[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

摘要

本发明涉及塑料体的曲面成型技术，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及其工作方法，该控制系统通过温度检测和控制单元、水冷却单元、压模位置检测单元、压模单元等实现快速加热和快速冷却的动态模具温度控制，实现注塑模具位置的动态、高效、稳定和准确的控制。

主权项

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；其特征在于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；（6）主机读入波长数据λm，并通过得到各点的压强，n代表第n个测量时刻的数据，主机不断比较Pn和预先设定的物料成型时的压强P0，如果则令状态量S=1，表示压模到位，否则令S=0，表示需要继续压；（7）当模具被加热后，温度保持在Tv±△T， △T =Td ‑ Tv一定时间后，其中Tv为维卡软化温度，Td为熔融温度，主机控制单片机处理单元向步进电机输入ωn频率的脉冲信号，控制步进电机以一定的速率ν1，带动公模下压；（8）当测量的压强Pn增大到Ph后，其中Ph为设定的最适压模压强，在每次测量出Pn后，通过公式调节ωn的值，Ky为一系数，其与被加工物料的弹性模量有关，从而不断的调节步进电机的速度，使被加工物料所受压强增大速率不断减小，使被加工物料缓慢压延成型；（9）主机不断的检查S的状态，当S=1时，停止向步进电机输送脉冲信号；（10）当S=1时，主机控制单片机处理单元打开水泵，使冷却水通过管道流入模具上的注水通孔使模具迅速降温；（11）主机不断比较当前温度Tcn与预先设定的模具冷却终止温度Tl；当Tc<Tl时，关闭水泵；（12）主机控制单片机处理单元，向上抬起公模，使模具分开；（13）主机读取边界检测单元中的光纤光栅传感器的测量值，并与允许的测量范围进行比较，当测量值不在允许的范围时，马上产生中断信号，使压模单元控制公模退回到复位的位置。