一種自動檢測與控制冷卻時間的塑料注射裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有冷卻時間自動檢測與控制功能的塑料注射裝置，包括超聲檢測裝置和注射機，超聲波在異質(zhì)界面發(fā)生反射與透射，通過反射聲波強度的變化推測塑料溫度的變化，從而計算冷卻時間；超聲檢測裝置包括安裝在模具表面的一個或多個超聲探頭，通過對超聲反射信號的采集，處理和計算得到制件的最佳冷卻時間；超聲檢測裝置與注射機控制器相連，將計算獲得的最佳冷卻時間發(fā)送給注射機控制器，注射機控制器在生產(chǎn)過程中根據(jù)冷卻時間進行冷卻過程的控制。通過自動檢測與控制冷卻時間，提高注射機的生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種自動檢測與控制冷卻時間的塑料注射裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塑料成形技術(shù)，具體涉及一種自動檢測與控制冷卻時間的塑料注射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料具有密度小、重量輕、絕緣性能好以及耐磨性好等特點，被廣泛用于醫(yī)療、通信、包裝、汽車等領(lǐng)域。目前，塑料制品主要通過塑料注射機上注射成形獲得。注塑成形工藝包括合模、射膠、保壓、冷卻、熔膠、開模、頂出六個主要的工序階段，通過上述階段的周期性循環(huán)進行，可批量生產(chǎn)出制品。
[0003]注塑產(chǎn)品的冷卻時間是指塑料注射機從保壓動作結(jié)束到開模開始的時間間隔。整個成形周期中，冷卻時間所占比重最大，約為2/3，因此冷卻時間的控制非常重要，直接影響塑料制品成形周期以及生產(chǎn)效率。冷卻時間要足夠長，保證產(chǎn)品冷卻充分，開模頂出后變形小，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。同時，冷卻時間要盡量短，盡可能縮短成形周期，以提高生產(chǎn)效率。
[0004]目前注塑產(chǎn)品的冷卻時間主要通過工藝人員在塑料注射機控制器上手工設(shè)置。注射機控制器從保壓結(jié)束開始計時，當?shù)竭_設(shè)置的冷卻時間時，發(fā)出開模的控制指令，結(jié)束冷卻工序。但是冷卻時間與注射機、塑料性能、模具等因素密切相關(guān)，由于塑料材料性能日新月異，制品和模具的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，僅憑工藝人員有限的經(jīng)驗難以對這些因素作全面的考慮和處理，難以同時保證最佳的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
[0005]目前對塑料產(chǎn)品冷卻過程進行檢測的方法主要有壓力傳感器、介電傳感器和溫度傳感器。但是這些傳感方法都需要安裝在模具型腔的表面，與塑料熔體表面直接接觸，難以檢測產(chǎn)品內(nèi)部的冷卻過程，獲得產(chǎn)品真實的冷卻時間。并且這些檢測器的安裝需改變或破壞模具，增加模具的復雜度且影響制品外觀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種自動檢測與控制冷卻時間的塑料注射裝置，實現(xiàn)冷卻時間的自動控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時提高注射機的生產(chǎn)效率。
[0007]為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種自動檢測與控制冷卻時間的塑料注射裝置，包括:至少一個超聲探頭、模具、超聲檢測裝置、塑料注射機控制器和塑料注射機，其中，
[0009]超聲探頭貼合安裝在模具表面；
[0010]超聲檢測裝置用于控制超聲探頭發(fā)出超聲波，還用于接收和采集模具型腔表面的超聲反射波，對采集的超聲信號進行處理，計算得到最佳冷卻時間，并將計算結(jié)果發(fā)送給塑料注射機控制器；
[0011]塑料注射機控制器與超聲檢測裝置連接，用于根據(jù)最佳冷卻時間對塑料注射機的開模動作進行控制。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:冷卻時間不再由人工設(shè)定，而是直接根據(jù)超聲信號的檢測獲得，在保證產(chǎn)品良率的同時，提高了生產(chǎn)效率；同時，超聲探頭安裝在模具的表面，不需要對模具結(jié)構(gòu)進行特別設(shè)計和后續(xù)加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]參照下面的說明，結(jié)合附圖，可以對本發(fā)明有最佳的理解。在附圖中，相同的部分可由相同的標號表不。
[0014]圖1是本發(fā)明的超聲檢測裝置及與塑料注射機的連接圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的超聲探頭安裝示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的超聲信號檢測方法示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及示例性實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的示例性實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的適用范圍。
[0018]本發(fā)明的基本原理為:超聲波在異質(zhì)界面發(fā)生反射與透射，通過反射聲波強度的變化可以推測被檢測物質(zhì)狀態(tài)的變化。
[0019]具體而言，如圖1所示，本發(fā)明實施例的塑料注射裝置包括:至少一個超聲探頭1、模具2、超聲檢測裝置5、塑料注射機控制器3和塑料注射機4。其中，超聲探頭I貼合安裝在模具2表面；超聲檢測裝置5用于控制超聲探頭I發(fā)出超聲波，還用于接收和采集模具型腔表面的超聲反射波，對采集的超聲信號進行處理，計算得到最佳冷卻時間，并將計算結(jié)果發(fā)送給塑料注射機控制器3 ;塑料注射機控制器3與超聲檢測裝置5連接，用于根據(jù)最佳冷卻時間對塑料注射機4的開模動作進行控制。
[0020]在特定實施例中，所述超聲探頭I為縱波探頭。超聲探頭I可以通過例如磁力表座等非破壞方式固定安裝在模具2表面。既可以安裝在定模表面，也可以安裝在動模表面。
[0021]在特定實施例中，超聲檢測裝置5可以是一體式的超聲探傷儀，也可以是安裝了數(shù)字式超聲卡和數(shù)據(jù)采集卡的工業(yè)控制機或個人電腦。
[0022]在特定實施例中，超聲檢測裝置5通過RS232、RS485、CAN、PROFIBUS、以太網(wǎng)總線等通訊接口連接塑料注射機控制器3。
[0023]圖2是超聲探頭I的安裝示意圖，其中，模具2的第一金屬模板A與第二金屬模板C之間是模具型腔B，型腔B內(nèi)是成形的塑料制品。超聲探頭I與型腔B表面垂直，對應(yīng)產(chǎn)品的冷卻檢測點。探頭D貼合模具2的第一金屬模板A的外表面，同時具有超聲發(fā)射和接收功能。超聲脈沖的信號強度用字母U表示。超聲探頭I發(fā)射的原始脈沖Utl垂直進入介質(zhì)A后，在A/B界面處發(fā)生反射與折射，若用ZA，Zb分別表示A/B界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗，則反射系數(shù)R和透射系數(shù)T可定義如下:
[0024]R=Za/Zb (I)
[0025]T=1-R (2)
[0026]將U0在A/B界面發(fā)生反射部分的聲波強度記作U1，其中
[0027]U1=RU0 (3)
[0028]U1再次透過A，被探頭接收。另一部分在A/B界面發(fā)生透射進入B，經(jīng)過多次反射和折射，探頭接收到此部分的聲波強度一般很弱，因此本發(fā)明將每次脈沖回波的第一個波峰值或所有回波強度的最大值U1，作為檢測信號。Z鋼^ 46X 105N.S.m-3，Z塑料^ 5Χ105Ν.s *m^,Zsn=0.004 X IO5N.s.m_3，Z 鋼》Z 塑料》Z 空氣，并且溫度和壓力對 Z 鋼，Z3^聲阻抗影響較小，所以在成形過程中可以認為Za是常量。根據(jù)公式(I) (3)，可知仏主要受Zb影響，當Zb增大時，會造成反射波U1強度減弱，反之增強。因此，可以通過U1測得Z_的變化，Z ?則反應(yīng)了塑料的溫度和相態(tài)。
[0029]對于每個注塑成形周期，在熔體進入型腔前或制品頂出后的兩階段中B為空氣，A/B界面為鋼/空氣界面，由于ZiH?Zsn，即Za?Zb，R~1，聲波在界面處幾乎發(fā)生全反射，在此兩階段U1維持在注塑周期中的最大值。當型腔充填完成進入冷卻階段后，隨著保壓結(jié)束及產(chǎn)品冷卻收縮，A/B間會逐漸形成空氣間隙，如果產(chǎn)品冷卻基本完成，產(chǎn)品外壁一定厚度的冷卻層使得空氣間隙趨于穩(wěn)定，Zb基本維持不變，即U1值將在產(chǎn)品冷卻充分后至頂出前出現(xiàn)一段穩(wěn)定的平臺。此平臺的起始點即可認為是冷卻完成時間點，從保壓結(jié)束到此時間點的時間間隔即為制品的最佳冷卻時間。
[0030]在本實施例中，超聲檢測裝置5被配置為執(zhí)行以下處理，從而計算得到最佳冷卻時間:
[0031](I)確定初始冷卻時間Ttl，使塑料注射裝置以該冷卻時間Ttl運行一個完整的注塑周期，在此過程中，超聲探頭I不斷發(fā)射脈沖信號并接受信號，脈沖周期為t，總周期數(shù)為N，讀取每次脈沖回波的第一個波峰值或所有回波強度的最大值U1，作為檢測信號，第i次脈沖對應(yīng) Uli, i=l, 2，3......N。
[0032]其中，所述注塑周期包括注塑、充模、保壓、冷卻及開模。
[0033](2)以Uu對i做曲線，將橫坐標數(shù)值乘以t，得到當前檢測點的超聲回波強度-時間曲線，對該曲線進行平滑處理、小波變換，得到兩次遞減跳變的時間點，計算兩次遞減跳變的時間間隔長度Si。
[0034](3 )重復步驟(1)和(2 )，得到η個不同檢測點的兩次遞減跳變時間間隔，依次記為
【權(quán)利要求】
1.一種自動檢測與控制冷卻時間的塑料注射裝置，包括:至少一個超聲探頭(I)、模具(2)、超聲檢測裝置(5)、塑料注射機控制器(3)和塑料注射機(4)，其中， 超聲探頭(I)貼合安裝在模具(2)的外表面，與模具型腔的表面垂直； 超聲檢測裝置(5)用于控制超聲探頭(I)發(fā)出超聲波，還用于接收和采集模具型腔表面的超聲反射波，對采集的超聲信號進行處理，計算得到最佳冷卻時間，并將計算結(jié)果發(fā)送給塑料注射機控制器(3); 塑料注射機控制器(3)與超聲檢測裝置(5)連接，用于根據(jù)最佳冷卻時間對塑料注射機(4)的開模動作進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中，所述超聲探頭(I)為縱波探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中，所述超聲探頭(I)通過非破壞方式安裝在模具(2)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的注射裝置，其中，所述非破壞方式為磁力表座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中，所述超聲檢測裝置(5)可以是一體式的超聲探傷儀，也可以是安裝了數(shù)字式超聲卡和數(shù)據(jù)采集卡的工業(yè)控制機或個人電腦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中，所述超聲檢測裝置(5)通過RS232、RS485、CAN、PROFIBUS或以太網(wǎng)總線連接所述塑料注射機控制器(3 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其中，所述超聲檢測裝置(5)被配置為執(zhí)行以下處理，從而計算得到最佳冷卻時間: (1)確定初始冷卻時間Ttl，使塑料注射裝置以該冷卻時間Ttl運行一個完整的注塑周期，在此過程中，超聲探頭(I)不斷發(fā)射脈沖信號并接受信號，脈沖周期為t，總周期數(shù)為N，讀取每次脈沖回波的第一個波峰值或所有回波強度的最大值U1，作為檢測信號，第i次脈沖對應(yīng) Uli, i=l,2,3……N; (2)以U11對i做曲線，將橫坐標數(shù)值乘以t，得到當前檢測點的超聲回波強度-時間曲線，對該曲線進行平滑處理、小波變換，得到兩次遞減跳變的時間點，計算兩次遞減跳變的時間間隔長度Δ71; (3)重復步驟(1)和(2)，得到η個不同檢測點的兩次遞減跳變時間間隔，依次記為 W2, (4)計算平均兩次遞減跳變時間間隔= (5 )計算最佳冷卻時間Tbest=Ttl- Δ T。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注射裝置，其中，所述注塑周期包括注塑、充模、保壓、冷卻及開模。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注射裝置，步驟(3)中，對于一個超聲探頭的情況，將該超聲探頭依次移動到模具(2)外表面的不同檢測點，在不同周期分別測量；對于多個超聲探頭的情況，將多個超聲探頭設(shè)置在模具(2)外表面的不同檢測點進行測量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注射裝置，其中，在生產(chǎn)運行時，所述塑料注射機控制器(3)以計算的最佳冷卻時間Tbest作為冷卻時間，從保壓結(jié)束以Tbest開始倒計時，倒計時結(jié)束發(fā)出開模指令，執(zhí)行開模動作。
【文檔編號】B29C45/76GK103692631SQ201310688281
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】張云, 周華民, 李德群, 黃志高, 崔樹標, 周何樂子, 付洋, 夏擎華 申請人:華中科技大學