流体辅助共注成型中制品参数超声在线测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及塑料成形技术领域，具体涉及一种流体辅助共注成型中制品参数超声在线测量方法。
【背景技术】
[0002]流体辅助共注成型是在共注成型和流体辅助成型的基础上发展起来的一种新工艺。相对共注成型工艺而言，流体辅助共注成型工艺多了一个注射辅助流体的过程。相对于流体辅助成型工艺而言，流体辅助共注成型的注塑阶段是多种塑料材料顺次或同时注入模腔形成多层结构的过程。因此，流体辅助共注成型实际上是共注成型和流体辅助成型的结入口 ο
[0003]流体辅助共注成型既保留了共注成型的优点，也保留了流体辅助成型工艺的优点，利用流体辅助共注成型可以实现对废旧塑料回收利用，可以将废旧塑料作为内层塑料材料利用。利用流体辅助共注成型可以得到性价比更高的塑料制品。同时，利用流体辅助共注成型可实现塑料制品的多样化要求。而且，利用流体辅助共注成型可以得到高表面质量的壁厚尺寸差异较大的复杂制品，同时可以降低设备投资。
[0004]流体辅助共注成型工艺中，制品表层、中间层壁厚的精度影响着制品的品质。表层壁厚是指中空制品位于表层的塑料的壁厚，中间层壁厚是除表层以外的塑料层的壁厚。中间层可以是一层也可以是多层。制品表层壁厚、中间层壁厚是流体辅助共注成型技术的关键指标之一，有效控制表层壁厚、中间层壁厚是流体辅助共注成型成熟的重要标准。目前，国内外众多学者已经针对流体辅助共注成型制品表层壁厚、中间层壁厚的形成机理及壁厚的控制进行了大量的研究分析，研究表明不同材料流体辅助共注成型的表层壁厚、中间层壁厚主要与各种塑料熔体预注射量、延迟时间和辅助流体压力等工艺参数有关。
[0005]但目前表层壁厚和中间层壁厚都是通过离线的方式测量，将制品切开得到横截面来机械测量。这种方法的缺点是:(I)这种方法需要破坏制品，具有破坏性的；(2)需要进行大量次数的试制实验来调整工艺参数，以获得相对精确的残余壁厚，该方法耗时费力；(3)一旦更改模具或者注塑材料发生变化，则需要重新通过大量试验来调整工艺参数，该方法灵活性差。因此，急需一种经济有效的检测手段来实时在线测量表层壁厚和芯层壁厚，以便实时调整工艺参数以优化制品的成型效果。
[0006]另外在流体辅助共成型中注塑件的空心层的长度影响它的机械和力学性能，然而空心层通常被不透明的表层材料覆盖，因此无法通过光学方法测量，除非将注塑件截断测量，否则测量空心层长度十分的困难。目前还没有十分可行的方法。
[0007]塑料制品中，各层壁厚和空心层长度的测量都是非常重要的。当前，一些发达国家的专家学者都在寻找一种经济有效的壁厚测量方法，在这种竞争形势下，本发明提供了一种利用超声波反射现象的实时在线测量方法。
【发明内容】
[0008]如上所述，对于流体辅助共注成型，表层壁厚、中间层壁厚及中间层长度、空心层长度的测量具有重要意义。针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本低廉、使用方便、精度易控制、无损的用于流体辅助共注成型中制品表层壁厚、中间层壁厚和中间层长度、芯层长度实时在线测量的方法。
[0009]—种流体辅助共注成型中制品参数超声在线测量方法，对应的制品自表层至最内层依次定义为第I?η层，其中η为大于等于2的正整数，第I?η层对应的塑料恪体为第I?η层塑料熔体，对第i层壁厚进行检测，其中i为I?η的正整数，包括如下步骤:
[0010](I)在垂直于塑料熔体流动方向上，向成型过程中的制品发射超声波，采集该超声波在第i层内外界面的同一次外界面反射回波和内界面反射回波:
[0011]其中:
[0012]外界面反射回波为该超声波在第i层外界面发生的反射回波，当i= l时，所述第i层外界面为第I层塑料熔体(表层塑料熔体)与模具内壁的界面；当i大于I时，所述第i层外界面为第1-Ι层塑料熔体与第i层塑料熔体的界面；
[0013]内界面反射回波为该超声波在第i层内界面发生的反射回波，当i小于η时，所述第i层内界面为第i层塑料熔体与第i+Ι层塑料熔体的界面，当i等于η时，所述第i层内界面为第η层塑料熔体(最内层熔体)与辅助流体的界面；
[0014](2)计算接收外界面反射回波与内界面反射回波之间的时间间隔At，得到塑料制品的第i层壁厚h:
[0015]h = l/2XVXAt；
[0016]其中，V为超声波在第i层塑料熔体中的传播速度；
[0017]按照步骤(I)和步骤(2)实现对一个或多个层壁厚的检测；
[0018]可选择的进入步骤(3);
[0019](3)根据第I?i层壁厚数值得到塑料制品中间层和空心层长度。
[0020]作为优选，所述η为2或3。两层或者三层流体辅助共注成型为目前使用最为广泛的两种共注成型工艺，均可采用本发明的方法实现在线检测。
[0021]作为优选，所述超声波在第i层塑料熔体中的传播速度V采用如下方法确定:
[0022](I)预先在垂直于塑料熔体流动方向上，发射超声波，采集该超声波在第i层内外界面的同一次外界面反射回波O和内界面反射回波:
[0023]其中:
[0024]外界面反射回波O为该超声波在第i层外界面发生反射回波，当i= l时，所述第i层外界面为第I层塑料熔体与模具内壁的界面;当i大于I时，所述第i层外界面为第1-Ι层塑料熔体与第i层塑料熔体的界面；
[0025]内界面反射回波O为该超声波在第i层内界面发生的反射回波，当i=n时，所述第i层内界面为第i层塑料熔体与辅助流体的界面；当i小于η时，所述第i层内界面为第i层塑料熔体与第i+Ι层塑料熔体的界面；
[0026](II)计算接收外界面反射回波O与内界面反射回波O之间的时间间隔AtO;
[0027](III)将制得的塑料制品在超声波对应处截断，得到塑料的第i层壁厚h0，进而计算得到超声波在第i层塑料熔体中的传播速度V，V=2hO/AtO。
[0028]针对某一层，超声波第一次外界面反射回波和内界面反射回波可能受噪声信号影响，产生波动，所以，在强度满足要求的前提下，为得到稳定的超声反射回波，作为优选，步骤(I)中，采集超声波第2?3次的反射波数值。
[0029]作为优选，步骤(3)中，计算空心层长度的方法如下:
[0030](3-1)预先采集多组对应空心层长度数据与空心层厚度数据；
[0031](3-2)进行线性拟合或多项式拟合，得到空心层长度数据与空心层厚度数据的函数方程；
[0032](3-3)检测或者计算成型过程中的制品的空心层厚度，将检测得到的空心层厚度数据代入上述函数方程中得到空心层长度。
[0033]或者，步骤(3)中，计算中间层长度的方法如下:
[0034](3-11)预先采集多组对应中间层长度数据与中间层厚度数据；
[0035](3-22)进行线性拟合或多项式拟合，得到中间层长度数据与中间层厚度数据的函数方程；
[0036](3-33)检测或者计算成型过程中的制品的中间层厚度，将检测得到的中间层厚度数据代入上述函数方程中得到中间层长度。
[0037]步骤(3-1)、(3-11)和步骤(3-2)、(3-22)—般是在工艺投产前确定，在共注成型过程中，可实时检测得到空心层或者中间层长度。
[0038]作为优选，步骤(3-3)中计算成型过程中的塑料制品的空心层厚度In数据的方法如下:
[0039]hi = D-2Ih；
[0040]其中D为塑料制品的外径尺寸；Σ?ι为第I?η层壁厚之和。
[0041]为保证较高的相关度，