CN117162402A - 一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，涉及注塑成型技术领域，包括可视化模具、图像采集单元、温度采集单元、压力传感器和控制单元；所述可视化模具安装在注塑机的注塑位置，所述可视化模具包括高度透明的材料制成的模具前模，模具前模包括模具前板和透明材料层，所述模具前板上设置着所述温度采集单元，同时内部安置有一面倾斜四十五度的镜子；本发明通过采用了特殊设计的可视化模具、热电偶和控制单元的组合，这些组件的协同工作实现了更可靠、高效和精细化的注射成型可视化方法，克服了传统方法的局限性。

Description

一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统

技术领域

本发明涉及注塑成型技术领域，具体是一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统。

背景技术

在注射成型领域，产品质量的稳定性和一致性是关键问题。然而，传统的注射成型过程监控方法存在一些局限性，例如无法直接观察塑料在注塑过程中的流动和冷却情况，以及对温度变化的精确监测和调控能力有限。因此，需要一种创新的方法和系统来实现注射成型过程的可视化监控和优化。

传统的注射成型过程监控方法主要依赖于人工经验和离线实验室测试。操作人员无法直接观察到塑料在注塑过程中的流动和冷却情况，而只能通过取样、分析和测试等手段来评估产品质量。这种方法存在时间延迟和局限性，无法实时调整和控制注塑过程，影响了生产效率和产品质量。

在可视化监控方面，一些方法采用透明模具来观察注射成型过程。然而，由于塑料在熔融状态下流动和冷却非常迅速，无法直接通过肉眼观察到细微的变化和流动情况。因此，需要一种更高度可视化的方法来实时观察注塑流动情况，从而准确评估产品的质量。

温度是注射成型过程中一个关键的参数，直接影响塑料的熔融和流动性能。然而，传统的温度监测方法往往使用不精确的传感器或仅仅测量某个点的温度，无法全面掌握注塑浇口和流道中的温度分布情况。因此，需要一种精确的温度监测方法，以实现对注射温度的精细调控和优化。

压力作为影响注射成型过程的重要因素之一，其变化情况与产品质量紧密相关。传统的压力传感器在一定程度上可以提供数据，但在实际应用中，其监测范围和精度可能受限，无法准确捕捉到注射成型过程中的瞬时压力变化，导致对于关键问题的识别和解决存在局限性。

现有的注射成型过程监控方法存在着可视化不足、温度，压力监测不精确和实时调控能力有限等问题。因此，本发明旨在提供一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，以解决传统方法的局限性，实现对注射成型过程的实时监测、调控和优化，提高产品质量的稳定性和一致性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，包括可视化模具、图像采集单元、温度采集单元、压力传感器和控制单元；

所述可视化模具安装在注塑机的注塑位置，所述可视化模具包括高度透明的材料制成的模具前模，模具前模包括模具前板和用于通过注塑熔料的透明材料层，所述模具前板上设置着所述温度采集单元，同时内部安置有一面倾斜四十五度的镜子；

所述图像采集单元位于模具前模上方，通过镜子折射的方式，实现九十度拍摄注射成型过程，所述图像采集单元用于实时捕捉注塑流动的图像，并将数据传输到控制单元进行处理；

所述温度采集单元分布在模具前板上，用于测量注塑浇口和流道的温度变化，所述温度采集单元将温度数据传输给控制单元进行实时监测和调整；

所述压力传感器包括多个并分布在模具前板上，用于测量注塑浇口和流道的压力变化，所述压力传感器将该点压力数据传输给控制单元进行实时监测和调整；

所述控制单元用于接收来自高速摄像机和热电偶的数据，并根据预设的参数和质量要求进行实时监控和调整，所述控制单元包括数据采集器、处理器和控制器。

作为本发明进一步的方案：所述可视化模具与注塑机内的移动机械臂连接，从而与注塑机融为一体。

作为本发明进一步的方案：所述温度采集单元和所述压力传感器分散布置在注塑定型槽的底部，所述温度采集单元和所述压力传感器通过预先设置在可视化模具内的线槽布线，并与控制单元电气相连。

作为本发明进一步的方案：所述图像采集单元设置有补光设备。

作为本发明再进一步的方案：所述图像采集单元与可视化模具之间设置有树脂光罩。

作为本发明进一步的方案：所述可视化模具还包括固定支架、后板、镜子支架，所述透明材料层包括钢化玻璃，所述钢化玻璃安装在模具前板上，所述模具前板固定在注塑机的底座上，所述后板通过固定支架安装在注塑机的机械臂上，所述后板上固定有斜四十五度的镜子支架，所述镜子支架上安装着所述镜子。

作为本发明进一步的方案：所述模具前板贴合所述钢化玻璃一侧开设有用于安装压力传感器和温度采集单元的预设槽。

作为本发明进一步的方案：所述钢化玻璃内开设有用于注塑熔料通过或成型的腔道。

作为本发明再进一步的方案：所述图像采集单元包括高速摄像机或红外摄像器的一种或者多种组合。

作为本发明再进一步的方案：所述温度采集单元包括光纤传感器或热电偶的一种或多种组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.高度可视化：本发明不仅采用了透明模具和镜子的设计，还引入了树脂光罩，进一步提升了注射成型过程的可视化效果，透明模具和镜子的协同作用，使操作人员能够观察到更多的细节，包括注塑流动的路径、充填状态以及可能存在的缺陷，从而实现更全面的实时监控。

2.温度监测精确：除了热电偶实时测量注塑浇口和流道的温度变化外，本发明还可以将压力传感器与温度传感器结合，以获取更全面的过程数据，这些传感器的协同工作可以提供更准确的温度和压力信息，帮助操作人员更精细地调节注射参数，从而确保产品质量的一致性和稳定性。

3.实时监控和调整：本发明引入的控制单元不仅可以接收多个传感器的数据，还具备智能分析和控制功能，这使得系统能够更迅速地对注射成型过程中的异常情况做出响应，通过自动调整注射速度、温度等参数，来修正潜在的质量问题，从而大幅度减少不良品的产生。

4.压力监测和优化：本发明引入的压力传感器可实时监测注射成型过程中的压力变化。通过精确地捕捉压力变化，操作人员可以更好地了解注塑过程中的压力分布，从而优化模具设计和注射参数，确保产品内部结构的一致性和强度。

5.故障诊断和预防：结合多种传感器数据，控制单元不仅可以实现实时监控，还能进行故障诊断和预防，一旦系统检测到潜在的异常情况，例如温度过高、压力异常等，它会自动发出警报并采取适当的措施，防止可能的生产故障和质量问题。

6.数据分析与优化：通过对多个传感器收集的数据进行分析，本发明的系统能够识别出潜在的生产瓶颈和问题区域，基于这些数据，操作人员可以进行更深入的工艺优化，提高生产效率和产品质量，实现持续的改进。

7.节能环保：本发明的实时监控和精细调整功能有助于减少废品的产生，避免不必要的资源浪费。通过优化注射参数，还可以降低能源消耗，进而在生产过程中实现节能环保的效果。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理框图。

图2为本发明中可视化模具的结构示意图。

图3为图2的局部爆炸结构示意图。

图4为本发明中可视化模具的工作原理示意图。

其中：固定支架1、后板2、镜子支架3、镜子4、钢化玻璃5、模具前板6、树脂光罩7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-4，一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，包括可视化模具、图像采集单元、温度采集单元、压力传感器和控制单元：

其中，可视化模具：采用高度透明的材料制成的模具前模6，具有适当的厚度和强度，以确保模具的稳定性和耐用性，模具前板上设置了多个热电偶，同时内部安置了一面倾斜45°的镜子4；

其中，图像采集单元采用高速摄像机：位于模具前模6上方，通过镜子4折射的方式，实现90°拍摄注射成型过程，摄像机可以实时捕捉注塑流动的图像，并将数据传输到控制单元进行处理；

其中，温度采集单元采用热电偶：多个热电偶分布在模具前板6上，用于测量注塑浇口和流道的温度变化，热电偶将温度数据传输给控制单元进行实时监测和调整；

其中，压力传感器：多个压力传感器分布在模具前板上，用于测量注塑浇口和流道的压力变化，压力传感器将该点压力数据传输给控制单元进行实时监测和调整；

其中，控制单元：接收来自高速摄像机和热电偶的数据，并根据预设的参数和质量要求进行实时监控和调整，控制单元包括数据采集器、处理器和控制器，通过这些组件实现对注射成型过程的控制和优化。

此外，虽然可以利用计算机模拟仿真软件，可以通过建立模型和运行仿真程序来模拟注射成型过程。该方法可以提供塑料流动、冷却和充填等参数的预测结果，但缺乏直观的实时可视化效果，尽管存在上述替代方案，但本发明的技术方案仍具有独特的优势和创新点。通过采用透明模具、高速摄像机和热电偶等组合设计，本发明实现了实时可视化监测、温度精准监测和实时调控的综合功能，能够直接观察注塑流动细节、精确掌握温度分布情况，并通过控制单元实时调整注塑过程，从而提高产品质量的稳定性和一致性。这些优势使得本发明的技术方案在注射成型领域具有明显的竞争优势和商业应用前景。

参照附图1：

本发明系统通过仪器部署和智能化控制流程实现对注射成型过程的实时监测和优化，从而提高产品质量的稳定性和生产效率。在仪器部署方面，系统包括高速摄像机、压力传感器和热电偶，用于捕捉纤维流态、压力分布和温度分布等关键信息。在参数设置阶段，操作人员通过系统界面输入注射成型的参数，为实时监测和调整提供基础。

注射成型过程分为三个关键阶段：高速摄像机记录纤维流态，压力传感器监测压力分布，热电偶实时监测温度分布。这些数据被传输到控制单元，系统生成数据报告。这些报告传输到用户远程监控端口，操作人员可以远程监视和操控注射成型过程。异常检测与报警系统实时监测异常情况，提供反馈和调整。

生成的数据报告应用于产品质量的优化。首先，操作人员根据数据报告判断产品质量好坏，优质产品直接进入下一阶段。不理想产品经过注塑成型仿真模拟，系统重现问题，然后输入神经网络学习决策，生成优化方案。基于神经网络的决策，系统重新优化工艺参数，为操作人员提供实时决策的指引，以最大限度地优化注塑成型过程。

通过上述结构和工作原理的闭环设计，本产品监控系统实现了从实时监测到远程操控，再到数据分析和优化的完整流程，为制造业的注塑行业带来卓越的技术突破和生产效率提升。

综上所述，本上述实例，通过使用高度透明的钢化玻璃材料制作模具前模6，结合镜子4和树脂光罩7的应用，实现了对注射成型过程的高清晰度和实时可视化观察。这一设计不仅为操作人员提供了更直观的监测手段，还减少了外部干扰，确保注射过程的准确性和稳定性，在可视化模具的设计中，倾斜镜子4的安置和树脂光罩7的应用具有重要意义。倾斜的镜子实现了90°拍摄注射成型过程，而树脂光罩7则有效降低了杂光的干扰，使摄像机能够更准确地捕捉注塑流动图像，从而实现更精确的监测和分析，控制单元接收并处理摄像机和热电偶传输的数据，实现对注射成型过程的实时监控和调整。高清摄像图像和精确温度数据的结合，使操作人员能够全面了解注射过程中的情况，以便及时作出调整，保障产品质量的稳定性，由此，本发明将可视化模具、热电偶和控制单元相融合，形成了一种全新的产品监控系统。这种组合构建不仅提供了高度可视化和精确温度监测，还实现了对注射成型过程的实时调控，为注塑行业带来了前所未有的技术创新。

实施例2

请参阅附图2-图3：本实施例与实施例1的区别在于：

所述可视化模具还包括固定支架1、后板2和镜子支架3，所述透明材料层包括钢化玻璃5，所述钢化玻璃5安装在模具前板6上，所述模具前板6固定在注塑机的底座上，所述后板2通过固定支架1安装在注塑机的机械臂上，后板2上固定有斜四十五度的镜子支架3，镜子支架3上贴合着所述镜子4；其中，模具前板6贴合在钢化玻璃5的一侧开设有多个预设槽用于分别贴合安装压力传感器和温度采集单元，钢化玻璃5内设置有用于熔融塑料通过的腔道；

工作时，如附图2所示，模具前板6固定在注塑机底座上，不进行移动。其余部件集合并牢固固定在注塑机的机械臂上，随其运动。其中，镜子4与镜子支架3整体呈斜45°贴合，用于将注塑模具的流态反射出仪器，并由架设在仪器正前方的高速摄像机捕捉。在运行时，熔融塑料颗粒从钢化玻璃5内腔道流过或成型，其流动图像和成型过程都会通过镜子4反射给高速摄像机，高速摄像机以与可视化模具贴合的角度进行拍摄。当操作人员实地或远程启动注塑程序时，高速摄像机通过同步程序同时开启，并在注塑结束时同步保存和记录数据。

针对各部分零件的连接而言，具体安排如下：首先，可视化模具在制造商定制时被设计为与注塑机内的移动机械臂连接，从而与注塑机融为一体。其次，热电偶和压力传感器被分散布置在注塑定型槽的底部，这些传感器通过预先设置在模具内的线槽布线，与主控计算机相连。高速摄像机和注塑机分别独立操作，不使用线缆进行连接而是直连数据记录的计算机。高速摄像机通过补光设备的协助，对准反光镜来拍摄注塑流动情况。

在数据处理方面，压力传感器和热电偶通过控制单元进行电信号预处理，然后与高速摄像机分别通过线缆连接至负责记录数据的计算机，称之为总控端。总控端还通过线缆与注塑机本体相连，实现通过总控端向注塑机发送指令。

总控端在工作过程中，运用MATLAB或其他相关软件实时记录各个记录单元传输的数据，从而实现监控功能。当操作人员在设备旁时，可以根据数据手动调整注塑机的参数。而当操作人员处于远程位置时，他们可以通过远程桌面来控制总控端计算机，以查看数据并对注塑参数进行调整。

可视化注塑工作台的核心模块如附图3-图4所示：温度与压力监控模块以及流态记录模块是其主要组成部分。前两个模块已在注塑前板预先安装，能够在注塑过程中记录纤维表面的温度和压力分布。流态记录模块则通过高速摄像仪架设，并利用镜面反射实时捕捉流动的动态过程。这三个模块均与总控计算器相连，用于数据采集和存储。

在实地实验中，操作人员通过控制注塑机的实体按键结合优化模块，进行动态的注塑调整。他们可以通过总控计算机查看实验数据，同时，在总控计算机上也会显示预警信息。对于远程实验，操作人员能够通过远程桌面控制总控计算机，实现线上注塑实验控制。实验数据以及预警信息都会通过总控计算机传递到远程计算机上。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：

所述图像采集单元也采用红外摄像技术，使用红外摄像技术可以观察塑料在注塑过程中的温度分布情况，通过红外图像的分析，可以间接推测塑料的流动情况。这种替代方案可以提供温度信息的监测，但无法直接观察塑料的流动细节；

所述温度采集单元也可以利用光纤传感技术可以实现对注塑浇口和流道的温度分布的实时监测，通过在模具内部布置光纤传感器，可以获得更精确的温度数据，然而，相较于热电偶，光纤传感技术的应用还存在一些技术挑战和成本考虑。

结合上述实施例：

本发明的工作原理和工作过程包括：

1.模具装配：将可视化模具安装在注塑机的注射部位，确保其正确位置和稳定性。

2.数据采集：控制单元启动数据采集器，同时高速摄像机开始记录注塑成型过程的图像，并传输给控制单元；热电偶记录温度变化数据，并将其传输给控制单元。

3.实时监测和调整：控制单元接收并处理高速摄像机和热电偶传输的数据。通过分析图像和温度数据，控制单元实时监测注塑流动情况和温度变化，根据预设的参数和质量要求进行调整。

4.质量控制：根据监测数据和调整结果，控制单元实现对注射成型过程的实时质量控制。操作人员可以通过控制单元的显示界面观察实时图像和温度数据，进行必要的调整和操作。

5.数据记录和分析：控制单元将采集的数据进行记录和存储，为后续的数据分析和质量评估提供支持。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于：包括可视化模具、图像采集单元、温度采集单元、压力传感器和控制单元；

所述可视化模具安装在注塑机的注塑位置，所述可视化模具包括高度透明的材料制成的模具前模，模具前模包括模具前板和用于通过注塑熔料的透明材料层，所述模具前板上设置着所述温度采集单元，同时内部安置有一面倾斜四十五度的镜子；

所述图像采集单元位于模具前模上方，通过镜子折射的方式，实现九十度拍摄注射成型过程，所述图像采集单元用于实时捕捉注塑流动的图像，并将数据传输到控制单元进行处理；

所述温度采集单元分布在模具前板上，用于测量注塑浇口和流道的温度变化，所述温度采集单元将温度数据传输给控制单元进行实时监测和调整；

所述压力传感器包括多个并分布在模具前板上，用于测量注塑浇口和流道的压力变化，所述压力传感器将该点压力数据传输给控制单元进行实时监测和调整；

所述控制单元用于接收来自高速摄像机和热电偶的数据，并根据预设的参数和质量要求进行实时监控和调整，所述控制单元包括数据采集器、处理器和控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述可视化模具与注塑机内的移动机械臂连接，从而与注塑机融为一体。

3.根据权利要求2所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述温度采集单元和所述压力传感器分散布置在注塑定型槽的底部，所述温度采集单元和所述压力传感器通过预先设置在可视化模具内的线槽布线，并与控制单元电气相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述图像采集单元设置有补光设备。

5.根据权利要求1所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述图像采集单元与所述可视化模具之间设置有树脂光罩。

6.根据权利要求4所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述可视化模具还包括固定支架、后板、镜子支架，所述透明材料层包括钢化玻璃，所述钢化玻璃安装在模具前板上，所述模具前板固定在注塑机的底座上，所述后板通过固定支架安装在注塑机的机械臂上，所述后板上固定有斜四十五度的镜子支架，所述镜子支架上安装着所述镜子。

7.根据权利要求6所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述模具前板贴合所述钢化玻璃一侧开设有用于安装压力传感器和温度采集单元的预设槽。

8.根据权利要求1-6任意项所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述钢化玻璃内开设有用于注塑熔料通过或成型的腔道。

9.根据权利要求1-6任意项所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述图像采集单元包括高速摄像机或红外摄像器的一种或者多种组合。

10.根据权利要求1-6任意项所述的一种基于注射成型可视化方法的新型产品监控系统，其特征在于，所述温度采集单元包括光纤传感器或热电偶的一种或多种组合。