雷射测定硬管管厚的控制方法 一般传统塑胶硬管生产，采用注射机全线定速生产，原料于模具内因热融流不稳定性，常造成成品厚度有上下平均差异，不但生产的管厚无法一致，并且导致原料用量无形耗费，有鉴于此问题影响到经营竞争力，为此生产厂商乃思由控制管厚一致着手寻求改善对策；目前已知硬管管厚测定方式有接触式与非接触式两类，其中接触式类型有下列一种，兹将其功能特性说明如下：
习知推挤式线性可调差接变压器(LVDT)控制系统；如图1所示，此系统是藉由硬管管壁直接推挤线性可调差接变压器，产生工业用微量变动信号，再经转换器处理最终获得量值，取此量值与全线基本速度信号作加法器比较修正，最终获取修正后的全线生产速度信号，进行生产线速度升降变动控制管厚，此控制系统控制方框图如图1所示，其动作流程说明如下：
由线性可调差接变压器检出测头12取得硬管11管径变动信号，经比例、积分、微分(PID)控制器13转换为4～20mA厚度信号A，再透过可调式比例放大转换器14，将此信号转换为0～10V厚度信号B，此信号与全线基本速度信号C透过加法器17处理后，取得0～10V全线生产速度信号E，修正全线生产速度，以控制硬管管径厚度；亦可直接由手动速度信号D与全线基本速度信号C透过加法器17处理，获得0～10V全线生产速度信号E，但采用手动控制全线生产速度，无法控制管厚一致。
[备注：其中加法器17的输入信号，是由一组可变电阻15参考电位C信号，与来自自动信号B或手动可变电阻16参考电位D信号组成，以下为其信号彼此关连性*手动时＝E＝D+C；*雷自动时E＝B+C。C为全线基本速度参考信号；D为手动速度信号]
习知的推挤式线性可调差接变压器测厚控制在使用上仍具有下列缺陷：
(1)机构安装不易，拆修调整繁琐费时。
(2)是由硬管管壁直接推挤，产生工业用量变动信号，故其机构不耐外力碰撞压迫。
(3)由硬管直接推挤机构结构以获取变动信号，其机械结构随着管径厚薄偏移，有动作寿命短的缺点，且机构容易老化故障。
(4)需在现场安装气压升降机构，以利现场注射机换模作业，气压管路横立，造成换模作业不便。
(5)投资费用虽然低廉，但因零件配件数量多，不利日后保养维护。
非接触式类型有下列二种：
(A)习知旋转式超音波厚度控制系统：如图2所示，此系统是藉由机构将超音波厚度检出测头置于硬管管壁上(不接触)，经由马达旋转带动检出测头沿硬管圆周360°管壁上来回旋转测量；根据自动模头加热区段划分，将硬管测量圆周划分为同等相对区段，分别取得各区段工业用微量变动信号，再经转换器处理最终获得量值，此量值信号与原模具上相对应的加热区段生产温度信号作加法器数值比较，以即时回授反应温度信号控制各区段加热器，达到管厚控制的需求，此控制系统控制方框图如图2所示，其动作流程说明如下：
由超音波检出测头22取得硬管21圆周各区段管径变动信号，透过超音波厚度控制器23转换为0～10V厚度信号A，再透过电压转电流转换器24将其转换为4～20mA厚度信号B，将此未经处理的波动厚度信号，透过比例、积分、微分控制器25处理，取得4～20mA稳定厚度信号C，经由加法器28将此信号与取自各区段测温体热电偶26经电压转电流转换器274～20mA温度回授信号D加法比较，获得4～20mA温度修正信号E，透过各区段温度控制器29，获得4～20mA修正后的温度生产信号F，进而回授控制各区段加热器，修正各区段加热器温度增减，以控制硬管管厚。习知的旋转式超音波测厚控制在使用上具下列缺陷：
(1)机构安装不易，拆修调整繁琐费时。
(2)检出测头是经马达带动旋转，马达回旋耗费能源，并因而增加故障机会。
(3)此类测厚机构，需与自动模头加热设备配合使用，因自动模头加热设备通常采用4，6，8或更多区段设计，无形的能源耗费及有形的设备投资费用增加，均为其不完善之处。
(4)使用超音波测厚需靠水或液体为媒介，方能取得管径或管壁厚薄信号，造成现场需增加附属设备为其缺陷。
(B)习知旋转式加玛r反射式量测厚度控制系统：如图3所示，此系统是根据“康普吞效应”，利用放射性同位素，发射出加玛r射线或光子撞击原子序较低的物质时，藉由光子量正比于其前面的材料质量(或单位面积重量)，然后再由闪烁检出仪及其它电子配件将光子换算成工程单位；此系统也一样藉由机构将加玛r反射式检出测头装置于硬管管壁上(不接触)，经由马达旋转带动检出测头沿硬管圆周360°管壁上来回旋转测量；根据自动模头加热区段划分，将硬管测量圆周划分为同等相对区段，分别取得各区段工业用微量变动信号，再经转换器处理最终获得量值，再与原模具上相对应的加热区段生产温度信号作加法器数值比较，以即时回授反应温度信号控制各区段加热器，达到管厚控制的需求，此控制系统控制方框图如图3所示，其动作流程说明如下：
由加玛r反射式检出测头32取得硬管31圆周各区段管径变动信号，透过加玛反射式厚度控制器33转换为0～10厚度信号A，再透过电压转电流转换器34将信号转为4～20mA厚度信号B，将此未经处理的波动信号透过比例、积分、微分控制器35处理，取得4～20mA稳定厚度信号C，经由加法器38将此信号与取自各区段测温体热电偶36，经电压转电流转换器374～20mA温度回授信号D作加法比较，产生4～20mA温度修正信号E，透过各区段温度控制器39获得修正后地4～20mA生产温度信号F，进而回授控制各区段加热器，修正各区段加热器温度增减，以控制硬管管厚。习知的旋转式加玛r反射式量测厚度控制系统使用上具有下列缺陷：
(1)加玛r射线属辐射性剂量射线，对人体多少有影响，虽然辐射性剂量少，但因为长年暴露于此作业环境，对身体仍较不适宜。
(2)旋转式加玛r射线测厚是经马达带动旋转，马达回旋耗费能源并因此增加故障机会。
(3)旋转式加玛r射线测厚机构，需与自动模头加热设备配合使用，而自动模头加热设备通常采用4，6，8或更多区段设计，无形的能源耗费及有形的设备投资费用增加，均为其不完善之处。
经由以上的分析说明可知，目前习知测厚技术尚存有不少缺陷，为能排除上述弊端，本发明人精心研究探讨，发明出此套雷射测定硬管管厚的控制方法，藉以改善目前使用缺陷，并经由实际运用于生产线上控制管厚，获得相当良好的管厚控制效果。
本发明的目的在于提供一种雷射测定硬管管厚的控制方法，使其雷射测厚为非接触式，机构安装容易，拆修调整方便；量测范围宽广，大小口径硬管皆可量测。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。一种雷射测定硬管管厚的控制方法，其特征在于，是利用雷射光束量测被测物外径，并取其量测信号由闭回路即时回授控制生产线速度，以控制硬管管厚一致，主要由一组雷射控制系统、一组雷射固定架台机构及一组操作箱装置而达成硬管管厚的控制；其中该雷射控制系统是由雷射控制器、雷射扫瞄器(含发射及接受)、比例、积分、微分控制器、加法器及速度设定可变电阻器所组成，本控制系统以雷射控制器为中心，透过雷射扫瞄器将硬管外径信号测得，并将外径值直接显示于雷射控制器上；将此测得的信号透过转换器及比例、积分、微分控制器将信号处理后，与基本速度信号作加法器比较，产生速度修正信号，控制引取机生产速度，进而控制硬管管厚一致；前述控制系统的雷射控制器信号，可透过电脑连线将连续生产资料记录或列印；该雷射固定架台机构是由主支撑架、架台升降手轮、第一旋转轴锁紧机构、升降锁紧机构、第二旋转轴锁紧机构、雷射扫瞄器(发射部与接受部)、雷射扫瞄器固定支撑架组成，设于注射机模具出料处以达成即时回授控制管厚，此是采用轴式设计，于模具更换时将其移往空间较大的真空水槽传动侧，欲量测时再移入模具后侧的量测空间，其中固定调整是首先调整架台升降手轮至生产高度，由升降锁紧机构，将其升降固定定位，经由第一旋转轴锁紧机构，将测厚方向固定，再透过第二旋转轴锁紧机构，将雷射扫瞄器固定支撑架偏移固定定位，如此即可由雷射扫瞄器测得被测物(硬管)外径；该操作箱装置是由指示灯组、引取机转速表、引取机电流表、雷射控制器、比例、积分、微分控制器、手动/自动选择开关、引取机启动按钮开关、引取机停止按钮开关、设定资料保持ON/OFF选择开关、引取机速度调整旋钮等元件组成，透过简易的操作设定，可直接操作引取机启动停止及速度调整，并可直接由操作面板上的雷射控制器得知欲量测的硬管管径，并可经面板选择手动(未经雷射测厚)及自动(经雷射测厚)功能，选择是否欲作测厚控制。
本发明与现有技术相比具有明显优点及积极效果。
(1)雷射测厚为非接触式，无机械式有动作寿命缺点，机构安装容易，拆修调整方便。
(2)雷射测厚可直接显示被测物外径，且量测精度达±5μ，并可透过电脑连线将连续生产资料记录或列印。
(3)量测范围宽广，大小口径硬管皆可量测，机构采用模组化增设拆卸维护容易，投资成本低廉，量测控制效果佳。
本发明的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。
图1是线性变位检出变压器控制系统流程图。
图2是旋转式超音波厚度控制系统流程图。
图3是旋转式加玛r反射式量测厚度控制系统流程图。
图4是本发明雷射测定厚度的控制系统流程图。
图5是本发明雷射测定厚度控制框图。
图6是雷射固定架台机构及雷射扫瞄器示意图。
图7是本发明操作箱装置的操作箱俯视图。
图8是本发明操作箱装置的7B操作箱正视图。
图9是本发明操作箱装置的7C操作箱侧视图。
(A)本发明控制原理说明：
(1)硬管雷射测厚控制系统，是利用雷射扫瞄器内半导体雷射光产生器，将产生出来的雷射光透过马达旋转的多重镜面发射，再经由瞄准透镜将雷射光线发散射出，部份雷射光线会被被测物(硬管)遮挡，剩余的雷射光线则于接收处，透过聚集透镜将光线聚集，经由光二极管将信号收集，最后经波形分割器将方波转换成“HI”及“LO”信号(“0”及“1”)，取此“HI”及“LO”信号计数值，转换成硬管外径值显示于雷射控制器上，并将其产生的信号送至操作箱内与控制电路比较，获取生产线速的修正信号，进行全线速度控制。
(2)雷射控制器管径设定值(S.V)与经雷射扫瞄器取得的实际值(P.V)作比较，取其偏差值(D.V)，将此偏差值透过比例积分微分转换控制器(P.I.D)，此值再与主机速度信号作加法修正，驱动引取机速度快慢，以达到控制硬管管厚功能。
(B)本发明控制方法技术内容说明：
此系统是藉由雷射固定架台机构将雷射扫瞄器安装于其上头(水平安装)，连续生产的硬管经过此雷射扫瞄器(含发射器及接收器)间，藉由发射器发射的雷射光束，受到连续生产硬管遮挡后，于接收器处接收到雷射光束剩余量，取此工业用微量变动信号经转换器处理后，最终获得量值，此信号再与全线生产速度信号作加法器比较，获得全线生产速度信号，以进行生产线速度升降变动控制管厚，此控制系统控制方框图如图4所示，其动作流程说明如下：
由雷射扫瞄器42取得硬管41管径变动信号，经雷射控制器43转换为±10V厚度信号A，再透过电压转电流转换器44将信号转为4～20mA厚度信号B，此未经处理的波动信号透过比例、积分、微分，控制器45处理取得4～20mA厚度信号C，再经由电流转电压转换器46转换为0～10V厚度信号D，经加法器49处理的0～10V全线生产速度信号G修正全线生产速度，进而控制硬管管厚。
其中加法器49的输入信号，是由一组可变电阻47参考电位E信号，与来自自动信号D或手动可变电阻48参考电位F信号组成，以下为其信号彼此关连*当手动时G＝F+E；*当自动时G＝D+E。E为全线基本速度参考信号；F为手动速度信号。
(C)本发明各装置组件说明：
(1)雷射控制系统框图如图5所示，本图的控制是藉由雷射扫瞄器发射部52内部半导体雷射光产生器，将产生出来的雷射光透过马达旋转的多重镜面发射，再透过瞄准透镜将雷射光线发散射出，经被测物(硬管)51遮挡后，剩余雷射光线经雷射扫瞄器接受部53内聚集透镜将光线聚集，经由光二极管将信号收集，最后经波形分割器将方波转换成“HI”及“LO”信号(“0”及“1”)，取其“HI”及“LO”信号计数值，转换成硬管外径值显示于雷射控制器54上，并将其产生的±10V信号送至转换加法器55及比例、积分、微分控制器56与0～10V全线基本速度信号A比较，获取生产线速度的修正信号B，进行全线速度控制，以控制硬管管厚。
(2)雷射固定架台机构如图6所示，本机构是因考虑到测厚安装位置近模头模具处，鉴于生产规格因排程需求，需经常更换模具，故将机构设计成两段式旋转机构，以避开换模时作业不便，兹将其操作方式说明如下：
雷射固定架台主支撑架61，使用扩张螺丝将其固定于地面上，再行调整架台升降手轮62至生产高度，由升降锁紧机构64，将其高度固定定位，再由第一旋转轴锁紧机构63，将测厚方向固定，再透过第二旋转轴锁紧机构65将雷射扫瞄器固定支撑架68偏移方向固定定位，如此即可由雷射扫瞄器66测得被测物(硬管)67管厚。
(3)操作箱体如图7、图8、图9所示，本操作箱体安装于雷射固定架台旁，当雷射固定架台调整完成后，首先由操作箱体俯视图(图7)上面面板选择手动/自动选择开关76于手动模式，可由指示灯组71显示手动动作模式，压下引取机启动按钮开关77，启动引取机运转，藉由引取机转速表72，可得知目前生产线速度，透过引取机速度调整旋钮7A，可改变生产线速度升速或降速，藉由引取机电流表73，可得知目前生产设备的负载状况，引取机运转亦可经由压下引取机停止按钮开关78，将运转中的引取机停止；接着设定雷射控制器74的生产管径资料及比例、积分、微分控制器75测定类别，即可由选择手动/自动选择开关76于自动模式，即进入测定管厚控制作业，当生产中若欲更改生产资料时，可经选择设定资料保持ON/OFF选择开关79于ON模式，即可修改生产资料，而先前设定的生产资料不会改变，待将设定资料保持ON/OFF选择开关79选于OFF模式，即可将新的设定资料更换旧有资料。
(D)本发明管厚控制实际运用效益：
(1)实际运用雷射测厚控制系统，于测试2＂(52mmE)型硬管，测试效果尚可(标准公差达0.167％)，不经雷射测厚控制时(即手动)标准公差为0.293％，经分析研究后，确定是机台本身生产条件稳定度不佳造成，此注射机台于生产中测得齿轮箱振动值为MAX：1.2mm/sec；马达振动值为MAX：6.7mm/sec，其生产的振动值过大，造成经由模具注射出的硬管也跟随着振动，故标准公差仅能达到0.167％。
(2)另安排测试2＂(50mm)W硬管，测试效果良好，测得标准公差达0.0529％，而不经雷射测厚控制时(即手动)标准公差为0.229％，此注射机台于生产中测得齿轮箱振动值为MAX：1.4mm/sec；马达振动值为MAX：3.7mm/sec，至此已可确定采用雷射测厚控制硬管厚度是可行的，但机台的生产稳定性影响到测厚效果颇巨。
(3)管径量测标准是依据下列公式作为验证依据。
平均公差数学式如下：＝
其中a：表平均重量
n1：表第1取样数
n2：表第2取样数
n3：表第3取样数
nm：表第m取样数
m：表取样总数
平均重量：取样总数重量的总合/取样数
最大重量：取样数中重量最大者
最小重量：取样数中重量最小者
标准重量：技术课提供的生产成品重量
平均用料％＝平均重量/标准重量×100％
最大重量：取样数中重量
重量变化率％＝最大重量-最小重量/平均重量×100％
(4)经测试2＂(50mm)W管，取样100pcs硬管重量，其透过雷射测厚控制(自动)与不经测厚控制(手动)的硬管重量曲线如下图：
本图的横座标为硬管取样数(支)，纵座标为硬管重量(克)，而上半部为不经雷射测厚控制(手动)的生产重量变化曲线；下半部为经雷射测厚控制(自动)的生产重量曲线变化；由手动曲线得知100pc最重与最轻的重量差达43.9克；而自动曲线得知100pc最重与最轻的重量差达10.2克，两控制模式比较可知，采用雷射测厚控制者比未经雷射测厚控制者节省原料使用量达4倍。
(5)经测试2＂(50mm)W管，取样100pcs硬管重量，其汇总结果如下表所列： 硬管测定厚度记录生产控制模式：手动(未经雷射控制)生产控制模式：自动(经雷射控制)引取机转数设定：840rpmPID参数设定值：P＝30 I＝10 D＝0产品规格：50mm W管产品规格：50mm W管标准重量：4120g标准重量：4120gMAX：4293.5；MIN：4249.6MAX：4203.0；MIN：4192.8平均重量：4274.8g平均重量：4197.5g重量变化率：1.03g重量变化率：0.24g平均公差：9.44g标准差平均公差：2.18g标准差
兹将各类控制器系统优缺点分析比较如下表： 种类特性 推挤式LVDT 控制系统 旋转式超音 波控制系统 旋转加玛射 线控制系统 雷射测厚度 控制系统现场操作 调整手续繁琐 较简便 较简便 简便电路板 模组化 模组化 模组化 模组化修护更换时间 10～15分 20～30分 20～30分 5分以内管径显示 无法直接显示 可直接显示 可直接显示 可直接显示外部按钮操作 无 有 有 有指示功能 无 有 有 有定期维护时间每月需停车将测厚线性变位检出变压器，拆出整理一次，停机时间40分钟每周需停车将超音波测厚头擦拭整理一次停机时间10分钟每周需停车将超音波测厚头擦拭整理一次停机时间10分钟每周需停车将雷射测厚头擦拭整理一次停机时间5分钟修护线路图 有 有 有 有成品重量稳定度(平均公差) 0.3％ 0.3％以内 0.3％以内 0.3％以内HOLD功能 无 有 有 有注射机及水槽生产中振动值要求注射机2mm/sec以下(模头处)；水槽2mm/sec以下(近模头处)注射机5mm/sec以下(模头处)；水槽5mm/sec以下(近模头处)注射机5mm/sec以下(模头处)；水槽5mm/sec以下(近模头处)注射机5mm/see以下(模头处)；水槽5mm/sec以下(近模头处)