專利名稱：一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末注射成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的 智能化調(diào)控系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
粉末注射成形技術(shù)是傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成形工藝相結(jié)合而形成 的一種零部件近凈成形技術(shù)，它可以利用模具注射成形坯件并通過(guò)燒結(jié)快速制造高密度、 高精度、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零件，因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門(mén)的零部件成形技術(shù)”。然 而，注射成形過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷一直是困擾人們的主要問(wèn)題之一，因?yàn)檫@些缺陷無(wú)法在后 續(xù)的脫脂與燒結(jié)過(guò)程中消除。生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制方法一般為試錯(cuò)法，即在不同的工 藝參數(shù)下注射，將表面質(zhì)量合格的注射坯切開(kāi)觀察斷面是否有氣孔，若無(wú)氣孔則認(rèn)為該工 藝參數(shù)可行。這種人工檢測(cè)的方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且通常無(wú)法準(zhǔn)確的判斷較小氣孔的存 在，準(zhǔn)確性更多的依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)這種方法不能檢測(cè)出注射坯密度分布情況。粉末注射成形生產(chǎn)過(guò)程從機(jī)械化向智能化方向轉(zhuǎn)變是未來(lái)的重要發(fā)展方向，而實(shí) 現(xiàn)粉末注射成形的智能化控制，必須在注射成形階段應(yīng)用某項(xiàng)技術(shù)來(lái)檢測(cè)注射坯的質(zhì)量， 將相應(yīng)信息傳送到控制系統(tǒng)，自動(dòng)做出相應(yīng)調(diào)整并反饋到注射機(jī)。將智能控制技術(shù)引入到 粉末注射成形中來(lái)能極大地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)到這 方面的研究報(bào)道，國(guó)外與此相關(guān)的報(bào)道也屈指可數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立起一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)及其方法， 使粉末注射成形的智能化生產(chǎn)成為可能。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化 調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括注射成形機(jī)、CT機(jī)、圖像處理系統(tǒng)和專家系統(tǒng)；其中，所述注射成形機(jī)，用于將注入的粉體制成坯體試樣；所述CT機(jī)，用于掃描坯體試樣，生成試樣的DR投影圖；所述圖像處理系統(tǒng)，用于將坯體試樣的DR投影圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行匹配；系 統(tǒng)和用戶之間的信息交換；所述缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)為判斷是否存在缺陷及調(diào)整的規(guī)則所構(gòu)成 的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述知識(shí)推理機(jī)依據(jù)當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)與匹配規(guī)則，推導(dǎo)出相關(guān)結(jié)論。所述CT機(jī)掃描時(shí)X射線管電壓為80_120kV，管電流為150-250 y A，投影圖放大倍 數(shù)5-15倍。本發(fā)明還提供一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的方法，具體包括以 下步驟步驟1.將粉末均勻送入注射成形機(jī)內(nèi)，形成坯體試樣；步驟2.將所述坯體試樣以固定角度放到傳送帶上，輸送到CT檢測(cè)設(shè)備中，該固定 角度為坯體試樣的中心截面與探測(cè)面板平行的角度；當(dāng)所述坯體試樣運(yùn)行到CT設(shè)備中心位置，CT機(jī)進(jìn)行掃描，得到所述試樣的DR投影圖；步驟3.將試樣DR投影圖傳送到圖像處理系統(tǒng)，將所述試樣DR投影圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣 的DR圖進(jìn)行匹配檢測(cè)，得到坯體試樣的變化值G和P ；步驟4.將上述坯體試樣變化值G和P，以及該注射坯的注射成形工藝參數(shù)傳送給 所述專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)做出推理判斷，確定所述坯體試樣是否合格，如果合格，則反饋到 注射成形機(jī)，注射過(guò)程繼續(xù)；否則，將確定為次品，并得到不合格試樣的工藝調(diào)整方案；將 所述工藝調(diào)整方案反饋到所述注射成形機(jī)。所述工藝參數(shù)包括注射壓力，注射速度，注射溫度。所述匹配檢測(cè)具體為將CT機(jī)掃描得到的DR圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行對(duì)比，包 括DR圖整體灰度平均值的比較，局部區(qū)域灰度平均值的比較；其中，兩者的整體灰度平均 值相對(duì)變化值G作為判斷檢測(cè)試樣燒結(jié)后尺寸是否合格的依據(jù)，兩者的局部區(qū)域灰度平均 值相對(duì)變化值P作為氣孔判斷依據(jù)。所述知識(shí)推理具體為根據(jù)得到G值，P值以及工藝參數(shù)中注射壓力，注射速度，注 射溫度輸入到知識(shí)推理機(jī)中，所述知識(shí)推理機(jī)將得到的G值，P值與缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)做定 性分析，判斷出是否有缺陷，不存在缺陷，則工藝參數(shù)不作調(diào)整，存在缺陷結(jié)合注射坯的工 藝參數(shù)定性給出缺陷存在的原因以及如何調(diào)整；根據(jù)P值，G值大小確定缺陷等級(jí)，推理得 到調(diào)整后的工藝參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.參數(shù)調(diào)整過(guò)程自動(dòng)化進(jìn)行，省去了傳統(tǒng)試錯(cuò)法帶來(lái)的大量繁瑣勞動(dòng)，提高了效率。2.檢測(cè)過(guò)程不破壞樣品，合格樣品仍可使用，節(jié)約了成本。3.可以對(duì)注射過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)注射坯質(zhì)量問(wèn)題并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，在 調(diào)整后的參數(shù)下注射，經(jīng)驗(yàn)證試樣缺陷消失，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的流程圖。圖3為本發(fā)明中的專家系統(tǒng)的知識(shí)推理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示為本發(fā)明一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 如圖1該系統(tǒng)包括注射成形機(jī)、CT機(jī)、圖像處理系統(tǒng)和專家系統(tǒng)；其中，所述注射成形機(jī)，用于將注入的粉體制成坯體試樣；所述CT機(jī)，用于掃描所述坯體試樣，生成所述注射坯試樣的DR投影圖；所述圖像處理系統(tǒng)，用于坯體試樣的DR投影圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行匹配；所述專家系統(tǒng)由人機(jī)界面，知識(shí)推理機(jī)，缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成；所述人機(jī)界面用于 系統(tǒng)和用戶之間的信息交換；所述缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)為判斷是否存在缺陷及調(diào)整的規(guī)則所構(gòu) 成的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述知識(shí)推理機(jī)依據(jù)當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)與匹配規(guī)則，推導(dǎo)出相關(guān)結(jié)論。
如圖2所示為本發(fā)明一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的方法的流 程圖。如圖2所示首先將粉末均勻送入注射成形機(jī)內(nèi)，形成注射坯試樣；所述試樣以固定角 度放到傳送帶上，輸送到CT檢測(cè)設(shè)備中，該固定角度為試樣中心截面與探測(cè)面板平行的角 度；當(dāng)所述試樣運(yùn)行到CT設(shè)備中心位置，CT機(jī)進(jìn)行掃描，得到試樣的DR投影圖；將DR投影 圖傳送到圖像處理系統(tǒng)，將試樣的DR投影圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行對(duì)比，包括DR圖整體 灰度平均值的比較和局部區(qū)域灰度平局值的比較；選中試樣的DR圖的整體區(qū)域，計(jì)算出其 整體灰度均值，與標(biāo)準(zhǔn)樣DR圖的灰度均值做比較，兩者的相對(duì)變化值G作為判斷檢測(cè)試樣 燒結(jié)后尺寸是否合格的依據(jù)；選中檢測(cè)樣DR圖中灰度突變的局部區(qū)域，計(jì)算出該區(qū)域灰度 均值P，與標(biāo)準(zhǔn)樣DR圖相應(yīng)位置的區(qū)域的灰度均值比較，得到的G值和P值，將得到的G值 和P值以及該注射坯的注射成形工藝參數(shù)傳送到專家系統(tǒng)(如圖3所示)；專家系統(tǒng)的知 識(shí)推理機(jī)將得到的G值和P值與缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)做定性分析，如果G的值為-0. 01 < G <0.01之間則合格，否則不合格，當(dāng)0 < P < 0. 1，認(rèn)為無(wú)氣孔缺陷，并且根據(jù)P值大小確定 氣孔缺陷等級(jí)，劃分為等級(jí)1 4 ；不存在缺陷，則工藝參數(shù)不作調(diào)整；存在缺陷的結(jié)合注射 坯的工藝參數(shù)定性給出缺陷存在的原因以及如何調(diào)整；做如何調(diào)整缺陷的定量分析，根據(jù) 定性分析結(jié)果確定工藝參數(shù)的調(diào)整方向，根據(jù)缺陷的等級(jí)確定工藝參數(shù)的調(diào)整幅度，例如 調(diào)整后注射壓力大小為原注射壓力大小與五倍氣孔缺陷等級(jí)之和；最終的工藝參數(shù)調(diào)整結(jié) 果為各個(gè)缺陷下工0. 6 0. 8，定量分析整體灰度均值得到的調(diào)整工藝參數(shù)的權(quán)重為0. 2 0. 4。實(shí)施例1選擇316L不銹鋼粉，粘結(jié)劑為69%石蠟+30%高密度聚乙烯+1%硬脂酸，粉末裝 載量為56%。粉末和粘結(jié)劑在140°C _150°C下混煉1. 5h，得到均勻的喂料。在注射成形機(jī)上注射得到長(zhǎng)方體試樣1，工藝參數(shù)為注射溫度160°C、注射壓力 90MPa、注射速度60%，模具尺寸為28. 3mmX 20mmX6mm。將試樣1放入CT機(jī)，試樣長(zhǎng)、寬所在截面與探測(cè)面板平行。用CT機(jī)掃描，得到試 樣1的DR投影圖，CT機(jī)掃描時(shí)X射線管電壓為120kV，管電流為225 yA，投影圖放大倍數(shù) 10倍。將試樣1的DR圖輸入圖像處理軟件，得到圖中所包含的相關(guān)信息。DR圖整體灰度 平均值為742，存在局部灰度發(fā)生突變區(qū)，選取5 X 5像素點(diǎn)區(qū)域，該區(qū)域灰度平均值為860。 經(jīng)軟件處理得到檢測(cè)試樣DR圖的整體灰度均值相對(duì)變化值G = 0. 008，所選局部區(qū)域灰度 均值相對(duì)變化值P = 0. 16。將工藝參數(shù)注射溫度160°C、注射壓力90MPa、注射速度60%，G = 0. 008，P = 0. 16
輸入專家系統(tǒng)軟件界面，得到缺陷分析結(jié)果，“存在氣孔缺陷注射壓力偏低，上調(diào)注射壓 力；注射速度偏高，降低注射速度。注射坯平均灰度值在合理范圍內(nèi)?！惫に噮?shù)調(diào)整結(jié)果 為注射壓力95MPa，注射速度58%，注射溫度160°C。調(diào)整工藝參數(shù)為注射溫度160°C、注射壓力95MPa、注射速度58%，在該組參數(shù)下 注射，得到調(diào)整方案下的長(zhǎng)方體試樣2，依上述方案進(jìn)行CT檢測(cè)，在DR圖上未發(fā)現(xiàn)灰度突變 區(qū)，表明調(diào)整方案下注射坯中不存在氣孔缺陷。將上述兩個(gè)試樣在三氯乙烯中溶劑脫脂10h，之后烘干，熱脫脂，1365°C下燒結(jié)，得 到最終的成品，熱脫脂及燒結(jié)工藝為成熟的技術(shù)。燒結(jié)后兩試樣的信息如下
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表1試樣1與試樣2燒結(jié)后成品信息對(duì)比表 合格產(chǎn)品的長(zhǎng)寬高應(yīng)分別在23. 914 24. 083mm、16. 900 17. 020mm, 5. 070 5. 106mm范圍內(nèi)，才符合尺寸偏差0.3%的精度要求。上述兩試樣均符合尺寸精度的要求， 試樣1中存在氣孔缺陷，燒結(jié)后出現(xiàn)鼓泡，試樣2燒結(jié)后質(zhì)量合格，驗(yàn)證了調(diào)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確 性。實(shí)施例2選擇17-4PH粉，粘結(jié)劑為69%石蠟+30%高密度聚乙烯+1%硬脂酸，粉末裝載量 為60%。粉末和粘結(jié)劑在140°C _150°C下混煉1. 5h，得到均勻的喂料。在注射成形機(jī)上注射得到長(zhǎng)方體試樣，工藝參數(shù)為注射溫度160°C、注射壓力 lOOMPa、注射速度80%，模具尺寸為28. 3mmX 20mmX6mm。將試樣放入CT機(jī)，試樣長(zhǎng)、寬所在截面與探測(cè)面板平行。用CT機(jī)掃描，得到試樣 的DR投影圖，CT機(jī)掃描時(shí)X射線管電壓為120kV，管電流為230 μ A，投影圖放大倍數(shù)10倍。將檢測(cè)試樣的DR圖輸入圖像處理系統(tǒng)，得到圖中所包含的相關(guān)信息。DR圖整體灰 度平均值為710，不存在局部灰度發(fā)生突變區(qū)。經(jīng)圖像處理系統(tǒng)處理得到檢測(cè)試樣DR圖的 整體灰度均值相對(duì)變化值G = O. 006。將工藝參數(shù)注射溫度160°C、注射壓力lOOMPa、注射速度80%，G = 0. 006，P = 0
輸入專家系統(tǒng)軟，得到缺陷分析結(jié)果，“無(wú)氣孔缺陷。注射坯平均灰度值在合理范圍內(nèi)?！痹?樣合格，反饋到注射成形機(jī)，注射過(guò)程繼續(xù)。
權(quán)利要求
一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括注射成形機(jī)、CT機(jī)、圖像處理系統(tǒng)和專家系統(tǒng)；其中，所述注射成形機(jī)，用于將注入的粉體制成坯體試樣；所述CT機(jī)，用于掃描所述坯體試樣，生成所述坯體試樣的DR投影圖；所述圖像處理系統(tǒng)，用于將所述坯體試樣的DR投影圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行匹配；所述專家系統(tǒng)包括由人機(jī)界面，知識(shí)推理機(jī)，缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成；所述人機(jī)界面用于系統(tǒng)和用戶之間的信息交換；所述缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)為判斷是否存在缺陷及調(diào)整的規(guī)則所構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述知識(shí)推理機(jī)依據(jù)當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)與匹配規(guī)則，推導(dǎo)出相關(guān)結(jié)論。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述CT 機(jī)掃描時(shí)X射線管電壓為80-120kV，管電流為150-250 μ Α,投影圖放大倍數(shù)5_15倍。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的方法，其特征在于具 體包括以下步驟步驟1.將粉末均勻送入注射成形機(jī)內(nèi)，形成坯體試樣；步驟2.將所述坯體試樣以固定角度放到傳送帶上，輸送到CT檢測(cè)設(shè)備中，該固定角度 為坯體試樣的中心截面與探測(cè)面板平行的角度；當(dāng)所述坯體試樣運(yùn)行到CT設(shè)備中心位置， CT機(jī)進(jìn)行掃描，得到所述坯體試樣的DR投影圖；步驟3.將所述坯體試樣的DR投影圖傳送到圖像處理系統(tǒng)，將所述坯體試樣DR投影圖 與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行匹配檢測(cè)，得到坯體試樣的變化值G和P ；步驟4.將上述坯體試樣的變化值G和P，以及該注射坯的注射成形工藝參數(shù)傳送給所 述專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)做出推理判斷，確定該坯體試樣是否合格，如果合格，則反饋到注射 成形機(jī)，注射過(guò)程繼續(xù)；否則，將確定為次品，并得到不合格試樣的工藝調(diào)整方案；將所述 工藝調(diào)整方案反饋到所述注射成形機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的方法，其特征在于， 所述工藝參數(shù)包括注射壓力，注射速度，注射溫度。
5.根據(jù)權(quán)利3所述的粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的方法，其特征在于， 所述匹配檢測(cè)具體為將CT機(jī)掃描得到的DR圖與標(biāo)準(zhǔn)試樣的DR圖進(jìn)行對(duì)比，包括DR圖整 體灰度平均值的比較，局部區(qū)域灰度平均值的比較；其中，兩者的整體灰度平均值相對(duì)變化 值G作為判斷檢測(cè)試樣燒結(jié)后尺寸是否合格的依據(jù)，兩者的局部區(qū)域灰度平均值相對(duì)變化 值P作為氣孔判斷依據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利3所述的粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)的方法，其特征在于， 所述知識(shí)推理具體為根據(jù)得到G值，P值以及工藝參數(shù)中注射壓力，注射速度，注射溫度輸 入到知識(shí)推理機(jī)中，所述知識(shí)推理機(jī)將得到的G值，P值與缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)做定性分析， 判斷出是否有缺陷，不存在缺陷，則工藝參數(shù)不作調(diào)整，存在缺陷結(jié)合注射坯的工藝參數(shù)定 性給出缺陷存在的原因以及如何調(diào)整；根據(jù)P值，G值大小確定缺陷等級(jí)，推理得到調(diào)整后 的工藝參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種粉末注射成形產(chǎn)品質(zhì)量的智能化調(diào)控系統(tǒng)及其方法，其特征在于用CT機(jī)掃描得到注射坯試樣的DR投影圖；通過(guò)匹配檢測(cè)得到試樣的相關(guān)信息；將試樣的信息傳送到注射成形缺陷調(diào)控專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)做出推理判斷，確定試樣是否合格，并得到不合格試樣的工藝調(diào)整方案，在調(diào)整方案下注射并再次檢測(cè)試樣是否合格。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是參數(shù)調(diào)整過(guò)程自動(dòng)化進(jìn)行，省去了傳統(tǒng)試錯(cuò)法帶來(lái)的大量繁瑣勞動(dòng)；檢測(cè)過(guò)程不破壞樣品，合格樣品仍可使用，節(jié)約了成本；并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注射過(guò)程，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)注射坯質(zhì)量問(wèn)題并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK101894330SQ20101023107
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者任淑彬, 何新波, 方偉, 曲選輝, 韓勇 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)