[发明专利]基于光纤光栅传感器的金属陶瓷热压延成型模具的控制系统的工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑料体的曲面成型技术，具体的说是一种基于光纤光栅传感器的金属陶瓷热压延成型模具的控制系统的工作方法。

背景技术

注塑成型工艺具有成形精度高、自动化程度高、生产效率高、加工柔性化程度高、可成型复杂形状产品等一系列优点，已成为一种应用最为广泛的塑料材料加工方法，广泛应用于家用电器、汽车、通讯工程、医疗卫生、航空航天、日用品等领域，具有巨大的市场需求和广阔的发展前景。尽管在过去数十年里，注塑工业取得了巨大发展和进步，但随着相关产业的发展，传统注塑成型工艺正面临越来越严峻的挑战。这主要体现在以下三个方面：

(1)使用传统注塑工艺的塑件易产生流痕、喷射痕、银纹、低光泽、熔接痕、浮纤等表面缺陷，很难直接满足使用要求。为此,塑件一般需要经过打磨、喷涂、罩光等二次加工工序,以掩饰塑件的表面缺陷,提高塑件的外观质量。这种后续加工工序将极大地延长塑料制品的生产流程，导致生产成本增加和废品率升高。此外，打磨和喷涂还会对环境造成污染，危害操作人员的身体健康。

(2)随着注塑工业不断向微型化和精密化方向发展,塑件的精密程度越来越高，这对传统工艺的注射压力、注射速率及注射精度均提出了更高的要求，使得传统工艺对高速、高压和高精密注塑机的依赖愈加严重，这也将显著增加生产成本和能耗。

(3)随着塑件在光学产品领域的日益广泛应用，塑件的光学性能显得愈加重要。但传统注塑工艺塑件内部一般存在较大残余应力，这导致塑件存在严重的双折射现象而降低了其光学性能。另外，较大的残余应力还会加剧塑件翘曲变形,降低塑件形状尺寸精度。

最新的金属陶瓷发热材料(Metal Ceramics Heater，MCH)是将钨等金属浆料按照设计的发热电路印刷于92%～96%的氧化铝流延陶瓷生坯上，加入4%～8%的烧结助剂，多层叠合，在1500～1600℃的高温下共烧成一体，形成模具电加热装置，输入额定的电压，模具即可发热。但其缺少配套的控制系统。

发明内容

本发明就是针对上述现有技术中的不足之处，而提供一种基于光纤光栅传感器的金属陶瓷热压延成型模具的控制系统的工作方法，以实现对塑料板多部位、多型腔的曲体成形的精确控制。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。

一种基于光纤光栅传感器的金属陶瓷热压延成型模具的控制系统的工作方法，所述模具采用金属陶瓷发热材料制成，所述控制系统包括压模位置检测单元、水冷却单元、温度检测与控制单元、压模单元、边界检测单元、单片机处理单元、主机，所述单片机处理单元与主机相连，所述模具为形状契合的一对公模和母模，公模和母模上分别均布有注水通孔，所述水冷却单元由控制注水的水泵和与注水通孔联通的出水管组成，水泵的控制端与单片机处理单元相连，所述压模单元由与公模相连的步进电机和齿轮机构组成，步进电机的驱动电路与单片机处理单元相连，所述压模位置检测单元由设置于公模工作面的光纤光栅压力传感器组成，所述光纤光栅压力传感器的输出端通过解调仪与主机相连，所述温度检测与控制单元由设置于公模和母模背面的光纤光栅温度传感器和用于模具加热的电源电路组成，光纤光栅温度传感器的输出端通过解调仪与主机相连，所述电源电路与单片机处理单元相连，所述边界检测单元是在公模的四个边缘的中心位置分别设置一组光纤光栅传感器，每组包含三根呈扇形分布的垂下的光纤光栅传感器，扇形的圆心在公模的边缘的中心位置，扇形的直径为公模的边缘的边长，光纤光栅传感器的输出端通过解调仪与主机相连；

该工作方法包括以下步骤：

（1）解调仪将光纤光栅温度传感器的输入信号解调成波长信号，传送到主机；

（2）主机读入波长数据λn，并通过Tcn=0.615λn得到实时温度Tcn，n代表第n个测量时刻的数据；

（3）通过经验公式Te= Ty-ke得到加热的终止温度Te，其中Ty为预先设定的模具工作温度，ke为经验修正系数，在加热元件断电后，因为加热元件的温度大于模具温度，模具温度会继续上升，所以通过电加热的终止温度必须修正；主机控制单片机处理单元给加热元件通电，同时不断对比当前温度Tcn与Te，当|Te-Tcn|<2时，主机控制电源电路断开；

（4）通过经验公式Ts=Ty-ks得到保温的加热温度Ts，ks为经验修正系数；主机不断对比当前温度Tcn与Ts，当| Ts - Tcn |>3时，主机控制电源电路导通；当|Tcn - Te|<2时，主机控制电源电路断开；

（5）解调仪将光纤光栅压力传感器的输入信号解调成波长信号，传送到主机；