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(zhǎng)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(zhǎng)垣 453400）
摘 要： 將牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)普通30# 擠出機(jī)，以注藥管、輸液管為擠出試驗(yàn)對(duì)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(cè)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(guó)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(dòng)閉環(huán)控制技術(shù)[1-3]還沒(méi)有成功應(yīng)用于產(chǎn)品制造，而國(guó)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(guó)外設(shè)備廠(chǎng)家，如Savills、美國(guó) AK 公司。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，該技術(shù)對(duì)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(duì)比，具有閉環(huán)控制的進(jìn)口擠出機(jī)比國(guó)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(guó)內(nèi)擠出機(jī)，以注藥管、輸液管為擠出試驗(yàn)對(duì)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(cè)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(dòng)裝置組成； 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)由三軸激光測(cè)徑儀、超聲波測(cè)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(xiàn)檢測(cè)外徑、橢圓度以及過(guò)程能力指數(shù)（CPK），實(shí)現(xiàn)對(duì)外徑的精準(zhǔn)檢測(cè)；
（2）超聲波在線(xiàn)檢測(cè)內(nèi)徑、壁厚、偏心度、薄點(diǎn)以及過(guò)程能力指數(shù)（CPK），實(shí)現(xiàn)全面的內(nèi)徑相關(guān)檢測(cè)；
（3）牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)可自動(dòng)控制牽引機(jī)速度，實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化智能調(diào)節(jié)；
（4）精密度可控制在±0.03mm以?xún)?nèi)。
1.2.2 牽引閉環(huán)控制原理
在控制器的存儲(chǔ)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(chǔ)擠出機(jī)的牽引速度和三軸激光測(cè)徑儀最新檢測(cè)到的產(chǎn)品外徑數(shù)值 A，控制器根據(jù) A 的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)擠出機(jī)的牽引速度，以滿(mǎn)足產(chǎn)品的外徑要求。
2 試驗(yàn)部分
2.1 試驗(yàn)對(duì)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(cè)量?jī)x（寧波金永計(jì)量?jī)x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(dòng)和啟動(dòng)的情況下，對(duì)注藥管和輸液管進(jìn)行擠出試驗(yàn)，利用影像測(cè)量?jī)x對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)外徑進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)比注藥管、輸液管的內(nèi)外徑檢測(cè)結(jié)果，分析牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)和啟動(dòng)的情況下，注藥管、輸液管的內(nèi)外徑測(cè)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(dòng)的情況相比，在牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)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(chēng) 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(duì)比牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動(dòng)和啟動(dòng)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(dòng)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(duì)比牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動(dòng)和啟動(dòng)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(duì)注藥管、輸液管的內(nèi)外徑檢測(cè)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(duì)比牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動(dòng)和啟動(dòng)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(dòng)相比， 牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，注藥管、輸液管的內(nèi)外徑檢測(cè) 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(yǔ)
本文以注藥管、輸液管為產(chǎn)品試驗(yàn)對(duì)象，分別對(duì)其在牽引閉環(huán)控制系統(tǒng)未啟動(dòng)和啟動(dòng)的情況下做擠出試驗(yàn)。影 像測(cè)量?jī)x的檢測(cè)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(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，分析結(jié)果與影像測(cè)量?jī)x的檢 測(cè)結(jié)果一致。
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