壓鑄件品質在線檢測方法
2023-04-29 08:15:16 2
專利名稱：壓鑄件品質在線檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種壓鑄件品質的檢測方法。
技術背景傳統壓鑄機的工藝參數是通過對壓鑄件試樣的實際質量進行分析，根據分 析結果反覆調整而確定。現有技術中，在壓鑄一個新產品的前期，工藝員通過 不斷調整壓射工藝參數對壓鑄件進行試樣並檢測壓鑄件質量的好壞，直至將工 藝參數調整至壓鑄件的各項性能指標均滿足客戶要求。記錄下此狀態時的壓射 工藝參數，作為標準壓射工藝參數。生產過程中一旦壓鑄機的工作性能發生改 變，如果不能及時發現並糾正，就會產生大批量的次品，造成經濟損失。為了 能夠方便的監視壓鑄機的工作性能，較為先進的壓鑄機配備了曲線顯示系統， 該系統在一次壓射動作結束後，將該次壓射的工藝曲線(包括壓射位置、壓射 速度、壓射壓力)顯示在屏幕上，操作者通過觀察曲線來監視壓鑄機工藝參數 是否發生變化。這種方法的缺點是不能直接顯示壓射工藝參數，需要通過對 曲線的測量獲取，效率低，受人為幹擾大且無法做定量分析；壓鑄過程中很難 及時發現次品，不易控制產品質量。 發明內容本發明的目的是提出一種可直接顯示壓射工藝參數並通過檢測壓射工藝參 數產生品質報警的壓鑄件品質在線檢測方法。壓射工藝參數是影響壓鑄件品質的最關鍵的因素之一，本發明提出一種壓 鑄件的品質檢測方法，該方法通過對壓射工藝參數的在線檢測間接實現對壓鑄 件的品質檢測，能有效避免因壓射工藝參數的變化導致大批量次品產生。本發明提出兩種對壓射工藝參數的在線檢測方法，第一種是基於壓射工藝 參數歷史數據統計規律的智能檢測模式，第二種是基於壓射工藝參數的偏差檢 測模式。在第一種檢測方法下，首先設定標準壓射工藝參數和期望抽檢率，系 統建立並在線更新該壓鑄件的壓射工藝參數資料庫，同時對壓射工藝參數數據 庫進行統計分析，得出壓射工藝參數的允許偏差與落在允許偏差內的產品概率 之間的統計關係，進而根據設定的期望抽檢率，自動設定壓射工藝參數的允許3偏差，當實際壓射工藝參數超過該允許偏差時，系統產生品質報警信號，提示 用戶對當次壓鑄的產品進行品質檢查。採用這種方法使品質報警的概率與預先 設定的抽檢率基本一致，且產生品質報警信號的產品所對應的壓射參數必定是 與標準壓射工藝參數偏差最大的一部分，從而大大提高了抽檢的次品命中率， 使產品抽檢更加科學和高效。在第二種檢測方法下，首先設定標準壓射工藝參 數和允許偏差，當實際壓射工藝參數與標準壓射工藝參數之間的偏差超過設定 的允許偏差時，產生品質報警信號，提示用戶對當次壓鑄的產品進行品質檢査。 該模式適用於小批量生產且對壓射工藝參數有嚴格要求的壓鑄生產。為實現本發明的目的，本發明所採用的第一種技術方案是該壓鑄件品質 檢測方法主要包括以下步驟(1) 通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和樣品抽檢率；(2) 由與壓射缸相連的壓力傳感器採集壓射壓力數據，由與錘頭相連的位 移傳感器採集壓射位置數據；(3) 根據壓射位置數據得到壓射速度數據；(4) 從壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據中提取壓射工藝參數 並顯示；(5) 根據所提取的壓射工藝參數得到壓射工藝參數資料庫，由壓射工藝參 數資料庫得到壓射工藝參數的概率分布數據；(6) 根據壓射工藝參數的概率分布數據、樣品抽檢率和標準壓射工藝參數， 得到報警閾值；(7) 判斷當前壓鑄的壓射工藝參數是否超出報警閾值；如果超出報警閾值， 則產生品質報警信號；如果不超出報警閾值，則從步驟(2)開始重複以上步驟。進一步地，本發明可根據所述壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數 據對應得到壓射壓力曲線、壓射位置曲線和壓射速度曲線。並且，本發明可根據所述壓射工藝參數的概率分布數據得到壓射工藝參數 的概率分布曲線。本發明的第二種壓鑄件品質在線檢測方法主要包括以下步驟(1) 通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和報警閾值；(2) 由與壓射缸相連的壓力傳感器釆集壓射壓力數據，由與錘頭相連的位 移傳感器採集壓射位置數據；(3) 根據壓射位置數據得到壓射速度數據；(4) 從壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據中提取壓射工藝參數並顯示；(5) 判斷當前壓鑄的壓射工藝參數是否超出報警閾值；如果超出報警閾值， 則產生品質報警信號；如果不超出報警閾值，則從步驟(2)開始重複以上步驟。進一步地，本發明可根據所述壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數 據對應得到壓射壓力曲線、壓射位置曲線和壓射速度曲線。 與現有技術相比，本發明的有益效果是能夠自動提取壓射工藝參數並顯示，能夠顯示壓射壓力曲線，壓射位置曲 線和壓射速度曲線，方便現場查看產品質量。提出兩種對壓射工藝參數的現場 檢測基於壓射工藝參數歷史數據統計規律的智能檢測模式和基於壓射工藝參數的偏差檢測模式。在基於壓射工藝參數歷史數據統計規律的智能檢測模式下， 品質報警的概率與預先設定的抽檢率基本一致，且產生品質報警信號的產品所 對應的壓射參數必定是與標準壓射工藝參數偏差最大的一部分，從而大大提高 了抽檢的次品命中率，使產品抽檢更加科學和高效。在基於壓射工藝參數的偏 差檢測模式下，當實際壓射工藝參數與標準壓射工藝參數之間的偏差超過設定 的允許偏差時，產生品質報警信號，提示用戶對當次壓鑄的產品進行品質檢查。 該模式適用於小批量生產且對壓射工藝參數有嚴格要求的壓鑄生產。品質報警 的引入使操作者不必經常關心壓射工藝參數的變化和產品質量而更關注與生 產，提高了生產效率和產品質量，使壓鑄生產更加準確和高效。
圖1是本發明第一種實施方式的工作流程圖；圖2是本發明第二種實施方式的工作流程圖；圖3是用於本發明檢測方法的一種檢測裝置的連接示意框圖；圖4是壓射壓力、壓射速度和壓射位置的典型曲線圖；圖4中，Sl為快壓射起始位置，S2為壓射終止位置，Vl為慢壓射速度， V2為快壓射速度，Pl為系統壓力，P2為增壓壓力；曲線l為壓射壓力曲線， 曲線2為壓射位置曲線，曲線3為壓射速度曲線； 圖5是壓射工藝參數的概率分布曲線；圖5中，坐標系的橫坐標為壓射參數的允許偏差，縱坐標為落在允許偏差範 圍內的產品概率。
具體實施方式
5圖3示出了一種用於本發明檢測方法的檢測裝置的結構示意框圖。該裝置 包括位移傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、數據採集模塊和計算機。 其中，位移傳感器與壓鑄機的錘頭相連用以檢測錘頭的位置；該位移傳感器還 與數據採集模塊相連。第一壓力傳感器與壓鑄機壓射缸的有杆腔相連，用於檢 測有杆腔的壓力，該第一壓力傳感器還與數據釆集模塊相連。第二壓力傳感器 與壓鑄機壓射缸的無杆腔相連，用以檢測無杆腔的壓力，該第二第壓力傳感器 還與數據採集模塊相連。數據採集模塊可以是數據採集卡或其它具有數據採集 功能的模塊。數據採集模塊還與計算機相連。計算機可以是工控機或人機界面 (HMI),接收來自數據採集模塊的信號。 第一種實施方式.-如圖l所示，本發明的第一種壓鑄件品質在線檢測方法主要包括以下步驟 (1)通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和樣品抽檢率。 壓射工藝參數包括如下各參數，如圖4所示① 慢壓射速度V1，是指從壓射開始到快壓射超始位置Sl的平均速度；② 快壓射速度V2，是指從快壓射開始位置Sl到壓射終止位置S2的平均速度；③ 快壓射起始位置Sl，是指壓射位置曲線上慢壓射到快壓射轉換的臨界位置；④ 壓射終止位置S2，是指因壓鑄機型腔填滿衝頭負載增加導致快壓射速度 降至0. 01m/s時所對應的壓射位置；⑤ 增壓壓力P2，是指在到達壓射終止位置S2後，壓力上升所達到的最高穩 態壓力； 建壓時間Tl，是指從壓射終止位置S2到入口壓力上升到的其最高穩態壓 力P2的90y。所花費的時間。壓射工藝參數是影響壓鑄件品質的最關鍵的因素之一，參數調整的合適與 否將直接影響壓鑄件品質的好壞。在壓鑄一個新產品的前期，工藝員通過不斷 調整壓射工藝參數對壓鑄件進行試樣並檢測壓鑄件質量的好壞，直至將工藝參 數調整至壓鑄件的各項性能指標均滿足客戶要求。記錄下此狀態時的壓射工藝 參數，作為標準壓射工藝參數。根據壓鑄件試樣時得到的次品率，結合壓鑄機 性能和對壓鑄件的質量要求設置壓鑄件樣品抽檢率。根據單個壓鑄件加工時間 的長短，設置採樣時間。(2) 由與壓射缸相連的壓力傳感器採集壓射壓力數據，由與錘頭相連的位 移傳感器採集壓射位置數據。使用數據採集模塊，通過相應的傳感器從壓鑄機採集所需數據並將採集到 的數據傳輸至計算機。其中位移傳感器與壓鑄機的錘頭相連，用以採集壓射位 置數據。位移傳感器可以是旋轉編碼器。如果使用的是出口節流的壓鑄機，則與壓射缸相連的壓力傳感器有兩個， 分別為第一壓力傳感器和第二壓力傳感器。第一壓力傳感器與壓鑄機壓射缸的 有杆腔相連，用於檢測有杆腔的壓力；第二壓力傳感器與壓鑄機壓射缸的無杆 腔相連，用以檢測無杆腔壓力，有杆腔的壓力和無杆腔壓力的差值即為壓射壓 力。如果使用的是進口節流的壓鑄機，因壓射缸有杆腔直接接回油，所以可以 只需一個壓力傳感器與壓射缸無杆腔相連，壓鑄過程中壓射缸無杆腔的壓力即 為壓射壓力。由數據採集模塊將以上得到的壓射位置數據和壓射壓力數據傳輸到計算 機。計算機可以是工控機或是人機界面(HMI)。工控機數據處理能力強，但是與 人機界面(HM湘比價格昂貴，且可靠性低；人機界面(HMI)價格便宜，且具有 極高的可靠性。計算機對壓射位置數據進行分析，當錘頭位置發生變化時，認 為壓射開始，計算機開始對壓射位置數據和壓射壓力數據進行第二種實施方式 記錄，當記錄時間與採樣時間相等時，記錄自動停止，由此完成一次數據採樣。(3) 完成一次數據採樣後，計算機將所記錄的壓射位置數據對時間進行求 導，得到壓射速度數據，並保存該數據。(4) 從壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據中提取壓射工藝參數 並顯示。提取壓射工藝參數的方法如下慢壓射速度V1:是指從壓射開始到快壓射開始位置Sl的平均速度。壓射過 程一開始，壓鑄就進入慢壓射狀態，所以計算機只需從壓射位置數據中搜索與 標準壓射工藝參數中的快壓射起始位置對應的時間值，然後將標準壓射工藝參 數中的快壓射起始位置值與所述時間值相除就得到慢壓射速度，即 K=^-o)/(rto。rt-o)。式中，F;為慢壓射速度，S,為快壓射起始位置，？L,。,為與快 壓射起始位置對應的時間值。快壓射起始位置Sl:是指壓射位置曲線上慢壓射到快壓射轉換的臨界位置。 計算機從壓射速度數據中搜索，當找到壓射速度值為慢壓射速度的1. 1倍時，即認為快壓射開始，此刻^所對應的壓射位置值即為快壓射起始位置Sl。壓射終止位置S2:是指是指因壓鑄機型腔填滿，衝頭負載增加，導致快壓射速度降至0.01m/s時所對應的壓射位置。從壓射速度數據中搜索，當壓射速 度值為0.01m/s時，即認為壓射終止。此時刻4所對應的壓射位置值即為壓射 終止位置S2;快壓射速度V2:是指從快壓射開始位置Sl到壓射終止位置S2的平均速度， 所以快壓射速度為^ =-S) /(4 。建壓時間Tl:是指從壓射終止位置S2到壓力上升到的其最高壓力P2的90% 所花費的時間。遍歷壓射壓力數據，求出壓射壓力的最大值。搜索壓射壓力數 據，當壓射壓力達到最大壓力的90%時，認為增壓開始。此時刻；與乙的差即為建壓時間r,，即7;=7;,-:^。增壓壓力T2:是指在到達壓射終止位置S2後，入口壓力上升所達到的最高 穩態壓力。搜索壓射壓力數據中壓力大於最高穩態壓力90%的結束時刻為增壓結 束時刻，增壓壓力即為增壓開始到增壓結束這一時間段中壓力的平均值。按以上方法得到的壓射工藝參數以數據的形式顯示在計算機屏幕上。由此， 與現有技術相比，工藝人員可以非常方便地得知當前壓射過程的工藝參數，並 可以和標準壓射工藝參數比較確定此次壓射過程的優劣。壓射工藝參數的自動 提取可以有效地提高產品生產效率，方便地檢測壓鑄件的產品質量。(5)根據所提取的壓射工藝參數得到壓射工藝參數資料庫，由壓射工藝參 數資料庫得到壓射工藝參數的概率分布數據。通過對多次大量壓射工藝參數的分析得到壓射工藝參數服從正態分布規 律。在新產品開始壓鑄時，建立壓射工藝參數資料庫，用於保存所提取的壓射 工藝參數，包括慢壓射速度V1、快壓射速度V2、快壓射起始位置S1、壓射終止 位置S2、建壓時間T1、增壓壓力T2。之後每一次自動提取壓射工藝參數後該組 參數值將會被添加到壓射工藝參數資料庫中，以用於後續的步驟。每一次壓射完成後按照正態分布的方法對壓射工藝參數資料庫中所有壓射 工藝參數進行統計分析，得到平均值、對平均值的標準差和對平均值的最大偏 差。從對平均值的標準差可以看出壓鑄機所有壓鑄過程的一致 ，間接反映壓 鑄機性能的優劣，而從最大偏差可以看出所有壓鑄中與平均值偏差最大的值； 所有工藝參數對標準壓射工藝參數的標準差和對標準壓射工藝參數的最大偏差 也被分析。對標準壓射工藝參數的標準差可看出一系列壓射過程與標準壓射工藝參數的偏離程度，而對標準壓射工藝參數的最大偏差可看出與標準壓射工藝 參數的最大偏差值。所得到的值以數據的形式顯示在計算機屏幕上供用戶查看。 根據對客戶對壓鑄件的品質要求將對標準壓射工藝參數的最大偏差值劃分 區間。劃分區間越多，則品質報警的概率接近用戶所設定的希望抽檢率。然後 由計算機對壓射工藝參數資料庫中所有壓射工藝參數落在這幾個區間裡的個數 進行統計，得出允許偏差與產品概率分布統計關係，並根據此關係建立統計關係 資料庫。
(6)根據壓射工藝參數的概率分布數據、樣品抽檢率和標準壓射工藝參數， 得到報警閾值。
計算機根據統計關係資料庫和用戶所設定的抽檢率，通過查找統計關係數 據庫得到對標準壓射工藝參數的偏差值，然後通過此偏差值與標準壓射工藝參 數得到並設定壓射工藝參數的報警閾值，從而使品質報警的概率接近用戶所設 定的希望抽檢率。
(7)比較當前壓射工藝參數與報警閾值，當壓射工藝參數超出報警閾值時，
產生品質報警信號，提示操作者對該次壓射的壓鑄件進行檢測或對壓鑄機的工
藝參數進行調整；假如壓射工藝參數沒有超出報警閾值時，則從步驟(2)開始 重複以上步驟進行新一輪的數據採集。
若工藝員希望能査看壓射壓力曲線、壓射位置曲線和壓射速度曲線，則計 算機可根據壓射壓力數據得到壓射壓力曲線，由壓射位置數據得到壓射位置曲 線，由壓射速度數據得到壓射速度曲線並在計算機屏幕上顯示。例如，如圖4 所示，由該圖工藝員可以直觀地看出壓射工藝參數所代表的物理量以及它們之 間的關係。由此，工藝員可以根據壓射壓力曲線，壓射位置曲線和壓射速度曲 線直觀地了解壓鑄機的工作狀態和壓鑄件的產品質量。
如果要使工藝員能夠方便地觀察壓射工藝參數的允許偏差與產品概率分布 的關係，則計算機可根據統計關係資料庫中允許偏差與產品概率分布統計關係 得到壓射工藝參數的概率分布曲線並進行顯示。作為示例，圖5示出了一種情 況下的壓射工藝參數的概率分布曲線。由此，工藝員可以根據壓射工藝參數的 概率分布曲線直觀地了解壓鑄機的性能和工作狀態。
第二種實施方式
如圖2所示，本發明的第二種實施方式主要包括以下5個步驟 (1)通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和報警閾值。其中標準壓
9射工藝參數和採樣時間的確定與第一種實施方式的步驟(1)中所述的相同。報 警閾值根據客戶對壓鑄件的品質要求進行確定。
本實施方式中的步驟(2) - (4)與第一種實施方式的步驟(2) - (4)相 同；本實施方式中的步驟(5)與第一種實施方式的步驟(7)相同。
與第一種實施方式相同，若工藝員希望能直接査看壓射壓力曲線、壓射位 置曲線和壓射速度曲線，則計算機可根據壓射壓力數據得到壓射壓力曲線，由 壓射位置數據得到壓射位置曲線，由壓射速度數據得到壓射速度曲線並進行顯 示。由此，工藝員可以根據壓射壓力曲線，壓射位置曲線和壓射速度曲線直觀 地了解壓鑄機的工作狀態和壓鑄件的產品質量。
權利要求
1.一種壓鑄件品質在線檢測方法，其特徵是包括以下步驟(1)通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和樣品抽檢率；(2)由與壓射缸相連的壓力傳感器採集壓射壓力數據，由與錘頭相連的位移傳感器採集壓射位置數據；(3)根據壓射位置數據得到壓射速度數據；(4)從壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據中提取壓射工藝參數並顯示；(5)根據所提取的壓射工藝參數得到壓射工藝參數資料庫，由壓射工藝參數資料庫得到壓射工藝參數的概率分布數據；(6)根據壓射工藝參數的概率分布數據、樣品抽檢率和標準壓射工藝參數，得到報警閾值；(7)判斷當前壓鑄的壓射工藝參數是否超出報警閾值；如果超出報警閾值，則產生品質報警信號；如果不超出報警閾值，則從步驟(2)開始重複以上步驟。
2. 根據權利要求1所述的壓鑄件品質在線檢測方法，其特徵是根據所述 壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據對應得到壓射壓力曲線、壓射位 置曲線和壓射速度曲線。
3. 根據權利要求1所述的壓鑄件品質在線檢測方法，其特徵是根據所述 壓射工藝參數的概率分布數據得到壓射工藝參數的概率分布曲線。
4. 一種壓鑄件品質在線檢測方法，其特徵是包括以下步驟(1) 通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和報警閾值；(2) 由與壓射缸相連的壓力傳感器採集壓射壓力數據，由與錘頭相連的位 移傳感器採集壓射位置數據；(3) 根據壓射位置數據得到壓射速度數據；(4) 從壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據中提取壓射工藝參數 並顯示；(5) 判斷當前壓鑄的壓射工藝參數是否超出報警閾值；如果超出報警閾值， 則產生品質報警信號；如果不超出報警閾值，則從步驟(2)開始重複以上步驟。
5. 根據權利要求4所述的壓鑄件品質在線檢測方法，其特徵是根據所述 壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據對應得到壓射壓力曲線、壓射位 置曲線和壓射速度曲線。
全文摘要
本發明公開了一種壓鑄件品質在線檢測方法，包括以下步驟通過試樣得到標準壓射工藝參數、採樣時間和樣品抽檢率；由各自與壓射缸和錘頭相連的兩個壓力傳感器分別採集壓射壓力數據和壓射位置數據；由壓射位置數據得到壓射速度數據；從壓射壓力數據、壓射位置數據和壓射速度數據中提取壓射工藝參數並顯示；由壓射工藝參數得到壓射工藝參數資料庫，由壓射工藝參數資料庫得到壓射工藝參數的概率分布數據；由壓射工藝參數的概率分布數據、樣品抽檢率和標準壓射工藝參數，得到報警閾值；判斷當前壓鑄的壓射工藝參數是否超出報警閾值；若超出，則產生品質報警信號；若不超出，則從步驟二開始重複以上步驟。本發明的優點是能自動提取壓射工藝參數並顯示。
文檔編號G01N33/20GK101661029SQ20091015276
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者凌振飛, 孔曉武, 李佳鑫, 衝 馬, 魏建華 申請人:浙江大學;杭州泛康控制技術有限公司