流延薄膜在線厚度檢測及控制技術

王廣彪

（州思肯德電子測量設備有限公司）

流延薄膜在線厚度檢測及控制技術

王廣彪

（州思肯德電子測量設備有限公司）

本文就流延薄膜生產過程中，對薄膜厚度的均勻性的技術要求，在線厚度實時檢測及控制技術作了介紹，并在薄膜生產線上配備在線厚度檢測及自動化控制系統，以使薄膜產品的均勻性平整度達到最佳。

流延薄膜；均勻性；螺栓控制；軟件畫面；自動化控制系統

前言

在流延薄膜的生產過程中，薄膜厚度的均勻性是一個重要的質量指標。作為質量控制管理的要求，應該對它進行實時的檢測并調整，使其在符合要求的范圍內連續生產。薄膜均勻性的好壞直接影響下游產品的質量，如：高速彩色印刷；高速真空鍍鋁；高速自動包裝等。它也會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品等級品的高低。（因為在大膜卷通過實驗室的理化檢驗合格后，分切后的膜卷將完全由檢驗員根據外觀來評判等級。）也就是說，分切后膜卷的外觀決定了產品的等級品率。不同等級的產品其出售價格是不同的， 等級品率的高低很大程度上影響著企業的效益。所以應該在薄膜生產線上配備在線厚度檢測及自動控制系統，以使薄膜產品的均勻性平整度達到最佳。

1 薄膜的均勻性

1.1 生產線工藝狀況及設備自身的穩定性。這取決于組成生產線的各主要部件的品質和各部分是否準確配合、協調運行，以及是否合適的生產工藝條件；

1.2 對薄膜厚度準確的檢測。因為只有準確地檢測，才能真實地反應實際厚度的變化；

1.3 準確，有效，穩定的剖面調節控制。薄膜在從模頭流出到現成薄膜的過程中會有一定的拉伸，螺栓的位置會發生變化，怎樣把測量到的薄膜區域準確地對應到相應的模頭螺栓并進行有效的調節特別重要。

2 在線薄膜厚度的檢測技術

2.1 貝它探頭，是最早用于薄膜檢測的傳感器，使用貝它放射源（如：Pm147，Kr85，Si90）作為信號源，技術成熟。但需要辦理放射源使用許可證，進出口手續比較復雜。有半衰期的使用年限限制，且檢測精度會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烈吸收的原理測量薄膜的厚度。該傳感器檢測穩定，不受環境變化的影響。但對添加劑及顏色的變化敏感，在同一條生產線上要生產多種產品不能適應。

2.3 X線探頭，利用X 線管通電產生X 線作為信號源來檢測塑料薄膜的厚度。X線探頭有諸多優點：非放射性物質；低能量無需使用許可證；測量范圍廣；測量精度高；各種塑料都可測量，不受添加劑和色母料的影響?？梢哉f，X線測厚儀是薄膜厚度測量的首選。

圖1 為3米5自動控制CPP線,在正常生產時橫向剖面圖形

3 關于準確穩定的螺栓控制

對于CPP流延膜生產線，在線測厚系統一般有兩種配置方案：一，僅配置在線測厚儀，依賴操作人員手動調整模頭螺栓。二，配置在線測厚儀并加模頭螺栓自動調整裝置（包括自動調節信號輸出系統,和模頭螺栓內配置電加熱棒）。

第一種方案，通過測厚儀對薄膜進行在線厚度檢測并顯示，操作工根據顯示的掃描剖面及對應的模頭螺栓，手動地調整螺栓，改變模唇的開度，進而調整薄膜的厚度使之達到要求的范圍內。

第二種方案，通過測厚儀對薄膜進行在線厚度檢測并顯示剖面圖形，系統自動根據剖面對應出模頭螺栓的位置，通過螺栓控制系統自動對螺栓加熱棒進行控制調整，利用加熱棒熱脹冷縮的原理來改變螺栓的長短，從而調節模唇開度，自動控制薄膜厚度，使之在最佳范圍。

我們強烈推薦客戶選擇第二種方案，即在線測厚儀＋自動剖面控制系統，具體理由如下：

1 產品寬幅大，人工調整周期長。例如3米5高速生產線，螺栓數高達138個，操作人員必須一邊觀察一邊調整，完成一次調整至少半個小時。而現在生產線的速度都在每分鐘200米以上，半個小時就是6000米的調整膜，在調整過程中的薄膜是不能作為正常產品出售的；自動控制是在掃描取樣后，對所有螺栓區域的厚度進行計算，然后同時對所有螺栓進行調整，5分鐘之內就可以完成一次調整。

2 擠出機擠出的總量是一定的，融體必須通過模唇開口流出來，當操作人員調整了某一個螺栓，就改變了該處模唇的開口，必然改變此處融體的流出量，而該處的融體必然轉移到別的地方，這樣才能保持總量的不變。所以一次調整不可能達到最佳狀態。根據我們的實際經驗，3米5寬的模頭，要3－4次的調整，再加上等待觀察調整結果的時間，共要花費2個多小時，剖面才能達到相對穩定。自動控制從相對比較差的剖面（標準偏差＋/－5%）到達比較滿意的結果（標準偏差＋/－2%以內），只需要20 分鐘左右。

(圖1為 3米5自動控制CPP線,在正常生產時橫向剖面圖形。)

3 生產線是連續生產的，生產條件和狀態會隨時變化，所以，在手動調整達到某個范圍以后，隨著時間的推移，生產線狀態條件的變化，厚度剖面必然會發生變化，這就要求操作人員必須時刻注意觀察剖面的變化，并及時調整較大的偏差。但24小時的連續生產，要求操作人員始終做到這一點是很困難的；自動控制是每次掃描后對數據進行計算比較，一旦超出要求的范圍立刻進行調整，24小時從不間斷。

4 手動調整螺栓不確定因素很多，如各人的調整力度，手法，操作經驗都有所不同，責任心的不同，甚至個人心情的變化，這些勢必都會造成調整的結果不一致,薄膜的均勻性會出現時好時壞的現象；自動控制是通過軟件，針對當前使用的模頭的相應條件，確定出相應的PID參數，這樣就能根據實際的厚度偏差準確地調節控制螺栓，使厚度始終保持在最佳的狀態，而且始終如一。

5 根據工藝的要求，生產不同厚度的產品，模唇開口是不同的，手動調整一次模唇開口從開始調整到均勻穩定，至少要2個小時以上；在自動控制狀態下，可以通過整體增加或減少螺栓加熱功率來改變模唇開口，從而實現不停機快速轉換產品，這個過程只需要幾分鐘。

6 每次生產過程中，始終要求操作人員根據當前的剖面來調整螺栓，特別是在停機后再開機，或更換產品后，要花2個多小時才能將剖面調整到穩定的范圍；自動控制系統，能夠將調整好的螺栓功率圖保存下來，在停機以后再開機或更換產品后再開機，可以直接調用保存的螺栓功率來控制，使薄膜的剖面在10多分鐘就能恢復到先前的最佳狀態，不停機換產品更快。

7 手動調整螺栓的生產線，由于生產線的波動，人為因素的不確定，薄膜的均勻性一般不能得到一個穩定的保證，大概在＋/－5%左右，所以產品的目標值就只能設定在要求值，不能有偏差,否則產品就有可能超差；有自動控制的系統，薄膜厚度的均勻性一般都能穩定在＋/－2%以內，所以在下游客戶要求的允許偏差的范圍內，可以把目標值降低至少2%，這樣可以在生產同等長度的產品時，節省2%的原材料；或把目標值提高2%，可以在生產同等長度的產品時增加2%的產量。例如，某產品的規格為50um, 允許偏差＋/－2.5um ，通過自動控制可以把偏差控制在＋/－1um以內，這時可以把目標值設定在48.5um，即可節約原料3%?；虬涯繕酥翟O定在51.5um，即可增加產量3%.

（圖2為 2米5自動PVB線，在正常生產時橫向剖面圖形。）

綜上所述，采用在線測厚及自動剖面控制系統，使薄膜的均勻性得到提高（正常偏差在＋/－2%以內），并且保持穩定，提高了產品的優等品率，增加了效益；大大縮短了開機調整時間，減少了原料的浪費；提高了投入產出比，降低了制造成本，提高了產品市場的競爭力；同時減輕了操作人員的勞動強度，減少了能源消耗。選擇在線自動控制系統是一個一次投入，永久受益的好選擇。

隨著薄膜生產線技術的提高，生產線的速度都越來越快、產品的幅度越來越寬，對厚度均勻性調控的要求也越來越高。配置的在線測厚儀，通過自動模頭螺栓的反饋控制系統，需要快速、連續、準確地對薄膜厚度的偏差進行有效的跟蹤調節。螺栓控制系統最重要的是要把測量的厚度剖面準確對應到模頭螺栓的位置上。測厚儀對應螺栓的方法主要有：

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

圖2 為2米5自動PVB線，在正常生產時橫向剖面圖形

2,另一種自動對位螺栓的方法，需要配備相應的探頭才行。思肯德公司使用領先的X線探頭對薄膜從邊到邊的準確掃描，在顯示厚度剖面的同時，也測量出膜幅的實際寬度，參照模頭的實際寬度就計算出薄膜縮頸的量，從而實現了自動模頭螺栓的準確對應。每次掃描后都會根據新的計算結果對螺栓位置進行自動跟蹤。這樣就可以在生產線速度變化或產品寬度變化的情況下自動對應模頭螺栓的位置，實現準確控制薄膜剖面的均勻。

該自動系統既可以用平均功率的方式控制模頭螺栓的加熱棒，也可以用設定螺栓溫度的方式來進行控制。此外，APC控制柜和測厚儀掃描架使用同樣的CPU控制單元，各自獨立運行，通過以太網進行數據交換，即使上位管理機停止使用時，它們也能進行正常的螺栓自動控制。

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，為此專門設計的“邊膜剖面顯示”畫面，可以幫助客戶準確地調整薄膜邊緣區域的厚薄，從而有效地減少邊料的浪費、提高產出比，且平衡模唇的開口，使融體在模唇開口橫向的流動性達到相對的穩定。

圖3 為3米5自動CPP線，根據周期變化的剖面圖形,判斷出設備的問題

4 軟件畫面

通過豐富測厚儀的顯示軟件，我們能夠觀察到薄膜厚度剖面的狀況和變化，同時根據這些狀況及變化，可以幫助我們分析判斷設備可能存在的問題，改善生產工藝，以及提高對設備的操作水平。1, 連續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調整量，縮短產品進入正常生產所需的時間，為自動控制通過最好的基礎。2, 可選擇次數，并同時顯示的合成剖面，幫助分析生產線的穩定性和波動范圍，為提高設備的穩定性提供參考依據。3,在同一畫面中可以同時觀察最多20次累積剖面的變化，更直觀地顯示出剖面的波動范圍，用于比較工藝參數調整前后的變化，也可用于對不同時期設備運行狀況作對比參考。4，每卷產品自動生成的卷報告，為產品質量跟蹤提供了最直接可信的信息。5,各種系統參數直接顯示在屏幕上，方便了維修維護，同時也給遠程診斷提供了條件。

（圖3 為3米5自動CPP線，根據周期變化的剖面圖形,判斷出設備的問題。）

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

廣州思肯德電子測量設備有限公司，是法國SCANTECH公司在廣州高新產業區科學城設立的獨資公司，專業從事各種塑料薄膜的在線厚度檢測及控制設備的生產和服務培訓等工作。現已獲得廣東省環保局發給的關于生產和銷售X 線測厚儀豁免輻射安全許可管理的批文；廣東省質量技術監督局頒發的《制造計量器具許可證》。為了確保產品質量，整套系統完全按照法國工廠的標準進行生產，所用探頭和電路板等核心部件均在法國制造，整個生產過程由法國專業技術人員進行現場管理。隨著廣州思肯德在線檢測及控制系統的本土化生產，將為國內客戶提供更具成本優勢的高質量產品，并及時提供全部的備品備件，客戶還可以在廣州思肯德工廠預先接受培訓，對客戶系統進行遠程診斷。該公司的專家愿為國內客戶提供專業的技術咨詢和指導。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