本實用新型涉及模具檢測技術領域，特別涉及一種模內熔體傳感器。

背景技術：

隨著產品市場競爭激烈的升華，提倡高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本就越來越成為企業(yè)于競爭中取勝的法寶和根本，關鍵的環(huán)節(jié)之一就是對注塑產品生產過程的高效性、品質監(jiān)測和控制的高智能性以及低成本支出、有效資源高效利用等方面提出更高、更具競爭力、更智能、更自動化的要求。

在整個注塑成型過程中，熔體在模腔中的狀態(tài)發(fā)生很大變化，這些變化對產品的質量有著決定性的影響。因此熔體狀態(tài)的檢測，尤其在模腔中狀態(tài)的檢測，對預測和控制產品質量有著至關重要的作用。

現階段，一般采用相機拍攝玻璃模腔技術和超聲脈沖反射法，來對注塑成型過程中熔體的狀態(tài)進行檢測，但是，相機拍攝玻璃模腔技術中，熔體需要經過玻璃模腔而非傳統的金屬模腔，降低了模腔的強度，嚴重影響了該技術的應用；而超聲脈沖反射法中，傳感器的安裝位置受限，提供的熔體狀態(tài)信息非常有限和離散。

技術實現要素：

了解決現有相機拍攝玻璃模腔技術適用范圍受限，且超聲脈沖反射法采集的信息有限的問題，本實用新型實施例提供了一種模內熔體傳感器。所述技術方案如下：

本實用新型實施例提供了一種模內熔體傳感器，包括：

模內電容器，由設置在模具定模板上的電極板和所述模具的動模板構成，所述電極板與所述定模板之間設置有絕緣層，且所述電極板與所述模具的模腔接觸；

電容測量裝置，與所述模內電容器連接，用于將所述模內電容器中的電容 信號轉換為相應的電壓信號，所述電壓信號用于在線檢測整個注塑成型過程中所述模腔內熔體的狀態(tài)。

在本實用新型實施例上述的模內熔體傳感器中，所述電容測量裝置，包括：

電容電壓轉換器，與所述模內電容器連接，用于在整個注塑成型過程中，將所述模內電容器上的電容信號轉化為相應的模擬電壓信號；

模數轉換裝置，與所述電容電壓轉換器連接，用于將所述電容電壓轉換器采集到的模擬電壓信號轉化為相應的數字電壓信號；

數據采集裝置，分別與所述模數轉換裝置和處理器連接，用于采集所述模數轉換裝置產生的數字電壓信號，并傳輸至處理器中，供處理器在線檢測整個注塑成型過程中所述模腔內熔體的狀態(tài)。

在本實用新型實施例上述的模內熔體傳感器中，所述電極板與所述模腔遠離注塑口的一端接觸，所述注塑口為與所述模腔連通并用于供所述模具向所述模腔中注入熔體的通孔。

在本實用新型實施例上述的模內熔體傳感器中，所述電極板采用模具鋼材料制備。

在本實用新型實施例上述的模內熔體傳感器中，所述絕緣層由氧化鋁陶瓷或氧化鋯陶瓷制備。

在本實用新型實施例上述的模內熔體傳感器中，所述電容測量裝置通過防靜電感應電線與所述電極板連接。

本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過模內電容器和電容測量裝置構成模內熔體傳感器，其中，模內電容器由設置在模具定模板上的電極板和模具的動模板構成，電極板與定模板之間設置有絕緣層，電極板與模具的模腔接觸，這樣當模腔內注入熔體時，模內電容器的電容信號會發(fā)生相應的變化，電容測量裝置將模內電容器中的電容信號轉換為相應的電壓信號，該電壓信號可以用于在線檢測整個注塑成型過程中模腔內熔體的狀態(tài)。這樣該模內熔體傳感器能夠利用熔體注入帶來的電容變化，來在線檢測整個注塑成型過程中熔體的狀態(tài)，檢測的熔體狀態(tài)信息連續(xù)、豐富。而且，安裝該模內熔體傳感器后，模具模腔仍為金屬模腔，不會像相機拍攝玻璃模腔技術中一樣降低模腔的強度，適用范圍廣泛。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例提供的一種模具的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例提供的一種模內熔體傳感器的結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的一種注塑成型過程中電壓信號的檢測結果圖；

圖4是本實用新型實施例提供的一種電容測量裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。

在詳細介紹本實用新型實施例之前，先介紹一下本申請的應用場景，參見圖1，該模內熔體傳感器應用于注塑成型的模具中，參見圖1，該注塑成型模具可以包括：定模板100、動模板200、以及定模板100和動模板200之間用于形成產品的模腔300。定模塊100上一般還開設有與模腔300連通的注塑口(附圖中未標示)，用于向模腔300內均勻注入非導電熔體，例如：塑料等。

實施例

本實用新型實施例提供了一種模內熔體傳感器，適用于各種非導電熔體，參見圖2，包括：模內電容器1和電容測量裝置2。

其中，參見圖1，模內電容器1，由設置在模具定模板100上的電極板11和模具的動模板200構成，電極板11與定模板100之間設置有絕緣層12，且電極板11與模具的模腔300接觸。在本實施例中，模內電容器1的兩極分別為電極板11和動模板200，電極板11一面與模腔300接觸且其他面通過絕緣層12與定模板100隔絕。

電容測量裝置2，與模內電容器1連接，用于將模內電容器1中的電容信號轉換為相應的電壓信號，該電壓信號用于在線檢測整個注塑成型過程中模腔300內熔體的狀態(tài)。在實際應用中，可以將電容測量裝置2采集到的電壓信號傳輸 至處理器或者計算機中，供其根據預設的算法來計算出熔體的狀態(tài)。

在本實施例中，整個注塑成型過程一般包括：關模(或者稱合模)、注塑、保壓、冷卻、開模等階段。即高分子顆粒在料筒中經過加熱達到流動狀態(tài)(即熔體)并具優(yōu)良可塑性，在螺桿的推動下注滿模腔300，熔體冷卻定型后從模具中脫出的全過程。上述過程歷時雖短，但熔體在模腔300中的狀態(tài)發(fā)生很大變化，這些變化對產品的質量有著決定性的影響。因此熔體狀態(tài)的檢測，尤其在模腔300中狀態(tài)的檢測，對預測和控制產品質量有著至關重要的作用。

在本實施例中，由設置在模具定模板100上的電極板11和模具的動模板200構成模內電容器1，定模板100和動模板200分別為模內電容器1電容的兩極，模內電容器1的電容C可以根據如下公式計算：

$C=\frac{\mathrm{\ϵ}\·A}{d}$

其中，ε為電容兩極之間介質的介電常數，A為電容兩極的相對面積，d為電容兩極之間的相對距離。

在模具關模后，模內電容器1電容的A和d均為定值，而模腔300中由空氣向一部分空氣一部分熔體的狀態(tài)轉變，直至模腔300中全為熔體，上述過程中，模內電容器1電容中介質的介電常數一直在發(fā)生變化，而模內電容器1的電容C隨著介電常數發(fā)生線性變化，因此，可以根據整個注塑成型過程中，不同階段下，模內電容器1電容的變化，來獲取模腔300內熔體的狀態(tài)。

具體地，在整個注塑周期內，電容測量裝置2測量的電壓信號隨時間的變化如圖3所示。

在注射階段，隨著熔體被注入模腔300中，模內電容器1的電容兩極之間的空氣介質迅速被熔體取代，電壓信號顯著增加。通過此模內熔體傳感器，檢測出當前采樣時刻t熔體在模腔300中流動位置x_t，差分運算其中x_t-1為上個采樣時刻t-1的熔體位置，ΔT為采樣周期，由此可得到當前采樣時刻t的熔體流動速度v_t，進而為閉環(huán)控制均勻恒定的流動速度提供了測量基礎。

在保壓階段，電壓信號斜率發(fā)生明顯變化，上升緩慢，這是因為模腔300被充滿后只有少量熔體繼續(xù)被壓入(注射)模腔300中，用以補充因熔體固化收縮而形成的空間(保壓)。在實際應用中，可以通過注入階段和保壓階段的電壓信號來計算熔體的總質量。具體地，當剛進入注入階段時，取電壓信號U0；當保壓階段結束時，取最大的電壓信號U1(因為當電壓信號達到最大時，就不 會在注入熔體了，而到了冷卻階段時，電壓信號是會有輕微下降趨勢的)，計算U1與U0之間的差值ΔU，并稱重該次注塑成型所使用的熔體總質量。統計多個批注的ΔU與熔體總質量之間的關系，并模擬出相應的模型，在以后的檢測過程中，只需要計算出ΔU，即可根據預設的模型計算出相應地熔體總質量了。

此外，在保壓階段還可以檢測保壓時間，保壓時間的設定是為控制保壓產生作用的時間，保壓時間不足將會使產品發(fā)生尺寸，重量不穩(wěn)定。但是保壓時間過長，會造成能源浪費。在實際應用中，可以采用ΔU來設置保壓時間，具體地，先在一個批注中，不設置保壓時間，得到一個ΔU，然后間隔預設時間(例如1秒)，逐步增加保壓時間，通過得到多個ΔU，當得到的ΔU值保持不變時，此時總共增加的時間就為保壓時間。

在冷卻階段，電壓信號變化較為平緩，伴隨有輕微下降趨勢。其原因一方面是熔體冷卻凝固后變?yōu)楣腆w，另一方面是由于模腔300內形成了微小的空氣層。由于模內熔體傳感器的輸出的電壓信號，也隨著凝固過程的進行而發(fā)生改變。因此可以基于模內熔體傳感器的輸出的電壓信號，建立熔體在冷卻階段凝固模型，檢測凝固速率，確定凝固過程結束時間，進而估計出最佳冷卻時間，提高注塑效率，節(jié)省能源。

可選地，參見圖4，電容測量裝置2可以包括：

電容電壓轉換器21，與模內電容器1連接，用于在整個注塑成型過程中，將模內電容器1上的電容信號轉化為相應的模擬電壓信號。

模數轉換裝置22，與電容電壓轉換器21連接，用于將電容電壓轉換器21采集到的模擬電壓信號轉化為相應的數字電壓信號。

數據采集裝置23，分別與模數轉換裝置22和處理器(也可以為計算機)連接，用于采集模數轉換裝置22產生的數字電壓信號，并傳輸至處理器中，供處理器在線檢測整個注塑成型過程中模腔300內熔體的狀態(tài)。

在本實施例中，該電容測量裝置2結構簡單，實用性強。

可選地，電極板11與模腔300遠離注塑口的一端接觸，注塑口為與模腔300連通并用于供模具向模腔300中注入熔體的通孔。

在本實施例中，模腔300的熔體一般是由注塑口注入，并在模腔300中流動，直至填充滿整個模腔300，而模腔300遠離注塑口的一端是為模腔300最后的填充點了，當熔體接觸到模腔300最后的填充點時，注射階段就結束了。由 于注射階段與保壓階段的電容增加速率有很大差別，將電極板11設置成與模腔300遠離注塑口的一端接觸，即覆蓋了模腔300的最后填充點，可以用于檢測注塑階段與保壓階段之間的轉換時間節(jié)點。

可選地，電極板11可以采用模具鋼材料制備，即與定模板100、動模板200采用同樣的材料制備，進而減少了模內熔體傳感器的安裝，給模具帶有的不利影響。

可選地，絕緣層12可以由氧化鋁陶瓷或氧化鋯陶瓷制備，使得絕緣效果更好，進而保障了傳感器的檢測效果。

可選地，電容測量裝置2通過防靜電感應電線與電極板11連接，可以有效減少外部靜電對傳感器測量結果的干擾。

本實用新型實施例通過模內電容器和電容測量裝置構成模內熔體傳感器，其中，模內電容器由設置在模具定模板上的電極板和模具的動模板構成，電極板與定模板之間設置有絕緣層，電極板與模具的模腔接觸，這樣當模腔內注入熔體時，模內電容器的電容信號會發(fā)生相應的變化，電容測量裝置將模內電容器中的電容信號轉換為相應的電壓信號，該電壓信號可以用于在線檢測整個注塑成型過程中模腔內熔體的狀態(tài)。這樣該模內熔體傳感器能夠利用熔體注入帶來的電容變化，來在線檢測整個注塑成型過程中熔體的狀態(tài)，檢測的熔體狀態(tài)信息連續(xù)、豐富。而且，安裝該模內熔體傳感器后，模具模腔仍為金屬模腔，不會像相機拍攝玻璃模腔技術中一樣降低模腔的強度，適用范圍廣泛。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。