基于模内熔体状态感知系统的熔体流速及凝固速率检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及注塑领域，尤其是一种基于模内熔体状态感知系统的熔体流速及凝固 速率检测方法。
【背景技术】
[0002] 在高分子成型过程中，特别是注塑过程，在线实时测量或者检测高分子熔体在注 塑模具中的流动速率和凝固速率，对于整个注塑过程的检测和最终产品质量的预测具有至 关重要的作用。
[0003] 传统的注塑过程中熔体在注塑模具内的流动速率和凝固速率检测方法主要包 括： 1)、通过测量模腔压力、模腔表面温度等其他变量来间接推测出模具中熔体的流动速 率和凝固速率，但该方法操作起来不够简便。
[0004] 2)、在模具中安装玻璃模腔，通过高速相机拍摄高分子熔体在模具中的流动速率 和凝固速率。该方法提供了较好的实验信息，但是由于熔体在玻璃表面与其在工业中所使 用的金属模具表面的流动及传热过程完全不同，该方法无法应用到工业中，应用范围较小。
[0005] 3)、通过超声脉冲反射法来检测熔体在模具中的流动速率和凝固速率。该方法根 据高分子和空气对超声波的不同衰减度来检测熔体前端在模具中流动的位置。在模具中， 安装多个传感器，当熔体前端流动到传感器的安装位置时，超声脉冲反射回来的振幅立即 发生变化，由此得到熔体在模具中流动的位置。但是，该方法只能在传感器安装的位置检测 到熔体的前端，只能提供间断的或者离散的熔体流动速率和凝固速率信息，不够准确。
[0006] 为了克服以上缺陷，有人提出了采用平板电容传感器（由平板电容器和相应的电 容值测量电路）的方法来检测熔体在注塑模具内的熔体流动速率和凝固速率信息。该电容 传感器利用安装在型腔两侧的两个平板型电极感知模腔内的塑料熔体流动速率和凝固速 率信息。实验结果发现平板型电容器可以正确有效地在线测量平板型塑料产品在模腔内的 材料状态，但该方法中平板电容器的两极难以安装在表面结构复杂的模具(如非平面结构 的模具）内，灵活度较低且适用性较窄。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种灵活度较高且适用性较广的， 基于模内熔体状态感知系统的熔体流速及凝固速率检测方法。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 基于模内熔体状态感知系统的熔体流速及凝固速率检测方法，包括： A、将模内熔体状态感知系统的点电极安装在注塑过程的关键点处，并将模内熔体状态 感知系统的点电极电容器通过电容测量单元与状态识别系统连接，其中，注塑过程的关键 点位于模具内； B、 设定采样周期并根据设定的采样周期定时对点电极电容传感器的输出电压进行采 集； C、 根据采集的输出电压和采样时刻进行计算，得出注塑模具内的熔体流速及凝固速 率。
[0009] 进一步，所述注塑过程的关键点为注塑过程的进胶口、最后填充位置或最后冷却 位置。
[0010] 进一步，所述步骤C中根据采集的输出电压和采样时刻进行计算，得出注塑模具 内的熔体流速这一步骤，其包括： C11、根据采集的输出电压计算熔体前端在每个采样时刻t的位置xjp相应的点电极 电容值； C12、分别获取位于xtl处的点电极电容值出现变化的采样时刻7；1; C13、根据获取的熔体前端位置和点电极电容值出现变化的采样时刻进行差分运算，从 而得到当前时刻注塑模具内的熔体流速。
[0011] 进一步，所述述步骤C13,其具体为： 根据获取的熔体前端位置Xt、:和点电极电容值出现变化的采样时刻7；、7； i进行差 分运算，从而得到当前时刻注塑模具内的熔体流速，进行差分运算的计算公式为：
其中，^为在两点电极间熔体的流动速度，^为第汁点电极的位置，Xtl为第个 点电极的位置，7；为第汁电容值突变出现的时刻，为第?-7个电容值突变出现的时刻。
[0012] 进一步，所述步骤C中根据采集的输出电压和采样时刻进行计算，得出注塑模具 内的凝固速率这一步骤，其包括： C21、根据米集的输出电压、米样时刻生成输出电压与时间关系曲线； C22、在输出电压与时间关系曲线中找出冷却阶段的起止点以及相应的起止时刻； C23、根据冷却阶段的起止点以及相应的起止时刻计算注塑模具内的凝固速率。
[0013] 进一步，在所述步骤C之后还设有步骤D，所述步骤D，其具体为：根据注塑模具内 的熔体流速对注射过程熔体在模腔内的流动状态进行闭环调整，从而实现熔体在模腔内的 均匀流动。
[0014] 进一步，在所述步骤C之后还设有步骤Ε，所述步骤Ε，其具体为： 根据注塑模具内的凝固速率确定固化结束时间，进而得到最佳冷却时间。
[0015] 进一步，所述模内熔体状态感知系统包括点电极电容器传感器和状态识别系统， 所述点电极电容器传感器包括点电极电容器和电容测量单元，所述点电极电容器的一极 为设置在模具静模内的点电极，所述点电极电容器的另一极为设置在模具动模上的金属电 极，所述点电极和金属电极均与电容测量单元连接，所述电容测量单元的输出端与状态识 别系统的输入端连接。
[0016] 进一步，所述电极电容器传感器还包括嵌套和螺线栓，所述点电极中轴肩的上部 与模具的定位孔配合实现向上方向的定位，所述点电极中轴肩的下部通过嵌套与螺线栓的 配合，实现向下方向的定位。
[0017] 进一步，所述模内熔体状态感知系统包括点电极电容器传感器和状态识别系统， 所述点电极电容器传感器包括点电极电容器和电容测量单元，所述点电极电容器的一极为 设置在模具动模顶针上的点电极1，所述点电极电容器的另一极为设置在模具静模7上的 金属电极，所述点电极1和金属电极均与电容测量单元连接，所述电容测量单元的输出端 与状态识别系统的输入端连接。
[0018] 本发明的有益效果是：只需将点电极电容传感器的点电极安装在模具内的注塑过 程关键点处，并配合测量单元和状态识别系统就能完成模具内熔体状态的检测，降低了模 具表面结构对模具状态检测过程的影响，从而可以将点电极电容器传感器安装在表面结构 复杂的模具内，灵活度较高且适应性较广。进一步，点电极电容器传感器包括点电极、嵌套 和螺线栓，点电极通过轴肩与嵌套、螺线栓之间的互相配合来实现点电极的定位，使得点电 极在承受模腔内塑料的压力同时保证极板未进入模腔，更加可靠。进一步，直接利用顶针作 为点电极，不需要对模具结构进行改动，更加方便和普遍适用。
【附图说明】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 图1为本发明基于模内熔体状态感知系统的熔体流速及凝固速率检测方法的整 体流程图； 图2为本发明根据采集的输出电压和采样时刻进行计算，得出注塑模具内的熔体流