CN101894330A - 一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统及其方法，其特征在于：用CT机扫描得到注射坯试样的DR投影图；通过匹配检测得到试样的相关信息；将试样的信息传送到注射成形缺陷调控专家系统，专家系统做出推理判断，确定试样是否合格，并得到不合格试样的工艺调整方案，在调整方案下注射并再次检测试样是否合格。本发明的优点是：参数调整过程自动化进行，省去了传统试错法带来的大量繁琐劳动；检测过程不破坏样品，合格样品仍可使用，节约了成本；并实时监测注射过程，可以及时发现注射坯质量问题并进行参数调整，确保了产品质量的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于粉末注射成形技术领域，特别是提供了一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统及其方法。
背景技术
粉末注射成形技术是传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合而形成的一种零部件近净成形技术，它可以利用模具注射成形坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、形状复杂的结构零件，因其独特的优点被誉为“当今最热门的零部件成形技术”。然而，注射成形过程中产生的缺陷一直是困扰人们的主要问题之一，因为这些缺陷无法在后续的脱脂与烧结过程中消除。生产中对产品质量的控制方法一般为试错法，即在不同的工艺参数下注射，将表面质量合格的注射坯切开观察断面是否有气孔，若无气孔则认为该工艺参数可行。这种人工检测的方法不仅费时费力，而且通常无法准确的判断较小气孔的存在，准确性更多的依赖于操作者的经验，同时这种方法不能检测出注射坯密度分布情况。
粉末注射成形生产过程从机械化向智能化方向转变是未来的重要发展方向，而实现粉末注射成形的智能化控制，必须在注射成形阶段应用某项技术来检测注射坯的质量，将相应信息传送到控制系统，自动做出相应调整并反馈到注射机。将智能控制技术引入到粉末注射成形中来能极大地提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，国内尚未见到这方面的研究报道，国外与此相关的报道也屈指可数。
发明内容
本发明的目的是建立起一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统及其方法，使粉末注射成形的智能化生产成为可能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统，该系统包括注射成形机、CT机、图像处理系统和专家系统；其中，
所述注射成形机，用于将注入的粉体制成坯体试样；
所述CT机，用于扫描坯体试样，生成试样的DR投影图；
所述图像处理系统，用于将坯体试样的DR投影图与标准试样的DR图进行匹配；系统和用户之间的信息交换；所述缺陷信息数据库为判断是否存在缺陷及调整的规则所构成的数据库，所述知识推理机依据当前输入数据与匹配规则，推导出相关结论。
所述CT机扫描时X射线管电压为80-120kV，管电流为150-250μA，投影图放大倍数5-15倍。
本发明还提供一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的方法，具体包括以下步骤：
步骤1.将粉末均匀送入注射成形机内，形成坯体试样；
步骤2.将所述坯体试样以固定角度放到传送带上，输送到CT检测设备中，该固定角度为坯体试样的中心截面与探测面板平行的角度；当所述坯体试样运行到CT设备中心位置，CT机进行扫描，得到所述试样的DR投影图；
步骤3.将试样DR投影图传送到图像处理系统，将所述试样DR投影图与标准试样的DR图进行匹配检测，得到坯体试样的变化值G和P；
步骤4.将上述坯体试样变化值G和P，以及该注射坯的注射成形工艺参数传送给所述专家系统，专家系统做出推理判断，确定所述坯体试样是否合格，如果合格，则反馈到注射成形机，注射过程继续；否则，将确定为次品，并得到不合格试样的工艺调整方案；将所述工艺调整方案反馈到所述注射成形机。
所述工艺参数包括注射压力，注射速度，注射温度。
所述匹配检测具体为：将CT机扫描得到的DR图与标准试样的DR图进行对比，包括DR图整体灰度平均值的比较，局部区域灰度平均值的比较；其中，两者的整体灰度平均值相对变化值G作为判断检测试样烧结后尺寸是否合格的依据，两者的局部区域灰度平均值相对变化值P作为气孔判断依据。
所述知识推理具体为：根据得到G值，P值以及工艺参数中注射压力，注射速度，注射温度输入到知识推理机中，所述知识推理机将得到的G值，P值与缺陷数据库的数据做定性分析，判断出是否有缺陷，不存在缺陷，则工艺参数不作调整，存在缺陷结合注射坯的工艺参数定性给出缺陷存在的原因以及如何调整；根据P值，G值大小确定缺陷等级，推理得到调整后的工艺参数。
本发明的优点在于：
1.参数调整过程自动化进行，省去了传统试错法带来的大量繁琐劳动，提高了效率。
2.检测过程不破坏样品，合格样品仍可使用，节约了成本。
3.可以对注射过程进行实时监测，及时发现注射坯质量问题并进行参数调整，在调整后的参数下注射，经验证试样缺陷消失，确保了产品质量的稳定性。
附图说明
图1为本发明一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的结构框图。
图2为本发明一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的流程图。
图3为本发明中的专家系统的知识推理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。
如图1所示为本发明一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的结构框图。如图1该系统包括注射成形机、CT机、图像处理系统和专家系统；其中，
所述注射成形机，用于将注入的粉体制成坯体试样；
所述CT机，用于扫描所述坯体试样，生成所述注射坯试样的DR投影图；
所述图像处理系统，用于坯体试样的DR投影图与标准试样的DR图进行匹配；
所述专家系统由人机界面，知识推理机，缺陷信息数据库构成；所述人机界面用于系统和用户之间的信息交换；所述缺陷信息数据库为判断是否存在缺陷及调整的规则所构成的数据库，所述知识推理机依据当前输入数据与匹配规则，推导出相关结论。
如图2所示为本发明一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的方法的流程图。如图2所示首先将粉末均匀送入注射成形机内，形成注射坯试样；所述试样以固定角度放到传送带上，输送到CT检测设备中，该固定角度为试样中心截面与探测面板平行的角度；当所述试样运行到CT设备中心位置，CT机进行扫描，得到试样的DR投影图；将DR投影图传送到图像处理系统，将试样的DR投影图与标准试样的DR图进行对比，包括DR图整体灰度平均值的比较和局部区域灰度平局值的比较；选中试样的DR图的整体区域，计算出其整体灰度均值，与标准样DR图的灰度均值做比较，两者的相对变化值G作为判断检测试样烧结后尺寸是否合格的依据；选中检测样DR图中灰度突变的局部区域，计算出该区域灰度均值P，与标准样DR图相应位置的区域的灰度均值比较，得到的G值和P值，将得到的G值和P值以及该注射坯的注射成形工艺参数传送到专家系统(如图3所示)；专家系统的知识推理机将得到的G值和P值与缺陷数据库的数据做定性分析，如果G的值为-0.01＜G＜0.01之间则合格，否则不合格，当0≤P＜0.1，认为无气孔缺陷，并且根据P值大小确定气孔缺陷等级，划分为等级1～4；不存在缺陷，则工艺参数不作调整；存在缺陷的结合注射坯的工艺参数定性给出缺陷存在的原因以及如何调整；做如何调整缺陷的定量分析，根据定性分析结果确定工艺参数的调整方向，根据缺陷的等级确定工艺参数的调整幅度，例如调整后注射压力大小为原注射压力大小与五倍气孔缺陷等级之和；最终的工艺参数调整结果为各个缺陷下工0.6～0.8，定量分析整体灰度均值得到的调整工艺参数的权重为0.2～0.4。
实施例1
选择316L不锈钢粉，粘结剂为69％石蜡+30％高密度聚乙烯+1％硬脂酸，粉末装载量为56％。粉末和粘结剂在140℃-150℃下混炼1.5h，得到均匀的喂料。
在注射成形机上注射得到长方体试样1，工艺参数为注射温度160℃、注射压力90MPa、注射速度60％，模具尺寸为28.3mm×20mm×6mm。
将试样1放入CT机，试样长、宽所在截面与探测面板平行。用CT机扫描，得到试样1的DR投影图，CT机扫描时X射线管电压为120kV，管电流为225μA，投影图放大倍数10倍。
将试样1的DR图输入图像处理软件，得到图中所包含的相关信息。DR图整体灰度平均值为742，存在局部灰度发生突变区，选取5×5像素点区域，该区域灰度平均值为860。经软件处理得到检测试样DR图的整体灰度均值相对变化值G＝0.008，所选局部区域灰度均值相对变化值P＝0.16。
将工艺参数注射温度160℃、注射压力90MPa、注射速度60％，G＝0.008，P＝0.16输入专家系统软件界面，得到缺陷分析结果，“存在气孔缺陷：注射压力偏低，上调注射压力；注射速度偏高，降低注射速度。注射坯平均灰度值在合理范围内。”工艺参数调整结果为：注射压力95MPa，注射速度58％，注射温度160℃。
调整工艺参数为注射温度160℃、注射压力95MPa、注射速度58％，在该组参数下注射，得到调整方案下的长方体试样2，依上述方案进行CT检测，在DR图上未发现灰度突变区，表明调整方案下注射坯中不存在气孔缺陷。
将上述两个试样在三氯乙烯中溶剂脱脂10h，之后烘干，热脱脂，1365℃下烧结，得到最终的成品，热脱脂及烧结工艺为成熟的技术。烧结后两试样的信息如下：
表1试样1与试样2烧结后成品信息对比表
| 试样编号 | 长(mm) | 宽(mm) | 高(mm) | 缺陷情况 |
| 试样1 | 24.012 | 16.954 | 5.080 | 表面有鼓泡 |
| 试样2 | 24.030 | 16.976 | 5.086 | 表面平整 |
合格产品的长宽高应分别在23.914～24.083mm、16.900～17.020mm，5.070～5.106mm范围内，才符合尺寸偏差0.3％的精度要求。上述两试样均符合尺寸精度的要求，试样1中存在气孔缺陷，烧结后出现鼓泡，试样2烧结后质量合格，验证了调控系统的准确性。
实施例2
选择17-4PH粉，粘结剂为69％石蜡+30％高密度聚乙烯+1％硬脂酸，粉末装载量为60％。粉末和粘结剂在140℃-150℃下混炼1.5h，得到均匀的喂料。
在注射成形机上注射得到长方体试样，工艺参数为注射温度160℃、注射压力100MPa、注射速度80％，模具尺寸为28.3mm×20mm×6mm。
将试样放入CT机，试样长、宽所在截面与探测面板平行。用CT机扫描，得到试样的DR投影图，CT机扫描时X射线管电压为120kV，管电流为230μA，投影图放大倍数10倍。
将检测试样的DR图输入图像处理系统，得到图中所包含的相关信息。DR图整体灰度平均值为710，不存在局部灰度发生突变区。经图像处理系统处理得到检测试样DR图的整体灰度均值相对变化值G＝0.006。
将工艺参数注射温度160℃、注射压力100MPa、注射速度80％，G＝0.006，P＝0输入专家系统软，得到缺陷分析结果，“无气孔缺陷。注射坯平均灰度值在合理范围内。”试样合格，反馈到注射成形机，注射过程继续。
Claims (6)
1.一种粉末注射成形产品质量的智能化调控系统，其特征在于，该系统包括注射成形机、CT机、图像处理系统和专家系统；其中，
所述注射成形机，用于将注入的粉体制成坯体试样；
所述CT机，用于扫描所述坯体试样，生成所述坯体试样的DR投影图；
所述图像处理系统，用于将所述坯体试样的DR投影图与标准试样的DR图进行匹配；
所述专家系统包括由人机界面，知识推理机，缺陷信息数据库构成；所述人机界面用于系统和用户之间的信息交换；所述缺陷信息数据库为判断是否存在缺陷及调整的规则所构成的数据库，所述知识推理机依据当前输入数据与匹配规则，推导出相关结论。
2.根据权利1所述的粉末注射成形产品质量的智能化调控系统，其特征在于，所述CT机扫描时X射线管电压为80-120kV，管电流为150-250μA，投影图放大倍数5-15倍。
3.根据权利1所述的粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
步骤1.将粉末均匀送入注射成形机内，形成坯体试样；
步骤2.将所述坯体试样以固定角度放到传送带上，输送到CT检测设备中，该固定角度为坯体试样的中心截面与探测面板平行的角度；当所述坯体试样运行到CT设备中心位置，CT机进行扫描，得到所述坯体试样的DR投影图；
步骤3.将所述坯体试样的DR投影图传送到图像处理系统，将所述坯体试样DR投影图与标准试样的DR图进行匹配检测，得到坯体试样的变化值G和P；
步骤4.将上述坯体试样的变化值G和P，以及该注射坯的注射成形工艺参数传送给所述专家系统，专家系统做出推理判断，确定该坯体试样是否合格，如果合格，则反馈到注射成形机，注射过程继续；否则，将确定为次品，并得到不合格试样的工艺调整方案；将所述工艺调整方案反馈到所述注射成形机。
4.根据权利3所述的粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的方法，其特征在于，所述工艺参数包括注射压力，注射速度，注射温度。
5.根据权利3所述的粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的方法，其特征在于，所述匹配检测具体为：将CT机扫描得到的DR图与标准试样的DR图进行对比，包括DR图整体灰度平均值的比较，局部区域灰度平均值的比较；其中，两者的整体灰度平均值相对变化值G作为判断检测试样烧结后尺寸是否合格的依据，两者的局部区域灰度平均值相对变化值P作为气孔判断依据。
6.根据权利3所述的粉末注射成形产品质量的智能化调控系统的方法，其特征在于，所述知识推理具体为：根据得到G值，P值以及工艺参数中注射压力，注射速度，注射温度输入到知识推理机中，所述知识推理机将得到的G值，P值与缺陷数据库的数据做定性分析，判断出是否有缺陷，不存在缺陷，则工艺参数不作调整，存在缺陷结合注射坯的工艺参数定性给出缺陷存在的原因以及如何调整；根据P值，G值大小确定缺陷等级，推理得到调整后的工艺参数。
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