CN111163914A - 模制系统中的实时材料和速度控制 - Google Patents

Abstract

一种系统包括空腔、被配置为将材料注射到所述空腔中的注射喷嘴，和在传感器位置处的多个传感器。所述多个传感器中的每一个被配置为在所述传感器位置中的一个处测量参数。所述系统没有应变计。所述系统进一步包括控制器，所述控制器被配置为控制材料注射到所述空腔中的流量。所述控制器被配置为接收所测量的参数并将所述接收的信息与预定曲线进行比较。所述控制器被配置为当所述测量的参数偏离所述预定曲线时控制所述流量。

Description

模制系统中的实时材料和速度控制

通过引用的方式并入早期申请

2017年6月29日提交的美国临时专利申请第62/526,559号、2017年10月5日提交的美国临时专利申请第62/568,548号和2018年6月29日提交的美国临时专利申请第62/692,329号通过全文引用的方式特此并入。

技术领域

本公开涉及注射模制领域。更具体地，本公开涉及在注射模制过程期间注射材料的控制。

背景技术

零件的注射模制包括将材料注射到模具中，压实并冷却模具中的材料以形成期望的零件，并且将成品零件从模具中推出。控制系统可采用来自温度传感器、应变计和其它传感器的反馈来控制压机、往复螺杆或其它驱动机构的速度，从而调整注射材料的流量。这类传感器也可用于检测故障或不规率性，如注射材料的泄漏。举例来说，现有系统可采用传感器来检测气流或背压的变化以检测泄漏。具有应变计的挡圈已用于感测系统中的这类变化。

发明内容

在一个实施例中，一种系统包括空腔、被配置为将材料注射到空腔中的喷嘴，和在传感器位置处的多个传感器。多个传感器中的每一个被配置为在传感器位置中的一个处测量参数。所述系统没有应变计。所述系统进一步包括控制器，所述控制器被配置为控制材料注射到空腔中的流量。控制器被配置为接收测量的参数，并将接收的信息与预定曲线进行比较。控制器被配置为当测量的参数偏离预定曲线时控制流量。

在另一个实施例中，公开一种补偿注射模制装置中的泄漏的方法，所述注射模制装置具有空腔和喷嘴驱动机构，所述喷嘴驱动机构被配置为将注射材料注射到空腔中。所述方法包括在传感器位置处提供多个传感器，其中多个传感器中的每一个被配置为感测并计算在传感器位置处的注射材料的压力、体积和温度。所述方法进一步包括根据从多个传感器接收的信息来计算在注射过程期间空腔内部的注射材料的重量和质量。所述方法还包括根据注射材料的计算的重量和质量来调整驱动机构的速度。所述方法进一步包括基于注射材料的计算的重量和质量来确定空腔何时已经被注射材料充满。所述方法还包括在确定已经将空腔充满时停止驱动机构。

在又一个实施例中，公开一种补偿注射模制装置中的泄漏的方法，所述注射模制装置具有空腔和喷嘴驱动机构，所述喷嘴驱动机构被配置为将注射材料注射到空腔中。所述方法包括在传感器位置处提供多个传感器，其中多个传感器中的每一个被配置为感测并计算在传感器位置处的注射材料的压力、体积和温度。所述方法进一步包括根据从多个传感器接收的信息来计算在注射过程期间空腔内部的注射材料的重量和质量。所述方法还包括根据注射材料的计算的重量和质量来调整驱动机构的速度。所述方法进一步包括基于注射材料的计算的重量和质量确定空腔何时已经被注射材料充满，并且在确定已经将空腔充满时停止驱动机构。

附图说明

在附图中，示出与下面提供的详细描述一起描述所要求保护的本发明的示例性实施例的结构。相同的元件用相同的参考数字标识。应当理解，被示出为单个部件的元件可被多个部件代替，并且被示出为多个部件的元件可被单个部件代替。附图未按比例绘制，并且出于说明目的，某些元件的比例可能被放大。

图1是示例性注射模制装置的透视图；

图2是示出建模和模制系统的输入和输出的示意图；

图3是示出在注射模制过程期间模制参数随时间变化的曲线图；

图4是示出由建模系统执行的某些过程步骤的流程图；

图5是示出注射模制过程的某些步骤的流程图；

图6是示出用于检测泄漏的工艺的流程图；并且

图7是示出用于检测泄漏的替代工艺的流程图。

具体实施方式

在注射模制系统中，期望测量或计算与注射材料的重量和质量有关的参数，以识别挡圈泄漏并补偿这类泄漏。进一步期望在不使用应变计的情况下进行这类测量或计算。这可通过将机器变量与材料和熔体变量相关联，以便测量和控制重量和质量位移或泄漏的统计控制方法来完成。

举例来说，如果以恒定速度将材料从点A注射到点B，并且去往控制速度的阀的注射信号为5伏，则可计算进入空腔的材料的相应重量和质量。但是，如果此电压改变，则其指示注射材料的粘度、密度、重量或质量发生对应的改变。

图1是示出示例性注射模制装置100的简化图。提供此图作为注射模制装置中影响注射模制过程的流量和其它参数的几何结构的实例。应当理解，可与所公开的系统一起采用任何注射模制装置，包括更简单或更复杂的装置。

在示出的实施例中，注射模制装置100被配置为同时填充第一模具110a和第二模具110b。注射模制装置100包括具有大直径部分130和减小直径部分140的浇口120，所述减小直径部分140通向主通道150。主通道终止于第一臂160a和第二臂160b，第一臂160a和第二臂160b中的每一个与主通道150正交。第一臂160a通向第一出口喷嘴170a，所述第一出口喷嘴170a与第一臂160a正交并且终止于第一模具110a处。第二臂160b通向第二出口喷嘴170b，所述第二出口喷嘴170b与第二臂160b正交并且终止于第二模具110b处。

使用压机、往复螺杆或其它驱动机构(未示出)迫使注射材料通过注射模制装置100。注射材料可以是热塑性材料，如ABS、聚丙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、PVC、尼龙、丙烯酸、苯乙烯、聚醚酰亚胺或上述材料的共混物。在一些实例中，注射材料可以是膨胀交联聚合物(例如，乙烯-乙酸乙烯酯或“EVA”)。在膨胀交联聚合物的注射期间，将聚合物加热到低于聚合物的活化温度的温度，或在聚合物内开始发生膨胀和交联的温度。然后将注射材料注射到模具空腔中，所述模具空腔的温度值设置得足够高，以活化使聚合物开始膨胀和交联的一种或多种化学反应。将材料保持在压力下以允许发生充分的交联和膨胀，并且随后将模具从模具中推出。应当理解，这些材料仅是示例性的，并且可采用任何注射材料。可以以放置在料斗(未示出)中的热塑性粒料的形式提供注射材料。然后，将热塑性粒料熔化并通过驱动机构迫使其通过浇口120。

在注射模制装置100或模具110上的各个位置处采用传感器以测量装置内部的温度和压力。还采用传感器，以在注射材料流动通过注射模制装置100或模具110时测量注射材料的速度。在一个实施例中，传感器位于出口喷嘴170处和模具110的填充端部处。然而，可在任何位置处采用传感器。另外，还通过编码器或其它测量装置测量驱动机构的位置和速度。还在注射模制过程期间测量填充时间和冷却时间。

现有系统已经试图通过依靠表格数据来优化填充时间和冷却时间，所述表格数据将给定测量值与驱动机构的速度的调整或其它调整相关联。在当前公开的系统中，从实时测量中获取真实数据，并且在数学上计算附加参数。实时测量值和计算的参数用于即时地调整驱动机构的速度。

图2是示出建模和模制系统200的输入和输出的示意图。在一个实施例中，建立注射模制装置100和模具110的计算机化模型，并且运行注射模制过程的计算机化模拟，以在各种条件下找到最佳结果。也可迭代地使用计算机化模拟来调整初始参数，以进一步优化注射模制过程。举例来说，设计者可为注射材料选择不同的材料组成，改变初始温度，改变注射模具装置的几何结构或材料，改变模具的几何结构或材料，或改变其它参数。

在建立实体模型期间识别传感器位置。传感器位置对应于物理模具中物理传感器将位于的位置。可识别单个传感器位置，或可识别两个或更多个传感器位置。在一个实施例中，识别至少两个传感器位置，包括在喷嘴处的第一位置和在填充端部位置处的第二位置。然而，应当理解，可采用任何数量的传感器位置。

在识别传感器位置后，将虚拟传感器放置在实体模型中的传感器位置处。虚拟传感器是在模拟期间收集信息的节点。

利用所得的有限元模型或定义的其它离散化解域，用户指定边界条件以进行分析。边界条件是与模制的对象、模制过程中使用的材料、模具本身或提供材料的机器有关的参数。更具体地，在注射模具中，边界条件是与零件、注射材料、注射模具或注射机器有关的参数。

如在图2中可看出，将多个参数210输入到多物理场FEA处理器220中。参数210包括零件参数210a、材料参数210b、模具参数210c和机器参数210d。

零件参数210a包括零件的估计重量、零件的传热面积、标称壁厚、其它零件几何结构、表面光洁度以及零件的最小和最大壁厚。零件参数210a还可包括将零件从模具110移除的最终温度。最终温度可由操作员选择，或以其它方式确定为零件维持其形状的温度。

材料参数210b包括质量密度、摩尔热容、流体组成和热导率。注射材料可以是多种材料的共混物，每种材料具有不同的材料特性。每种构成材料具有已知的质量密度、摩尔热容和热导率。所得材料的材料特性可由构成材料的这些构成值和重量百分比确定。

材料参数210b可包括存储在数据库中的表格数据。示例性表格数据包括下表1中示出的数据。此数据仅是示例性的，并且被呈现以说明可针对各种材料存储的数据的类型。如从以下可看出，示出了给定温度或压力下的材料特性，但那些特性可随温度和压力的变化而变化。因此，表格数据可包括关于温度和压力的范围的数据。在正确的时间在正确的位置进行材料表征，可用于实时监测和控制。

表1

模具参数210c包括模具温度、空腔尺寸、空腔配置、模具分型面、模具体积、模具的构造(例如，用于构造模具的材料或模具的材料特性)，或与模具有关的加热或冷却假设。附加零件参数包括有助于传热的任何加热或冷却元件。

机器参数210d包括施加的温度、流体注射位置、流体注射温度、流体注射压力、流体注射体积流量和熔体压力。操作员可改变温度或改变驱动机构的位置或速度以调整流量。可基于周期内，即在测量和/或获得机器参数的相同的注射模制周期期间，执行这类改变。可在注射模制装置100内和在模具110内测量温度。

机器参数210d还包括机器的几何结构。在迫使注射材料通过注射模制装置100时，注射模制装置的几何结构影响注射材料的流量。举例来说，在图1实施例中，注射材料在其从浇口120的大直径部分130通过到减小直径部分140时经受剪切力。此剪切力影响注射材料的流量。在浇口120的减小直径部分处的注射材料的初始冲击还可使空腔中的压力迅速增加，这可改变注射材料的粘度并进一步影响流量。

当注射材料通过主通道150、臂160和出口喷嘴170时，注射材料经受附加的剪切力和压力变化，从而进一步影响注射材料的流量。同样地，注射材料在其流动通过模具110时经受另外的剪切力和压力变化。

注射材料在其流动通过注射模制装置100和模具110时还可经受温度变化。材料在其远离热源行进时可冷却。然而，摩擦可在材料沿其路径行进时加热材料。温度的这类变化可影响材料的粘度并进一步影响流量。然而，这些变化可忽略不计。可基于为注射模制装置100和模具110选择的材料的热导率，或通过沿着注射材料的通路使用加热或冷却元件，来减轻或加速温度的变化。

多物理场FEA处理器基于零件参数210a、材料参数210b、模具参数210c和机器参数210d计算附加参数。举例来说，可根据材料、机器和模具参数确定热挠曲温度或热畸变温度(即，聚合物或塑料样品在指定载荷下变形的温度)。

多物理场FEA还运行模拟的注射模制过程，并在模拟期间测量和计算附加参数。计算的参数包括但不限于：注射材料的质量密度、注射材料的质量热容、注射材料的摩尔平均热容、分子量、体积、螺杆行程、相对粘度、绝对粘度、给定位置处的雷诺数、注射材料的热导率、热扩散率、给定位置处的普朗特数(Prandtl)、相对剪切力、相对剪切速率、熔体流动指数、作为分子量的函数的粘度、作为剪切力的函数的粘度、作为剪切速率的函数的质量、作为位置的函数的确定的应力、作为位置的函数的零件中确定的质量、作为位置的函数的零件中的最小和最大多分散指数、理论冷却时间、经济领先指标、动态熔体压力、体积流量、体积弹性模量、流速、柯西数和密度。

根据这些模拟，由多物理场FEA处理器220确定最佳流量，并且为虚拟传感器位置创建压力、体积和温度曲线。同样地，也可生成表示其它数据的曲线。曲线可反映测量的数据、计算的数据或检索的数据。举例来说，温度曲线可反映由传感器或虚拟传感器测量的温度。表示材料特性的曲线可反映在测量温度下给定材料的给定特性的表格条目。可使用求解器从测量数据或表格数据中计算表示相对剪切力的曲线。

由于即时地自动调整参数，可在运行时间230生成并读取曲线。在另一个实施例中，将首先执行FEA计算，并且曲线将通过以下来确定：读取来自物理传感器的读数，并使用预先计算的曲线，以确定哪种前馈特征曲线用于通过压力、螺杆速度或组合特征曲线来控制熔体，以实现最佳塑性材料流量。

在模制系统的过程控制240中使用相同的参数210。当模制系统将材料注射到空腔中时，过程控制240将传感器位置处的压力、体积和温度与压力、体积和温度曲线进行比较。压力、体积和温度曲线将在实际模制操作中使用，以在模制过程期间调整压力、螺杆速度和温度，使得物理传感器的PVT读数与虚拟传感器的PVT曲线匹配。

随着模制过程期间一个或多个参数的变化，这些变化会影响其它参数。举例来说，温度升高影响某些材料特性，这继而影响材料的体积流量。因此，在模制过程期间，不断地监测、测量和重新计算参数。通过实时测量和计算这些参数，系统向控制器提供反馈，然后所述控制器可调整其它参数(如螺杆速度)以精确地控制模制过程。因此，系统的特征可在于在单个注射周期期间(即，基于周期内)具有自控注射能力。

控制器可采用机器学习或深度学习能力来控制模制过程。在这类实施例中，虽然可采用算法和求解器来计算某些参数，但是控制器采用机器学习技术来读取实时输入并对系统进行适当的调整。

当系统用于模拟注射模制过程时，将数据记录在传感器位置中的每一个处。这类数据记录可被称为由实体模型中的虚拟传感器进行的数据捕获。具体地，在模拟期间将压力、体积和温度记录在传感器位置处，使得可创建压力、体积和温度曲线。压力、体积和温度曲线可表示压力、体积和温度随时间的变化，或表示注射材料每单位位移的压力、体积和温度的变化。

在分析完成时，可以以各种方式输出分析结果。举例来说，相关变量可以以图形格式显示，叠覆实体模型以供用户进行视觉查看，或可电子地输出以进行进一步处理或分析。如果填充阶段和压实阶段的结果被认为是可接受的，则模拟终止，并且用户可继续向制造发布设计。因为指定的边界条件包括与注射模具的配置和工艺参数有关的信息，所以可发布设计以用于注射模具的机械加工和直接生成的注射模制过程操作单。也可将压力、体积和温度曲线发布给操作员，用于在模制过程期间与物理模具一起使用。

然而，如果用户确定模拟的结果是不可接受的或低于最佳结果，则用户具有以下选择方案：修改边界条件中的一个或多个，或对模型解域进行离散化，并且其后迭代地重复模拟，直到用户对结果满意时为止。不可接受的结果的实例包括模型的分析不稳定性或过程故障，如充填不足，其中模具空腔未完全充满，或在填充期间产生过高的温度、速度或压力，这可降低组分聚合物材料特性或在部件中引入过多的残余应力，从而将不利地影响生产良率并可能导致部件过早失效。通过在设计过程的早期提供这种高度精确的分析模拟能力，可避免大量成本和在初始生产运行期间下游的延迟。

替代地，可将分析结果直接馈送到多物理场FEA处理器中，而无需将结果显示给操作员。多物理场FEA处理器可实时查看分析结果，或其可在每次模拟后查看结果。多物理场FEA处理器可基于测量和计算的参数以与上述相同的方式即时地调整参数。因此，系统提供自控注射模拟。或在模拟之后，多物理场FEA处理器可查看结果并建议改变以用于后续模拟。在任一实施例中，多物理场FEA过程可采用深度学习或机器学习能力来控制模拟。

图3是示出在使用注射模制装置100的注射模制过程期间模制参数随时间变化的曲线图300。因此，随着注射材料从浇口120的大直径部分130通过到减小直径部分140，并且然后通过主通道150、臂160和出口喷嘴170，许多测量的参数在过程开始时经受较大的波动。在注射材料开始填充模具110之后，测量的参数以基本上恒定的速率保持，或以更平滑的速率变化。此特定曲线图300是注射模制过程的多次运行的叠覆，以便优化结果。在模拟期间改变一个变量将影响其它变量。因此，叠覆表示利用不同变量进行的实验，直到优化结果为止。

曲线图300可在注射模制过程的计算机模拟的背景下生成，或可作为物理注射模制过程的结果而产生。

线310表示内部熔体压力(“IMP”)信号，所述内部熔体压力信号表示在填充、压实和保持期间由于模具阻力、部分凝固和空气阻力引起的熔体内的压力。根据来自熔体压力和温度的物理传感器的两个实时测量值计算此信号。第一传感器位于喷嘴处，并且第二传感器位于空腔中最后填充位置处。IMP信号用作注射的闭环控制的反馈。如在图3所示的模拟中可看出，当注射模制装置100被注射材料填充时，IMP信号310初始地下降，并且然后返回到其原始状态，并在模具110的填充期间保持在基本上相同的水平。

线320表示液压注射压力随时间的变化。液压注射压力是由驱动机构生成的压力。如在图3所示的模拟中可看出，当注射材料从浇口120的大直径部分130通过到减小直径部分140时，液压注射压力320初始地迅速增加。然后，当注射材料开始通过主通道150时，液压注射压力320下降，然后在注射材料通过臂160和出口喷嘴170时再次增加。然后，随着模具110的填充，液压注射压力320降低。如在此曲线图300中可看出，基于对其它参数的改变，液压注射压力320在不同的模拟期间以不同的速率下降。

线330表示空腔压力(即，模具110内部的压力)随时间的变化。如在图3所示的模拟中可看出，在注射模制装置100被注射材料填充时，空腔压力330初始地为零，并且空腔仍然是空的。空腔压力330在模具110开始填充时上升，在模具110的填充期间保持在基本上相同的水平。

线340表示熔体压力随时间的变化。熔体压力是在注射的填充、压实和保持阶段期间，由于模具阻力、部分凝固和空气阻力引起的熔体内的压力。如在图3所示的模拟中可看出，在注射材料从浇口120的大直径部分130通过到减小直径部分140时，熔体压力340初始地迅速增加。然后，在注射材料通过注射模制装置100并填充模具110时，熔体压力320下降并再次逐渐增加。

线350示出驱动机构的位置(即，螺杆位置)随时间的变化。如在图3所示的模拟中可看出，螺杆位置350初始地以快速的节奏改变，然后以较慢的节奏改变，直到驱动机构到达其终点。然而，在一些试验中，螺杆位置350继续快速改变，直到驱动机构达到其终点。可将这些试验的结果进行比较，以确定各个阶段的最佳螺杆速度。

线360示出空腔温度随时间的变化。如在图3所示的模拟中可看出，螺杆位置350初始地以快速的节奏改变，然后以较慢的节奏改变，直到驱动机构到达其终点。然而，在一些试验中，螺杆位置350继续快速改变，直到驱动机构达到其终点。可将这些试验的结果进行比较，以确定各个阶段的最佳螺杆速度。

图4是简化的顶层系统流程图400的一个实施例的示意性表示，所述流程图总结了使用FEA运行时间数据230和过程控制240来注射模制零件的某些过程步骤。作为第一步骤410，如以上所讨论的，生成或提供注射模制装置100和模具110的计算模型。然后，在步骤420中，通过多种方法中的任一种，如通过有限元分析，来定义和离散化模型解域，在所述有限元分析中，通过基于实体模型生成有限元网格来产生有限元模型。网格由通过共享节点定义的多个连续实体元素组成。

在步骤430中，利用所得的有限元模型或定义的其它离散化解域，用户指定边界条件以进行分析。边界条件包括以上讨论的参数210和计算的参数。

一旦输入边界条件，多物理场FEA就根据模拟模型执行指令，以在步骤440中首先计算或求解相关的填充阶段过程变量。如以上所讨论的，这类变量可包括流动性、模具空腔填充时间、压力、剪切速率、应力、速度、粘度和温度。计算不限于这些变量；然而，这些是基本变量，所述基本变量可用于求解在计算如结晶动力学和纤维取向分布的这类事项中包括的其它变量。

在此系统中，多物理场FEA能够使用求解器实时创建熔体表征。值得注意的是，系统计算作为时间的函数的体积(V(t))，而不是简单地测量体积。系统从过程的开始到结束对熔体进行表征，以检查体积与流量之间的关系。在一个实施例中，系统采用体积求解器来计算空腔中填充的体积。体积求解器需要二阶微分方程：

的解。通过使用这类体积求解器，能够识别何时到达停止点。

进一步地，也可将填充求解为可压缩流体，在这种情况下，也可在填充阶段中计算在压实阶段计算中包括的质量项(例如密度、质量和体积收缩率)。根据一个实施例，模拟可基于以下假设：流体在填充阶段中是不可压缩的，而在压实阶段中是可压缩的。根据另一个实施例，可假设流体在填充阶段和压实阶段中都是可压缩的。然而，既不强制在压力、速度和粘度之前求解流动性，也根本不需要求解流动性。

一旦模拟到达确定已经将模具空腔充满的分析阶段，则计算机根据模拟模型执行指令，以接下来在步骤450中计算或求解节点的相关的压实阶段过程变量。除了流动性、压实时间、压力、剪切速率、应力、速度、粘度和温度以外，这类变量还可包括根据模拟模型产生的部件的质量特性，如密度和体积收缩率。

在模拟期间，将数据记录在传感器位置中的每一个处。这类数据记录可被称为由实体模型中的虚拟传感器进行的数据捕获。具体地，在模拟期间将压力、体积和温度记录在传感器位置处，使得可创建压力、体积和温度曲线。压力、体积和温度曲线可表示压力、体积和温度随时间的变化，或表示注射材料每单位位移的压力、体积和温度的变化。

在分析完成时，可在步骤460中以曲线图(如曲线图300)的形式或以任何多种方式来输出分析结果。举例来说，相关变量可以以图形格式显示，叠覆实体模型以供用户进行视觉查看，或可电子地输出以进行进一步处理或分析。

如果在步骤470中用户确定模拟的结果是不可接受的或低于最佳结果，则在步骤480中用户具有以下选择方案：修改边界条件中的一个或多个，或对模型解域进行离散化，并且其后迭代地重复模拟步骤440至460，直到用户对结果满意时为止。不可接受的结果的实例包括模型的分析不稳定性或过程故障，如充填不足，其中模具空腔未完全充满，或在填充期间产生过高的温度、速度或压力，这可降低组分聚合物材料特性或在部件中引入过多的残余应力，从而将不利地影响生产良率并可能导致部件过早失效。通过在设计过程的早期提供这种分析模拟能力，可避免大量成本和在初始生产运行期间下游的延迟。

如果在步骤470中填充阶段和压实阶段的结果被认为是可接受的，则模拟终止于步骤490，并且用户可继续向制造发布设计。因为指定的边界条件包括与注射模具的配置和工艺参数有关的信息，所以可发布设计以用于注射模具的机械加工和直接生成的注射模制过程操作单。也可将压力、体积和温度曲线发布给操作员，用于在模制过程期间与物理模具一起使用。

在分析结果被认为是可接受的并且发布设计以及压力、体积和温度曲线之后，建立物理模具，所述物理模具在与实体模型中虚拟传感器的传感器位置对应的传感器位置处具有物理传感器。物理传感器监测在每个传感器位置处的压力、体积和温度。物理模具还具有空腔和被配置为将材料注射到空腔中的注射喷嘴。控制器240被配置为控制材料注射到空腔中的流量。

控制器240被配置为从传感器接收压力、体积和温度信息。在特定的模制周期期间，控制器240将此接收的信息与压力、体积和温度曲线进行比较。如果注射材料的监测的压力、体积或温度偏离压力、体积和温度曲线超过预定量，则控制器240可在模制周期期间调整注射材料的流量。举例来说，控制器240可通过调整压力、螺杆速度和温度中的至少一个来调整物理流量。控制器240还可通过压力、螺杆速度或组合特征曲线来控制材料熔体。控制器240和注射模制装置100因此用作“自驱动”注射模制装置。如此配置的控制器240可基于周期内进行操作，由此可在注射模制运行中的单个模制周期期间对物理流量进行改变。

图5是示出使用压力、体积和温度曲线来模制对象的方法500的流程图。在510处，提供物理注射模制装置(如注射模制装置100)和物理模具(如模具110)。模具在传感器位置处具有多个物理传感器。

在520处，针对在传感器位置处的注射材料的期望流量特征曲线提供压力、体积和温度曲线。在530处，以对应于期望流量特征曲线的物理流量将注射材料注射到物理模具中。

物理传感器连续地监测注射材料的压力、体积和温度。如果在注射模制周期期间，感测的压力、体积和温度与压力、体积温度曲线不匹配(在540处)，则调整物理流量(在550处)，并将材料连续地注射到模具中(在530处)。可在注射模制期间(即，基于周期内)调整物理流量，从而允许立即对注射周期进行改变，而无需等待随后的注射周期。如果感测的压力、体积和温度确实与压力、体积温度曲线匹配(在540处)，则将材料连续地注射到模具中(在560处)，直到将空腔充满(在570处)，并且过程结束(在580处)。

与现有模制系统相比，采用方法500的模制系统200或其它模制系统可需要更少的总传感器或更少类型的传感器。如以上所解释的，系统采用求解器，以基于由物理传感器连续监测的压力、体积和温度的测量参数来实时计算参数。这类参数包括但不限于：注射材料的质量密度、注射材料的质量热容、注射材料的摩尔平均热容、分子量、体积、螺杆行程、相对粘度、绝对粘度、给定位置处的雷诺数、注射材料的热导率、热扩散率、给定位置处的普朗特数、相对剪切力、相对剪切速率、熔体流动指数、作为分子量的函数的粘度、作为剪切力的函数的粘度、作为剪切速率的函数的质量、作为位置的函数的确定的应力、作为位置的函数的零件中确定的质量、作为位置的函数的零件中的最小和最大多分散指数、理论冷却时间、经济领先指标、动态熔体压力、体积流量、体积弹性模量、流速、柯西数和密度。这些参数的计算消除了对附加传感器的需求。换句话说，使用求解器计算参数允许实时材料和速度控制，而无需使用附加传感器。

作为一个实例，所公开的系统和方法可用于在不使用应变计的情况下检测注射模制系统中的泄漏。代替使用应变计，系统根据速度实时预测模具中的注射材料的重量和质量。如果测量的或预期的重量和质量不符合预测，则控制器向操作员发信号通知存在泄漏。这类泄漏检测系统可比使用应变计或其它泄漏检测器更可靠。应当理解，出于冗余的目的，系统可采用上述泄漏检测方法和其它泄漏检测系统。

图6是示出用于检测泄漏的这类工艺的流程图。在610处，将注射材料注射到注射模具中。在620处，确定注射材料的速度。可直接测量速度，或速度可以是基于单位时间的注射活塞行程的计算的参数。物理传感器连续地监测注射材料的其它参数。根据这些监测的参数，系统根据确定的速度和位移体积来计算模具中的材料的重量和质量(在630处)。

在一个实施例中，系统根据在材料的注射期间在驱动机构处压力、体积和温度的统计处理来计算模具内部的材料的重量和质量。附加地或在替代方案中，系统根据在材料的注射期间在驱动机构处向前注射的机器信号的统计处理来计算注射模具内部的注射材料的重量和质量。还附加地或在替代方案中，系统根据在材料的注射期间在驱动机构处填充指数的统计处理来计算注射模具内部的注射材料的重量和质量。还附加地或在替代方案中，系统根据在材料的注射期间在驱动机构处粘度变化指数的统计处理来计算注射模具内部的注射材料的重量和质量。

系统还测量模具中的材料的实际重量和质量(在640处)。如果测量的重量和质量与计算的重量和质量匹配(在650处)并且尚未将空腔充满(在660处)，则继续将材料注射到模具中(在610处)，并且继续进行步骤620-660的测量、计算和确定，直到将空腔充满，并且过程结束(在670处)。然而，如果测量的重量和质量与计算的重量和质量不匹配(在650处)，则系统生成泄漏警报(在680处)，并且过程结束(在670处)。替代地，在生成泄漏警报之后，过程仍可继续进行，直到将空腔充满。

图7是示出用于检测泄漏的替代工艺的流程图。在710处，将注射材料注射到注射模具中。在720处，确定注射材料的速度。可直接测量速度，或速度可以是基于单位时间的活塞行程的计算的参数。物理传感器连续地监测注射材料的其它参数。根据这些监测的参数，系统根据确定的速度来计算模具中的材料的重量和质量(在730处)。系统还检索模具中的材料的预期重量和质量(在740处)。预期重量和质量对应于注射模制过程的阶段，并且可将每个阶段的值存储在查找表或其它数据库中。举例来说，可将值存储在机器学习数据库或深度学习数据库中。如果预期重量和质量与计算的重量和质量匹配(在750处)并且尚未将空腔充满(在760处)，则继续将材料注射到模具中(在710处)，并且继续进行步骤720-760的测量、计算和确定，直到将空腔充满，并且过程结束(在770处)。然而，如果预期重量和质量与计算的重量和质量不匹配(在650处)，则系统生成泄漏警报(在680处)，并且过程结束(在670处)。替代地，在生成泄漏警报之后，过程仍可继续进行，直到将空腔充满。

在一个实施例中，系统可被配置为仅在确定泄漏高于预定阈值时才生成警报。举例来说，操作员可确定1-2％的泄漏率是可接受的，但是3-4％的泄漏率需要维修。预定阈值可由许多因素确定，所述因素包括与材料成本和维修成本有关的经济因素，以及泄漏对成品质量的影响和给定生产运行的紧急程度。

在一些情况下，如果泄漏机器可有效地工作以生产模制制品，则继续使用泄漏机器而不是长时间关闭机器以执行维修可能会更具成本效益。在一些情况下，超过25％的泄漏率可为可接受的。为了使泄漏机器有效地工作，其必须能够确定空腔何时已经充满了注射材料。

在这类实施例中，注射模制机器中的多个传感器在一个或多个传感器位置处感测注射材料的压力、体积和温度。举例来说，传感器可在往复螺杆或其它驱动机构处感测注射材料的压力、体积和温度。然后，处理器根据从多个传感器接收的信息来计算在注射过程期间空腔内部的注射材料的重量和质量。控制器根据注射材料的计算的重量和质量来调整驱动机构的速度。处理器根据从多个传感器接收的信息来继续计算重量和质量，直到其基于注射材料的计算的重量和质量确定空腔已经被注射材料充满。然后，控制器在确定已经将空腔充满时停止驱动机构。

作为基于压力、体积和温度测量值来计算重量和质量的附加或替代方案，处理器可根据在材料的注射期间在驱动机构处向前注射的机器信号的统计处理来计算注射模具内部的注射材料的重量和质量。替代地或除了这些计算中的一个或多个之外，处理器可根据在材料的注射期间在驱动机构处填充指数的统计处理来计算注射模具内部的注射材料的重量和质量。作为另一附加方案或替代方案，处理器可根据在材料的注射期间在驱动机构处粘度变化指数的统计处理来计算注射模具内部的注射材料的重量和质量。

在其它实施例中，可消除附加传感器或将附加传感器用作依赖于计算的参数的检测器的冗余。更一般而言，系统在无需使用传感器的情况下提供实时控制。

就在本说明书或权利要求书中使用术语“包括”的程度而言，其旨在以类似于术语“包含”的方式而为包括性的，如所述术语在用作权利要求书中的过渡词时所解释。此外，就采用术语“或”(例如A或B)的程度而言，其旨在意指“A或B或两者”。当申请人旨在指示“仅A或B而并非两者”时，则将采用术语“仅A或B而并非两者”。因此，本文中术语“或”的使用是包括性的，而不是排他性的使用。参见Bryan A.Garner,《现代法律用语词典(A Dictionaryof Modern Legal Usage)》624(第2版1995)。此外，就在本说明书或权利要求书中使用术语“在...中”或“到...中”的程度而言，其旨在附加地意指“在...上”或“到...上”。此外，就在本说明书或权利要求书中使用术语“连接”的程度而言，其旨在不仅意指“直接连接到...”，而且还意指“间接连接到...”，如通过另一个部件或多个部件连接。

虽然已经通过本申请的实施例的描述说明了本申请，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这类细节。附加优点和修改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，本申请在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性实例。因此，可在不脱离申请人的整体发明构思的精神或范围的情况下对这类细节进行变更。

Claims (20)

1.一种系统，所述系统包含：

空腔；

注射喷嘴，所述注射喷嘴被配置为将材料注射到所述空腔中；

在传感器位置处的多个传感器，其中所述多个传感器中的每一个被配置为在第一模制周期期间在所述传感器位置中的一个处测量参数，并且其中所述系统没有应变计；

控制器，所述控制器被配置为控制材料注射到所述空腔中的流量，

其中所述控制器被配置为在所述第一模制周期期间接收所述测量的参数，并将所述测量的参数与预定曲线进行比较，并且

其中在所述第一模制周期中，所述控制器被配置为当所述测量的参数偏离所述预定曲线时控制所述流量。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含处理器，所述处理器被配置为通过有限元分析(“FEA”)计算来创建所述预定曲线。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器被配置为对模具的FEA模型执行所述FEA计算。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述模具的所述FEA模型在对应于所述传感器位置的位置处包括虚拟传感器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，所述系统进一步包含处理器，所述处理器被配置为根据向前注射的机器信号、填充指数和粘度变化指数中的一个的统计处理来计算所述空腔内部的所述材料的重量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，所述系统进一步包含处理器，所述处理器被配置为根据向前注射的机器信号、填充指数和粘度变化指数中的一个的统计处理来计算所述空腔内部的所述材料的质量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述控制器被配置为控制压力、螺杆速度和温度中的至少一个。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述控制器被配置为通过压力、螺杆速度或组合特征曲线来控制材料熔体。

9.一种检测注射模制系统中的泄漏的方法，所述方法包括：

提供具有驱动机构的注射模具；

将注射材料注射到注射模具中；

确定在所述驱动机构处的所述注射模具内部的压力、体积和温度；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处所述压力、体积和温度的统计处理来计算所述注射模具内部的所述注射材料的重量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处所述压力、体积和温度的统计处理来计算所述注射模具内部的所述注射材料的质量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处向前注射的机器信号的统计处理来计算所述注射模具内部的所述注射材料的重量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处向前注射的机器信号的统计处理来计算所述注射模具内部的所述注射材料的质量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处填充指数的统计处理来计算所述注射模内部的所述注射材料的重量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处填充指数的统计处理来计算所述注射模内部的所述注射材料的质量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处粘度变化指数的统计处理来计算所述注射模内部的所述注射材料的重量；

根据在材料的注射期间在所述驱动机构处粘度变化指数的统计处理来计算所述注射模内部的所述注射材料的质量；

测量所述注射模具内部的所述注射材料的实际重量；

测量所述注射模具内部的所述注射材料的实际质量；

将所述计算的质量与所述实际质量进行比较；

将所述计算的重量与所述测量的重量进行比较；

在确定存在预定义泄漏条件时生成泄漏警报，其中所述预定义泄漏条件由选自以下的组中的至少一个组成：所述计算的质量与所述实际质量之间的差大于预定质量阈值，和所述计算的重量与所述实际重量之间的差大于预定重量阈值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中由多个传感器直接测量和计算所述压力、体积和温度中的每一个。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述压力、体积和温度中的每一个是计算的参数。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述预定义泄漏条件对应于至少3％的泄漏率。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，所述方法进一步包含在生成所述泄漏警报时结束将所述注射材料注射到所述注射模具中。

14.一种补偿注射模制装置中的泄漏的方法，所述注射模制装置具有空腔和驱动机构，所述驱动机构被配置为将注射材料注射到所述空腔中，所述方法包含：

在传感器位置处提供多个传感器，其中所述多个传感器中的每一个被配置为感测并计算在所述传感器位置处的所述注射材料的压力、体积和温度；

根据从所述多个传感器接收的信息来计算在注射过程期间所述空腔内部的所述注射材料的重量和质量；

根据所述注射材料的所述计算的重量和质量调整所述驱动机构的速度；

基于所述注射材料的所述计算的重量和质量来确定所述空腔何时已经被所述注射材料充满；并且

当确定已经将所述空腔充满时，停止所述驱动机构。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个传感器没有应变计。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述注射模制装置包括挡圈，并且在所述挡圈周围发生所述泄漏。

17.根据权利要求14至17中的任一项所述的方法，所述方法进一步包含：根据向前注射的机器信号的统计处理来计算在注射过程期间所述空腔内部的所述注射材料的所述重量和所述质量。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，所述方法进一步包含：根据填充指数来计算在注射过程期间所述空腔内部的所述注射材料的所述重量和所述质量。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，所述方法进一步包含：根据粘度变化指数的统计处理来计算在注射过程期间所述空腔内部的所述注射材料的所述重量和所述质量。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中所述控制器被配置为当所述计算的重量和质量中的至少一个与预期重量和质量相差超过预定阈值时，生成泄漏警报。

Images