀豁免輻射安全許可管理的批文；廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《制造計(jì)量器具許可證》。為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，整套系統(tǒng)完全按照法國(guó)工廠的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，所用探頭和電路板等核心部件均在法國(guó)制造，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程由法國(guó)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理。隨著廣州思肯德在線檢測(cè)及控制系統(tǒng)的本土化生產(chǎn)，將為國(guó)內(nèi)客戶提供更具成本優(yōu)勢(shì)的高質(zhì)量產(chǎn)品，并及時(shí)提供全部的備品備件，客戶還可以在廣州思肯德工廠預(yù)先接受培訓(xùn)，對(duì)客戶系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。該公司的專家愿為國(guó)內(nèi)客戶提供專業(yè)的技術(shù)咨詢和指導(dǎo)。期待著和更多的客戶合作。

Thickness measurement and Control Technology of Casting film on line

Wang Guangbiao

This paper introduced the fi lm thickness requirement of cast fi lm during the production process. It’s could be tested on line and with entached auto-control system to con fi rm the fi lm product reach the best.

Cast fi lm; Uniformity; Bolt control; Software screen; Automatic control system