流體輔助共注成型中制品參數超聲在線測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及塑料成形技術領域，具體涉及一種流體輔助共注成型中制品參數超聲在線測量方法。
【背景技術】
[0002]流體輔助共注成型是在共注成型和流體輔助成型的基礎上發展起來的一種新工藝。相對共注成型工藝而言，流體輔助共注成型工藝多了一個注射輔助流體的過程。相對于流體輔助成型工藝而言，流體輔助共注成型的注塑階段是多種塑料材料順次或同時注入模腔形成多層結構的過程。因此，流體輔助共注成型實際上是共注成型和流體輔助成型的結入口 ο
[0003]流體輔助共注成型既保留了共注成型的優點，也保留了流體輔助成型工藝的優點，利用流體輔助共注成型可以實現對廢舊塑料回收利用，可以將廢舊塑料作為內層塑料材料利用。利用流體輔助共注成型可以得到性價比更高的塑料制品。同時，利用流體輔助共注成型可實現塑料制品的多樣化要求。而且，利用流體輔助共注成型可以得到高表面質量的壁厚尺寸差異較大的復雜制品，同時可以降低設備投資。
[0004]流體輔助共注成型工藝中，制品表層、中間層壁厚的精度影響著制品的品質。表層壁厚是指中空制品位于表層的塑料的壁厚，中間層壁厚是除表層以外的塑料層的壁厚。中間層可以是一層也可以是多層。制品表層壁厚、中間層壁厚是流體輔助共注成型技術的關鍵指標之一，有效控制表層壁厚、中間層壁厚是流體輔助共注成型成熟的重要標準。目前，國內外眾多學者已經針對流體輔助共注成型制品表層壁厚、中間層壁厚的形成機理及壁厚的控制進行了大量的研究分析，研究表明不同材料流體輔助共注成型的表層壁厚、中間層壁厚主要與各種塑料熔體預注射量、延遲時間和輔助流體壓力等工藝參數有關。
[0005]但目前表層壁厚和中間層壁厚都是通過離線的方式測量，將制品切開得到橫截面來機械測量。這種方法的缺點是:(I)這種方法需要破壞制品，具有破壞性的；(2)需要進行大量次數的試制實驗來調整工藝參數，以獲得相對精確的殘余壁厚，該方法耗時費力；(3)一旦更改模具或者注塑材料發生變化，則需要重新通過大量試驗來調整工藝參數，該方法靈活性差。因此，急需一種經濟有效的檢測手段來實時在線測量表層壁厚和芯層壁厚，以便實時調整工藝參數以優化制品的成型效果。
[0006]另外在流體輔助共成型中注塑件的空心層的長度影響它的機械和力學性能，然而空心層通常被不透明的表層材料覆蓋，因此無法通過光學方法測量，除非將注塑件截斷測量，否則測量空心層長度十分的困難。目前還沒有十分可行的方法。
[0007]塑料制品中，各層壁厚和空心層長度的測量都是非常重要的。當前，一些發達國家的專家學者都在尋找一種經濟有效的壁厚測量方法，在這種競爭形勢下，本發明提供了一種利用超聲波反射現象的實時在線測量方法。
【發明內容】
[0008]如上所述，對于流體輔助共注成型，表層壁厚、中間層壁厚及中間層長度、空心層長度的測量具有重要意義。針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種成本低廉、使用方便、精度易控制、無損的用于流體輔助共注成型中制品表層壁厚、中間層壁厚和中間層長度、芯層長度實時在線測量的方法。
[0009]—種流體輔助共注成型中制品參數超聲在線測量方法，對應的制品自表層至最內層依次定義為第I?η層，其中η為大于等于2的正整數，第I?η層對應的塑料恪體為第I?η層塑料熔體，對第i層壁厚進行檢測，其中i為I?η的正整數，包括如下步驟:
[0010](I)在垂直于塑料熔體流動方向上，向成型過程中的制品發射超聲波，采集該超聲波在第i層內外界面的同一次外界面反射回波和內界面反射回波:
[0011]其中:
[0012]外界面反射回波為該超聲波在第i層外界面發生的反射回波，當i= l時，所述第i層外界面為第I層塑料熔體(表層塑料熔體)與模具內壁的界面；當i大于I時，所述第i層外界面為第1-Ι層塑料熔體與第i層塑料熔體的界面；
[0013]內界面反射回波為該超聲波在第i層內界面發生的反射回波，當i小于η時，所述第i層內界面為第i層塑料熔體與第i+Ι層塑料熔體的界面，當i等于η時，所述第i層內界面為第η層塑料熔體(最內層熔體)與輔助流體的界面；
[0014](2)計算接收外界面反射回波與內界面反射回波之間的時間間隔At，得到塑料制品的第i層壁厚h:
[0015]h = l/2XVXAt；
[0016]其中，V為超聲波在第i層塑料熔體中的傳播速度；
[0017]按照步驟(I)和步驟(2)實現對一個或多個層壁厚的檢測；
[0018]可選擇的進入步驟(3);
[0019](3)根據第I?i層壁厚數值得到塑料制品中間層和空心層長度。
[0020]作為優選，所述η為2或3。兩層或者三層流體輔助共注成型為目前使用最為廣泛的兩種共注成型工藝，均可采用本發明的方法實現在線檢測。
[0021]作為優選，所述超聲波在第i層塑料熔體中的傳播速度V采用如下方法確定:
[0022](I)預先在垂直于塑料熔體流動方向上，發射超聲波，采集該超聲波在第i層內外界面的同一次外界面反射回波O和內界面反射回波:
[0023]其中:
[0024]外界面反射回波O為該超聲波在第i層外界面發生反射回波，當i= l時，所述第i層外界面為第I層塑料熔體與模具內壁的界面;當i大于I時，所述第i層外界面為第1-Ι層塑料熔體與第i層塑料熔體的界面；
[0025]內界面反射回波O為該超聲波在第i層內界面發生的反射回波，當i=n時，所述第i層內界面為第i層塑料熔體與輔助流體的界面；當i小于η時，所述第i層內界面為第i層塑料熔體與第i+Ι層塑料熔體的界面；
[0026](II)計算接收外界面反射回波O與內界面反射回波O之間的時間間隔AtO;
[0027](III)將制得的塑料制品在超聲波對應處截斷，得到塑料的第i層壁厚h0，進而計算得到超聲波在第i層塑料熔體中的傳播速度V，V=2hO/AtO。
[0028]針對某一層，超聲波第一次外界面反射回波和內界面反射回波可能受噪聲信號影響，產生波動，所以，在強度滿足要求的前提下，為得到穩定的超聲反射回波，作為優選，步驟(I)中，采集超聲波第2?3次的反射波數值。
[0029]作為優選，步驟(3)中，計算空心層長度的方法如下:
[0030](3-1)預先采集多組對應空心層長度數據與空心層厚度數據；
[0031](3-2)進行線性擬合或多項式擬合，得到空心層長度數據與空心層厚度數據的函數方程；
[0032](3-3)檢測或者計算成型過程中的制品的空心層厚度，將檢測得到的空心層厚度數據代入上述函數方程中得到空心層長度。
[0033]或者，步驟(3)中，計算中間層長度的方法如下:
[0034](3-11)預先采集多組對應中間層長度數據與中間層厚度數據；
[0035](3-22)進行線性擬合或多項式擬合，得到中間層長度數據與中間層厚度數據的函數方程；
[0036](3-33)檢測或者計算成型過程中的制品的中間層厚度，將檢測得到的中間層厚度數據代入上述函數方程中得到中間層長度。
[0037]步驟(3-1)、(3-11)和步驟(3-2)、(3-22)—般是在工藝投產前確定，在共注成型過程中，可實時檢測得到空心層或者中間層長度。
[0038]作為優選，步驟(3-3)中計算成型過程中的塑料制品的空心層厚度In數據的方法如下:
[0039]hi = D-2Ih；
[0040]其中D為塑料制品的外徑尺寸；Σ?ι為第I?η層壁厚之和。
[0041]為保證較高的相關度，