【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于在线检测，具体涉及一种注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法。
技术介绍
1、注射工艺无需二次加工即可生产出形状复杂的零件，具有较高的批量生产效率。它是成形高性能聚合物产品的最重要手段，占此类产品生产的80％以上。在注射过程中，熔体在模具中的流速和前沿直接决定了产品的微观结构，如分子取向和结晶度，进而影响产品最终的宏观尺寸精度和机械性能。因此，准确表征和分析填充过程中模腔内的熔体流动速度是最终性能分析和工艺参数优化的基础。然而，由于模具的阻碍，注射过程是一个黑盒。
2、超声波是一种广泛使用的无损检测技术，它可以穿透金属模具并提供丰富的熔体信息反馈。此外，超声波探头具有可靠性高、灵敏度高、操作安装方便等独特优点。因此，超声波已被广泛应用于注射成形过程的监测。程等人测量了腔体中熔体的超声速度，以表征注射成形中不同的注射阶段。何通过测量衰减系数的变化来区分可熔材料和不可混溶材料。赵等人描述了微孔注射成形过程中超声过程信号引起的泡沫结构变化。此外，赵等人提出了聚合物取向和超声纵向速度的数学模型，并在注射成形过程中通过超声探头测量熔体取向。董等人建立了超声波传播模型，从超声波信号中恢复密度信息，有效地在线测量了注射过程中的熔体密度。然而，现有的用于注射成形的超声波在线测量案例都使用超声单探头(单元件)，只能提供单个位点的熔体信息，大多数方法仍处于定性表征阶段。
3、超声相控阵将多个超声元件集成到一个探头中，每个元件都可以激发和接收超声信号，因此相控阵可以对覆盖范围内的整个区域进行检测和成像，与超声单
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，该测量方法能够在不对注射成形过程产生影响的情况下，在线测量出聚合物熔体在型腔中的波前位置和流动速度。
2、注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，包括以下步骤：
3、(1)采集注射过程中多层结构的fmc数据；
4、(2)输入多层结构中各层的声速和厚度，计算测量区域传播位移分布；
5、(3)通过对测量区域传播位移分布反映射，获得测量区域的入射角分布，并根据入射角分布计算测量区域中的时间延迟；
6、(4)根据得到的时间延迟，利用全聚焦成像条件对fmc数据进行成像处理，得到熔体底部的图像；
7、(5)整合注射过程所有时刻的成像结果，合成熔体流动前沿视频以可视化熔体行进过程；
8、(6)从得到的熔体流动前沿视频中提取熔体底部成像历程、熔体前沿历程和熔体流动速度，实现熔体原位成像。
9、步骤(6)中，熔体原位成像结果包括熔体底部成像历程、熔体前沿历程和熔体流动速度。
10、作为优选，测量目标区域的传播位移分布f(θ1,d(k,z))的计算公式为：
11、
12、式中，k表示多层结构的层数；dm表示第m层的厚度；cm表示第m层的声速；c1表示第一层的声速；θ1表示入射角；d(k,z)表示测量区域的深度。
13、作为优选，时间延迟tdelay的计算公式为：
14、
15、式中，k表示多层结构的层数；dm表示第m层的厚度；cm表示第m层的声速；c1表示第一层的声速；θ1表示入射角；d(k,z)表示测量区域的深度。
16、作为优选，根据得到的时间延迟，利用全聚焦成像条件对fmc数据进行成像处理的成像条件为：
17、
18、式中，i(x,z)表示成像结果；tdelay表示时间延迟；xs表示第s个激发振元的位置；xr表示第r个接收振元的位置；n表示振元的个数；x表示水平方向的坐标；z表示深度；
19、
20、其中，d(xr,xs,t)表示fmc数据；i为虚数单位；h表示希尔波特变换。
21、作为优选，步骤(6)中，熔体底部成像历程通过集成所有成像结果在熔体底部位置的像素强度得到；从熔体底部成像历程中提取各时间点对应的熔体前沿位置，得到熔体前沿历程；熔体流动速度通过求解熔体前沿历程的斜率得到。
22、理论推导：
23、1.1在线测量策略
24、超声相控阵探头安装在模具动模上，每个振元依次激励，超声波穿透动模和聚合物熔体，并在熔体的底面反射。反射信号被相控阵中的所有振元接收，并作为全矩阵数据(fmc数据)输出，如图2所示。对于n元件相控阵，fmc数据由n2个a扫描信号组成，并用d(xr,xs,t)表示，其中，xs是第s个激发振元的位置，xr是第r个接收振元的位置。fmc数据包含测量区域的全部信息，可以通过成像方法生成高分辨率和高精度的图像。超声波相控阵可以在线检测注射成形的整个过程，并获得一组fmc数据。在注射阶段的不同时间，fmc数据之间的差异主要是由熔体前沿位置的差异引起的。超声波可以传输到聚合物熔体中并在其底部反射，而在空气界面完全反射。fmc数据的对角线信号是相控阵中每个元件的自发射和自接收信号，对应于b扫描数据。从图2中可以看出，在填充熔体的位置有回波，而腔体中没有底部回波，因此b扫描数据集可以表征熔体的熔体前沿位置，但不够直观。因此，通过使用成像方法直接处理fmc数据，可以获得清晰的熔体底部图像，可以直接反映注射阶段的进程和熔体前沿的位置。
25、1.2高效全矩阵成像方法
26、全聚焦法(tfm)是一种标准的全矩阵成像方法，具有较强的鲁棒性和适应性。其中，时域格林函数可以用来对激励和反射后声波传播进行近似，因此，tfm图像在适当的时间延迟后被重建为n2个信号d(xr,xs,t)的相干和，记作：
27、
28、其中，i(x,z)表示成像结果；tdelay表示时间延迟；xs表示第s个激发振元的位置；xr表示第r个接收振元的位置；n表示振元的个数；x表示水平方向的坐标；z表示深度；
29、
30、其中，d(xr,xs,t)表示fmc数据；i为虚数单位；h为希尔波特变换。
31、如图2所示，动模和聚合物熔体形成两层结构，其中，测量区域位于第二层。如果楔块用于隔离相控阵和模具，则测量区域位于第三层。而这种多层结构使声束的传播轨迹复杂化。
32、在这种情况下，本专利技术采用了一种有效的射线追踪方法来计算时间延迟，如图3中(a)所示，射线穿过前k-1层介质后到达点p。其中，θ1为入射角，θ2,…θk为折本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，测量区域的传播位移分布f(θ1,d(k,z))的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，时间延迟tdelay的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，根据得到的时间延迟，利用全聚焦法对FMC数据进行成像处理的成像条件为：
5.根据权利要求1所述的注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，步骤(6)中，熔体底部成像历程通过集成所有成像结果在熔体底部位置的像素强度得到；从熔体底部成像历程中提取各时间点对应的熔体前沿位置，得到熔体前沿历程；熔体流动速度通过求解熔体前沿历程的斜率得到。
【技术特征摘要】
1.注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，测量区域的传播位移分布f(θ1,d(k,z))的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的注射成形中熔体流动超声相控阵原位成像方法，其特征在于，时间延迟tdelay的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的注射成形中熔...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵朋，纪凯鹏，高若翔，陈豪，张炜，张承谦，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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