用於改進和控制天然的和合成的可模塑化合物的固化的方法和設備的製作方法

2023-05-07 02:27:31

專利名稱：用於改進和控制天然的和合成的可模塑化合物的固化的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於監視和控制天然的和合成的可模塑化合物的固化和凝固的方法和設備。這樣的可模塑化合物的典型是聚合物。
背景技術：
迄今為止，在固化和/或凝固期間對可模塑聚合物的加工應用固定的工藝參數的方法已導致了由於過度保守的固化時間而降低了產率；以及由於固定的工藝參數無法適應固化和/或凝固工藝中固有的可變性而使產品均一性不良。
已經嘗試了分析介電特性以確定固化部件的固化狀態。具體地，在此將其全文引作參考的下列參考文獻公開了可能與分析固化狀態和/或凝固工藝相關的各種技術美國專利文獻4,344,142 1975年8月6日提交 發明人Diehr，II等人4,373,092 1980年12月29日提交 發明人Zsolnay4,399,100 1980年12月29日提交 發明人Zsolnay等人4,423,371 1981年9月3日提交 發明人Senturia等人4,496,697 1982年8月24日提交 發明人Zsolnay等人4,510,103 1983年9月19日提交 發明人Yamaguchi等人4,551,807 1983年8月17日提交 發明人Hinrichs等人4,723,908 1985年5月1日提交 發明人Kranbuehl4,777,431 1986年6月27日提交 發明人Day等人4,773,021 1988年9月20日提交 發明人Harris等人4,868,769 1989年9月19日提交 發明人Persson等人
5,032,525 1988年3月31日提交 發明人Lee等人5,219,498 1991年11月12日提交 發明人Keller等人5,317,252 1992年9月15日提交 發明人Kranbuehl5,486,319 1993年12月29日提交 發明人Stone等人5,528,155 1996年6月18日提交 發明人King等人5,872,447 1997年9月10日提交 發明人Hager，III其他出版物■ A comparative study of step curing and continuous curingmethods，1994，D.Khastgir，Indian Institute of Technology■ AC Impedance Spectroscopy of Carbon Black-Moldablecomposites，1999，K.Rajeshwar，University of Texas atArlington■ Anelastic and Dielectric Effects in Potymeric Solids，1967，N.G.McCrum，B.E.Read，and G.Williams用於製造部件的固化和凝固技術已經提供了例如聚合樹脂的介電(這裡也稱為「阻抗」)特性和這種樹脂的固化和/或凝固之間的一些關係。但是，與聚合可模塑固化和/或凝固相關的現有技術還沒有完全解決在生產工藝中、尤其是在注塑或其他模塑類型的高度摩擦和高壓環境下直接進行電氣或阻抗的測量的實際方面。另外，現有技術沒有令人滿意地公開對於各式各樣的模塑方法和條件，使用獲得的電氣數據來實現例如聚合可模塑化合物的固化和/或凝固工藝的閉環控制。具體地，現有技術沒有提供在通過固化和/或凝固聚合物來模製大部件的期間有效地減少有缺陷部件的解決方案或公開內容。更具體地，現有技術沒有公開使用來自模具內固化或/和凝固工藝的電氣(即阻抗)數據樣本的有效技術，其中這樣的數據樣本是從多個模具內傳感器同時接收的，所述傳感器以如下方式分布使得能夠評估大部件的不同部分的固化和/或凝固狀態。
現有技術也沒有示出在固化和/或凝固工藝中如何補償(a)批次間和批次內的聚合可模塑固化化合物的變化，以及(b)材料厚度的差異。另外，現有技術沒有補償由設備的性質、工具加工(tooling)以及聚合可模塑固化化合物的熱史而引入到該工藝中的附加變量。
另外，現有技術使用介電或阻抗測量傳感器，其採用具有精確面積和間距的、相對且平行的電極，並且其中所述電極與可模塑化合物直接接觸。儘管該電極和傳感器提供了用於在固化和/或凝固期間測量阻抗特性的手段，但是將它們使用在部件生產環境中可能是不實際的。例如，很多可模塑組件是使用部件模製技術生產的，該技術使該傳感器承受高達30000psi的壓力和高達425的溫度，以及要在高度摩擦的環境中經受得住(例如，由於可模塑化合物在傳感器上的流動)。最後，這樣的現有技術傳感器還必須能夠經受得住通過典型的清潔方法如CO2和塑料珠衝擊的模具清潔。
因此，上面描述的缺陷通過下文中公開的固化方法和系統而解決。另外，由於需要固化時間安全裕度(即超過通常認為的期望時間的固化時間)和/或由可模塑化合物的固化工藝中固有的可變性導致的對模塑物(plasticmolder)的標準實踐，因此需要有實時反饋固化控制系統，其減少模塑物的安全裕度並且同時防止廢品增加和幹擾部件生產。下文中公開的固化方法和系統也解決了對實時反饋固化控制系統的需求。
定義和術語在下面的公開內容中使用了大量的技術術語和縮寫。因此，為了方便起見，在本節中描述了許多這些術語和縮寫。因此，建議參考此節以獲得這裡使用的術語的描述。
置信區間數值範圍，其內的具體數指示事件或條件發生的可能性，例如，諸如0.8到1.0的概率範圍。
固化如下面使用的，此術語是指(a)經歷交聯的聚合物從軟化結構到脊(ridge)結構的化學變化，以及(b)具有延展性的聚合物的硬化，使得其凝固成剛性結構而沒有化學變化。
指數幅度係數通過對一組原始數據進行最佳指數擬合而定義的幅度係數(A)，其中擬合曲線(y)由下面方程式描述y＝Ae-αt，其中t是時間。
指數衰減通過對一組原始數據進行最佳指數擬合而定義的衰減係數(α)，其中擬合曲線(y)由下面方程式描述y＝Ae-αt，其中t是時間。
阻抗數據流對於在固化和/或凝固工藝期間工作以便檢測固化部件內的阻抗改變的每個傳感器，在部件固化期間得到時間系列值，其中這些值指示例如由傳感器、部件模具和其中的可模塑化合物提供的對應的電容器電路(CC)的阻抗測量。特別地，每個電容器電路被可操作地配置成使可模塑化合物成為用於對應的電容器電路的電介質。另外，這裡提到的阻抗數據流段更完全地被描述在2004年3月11日提交的美國專利申請No.10/800,079中，在此將其全文引作參考。
低CTE的金屬材料一種具有低熱膨脹係數的材料。
可模塑化合物該術語是指(a)聚合可模塑化合物、(b)苯乙烯單體化合物(SMC)、(c)酚醛材料和(d)熱固性塑料例如酚醛、脲、三聚氰胺、三聚氰胺-酚醛、環氧樹脂、不飽和聚酯；注意，在該定義和術語節中描述了術語「聚合可模塑化合物」、SMC和「酚醛材料」。
酚醛材料通過甲醛[HCHO]和苯酚[C6H5OH]的反應形成的可模塑塑料材料，但是可以使用幾乎任何反應性酚或醛。該材料可以用玻璃纖維或其他材料進行大量增強或「填充」。酚醛由於其高衝擊強度、優異的磨損特性和寬溫度範圍內的尺寸穩定性而眾所周知。酚醛可以是熱固性模塑的。商業上所用的酚是苯酚、甲酚[CH3C6H4OH]、二甲苯酚[(CH3)2C6H3OH]、對叔丁基苯酚[C4H9C6H4OH]、對苯基苯酚[C6H5C6H4OH]、雙酚[(C6H4OH)2]和間苯二酚[C6H4(OH)2]。所用的醛是甲醛和糠醛[C4H3OCHO]。在未固化和半固化狀態下，酚醛樹脂用作膠粘劑、鑄塑樹脂、澆注化合物和層壓樹脂。作為模塑粉末，酚醛樹脂可以用於電用途。
工藝曲線從對應的阻抗數據流(此術語上面描述過)導出的阻抗數據，其中所述阻抗數據流中的值已經被「平滑」(或者以其他方式處理)，使得可以更容易地確定曲線斜率和其他數學曲線特性。用於平滑阻抗數據流的操作的示例是(a)對於阻抗數據流的一個或多個預定時間段中的每個段，確定段項目上的線性最小平方最佳擬合、以及結果線的斜率(即方程式y＝mx+b中的m)。然後，工藝曲線變成所確定的線的銜接序列；(b)對於阻抗數據流的一個或多個預定時間段中的每個段，確定對段中的阻抗數據流項目進行建模的最佳擬合3階多項式；以及(c)對於阻抗數據流的一個或多個預定時間段中的每個段，確定對段中的阻抗數據流項目進行建模的指數最佳擬合，其中至少確定用於該指數最佳擬合的衰減係數，並且在一些實施例中確定衰減和幅度係數兩者(即確定下面方程式y＝Ae-ax中的α和A兩者)。
工藝曲線然後成為對於所述一個或多個時間段中的每個所產生的曲線的連接。注意工藝曲線可以從基本上為部件的整個固化時間的單個時間段導出。但是，通常這樣的時間段可以限制到10％到35％的範圍中的固化時間的百分數。
當然，其他平滑算子也在這裡公開的新穎固化系統的範圍內，如樣條曲線(例如，其形狀可以由從阻抗數據流的值計算的「控制點」來控制)。
R-平方(R2)R-平方(也稱為確定係數)是由於對應的自變量而導致的應變量的總變化的減小的統計量度。接近於1.0的R-平方值指示對應的數據模型解釋了各個變量中的幾乎所有可變性。
可模塑聚合物(等同地，「聚合可模塑化合物」)該術語是指(a)典型的基體可模塑聚合物(b)酚醛化合物，和(c)與其他材料組合的酚醛化合物，所述其他材料包括(但不限於)
無機物填充酚醛、玻璃填充酚醛、用(但不限於)棉花、PTFE(即聚四氟乙烯)、木粉和石墨填充的纖維素酚醛。
此外，本領域的技術人員將會理解，包括在術語「可模塑聚合物」中的有乙烯-甲基丙烯酸共聚物、尼龍、聚碳酸酯、聚氯三氟乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、聚醚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、苯乙烯-丙烯腈、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈、聚醯胺-醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醯亞胺、聚醚碸、聚醯亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚碸、苯乙烯-馬來酸酐、熱塑性彈性體、聚丙烯、聚苯乙烯、熱塑性烯烴、聚四氟乙烯及其混合物；即，熱塑性材料。
SMC苯乙烯單體化合物，例如通常含有約35wt％苯乙烯單體、但是可以在約0％-50％範圍內變化的聚酯樹脂。
噸位(Tonnage)模壓器的壓縮力，通常以噸表示。
工具鋼適用於製造注塑和壓縮模具的鋼，如AISI型A2工具鋼。
阻抗相關數據的拓撲特徵在工藝曲線內可識別和獨特的特徵，如曲線斜率、峰(例如局部最大值)、谷(例如局部最小值)、平坦部分(例如基本上零斜率)、拐點、曲線斜率的變化率等。
真空埠在模具中設計的、用於將模具腔中的壓力減到低於大氣壓的埠。

發明內容
本公開內容涉及用於控制由可模塑化合物(此術語被描述在上文的定義和術語節中)固化(此術語也被描述在上文中)和成型模製部件的方法和系統。特別地，由這裡公開的固化方法和系統得到的模製部件(a)可以既是較完全成型的又是較完全固化的(但不是過度固化的)；
(b)具有一致的和可重複的部件特性，包括減少的(或沒有)起泡和/或孔隙；(c)具有期望的特性如抗壓強度、與相異材料的粘合性、尺寸一致性等；以及(d)以每個部件的縮短的平均固化時間而固化(例如，可達大約38％)。
另外，這裡公開的固化方法和系統●在傳統的部件生產環境中是魯棒的和可重複的，例如在生產大體積汽車用(automotive)SMC模製部件的環境中；●在製造一致部件的同時自動地調整固化時間以補償模具溫度波動；●使用在模具中提供的多個阻抗檢測傳感器示出可模塑化合物的模具內引入和放置對部件固化速率的影響(如下文中描述的那樣)；●識別在部件固化期間的可模塑化合物的流動異常，並且提供反饋以有效地改變固化工藝變量，以改進模塑工藝；以及●識別被固化的可模塑化合物中的變化，並且提供連續地改進部件成型的機制。
這裡公開的固化方法和系統包括新穎特徵，其用於監視和控制模具中可模塑化合物的流動，以及可模塑化合物的聚合或交聯。另外，這樣的監視和控制可以實時地即在部件的固化(例如熱固)期間執行，使得可以減少所生產的有缺陷部件的數量。
另外，這裡公開的固化方法和系統可以消除當前用於保證部件(特別是相對大的部件)正確成型和固化的固化時間安全裕度的大部分。
本公開內容一般涉及一種新穎的固化方法和系統，其中有多個傳感器可操作地分布在模具內，用於檢測部件成型的狀態以及在部件的各間隔部分處的固化狀態。因此，從多個傳感器的輸出可以用於確定是否和/或何時該模具被正確地填充可模塑化合物，以及是否和/或何時該部件既被正確固化，又在整個部件中處於基本上均一的固化速率。
對於在固化工藝期間工作的多個傳感器中的每個傳感器，獲得阻抗值的數據流(這裡表示為「阻抗數據流」)，其中這些值指示從由傳感器、部件模具和其中的可模塑化合物提供的對應電容器電路(CC)獲得的阻抗測量。特別地，每個電容器電路被可操作地配置成使可模塑化合物成為對應電容器電路的電介質。對於每個阻抗數據流，可以有對應的「工藝曲線」(如在上文的定義和術語節中所述)。另外，這樣的工藝曲線可以表示為對應的阻抗數據流的阻抗測量的時間系列圖。注意這樣的工藝曲線可以但不要求是阻抗數據流的完全平滑表示；但是，本領域的技術人員將會理解，該工藝曲線可以是平滑的曲線段的連接(例如，連續的一階導數)。這樣的阻抗數據流及其對應的工藝曲線提供了指示部件如何在其模具中成型和固化的指示或「籤名」。特別地，工藝曲線的各種幾何特徵(例如斜率、局部最大值、局部最小值、拐點等)已被確定為是良好成型、正確固化的部件以及各種部件缺陷的預測。因此，這裡公開的方法和系統使用從多個傳感器的工藝曲線獲得的特性(例如形狀和/或幾何曲線特性如斜率和/或在該工藝曲線下的面積)來確定模具內各位置處的正確和/或不正確固化狀態。注意該阻抗數據流可以表示下列阻抗類型的阻抗值中的一個或多個的時間系列阻抗(Z)(即對交流電路中的電流的總反抗的量度、其由兩個分量即歐姆電阻和電抗組成，並且通常以複數表示法表示為Z＝R+iX，其中R是歐姆電阻以及X是電抗)，相位角(Φ)、電阻(R)、電抗(X)、電導(G)和/或電容(C)。
另外，對於每個傳感器，可以有所產生的多個阻抗數據流(以及它們的相關工藝曲線)。例如，對於給定的傳感器，該阻抗數據流可以從由激勵對應的電容器電路而輸出的信號響應而導出，其中該激勵是輸入到電容器電路的多個預定的不同信號頻率中的一個的結果。因此，每個工藝曲線可以從輸入到具有傳感器的電容器電路的對應單個信號頻率而獲得，並且結果工藝曲線的對應形狀(或其他計算特性)可以用於監視、控制和/或預測部件固化工藝的結果。
在這裡公開的一些實施例中，可以分別處理各種時間系列電容器電路輸出數據分量(例如，阻抗(Z)、相位角(Φ)、電阻(R)、電抗(X)、電導(G)或電容(C))以監視和控制部件固化工藝。因此，由這些不同數據分量產生的工藝曲線可以提供獨特的形狀(或其他特徵)，其特性可以用於監視和控制固化工藝。例如，該特性可以包括工藝曲線局部最大值、或局部最小值、曲線斜率、斜率、具有基本上零斜率的工藝曲線部分的標識、拐點、工藝曲線部分下的面積等。
可以單獨地或成組地比較或評估從多個該模具內傳感器獲得的工藝曲線，以檢測部件(特別是相對大的部件如汽車儀錶板)的各部分的固化狀態的變化和/或異常。因此，可以通過評估從鄰近傳感器的輸出導出的工藝曲線的特性、或通過將這樣的工藝曲線特性與來自其他傳感器的工藝曲線的對應特性相比較而檢測部件固化中的局部化異常。關於該比較，可以比較下列項(a)對於部件固化的特定經過時間，監視部件固化的一個傳感器的工藝曲線的一部分的平均斜率與來自監視部件固化的另一傳感器的工藝曲線的對應部分的平均斜率；(b)監視部件固化的一個傳感器的工藝曲線的最大值與來自監視部件固化的另一傳感器的工藝曲線的最大值；(c)當部件脫模時，監視部件固化的一個傳感器的工藝曲線的值與來自監視部件固化的另一傳感器的工藝曲線的值。
部件固化中的該局部化異常可能是由於例如減少的可模塑化合物到模具的一部分的流動、和/或固化部件的一部分的固化速率與該部件的其餘部分的固化速率有偏差(例如，由於部件厚度變化、模具內不均勻的熱量分布等)。另外，更全局的部件固化評估也可以通過例如評估輸出阻抗數據的多個傳感器的對應工藝曲線(例如，在相同的阻抗頻率)之間的一致性程度(或其不足)來確定。例如，當該工藝曲線具有類似的形狀但是在時間上彼此偏移時，這可能指示部件的不同部分可能是處於不同的固化速率，並且例如可能需要對模具的各部分進行固化時間調整和/或溫度調整，以便使整個部件(或隨後的部件)正確固化。
本固化方法和系統的另一方面是使用由多個傳感器(模具內)產生的阻抗數據流的初始部分來調整用於隨後的模製部件(例如，來自同一模具)的固化條件，使得在固化的開始之前要固化的可模塑化合物基本上完全填充該模具。特別地，可以調整模壓器噸位和壓閉(press closure)速率以修改固化速率，以及更特別地，固化可模塑化合物中的實質交聯的開始。
在這裡公開的固化方法和系統的至少一些實施例中，在特定部件類型的部件的批量固化之前，可以進行測試或採樣階段，以確定用於該部件的可模塑化合物的各組成或批次的樣本的固化特性。例如，該樣本可以被固化(a)以在模具中提供的可模塑化合物的不同布置，(b)以不同的固化溫度，(c)持續不同長度的時間，(d)以不同的模壓器噸位。可以評估結果測試部件和它們對應的工藝曲線，以確定對固化工藝的調整，使得例如可以延長來自可模塑化合物的特定批次的欠固化樣本部件(並且具有特定的到模具中的引入)的固化時間和/或提高模具溫度。因此，通過將從該樣本測試導出的工藝曲線與在該部件類型的生產運作(例如其中可以生產數千個部件實例)中固化部件的期間獲得的對應的阻抗數據相比較，可以確定部件的成型和固化是正確的還是不正確的。另外，如果部件的固化和/或成型是不正確的，則可以對固化工藝作出調整，以便使結果部件更可能是可接受的。特別地，該調整可能導致工藝曲線的隨後部分(來自多個傳感器)更好地符合正確地成型和固化的部件的工藝曲線。因此，儘管單獨部件之間的該工藝曲線可能在幅度和/或各種曲線特性的相對時序方面是不同的(例如由於部件厚度、熱史、模具溫度和熱傳輸速率、固化級別以及各種其他因素而導致)，但是對於每個單獨部件，部件的工藝曲線的形狀的一致性程度以及該曲線的聚類程度可以用於預測該結果部件是否將被正確成型和固化。
本公開內容的另一方面是在該固化系統的各實施例中以及對於某些可模塑化合物，一個或多個上面描述的工藝曲線的對應形狀可能在給定時間展現「最大值」和/或「最小值」，其也可以用於推斷在監視、控制和/或預測正確的部件固化時間方面有用的信息。
本公開內容的另一方面是，在各實施例中和對於某些可模塑化合物，提供一個或更多個(優選為多個)「評估器(evaluator)」(這裡也稱為「程序代理(programmatic agent)」或「條件」)用於輸出與部件的固化時間相關的值。該評估器可以是例如在一個或多個工藝曲線之下的對應斜率或積分面積。來自一個或多個評估器的輸出可以與已知的可模塑化合物樣本的固化時間相關聯，從而確定評估器的預測有效性。展現與結果部件的物理測量特性高度關聯的評估器可以用於推斷在監視、控制和/或預測隨後固化的部件如大量生產的部件的正確固化時間方面有用的信息。在至少一個實施例中，組合(例如為線性組合)來自兩個或更多個(例如四個)提供與測量的固化特性的最高關聯程度的評估器的輸出，以產生甚至更好的用於預測部件固化時間的預測器。
本固化系統和方法的另一方面是，其實施例可以包括信號處理和其他軟體和硬體組件，用於導出工藝曲線以及該曲線的對應特性(例如最大值和/或最小值)，以及利用該曲線特性實時地確定用於所生產的批量部件的更適宜的固化時間。特別地，利用例如獨立的智能代理的專家系統、人工神經網絡以及計算體系結構，以及提供基於統計的決策確定系統的混合式計算系統，如Salford Systems，8880 Rio San Diego Dr.，Ste.1045，San Diego，Calif.92108的CART。
另外，本固化系統和方法的一方面是，可以確定部件固化時間以獲得結果固化部件中的期望特性如抗張強度、抗壓強度、動態硬度、尺寸一致性、鼓泡/孔隙的減少和/或消除、以及與相異材料的粘合性。
本公開內容的優點、好處和可取得專利方面的另外描述將從下文的附圖和描述而變得明顯。本公開內容的所有新穎方面，不管在此發明內容節中是否明確提及，或單獨地或與本公開內容的其他方面相組合地，都被認為是專利保護的主題。因此，可能從本發明內容節中省略或不完全地描述的、在下文和/或附圖中公開的該新穎方面通過引用到本發明內容節中而完全併入到這裡。特別地，下文中的權利要求節的所有權利要求通過引用到本發明內容節中而完全併入到這裡。


圖1示出這裡公開的部件固化方法和系統的一個實施例的組件。
圖2示出阻抗傳感器電路62的更詳細實施例，該電路(i)向傳感器17供給電信號，(ii)確定指示在傳感器17處或其附近處的可模塑化合物16的阻抗的阻抗測量。
圖3A示出可以用於獲得固化的可模塑化合物16的阻抗測量的多個傳感器之一的一個實施例的分解圖。
圖3B示出圖3A的傳感器17的附加視圖。
圖4示出在模具18中提供的電氣(阻抗)傳感器17。
圖5示出阻抗傳感器電路62的另一視圖。
圖6是執行的高級步驟的流程圖，其用於確定開始部件固化的初始固化參數，以及用於確定對在固化部件時和/或用於固化隨後部件的固化參數的調整。
圖7是提供圖6的流程圖的步驟1014的更詳細步驟的流程圖。
圖8是示出在例如生產運作期間執行的高級步驟的實施例的流程圖，其中預期為基本上相同的多個部件被順序地一個接一個地固化。
圖9示出典型SMC(聚酯，苯乙烯單體)阻抗數據流的曲線(以及對應的工藝曲線)的圖，其中時間以秒示出在x軸上以及相對電導示出在y軸上。另外示出的是固化事件發生(或預期要發生)的各個點。
圖10示出用於固化從作為可模塑化合物16的SMC製造的部件的固化的阻抗數據流值的數據點(以及對應的工藝曲線1404)。特別地，x軸表示時間的百分數，其中該部件被預期固化而不使用固化系統20。
圖11示出用於固化汽車車身鑲板的模具腔28的一部分，其中三個傳感器17(即傳感器17a、17b和17c)被示出在模具腔的側壁內。
圖12在下面示出通過在正常溫度(300)、在285以及在315固化圖11的汽車車身鑲板而產生的阻抗數據流(傳感器17之一)的典型圖。
圖13示出在使用固化系統20監視和調整部件固化之前，圖11所示的SMC裝料放置的典型阻抗數據流的曲線圖(以及它們的對應工藝曲線)的圖。
圖14示出對於在圖11的模具腔28中固化的汽車車身鑲板，在模具腔28中重新安置SMC裝料之後典型的阻抗數據流的圖(以及它們的對應工藝曲線)。
具體實施例方式
圖1說明這裡公開的固化系統20的實施例，其中該固化系統包括下列高級組件(A)固化設備45，用於固化其中的部件；(B)控制系統39，用於控制固化設備45以及調整固化參數以減少在模具18中固化的部件中的缺陷；以及(C)固化設置子系統104，用於確定用於特定部件的初始固化參數集合、以及用於確定可用於校正可能產生有缺陷部件的固化條件的調整。
固化設備45包括下列高級組件(A.1)模具18，在其內可模塑化合物16被固化成期望部件，該模具具有模具腔24，用於容納待固化成期望部件的可模塑化合物16。在模具18的體內分布了多個傳感器17(在圖1中僅示出一個)，用於檢測在可模塑化合物16固化時其各個部分的阻抗特性；(A.2)多個電容器68的組件(僅示出其中的一個)，其中每個電容器68是由以下項形成的(i)直接放置到與被固化的可模塑化合物16相鄰的(並且通常接觸的)對應一個阻抗傳感器17；以及(ii)接地的電容器極板64，其通常是模具18的另一部分。注意可模塑化合物16是每個這樣的電容器68的電容器電介質。
控制系統39包括計算系統如計算機34(或計算機的網絡)，其上執行用於控制部件固化的處理。特別地，下列組件由計算機34所提供(或者能夠由計算機34通過例如通信網絡如網際網路或區域網而訪問)(B.1)數據採集卡35，用於(i)產生輸入到傳感器測量單元60的正弦激勵電壓，其中傳感器測量單元60提供該電壓到傳感器17，以便獲得指示來自傳感器的阻抗數據流的結果信號；以及(ii)讀取從每個傳感器17(以及更具體地，從下文中進一步描述的、圖2的放大器36)輸出的阻抗信號並且將其數位化。
(B.2)數位訊號發生器41，用於確定和輸出信號特性(例如頻率和電壓)，其中該信號特性用於控制數據採集卡35的信號輸出，並且具體地控制向傳感器測量單元60的信號輸出。
(B.3)數位訊號解調組件42，用於解調通過數據採集卡35從傳感器17和放大器36接收的阻抗指示信號。
(B.4)固化數據捕獲資料庫23，用於存儲從傳感器17獲得的阻抗數據流，以及將該數據流與標識用於部件生產的可模塑化合物16的信息、以及用於從其獲得該阻抗數據流的部件的各種環境固化參數(例如固化溫度、固化時間、模具噸位等)相關聯。
(B.5)固化分析子系統26，用於分析來自當前固化的部件的輸出(該輸出從固化數據捕獲資料庫23獲得)，以及確定可能減少在部件中形成缺陷的、對固化工藝的任何調整(例如調整部件固化時間)，或者確定可以用於固化隨後的部件實例的調整。注意固化分析子系統26可以從固化控制資料庫27接收初始部件固化參數、以及固化調整參數(例如，在部件固化期間的固化參數調整，如模具18溫度調整等)。另外，固化分析子系統26可以接收或導出由傳感器17輸出的、標識阻抗數據流的特定特性的數據，用於對部件固化工藝作出調整、和/或識別何時要結束部件固化。圖8的流程圖以及下文中其附隨的說明提供了由固化分析子系統26執行的操作的進一步公開。另外，固化分析子系統26可以包括專家系統和/或「智能」系統體系結構，用於識別工藝曲線的地形(例如形狀)特徵或數學特性，和/或存在於工藝曲線中的模式。因此，固化分析子系統的實施例可以包括以下項中的一個或多個利用例如獨立智能代理、模糊邏輯的專家系統、一個或多個人工神經網絡以及計算體系結構，以及提供基於統計的決策確定系統的混合式計算系統，如Salford Systems，8880 Rio San Diego Dr.，Ste.1045，San Diego，Calif.92108的CART。阻抗數據流的圖形表示的示例在圖9、10以及12到14中示出。
(B.6)固化控制器43，用於控制固化設備45中部件的固化。具體地，控制器43與固化分析子系統26通信，用於確定對部件的當前固化(例如固化時間)的調整和/或用於識別用於在同一模具18中固化隨後部件的調整。在執行這樣的調整時，控制器43通過到輸出裝置38的命令線28將固化命令或指令輸出到固化設備45。裝置38又可以將該命令或指令翻譯(如果必要)成固化設備45的組件(例如模壓器和模具加熱系統)能夠執行的對應命令或指令，然後通過線44將這樣翻譯的命令或指令提供到固化設備45。例如，這樣翻譯的命令或指令可以是(i)對於在模具18中固化的隨後部件，在特定一個傳感器17的附近增加模具18固化溫度，(ii)減少施加到模具18的噸位，(iii)延長當前部件的固化時間，和/或(iv)打開模具18。
(B.7)數字輸入裝置37，用於接收(通過線40)何時固化循環已啟動、或者何時可模塑化合物16被提供到模具18的指示。數字輸入裝置37通過線29將對應的通知輸出到固化控制器43。該裝置37的例子在本技術領域內是公知的。
(B.8)傳感器測量單元60，用於產生輸入到傳感器17的電氣信號，以及用於從傳感器17接收阻抗指示信號(即阻抗數據流)。注意，對於每個傳感器17可以有唯一的傳感器測量單元60。
(B.9)放大器36(每個傳感器測量單元60至少一個)，用於放大與電容器68的阻抗對應的實時(即在部件固化期間)阻抗數據信號。
關於固化設置子系統104，此子系統由固化用戶使用，用於交互地確定用於在特定模具18中固化隨後的系列部件的初始固化參數設置，以及在一些實施例中，確定在這些部件的固化期間可以作出的可能調整。固化設置子系統104可以執行一個或多個下列任務(C.1)允許用戶訪問固化信息檔案31(圖1)，以獲得與要用於當前固化工藝的可模塑化合物16相關的歷史固化信息，該信息例如是(i)用於該可模塑化合物的典型固化溫度(及其範圍)，(ii)用於該可模塑化合物16的典型固化工藝曲線(及其變化)，(iii)根據可模塑化合物16的組成的固化溫度變化；(C.2)允許用戶訪問關於待使用的固化設備45的信息，例如用於固化設備45的優選溫度設置可以典型地比固化設備45的另一複製品或模型高1度；(C.3)允許用戶與子系統104交互以執行下文中描述的圖6和7步驟，其中可以使用不同批次的指定可模塑化合物16來固化樣本部件，並且使用不同的固化參數(例如固化時間、模具溫度、噸位等)來固化它們。可替換地，如果在檔案31中有足夠的歷史固化信息，則不需要生產和評估樣本部件。在任何情況下，固化設置子系統104將結果初始固化參數設置、要在部件固化期間執行的(任何)固化調整(或用於固化附加部件的隨後調整)、以及部件固化終止條件的集合輸出到固化控制資料庫27。
數據採集和控制硬體數據採集和控制硬體(例如，圖1的實施例的數位訊號發生器41以及數據採集卡35)可以產生一個或多個期望頻率的多個正弦信號，其被輸入(通過傳感器測量單元60之一)到每個阻抗傳感器17。具體地，如果多於一個信號頻率被輸入到每個傳感器17，則該信號頻率被串行地多路復用到每個傳感器中，使得與典型的部件固化時間相比可以幾乎同時地獲得來自每個輸入頻率(和針對每個傳感器)的傳感器阻抗響應。輸入的一個或多個頻率可以在10Hz到5GHz的範圍內，並且從傳感器響應確定對應的電導和/或電容測量。因此，電導和電容讀數(等同地，工藝曲線)對於固化下的可模塑化合物16是特定的，原因在於化合物的兩極成分將產生對於可模塑化合物是特定的介電響應模式。另外，該電導和電容讀數可能對於使用的固化設備45是特定的。
傳感器17阻抗傳感器17之一的實施例在圖2中較詳細地示出。具體地，每個傳感器17包括主電極10，其用作對應電容器68的電容器極板。附加的防護或屏蔽電極11環繞主電極10，並且起到屏蔽作用，阻止到相鄰模18表面的電場的過多的邊緣通量(fringing)，中每個傳感器17典型地埋入安裝在所述表面中。本領域的技術人員將會理解，隨同電極10一起被激勵(根據從傳感器測量單元60接收的信號)的防護電極11幫助阻止在傳感器17的主電極10處感應的電場形成邊緣通量或變成非線性。電極10和11通過薄(例如大約0.001到0.05英寸)陶瓷塗層13(圖2)如氧化鋁陶瓷或另一穩定的介電絕緣體(例如在諸如300到425的固化工藝溫度範圍上是介電穩定的)而與可模塑化合物16分開。電極10和11可以由低CTE金屬材料組成，例如嵌入在分層的陶瓷電路(未示出)中的不鏽鋼、鈦、稱為Kovar的鎳-鈷-鐵合金(其是由CRS Holding Inc.擁有的商標，該公司是Wyomissing，Pa的Carpenter Technology Corp.的子公司)、鎳鋼、工具鋼、鎢、超合金(super alloy)、以及軟磁合金等。與固化可模塑化合物接觸的任何其他平坦或半平坦的導電錶面(例如相對的模具表面)可以充當電容器68的相對極板(即接地極板64)，並且作為用於與主電極10電容性耦合的第三電極。另外注意相對極板64接地到電氣地25以提供公用信號參考點。因此，由於相對極板接地，當復電流(complex current)(如定義和術語節中所述)被驅動通過電阻器19(圖2)到地25時，此電流通過作為所形成的電容器68內的電介質的可模塑化合物16。然後，以高精度放大器36測量電阻器19兩端的復電壓(complex voltage)。然後，將結果信號輸入到數據採集卡35並且隨後通過解調組件42解調成結果信號的復阻抗分量(例如電導和電容)。
圖3A和圖3B示出了傳感器17的實施例(其中圖3B的最右邊部分去除了傳感器殼12)。此實施例包括A2工具鋼組件的嵌套結構，包括傳感器殼12、主電極10和防護電極11，其中所述電極沿電極10的長度方向(即軸15的方向)通過氰酸鹽酯灌封材料塗層76分開，以及在徑向上(從軸15)通過薄的絕緣陶瓷塗層13和13a如氧化鋁陶瓷或其他穩定的介電絕緣體而分開。陶瓷塗層13和13a可以被施加以熱噴射工藝(即爆炸噴槍、等離子體、或高速陶瓷(HVOF)噴射工藝，這些對於本領域的技術人員是公知的)。在傳感器表面處的陶瓷塗層13也(a)將由固化工藝產生的壓縮載荷傳遞到傳感器17，以及(b)將電極10和11與被固化的可模塑化合物16分開。同軸電纜80通過旋入到防護電極11中的MCX連接器14連接到傳感器17，該連接器如MCX連接器14，部件號133-833-401，由位於299 Johnson Ave S.W.，Suite 100，Waseca MN 56093的Johnson’sComponents製造。中心導體84與一針配對，該針與電極10加工成整體或壓配入電極10。在傳感器17的一些實施例中，主電極10、防護電極11、和外殼12、以及氧化鋁陶瓷表面13可以融合在一起，並且以玻璃或摻雜有氧化鋁陶瓷的玻璃電氣分離。另外，在傳感器17的一些實施例中(例如圖3A和3B)，主電極10、防護電極11、和外殼12可以塗有2到4微米厚的鑽石或類似鑽石的材料，如由Anatech Ltd of Springfield，VA供給的Casidium，然後將其壓配在一起，使得鑽石或類似鑽石的塗層提供這三個組件(即電極10、11和外殼12)之間的電氣隔離，以及也提供可模塑化合物16與傳感器17的陶瓷表面13(圖3A)之間的電氣隔離。
圖4示出可以如何將傳感器17的實施例安置在模具18的體內，使面對模具腔24的陶瓷表面13提供要在其中成型的部件的形狀和表面紋理。具體地，傳感器17可以埋入安裝在模具18中，使傳感器與從可模塑化合物16模製的部件電氣接觸。
因為可以在模具18中提供多個傳感器17，所以將典型地有來自每個傳感器17的至少一個阻抗數據流。
傳感器測量單元60每個傳感器測量單元60(圖1、2和5)提供非橋接的電路，其包括簡單的分壓器(圖2)，該分壓器又包括電阻器19。每個傳感器測量單元60可操作地連接到由傳感器17之一和可模塑化合物16形成的多個電容器68之一，其中傳感器測量單元既提供電流到每個該電容器，又檢測從對電信號的電容器響應得到的阻抗值。注意傳感器測量單元60和每個電容器68的組合形成阻抗傳感器電路62。提供到每個阻抗傳感器電路62的電流被驅動(經由上文描述的相對的電容器極板64)通過固化可模塑化合物16到模具18的對應電氣地25。對於每個傳感器電路62，負載電阻器19(典型地具有大約200千歐電阻，不過範圍可以在從1千歐到幾兆歐的任何處，例如10兆歐)被放置為與到傳感器電路的傳感器17的電流流動在一條線上。由放大器36輸出的電路線20(圖5)上的結果電壓V2測量電阻器19兩端的電壓。通過同時測量施加在位置21處的電壓(此施加電壓也稱為「激勵電壓」，並且也稱為「V0」)，確定由通過電容器68的復電流的流動導致的衰減和相移的數量。圖5說明傳感器測量電路60的一個實例，其中位置21處的施加(激勵)電壓(例如V0＝sinωt)被置於放大器36的一個端子處，並且此電勢驅動復電流I*通過負載電阻器19(R)，然後最後通過由傳感器17形成的對應電容器68、可模塑化合物16、以及附連到模具18的電氣地25。
下面的描述對於電路位置21處的激勵V0假定1伏的電壓幅度。但是，如果該電壓不一致，所有隨後的分析保持相同，因為對於不一致情形，下面方程式中的常數「k」被定義為電路位置22處的負電壓(V1)與電路位置21處的正電壓(V0)的比。
位置21處的激勵電壓(V0＝sinωt)驅動復電流(I*)通過電阻器19到地25。具體地，電壓V0是由高速數據採集卡35產生的以數字方式產生的正弦波，所述採集卡如由National lnstruments，Austin，TX.製造的PCI-MIO-16E4卡。數據採集卡35產生處於由例如操作者或用戶指定的從10Hz到10kHz變化的頻率處的高質量正弦信號。但是，其他數據採集卡35也可以用於產生類似的或不同範圍的頻率，如由National lnstruments，Austin，TX.製造的PCI-MIO-16E1數據採集卡可以產生和監視從10Hz到1.25MHz的頻率。數據採集卡35的一個實施例也可以提供同時的數據採樣，如被專門設計成仔細地保持通道間相位關係的卡，例如由Nationallnstruments，Austin，TX製造的PCI-6110卡就是這樣的卡。
在電路位置21處施加激勵電壓V0時，在負載電阻器19的兩端發生電壓降，在電路位置22處留下衰減的且相移的信號(即V1＝ksin(ωt+θ)＝k＜θ，其中「＜」用於指示複數的極表示，並且表示術語「處於…的相位角」)。傳感器17和電氣地25之間的可模塑化合物16提供處於相位角Φ的幅度Z的復阻抗，其中相位角Φ是固化可模塑化合物16的特性，並且不要與定義為V0和V1之間的相位角差的相位角θ相混淆。
計算Z和Φ是通過同時地以數字方式捕獲激勵信號V0(例如V0＝sin(ωt))以及放大器36在電路線20上輸出電壓V2來完成的，其中V2＝sin(ωt)-ksin(ωt+θ)。可替換地，在另一實施例中，相同的數據可以通過直接捕獲正弦波V0(sin(ωt))和V1(ksin(ωt+θ))而獲得、而不是通過捕獲V2(sin(ωt)-ksin(ωt+θ))而獲得。注意高速數據採集卡35可以用於將位置21處的信號V0和位置20處的信號V2數位化，從而保持波形的數字表示以便進行進一步的數位訊號處理。注意從傳感器測量單元60獲得的Z和Φ的值以及從其導出Z和Φ的值的各個電壓(例如V0和V2，或可替換地，V0、V1和V2)將在下文中稱為「阻抗信號數據」。
隨後，一旦提供有V0和V2的數字保持信號，數量k(衰減)和θ(相移)的測量通過標準解調實踐而完成，這為本領域的技術人員所理解。
一旦k和θ已經被測量，通過如下分析圖5中描述的電路而完成Z和Φ的確定。
i.I*＝(V0-V1)/Rii.Z＝V1/I*iii.替換，因為V1＝k＜θ並且V0＝1iv.阻抗(Z)*＝R(k＜θ)/(1-k＜θ)＝Z＜Φv.從緊鄰上面的方程式可以看到，可以從已知的R、k和θ的值容易地導出幅度Z和相位角。
vi.將極數轉換成複數分離出實部和虛部，即串聯電阻和電抗。
vii.串聯電抗(Xs)＝Z sinΦ＝1/wC，其中w＝2πfviii.串聯電阻(Rs)＝Z cosΦix.串聯電容(Cs)＝1/wXsx.串聯電導(Gs)＝1/Rsxi.不是串聯模式，阻抗也可以被建模為電抗(Xp)和電阻(Rp)的並聯組合，這為本領域的技術人員所理解。
xii.可以如下從串聯電抗和電阻計算並聯電容器(Cp)Cp＝-Xs/[w(Rs2+Xs2)]xiii.可以如下計算並聯電阻(Rp)Rp＝-Xs/wCp Rsxiv.可以如下計算並聯電抗(Xp)Xp＝-1/wCxv.並聯電導(Gp)＝1/Rp。
在固化系統20的各實施例中，任何時間系列的數據對(Z和Φ)、(Rp和Xp)、(Gp和Cp)、(Xs和Rs)或(Gs和Cs)可以用於表示結果固化數據(也稱為阻抗數據流)。
在本公開內容中，不管使用的電路模型(例如上面描述的串聯模型或並聯模型)的類型，都一般地進行對電容(C)、電導(G)、電抗(X)或電阻(R)的引用。由固化系統20執行的阻抗分析相同而與使用哪個電路模型無關。即，對C、G、R和X的一般引用等同地應用於並聯或串聯數據。
另外，也值得注意的是，固化系統20的部件固化監視、控制和調整能力一般不需要傳感器測量單元60是非橋接電路。具體地，在圖6、7和8中公開並且在下文中描述的固化系統20不需要這樣的非橋接電路。相反，傳感器測量單元60可以是惠斯登電橋或基本上功能等效物。用於固化可模塑化合物16的工藝圖6、7和8的流程圖說明為了固化部件而執行的高級步驟，其中有多個傳感器17分布在模具18的體內，用於確定在模具內成型的部件的各部分的固化速率。圖6和7是流程圖，用於確定例如準備用於在生產期間固化部件的初始固化值。特別地，圖6和7可以被看作這樣的技術，其用於對於給定的模具和要提供到模具的可模塑化合物16的類型而校準部件固化工藝。在步驟1002中，用戶與固化設置子系統104交互(圖1)，以輸入待由固化設備45生產的部件的類型。該輸入可以包括(i)待提供在模具18中的可模塑化合物16的標識，(ii)部件配置的標識(例如待使用的模具18的標識、模具內傳感器17的位置、待生產的部件的部件號的標識、和/或待生產的部件的描述如部件尺寸和/或形狀)。在一個實施例中，該輸入可以包括電子計算機輔助設計文件，其提供待固化的部件和/或模具腔24的三維數據模型。注意當提供了這樣的三維數據模型時，有可能對可模塑化合物如何流到模具18中執行可模塑化合物流動分析。在步驟1004中，(如果步驟1002中沒有提供)確定多個位置，這些位置用於在模具18內提供傳感器17(或其他電容檢測器)，使得該傳感器可以在部件固化期間產生阻抗數據流。該位置一般被提供在模具腔24內的多個基本上不同區域處。例如，該傳感器17可以放置在模具18中，使得它們(a)分隔開處於或鄰近於模具腔24的末端(例如至少間隔開部件最大尺寸的2/3)，(b)放置在模具腔24中的位置處，用於獲得具有基本上不同厚度(例如電容器68電介質厚度相差大約25％或更多)的部件區域的阻抗數據，(c)放置為鄰近於模具腔24中的顯著彎曲處(例如大於30度的彎曲處)，(d)放置在離可模塑化合物16被初始地引入(例如放置或進入)到模具腔24中之處相對遠的模具腔24位置(例如，傳感器17被放置於在固化期間可模塑化合物從其被引入到模具腔中之處必須流動的最大距離的至少2/3的距離處)，和/或(e)放置在或鄰近於其中模具腔24對於可模塑化合物16的流動是瓶頸的位置處。在步驟1008中，可模塑化合物16的多個樣本在用於成型測試部件的模具18中被固化，其中該樣本以用於建立不同固化環境的各固化參數被固化。然後，評估測試部件以確定部件質量以及部件缺陷(若有的話)的類型和程度。固化參數的變化可以如下(a)模具18噸位的變化；該變化可以在用於在模具18中正確成型和固化部件的預期典型噸位的±5％範圍內。
(b)模具18固化溫度的變化；該變化可以在用於在模具18中正確成型和固化部件的預期典型溫度的±10％範圍內。但是注意，固化設備45可以允許模具腔24的不同部分具有不同的溫度。因此，該樣本可以以不同的溫度在模具腔24的不同部分中固化。注意不需要考慮溫度組合的所有理論組合，因為典型地模具操作者和本領域其他技術人員將有足夠的專業知識來識別待測試的相對小量的固化溫度變化。例如，在模具腔24在特定方向上相對薄或窄的地方(例如，在特定方向上小於最大模具腔24尺寸的20％)，可以在特定的預定固化溫度的-15％到此溫度的+10％的範圍內測試固化溫度。可替換地，對於模具腔24的相對厚或寬部分，可以在特定的預定固化溫度的-5％到此溫度的+15％的範圍內測試固化溫度。另外，當可模塑化合物16需要沿相對延長的流徑流動以完全成型部件時，可以在特定的預定固化溫度的-5％到此溫度的+15％的範圍內測試沿一個或多個這樣的流徑的中間溫度。
(c)模具18中固化時間的變化；例如，該變化可以在用於在模具18中正確成型和固化部件的預期典型時間的±10％的範圍內。
(d)施加噸位到模具18的速率的變化；例如該變化可以在用於在模具18中正確成型和固化部件的預期典型噸位施加速率的±10％的範圍內。
注意預期固化時間可以通過很多技術來確定，包括使用下列中的一個或組合(i)固化操作者專業知識，(ii)從類似部件的固化捕獲的固化數據(例如從相同或類似的可模塑化合物16、在類似形狀和尺寸的模具腔24中固化的、以及使用相同的固化設備45組件例如噸壓器、溫度傳感器和調節器等固化的部件)，(iii)固化工藝的計算模擬，(iv)「智能」系統如專家系統，具有編碼在其中的啟發式規則，其中該規則表示固化專家領域知識，和/或(v)試錯法。另外，注意如果例如明顯地固化設備45正在與以往經驗顯著不同地固化部件(例如，一個或多個固化設備組件可能已經被更換，從而導致固化設備表現得與以前的部件生產運作不同)，在步驟1008期間可以調整或改變該預期固化時間。
除固化環境的變化之外，還可以測試可模塑化合物16的變化。例如，可以測試來自不同批次的樣本(如這裡使用的那樣，術語「批次」表示一定數量的、從其生產部件的可模塑化合物16，其中批次被假定為在可模塑化合物的組成上基本上均一)。特別地，可以測試不同供給者的、在不同的時間生產或使用不同的設施生產的樣本。另外，可測試來自具有已知或未知的組成變化的批次的樣本。
因此，為了執行步驟1008，可以確定環境和可模塑化合物16變化(「批次」)的可能組合的矩陣，並且從該矩陣中可以選擇特定組合以用於此步驟中的測試。在一個實施例中，選擇處理可以通過以下方式而自動化(i)固化工藝的計算模擬、和/或(ii)「智能」系統如專家系統，具有編碼在其中的啟發式規則，其中該規則表示固化專家領域知識。
對於步驟1008中測試的每個樣本，從模具18中的多個傳感器17獲得阻抗數據流，並且存儲該數據流以便用於下文中描述的隨後分析。
在步驟1010中，對於步驟1008中測試的可模塑化合物16的每個批次，在統計上分析所收集的阻抗數據流，以確定一個或多個阻抗數據流特性(例如，固化循環的特定部分處的對應工藝曲線的斜率值，或識別何時達到局部最大值或局部最小值，等)，該特性(i)與正確成型和固化的部件的特徵有效地關聯，和/或(ii)與不良成型或有缺陷的部件的非期望特徵有效地關聯。具體地，可以在該分析中執行下列步驟(a)在部件固化工藝期間的一個或多個時間(例如，在模具18被打開時)處的工藝曲線的一個或多個阻抗數據流特性(例如斜率)，(b)如果可以以數值方式測量期望部件特徵(例如抗張強度)，則確定以下兩者之間的統計關聯(例如線性回歸)(1)該阻抗工藝曲線特性，例如，在部件固化工藝期間的一個或多個時間處的斜率，其中該時間例如為緊鄰在打開模具18之前的時間，或者第一斜率值範圍和第二斜率值範圍之間的轉變處的時間，以及(2)結果部件的部件特徵的測量。
(c)假定這樣的關聯在統計上是顯著的(例如R2＞0.6)，則該阻抗工藝曲線特性可以用於確定在隨後生產的部件(例如附加的測試部件)中是否獲得期望特徵。
例如，如果該期望部件特徵之一具有與此部件相關的通過/不通過準則，並且如果該工藝曲線的一個或多個特性(斜率值)可以編入具有指示部件通過的第一(斜率)範圍的第一組以及具有指示部件不通過的第二(斜率)範圍的第二組，則可以貫穿部件固化循環的至少一部分監視工藝曲線的特性(斜率值)，以確定何時(或是否)每個傳感器17的工藝曲線斜率從不通過的第二(斜率)範圍轉變到通過的第一(斜率)範圍。例如，假定僅需的部件特徵是基本上無孔隙的完整成型的部件，並且在預定的最大分配的部件固化時間內，當來自所有傳感器17的工藝曲線斜率從預定不通過範圍轉變到預定通過範圍時發生對於此期望特徵的適當顯著的統計關聯(線性的或其他方式)。因此，當該最大分配的時間通過(由此，結果部件可以被識別為有缺陷)，或者來自所有傳感器的阻抗數據流具有第一範圍內的斜率(由此，結果部件可以被識別為符合要求)時，固化控制器43可以對固化設備45輸出信號(通過線28，圖1)以打開模具18。
現在返回到圖6的步驟，並且特別是返回到步驟1014，一旦確定了該關聯，則這些關聯可以用於導出操作和/或條件(例如，體現在程序代理如後臺程序(daemon)、和/或可執行表達式中)，其又可以在生產部件運作之前和期間被訪問以監視和控制固化工藝。特別地，該程序代理和/或可執行條件可以是(i)用於將固化參數設置為用於待生產部件類型(例如對於要使用的可模塑化合物16，以及對於結果固化部件中的期望特徵)的典型或「正常」值；(ii)用於在部件處於其模具18中時評估部件成型和固化，以及調整固化參數(當檢測到阻抗數據流的非期望特性時)，使得部件更可能無缺陷；以及(iii)用於確定部件固化終止。
如下文所述，可以訪問該條件和/或操作(例如它們的所存儲的程序代理和/或條件)以監視和/或影響隨後的部件固化工藝。另外，該程序代理和/或條件可以是封閉形式的方程式(例如線性回歸方程式)、迭代過程、或如可以在專家系統規則庫中實例化的「IF THEN」規則。本領域的技術人員將會理解，在一些實施例中，該代理可以被實施為後臺程序。
圖7示出步驟1014的實施例的更詳細描述。在此圖的步驟1104中，如同在圖6的步驟1008一樣，確定標識具有被測試的樣本的第一批次的信息(該信息這裡表示為「B」)。然後在步驟1108中，確定標識來自批次B的被測試的第一樣本的信息(該樣本標識信息這裡表示為「S」)。在步驟1112中，確定是否樣本S成型和固化成適當質量的部件。如果是，則(步驟1116)確定與在其模具18中的樣本S的終止相關的至少一個模具內固化條件。注意，適當固化的部件的典型固化終止條件是對於每個傳感器17的工藝曲線在接近於部件固化循環的末端的基本上零斜率(例如在-0.1到+0.1的範圍內)的延長部分，例如該延長部分持續至少預期固化時間的大約5％到10％。隨後，在步驟1120中，確定是否要檢查來自批次B的另一樣本。如果測試另一該樣本，則再次執行步驟1108以獲得(作為S)標識批次B的下一樣本的信息。
相反，如果在步驟1112的執行中確定樣本未產生適當質量的部件，則在步驟1124中確定在多個傳感器17的阻抗數據流的特性和部件的至少一個缺陷之間是否存在關聯。有各種可以用於執行此確定的技術。在一個技術中，由固化領域的技術人員手動地檢查結果樣本部件和對應的多個阻抗數據流(或它們的對應工藝曲線)以識別這樣的關聯。特別地，兩個或更多傳感器17的組的阻抗相關特性可以變化得足以手動識別它。在另一技術中，可以由固化設置子系統104在統計上識別部件缺陷的檢測及其與工藝曲線之間的變化的關聯。例如，每個測試部件可以被評估和識別為下列中的一個或多個(i)無缺陷部件，(ii)具有空隙的有缺陷部件，(iii)有缺陷的有孔隙部件，(iv)欠固化的部件，(v)過固化的部件，(vi)非良好成型的部件，和/或(vii)由於不具有期望特性導致的有缺陷部件，例如期望範圍是下列之一抗張強度、抗壓強度、動態硬度、尺寸一致性。隨後，對於識別(ii)到(vii)中的每個識別，可以評估具有該識別的每個測試部件的工藝曲線，以確定在被識別為無缺陷的部件中不存在的異常特性。特別地，對於每個識別的缺陷類型，以及對於具有此缺陷類型的每個測試部件，可以對該部件確定工藝曲線(來自不同的傳感器17)之間的差異或變化(該特性稱為「部件內差異特性」)。例如，該部件內差異特性可以是下列中的一個或多個(1)固化工藝中特定時間範圍(例如固化時間的最後三分之一)內的工藝曲線斜率的差異，(2)工藝曲線最大和/或最小值之差，以及(3)對應的工藝曲線特性的固化時間值之差(例如，在不同傳感器17的工藝曲線之間的最大和/或最小值之差等)。隨後，對於每個部件缺陷類型，該部件內差異特性中的一個或組合可以充分地與部件缺陷類型關聯，使得部件內差異特性可以用於(i)在部件生產運作之前改變部件固化環境，從而減少生產期間的部件缺陷類型，和/或(ii)在發生部件內差異特性的部件固化期間改變固化參數(例如縮短或延長用於固化部件的模具內時間)。對應或關聯於部件缺陷的不同傳感器17的阻抗數據流(或它們的工藝曲線)之間的該變化的示例在下面的表格A中示出。
表格A


在用於確定(在步驟1124中)在多個傳感器17的阻抗數據流的特性與部件中的至少一個缺陷之間是否存在關聯的另一實施例中，部件內差異特性可以與先前從不同的樣本測試(和/或部件生產運作)收集中獲得的部件內差異特性相比較，其中，所得到的樣本部件由相似的可模塑化合物16模製，且這樣的所得到的部件在形狀和大小上相似。特別地，這裡公開的固化方法和系統的實施例可以隨時間收集大儲量的阻抗流數據和/或部件內差異特性。例如，對於先前生產(例如通過先前的樣本測試和/或部件生產運作)的多個不同類型的部件中的每個，可以將每個所生產部件的部件內差異特性和/或阻抗數據流的收集與如下相關聯的信息一起存檔(i)部件類型特徵(例如所使用的可模塑化合物16，可能包括化合物組成的一致性或變化、部件形狀、部件尺寸變化、最大和最小部件範圍、以及部件大小和/或體積的其他指示)，(ii)用於獲得阻抗數據流的多個傳感器17的數目和相對位置(例如不包括另一傳感器的任何傳感器周圍的最大距離，任何兩個傳感器之間的最大距離，和/或傳感器是否適當地位於模具內以有效地評估部件固化條件的指示)，(iii)用於固化部件的固化參數(例如，每個傳感器處的固化參數，在部件固化期間施加的噸位，所施加的噸位速率，模具內固化時間，所使用的固化設備45，模具18熱傳遞速率等)，以及(iv)所得到的部件特徵(例如，檢測得的部件缺陷、部件強度特性、部件彈性體特性、部件的熱導等)。
因此，統計的和智能的處理可用來將待生產的新部件的特徵與具有相似特徵的、先前生產的部件作比較，以便不僅識別可能與各種潛在的部件缺陷相關聯的可能的阻抗數據流特性，還向將傳感器17適當地定位於模具18內提供幫助。
在用於確定(在步驟1124中)阻抗數據流的部件內差異特性與部件中的至少一個缺陷之間是否存在關聯的另一技術中，可以執行計算模擬或模型來確定阻抗數據流的模擬版本和對應的部件內差異特性是否會有可能與從樣本S中實際獲得的部件缺陷相關聯。
如果在步驟1124中確定了與至少一個部件缺陷存在足夠的預示關聯(例如至少大約R2＞0.6)，則在步驟1128中，確定將減少產生此缺陷的可能性的一個或多個固化工藝調整。這樣的操作可由固化領域的技術人員通過統計分析和/或通過對特定操作怎樣有可能影響部件成型和固化工藝進行模擬或建模來確定。隨後，在步驟1132中，所確定的調整的編碼與樣本S的阻抗數據流相關聯並被存儲。注意還與其相關聯並與其一起存儲的是可模塑化合物16的標識以及可模塑化合物16的批次標識。當然，如果在下列項之間存在附加的這樣的關聯(i)一個或多個附加的部件內差異特性，和(ii)部件中的某缺陷，則可重複步驟1124到1132直到不再檢測到這樣的關聯。
無論步驟1124的結果如何，都要執行步驟1136，其中確定是否存在單個傳感器17(下文中稱為「被標識的傳感器」)，其阻抗數據流具有有效地關聯於在部件中產生缺陷的可能性的至少一個特性，其中此關聯基本上只局限於來自此單個傳感器的輸出(即在此檢測到的關聯不會已在步驟1124中檢測到)。如果在步驟1136中識別了關聯，則(在步驟1140中)確定意圖減小缺陷發生可能性的一個或多個固化工藝調整，其中這樣的調整優選地基本上只影響靠近被標識的傳感器17的固化部件的有限範圍(例如，這樣的影響優選地局限於基本上不改變任何其他傳感器17處的固化參數的部件範圍)。這樣的有限影響的示例是只在包括被標識的傳感器17的區域中改變模具腔24溫度。這樣的有限影響的另一示例可發生在下面的情形中可模塑化合物16被注入到被標識的傳感器17附近的模具18中，被標識的傳感器17提供異常阻抗數據；即，可提供處於或靠近被標識的傳感器17的注入壓力的增大。
隨後，在步驟1144中，在步驟1040中確定的調整的編碼關聯於來自樣本S的阻抗數據流並被存儲。注意還與其相關聯並與其一起存儲的是可模塑化合物16的標識以及可模塑化合物16的批次標識。當然，如果在下列項之間存在附加的這樣的關聯(對於樣本S)(i)來自另一個被標識的傳感器17的阻抗數據流，和(ii)該部件中的缺陷，則可重複步驟1136到1144直到不再檢測到這樣的關聯。
緊接步驟1144，遇到步驟1120，其用於確定是否存在待分析的來自當前批次B的另一樣本。此步驟的肯定結果將引起步驟1108被再次執行。然而，如果不存在來自批次B的更多樣本，則在步驟1148中確定以下項(i)待用於開始從可模塑化合物16固化部件的一組初始固化參數，該可模塑化合物16具有相似於(或相同於)來自批次B的樣本的阻抗特性；(ii)至少一個部件固化終止程序代理和/或條件(例如這樣的代理或條件可以是「在340度固化4分鐘之後，打開模具18」)；以及(iii)一組一個或多個程序代理和/或條件，其用於校正從模具18中的部件固化中獲得的異常阻抗測量(例如，延長或縮短模具內固化時間)。
步驟1148可被看作這樣的步驟將從步驟1128和1140獲得的結果相組合或綜合，使得這樣的調整和固化終止準則基於來自批次B的多個樣本。然而，注意在可替換實施例中，步驟1128和1140可以僅識別異常阻抗值(或工藝曲線特性)，而不確定固化參數調整。在此較後的實施例中，步驟1148例如通過以下步驟來確定固化參數設置首先對每個異常阻抗數據流特性進行分類，其中每個類標識單個異常固化條件，然後(i)針對每個這樣的類確定一組一個或多個複合工藝曲線，然後(ii)確定初始固化參數，以及一個或多個程序代理和/或條件(例如預定的固化溫度變化或預定的固化時間變化)，以便使用複合工藝曲線來終止或調整部件固化。注意下面是程序代理和/或條件的代表性示例，其可由固化分析子系統26來確定並隨後使用以評估來自多個傳感器17的阻抗數據流(或工藝曲線)
(a)針對工藝曲線中的一個或多個預定段中的每個，確定最大阻抗值；(b)針對工藝曲線中的一個或多個預定段中的每個段，確定最大阻抗值的時間；(c)針對工藝曲線中的一個或多個預定段中的每個段，確定最小阻抗值；(d)針對工藝曲線中的一個或多個預定段中的每個段，確定最小阻抗值的時間；以及(e)針對工藝曲線中的一個或多個預定段中的每個段，確定段阻抗值與時間的關係的圖下的積分面積。
然而，注意也可考慮其他阻抗相關測量，以用於這裡公開的固化方法和系統的各個實施例，諸如(1)由各種求導條件所識別的一個或多個工藝曲線點(例如拐點等)的固化時間和/或阻抗值，(2)對阻抗數據流的段的多項式擬合的一個或多個係數，(3)工藝曲線段的圖下的區域的質心(或其坐標)，和/或(4)對阻抗數據流段的工藝曲線擬合的高階導數的一個或多個係數。另外，在這裡公開的固化系統和方法的範圍內，還包括不容易在幾何上描述的程序代理和/或條件，諸如由人工神經網絡、模糊邏輯系統或基於啟發式的評估器輸出的預計固化時間。
隨後，在步驟1152中，確定是否存在這樣的另一個批次，其中的樣本被測試，並且其中針對與部件缺陷的關聯而檢查了這些樣本的對應阻抗數據流(或工藝曲線)。如果存在另外的這樣的批次，則再次執行步驟1104和隨後的步驟。然而，如果不存在這樣的另外的批次，則圖7的流程圖結束。
注意在執行圖7的步驟時，如果樣本可模塑化合物16不由批次來區分，則所有樣本可被認為是來自單個批次。因而，單次執行步驟1148的結果是將用於由固化設備45製造的每個部件以及可模塑化合物16的固化參數的複合收集。
對於這裡公開的可模塑化合物16，下面的表格示出了各種阻抗數據流(或工藝曲線)特性的代表性示例，這些特性可被確定為指示和/或關聯於特定的部件特徵，並且當這樣的特性指示操作(例如，該部件或正被成型的有缺陷部件的固化的終止)時，最右邊的列指示應執行什麼操作，以便(i)調整並繼續當前部件的固化，(ii)終止當前部件的固化，和/或(iii)識別對隨後部件的初始固化參數進行的調整。
表格B







在下面示例節中提供的示例中，說明了表B中的至少一些對應關係的示例。
如上所述，圖6和7的步驟可通過固化設置子系統104(圖1)與一個或多個固化操作者(或其他固化專家)之間的協作交互來執行。在生產運作期間固化部件圖8是當固化部件時，特別是在部件的大量生產期間，由固化系統20執行的步驟的一個實施例的流程圖。典型地在執行了圖6和7的流程圖之後執行本圖的步驟。因而，假設固化控制資料庫27已被適當地填充了指示初始固化參數設置、固化調整和固化終止條件的數據。在步驟1204中(如果必要)，固化操作者與操作者接口32(圖1)交互，以便向控制系統39(並且具體地，向固化控制器43)輸入待從固化設備45中生產的部件的類型。這樣的輸入可包括(i)待提供到模具18中的可模塑化合物16的標識，(ii)部件配置的標識(例如，待使用的模具18的標識，該模具內傳感器17的位置，待生產部件的部件號的標識，和/或待生產部件的描述，如部件尺寸和/或形狀)。在一個實施例中，這樣的輸入的形式可以是提供待固化的部件和/或模具腔24的三維數據模型的電子計算機輔助設計文件。在步驟1208中，確定固化參數是否可以根據可模塑化合物批次標識來設定。如果否，則在步驟1212中，初始固化參數被設定為如參考圖7中的步驟1148在上文討論的複合設置。可替換地，如果初始固化參數可以根據批次來設定，則在步驟1216中，對批次(B)進行選擇，其中批次(B)的樣本測試(例如，按照圖6和7)具有或很可能具有最相似於待從中生產部件的當前批次的阻抗數據流特性的阻抗數據流特性。注意步驟1216的執行可通過固化(在固化設備45中)來自當前批次的小量部件，並將所得出的阻抗工藝曲線與存儲在固化控制資料庫27中的對應的工藝曲線(針對可模塑化合物的各個先前測試批次)相比較，以便確定最接近的匹配。另外地或可替換地，這樣的匹配可通過將當前批次的組成與先前測試批次的組成相比較來執行。因而，一旦選擇了批次B，則在步驟1220中，用於批次B的初始固化參數被設定為用於當前批次的初始固化參數。然而，值得注意的是，從多個先前測試批次的初始固化參數對這樣的初始固化參數進行插值(或以其他方式組合)，這也在本固化方法和系統的範圍內。例如，當先前測試的批次B1和B2都表現出可能是選擇的候選時，來自這兩個批次的初始固化參數值可通過例如獲得來自批次B1和B2的對應初始固化參數值的平均值、中值或加權和(其中權重可依照所察覺的這些批次中的每個與當前批次的接近度)來組合。
無論判定步驟1208的結果如何，都執行步驟1224，其中由固化控制器43接收指示部件正在由固化設備45固化的信號。隨後，在步驟1228中，傳感器測量單元60(例如每個傳感器17一個)開始將來自多個傳感器17中的每個的至少一個阻抗數據流的初始阻抗數據流部分提供給計算機34(圖1)。更具體地，每個傳感器17將阻抗信號提供給其對應的傳感器測量單元60，傳感器測量單元60又將對應的阻抗信號提供給數據採集卡35，數據採集卡35將其對應的輸出提供給解調組件42，解調組件42又將對應的所得到的阻抗數據流輸出到固化數據捕獲資料庫23，另外，解調組件42向固化控制器43通知存在待評估的阻抗數據流(或更精確地，其部分)。隨後，固化控制器43向固化分析子系統26通知存在待評估的阻抗數據流(其部分)。然後，固化分析子系統26從固化數據捕獲資料庫23中檢索阻抗數據流，對每個阻抗數據流(其部分)執行數據平滑操作，以獲得用於對應工藝曲線的數據。隨後，固化分析子系統23評估用於確定部件固化工藝的狀態的工藝曲線數據。固化分析子系統26可以使用如前面在表格A和B中標識的多個程序代理和/或各種可執行條件來評估這樣的工藝曲線，以便確定何時固化部件(1)適當地成型和固化，(2)良好成型並完全固化，以及(3)檢測未指示良好成型、正確固化的部件的工藝曲線數據。因此，固化分析子系統26將最終向固化控制器43發布通知(i)被固化的部件預期將良好成型並正確固化，或可替換地，(ii)已檢測出工藝曲線中的至少一個異常，其可能指示部件不正確地成型和/或固化。
因而，在步驟1232中，一旦從固化分析子系統26接收到這樣的狀態通知，固化控制器43就確定該通知是指示已生產了良好成型且正確固化的部件，還是指示部件不正確地成型和/或不正確地固化。因此，如果確定了部件正確地成型並固化，則在步驟1236中，固化控制器43輸出用於指令固化設備45打開模具18並釋放其中的部件的命令或指令(通過線28)。隨後，在步驟1240中，固化控制器43等待指示新部件正在模具18中被固化、或指示當前沒有更多的部件待固化的輸入(通過線29)。因此，一旦接收到這樣的輸入，固化控制器43就確定(步驟1244)是停止計算機34內的固化工藝(即執行步驟1248)，還是由於在線29上接收到指示另一部件待固化的輸入而繼續固化工藝。注意在這兩個替選方案的後一個中，步驟1208和隨後的步驟被再次執行。
可替換地，如果在步驟1232中，確定了部件可能不正確地成型和/或固化，則在步驟1252中，固化控制器43通過操作者接口32向固化操作者警告當前部件可能有缺陷。隨後，在步驟1256中，固化控制器43確定是否可識別至少一個操作，以便減少從多個傳感器17接收的阻抗數據中的所檢測到的異常。注意由固化控制器43進行的這樣的確定可使用來自固化分析子系統26的輸入來進行。特別地，連同來自固化分析子系統26的、指示當前部件可能不正確地成型和/或固化的通知，該固化分析子系統還可提供一個或多個校正調整的標識以執行對當前部件的固化。上面的表格B提供了可執行的一些校正調整的代表性示例。如果固化分析子系統26提供一個或多個這樣的校正調整的標識，則在步驟1260中，固化控制器43選擇(或更一般地，識別)一個或多個對應的命令或指令以發送到固化設備45(通過線28和至少一個輸入裝置37)以便執行校正調整。注意在至少一些實施例中，固化控制器43可選擇用於由固化分析子系統26識別的所有這樣的調整的命令或指令。然而，在固化系統20的實施例的範圍內的是，固化分析子系統26可提供這樣的校正調整的排序，使得固化控制器43可以特定的順序發布這樣的命令或指令。隨後，在步驟1264中，固化設備45執行所接收的用於調整固化參數(例如對固化時間的調整)的命令或指令，然後再次遇到步驟1128。
在固化系統20的至少一些實施例中，固化分析子系統26可具有可執行的多個可能的校正調整替選方案。此外，指示不正確的部件成型和/或固化的阻抗數據可被局部化到處於或靠近一個或多個(但非全部)傳感器17的特定範圍。例如，對於安裝在模具18中的三個傳感器17，如果所有三個傳感器17指示部件處於其固化循環的最後三分之一內，且該傳感器中特定的一個顯示出其工藝曲線有波動，則此條件可以是在該特定傳感器處或其附近處陷入在部件中的氣體副產品的指示，這可能最終導致靠近該特定傳感器的部件部分中的孔隙。因而，為了選擇這樣的校正調整替選方案(或對其排序)，固化分析子系統26可優先選擇對固化部件整體影響最小的替選方案。在至少某些固化環境中，這意味著優先選擇基本上僅僅在輸出異常阻抗數據的一個或多個傳感器的附近處影響部件的校正調整。例如，在識別了局部化的部件異常(即陷入的氣體副產品)的上述示例中，與其他替選方案相比，可優先選擇下面對應的局部化校正調整(i)通過清潔真空埠中的任何阻塞物來局部地減少氣體副產品，或(ii)(對於隨後的部件生產)在該特定傳感器附近產生附加的真空埠。具體地，與如下更寬範圍的部件校正調整相比，可優先選擇上面這些替選方案通過對整個模具18通風來全局地減少氣體副產品以校正當前部件，或者(對於隨後的部件生產)在固化循環的開始附近對整個模具通風，這將增加部件固化循環時間。
示例和實例研究圖9示出了典型的SMC(聚酯、苯乙烯單體)阻抗數據流，其中時間以秒在x軸上示出，而相對電導在y軸上示出。還示出的是發生(或預期發生)固化事件的各個點。圖9示出了用於由作為可模塑化合物16的SMC製成的部件的固化的阻抗數據流值的數據點(和對應的平滑工藝曲線1404)。具體地，x軸表示預期固化部件而不使用固化系統20的時間的百分數。注意隨著(i)模壓器關閉模具18，(ii)SMC與從中獲得阻抗數據流的傳感器17發生接觸，並且(iii)此傳感器與對應的接地電容器極板64電氣耦合，工藝曲線在初始時上升。隨著可模塑化合物16開始軟化，由此該可模塑化合物中的離子和分子實體更加能夠在傳感器的電場內移動，工藝曲線1404繼續上升。隨著可模塑化合物16達到凝固點(即最高交聯速率的時間)，工藝曲線1404出現「峰」(大約在點1408)。在峰1408之後，隨著聚酯和苯乙烯反應並且交聯限制了離子和分子實體在傳感器的電場內的移動，阻抗值迅速下降。然後，隨著剩餘的苯乙烯—苯乙烯反應發生，工藝曲線1404「收尾」於平坦線條件(大約在點1412)。因而，假設固化分析子系統26相對迅速地識別出這樣的平坦線條件，並且檢測到多個傳感器17中的每個的對應工藝曲線基本上同時進入這樣的平坦線條件，則可通過使用固化系統20來節省大約20％的固化時間。為了執行工藝曲線1404的此分析，固化分析子系統26可首先識別每個工藝曲線的峰1408。一旦識別了這個點，固化分析子系統26然後就重複地計算每個工藝曲線1404的連續部分的斜率，直到針對每個工藝曲線確定了接近零的一系列斜率值(這樣的斜率指示已檢測到向平坦線條件的轉變)。注意可通過評估或觀察一個或多個所得到的部件特徵而按照經驗確定用以結束特定部件的固化的適當斜率(或斜率的順序集合)。例如，部件後烘烤(post-bake)之前或之後的起泡常用於SMC部件以識別足夠固化的點，這將為本領域的技術人員所理解。
圖10示出了用於由SMC製造的輕型卡車的儀錶板的典型阻抗數據流(及其對應的工藝曲線1504)的圖，其中x軸時間被表示為使用固化系統20之前的固化速率的百分數。圖10中的阻抗數據流圖與圖9中的阻抗數據流圖略微不同，這是因為在部件預期固化時間的路途的大約30％處(即被圖示為開始於點1508)，模具18上的壓力鉗壓力發生改變。配置固化系統20，使得固化分析子系統26識別出工藝曲線1504斜率中這樣的平坦線化，而不管開始於點1508的阻抗值的增大。通過分析樣本測試部件(例如，根據圖6中的步驟)，通過識別開始發生起泡的時間來按照經驗確定用以結束部件固化的適當斜率。使用此適當的斜率設置的程序代理被提供給固化分析子系統26，以用來確定比先前使用的更早的部件固化終止。固化分析子系統26使用一般在1512的工藝曲線點來打開模壓器。通過多於兩個月的基本上連續的操作，以此方式配置的固化系統20的實施例平均減少了18％的部件固化時間。
圖11示出了用於固化汽車車身鑲板的模具腔24的一部分，其中三個傳感器17(即傳感器17a、17b和17c)被示出在模具腔的側壁內。還示出了其中在模具腔24中提供多層SMC(作為可模塑化合物16)以便固化成汽車車身鑲板部件的裝料(charge)格局的位置。用於此部件的正常固化溫度(在使用這裡公開的固化方法和系統之前)公知為對於模具的下部分1604(即大約在虛線以下的區域)為300華氏度，而對於模具的上部分1608(即大約在虛線以上的區域)為310華氏度。正常固化時間(在使用這裡公開的固化方法和系統之前)為每個部件105秒。為了確定由模具腔28溫度變化造成的、對來自傳感器17a-17c的阻抗數據流的影響，有意地將溫度從正常300華氏度改變±15華氏度。在285到315華氏度範圍內的多個溫度下，針對多次部件固化收集阻抗數據流。下面的圖12示出了從正常溫度(300華氏度)、285華氏度和315華氏度的固化得到的阻抗數據流的典型圖。隨後的測試部件評估示出了在大約65秒處達到了額定條件下的足夠固化。另外，圖12示出了阻抗數據流隨著固化溫度的降低而右移。此偏移反映了如所預期的那樣當溫度降低時較慢的熔化和反應速率。然而，對於每個溫度，當部件(或其部分)被適當地固化時，對應工藝曲線的斜率接近零。因而，通過將此信息合併到可由固化分析子系統26訪問的程序代理和/或條件中，固化系統20的實施例能夠將平均部件固化時間減少到64秒。
圖13示出了在使用固化系統20來監視和調整部件固化之前，圖11所示的三個傳感器17a、17b和17c的典型阻抗數據流(及其對應的工藝曲線)的圖，其中SMC裝料布置如圖11所示。注意部件的不同部分在基本上不同的時間處完全固化，該不同的時間如由每個工藝曲線達到接近零的工藝曲線斜率的不同時間所指示。事實上，測試指示了可模塑化合物16(SMC)在傳感器17c附近更迅速地固化。因而，在執行圖6中的步驟期間，執行了附加的步驟試圖提供將使部件的不同部分的固化速率彼此更接近的初始固化條件。具體地，圖11中的裝料被重新布置，使得這些裝料中的至少一些更靠近傳感器17c(即更靠近了大約6英寸)。圖14示出了在模具腔28中重定位SMC料之後典型的阻抗數據流(及其對應的工藝曲線)的圖。此外，在圖14中還可以看到，對於這三個傳感器，凝固點彼此更靠近。
儘管詳細描述了本發明的各個實施例，但對於本領域的技術人員明顯的是，可對這些實施例進行修改和改編。然而，應當清楚地理解，修改和改編在如所附權利要求所闡明的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種用於固化部件的多個實例的方法，包括在用於固化所述部件實例的模具中提供多個傳感器，其中每個傳感器用於生成與在所述模具內固化的所述部件實例中的當前部件實例內的阻抗相關的信號；對於每個傳感器，當所述當前部件實例正在固化時，接收用於測量由所述傳感器生成的所述信號的阻抗測量的對應時間系列；對於所述傳感器中的第一個，確定從所述阻抗測量的對應時間系列獲得的至少第一阻抗相關數據；對於所述傳感器中的第二個，確定來自所述阻抗測量的對應時間系列的第二阻抗相關數據；識別下列之間的關聯(a)所述第一和第二阻抗相關數據之間的關係，與(b)指示所述當前部件實例的至少一個特性的狀態信息；當所述狀態信息指示所述當前部件實例中的缺陷時，獲得固化數據，其指示針對所述當前部件實例或所述部件實例中的隨後部件實例之一的至少一個校正操作；以及將從所述固化數據中獲得的至少一個指令傳送到用於在所述模具中固化所述部件實例的固化設備組件，所述傳送導致所述固化設備組件按照所述校正操作改變固化條件。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一傳感器為所述部件實例的第一部分提供第一阻抗數據，並且所述第二傳感器為所述部件實例的第二部分提供第二阻抗數據，其中(a)所述第一部分和所述第二部分在厚度上相差大約25％或更大；(b)所述第一和第二傳感器中的至少一個相鄰於所述部件實例中的彎曲處，(c)所述第一和第二傳感器間隔開每個部件實例的最大尺寸的至少三分之二，以及(d)所述第一和第二傳感器間隔開可模塑化合物在固化期間從其被引入到所述模具中之處必須流動的最大距離的至少三分之二。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二傳感器中的至少一個包括彼此絕緣的兩個電極。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二傳感器的所述阻抗測量的對應時間系列使用至少一個非橋接電路來確定。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二傳感器的所述阻抗測量的對應時間系列使用至少一個橋接電路來確定。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述阻抗測量包括下列之一(i)阻抗(Z)，其是對交流電路中的電流的總反抗的量度，(ii)相位角，(iii)電阻，(iv)電抗，(v)電導，和(vi)電容。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述部件實例由下列之一固化(a)聚合可模塑化合物，(b)苯乙烯單體化合物，(c)酚醛材料，和(d)熱固性塑料。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述第一阻抗相關數據包括下列之一(a)所述第一傳感器的所述阻抗測量的時間系列中具有基本上為零的斜率的部分的標識，(b)與所述第一傳感器的所述阻抗測量的時間系列的值是否從基本上處於開始固化所述當前部件實例時的值增大至少10％相關的信息，以及(c)與所述阻抗測量的時間系列的值是否產生所述阻抗測量的時間系列的最大變化的至少5％的多個波動相關的信息。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述第二阻抗相關數據包含從所述第一阻抗相關數據的變化，所述變化與所述當前部件實例中的缺陷相關聯。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述關聯的確定根據所述缺陷的標識與至少一個部件類型的多個先前固化的實例中的每個的多個阻抗測量時間系列之間的預定相關。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述狀態信息包括作為下列之一的所述至少一個特性的標識(i)下列之一的期望範圍抗張強度、抗壓強度、動態硬度和尺寸一致性，以及(ii)一個或多個欠固化條件的指示。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述缺陷將所述當前部件實例標識為下列之一(i)具有空隙的有缺陷部件，(ii)有缺陷的有孔隙部件，(iii)欠固化的部件，(iv)過固化的部件，(v)非良好成型的部件，以及(vi)由於不具有期望特性如抗張強度、抗壓強度、動態硬度、尺寸一致性之一的期望範圍而導致的有缺陷部件。
13.如權利要求1所述的方法，其中校正操作包括下列之一(a)改變所述當前部件實例或所述部件實例中的隨後部件實例之一的固化時間，(b)改變所述當前部件實例或所述部件實例中的隨後部件實例之一的固化溫度，(c)改變所述當前部件實例或所述部件實例中的隨後部件實例之一的噸位，(d)清潔真空埠中的阻塞物，以及(e)添加一個或多個真空埠。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述傳送步驟包括在計算機中生成所述至少一個指令，其中所述計算機執行確定所述至少一個校正操作與不同的校正操作之間的優先選擇的步驟。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述優先選擇依賴於由所述至少一個校正操作和所述不同的校正操作中的每個影響的所述部件的範圍。
16.一種用於在模具中固化部件的多個實例的設備，其中所述模具具有多個傳感器，每個傳感器用於生成與在所述模具內固化的所述部件實例中的當前部件實例的阻抗相關的信號，包括對於每個傳感器，對應的傳感器測量單元，用於將一個或多個電氣信號提供給所述傳感器，以及用於當所述當前部件實例正在固化時從所述傳感器獲得對應的阻抗相關數據；第一一個或多個組件，用於確定(a)從來自所述傳感器中的第一個的對應阻抗相關數據中獲得的第一阻抗相關數據；以及(b)來自所述傳感器中的第二個的對應阻抗相關數據的第二阻抗相關數據；其中所述第一和第二阻抗數據每個都是預定計算的結果，所述計算包括確定下列中的至少一個斜率、局部最大值和局部最小值、基本上為平坦的曲線範圍、面積、斜率的變化率以及拐點；第二一個或多個組件，用於識別下列之間的關聯(a)所述第一和第二阻抗相關數據之間的差異，與(b)指示所述當前部件實例的固化的至少一個特性的狀態信息；控制器，用於獲得指示至少一個校正操作的信息，所述校正操作用於校正所述當前部件實例或所述部件實例中的隨後部件實例之一中的缺陷，其中所述信息隨著所述狀態信息的變化而變化；以及第三一個或多個組件，用於將由所述控制器發布的至少一個指令傳達到用於在所述模具中固化所述部件實例的固化設備組件，所述傳達導致所述固化設備組件按照所述校正操作改變固化條件，其中所述至少一個指令使用所述指示至少一個校正操作的信息來獲得。
17.如權利要求16所述的設備，其中所述第二一個或多個部件包括存儲多個關聯的數據存儲庫，所述關聯用於將下列相關聯(a)來自兩個或更多個所述傳感器的組中的每個傳感器的阻抗相關數據之間的差異，與(b)指示先前使用所述模具和所述固化設備組件中的至少一個而固化的部件實例的至少一個特性的狀態信息。
全文摘要
一種用於在多個固化條件下固化可模塑化合物的方法，通過(1)從分布在固化模具內的多個傳感器獲得介電或阻抗值的時間相關數據流，其中對於每個傳感器，所述可模塑化合物是電介質；(2)從該多個傳感器的數據流確定阻抗相關測量；(3)使用該多個傳感器的阻抗相關測量來確定用於增強固化工藝的預測性和/或校正性固化操作；以及(4)控制部件的大量生產固化，以獲得具有一個或多個期望特性的固化部件。
文檔編號B29C39/00GK1950768SQ200580007726
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月11日 優先權日2004年3月11日
發明者斯科特·施奈德, 理察·馬吉爾 申請人:特徵控制系統股份有限公司