一种用于塑料的微波均匀加热装置和方法与流程

本发明涉及塑料生成与加工的技术领域，特别涉及一种用于塑料的微波均匀加热装置和方法。

背景技术：

塑料在常温环境下都是呈现固体状态，为了将塑料制成具有特定形状的成品或者将不同塑料进行混合，都需要对塑料进行加热处理以使塑料从固体状态转换为熔融状态后才能进行后续的加工操作，可见对塑料的加热处理的效果会直接影响后续塑料加工成型的质量优劣。目前，对塑料的加热处理主要是通过微波照射的方式来实现，在实际应用中，通过向塑料照射特定模数态或者频率的微波，从而使该塑料内部发生分子共振，并最终实现塑料的升温加热。现有的对塑料进行微波加热操作只是通过调整微波的辐照强度或者频率范围来改变微波加热的效率，但是由于微波照射区域范围较小，其不能实现对塑料的大区域均匀加热，这会严重影响塑料转换成熔融状态的效率和降低对塑料的加工可操作性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于塑料的微波均匀加热装置和方法，该用于塑料的微波均匀加热装置和方法通过获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对塑料的辐射能量分布信息，接着根据当前微波对塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式，最后根据模态调整模式和/或频段调整模式，对微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作，该微波均匀加热装置和方法通过获取微波对塑料进行照射过程中塑料对应的热力学状态数据，并根据该热力学状态数据来确定微波的实时辐照特性，以此确定该微波的辐照能量分布状态，最后通过调整微波的照射过程中的模态耦合特性和频段分布特性来使得该微波能够均匀和大面积地照射塑料，从而实现对塑料均匀高效加热。

本发明提供一种用于塑料的微波均匀加热装置，其特征在于：

所述用于塑料的微波均匀加热装置包括塑料温度分布信息获取模块、塑料熔融状态信息获取模块、微波辐射能量分布信息获取模块、微波工作模式确定模块和微波工作状态调整模块；其中，

所述塑料温度分布信息获取模块用于获取塑料在微波照射下的温度分布信息；

所述塑料熔融状态信息获取模块用于获取塑料在微波照射下的熔融状态信息；

所述微波辐射能量分布信息获取模块用于根据所述温度分布信息和/或所述熔融状态信息，确定当前微波对所述塑料的辐射能量分布信息；

所述微波工作模式确定模块用于根据所述辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式；

所述微波工作状态调整模块用于根据所述模态调整模式和/或所述频段调整模式，对所述微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作；

进一步，所述塑料温度分布信息获取模块包括热红外图像获取子模块、热红外特征信息提取子模块和温度分布信息计算子模块；其中，

所述热红外图像获取子模块用于获取所述塑料在所述微波照射下的热红外图像；

所述热红外特征信息提取子模块用于对所述热红外图像进行关于热红外波段的第一图像处理，以提取得到关于所述热红外图像的热红外特征信息；

所述温度分布信息计算子模块用于根据所述热红外特征信息变换计算得到所述温度分布信息；

或者，

所述塑料熔融状态信息获取模块包括可见光图像获取子模块、可见光特征信息提取子模块和熔融状态信息子模块；其中，

所述可见光图像获取子模块用于获取所述塑料在所述微波照射下的可见光图像；

所述可见光特征信息提取子模块用于对所述可见光图像进行关于可见光波段的第二图像处理，以提取得到关于所述可见光图像的可见光特征信息；

所述熔融状态信息子模块用于根据所述可见光特征信息变换计算得到所述熔融状态信息；

或者，

所述微波辐射能量分布信息获取模块还用于通过关于塑料微波加热的神经网络模型对所述热红外特征信息和/或所述熔融状态信息进行学习处理，以得到所述辐射能量分布信息；

进一步，所述热红外特征信息提取子模块包括第一像素甄别处理单元、第一等效像素确定单元和热红外特征信息计算单元；其中，

所述第一像素甄别处理单元用于对所述热红外图像进行关于不同热红外波段和/或热红外能量的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定热红外表征的像素集群；

所述第一等效像素确定单元用于对所述若干具有不同特定热红外表征的像素集群进行等效热红外像素的确定处理；

所述热红外特征信息计算单元用于根据所述等效热红外像素提取得到所述热红外特征信息；

所述温度分布信息计算子模块还用于通过预设热红外-温度变换神经网络模型，将所述热红外特征信息变换得到所述温度分布信息；

或者，

所述可见光特征信息提取子模块包括第二像素甄别处理单元、第二等效像素确定单元和可见光特征信息计算单元；其中，

所述第二像素甄别处理单元用于对所述可见光图像进行关于不同可见光波段和/或色饱和度的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定可见光表征的像素集群；

所述第二等效像素确定单元用于对所述若干具有不同特定可见光表征的像素集群进行等效可见光像素的确定处理；

所述可见光特征信息计算单元用于根据所述等效可见光像素提取得到所述可见光特征信息；

所述熔融状态信息子模块还用于通过预设可见光-熔融状态变换神经网络模型，将所述可见光特征变换得到所述熔融状态信息；

进一步，所述微波工作模式确定模块包括微波传播参数确定子模块、微波调整对象参数确定子模块和微波调整模式确定子模块；其中，

所述微波传播参数确定子模块用于根据所述辐射能量信息，确定所述当前微波对象的横波信息、纵波信息、模态数信息和频率分布信息中的至少一者；

所述微波调整对象参数确定子模块用于根据所述横波信息、所述纵波信息、所述模态数信息和所述频率分布信息中的至少一者，确定所述当前微波的模态倍增参数和/或微波频段切换参数；

所述微波调整模式确定子模块用于根据所述模态倍增参数和/或所述微波频段参数，确定微波的所述模态调整模式和/或所述频段调整模式；

进一步，所述微波工作状态调整模块包括微波状态确定子模块和微波生成条件调整子模块；其中，

所述微波状态确定子模块用于从所述模态调整模式中确定微波的模态重叠目标状态和/或从所述频段调整模式中确定微波在不同时刻对应的发射频段状态；

所述微波生成条件调整子模块用于根据所述模态重叠目标状态和/或所述发射频段状态，调整微波传播波导的波导参数和/或所述微波发射关联电容的电容参数，以实现关于所述模态耦合和/或所述频段升降的调整操作。

本发明还提供一种用于塑料的微波均匀加热方法，其特征在于，所述用于塑料的微波均匀加热方法包括如下步骤：

步骤(s1)，获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对所述塑料的辐射能量分布信息；

步骤(s2)，根据当前微波对所述塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式；

步骤(s3)，根据所述模态调整模式和/或所述频段调整模式，对所述微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作；

进一步，在所述步骤(s1)中，获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对所述塑料的辐射能量分布信息具体包括，

步骤(s101)，获取所述塑料在所述微波照射下的热红外图像和/或获取所述塑料在所述微波照射下的可见光图像；

步骤(s102)，对所述热红外图像进行关于热红外波段的第一图像处理，以提取得到关于所述热红外图像的热红外特征信息，并根据所述热红外特征信息变换得到所述温度分布信息；

步骤(s103)，对所述可见光图像进行关于可见光波段的第二图像处理，以提取得到关于所述可见光图像的可见光特征信息，并根据所述可见光特征信息变换得到所述熔融状态信息；

步骤(s104)，通过关于塑料微波加热的神经网络模型对所述热红外特征信息和/或所述熔融状态信息进行学习处理，以得到所述辐射能量分布信息；

进一步，在所述步骤(s102)中，对所述热红外图像进行关于热红外波段的第一图像处理，以提取得到关于所述热红外图像的热红外特征信息，并根据所述热红外特征信息变换得到所述温度分布信息具体包括，

步骤(s1021)，对所述热红外图像进行关于不同热红外波段和/或热红外能量的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定热红外表征的像素集群；

步骤(s1022)，对所述若干具有不同特定热红外表征的像素集群进行等效热红外像素的确定处理，并根据所述等效热红外像素提取得到所述热红外特征信息；

步骤(s1023)，通过预设热红外-温度变换神经网络模型，将所述热红外特征信息变换得到所述温度分布信息；

或者，

在所述步骤(s103)中，对所述可见光图像进行关于可见光波段的第二图像处理，以提取得到关于所述可见光图像的可见光特征信息，并根据所述可见光特征信息变换得到所述熔融状态信息具体包括，

步骤(s1031)，对所述可见光图像进行关于不同可见光波段和/或色饱和度的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定可见光表征的像素集群；

步骤(s1032)，对所述若干具有不同特定可见光表征的像素集群进行等效可见光像素的确定处理，并根据所述等效可见光像素提取得到所述可见光特征信息；

步骤(s1033)，通过预设可见光-熔融状态变换神经网络模型，将所述可见光特征变换得到所述熔融状态信息；

进一步，在所述步骤(s2)中，根据当前微波对所述塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式具体包括，

步骤(s201)，根据所述辐射能量信息，确定所述当前微波对象的横波信息、纵波信息、模态数信息和频率分布信息中的至少一者；

步骤(s202)，根据所述横波信息、所述纵波信息、所述模态数信息和所述频率分布信息中的至少一者，确定所述当前微波的模态倍增参数和/或微波频段切换参数；

步骤(s203)，根据所述模态倍增参数和/或所述微波频段参数，确定微波的所述模态调整模式和/或所述频段调整模式；

进一步，在所述步骤(s3)中，根据所述模态调整模式和/或所述频段调整模式，对所述微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作具体包括，

步骤(s301)，从所述模态调整模式中确定微波的模态重叠目标状态和/或从所述频段调整模式中确定微波在不同时刻对应的发射频段状态；

步骤(s302)，根据所述模态重叠目标状态和/或所述发射频段状态，调整微波传播波导的波导参数和/或所述微波发射关联电容的电容参数，以实现关于所述模态耦合和/或所述频段升降的调整操作。

相比于现有技术，该用于塑料的微波均匀加热装置和方法通过获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对塑料的辐射能量分布信息，接着根据当前微波对塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式，最后根据模态调整模式和/或频段调整模式，对微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作，该微波均匀加热装置和方法通过获取微波对塑料进行照射过程中塑料对应的热力学状态数据，并根据该热力学状态数据来确定微波的实时辐照特性，以此确定该微波的辐照能量分布状态，最后通过调整微波的照射过程中的模态耦合特性和频段分布特性来使得该微波能够均匀和大面积地照射塑料，从而实现对塑料均匀高效加热。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于塑料的微波均匀加热装置的结构示意图。

图2为本发明提供的一种用于塑料的微波均匀加热方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，为本发明实施例提供的一种用于塑料的微波均匀加热装置的结构示意图。该用于塑料的微波均匀加热装置包括塑料温度分布信息获取模块、塑料熔融状态信息获取模块、微波辐射能量分布信息获取模块、微波工作模式确定模块和微波工作状态调整模块；其中，

该塑料温度分布信息获取模块用于获取塑料在微波照射下的温度分布信息；

该塑料熔融状态信息获取模块用于获取塑料在微波照射下的熔融状态信息；

该微波辐射能量分布信息获取模块用于根据该温度分布信息和/或该熔融状态信息，确定当前微波对该塑料的辐射能量分布信息；

该微波工作模式确定模块用于根据该辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式；

该微波工作状态调整模块用于根据该模态调整模式和/或该频段调整模式，对该微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作。

优选地，该塑料温度分布信息获取模块包括热红外图像获取子模块、热红外特征信息提取子模块和温度分布信息计算子模块；

优选地，该热红外图像获取子模块用于获取该塑料在该微波照射下的热红外图像；

优选地，该热红外特征信息提取子模块用于对该热红外图像进行关于热红外波段的第一图像处理，以提取得到关于该热红外图像的热红外特征信息；

优选地，该温度分布信息计算子模块用于根据该热红外特征信息变换计算得到该温度分布信息；

优选地，该塑料熔融状态信息获取模块包括可见光图像获取子模块、可见光特征信息提取子模块和熔融状态信息子模块；

优选地，该可见光图像获取子模块用于获取该塑料在该微波照射下的可见光图像；

优选地，该可见光特征信息提取子模块用于对该可见光图像进行关于可见光波段的第二图像处理，以提取得到关于该可见光图像的可见光特征信息；

优选地，该熔融状态信息子模块用于根据该可见光特征信息变换计算得到该熔融状态信息；

优选地，该微波辐射能量分布信息获取模块还用于通过关于塑料微波加热的神经网络模型对该热红外特征信息和/或该熔融状态信息进行学习处理，以得到该辐射能量分布信息；

优选地，该热红外特征信息提取子模块包括第一像素甄别处理单元、第一等效像素确定单元和热红外特征信息计算单元；

优选地，该第一像素甄别处理单元用于对该热红外图像进行关于不同热红外波段和/或热红外能量的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定热红外表征的像素集群；

优选地，该第一等效像素确定单元用于对该若干具有不同特定热红外表征的像素集群进行等效热红外像素的确定处理；

优选地，该热红外特征信息计算单元用于根据该等效热红外像素提取得到该热红外特征信息；

优选地，该温度分布信息计算子模块还用于通过预设热红外-温度变换神经网络模型，将该热红外特征信息变换得到该温度分布信息；

优选地，该可见光特征信息提取子模块包括第二像素甄别处理单元、第二等效像素确定单元和可见光特征信息计算单元；

优选地，该第二像素甄别处理单元用于对该可见光图像进行关于不同可见光波段和/或色饱和度的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定可见光表征的像素集群；

优选地，该第二等效像素确定单元用于对该若干具有不同特定可见光表征的像素集群进行等效可见光像素的确定处理；

优选地，该可见光特征信息计算单元用于根据该等效可见光像素提取得到该可见光特征信息；

优选地，该熔融状态信息子模块还用于通过预设可见光-熔融状态变换神经网络模型，将该可见光特征变换得到该熔融状态信息；

优选地，该微波工作模式确定模块包括微波传播参数确定子模块、微波调整对象参数确定子模块和微波调整模式确定子模块；

优选地，该微波传播参数确定子模块用于根据该辐射能量信息，确定该当前微波对象的横波信息、纵波信息、模态数信息和频率分布信息中的至少一者；

优选地，该微波调整对象参数确定子模块用于根据该横波信息、该纵波信息、该模态数信息和该频率分布信息中的至少一者，确定该当前微波的模态倍增参数和/或微波频段切换参数；

优选地，该微波调整模式确定子模块用于根据该模态倍增参数和/或该微波频段参数，确定微波的该模态调整模式和/或该频段调整模式；

优选地，该微波工作状态调整模块包括微波状态确定子模块和微波生成条件调整子模块；

优选地，该微波状态确定子模块用于从该模态调整模式中确定微波的模态重叠目标状态和/或从该频段调整模式中确定微波在不同时刻对应的发射频段状态；

优选地，该微波生成条件调整子模块用于根据该模态重叠目标状态和/或该发射频段状态，调整微波传播波导的波导参数和/或该微波发射关联电容的电容参数，以实现关于该模态耦合和/或该频段升降的调整操作。

参阅图2，为本发明实施例提供的一种用于塑料的微波均匀加热方法的流程示意图。该用于塑料的微波均匀加热方法包括如下步骤：

步骤(s1)，获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对该塑料的辐射能量分布信息。

优选地，在该步骤(s1)中，获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对该塑料的辐射能量分布信息具体包括，

步骤(s101)，获取该塑料在该微波照射下的热红外图像和/或获取该塑料在该微波照射下的可见光图像；

步骤(s102)，对该热红外图像进行关于热红外波段的第一图像处理，以提取得到关于该热红外图像的热红外特征信息，并根据该热红外特征信息变换得到该温度分布信息；

步骤(s103)，对该可见光图像进行关于可见光波段的第二图像处理，以提取得到关于该可见光图像的可见光特征信息，并根据该可见光特征信息变换得到该熔融状态信息；

步骤(s104)，通过关于塑料微波加热的神经网络模型对该热红外特征信息和/或该熔融状态信息进行学习处理，以得到该辐射能量分布信息。

优选地，在该步骤(s102)中，对该热红外图像进行关于热红外波段的第一图像处理，以提取得到关于该热红外图像的热红外特征信息，并根据该热红外特征信息变换得到该温度分布信息具体包括，

步骤(s1021)，对该热红外图像进行关于不同热红外波段和/或热红外能量的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定热红外表征的像素集群；

步骤(s1022)，对该若干具有不同特定热红外表征的像素集群进行等效热红外像素的确定处理，并根据该等效热红外像素提取得到该热红外特征信息；

步骤(s1023)，通过预设热红外-温度变换神经网络模型，将该热红外特征信息变换得到该温度分布信息。

优选地，在该步骤(s103)中，对该可见光图像进行关于可见光波段的第二图像处理，以提取得到关于该可见光图像的可见光特征信息，并根据该可见光特征信息变换得到该熔融状态信息具体包括，

步骤(s1031)，对该可见光图像进行关于不同可见光波段和/或色饱和度的像素甄别处理，以此得到若干具有不同特定可见光表征的像素集群；

步骤(s1032)，对该若干具有不同特定可见光表征的像素集群进行等效可见光像素的确定处理，并根据该等效可见光像素提取得到该可见光特征信息；

步骤(s1033)，通过预设可见光-熔融状态变换神经网络模型，将该可见光特征变换得到该熔融状态信息。

步骤(s2)，根据当前微波对该塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式。

优选地，在该步骤(s2)中，根据当前微波对该塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式具体包括，

步骤(s201)，根据该辐射能量信息，确定该当前微波对象的横波信息、纵波信息、模态数信息和频率分布信息中的至少一者；

步骤(s202)，根据该横波信息、该纵波信息、该模态数信息和该频率分布信息中的至少一者，确定该当前微波的模态倍增参数和/或微波频段切换参数；

步骤(s203)，根据该模态倍增参数和/或该微波频段参数，确定微波的该模态调整模式和/或该频段调整模式。

步骤(s3)，根据该模态调整模式和/或该频段调整模式，对该微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作。

优选地，在该步骤(s3)中，根据该模态调整模式和/或该频段调整模式，对该微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作具体包括，

步骤(s301)，从该模态调整模式中确定微波的模态重叠目标状态和/或从该频段调整模式中确定微波在不同时刻对应的发射频段状态；

步骤(s302)，根据该模态重叠目标状态和/或该发射频段状态，调整微波传播波导的波导参数和/或该微波发射关联电容的电容参数，以实现关于该模态耦合和/或该频段升降的调整操作。

从上述实施例的内容可知，该用于塑料的微波均匀加热装置和方法通过获取塑料在微波照射下的温度分布信息和/或熔融状态信息，以确定当前微波对塑料的辐射能量分布信息，接着根据当前微波对塑料的辐射能量分布信息，确定微波的模态调整模式和/或频段调整模式，最后根据模态调整模式和/或频段调整模式，对微波进行关于模态耦合和/或频段升降的调整操作，该微波均匀加热装置和方法通过获取微波对塑料进行照射过程中塑料对应的热力学状态数据，并根据该热力学状态数据来确定微波的实时辐照特性，以此确定该微波的辐照能量分布状态，最后通过调整微波的照射过程中的模态耦合特性和频段分布特性来使得该微波能够均匀和大面积地照射塑料，从而实现对塑料均匀高效加热。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。