微脉冲位移传感器助力注塑机行业发展

作者:巴鲁夫中国 孟海洋 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2015-09-16
作为顶尖位移传感器供应商,巴鲁夫致力为包括塑料机械行业在内的诸多行业提供高端、精密的位移传感器。本文介绍了巴鲁夫为注塑机行业打造的高精密非接触位移传感器,以及支持各种工业拟态网来实现“智能工厂”与“智能生产”的位移传感器。

塑料在现代工业材料中起到了无可替代的重要作用,而热塑性塑料的注塑工艺则是至关重要的,因为塑料零件成型的质量与注塑工艺有着不可分割的密切关系。在注塑工艺中,原料和模具的温度、压力大小,以及持续的时间都是非常重要的因素。

位移传感器经过几十年的发展,已可以应用在注塑机、吹瓶机、挤出机、混料机、热成型机、覆膜机、密炼机和薄膜切割机等塑料设备上。具体的应用例如:典型注塑机测量工艺,包含注塑单元和座台、移模、顶出机构以及锁模柱;塑料加工设备上的多个运动轴的高速、精确位置反馈,可以最大限度改善生产工艺。

非接触位移传感器提高注塑精度

精密注塑成型是用控制精密螺杆的运动来间接控制型腔送料的速度和压力,以确保成品的质量。产品质量不仅体现在外形尺寸上,同样对制品的密度、应力,以及表面都有相应的要求。对于精密注塑机来说,位移控制无疑是最为重要的一部分,它直接影响塑料制品的质量,而由其表征的速度也关系着制品的内在品质和生产效率。比如在射胶时,用于控制射胶螺杆的位移来控制熔融物料的用量,以保证精密注塑计量准确;准确控制开锁模是精密注塑的必要条件,若位置不够准确,则可能产生不完全合模,不能完成注塑。此外,为了得到密度均匀,应力小的塑料制品,必须严格控制速度来满足注塑工艺要求。如必须在熔融状态将物料快速充满整个型腔,如果此时射胶速度变慢,充模时间长,制品容易产生冷接缝、密度不均及应力大等缺陷。但是,若是射胶速度过快,熔融物料容易在浇注口处形成不规则的流动,并造成空气吸入和排气不良等现象而直接影响制品的表面质量。因此,有效控制注射位置及其表征的速度对于精密注塑来说是非常重要的。

传统的借助于电阻尺位置反馈解决方案已不再适合,主要是因为易受磨损和低性能。利用滑动接触式测量,信号传输限制了寿命次数,特别对于那些短循环次数的机械在很短时间会达到极限。为了避免频繁的操作错误和机器下线时间,测量系统需要更长寿命的传感器。

具体来说,一般位移传感器往往会采用电阻尺,电路原理是滑线变阻器,即简单的分压电路。由于其结构设计简单,很容易制作实现,故在注塑机上应用很广泛。但电路供给电阻尺的10V参考电压将直接被用于表达测量总行程,以及分压到具体的运动行程大小,因此很严重地影响着信号的精度。加之在注塑机设备上和加工过程,往往会存在很多来自于高频和低频的复杂的电磁干扰,而对这种绝对式的电压信号造成严重的干扰,测量精度因此很难保证。另一方面,对于运动行程很大的大型注塑机,需要配备大行程电阻尺,有的长达2500mm,或者更长。而对于精密注塑机来说,位移控制精度要达到0. 01~ 0.1mm,这里以2000 mm的电阻尺为例,那么平均对应电压值为1mV,这样就增加了对于A/D 采样分辨率的要求,同时自然需要更低噪声水平的电源。此外,传统注塑机的电阻尺还存在稳定性差、重复性差、易磨损以及安装复杂等很多问题。因此,将非接触式的磁致伸缩原理位移传感器应用于精密注塑机,可以实现大行程范围内的精密测量,同时该传感器还配备有总线等数字接口,采用数字传输,最大程度地减少了精度在传输过程中的损失。

总的来说,根据客户许多年使用经验来看,塑料工业依赖于非接触位移传感器的精确和可靠性,因为它是现代注塑工艺的关键部件,它解决了停机的高昂费用问题,极大地减少了维护费用,同时延长了机器寿命。经过巴鲁夫近几十年的开发应用经验以及客户测试反映:非接触的传感器具有较高的精度和稳定性,适合用于精密注塑控制系统,且该类传感器有总线数字接口,不但节省了许多信号处理环节,节省了许多硬件与软件的消耗,同时也避免了由这些环节所产生的误差干扰,为精密注塑控制提供了良好的硬件平台。

可显著提高注塑精度的巴鲁夫非接触位移传感器

开发支持各种工业拟态网的位移传感器

中国塑机经过这几年高速发展,与国际接轨,适应了从模拟到数字的转变,有不少公司采用了例如CANOPEN总线和SSI接口输出传感器,使用效果相当不错,位移控制稳定精度达到了近0. 01 mm。

近年来,德国政府提出了工业4.0发展设想,其核心主要面向两大主题:一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。

智能化生产系统需要智能化的自动化系统,包括控制器、传感器和执行器等等。因此,工业4.0时代下的总线自然需要将普通总线升级为工业拟态网总线,因此,PLC公司们正为工业以太网进程而努力,例如:罗克韦尔推进标准以太网EtherNet/IP的快速发展;西门子全面投入Profinet工业以太网的开发;倍福早就运作ETHERCAT工业以太网;西格玛泰克开发其工业以太网VARAN;贝加莱适应中国特点,开发POWERLINK工业以太网。

作为顶尖位移传感器供应商,巴鲁夫公司根据客户需求,不断开发支持各种工业拟态网的位移传感器,借助于EUROMAP建议,特别为注塑机市场开发了如下工业拟态网接口位移传感器:PROFINET、ETHERCAT、VARAN、以及正在开发中的POWERLINK。

巴鲁夫工业拟态网接口位移传感器传感器的特点如下:1.同步传输数据,这一特别特性,在PROFINET工业拟态网被称为“同步实时”,在EtherCAT工业拟态网被称为“分布时钟”,在VARAN工业拟态网被称为“锁相环”;2.快速、精确和绝对式位置和速度测量,达至4kHz;3.非接触式,无磨损;4.不受环境影响;5.抗高冲击和抗振动,达至150g/20g;6.集成、设置和通讯简单、快速;7.同步位置测量。

工业以太网案例

案例一:欧洲某著名注塑机公司的注塑机中使用了西格玛泰克公司的VARAN工业拟态网系统,以及巴鲁夫VARAN工业拟态网位移传感器,PLC需要实现如下的工艺功能:对注射单元的精确注射控制以及通过对锁模柱液压缸的实时同步运动控制,使得两板机的动板同时移动,达到锁模柱所受应力一致,以及安全动作控制的目的。

工业以太网案例一的拓扑图

巴鲁夫开发的各种工业拟态网接口位移传感器

案例二:欧洲某著名吹瓶机公司的吹瓶机中,使用了倍福公司的ETHERCAT工业拟态网系统以及巴鲁夫ETHERCAT工业拟态网位移传感器。PLC需要实现如下的工艺功能:快速和精确的壁厚控制和开合模单元的移动控制,这些是确保吹瓶生产工艺质量的关键因素;最终实现工业拟态网EtherCAT达到快速运动和精确定位的最优平衡。

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