CN102754040B

CN102754040B - 用于调节注塑过程的方法

Info

Publication number: CN102754040B
Application number: CN201180010364.2A
Authority: CN
Inventors: P.马里斯-豪格; R.韦兰; J.阿克曼; I.德内斯; S.盖泽; H.纳洛普; G.哈格; P.莱托嫩; S.阿尔陶斯; P.利德尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-01-04
Also published as: US20130270728A1; EP2539785A1; EP2539785B1; DE102010002174A1; WO2011101177A1; CN102754040A; US9566735B2

Abstract

本发明涉及一种用于调节注塑过程的方法，其中通过调节模块来控制注塑机的过程调整参量，其中该调节模块接收来自注塑机的过程内部的传感器技术的数据、来自外部传感器技术的关于注塑部件的制造过程的数据和/或来自在线部件检查的关于制成的注塑部件的质量的数据，这些数据在质量预测模块中被分析并且根据数据的分析执行注塑机的过程调整参量的改变，其中通过改变过程调整参量这样改变注塑机的工作点，使得以改变的工作点制成的注塑部件的质量特征处于注塑部件的质量的预先给定的容差内。

Description

用于调节注塑过程的方法

本发明涉及用于调节注塑过程的方法。

现有技术

注塑过程是一种被设立用于在工业中原始成型塑料部件的方法。它经常被使用在较大的产品中。迄今为止，所基于的治疗监控措施被集成在注塑机中。然而，由于在该过程中的变化和通过对其的外部影响，可能在相同的机器参数和过程参数情况下制造具有不同质量的部件。迄今大多数情况是，当例如事先定义的过程特征参量的包络曲线或者容差被超过或者低于时，才识别出过程信号的改变。在这种情况下，相应的部件通过质量分向被分拣。该功能被集成到大多数情况下当前的注塑机中。但是该过程运动相对不精确，因为不能够直接评估该部件的质量特征，并且不能够实现该过程的调节。机器参数的适配要求对操作者的干预并且通常在已经生产出次品之后才进行。注塑参数的适配按照操作者的经验来进行，因为部件的质量因数根据部件而不同地作用于单个的机器参数。

DE10120476A1描述了一种混合模型和用于确定在注塑成型件的制造方面的特性的方法，该注塑成型件由一个或多个神经元网络组成并且具有严格的模型，这些模型相互连接。这些严格的模型用于映射子模型，这些子模型可以借助数学公式来运行。该神经元子模型用于映射过程，这些过程的关联仅仅以数据形式存在并且它们不能被严格地建模。通过所述方法的组合应该明显改善在注塑塑料成型件时过程时间的预测和加工特性。所描述的方法提供了基于该过程和待处理材料的特征性特征的关于热和流变学加工特性和关于周期时间的预测。但是在DE10120476A1中，不进行关于制成的注塑成型件的质量特征方面的过程调节。

在DE10241746A1中描述了一种用于在周期的产品过程中进行质量评估和过程监控的方法，其中在调整阶段I、调整阶段II和工作阶段之间进行区分，并且借助质量特征组来进行在周期的生产过程中制成的产品的质量评估，其中在第一调整阶段中自动的工作点优化、第一训练数据组的产生、自动的特征参量选择和自产生的过程模型到达，该过程模型被接管到工作阶段中。其除了过程模型之外还包括质量评估模块和过程监控模块并且在不允许的偏差情况下在调整阶段II中设置抽样，该抽样导致产生另外的训练数据组，连同接着的更新的特征参量选择和自产生的过程模型的匹配，该过程模型接着被接管到工作阶段。质量评估和过程监控这里在独立的、除了实际的注塑过程外所需的阶段或周期中进行，由此，整个方法过程需要非常多的时间并且是非常费事的。

本发明的公开

因此本发明的任务是，提供一种用于调节注塑过程的方法，借助其能够实现实时的质量监控并且同时能够尽可能地减少被考虑为次品的注塑部件的数量。

按照本发明通过权利要求1的特征来解决该任务。本发明的有利的扩展在从属权利要求中说明。

以如下方式来进行本发明的用于调节注塑过程的方法，即通过调节模块来控制注塑机的过程调整参量，其中该调节模块接收来自注塑机的过程内部的传感器技术的数据、来自外部传感器技术的关于注塑部件的制造过程的数据和/或来自在线部件检查的关于制成的注塑部件的质量的数据，这些数据在质量预测模块中被分析并且根据数据的分析执行注塑机的过程调整参量的改变，其中通过改变过程调整参量这样改变注塑机的工作点，使得以改变的工作点制成的注塑部件的质量特征在注塑部件的质量的预先给定的容差内。

借助本发明的方法能够实现，从通过预测模型实时获得的在质量特征中的改变中借助计算的在过程调整参量中或者在机器调整参数中的变化这样来改变注塑机的工作点，使得以该改变的工作点制成的部件的质量特征处于预先给定容差中。该工作点由注塑机的多个调整参数或机器调整参数组成，其中注塑机的实际工作点相应于注塑机的实际上的实际调整参数。通过改变过程调整参量也即注塑机的调整参数，注塑机的工作点在注塑过程期间可以连续地被改变，使得在每个时间都能实现制成的注塑部件的优化质量。在此，能够实现根据调整参数的最小偏差来改变并且优化地调整工作点，由此能够尽可能直接地平衡该不均匀性。在此，优选注塑机的调整参数或者过程调整参量以等级顺序被改变，使得源于注塑机的反应时间确切地说时间关键的调整参数或者过程调整参量例如温度可能时不改变或者仅仅非常缓慢地改变，由此在两个相继的工作点调整之间的被确定为次品的部件的数量尽可能小。由此，能够实现：提高注塑机的生产率并且同时减小能量和回收成本。如果在制造过程中出现不希望的外部影响，所述外部影响可能干扰过程并且迄今不能被再调节，那么按照本发明借助预测的质量特征识别它们并且输出相应的输出信号。这例如可以通过监控在多个制造周期上取平均的次品率来进行和/或借助监控特定的传感器值来进行。该过程调节在此可以自动适配于所基于的物理过程的复杂性。在此该方法被设计为使得对应用者不要求特定的统计学-数学方法尤其是神经元网络的认识。此外，重要的过程特征参量的质量评估对于每个单个质量特征可以自动化地被形成。同样自动化地选择的过程特征参量和为每个质量特征所确定的相关性导致过程理解力的提高。例如由于上升的室温或由于装料变化导致的慢的过程漂移可以被识别并且被探测并且在可预先给定的界限值内通过调节来补偿，从而尽可能少地生产次品部件。使用借助本发明的调节模块的过程调节附加地能够实现每个所制造部件的部件质量和任意其它特征也例如毛刺产生、充模、灼烧点等等的精确在线预测。借助质量预测可以做出关于运行过程的预测。由此能够实现直接的质量评价。该过程借助预测来调节，其方式是，对该设备转移新的工作点。其借助第二神经元网络来计算，该神经元网络将机器调整参数或过程调整参量例如后增压大小、喷射速度等等与部件的测量值或质量特征关联。通过这种方式能够实现于周期有决定性意义的调节。

按照本发明的一个有利的扩展，在调节模块中由外部传感器技术的数据并且由过程内部的传感器技术的数据来确定过程特征参量，其中由过程特征参量和在线部件检查的数据来执行对于注塑部件的至少一个质量特征的质量预测。优选地，可能的是，能够对于注塑部件的每个单个质量特征执行质量预测。该过程特征参量在此被传输给在调节模块内部的质量预测模块，该调节模块由过程特征参量的受制于过程的变化在线地执行针对注塑部件的至少一个优选每个质量特征的质量预测。由此其预测的质量特征处于各自的容差范围之外的部件可直接地被剔除。由此，已经在制造过程期间就实现了制成注塑部件的可靠并且连续的质量检查。

按照本发明的另一个有利的扩展，调节模块探测在注塑过程期间出现的传感器错误并且在线地校正它。在此，尤其是探测外部传感器技术和过程内部的传感器技术的传感器错误。由此能够识别在制造过程期间出现的传感器错误，例如如果在制造时间过程中压力传感器具有压力偏差，并且必要时直接在制造过程期间对其进行校正。如果探测到不能被校正的传感器错误，则输出相应的通知。由于传感器错误能够被探测到，因此可以避免质量特征的错误评价，其否则可能使得全部的由该信号导出的过程特征参量出错。由此，能够实现注塑过程的特别可靠的过程监控和调节。尤其是由此能够实现制成部件的特别可靠的质量检查。优选进行该在线校正，其方式是通过外部传感器技术和过程内部传感器技术的在线再校准可以校正传感器值，从而可以进一步并且无过程中断进行质量特征的可靠在线预测。在此，在线意味着，质量特征的预测自动化并且实时地在制造过程期间进行，无需使用者控制它或者注塑机无需运行附加的调整周期或质量预测周期。

为了能够直接从制造过程中提取在质量预测中探测为次品的注塑部件，有利地规定，通过质量预测模块直接控制次品分向（Ausschussweiche）。

此外有利地规定，在调节模块内部借助由外部传感器技术的数据和过程内部传感器技术的数据确定的过程特征参量来确定过程稳定性并且，如果过程稳定性超过预先给定的界限值，则输出通知。在此优选借助过程特征参量和其作为输入参量的时间变化曲线来进行过程稳定性的评估。只有当制造过程被评估为足够稳定时，才可在可复制的制造条件的情况下制造它并且可靠地识别改变工作点的需要。

此外，有利的规定，调节模块包括过程调整模块，在其内部基于质量预测、过程漂移识别和过程稳定性来确定并且评估注塑过程的现有工作点并且必要时确定新改变的工作点。由此能够实现，直接根据过程漂移识别的所确定质量预测的改变或者在过程稳定性改变的情况下相应地改变制造过程或注塑过程，其方式是确定新的工作点，从而可以继续维持制成的注塑部件的质量并且不出现质量损害。由此，可以在制造过程期间优化地研究每个干扰因素，使得可以直接对制造过程进行作用，以便防止在制成的注塑部件中可能出现质量损害。

在此，优选进行现有工作点与新改变的工作点的逐步匹配。通过及时将现有工作点与新的工作点逐步匹配能够防止制造要宣告为次品的注塑部件，使得继续制成的部件的全部质量特征处于该部件的质量的容差设定之内。

该用于调节注塑过程的方法前述的优点相应地也适于具有用于执行该方法的装置的调节模块。

下面参照附图借助有利的实施例更详细阐述本发明。其中：

图1示出了本发明总系统的框图；

图2示出了调节模块的框图；

图3示出了传感器监控模块的框图；

图4示出了过程稳定性模块的框图；

图5示出了质量预测模块的框图；

图6示出了过程调整模块的框图；

图7示出了调节判据模块的框图；

图8示出了工作点模块的框图；

图9示出了单向阶段模块的框图；

图10示出了自动化的DoE执行模块的框图。

附图的描述

图1示出了本发明方法的总系统的框图。在此，用10来表示注塑机，该注塑机被装备有过程内部的传感器技术12。通过过程调整参量14，注塑机10的工作点可以被改变。注塑机10与调节模块16连接，使得可以在注塑机10和调节模块16之间传输信息和数据。此外，存在外部的传感器技术18，其将来自制造过程或注塑过程的信号传送给调节模块16用于评估。按照本发明设置有在线部件检查20，使得关于每个制成注塑部件的质量的附加信息可以被传送到调节模块16中用于评估。在需要时，调节模块16改变注塑机的过程调整参量14。通过调节模块16也进行次品分向22的控制。

图2示出了本发明调节模块16的框图。通过注塑机10的过程内部的传感器技术12，将注塑机10和/或与注塑机10连接的工具的传感器数据例如工具内压和/或温度值传输给过程特征参数模块24。在过程特征参数模块24内，借助不同的统计学方法从外部的传感器技术18和过程内部的传感器技术12的所接收的传感器数据来构成过程特征参量组，其中所述传感器数据可以作为离散的值存在或者作为连续的数据流存在，过程特征参量相互尽可能少地相关。例如对于过程特征参量例如是信号的最大值、信号在确定时间点处的上升、单个信号值或不同的信号窗口、例如增压时间。这样构成的过程特征参量在过程漂移识别模块26中关于缓慢的过程漂移被监控并且在传感器监控模块28中被用于分析可能的传感器错误。通过该传感器监控模块28可以按照本发明保证：识别在注塑过程期间出现的传感器错误，例如如果在制造时间过程中压力传感器具有压力偏移，则识别该传感器错误并且如果可能则通过传感器值的在线再校准来校正，使得可以继续并且无过程中断地进行质量特征的可靠的在线预测。如果探测到不能在线校正的传感器错误，则通过判决判据30来进行相应通知32的输出，如果该部件被确定为次品了。如果在该判决判据30中没有发现传感器错误，那么这些值尤其是继续转发给过程稳定性模块34。通过该传感器监控模块28由此保证，仅仅使用显著的传感器值用于另外的分析。在过程稳定性模块34中可以评估注塑过程的长期发展。为此进行过程特征参量以及传感器数据的评估。如果该过程没有在预先给定的容差值内发展，则进行相应的通知的输出。过程特征参数模块24的过程特征参量被传输给质量预测模块36，该质量预测模块36从过程特征参量的受制于过程的改变而针对注塑部件的至少一个优选每个质量特征在线地进行质量预测。通过质量预测模块36来控制次品分向22。由此其预测的质量特征处于各自的容差范围之外的注塑部件被剔除。根据本发明，实现了待制造注塑部件的一个或多个质量特征的在线质量检查20。通过这种方式测量的质量特征的数据在这种情况下同样被传输给质量预测模块36。质量预测模块36的结果基本上是对于过程调整模块38的输入值，该过程调整模块在相应的要求情况下借助注塑机10的所属的过程调整参量14确定新的工作点40。

图3示出了传感器监控模块28的框图。在传感器监控模块28中，过程特征参量24作为输入信息进入，它们从过程内部的传感器技术12和外部的传感器技术18的信息中获得。在此，借助一个或多个过程特征数字来示出例如一个确定的传感器值的变化，这些过程特征数字从所属的传感器信号中获得。过程内部的传感器技术12和外部的传感器技术18的监控一方面通过检验过程特征参量界限值42也即过程特征参量的最大值或最小值来进行，并且另一方面通过将过程特征参量值与各自的过程特征参量参考值44比较来进行，其中过程特征参量参考值在评估模块46中从来自在先的注塑周期的、过程特征参量模块24的过程特征参量时间变化曲线获得。按照本发明，敏感性分析48的结果进入该评估中。通过敏感性分析48考虑，具有非常不同的权重的单个过程特征参量可以进入质量预测模块36的质量特征50的预测模型中。因此，单个过程特征参量的波动也不同强度地作用于质量特征52的预测，该质量特征如在图5中所示。在反过来的情况中，单个的过程特征参量的重要性因此被估计。如果得到一个或多个过程特征参量或者其发展指示了有错的传感器技术，那么通过判决模块30来进行相应的通知32的输出。

图4示出了过程稳定性模块34的框图。如果传感器技术被传感器监控模块28评估为正常，那么就在过程稳定性模块34中进行过程稳定性的监控。为此，过程稳定性54的评估借助过程特征参量24和其作为输入参量的时间变化曲线56来进行。只有当注塑过程被评估为足够稳定时，才在可复制的注塑条件情况下被制成或者在过程调整模块38中准确地可靠识别需要新的工作点。

在图5中示出了质量预测模块36的框图。至质量特征预测模块50的输入参量是过程特征参量24，以及如果存在，是在线部件检查20的测量数据。基于该预测模块50，针对所有在注塑过程期间制成的注塑部件进行质量特征52的预测。对于制成注塑部件不是全部的预测质量特征都被评估为正常的情况，控制次品分向22并且将相应的有错的注塑部件剔除。预测的质量特征52的数据进入中央过程调整模块38用于进一步过程评估。

图6示出了过程调整模块38的框图。在过程调整模块38中，确定、评估基于质量预测模块36的注塑过程工作点、过程漂移识别26和过程稳定性34并且必要时确定新的工作点40。附加地，过程调整参量14以及来自工作点模块58的结果和分级跟踪调节60的输入进入过程调整模块38。在模块调节判据62中确定：是否不需要改变工作点64，参见图7，或者是否应当确定新的工作点40。如果由于注塑过程的发展而需要新的工作点40，则这是本发明的目标，即在向尽可能好的也即全局工作点方向逐步地进行过程调整参量14的改变，使得在从开始直至达到新的全局工作点的所有时间步骤上尽可能不制成不正常的部件，也即其质量特征处于预先给定的容差值之外的部件。由此，实现了注塑过程的明显提高的能量效率并且同时通过避免次品部件优化地提高了材料效率。为了达到该本发明目标，必须视制造过程而定地跟踪单个的过程调整参量14，例如缓慢地从值PS1_旧向值PS1_新方向跟踪过程调整参量PS1。这意味着，在从全局工作点GOA_旧向新的全局工作点GOA_新的过渡时间期间，以持续变化的工作点进行注塑过程，但是使得继续制成的部件的全部质量特征处于容差设定之内。按照本发明，这通过如下方式来进行，借助工作点模块58进行无分级跟踪调节68LOA1的局部工作点、全局工作点66的确定，带有分级跟踪调节70LOA3的局部工作点的确定、以及带有静态的分级跟踪调节72LOA2的局部工作点的确定，并且按照目标设定“零错误制造”评估并且使用的单个工作点。注塑过程以其对单个过程调整参量的改变进行反应的时间刻度可以非常不同。这样例如可以在注塑时非常快速也即从一个部件到下一个部件几乎无时间延迟地进行压力改变，而在注塑过程中的温度改变可以仅仅非常缓慢地进行并且要求跟踪调节。由此，得到按过程调整参量的时间刻度的分级。分级的跟踪调节的输入通过模块60来进行。跟踪调节60与工作点模块58一同地动态确定逐步的待跟踪的局部工作点LOA3，该局部工作点通过在模块114中利用具有分级的过程跟踪的全局调节策略来确定。新的工作点也即在从注塑过程的全局工作点GOA_旧向新的全局工作点GOA_新的过渡区域中的过程调整参量的新的待调整值，基于比较性判决判据74“GOA明显好于LOA1？”和比较性判决判据76“LOA2明显差于LOA1？”被确定并且被转发给注塑机。在此，在判决判据74中评估：全局工作点GOA是否明显好于局部工作点无需分级的跟踪调节LOA1。如果这以“是”来回答，则借助动态分级跟踪调节LOA370通过全局调节策略114来进行局部工作点的确定。如果这以“否”来回答，则借助静态的分级跟踪调节LOA272通过局部调节策略116来进行局部工作点的确定。在判决判据76中评估，具有静态分级跟踪调节LOA2的局部工作点是否明显差于无分级跟踪调节LOA1的局部工作点，也即是否分别使用具有分级过程跟踪的全局调节策略或局部调节策略，其中在两种可能性情况下确定新的工作点40。

在图7中示出了调节判据模块62的框图。只要注塑过程不是稳定的，就不进行工作点64的改变，这在判决判据78中被确定。在判决判据78中，这借助过程稳定性模块34的数据来确定。如果可以由稳定的注塑过程出发，则在判决判据80中确定，是否识别了过程漂移。如果是，则输出信号用于确定新的工作点82GOA、LOA1、LOA2、LOA3。如果否，则工作点不改变64。如果在预先给定的制造时间段上制成的部件的质量特征在容差设定之外，这在判决判据84中确定，则同样要求在区域82中的新工作点。

图8示出了工作点模块58的框图。在工作点模块58内，确定118局部工作点LOA1、LOA2、LOA3和全局工作点GOA。过程调整参量14、来自过程调整模块38的用于过程调整的信息和来自质量预测模块36的质量预测数据用作输入数据。在过程模型模块86中，产生在过程调整参量和质量特征之间的关联。一方面，通过质量预测模块36得到在质量特征和通过传感器技术在线获得的过程特征参量以及来自在线部件检查20的特征参量之间的关联，另一方面在过程调整参量14和质量特征之间存在关联。只要过程调整保持不变，则期待无另外的干扰性影响和过程变化，即制成部件的质量特征也保持不变。但是，外部干扰、由于在制造期间内部过程的过程变化对单个过程特征参量的值起作用和/或对在在线部件检查20中检测的值起作用，并且由此能够通过质量预测模块36来评估。通过质量预测模块36的质量特征的质量预测中的区别被检测、评估并且按照本发明导致在模块经校正的过程模型88中该过程模型模块86的过程模型的校正。经校正的过程模型在模块确定优化的工作点90中形成用于确定工作点的起点。工作点模型58的输出值因此是局部工作点LOA1、LOA2、LOA3以及全局工作点GOA。

图9示出了单向阶段模块92的框图。根据过程调整参量的数量和值范围，按照实验设计DoE的已知原理来建立尝试计划94。按照本发明，设置有用于自动化的DoE执行96的模块96。该自动化的DoE执行96的结果被传送给模块98用于产生过程模型。所产生的过程模型98被传送给调节模块16。同样，自动化的DOE执行96的结果被传送给模块确定过程特征参量100。所获得的过程特征参量100同样在调节模块16中被继续处理，如也在模块102中产生的质量预测模型。

图10示出了自动化的DoE执行模块96的框图。在于模块尝试计划94中建立待处理的尝试计划之后，首先将通过尝试N＋1122的过程调整参量和针对第一过程调整N+1104的所确定的过程调整参量124传送给注塑机并且起动注塑过程126。通过过程内部的传感器技术12，在模块校准过程稳定性106中监控过程稳定性的校准。在判决判据128中确定，是否模块106的校准结束。如果是，则在模块监控过程稳定性108中监控过程稳定性。如果否，则在模块106中继续校准。在判决判据110中确定，该过程是否足够稳定。如果给出过程稳定，则为了测量制成的注塑部件进行对于预先给定数量的部件的部件提取120，否则通过等待时间模块112预先给定直至可靠提取部件用于测量的等待时间，也即过程稳定性继续在模块108中被监控直至在判决判据110中确定，该过程是稳定的并且可以进行部件提取108。如果在按照DoE的第一尝试调整时结束了规定数量的部件，则开始下一个尝试调整并且将所属的过程调整参量传送给注塑机。如果注塑过程又达到按照模块108的稳定状态，则进行更新的部件提取，在其结束之后又进行尝试计划的下一个尝试调整。该过程一直持续，直到该尝试计划的全部尝试做完为止。作为最后的检查，优选再次进行第一尝试调整，从而在自动化的DoE执行期间必要时还识别不允许的变化并且可以通过尝试重复来改正。

Claims

1.一种用于调节注塑过程的方法，其中通过调节模块（16）来控制注塑机（10）的过程调整参量（14），其中该调节模块（16）接收来自注塑机（10）的过程内部的传感装置（12）的数据、来自外部传感装置（18）的关于注塑部件的制造过程的数据和/或来自在线部件检查的关于制成的注塑部件的质量的数据，这些数据在质量预测模块（36）中被分析并且根据数据的分析执行注塑机（10）的过程调整参量（14）的改变，其中通过改变过程调整参量（14）改变注塑机（10）的工作点（40），使得以改变的工作点（40）制成的注塑部件的质量特征处于注塑部件的质量的预先给定的容差内，并且其中注塑机的过程调整参量以等级顺序被改变，使得源于注塑机的反应时间的时间关键的过程调整参量不改变或者仅仅非常缓慢地改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在调节模块（16）中根据外部传感装置（18）的数据并且根据过程内部的传感装置（12）的数据来确定过程特征参量，其中根据过程特征参量和在线部件检查的数据来执行对于注塑部件的至少一个质量特征的质量预测。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调节模块（16）探测在注塑过程期间出现的传感器错误并且在线地校正所述传感器错误。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过质量预测模块（36）控制次品分向（22）。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在调节模块（16）内部借助由外部传感装置（18）的数据和过程内部传感装置（12）的数据确定的过程特征参量来确定过程稳定性，并且，如果过程稳定性超过预先给定的界限值，则输出通知。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调节模块（16）包括过程调整模块，在其内部基于质量预测、过程漂移识别和过程稳定性来确定并且评估注塑过程的现有工作点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，此外确定新改变的工作点。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进行现有工作点与新改变的工作点的逐步匹配。

9.具有用于执行根据前述权利要求之一所述方法的装置的调节模块（16），包括质量预测模块（36）。