程玲玲 魏永飛 莫盼盼 王 統(tǒng) 陳鵬濤
（1. 河南駝人醫(yī)療器械研究院有限公司，長垣 453400；2. 河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長垣 453400）
摘 要： 將牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用于國內(nèi)普通30# 擠出機(jī)，以注藥管、輸液管為擠出試驗(yàn)對象，利用方差和 標(biāo)準(zhǔn)差分析法分析產(chǎn)品內(nèi)外徑的檢測結(jié)果。結(jié)果表明，牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)能大大提高產(chǎn)品的擠出精密度。
關(guān)鍵詞： 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng) 注藥管 輸液管
目前，國內(nèi)醫(yī)用擠出機(jī)控制功能還不具備成熟的內(nèi)外徑和壁厚控制調(diào)節(jié)功能，即自動閉環(huán)控制技術(shù)[1-3]還沒有成功應(yīng)用于產(chǎn)品制造，而國外擠出機(jī)已實(shí)現(xiàn)此技術(shù)應(yīng)用，但也只是少數(shù)國外設(shè)備廠家，如Savills、美國 AK 公司。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，該技術(shù)對產(chǎn)品精密度提具有巨大作用。從擠出精密度方面進(jìn)行對比，具有閉環(huán)控制的進(jìn)口擠出機(jī)比國產(chǎn)擠出機(jī)精密度高 60% ～80%。因此，本文將牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用于普通國內(nèi)擠出機(jī)，以注藥管、輸液管為擠出試驗(yàn)對象，利用方差和標(biāo)準(zhǔn)差分析法分析產(chǎn)品內(nèi)外徑的檢測結(jié)果。結(jié)果表明，牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)能提高產(chǎn)品的擠出準(zhǔn)確度和擠出精密度。
1 閉環(huán)擠出機(jī)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)
1.1 閉環(huán)擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)
本項(xiàng)目研究的閉環(huán)擠出機(jī)主要包括普通擠出機(jī)和牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)兩部分，如圖 1 所示。其中，普通擠出機(jī)由 供氣系統(tǒng)、主體部分、水槽、牽引切斷機(jī)和傳動裝置組成； 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)由三軸激光測徑儀、超聲波測厚儀和控 制器組成。
1.2 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.2.1 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）三軸激光在線檢測外徑、橢圓度以及過程能力指數(shù)（CPK），實(shí)現(xiàn)對外徑的精準(zhǔn)檢測；
（2）超聲波在線檢測內(nèi)徑、壁厚、偏心度、薄點(diǎn)以及過程能力指數(shù)（CPK），實(shí)現(xiàn)全面的內(nèi)徑相關(guān)檢測；
（3）牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)可自動控制牽引機(jī)速度，實(shí)現(xiàn) 自動化智能調(diào)節(jié)；
（4）精密度可控制在±0.03mm以內(nèi)。
1.2.2 牽引閉環(huán)控制原理
在控制器的存儲器內(nèi)輸入產(chǎn)品的內(nèi)外徑和壁厚尺寸參數(shù)，控制器采集并存儲擠出機(jī)的牽引速度和三軸激光測徑儀最新檢測到的產(chǎn)品外徑數(shù)值 A，控制器根據(jù) A 的變化隨時調(diào)節(jié)擠出機(jī)的牽引速度，以滿足產(chǎn)品的外徑要求。
2 試驗(yàn)部分
2.1 試驗(yàn)對象
粒料：PVC 5402 （威海潔瑞醫(yī)用制品有限公司）。
設(shè)備： 30# 擠出機(jī)（海瑞嘉精密擠出機(jī)械有限公司），牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)，影像測量儀（寧波金永計(jì)量儀器設(shè)備有限公司）。
產(chǎn)品：注藥管和輸液管。
2.2 試驗(yàn)方法
2.2.1 擠出試驗(yàn)
分別在牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動和啟動的情況下，對注藥管和輸液管進(jìn)行擠出試驗(yàn)，利用影像測量儀對產(chǎn)品的內(nèi)外徑進(jìn)行檢測。對比注藥管、輸液管的內(nèi)外徑檢測結(jié)果，分析牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)對產(chǎn)品擠出精密度的影響。
2.2.2 方差和標(biāo)準(zhǔn)差
方差是在概率論和統(tǒng)計(jì)中衡量隨機(jī)變量或一組數(shù)據(jù)離散程度的一種度量 [4-5]。樣本方差是每個樣本值與全體樣本值的平均數(shù)之差的平方值的平均數(shù)，計(jì)算公式為：
其中s 表示方差， n表示樣本數(shù)量， xi表示樣本值，表示全體樣本值的平均數(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation） 是均差平方的算術(shù)平均數(shù)的平方根 [4-5]，用s表示。標(biāo)準(zhǔn)差是方差的算術(shù)平方根。平均數(shù)相同的兩組數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)差未必相同。標(biāo)準(zhǔn)差是一組 數(shù)據(jù)平均值分散程度的一種度量。一個較大的標(biāo)準(zhǔn)差，代表大部分?jǐn)?shù)值和其平均值之間差異較大；一個較小的標(biāo)準(zhǔn)差，代表這些數(shù)值較接近平均值。標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式為：
其中 s 表示標(biāo)準(zhǔn)差， n 表示樣本數(shù)量， xi 表示樣本值， 表示全體樣本值的平均數(shù)。
3 結(jié)果與討論
3.1 產(chǎn)品擠出分析
注藥管、輸液管在牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動和啟動的情況下，注藥管、輸液管的內(nèi)外徑測試結(jié)果分別如圖 2、圖3 所示。可以看出，與牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動的情況相比，在牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)開啟的情況下，注藥管和輸液管的內(nèi)外徑穩(wěn)定性均較好。
表 1 注藥管、輸液管的尺寸技術(shù)要求
產(chǎn)品名稱 外徑 /mm 內(nèi)徑 /mm
注藥管 4.000±0.030 2.200±0.030
輸液管 2.700±0.030 1.000±0.030
對比牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動和啟動的情況，注藥管的外徑平均值由4.006mm變?yōu)?4.003mm，注藥管的內(nèi)徑平均值由2.205mm 變?yōu)?.202mm；輸液管的外徑平均值由 2.706mm 變?yōu)?.701mm，輸液管的內(nèi)徑平均值由1.003mm變?yōu)?.000mm。牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)啟動后，產(chǎn)品的內(nèi)外徑的平均值更接近產(chǎn)品的尺寸技術(shù)要求，因此牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)能提高了產(chǎn)品的擠出準(zhǔn)確度。
對比牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動和啟動的情況，注藥管的外徑擠出精密度由±0.072mm 提高至±0.030mm，注藥管的內(nèi)徑擠出精密度由±0.074mm 提高至±0.029mm；輸液管的外徑擠出精密度由±0.045mm提高至±0.028mm，輸液管的內(nèi)徑擠出精密度由±0.065mm 提高至±0.028mm。由此可知，牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)能提高注藥管、輸液管的擠出精密度。
3.2 方差和標(biāo)準(zhǔn)差分析
對注藥管、輸液管的內(nèi)外徑檢測結(jié)果進(jìn)行方差和標(biāo)準(zhǔn)差分析，結(jié)果如表2所示。對比牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動和啟動的情況，注藥管外徑的方差由0.045提高至 0.014，標(biāo)準(zhǔn)差由 0.212 提高至 0.119，注藥管內(nèi)徑的方差由0.045提高至 0.018，標(biāo)準(zhǔn)差由 0.212 提高至 0.134；輸液管外 徑的方差由 0.025 提高至 0.014，標(biāo)準(zhǔn)差由 0.160 提高至 0.116，輸液管內(nèi)徑的方差由 0.043 提高至 0.017，標(biāo)準(zhǔn)差 由 0.207 提高至 0.131。與牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動相比， 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)啟動時，注藥管、輸液管的內(nèi)外徑檢測 數(shù)據(jù)更集中。由此可知， 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)能提高注藥管、 輸液管的擠出精密度。
表 2 注藥管、輸液管的內(nèi)外徑方差和標(biāo)準(zhǔn)差分析
4 結(jié)語
本文以注藥管、輸液管為產(chǎn)品試驗(yàn)對象，分別對其在牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動和啟動的情況下做擠出試驗(yàn)。影 像測量儀的檢測結(jié)果表明，牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)能提高注藥 管、輸液管的擠出準(zhǔn)確度和擠出精密度。本文利用方差和 標(biāo)準(zhǔn)差對檢測結(jié)果進(jìn)行分析，分析結(jié)果與影像測量儀的檢 測結(jié)果一致。
參考文獻(xiàn)
[1] 戈大偉 . 微管擠出成型尺寸精密控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 [D]. 廣州:華南理工大學(xué)，2011.
[2] 李志剛 . 一種連續(xù)配比的全失重?cái)D出控制系統(tǒng):中國， CN205291534U[P].2016-06-08.
[3] 李立峰 . 一種尼龍棒材擠出與牽引同步的控制系統(tǒng):中國， CN207669742U[P].2018-07-31.
[4] 肖建輝 .《方差與標(biāo)準(zhǔn)差》教材解讀與教學(xué)實(shí)踐 [J]. 初中數(shù) 學(xué)教與學(xué)，2016，(4):13-14.
[5] 朱容蝶，劉萬卉，譚德講 . 單因素方差解析及其在藥品檢測實(shí) 驗(yàn)室中的應(yīng)用 [J]. 中國藥事，2018，(3):323-324.
聚砜醫(yī)療干粉吸入...
塑料包裝材料的減...
汽車功能鍵觸摸蓋I...
高性能注塑聚丙烯...
