引言：多年以來，對吹塑部件進(jìn)行的質(zhì)量控制操作都是使用美工刀將部件切開，然后再使用卡尺對部件的厚度進(jìn)行測量。這種傳統(tǒng)的檢測方式存在很多問題。在將部件切開時，一般會在切割邊緣留下毛刺。如果操作人員在毛刺部位上進(jìn)行測量，則測量到的不是真實(shí)的壁厚值。假設(shè)操作人員非常仔細(xì)，并避免了在變形的邊緣位置上進(jìn)行測量，他們的測量操作還是會受到某些限制，如：需要選擇在哪個部位上使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行測量。吹塑部件的幾何形狀，如：塑料瓶子，通常都不能使機(jī)械設(shè)備接觸到其內(nèi)圓角或把手的部位。吹塑部件一旦因厚度測量而被毀壞，就不能再對其進(jìn)行其它大多數(shù)測試。操作人員的技術(shù)水平參差不齊，因此也經(jīng)常會使檢測出現(xiàn)問題。操作人員在使用卡尺進(jìn)行檢測時，如果持握的卡尺與被測部件沒有處于平行對齊狀態(tài)，而是稍微有些傾斜，或者因卡尺鉗口的壓力而使材料有些壓縮時，都會得出錯誤的測量讀數(shù)，因此不同操作人員在測量同一個部件時會得到不同的厚度讀數(shù)。傳統(tǒng)的測量方式還存在著潛在的安全問題。操作人員在每個當(dāng)班時間內(nèi)要多次使用美工刀切割部件，因此他們受到嚴(yán)重傷害的可能性持續(xù)存在。

以下兩種電子方式可以減少或消除所有這些問題：超聲測厚方式和霍爾效應(yīng)測厚方式。如今這兩種方式都已成為吹塑行業(yè)質(zhì)量控制中的常用方式。一般來說測量方式的選擇取決于被測產(chǎn)品，而且選擇測量方式所要考慮的因素一般也與被測產(chǎn)品相關(guān)。這則應(yīng)用注釋的將對選擇方式時要考慮的因素進(jìn)行說明探討。

超聲測厚理論：超聲測厚儀可以從被測工件的一側(cè)對工件的壁厚進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、且具有可重復(fù)性的無損測量。具體的測量方式是對超聲聲束穿過工件壁厚所需的時間進(jìn)行測量。測量時，將探頭放置在被測工件的表面上，并使用液體，通常是甘油、丙二醇或水，以聲學(xué)方式將探頭與工件耦合在一起。聲波脈沖從探頭與工件接觸的表面?zhèn)鞑サ降酌妫垂ぜ硪粋?cè)的表面，然后再以底面回波形式返回到探頭（參見圖1）。測厚儀測量聲束脈沖在材料內(nèi)部的傳播時間（參見圖2），并使用被測材料的聲速，根據(jù)以下公式計(jì)算出材料的厚度。

在這個公式中，D材料的厚度，t脈沖傳播時間，V材料的聲速。因?yàn)閭鞑r間為完成往返聲程所需的時間，因此傳播時間與聲速的乘積要除以2。大多數(shù)材料的聲速都在每秒鐘約2.0毫米到2.8毫米的范圍內(nèi)。

圖1：探頭被放置在工件上。來自探頭的聲束在探頭與工件接觸的表面和底面之間完成一次往返傳播。

 

圖2：初始脈沖進(jìn)入工件的聲束。底面回波從相對的底面返回的聲束。"t"是聲波脈沖的渡越時間。模式1是指使用初始脈沖和底面回波確定厚度的測量方式。

校準(zhǔn)：如果操作人員了解到會引起錯誤測量的情況，并采取了一些簡單的預(yù)防措施，他們在使用超聲測厚儀進(jìn)行測量時，一般會得到極為準(zhǔn)確的測量結(jié)果。經(jīng)過正確校準(zhǔn)的測厚儀將會顯示準(zhǔn)確的壁厚讀數(shù)。校準(zhǔn)過程要求使用的標(biāo)準(zhǔn)樣件的材料要與被測樣件相同，而且需帶有厚度已知的一些區(qū)域。一般來說，要使用可和小被測材料厚度的樣件，對測厚儀進(jìn)行設(shè)置。通過在鍵區(qū)中簡單的按鍵操作，可以設(shè)置材料聲速和零位偏移（與探頭相關(guān)的參數(shù)）：在將探頭耦合到被測材料時，輸入已知的參考標(biāo)準(zhǔn)試塊的厚度。測厚儀使用已知厚度，分別為這個材料和探頭，計(jì)算出聲速和零位偏移。當(dāng)測厚儀進(jìn)行厚度測量時，會使用校準(zhǔn)的聲速，計(jì)算產(chǎn)品的厚度。

優(yōu)勢與局限性：超聲測厚方式的主要優(yōu)勢在于可以對封閉的容器、較大的板材，以及其它難以或無法接觸到材料兩側(cè)的具有復(fù)雜幾何形狀的樣件，進(jìn)行厚度測量，因?yàn)檫@種方式只需要接觸到被測材料的一側(cè)即可進(jìn)行厚度測量。測厚儀一般都是手持式，使用起來非常方便。這種方式潛在的局限性是測量的準(zhǔn)確度與已知材料聲速的準(zhǔn)確度密切相關(guān)，如果已知聲速準(zhǔn)確無誤，則測出的厚度值也會準(zhǔn)確無誤，但是如果材料的聲速發(fā)生意外變化，則測厚儀測到的厚度值就會產(chǎn)生錯誤。材料屬性的變化會影響聲速，其中包括明顯的溫度變化和密度變化。當(dāng)溫度的變化超過5o C時，大多數(shù)塑料都會表現(xiàn)出的聲速變化。避免因溫度變化而產(chǎn)生測量錯誤的簡單的方式是在環(huán)境溫度下進(jìn)行校準(zhǔn)和測量。如果做不到這點(diǎn)，則應(yīng)該在制造過程中，在產(chǎn)品上的一個已知、相同的位置進(jìn)行校準(zhǔn)和測量。由于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)探頭會因與溫度約為50oC以上的熱部件接觸而受到損壞，因此不建議對高溫部件進(jìn)行檢測，除非使用了特殊的探頭。當(dāng)厚壁產(chǎn)品的外表面已經(jīng)冷卻時，其內(nèi)部區(qū)域可能還很熱，因此這種樣件的內(nèi)部與外部可能會有很大的溫度差別。這些溫度差別可能會引起材料內(nèi)部極大的聲速變化，進(jìn)而會引起測量值的不確定性。

霍爾效應(yīng)測厚理論：另一種電子測厚方式利用了一種被稱為霍爾效應(yīng)的現(xiàn)象。霍爾效應(yīng)需使用一種可垂直作用于一個攜帶電流的導(dǎo)體的磁場。這種組合包括在另一個方向上產(chǎn)生的電壓。如果一個鐵磁性目標(biāo)，如：已知質(zhì)量的鋼珠，被放置在磁場中，則其感應(yīng)電壓就會改變。當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離磁體時，磁場以及感應(yīng)電壓就會以一種可以預(yù)見的方式改變。如果將感應(yīng)電壓的這些變化繪制成圖，就會生成一條感應(yīng)電壓對比目標(biāo)與探頭之間距離的曲線（參見圖3）。

進(jìn)行測量時，只需將霍爾探頭放置在被測樣件的一側(cè)，將鐵磁性目標(biāo)，通常為一個小鋼珠，放置在樣件的另一側(cè)。測厚儀顯示目標(biāo)和探頭之間的距離，及樣件的壁厚讀數(shù)。

 

 

圖3：目標(biāo)鋼珠被放置在被測樣件的一側(cè)。探頭被放置在樣件的另一側(cè)，而且鋼珠被吸引并靠近探頭。

校準(zhǔn)：校準(zhǔn)儀器的方式如下：將一系列厚度已知的墊片放置在探頭上，將鋼珠放置在墊片上，然后在儀器中輸入每個墊片的已知厚度。在校準(zhǔn)過程中輸入到測厚儀中的信息可使儀器建立一個查詢表，實(shí)際上，是繪制一條表明電壓變化的曲線。測厚儀在查詢表中查找對應(yīng)于測量值的厚度值，并在屏幕上顯示厚度的數(shù)字讀數(shù)。盡管這些步驟聽起來非常復(fù)雜，但是在實(shí)際操作中，操作人員只需在校準(zhǔn)過程中輸入已知值，然后讓測厚儀完成比較和計(jì)算工作。使用霍爾效應(yīng)測厚儀時，不需要操作人員了解任何有關(guān)測量的物理知識。校準(zhǔn)過程會自動完成。

優(yōu)勢和局限性：這個測量系統(tǒng)的優(yōu)勢在于無需使用耦合劑，聲速不會隨著溫度或材料的其它屬性而變化，而且可以測量到極其窄小圓角區(qū)域和極薄樣件的壁厚。此外，操作人員還通常可以方便地使用探頭在樣件的各個部位上進(jìn)行掃查，以快速核查樣件上各個不同位置的厚度，或找到厚度薄的區(qū)域。在吹塑成形的塑料產(chǎn)品檢測應(yīng)用中，使用霍爾效應(yīng)測厚方式的潛在的局限性是需要將目標(biāo)鋼珠放置在被測樣件的內(nèi)部，因此這種方式不能對封閉的容器進(jìn)行檢測（不過可以通過超聲方式對這類樣件進(jìn)行檢測）。系統(tǒng)可以測量的厚度約為10毫米。系統(tǒng)可以對可壓縮性材料進(jìn)行測量，但是在對這類材料進(jìn)行測量時，因?yàn)殇撝闀共牧蠅嚎s，因此應(yīng)該使用小的鋼珠。在生產(chǎn)過程中，操作人員可以在幾秒鐘時間內(nèi)對整個樣件進(jìn)行掃查，同時存儲多個讀數(shù)，或找到薄壁厚。這款儀器經(jīng)常被放置在生產(chǎn)區(qū)域，供成型設(shè)備的操作人員使用。這種方式可使廠家實(shí)現(xiàn)真正的統(tǒng)計(jì)過程控制。

選擇測厚方式：在對上述兩種方式進(jìn)行選擇時，沒有一成不變的規(guī)則。一般來說，如果要測量的是大型、厚壁、剛性部件，則使用超聲檢測方式。如果要測量的是小型、薄壁（小于2.5毫米），且?guī)в休^小內(nèi)圓角的樣件，則使用霍爾效應(yīng)測厚儀，如：奧林巴斯的Magna-Mike 8600型號測厚儀。大部分吹塑樣件的檢測應(yīng)用都傾向于使用霍爾效應(yīng)測厚儀。大多數(shù)吹塑機(jī)生產(chǎn)的樣件都具有復(fù)雜的形狀、相對柔軟彎曲的薄壁，以及內(nèi)圓角，使用機(jī)械設(shè)備或超聲測厚儀很難測量這類樣件的壁厚。

要進(jìn)行超聲測量，可以使用奧林巴斯的任何一款精確測厚儀。其中包括38DL PLUS型號和帶有單晶軟件的45MG型號的測厚儀。兩種儀器都可以存儲多個聲速和探頭設(shè)置，都可以對各種材料進(jìn)行簡單的測厚操作。在測量薄壁工件時，經(jīng)常會建議使用M116、M208或V260 Sonopen探頭。要測量厚壁樣件，則建議使用同一種測厚儀以及低頻接觸式探頭（M112、M110或M109）。要對溫度超過50oC的熱塑料樣件進(jìn)行厚度測量，則要使用高溫延遲塊探頭。

總結(jié)：可以通過幾個簡單的步驟，對兩種測厚儀進(jìn)行快速校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，兩種測厚儀都可以為用戶提供準(zhǔn)確且重復(fù)性極高的結(jié)果。用戶會發(fā)現(xiàn)與機(jī)械測厚方式相比，使用電子方式進(jìn)行測量的操作人員的操作技術(shù)很少會影響到測量的結(jié)果。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與記錄的讀數(shù)被存儲在一起，并可以在日后對操作人員的工作進(jìn)行核查。超聲測厚儀和霍爾效應(yīng)測厚儀都帶有數(shù)據(jù)記錄功能，這樣就消除了謄寫數(shù)據(jù)時會出現(xiàn)錯誤的可能性。