CN104144778A - 用于控制由可流动的基材制成的部件的制造的噪声感测 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于通过可流动的基材制造部件的工具(100)，其中工具(100)包括处理腔(102)，可流动的基材被引入所述处理腔中用于制造部件；声学传感器(104)，所述声学传感器构造成用于在制造过程中感测源自工具(100)、特别地源自处理腔(102)并且指示可流动的基材和工具(100)、特别地处理腔(102)之间相互作用的声学信号，其中声学传感器(104)包括活动致动器(110)和控制单元(200)，所述控制单元构造成用于基于感测到的声学信号控制和/或记录处理腔(102)中的制造。

Description

用于控制由可流动的基材制成的部件的制造的噪声感测
技术领域
本发明涉及用于通过可流动的基材制造部件的工具、用于感测源自所述工具的声学信号的声学传感器、控制在工具中制造部件的方法和使用的方法。
背景技术
喷射模塑法是用于通过热塑性、弹性和热固性塑料材料生产部件的制造过程。热塑性材料被送入加热桶，被混合，并且被推入模腔，所述热塑性材料在所述模腔中冷却和固化成腔的构造。弹性和热固性材料被注入加热模，所述弹性和热固性材料在所述加热模中通过化学反应硬化。喷射模塑法被广泛地用于制造各种部件，从汽车的最小的构件到整个主体仪表板。
美国第2003/0008028号专利公开用于监测喷射模铸机中的力和压力的装置，具有至少一个传感器用于测量通过关闭或注射压力变形的机械部件的变形，其中支撑主体被提供，一旦关闭或注射压力超过小于其最大值一半的某一值，所述支撑主体就缓解由传感器监测的机械部件。
Robert X.Gao、Zhaoyan Fan、David O.Kazmer，″Injection moldingprocess monitoring using a self-energized dual-parameter sensor(使用自供能双参数传感器进行喷射模塑法过程监测)″，CIRP年报-制造技术57(2008)，389至393页公开在线监测聚合物融化状态是确保喷射模塑过程中部件质量的关键，并且介绍用于通过调制器电路同时测量模腔中的压力和温度变化的双参数感测方法。在模塑周期期间的与压电陶瓷堆的电荷输出成比例的压力变化被离散成随后由温度敏感振荡器(TSO)进行频率调制的声学脉冲。使用一个传感器组件而无需电池和用于数据传输的电缆测量两个参数的能力为监测喷射模塑过程提供新型平台。
更多的背景技术被公开在WO 03/089214、WO 2011/154123、EP2317308和WO 2010/094809中。
发明内容
本发明的一个目的是有效地监测制造工具中的部件的制造过程。
为实现上文限定的目的，提供根据独立的权利要求的用于通过可流动的基材制造部件的工具、用于感测源自所述工具的声学信号的声学传感器、控制工具中部件的制造方法和使用的方法。
根据本发明的示例性实施例，用于通过可流动的基材(诸如流体塑料材料、陶瓷悬浮液或流体金属)制造部件的工具被提供，其中所述工具包括处理腔(例如喷射模塑工具的模塑腔)，可流动的基材被引入所述处理腔用于制造部件(例如通过可流动基材的随后的固化)；声学传感器，所述声学传感器被构造成用于感测在制造过程中源自工具(尤其直接地)、特别地源自处理腔的声学信号，并且指示可流动的基材和工具(这种相互作用可以由将可流动的基材引入处理腔引起)、特别地和处理腔之间的相互作用(例如导致施加机械力的物理接触)，其中声学传感器包括活动致动器(所述致动器可以促使产生声学信号)；和控制单元(诸如类似中央处理器或微处理器的处理器)，所述控制单元构造成用于控制(例如通过施加至少一个控制参数或控制命令)或调节处理腔中的制造过程和/或基于感测的声学信号收集用于记录的数据的过程。
根据另一个示例性实施例，用于感测源自工具、特别是源自工具的处理腔的声学信号以用于通过可流动的基材制造部件的声学传感器被提供，其中声学传感器包括活动致动器，所述致动器被设置位于处理腔并且构造成用于响应于引导可流动的基材进入处理腔通过可流动的基材移动；和声波生成元件，所述声波生成元件构造成用于当通过可流动的基材移动时一旦被致动器撞击则生成具有预定频率特性的声波(例如位于或接近共振频率)。
根据另一个示例性实施例，控制在工具中制造部件的方法被提供，其中所述方法包括引导可流动的基材进入工具的处理腔用于制造部件，在制造过程中感测源自处理腔的声学信号并且指示可流动的基材和处理腔之间的相互作用，其中声学传感器的活动致动器的运动有助于生成声学信号，并且基于感测的声学信号控制和/或记录处理腔中的制造。
还根据另一个实施例，直接源自处理腔中活动致动器的声学信号被用于控制和/或记录从可流动的基材制造部件。
在本申请的上下文中，术语″部件″可以特别指示可在处理腔的腔中制造的任一结构元件。相对于可流动的基材，部件可以处于固相，即可以至少部分是固化的基材。
在本申请的上下文中，术语″可流动的基材″可以特别指示在制造过程的开始可流动的(例如气态、液态和/或颗粒状)并且可以被加固或固化(例如在制造过程中通过供应热能和/或压力以形成固态的部件)的任何原材料。可流动的基材可以是，例如，塑料、陶瓷或金属材料。
在本申请的上下文中，术语“处理腔”可以特别指示可以由一起封闭腔的一个或多个模件(例如由两个半部分模件)组成的腔。在这种腔中，部件可以通过引导和固化可流动的基材形成。
本申请的上下文中，术语″声学传感器″可以特别指示能够在存在声波(即机械振动)的条件下输出传感器信号的任何物理结构。
本申请的上下文中，术语″声学信号″可以特别指示从制造工具和/或其环境获得的声学性质的例如电子、光或光电子形式的任何信号。
本申请的上下文中，术语″控制制造过程″可以特别指示获得影响工具中部件的制造的某个测量值。例如，这种控制可以是(例如基于反馈)调节制造过程，特别是修改一个或多个过程参数(诸如温度、压力、基材的供给量、随后的制造步骤的计时)以响应传感器信号的测量值。
本申请的上下文中，术语″活动致动器″(诸如注射销)可以特别指示能够安装在工具中以通过可流动的基材被引入处理腔时由可流动的基材施加的力移动的物理主体。所述物理主体可以被可流动的基材致动以移动。所述物理主体可以进一步致动(例如撞击)声波生成元件(诸如制造工具的特别是处理腔的分离的发声主体或部件或元件)以激励机械振动，其等同产生的声波。
在本申请的上下文中，术语“生成具有预定频率特性的声波″可以特别指示声波生成元件被定尺寸、定形状并且由这种材料制成，使得所述声波生成元件被移动的致动器撞击时其频率响应具有预定的特性，即导致在特别限定的频率范围内发出声波。特别地，每个物理主体具有某个共振频率，所述物理主体在所述共振频率处(和接近所述共振频率)能够生成声波。
在本申请的上下文中，术语″活动致动器″可以特别指示被安装在工具处、特别地在处理腔处使得所述物理主体与被引入处理腔的可流动的基材互相作用时承受或经历平移的运动或位移的物理主体，即机械实体。这种运动移动活动致动器的重心而不是施加振动激励(在压力元件不被考虑作为活动致动器的情况下时)。因此，活动致动器可以被安装以当可流动的基材接触活动致动器时整体移动而不是经历一系列压缩和膨胀。因此，融化的物质(或可流动的基材)自身可以直接地移动活动致动器并且通过机械撞击生成声波。
根据本发明的第一方面，制造过程的监测系统被提供，其中当直接作用到处理腔上时通过可流动的基材生成的声学信号被声学传感器检测。感测的信号可以用于控制一个或多个过程参数或调节部件的制造过程(诸如与工具关联的致动元件、热流体喷嘴的温度调节等)的其它的条件，所述部件通过固化填充处理腔的可流动的基材制成。另外或可替换地，声学信号还可以用于记录目的，即用于记录在其存在的情况下已经制造出具体的部件的参数和/或条件(这种数据可以存储在存储装置或数据库中并且可以被指定到具体的部件以在之后被用户获得，例如用于质量控制或用于确定制造部件的失效是否由制造过程中的失效引起)。相对于常规的方法，本发明的示例性实施例依靠声学传感器信号而不是压力探测器、温度探测器等的信号，这使得制造过程和其监测变得更加简单。这种简化的原因是声学传感器可以至少局部地布置在处理腔的外侧，使得可能例如在失效或维护情况下容易接近声学传感器。此外，在常规的方法中是笨重的、从处理腔到工具外侧的引导电缆根据本发明的示例性实施例是多余的，因为布置在处理腔处或在其中(特别是可流动的基材流动通过处理腔时，所述至少部分传感器与可流动的基材直接进行物理接触)的至少部分传感器可以以无线方式进行操作。对声波敏感的部分声学传感器可以是布置在工具外侧的主体噪声传感器，因为工具的材料能够将声学信号从其内部传输到其外部。除此之外，第一实验已经示出对位于工具表面外侧处的声学信号的检测是处理腔中过程的可靠特征，其中源自工具的声学信号将被检测到。例如，喷射模塑机械的排出销的“咔嗒”噪声承载制造过程是否恰当工作的重要的信息。通过与处理腔的腔进行通信的活动致动器触发声波生成作为被检测的信号，无需在处理腔中采用额外的电路而生成声波是可能的。
根据本发明的另一第二方面，适用于采取如上所述的制造监控系统的声学传感器被提供。然而应该说明，还可以在制造监控过程中代替地采取其它的声学传感器。根据本发明的第二方面，致动器可移动地安装(例如枢转地或往复运动地)在处理腔中，使得其位置可以在可流动的基材(被制造的部件至少部分地由所述可流动的基材构成)被引入处理腔的腔中时改变。流动的基材使得活动致动器位移，以迫使活动致动器邻接抵靠声波生成元件。所述声波生成元件具体地构造成用于产生限定的声学振动(例如对频率方面进行限定)，以用于被可以布置在处理腔的外部的声波敏感元件检测。因此，声波可以通过简单的机械邻接布置在处理腔附近生成，其中对声学信号进行的实际检测可以在处理腔外侧执行。
由于喷射模塑部件和通过初始的模塑过程制造的其它部件的复杂度的增加，同样与对通过融化的物质制造这种部件的过程进行调节相关的要求变得日益重要。采取声学传感器连同或替换诸如压力、温度传感器和应变仪传感器的常规的传感器允许简化感测过程，同时允许获得有意义的一组数据，可用作调节和/或记录制造过程的基础。
本发明的示例性实施例打算在过程工具中采取噪声感测法，用于对可流动的基材进行初始模塑、过程记录、控制和/或调节。
本发明的示例性实施例在运转的制造过程中使用源自制造工具并且传播到所述制造工具外的声学信号，用于收集与制造过程相关的信息以及用于记录、进行连续质量控制、控制或调节处理过程。另外，改变喷射模塑机械的噪声排放可以允许在早期检测机械的可能的误差。因此，也可以及早采取对策。
本发明的示例性实施例具有声学传感器不必在制造工具的处理腔中一体地作为一个整体的优势。相反地，至少一个传感器部件可以附接到制造工具的外表面上。这导致节省工具构造并且简化传感器装置的操作。对于传感器的声波敏感部件，这种安装的方法也是有利的，因为所述传感器的声波敏感部件不必与高温和/或高压的可流动的基材或已经固化的基材(所述基材可能是磨损性或腐蚀性的)直接接触。因此，声学信号与常规的传感器信号相比更不倾向失效。更进一步，扩音器或其它的声学传感器的操作对于操作制造工具或其传感器构件的人而言是简单的程序，使得系统容易使用。
第一试验已经示出，特别是通过制造过程间接生成的声学信号可以用于上文和其它的目的。这些例如是排出销被处理的基材向后按压并且邻接抵靠固定的安装板或其它的物理主体时生成的声学信号。被可流动的基材自身生成的声学信号通常具有更小的强度。在示例性实施例中，然而，这些传感器信号同样可以被另外使用(例如，将可流动的基材喷射进处理腔中时被位移的空气也可能导致可测量的噪声)。
因此，本发明的示例性实施例采用生成噪声的主动和/或被动的元件，并且将一个或多个这种传感器设置在对应的位置处。在示例性实施例中，排出销被使用与实际的声波传感器元件连接。检测源自具有多个处理腔的制造工具中不同的排出销的噪声可以被同样地和同时地执行。
本发明的实施例的详细说明随后，将对工具的另外的示例性实施例进行解释。然而，根据第二方面这些实施例也适用于声学传感器、控制制造过程的方法、和根据第一方面的使用方法。
根据一个实施例，还可以通过分析感测的声学信号从系统中得到复杂的信息。例如，两个声学致动器可以实现在工具中不同的位置处并且它们的触发时间点可以被检测到。这种数据可以用于计算可流动的基材的流动速度。
在根据本发明的第一方面的制造监控系统中实现根据本发明的第二方面的声学传感器是特别有利的，因为在处理腔内或接近处理腔的声波生成结合在处理腔外侧生成的声波的实际检测允许在低硬件付出的情况下对制造过程的高精确的监控。
在一个实施例中，工具构造成为通过初始模塑过程制造部件的初始模工具，特别地构造成为喷射模塑工具或压铸件工具。在初始模塑过程中，部件通过可流动的基材制造而无需在固化可流动的基材之后重新限定部件的形状。然而，本发明的其它实施例也可以使用诸如挤压模塑法等其它的工具。不仅喷射模塑法和压力模塑法可以作为本发明的实施例的实现示例，而且在本文中可以使用任何种类的模塑法和相关过程。
在一个实施例中，声学传感器构造成用于感测在大约1Hz和大约500kHz之间、特别在大约100Hz和大约30kHz之间的频率范围内的声学信号。因此，本发明的示例性实施例不受限于可被人耳听到的声学频率(该声学频率可以认为是在从16Hz到20kHz的范围内)，而是还可以延伸至诸如超声波的其它的频率范围。通过调节根据本发明的示例性实施例来实现的传感器的生成和检测到的频率范围，如果不同的声学传感器在不同的频带内操作，通过频率分析在不同的传感器信号之间进行分离是可能的。此外，可以使用其它的分析方法，例如诸如小波分析或局部逼近法的卷积法。
在一个实施例中，工具包括多个声学传感器，所述声学传感器每个构造成用于在制造过程中感测源自工具、特别是源自处理腔的声学信号，并且每个相对于处理腔被设置位于不同的位置处。提供定位在制造工具中不同位置处的多个声学传感器并且每个所述声学传感器通过至少一个参数与彼此区别(例如通过不同的频率行为)允许获得关于处理腔内制造过程的具有空间分辨率的精确的信息。例如，产生(例如通过活动致动器和声波生成元件)和感测(例如通过声波敏感元件)在5kHz处的声波的一个传感器可以设置在喷射位置处，并且另一个传感器可以位于远离所述喷射位置的位置处并且可以产生(例如通过另一个活动致动器和另一个声波生成元件)和感测(例如通过另一个声波敏感元件)在10kHz处的声波。多个传感器的预知位置信息和对传感器信号的某些频率进行的检测的结合可以允许明确地将信号分配到处理腔中的位置。
应该说明，本发明的示例性实施例还包括将一个或多个声学传感器与诸如压力和/或温度传感器的一个或多个其它的传感器结合的实施例。在这种实施例中，协同作用可以通过使用不同类型传感器的互补检测性质(即它们对不同的事件或参数的敏感性)实现。
在一个实施例中，多个声学传感器中的每个声学传感器对在与至少一个其它的频率范围不同的、特别是与所有其它的频率范围不同的各个频率范围内的声学信号是敏感的，其中所述多个声学传感器中至少一个其它的声学传感器，特别是其中所述多个声学传感器中所有其它的声学传感器，是敏感的。对不同的传感器信号之间进行的区分可以通过使用在多个传感器的输入端处的带通滤波器的频率滤波器实现，使得专用的传感器信号可以由多个声学传感器的每个声波敏感元件检测。并且，对传感器信号进行的频率依赖性分析还可以采取诸如傅里叶变换的数学程序。此外，诸如小波分析或局部逼近法的卷积法可以用于识别声学传感器。
在一个实施例中，一个声波敏感元件检测源自多个或所有的声学传感器的多个或所有的声波生成元件的信号。频率滤波器或傅里叶分析或卷积可以被执行以识别各自的信号或，更确切地，将各自的信号分配到各自的声学传感器。
在一个实施例中，超过一个声波敏感元件可以被用于通过确定信号中的时差从许多声学传感器中定位一个被触发的声学传感器(例如一个被触发的能够移动致动器和可选择地一个声波生成元件)。
工具可以包括一个或多个声波敏感元件和/或一个或多个声波生成元件和/或一个或多个活动致动器。活动致动器可以作用在一个或多个声波生成元件上。多个活动致动器可以作用在一个声波生成元件上。因此，声波敏感元件、声波生成元件和活动致动器的所有的功能排列是可能的。
可能的是在工具中采用任何期望数量(一个或多个)的声波生成元件，所述声波生成元件可以具有相同的共振频率或不同的共振频率。可能的是在工具中采用任何期望数量(一个或多个)的声波敏感元件，所述声波敏感元件可以具有相同的共振敏感度或不同的共振敏感度。
在一个实施例中，控制单元构造成用于基于在时域中分析多个声学传感器的传感器信号来控制制造过程。在这种实施例中，源自不同传感器的被检测的传感器信号的时序可以用作控制或调节制造过程的基础。各种传感器信号可被检测的时间点依靠传感器信号的频率特性，使得声波的检测的时序提供在制造过程控制方面有意义的信息。例如，使用关于这种传感器的位置的预知的信息布置具有某个频率特性(所述频率特性与各个发声主体的物理尺寸相关联)的声波生成元件，可以获得关于制造工具中的制造过程的空间依赖信息。
在一个实施例中，控制单元构造成用于基于从各个声学传感器的各个频率范围和预知的位置之间的相互关系获得的空间信息来控制制造。例如，给出涉及制造过程的进程的信息的某些声学信号可以被检测到。一个例子是检测喷射模塑腔中排出销的咔嗒声，所述咔嗒声提供喷射模塑程序已经完成并且被制造的部件现在可以从处理腔移除的信息。因此，通过这种咔嗒声进行的检测可以用作打开处理腔的触发器，例如分离处理腔的半部分等。并且，作为用于从速度控制填充阶段到压力控制包装阶段切换的重要信息，测定体积的填充可以被勘查。
在一个实施例中，控制单元构造成用于基于感测的声学信号调节制造过程的至少一个过程参数。这种过程参数可以包含温度、压力的调节、可流动的基材的供给、喷射和固化时间间隔的选择等。特别地，未来部件的制造可以使用参数集执行，所述参数集与部件过去已经制造所根据的参数集对比时变化。
在一个实施例中，控制单元构造成用于基于感测信号的时间特性控制制造过程的计时。例如，可流动的基材的供给可以基于检测信息进行计时。
在一个实施例中，声学传感器包括一个或多个声波生成元件，所述声波生成元件在处理腔处并且构造成用于响应于可流动的基材被引入处理腔而生成声波；和一个或多个声波敏感元件，所述声波敏感元件定位到处理腔的外侧，特别地在工具的最外侧壳体的外侧处，并且构造成用于感测生成的声波，特别地构造成用于感测生成的结构-承载(structure-borne)的声波，并且用于基于感测到的声波确定声学信号。在这种实施例中，传感器包括生成声波和通过诸如附接到工具外表面的压电元件的相应地敏感元件检测声波的机构。与此相比，声波生成元件可以是噪声主体等并且可以被设置在工具中(可能地，但是不必然定位在模塑腔中)。
在一个实施例中，工具包括构造成用于从传感器信号确定指示可流动的基材和工具之间相互作用的信息的确定单元(所述确定单元可以形成提供控制任务的相同处理器的部分或可以是分离的处理器)。因此，被检测到的信息可以是相互作用的直接指纹图谱，例如可以是相互作用(例如力的传输)已经发生的时间点。
在一个实施例中，声学传感器包括活动致动器，活动致动器在不存在可流动的基材的情况下被安装以至少部分地定位在处理腔中或在存在可流动的基材的情况下被定位在处理腔的外侧。因此，将可流动的基材喷射进入处理腔可以触发致动器的滑行运动。也就是说，可流动的基材之间的物理接触可以是用于致动器滑行出可流动的基材被注入的腔之外的触发件。因此，可流动的基材可以将活动致动器按压到处理腔外。
在一个实施例中，定位在处理腔中的声学传感器的部分是纯粹机械的，特别地没有电子元件。声学传感器可以由多个构件构成，所述多个构件的部分定位在处理腔中(诸如活动致动器和声波生成元件)并且所述多个构件的剩余部分定位在处理腔外部或附接到所述处理腔外表面。有利的是前者不需要任何电缆和/或免于倾向于在制造过程中可能发生的严酷条件下退化的电子构件。因此，将在工具中成为一体的所有的传感器构件专门地构造为机械的构件允许省略将电信号或电动力供给传输到工具内部。
在一个实施例中，声学传感器可以是能够检测传输通过固体主体的声波的主体噪声传感器。然而，还可替换地可能的是声学传感器检测空气中的传感器信号。通过检测主体噪声，还可能的是通过评估声学传感器信号得到压力信息。因此，可流动的基材流过处理腔所根据的压力可以被确定，所述压力依次与可流动的基材的流动速度相关。可流动的基材的流动速度是制造过程的质量控制标准。
在一个实施例中，声学传感器信号用于确定可流动的基材目前定位在处理腔中的位置，以相应地允许调节将另外的可流动的基材供给到处理腔。
在一个实施例中，可能的是测量噪声背景技术(例如在启动制造过程前)并且将对应的背景信号从传感器信号减去以执行基线校正。
随后，根据第二方面的声学传感器的另外的示例性实施例将被解释。然而，这些实施例也适用于工具、控制制造过程的方法、和根据第一方面的使用方法。
在一个实施例中，活动致动器是构造成用于将被制造的部件排出处理腔外的排出销。通过也将排出销用作活动致动器，活动致动器可以协同地用于两个目的，即一方面排出固化的喷射模塑部件，并且另一方面作为传感器的一部分用于监测制造过程。因此，一个传感器部分可以产生通过另一传感器部分检测的声波。因此，紧凑的工具可以被提供，其中排出功能和传感器信号生成可以在功能上相关，从而提供有意义的传感器信息并且在部件的制造过程完成之后将部件可靠地从处理腔移除。
在另一个实施例中，活动致动器和声波生成元件一体地形成为共同的结构，特别地构造为致动器主体在移动时内在地生成咔嗒噪声。在这种实施例中，一方面由可流动的基材触发的活动致动器的运动和另一方面由对应的敏感元件检测到的声波的生成可以是由快速动作提供的一个和相同的过程。这种快速动作可以将共同的结构从一个稳定的机械构造转换为另一个稳定的机械构造，其中所述转换伴随着咔嗒声(″Knackfrosch″)。作为进一步可替换的，可振动的薄膜等同样可以被使用。
在一个实施例中，声学传感器进一步包括构造成用于感测由声学信号发生器产生的声波的和用于基于感测的声波确定声学信号的声波敏感元件。这种声学敏感元件可以认为是实际的声波探测器并且以电子的或电磁的形式提供输出信号。在一个实施例中，声波敏感元件是由压电元件、半导体元件和基于扩音器的膜组成的一组。然而，这些仅是例子，并且其它的示例性实施例同样是可能的。声波敏感元件可以附接到工具的外表面。
在一个实施例中，声学传感器包括压力确定单元，所述压力确定单元构造成用于基于被确定的声学信号确定指示处理腔中压力随时间变化特性的信息。在这种实施例中，声学信号可以被重新计算，使得可以得到与制造工具内部的压力相关的进一步的信息。处理腔中被检测到的声波和压力条件之间的实验上获得或理论上计算的相互关系可以用于该压力确定过程。
附图说明
本发明将参照而不受限于的实施例的例子在下文被更详细地描述：
图1图示根据本发明的示例性实施例的用于通过可流动的塑料材料制造喷射模塑部件的喷射模塑工具的声学传感器部分。
图2示出根据本发明的示例性实施例的喷射模塑工具。
图3是方框图，图示用于评估根据本发明的示例性实施例测量的能够检测的声学信号的过程和硬件构件。
图4是根据本发明的示例性实施例的通过可流动的基材制造的喷射模塑部件的图像。
图5是图示根据本发明的示例性实施例的每单位时间的多个样本和工具的加速度之间的依赖关系的示意图。
图6是图示根据本发明的示例性实施例的每单位时间的多个样本和用于通过可流动的基材制造部件的工具的螺杆位置之间的依赖关系的示意图。
图7是根据本发明的另一个示例性实施例的用于通过可流动的基材制造部件的工具的横截面。
图8是根据本发明的示例性实施例的用于通过可流动的基材制造部件的工具的图像。
图9是图示根据本发明的示例性实施例的一方面时间和另一方面喷射模塑工具的声学信号或螺杆位置之间的相关性的示意图。
图10是与图9相似的示意图。
图11示出根据本发明的示例性实施例的具有声学传感器的喷射模塑工具的俯视图。
图12示出在工具中具有模塑部件的、沿着图11的喷射模塑工具的线A-A的剖视图。
图13示出根据本发明的示例性实施例的在可流动的基材和排出销之间相互作用之前的具有声学传感器的喷射模塑工具。
图14示出在可流动的基材和排出销之间相互作用之后的图13的喷射模塑工具。
具体实施方式
附图中的描述是用示意图进行的描述。在不同的附图中，类似的或相同的元件设置有相同的参考标记。
图1描述用于通过融化的或可流动的塑料材料制造喷射模塑部件的喷射模塑工具100。
更精确地，如在喷射模塑技术领域内熟练的人员所知，可流动的流体塑料材料被在高温条件下注入处理腔102的腔(图1中仅局部地示出)中，可流动的塑料材料固化在所述腔中，从而以形成与腔的形状一致的喷射模塑部件。因此，可流动的基材被引入处理腔102，用于制造喷射模塑部件。此外，图1示出可流动的基材流动通路112，如图1中的水平箭头指示，可流动的基材可以被引导通过所述易流动的母材流动通路112。通路112由处理腔102的壳体部件116限制。
将在下文更详细地解释的声学传感器104构造成用于在感测源自工具100的处理腔102的声波时生成声学信号(以电子形式)。声学信号提供关于部件的目前的制造过程的信息，并且因此可以用于调节目前部件的制造过程的其余部分和/或用于操纵其它部件的随后的制造过程。
例如可能是微处理器或中央处理器(CPU)的控制单元(图1中未示出)基于感测到的声学信号在调节诸如处理腔102中的温度、处理腔102中的压力、处理腔102中的一定量的可流动的基材的供应计划等过程相关的参数方面控制制造过程。换句话说，感测到的声学信号可以认为是处理腔102中的条件的指纹图谱(fingerprint)和工艺流程，使得对声学信号特征的检测和评估可以用于过程控制、调节和记录目的。
声学传感器104构造成用于感测源自处理腔102而不是源自可流动的基材的这种声学信号。更精确地，在可流动的基材被注入处理腔102的腔中时，处理腔102与可流动的基材互相作用。这种相互作用导致(这将随后进行更详细地解释)直接生成随后可以被感测到的声音。声学传感器104包括定位以能够在两个状态之间滑动的活动致动器销110。在第一状态中，活动致动器销110在不存在可流动的基材的条件下呈现在处理腔102的腔中(例如被诸如弹簧的偏置元件调节，在第一状态中偏置活动致动器销110)，活动致动器销110局部地突出进入处理腔102的腔中(见图1)。在第二状态中，活动致动器销110已经被完全地驱动到处理腔102的腔外，并且嵌入在处理腔102的壳体116中(见图1中的细节170)。第二状态通过将可流动的基材172传输进入处理腔102触发。这将活动致动器销110按压到处理腔102的腔外。在活动致动器销110被推动到材料流动通路112外时(根据图1向下)，活动致动器销110撞击对应设置的声波生成元件106(诸如U形金属主体)，使得后者生成预定频率特性的声波174。在示出的实施例中，活动致动器销110是排出销，所述排出销构造成用于在从第二状态移动到第一状态时(例如通过马达、手动地通过用户等触发)将被制造的和固化的部件排出处理腔102外。换句话说，在已经完成制造过程之后，排出销110用于从处理腔102移除完成的(即固化的)部件。在该实施例中，排出销110还被协同用于排出任务以及用于噪声发生器。
尽管活动致动器110以及声波生成元件106被定位在工具100中(然而二者以无线方式安装)，声学传感器104的声波敏感元件108附接到工具100的外表面，以从外部的位置易于接近。声波敏感元件108被提供并且构造成用于感测通过活动致动器销110和声学信号发生器106之间的碰撞生成的声波174，并且用于基于感测到的声波确定声学信号。在示出的实施例中，声波敏感元件108是可以被附接到工具100外部使得任何被引导通过工具100的电缆连接可以被省略的压力传感器。将声波敏感元件108连接到控制单元用于传输传感器信号等的电缆190被定位在处理腔102外部。此外，通过将声波敏感元件108外部地附接到工具100的外表面，声波敏感元件108与可能在处理腔102中存在的高温和高压不直接接触。
在示出的实施例中，声学传感器104构造成用于感测尤其位于8kHz或在约8kHz附近的频率的声学信号。位于该频率的声波174由协作部件110、106发出作为它们的构造的结果(形状、材料、尺寸)。
图1中描述的另一个细节160示出协作部件110、106的可替换的部件，其中活动致动器销110和声波发生器单元106形成为两个分离的部件。与此相比，细节160示出活动致动器和声波生成元件一体地形成共同的结构150(即成为改变其形状时内在地生成咔嗒噪声的快速动作主体150)的实施例。快速动作主体150在上方的第一状态(即在上方的位置中)的细节160中通过点线示出。在将可流动的基材注射进入通路112时，可流动的基材将力施加到快速动作(snap)主体150，强迫其从第一状态快速进入第二状态(在细节160中通过实线示出，下方的位置)并且因此产生被声波敏感元件108检测到的声波。
图2示出根据本发明的另一个示例性实施例的喷射模塑工具100。
在图2中，示出控制单元200。控制单元200接收源自可以由如图1所示的或其它的方式组成的两个声学传感器104、202的传感器信号。接着，控制单元200控制经由漏斗206进入螺杆传动单元204用于制造部件的基材的供给。材料可以被提供(例如)为颗粒物208并且可以在螺杆驱动单元204中通过供给热能被融化，例如由沿着螺杆驱动单元204的伸出部施加的连续增加温度轮廓提供。如此产生的可流动的基材随后被引入由两个协作的模件半部分210、212限制和限定的处理腔102。每个模件半部分210、212具有指定的声学传感器104、202，用于对声学信号进行空间上依赖的检测。排出腔214设置在模件半部分210、212的下游。很容易地制造的喷射模塑部件从模件半部分210、212排出并且被贮存在那里。
评估单元216被示出，其用于在将预处理的传感器信号从评估单元216传输到控制单元200之前评估从声学传感器104、202得到的未处理的传感器信号。
图2中示出的示意图具有沿着其绘制频率的横坐标220并且具有沿着其绘制强度的纵座标222。示意图示出具有指定的非重叠频率范围的并且具有位于频率f1和f2的最大值的两个声学共振224、226。两个声学传感器104、202中的每个声学传感器专门地在指定的频率范围内操作(在声学信号生成和检测敏感度方面)，使得避免任何不想要的干扰。因此，基于指定到各种声学传感器104、202的频率分析和预知的频率行为(共振频率、半高全宽)，可能基于在图2的细节中示出的时间测量相关的频率获得空间分辨的过程信息。
图3示出根据本发明的示例性实施例的具有数个关于声学信号评估的结构构件的方框图。
压力传感器300或任何其它的声波敏感元件(诸如扩音器)可以检测主体噪声形式(与工具100的主体相关)或传输通过诸如空气的气体的声波形式的声波。被接收的未处理的信号随后被发送到允许在可限定的通带(诸如声学共振224、226中的一个的频带)内选择性地传递传感器信号的频率成分的带通滤波器304。在图样分析单元306中，被过滤的声学信号的图样分析被执行，以检测诸如最高频率、半高全宽、与最高频率相关的时间点、强度等的特征。虽然图3中未示出，但是基线校正可以例如在进行图样分析之前执行。
随后，传感器信号可以成为时间分析的主题，见方块308。这里，可以分析声学传感器信号的时序，以得到空间信息等。可选择的压力分析方块302允许基于检测到的主体噪声信号得到处理腔102中的可流动基材的压力信息和流速信息。被处理的信号随后可以被传送到控制单元310(所述控制单元310可以或不可以相当于图2的控制单元200)作为控制制造过程的基础。
图4示出根据本发明的实施例制造的部件400。部件400可以通过多个排出销(由图4中的黑色箭头402、406、408指示)从制造工具排出。参考数字404指示栅(喷射点)。
图5是示意图500，具有每单位时间内的多个样本沿着其绘制的横坐标502。沿着纵座标504，绘制被检测到的加速度(等同于主体噪声)。相应地，图6是示意图600，具有每单位时间内的样本数量沿着其再次绘制的横坐标602。沿着纵座标604，绘制喷射模塑机械的螺杆位置。
图5因此绘制加速度信号，并且图6绘制同时记录的螺杆位置(标记1指示在标记2处结束的喷射过程的开始)。在示意图500中，绘制各个排出销的声学信号。定位于流动路径末端处的排出销408的信号与其它传感器信号(图5中的标记c)比较特别高。根据图5中的标记a和b的信号可能源自排出销402或406或可能源自喷射模塑工具的其它的元件。
图7是与图1中示出的一个实施例相似的但是进一步显示结构细节的实施例的截面图。相同之处保持适用于图8。
图9是示意图900，具有沿着其绘制时间的横坐标902。沿着纵座标902，由声学传感器根据本发明的实施例以及对应的螺杆位置(见曲线906)检测到的声学信号(见曲线908)被绘制。曲线910示出通过传统的温度传感器获得的信号。如可以从图9获得的信息，由本发明的声学传感器和使用常规的温度传感器测量的检测时间912以很好的相互关系彼此对应。
图10示出示意图1000，所述示意图1000与图9中示出的示意图相似(曲线1006对应曲线906，曲线1008对应曲线908，曲线1010对应曲线910)但是已经被记录而无需声学元件。因为图10的曲线1008中不具有由参考数字912指示的光谱特征，可以得出结论，该光谱特征实际上源自声学元件。
图11示出俯视图1100，并且图12示出根据本发明的示例性实施例的沿着具有声学传感器104的喷射模塑工具1120的线A-A获得的横截面图1150，具有在工具1120中的容易地模塑的部件1102。可以预见排出销1104用于与排出包1106组合用于排出固化的模塑部件1102(包括融渣)。预见另一个排出销110用于排出固化的模塑部件1102并且用于在邻接抵靠发声主体106时产生声学信号。
图13示出具有根据本发明的另一个示例性实施例的声学传感器的喷射模塑工具1350。在图13中，工具1350示出处于在可流动的基材1300(熔融物质)和排出销110之间发生相互作用之前的操作模式。
如图14所示，在可流动基材1300和排出销110之间的相互作用之后，所述排出销110压靠着噪声生成主体106。相应地生成的声音被检测到(图13和图14中未示出)，用于控制随后地将可流动的基材1300注射进入腔112中的计时。
最后，应该说明以上提到的实施例描绘了而不是限制了本发明，并且在本技术领域熟练的那些人员将能够在没有违背通过随附权利要求限定的本发明的范围的条件下设计许多可替代的实施例。在权利要求中，位于圆括号中的任何参考标记不应该理解为限制所述权利要求。单词″包括(comprising)″和″包括(comprises)″等不排除不同于作为整体在任何权利要求或细节中列出的那些内容的元件或步骤的存在。对元件的单个引用不排除对这种元件的多个引用并且反之亦然。在列举数个装置的设备权利要求中，这些装置中的数个装置可以通过软件或硬件的一个和相同的项目具体化。仅仅在不同的从属权利要求中相互列举的一些测量数据的事实不表示这些测量数据的组合不能用于获益。

Claims (23)

1.一种用于从可流动基材制造部件的工具(100)，所述工具(100)包括：
处理腔(102)，可流动基材能够被引入所述处理腔中用于制造所述部件；
声学传感器(104)，所述声学传感器被构造成用于在制造过程中感测声学信号，该声学信号源自工具(100)、特别是源自处理腔(102)的声学信号，并且指示可流动基材与工具(100)、特别是与处理腔(102)之间的相互作用，其中声学传感器(104)包括活动致动器(110)；
控制单元(200)，所述控制单元被配置成用于基于被感测到的声学信号控制和/或记录处理腔(102)中的制造。
2.根据权利要求1所述的工具(100)，所述声学传感器(104)是根据权利要求15到20中的任一项构造的。
3.根据权利要求1或2所述的工具(100)，该工具被构造成为用于通过初始模塑制造部件的原模工具(100)，特别是被构造成为喷射模塑工具(100)或压铸工具或相似的装置。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的工具(100)，其中所述声学传感器(104)被构造成用于感测在1Hz和500kHz之间、特别是在100Hz和30kHz之间的频率范围内的声学信号。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的工具(100)，包括多个声学传感器(104、202)，特别地所述每个声学传感器是根据权利要求14到19中任一项被构造的，每个声学传感器被构造成用于在制造过程中感测源自工具(100)、特别地源自处理腔(102)的声学信号，并且每个声学传感器定位在相对于处理腔(102)的不同位置处。
6.根据权利要求5所述的工具(100)，其中所述多个声学传感器(104、202)中的每个声学传感器对相应的频率范围内的声学信号是敏感的，该频率范围与至少一个其它的频率范围是不同的、特别是与所有其它的频率范围是不同的，所述多个声学传感器(104、202)中的至少一个其它的声学传感器在所述至少一个其它的频率范围内是敏感的，特别地所述多个声学传感器(104、202)中的所有的其它的声学传感器在所述所有其它的频率范围内是敏感的。
7.根据权利要求5或6所述的工具(100)，其中所述控制单元(200)被配置成用于基于在时域内对所述多个声学传感器(104、202)的传感器信号的分析控制制造。
8.根据权利要求6或7所述的工具(100)，其中所述控制单元(200)被配置成用于基于从各个频率范围与相应的声学传感器(104、202)的预知位置之间的相互关系获得的空间信息控制制造。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的工具(100)，其中所述控制单元(200)被配置成用于基于感测到的声学信号调节制造工艺的至少一个工艺参数。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的工具(100)，其中控制单元(200)被配置成用于基于感测到的信号的时间特性控制制造工艺的计时。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的工具(100)，其中所述声学传感器(104)包括：
声波生成元件(106)，所述声波生成元件位于处理腔(102)处并且被构造成用于响应于可流动基材到处理腔(102)中的引入而生成声波；
声波敏感元件(108)，所述声波敏感元件定位在处理腔(102)的外侧，特别地在工具(100)的最外部壳体的外侧，并且被构造成用于感测生成的声波，特别地被构造成用于感测生成的结构-承载的声波，并且用于基于感测到的声波确定所述声学信号。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的工具(100)，包括确定单元(216)，所述确定单元被配置成用于从传感器信号确定指示可流动基材和工具(100)之间的相互作用的信息。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的工具(100)，其中所述活动致动器(110)被安装成在不存在可流动基材的条件下至少部分地设置在处理腔(102)中，或在存在可流动基材的条件下设置在处理腔(102)的外侧。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的工具(100)，其中所述声学传感器(14)设置在处理腔(102)内的部分是纯粹机械的、特别地没有电子装置。
15.一种声学传感器(104)，用于感测源自工具(100)、特别地源自工具(100)的处理腔(102)的声学信号，所述工具用于从可流动基材制造部件，所述声学传感器(104)包括：
至少一个活动致动器(110)，所述至少一个活动致动器定位在处理腔(102)处并且被构造成用于响应于可流动基材到处理腔(102)中的引入而由所述可流动基材移动；
至少一个声波生成元件(106)，所述至少一个声波生成元件被构造成用于在被由所述可流动基材移动的所述至少一个致动器(110)撞击时生成具有预定频率特性的声波。
16.根据权利要求15所述的声学传感器(104)，其中所述活动致动器(110)是被构造成用于将被制造的部件排出到处理腔(102)外的排出销。
17.根据权利要求15所述的声学传感器(104)，其中所述活动致动器和所述声波生成元件一体地形成为一共同结构(150)，特别地构造成在移动时固有地生成咔嗒噪声的致动器主体(150)。
18.根据权利要求15到17中任一项所述的声学传感器(104)，进一步包括至少一个声波敏感元件(108)，所述至少一个声波敏感元件被构造成用于感测由所述至少一个声学信号生成器(106)生成的声波和用于基于感测到的声波确定所述声学信号。
19.根据权利要求18所述的声学传感器(104)，其中所述声波敏感元件是从由压电元件(108)、半导体元件和基于薄膜的扩音器(300)组成的组中的一个元件。
20.根据权利要求15到19中任一项所述的声学传感器(104)，包括压力确定单元(302)，所述压力确定单元被配置成用于基于确定的声学信号确定指示处理腔(102)中的压力随时间变化的特性的信息。
21.一种控制工具(100)中的部件的制造的方法，所述方法包括下述步骤：
将可流动基材引入到用于制造所述部件的工具(100)的处理腔(102)中。
感测源自处理腔(102)并且指示制造过程中可流动基材和处理腔(102)之间的相互作用的声学信号，其中声学传感器(104)的活动致动器(110)的运动有助于生成所述声学信号；
基于感测到的声学信号控制和/或记录处理腔(102)中的制造。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述活动致动器(110)的运动是由所述可流动基材在处理腔(102)中流动时从所述可流动基材施加在所述活动致动器(110)上的力引起的。
23.一种方法，所述方法使用直接源自处理腔(102)中的活动致动器(110)的声学信号控制和/或记录从可流动基材制造部件的制造过程。
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