DE102018131126A1 - Process monitoring in the production of injection molded parts - Google Patents
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Abstract
Im Folgenden wird ein Messsystem zur Überwachung eines Gießprozesses beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Messsystem einen Ultraschall-Transducer auf, der dazu ausgebildet ist, Ultraschall-Pulse in ein Gusswerkzeug einzukoppeln. Das Messsystem weist weiter eine mit dem Ultraschall-Transducer gekoppelte Sensorschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung der Ultraschall-Pulse den Ultraschall-Transducer mit einem Ansteuersignal, das eine Sequenz von Pulsen aufweist, anzusteuern und ein von dem Ultraschall-Transducer (oder einem weiteren Ultraschall-Transducer) bereitgestelltes Empfangssignal, das im Gusswerkzeug reflektierte Ultraschall-Pulse repräsentiert, zu verarbeiten. Das Empfangssignal weist eine mit dem Ansteuersignal korrespondierende Sequenz von Pulsen auf, die jeweils aus einen Hauptpuls und Nachschwingen umfassen. Die Verarbeitung des Empfangssignals beinhaltet unter anderem - für jeden Puls des Empfangssignals - das Erzeugen eines ersten Messwertes, der die Amplitude des Hauptpulses repräsentiert, und eines zweiten Messwertes, der die Amplitude des Nachschwingens repräsentiert.The following describes a measuring system for monitoring a casting process. According to one embodiment, the measuring system has an ultrasound transducer, which is designed to couple ultrasound pulses into a casting tool. The measurement system further comprises a sensor circuit coupled to the ultrasound transducer and configured to trigger the ultrasound transducer with a drive signal having a sequence of pulses for generating the ultrasound pulses, and one of the ultrasound transducer (or a further ultrasound transducer) received signal, which represents reflected in the casting tool ultrasonic pulses to process. The received signal has a sequence of pulses corresponding to the drive signal, each comprising a main pulse and ringing. The processing of the received signal includes, inter alia-for each pulse of the received signal-generating a first measured value representing the amplitude of the main pulse and a second measured value representing the amplitude of the ringing.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Beschreibung betrifft die Überwachung eines Spritzgussprozesses mittels eines Ultraschallsensors.The present description relates to the monitoring of an injection molding process by means of an ultrasonic sensor.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Spritzgießen ist einer der wichtigsten Herstellungsprozesse in der Kunststoffverarbeitung. Immer höher werdende Qualitätsanforderungen an die gefertigten Bauteile bezüglich mechanischer und/oder optischer Eigenschaften, die Minimierung von Ausschuss (Stichwort „Nullfehlerproduktion“) sowie die selbstständige Optimierung (also die Verkürzung der Produktionszeiten bzw. der automatisierte Ausgleich sich veränderbarer äußerer Einflüsse) spielen in zunehmendem Maße eine Rolle, um geforderte Qualitätsanforderungen gerecht zu werden.Injection molding is one of the most important manufacturing processes in plastics processing. Increasingly high quality demands on the manufactured components with regard to mechanical and / or optical properties, the minimization of waste (keyword "zero defect production") as well as the independent optimization (ie the shortening of production times or the automated compensation of variable external influences) are increasingly playing a role to meet required quality requirements.
Eine sogenannte Formgebungseinheit besteht prinzipiell aus einer Spritzgießmaschine und dem Spritzgießwerkzeug. Während das Spritzgießwerkzeug mindestens eine Negativform - die sogenannte Kavität - des herzustellenden Formteils aufweist, verarbeitet die Spritzgießmaschine das meist granulatförmige Kunststoffgrundmaterial in eine fließfähige Schmelze und spritzt dieses Material unter hohen Drücken in das Werkzeug ein, wo es in der Kavität auskühlt (bzw. in Reaktion gebracht wird). In vielen Fällen kann aus dem Werkzeug das fertige Formteil herausgelöst (entformt) werden. Bei dem Spritzgießwerkzeug und der Spritzgießmaschine handelt es sich häufig um eine rein bauliche Einheit ohne jegliche Verbindung mittels Sensorik.A so-called shaping unit consists in principle of an injection molding machine and the injection mold. While the injection molding tool has at least one negative mold - the so-called cavity - of the molded part to be produced, the injection molding machine processes the usually granular plastic base material into a flowable melt and injects this material under high pressures into the mold, where it cools down in the cavity (or in reaction is brought). In many cases, the finished molded part can be removed from the mold (demoulded). The injection molding tool and the injection molding machine are often a purely structural unit without any connection by means of sensors.
Falls auf eine Überwachung des Prozesses mittels Sensoren nicht verzichtet werden kann - sei es aus Gründen der nötigen/vorgeschriebenen Qualitätssicherung oder weil für die Steuerung des Spritzgießprozesses Sensordaten benötigt werden - haben sich am Markt sogenannte Forminnendrucksensoren und Formteiltemperatursensoren etabliert.If it is not possible to dispense with monitoring the process by means of sensors - be it for reasons of the required / prescribed quality assurance or because sensor data are needed to control the injection molding process - in-mold pressure sensors and molded part temperature sensors have become established on the market.
Für eine genaue Messung ist es jedoch in der Regel notwendig, dass der Sensorkopf das Kunststoffformteil berührt, wofür eine Bohrung in die Kavität hinein notwendig ist. Um eine fehlerfreie Messung und Dichtheit der Kavität bei hohen Drücken zu garantieren, werden an die Bohrungen in das Werkzeug strenge Toleranzanforderungen gestellt, was entsprechende Kosten zur Folge hat. Der resultierende, am fertigen Formteil sichtbare Abdruck des Sensorkopfes ist für viele Anwendungen, bei denen eine Messung sinnvoll wäre - wie optischer Komponenten (z.B. Linsen, Autoscheinwerfergehäuse, etc.) - ein Ausschließungsgrund.For an accurate measurement, however, it is usually necessary that the sensor head touches the plastic molded part, for which a hole in the cavity is necessary. In order to guarantee a faultless measurement and tightness of the cavity at high pressures, strict tolerance requirements are imposed on the bores in the tool, which results in corresponding costs. The resulting impression of the sensor head which is visible on the finished molded part is a reason for exclusion for many applications in which a measurement would make sense, such as optical components (for example, lenses, headlamp housing, etc.).
Darüber hinaus dienen die Sensordaten von Forminnendrucksensoren üblicherweise der Prozessüberwachung, die im besten Fall mit den Produkteigenschaften des gefertigten Formteils korrelieren jedoch nicht müssen. Die standardmäßig eingesetzten Formteiltemperatursensoren sind in der Regel nicht geeignet, die für die Produkteigenschaften wichtige Abkühlrate (Abkühlgeschwindigkeit) quantitativ zu bestimmen. Die hohen Drücke beim Spritzgießen erfordern eine massive Ummantelung des eigentlichen Sensorelementes (z.B. Thermoelemente), was große Ansprechzeiten im Sekundenbereich zur Folge hat. Der Sensorkopf steht auch in Berührung mit dem (temperierten) Werkzeug, was ebenfalls das Ergebnis der Temperaturmessung verfälschen kann.In addition, sensor data from in-mold pressure sensors are typically used to monitor the process, which in the best case does not necessarily correlate with the product characteristics of the finished molded part. As a rule, the standard molded part temperature sensors are not suitable for quantitatively determining the cooling rate (cooling rate) which is important for the product properties. The high pressures in injection molding require massive sheathing of the actual sensor element (e.g., thermocouples), resulting in high second-order response times. The sensor head is also in contact with the (tempered) tool, which can also falsify the result of the temperature measurement.
Eine vielversprechende Möglichkeit zur gleichzeitigen Überwachung von Prozess- und Produkteigenschaften während des Spritzgießens besteht in der Verwendung von gepulsten Ultraschall-Sensorsystemen. In einer Vielzahl von Publikationen (z.B.
In der Publikationen
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, die Signalverarbeitung/-auswertung bei gepulsten Ultraschall Reflexionsmessungen in Spritzgießwerkzeugen zu verbessern, sodass diese für eine größere Anzahl von Kunststoffen (mit oder ohne Füllstoffen) und Formteilwandstärken zur Prozessführung- und Produktüberwachung verwendet werden können und des weiteren Sensoralterungseffekte und Änderung der Ankopplungseffizienz des Sensors an das Werkzeug durch geeignete Signalnormierung kompensiert werden können.The inventors have set themselves the task to improve the signal processing / evaluation in pulsed ultrasonic reflection measurements in injection molds, so that they can be used for a larger number of plastics (with or without fillers) and molding wall thicknesses for process control and product monitoring and further sensor aging effects and changing the coupling efficiency of the sensor to the tool can be compensated by suitable signal normalization.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die oben genannte Aufgabe wird durch das Messsystem gemäß Anspruch 1 oder das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen AnsprücheThe above object is achieved by the measuring system according to
Im Folgenden wird ein Messsystem zur Überwachung eines Gießprozesses beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Messsystem einen Ultraschall-Transducer auf, der dazu ausgebildet ist, Ultraschall-Pulse in ein Gusswerkzeug einzukoppeln. Das Messsystem weist weiter eine mit dem Ultraschall-Transducer gekoppelte Sensorschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung der Ultraschall-Pulse den Ultraschall-Transducer mit einem Ansteuersignal, das eine Sequenz von Pulsen aufweist, anzusteuern und ein von dem Ultraschall-Transducer (oder einem weiteren Ultraschall-Transducer) bereitgestelltes Empfangssignal, das im Gusswerkzeug reflektierte Ultraschall-Pulse repräsentiert, zu verarbeiten. Das Empfangssignal weist eine mit dem Ansteuersignal korrespondierende Sequenz von Pulsen auf, die jeweils aus einen Hauptpuls und Nachschwingen umfassen. Die Verarbeitung des Empfangssignals beinhaltet unter anderem - für jeden Puls des Empfangssignals - das Erzeugen eines ersten Messwertes, der die Amplitude des Hauptpulses repräsentiert, und eines zweiten Messwertes, der die Amplitude des Nachschwingens repräsentiert.The following describes a measuring system for monitoring a casting process. According to one embodiment, the measuring system has an ultrasound transducer, which is designed to couple ultrasound pulses into a casting tool. The measurement system further comprises a sensor circuit coupled to the ultrasound transducer and configured to trigger the ultrasound transducer with a drive signal having a sequence of pulses for generating the ultrasound pulses, and one of the ultrasound transducer (or a further ultrasound transducer) received signal, which represents reflected in the casting tool ultrasonic pulses to process. The received signal has a sequence of pulses corresponding to the drive signal, each comprising a main pulse and ringing. The processing of the received signal includes, inter alia-for each pulse of the received signal-generating a first measured value representing the amplitude of the main pulse and a second measured value representing the amplitude of the ringing.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren, das folgendes aufweist: das Einkoppeln einer Sequenz von Ultraschall-Pulsen in ein Gusswerkzeug; das Empfangen einer korrespondierenden Sequenz von reflektierten Ultraschall-Pulsen und Erzeugen eines Empfangssignals, das eine korrespondierende Sequenz von Pulsen aufweist, die jeweils einen Hauptpuls und ein Nachschwingen aufweisen. Für jeden Puls des Empfangssignals wird ein erster Messwert und ein zweiter Messwert erzeugt, die jeweils die Amplitude der Hauptpulses bzw. die die Amplitude des Nachschwingens repräsentieren.Another embodiment relates to a method comprising: injecting a sequence of ultrasonic pulses into a casting tool; receiving a corresponding sequence of reflected ultrasound pulses and generating a received signal having a corresponding sequence of pulses each having a main pulse and a ringing. For each pulse of the received signal, a first measured value and a second measured value are generated, which respectively represent the amplitude of the main pulse or the amplitude of the ringing.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Ausführungsbeispiele sind nicht nur auf die dargestellten Aspekte beschränkt. Vielmehr wird darauf Wert gelegt, die den Ausführungsbeispielen zugrundeliegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt:
-
1 enthält Zeitdiagramme zur Illustration von Ultraschallpulssignalen und deren Hüllkurve. -
2A ist ein Zeitdiagramm zur Illustration eines von einem Ultraschallempfänger empfangenen Ultraschallpulses, der an der Wand einer Kavität eines Spritzgusswerkzeugs reflektiert wurde. -
2B illustriert die Entstehung von Interferenzen durch Mehrfachreflexion in der Wandschicht des abkühlenden Kunststoffformteils. -
3 ist ein Blockdiagramm zur Illustration eines Beispiels einer Schaltung zur Signalverarbeitung und Signalauswertung eines reflektierten Ultraschallpulses. -
4 enthält Zeitdiagramme zur Illustration der resultierenden Messsignale im Verlauf eines Spritzgießvorganges. -
5 illustriert den messbaren Einfluss der Temperatur des Spritzgießwerkzeugs auf das Wachstum der Randschicht des abkühlenden Kunststoffformteils.
-
1 contains timing diagrams to illustrate ultrasound pulse signals and their envelope. -
2A FIG. 4 is a timing diagram illustrating an ultrasonic pulse received from an ultrasound receiver that has been reflected on the wall of a cavity of an injection molding tool. FIG. -
2 B illustrates the generation of interference by multiple reflection in the wall layer of the cooling plastic molding. -
3 is a block diagram illustrating an example of a circuit for signal processing and signal evaluation of a reflected ultrasonic pulse. -
4 contains timing diagrams to illustrate the resulting measurement signals in the course of an injection molding process. -
5 illustrates the measurable influence of the temperature of the injection mold on the growth of the surface layer of the cooling plastic molding.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Bevor auf die Abbildungen näher eingegangen wird, werden zunächst einige allgemeine Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert. Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen werden mittels eines Ultraschall-Transducers wiederholt kurze Ultraschallpulse erzeugt und in Richtung der Kavität des Spritzgusswerkzeugs ausgesendet. Der Ultraschall-Transducer kann im Spritzgusswerkzeug oder an dessen Oberfläche angeordnet sein. Das Spritzgusswerkzeug besteht üblicherweise aus Metall, z.B. Stahl. Vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze befindet sich in der Kavität Luft. Aufgrund der sehr hohen Dichteunterschiede zwischen Metall und Luft wird an der Metall/Luft-Grenzschicht (d.h. an der Innenwand der luftgefüllten Kavität) die Schallenergie nahezu vollständig reflektiert. Das reflektierte Signal kann von demselben Ultraschall-Transducer empfangen und in elektrisches Signal umgewandelt werden. Dieses Signal kann nun von einer Signalverarbeitungseinheit weiterverarbeitet und ausgewertet werden. Gemäß den hier beschriebenen Beispielen wird z.B. ein Messwert ermittelt, der die Amplitude des reflektierten Signals (ein sogenannter Puls oder Burst) repräsentiert. Für eine luftgefüllte Kavität (vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze) kann dieser Messwert als Referenzwert herangezogen werden; weitere Messungen während eines Spitzgießvorgangs werden mit diesem Referenzwert normiert (skaliert). Dadurch können Alterungseffekte des Ultraschall-Transducers und der Ankopplungsmedien, Temperaturunterschiede im Werkzeugstahl und andere mögliche Effekte eliminiert werden, was einen Vergleich von Messwerten über lange Zeiträume ermöglicht.Before referring to the figures in more detail, some general aspects of the embodiments described here will be explained first. According to the embodiments described herein, short ultrasonic pulses are repeatedly generated by means of an ultrasonic transducer and emitted in the direction of the cavity of the injection molding tool. The ultrasound transducer can be arranged in the injection mold or on its surface. The injection molding tool is usually made of metal, eg steel. Before the plastic melt is injected, there is air in the cavity. Due to the very high density differences between metal and air, the sound energy is almost completely reflected at the metal / air boundary layer (ie at the inner wall of the air-filled cavity). The reflected signal can be received by the same ultrasonic transducer and converted into electrical signal. This signal can now be received by a signal processing unit further processed and evaluated. According to the examples described here, for example, a measured value is determined which represents the amplitude of the reflected signal (a so-called pulse or burst). For an air-filled cavity (before injection of the plastic melt), this measured value can be used as reference value; Further measurements during a spiking process are normalized (scaled) with this reference value. This eliminates the aging effects of the ultrasonic transducer and the coupling media, temperature differences in the tool steel, and other potential effects, allowing comparison of readings over long periods of time.
Während des Spritzgießvorganges wird Kunststoffschmelze in die Kavität des Werkzeugs unter Druck eingespritzt, wodurch der Kunststoff sukzessive die Luft aus dem Werkzeug verdrängt und die Kavität ausfüllt. Sobald die Kunststoffschmelze während dieses Vorgangs jene Position erreicht, an welcher der Ultraschall-Puls reflektiert wird, kann eine Verringerung des erwähnten Messwertes, der die Amplitude des reflektierten Signals repräsentiert, beobachtet werden, da ein Teil der Schallenergie nun durch die Grenzschicht Metall/Kunststoff (d.h. durch die nun mit Kunststoff bedeckte Innenwand der Kavität) in die Kunststoffschmelze hinein transmittiert wird. In der Praxis können rund 1 - 5 % der eingekoppelten Schallenergie in die Kunststoffschmelze hinein transmittiert werden.During the injection molding process plastic melt is injected into the cavity of the tool under pressure, whereby the plastic successively displaces the air from the mold and fills the cavity. As soon as the plastic melt reaches the position at which the ultrasound pulse is reflected during this process, a reduction of the aforementioned measured value, which represents the amplitude of the reflected signal, can be observed since a part of the sound energy is now transmitted through the boundary layer metal / plastic ( ie by the now covered with plastic inner wall of the cavity) is transmitted into the plastic melt inside. In practice, about 1-5% of the coupled sound energy can be transmitted into the plastic melt.
Die oben erwähnte Normierung auf die gemessene Amplitude des reflektierten Signals bei luftgefüllter Kavität entspricht im Wesentlichen der Berechnung des Reflexionskoeffizienten
Neben der Detektion der Fließfront der Kunststoffschmelze in der Kavität kann durch eine geeignete Signalverarbeitung auch der Zeitpunkt der vollständigen Füllung der Kavität mit Kunststoffschmelze bestimmt werden. Ist die Kavität vollständig mit Kunststoffschmelze gefüllt führt ein Druckanstieg in der Kunststoffschmelze zu einem Dichteanstieg und somit zur weiteren Verringerung des Reflexionskoeffizienten. Der Zeitpunkt der vollständigen Füllung der Kavität ist beim Spritzgießen ein wichtiger Prozessparameter. Zu diesem Zeitpunkt wird üblicherweise von geschwindigkeitsgeregeltem Einspritzen der Kunststoffschmelze auf den sogenannten „Nachdruck“ umgeschaltet. Dabei wird üblicherweise ein (z.B. konstanter) Druck auf die Kunststoffschmelze in der Kavität ausgeübt, um eine Volumenkontraktion aufgrund der Abkühlung des Kunststoffes zu reduzieren. Die Ultraschall-Messungen können verwendet werden, um den Umschaltzeitpunkt zu steuern. Zu frühes Umschalten kann zu unvollständig gefüllten Kavitäten führen und zu spätes Umschalten zur Überfüllung und damit zur Gratbildung am fertigen Formteil an der Werkzeugtrennebene oder im ungünstigsten Fall zur Überspritzung des Werkzeuges, wodurch sich die Werkzeughälften an der Trennebenen während des Prozesses öffnen; dies kann zu schweren Beschädigungen am Werkzeug führen.In addition to the detection of the flow front of the plastic melt in the cavity, the time of complete filling of the cavity with plastic melt can also be determined by suitable signal processing. If the cavity is completely filled with plastic melt, a pressure increase in the plastic melt leads to a density increase and thus to a further reduction of the reflection coefficient. The time of complete filling of the cavity is an important process parameter in injection molding. At this time, usually switched by speed-controlled injection of the plastic melt to the so-called "reprinting". Typically, a (e.g., constant) pressure is applied to the plastic melt in the cavity to reduce volume contraction due to cooling of the plastic. The ultrasound measurements can be used to control the switchover time. Too early switching can result in incompletely filled cavities and too late switching overfilling and thus burr formation on the finished molded part at the mold parting plane or in the worst case for overmoulding the tool, whereby the tool halves open at the parting planes during the process; This can lead to serious damage to the tool.
Mit Hilfe des hier beschriebenen Konzepts kann der optimale Umschaltzeitpunkt mit Hilfe des Ultraschall-Messsystem detektiert werden, und z.B. durch Aussenden eines Trigger-Signals an die Spritzgießmaschine signalisiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erwähnte Umschaltzeitpunkt detektiert werden, indem detektiert wird, dass der normierte Messwert für die Signalamplitude des reflektierten Signals einen Schwellenwert unterschreitet.With the aid of the concept described here, the optimum switching time can be detected with the aid of the ultrasonic measuring system, and e.g. be signaled by emitting a trigger signal to the injection molding machine. According to one embodiment, the mentioned switching time can be detected by detecting that the normalized measured value for the signal amplitude of the reflected signal falls below a threshold value.
Die durch das Messsystem ermittelten Messwerte für die Amplitude der reflektierten Signale (Ultraschall-Pulse) können auch dazu verwendet werden, um die Homogenität der Kunststoffschmelze hinsichtlich unerwünschter Gaseinschlüsse oder unaufgeschmolzenem Kunststoffgranulat zu beurteilen. Diese beiden Fehler werden vor allem durch feuchtes Kunststoff-Grundmaterial (Granulat) oder durch Fehler bei der Plastifizierung des Grundmaterials verursacht und führen zu gravierenden optischen und/oder mechanischen Fehler im produzierten Kunststoffformteil. Gaseinschlüsse haben eine Erhöhung des Reflexionskoeffizienten (wegen Dichteabnahme im Vergleich zur Kunststoffschmelze) zur Folge und führen im reflektierten Signal zur Zunahme der Amplitude. Umgekehrt führt unaufgeschmolzenes Granulat zur Verringerung des Reflexionskoeffizienten (wegen Dichtezunahme im Vergleich zur Kunststoffschmelze).The measured values for the amplitude of the reflected signals (ultrasound pulses) determined by the measuring system can also be used to assess the homogeneity of the plastic melt with regard to undesired gas inclusions or unmelted plastic granules. These two defects are mainly caused by moist plastic base material (granules) or by errors in the plasticization of the base material and lead to serious optical and / or mechanical errors in the produced plastic molded part. Gas inclusions result in an increase in the reflection coefficient (due to a decrease in density in comparison to the plastic melt) and lead to an increase in the amplitude in the reflected signal. Conversely, unmelted granules lead to a reduction in the reflection coefficient (due to an increase in density compared to the plastic melt).
Eine weitere detektierbare Größe ist der Zeitpunkt des Abschwindens des Formteils von der Kavitätenwand. Die zunehmende Abkühlung des Formteils erlaubt ab einen gewissen Zeitpunkt keinen weiteren Transport von Kunststoffschmelze in das auskühlende Formteil durch den angelegten Nachdruck. Dadurch kann die Volumenkontraktion durch die Abkühlung nicht mehr ausgeglichen werden und das Formteil schrumpft und löst sich von der Innenwand der Kavität ab. Dieser Zeitpunkt ist deshalb von Bedeutung, da sich durch die bildende Luftschicht zwischen Kavitätenwand und Formteil die Kühlwirkung auf das Formteil drastisch verschlechtert und ein weiteres Verweilen in der Kavität gegebenenfalls die Zykluszeit unnötig verlängert. Der Zeitpunkt des Abschwindens ist durch eine sprunghafte Zunahme des die Amplitude des reflektierten Signals repräsentierenden Messwerts detektierbar. Another detectable quantity is the time of the mold part being shut down from the cavity wall. The increasing cooling of the molding allows from a certain time no further transport of plastic melt in the auskühlende molding by the applied emphasis. As a result, the volume contraction can not be compensated by the cooling and the molding shrinks and dissolves from the inner wall of the cavity. This point in time is of importance because the cooling effect on the molding drastically deteriorates as a result of the forming air layer between the cavity wall and the molding, and further residence in the cavity may unnecessarily prolong the cycle time. The time of the downshift is detectable by a sudden increase in the measured value representing the amplitude of the reflected signal.
Eine zusätzliche Information, die mit Hilfe des hier beschriebenen Konzepts bestimmt werden kann, sind die Dicke und die Wachstumsgeschwindigkeit der abkühlenden Randschicht des Formteils in der Kavität. Im Inneren des Kunststoffs kommt es in der Nähe der Kavitätenwand zu einer weiteren Reflexion des Ultraschallsignals an der Grenzschicht zwischen erstarrtem Kunststoff und Kunststoffschmelze. Diese weitere Reflexion kann sich einem Teil der Hauptreflexion (die an der Kavitätenwand stattfindet) konstruktiv oder dekonstruktiv überlagern, wodurch bei Auswertung der Messwerte für die Signalamplituden Interferenzen beobachtet werden können. Diese Interferenzen geben Auskunft über die Wachstumsgeschwindigkeit der bereits erstarten Randschicht des Formteils in der Kavität. Eine Änderung der Wachstumsgeschwindigkeit im Formteil kann Hinweise auf eine Störung der Werkzeugkühlung geben (siehe auch
Die Zeitdiagramme in
Der erwähnte Reflexionskoeffizient R kann (bei Vernachlässigung der Dämpfung der Schallwelle) als Quotient AR/AT der Amplitude
Alternativ kann auch die schraffierte Fläche unter der Hüllkurve env{|A(t)|} als Messwert für die Amplitude verwendet werden. Da die Pulsdauer
Während des Spitzgießprozesses werden fortlaufend Ultraschall-Pulse erzeugt, an der Kavitätenwand reflektiert (Hauptpuls) und zum Transducer zurück reflektiert. Manche Prozessparameter beim Spritzgießen lassen sich an der Veränderung der Amplitude des Hauptpulses erkennen. Andere interessante Parameter können aus der Veränderung der Amplitude des Nachschwingens abgeleitet werden. Beispielsweise können durch die Auswertung des Hauptpulses folgende Prozessparameter detektiert werden: Zeitpunkt der Fließfrondetektion, Zeitpunkt der vollständigen Füllung der Kavität mit Kunststoffschmelze, Überprüfung/Detektion des Zeitpunkts des Beginns der Nachdruckphase, Dauer und Ende der Nachdruckphase, Zeitpunkt des Abschwindens des Formteils von der Kavitätenwand, Beurteilung der Homogenität und Dichte der Schmelze. Die Auswertung des Nachschwingens erlaubt die Überwachung der Randschicht der abkühlenden Kunststoffschmelze (Randschichtwachstumsgeschwindigkeit bzw. Randschichtstärke).During the injection molding process, ultrasonic pulses are continuously generated, reflected at the cavity wall (main pulse) and reflected back to the transducer. Some process parameters in injection molding can be identified by the change in the amplitude of the main pulse. Other interesting parameters can be derived from the change in the amplitude of the ringing. For example, the following process parameters can be detected by evaluating the main pulse: time of flow front detection, time of complete filling of the cavity with plastic melt, checking / detection of the time of beginning of the holding pressure phase, duration and end of the holding pressure phase, time of the mold part being lowered off the cavity wall, Assessment of the homogeneity and density of the melt. The evaluation of the ringing allows the monitoring of the surface layer of the cooling plastic melt (edge layer growth rate or edge layer thickness).
Gemäß dem in
Der Ultraschall-Transducer
Der Ausgangssignal
Die vom Hochspannungspulsgenerator
Wie weiter oben erläutert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, einen Messwert zu ermitteln, der die Amplitude eines Pulses im empfangenen Signal
Für die Ermittlung der Hüllkurve wird das empfangene Signals u(t) zunächst gleichgerichtet (siehe
Die Länge und die zeitliche Lage (relativ zum Oszillatorsignal) der von den Pulsgeneratoren
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Sensorschaltung
Die Zeitdiagramme aus
Da sich zum Zeitpunkt
Sobald die Kavität
Mit Anlegen des Nachdrucks beginnt im Formteil das Wachstum der Randschicht von der Oberfläche des Formteils ausgehend hinein ins Innere. Aufgrund dieser (wachsenden) Randschicht
Die Wirkung des Nachdrucks auf das Formteil lässt sich am Signal
Beim Signal
Die Zeitpunkte
Das Abkühlen des Formteils hat eine Volumenkontraktion zur Folge, die wiederum dazu führt, dass der Formteil schrumpft und sich von der Innenwand der Kavität ablöst („Abschwinden“). Der Zeitpunkt
Die exemplarischen Signalverläufe der normierten Ausgangssignale
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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