[发明专利]微发泡注塑成型制品实心层厚度的超声在线检测方法和装置

说明书

本发明公开了一种微发泡注塑成型制品内实心层厚度h的超声检测方法，包括：(1)针对在线的注塑系统，在垂直于塑料熔体流动方向上，向成型过程中的制品发射一系列超声波，采集该系列超声波的回波信息；(2)待塑料熔体流到探测区域后，超声波会从模板和聚合物的接触面反射回来，接收并分析此回波信息的最大振幅A_max(最大振幅通常出现在前几次回波，一般为第一次回波)；(3)将最大振幅A_max代入预先得到的最大振幅A_max与实心层厚度h之间的拟合公式，得到微发泡注塑成型制品中的实心层厚度h。本发明具有如下优点：微发泡注塑成型制品中的实心层厚度h的测量不需要等待制品取下，具有在线检测的优点。

技术领域

本发明涉及塑料成型技术，具体涉及一种微发泡注塑成型过程中实心层厚度h的超声在线检测方法及装置。

背景技术

微发泡注塑成型，是一种在聚合物内部生成无数微小泡孔的精密注塑技术。微发泡注塑成型工艺突破了传统注塑成型的诸多局限，可显著减轻制件的重量，缩短成型周期，并极大地减小了制件的翘曲变形，增强了制件的尺寸稳定性。微发泡注塑成型工艺对生产精密制品具有很大的优势，得到了越来越多的重视和越来越广泛的应用。

微发泡注塑成型中，制品的实心层厚度是影响微发泡注塑成型制品的机械和力学性能的关键参数之一。实现对实心层厚度h的有效检测和有效控制，是提高微发泡注塑制品外观和强度性能，将微发泡注塑成型技术的应用领域拓深加宽的关键因素之一。

实心层厚度h的在线实时检测至关重要，但又困难重重。由于实心层在注塑件的内部，被表层材料所覆盖。因此，无法通过光学方法来测量。目前实心层的厚度都是通过离线的，将制品切开得到横截面来机械测量。但这种方法有其不可避免的缺点：

(1)这种方法需要破坏制品，具有破坏性。

(2)新产品开发时，需要进行大量的实验来调整工艺参数，以得到合适的表层厚度值，费时费力。一旦更改模具，则需要重新做大量实验来调整工艺参数，该方法灵活性差。

(3)采用扫描电子显微镜检测，需要工人手动操作，耗时长，误差大，效率低下，而且只能做到抽样检测，没法实现产品批次的全检测。

面对目前实心层厚度h检测手段的种种弊端，世界上多家科研机构的专家学者都在寻找一种经济有效的，可以实时在线表征实心层厚度h的检测手段，以便实时调整工艺参数，以优化制品的表面质量。

发明内容

本发明旨在提供一种成本低廉，使用方便，精度易控制，无损的用于微发泡注塑成型制品的实心层厚度h的超声在线检测方法和装置。

在微发泡注塑成型制品内部，会弥散有无数微小泡孔。在不同的发泡工艺参数下，泡孔的尺寸和分布情况会有很大的不同。当泡孔数量少，平均直径大，分布集中于中心区域时，实心层厚度h就大。反之，当泡孔数量多，平均直径小，分布分散在中心区域和表层区域时，实心层厚度h就小。

在超声波在线检测过程中，当塑料熔体注入前，超声波会被注塑系统内的空气散射，使反射信号基本消失(即附图3中的A部分)；当塑料熔体进入注塑系统，并流到探头所在位置时，散射现象不再发生，超声波穿透聚合物，在另一侧模板和聚合物的接触面发生反射，反射信号传播回来后，便开始接收到超声波回波信号(即附图3中的A、B部分相交点)。随后，聚合物内部的气泡在形核，长大，此阶段会一直接收到超声反射波信号(即附图3中的B部分)；当气泡最终成型后，泡孔的散射作用已足够强大，使反射波信号的强度越来越小，最后基本消失(即附图3中的C部分)。一方面，气泡的形核率越大，气泡越密，分布越偏向表面，则实心层厚度h就小。另一方面，形核率越大，气泡越密，则超声波穿过该段距离的衰减就越大，超声波穿过之后的振幅便越小，A_max便越小。由此根据接收到的首个超声波信号的传播时间，即可得到实心层厚度h的大小。本发明即是建立在上述理论上。