本技術(shù)涉及工業(yè)控制，尤其涉及一種注塑機(jī)成型質(zhì)量的控制方法、裝置、計(jì)算設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、注塑成型作為高分子材料加工的核心技術(shù)之一，其制品質(zhì)量受模具排氣狀態(tài)的直接影響。在熔體填充模腔過程中，模具型腔內(nèi)的空氣、材料揮發(fā)氣體需通過排氣槽及時(shí)排出，若排氣不暢，殘留氣體會(huì)導(dǎo)致制品內(nèi)部形成微氣泡、表面出現(xiàn)銀紋或縮痕，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)填充不足或尺寸偏差，直接影響制品的功能性與外觀質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，排氣相關(guān)缺陷在注塑成型缺陷中占比超過30％，成為制約高精度制品生產(chǎn)的關(guān)鍵瓶頸。

2、傳統(tǒng)質(zhì)量管控手段依賴人工目視檢查與抽樣稱重，存在顯著局限性。人工檢查受限于視覺分辨率，難以捕捉微尺度缺陷(如小于0.1mm的氣泡或銀紋)，漏檢率高達(dá)15％-20％；抽樣檢測(cè)頻率低(通常每小時(shí)抽樣5-10件)，無法覆蓋全生產(chǎn)流程，且發(fā)現(xiàn)缺陷后需停機(jī)調(diào)整工藝參數(shù)，依賴操作人員經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)，單次參數(shù)調(diào)試耗時(shí)長達(dá)30-60分鐘，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。對(duì)于醫(yī)療器件、電子外殼等對(duì)缺陷高度敏感的制品，傳統(tǒng)方法已無法滿足質(zhì)量一致性要求。

3、現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)技術(shù)嘗試通過單一物理參數(shù)間接評(píng)估排氣狀態(tài)，但均存在技術(shù)瓶頸。注射壓力波動(dòng)法通過分析注射階段壓力曲線的異常波動(dòng)推斷排氣效率，然而熔體黏度、模具流道阻力、材料溫度等因素均會(huì)導(dǎo)致壓力曲線變化，誤判率超過25％。例如，聚丙烯(pp)與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)的熔體流動(dòng)性差異可達(dá)40％，相同排氣狀態(tài)下壓力曲線表現(xiàn)迥異，導(dǎo)致該方法適應(yīng)性差。紅外熱成像法通過監(jiān)測(cè)模具表面溫度分布識(shí)別排氣異常，但金屬模具的高導(dǎo)熱性導(dǎo)致內(nèi)部氣體流動(dòng)產(chǎn)生的溫度變化(通常小于1℃)難以在表面體現(xiàn)，對(duì)微通道(尺寸0.02-0.05mm)排氣不暢的靈敏度不足，僅能檢測(cè)到嚴(yán)重排氣缺陷。

4、此外，現(xiàn)有技術(shù)普遍忽視排氣過程的微觀物理機(jī)制。排氣槽內(nèi)的氣流沖擊(如湍流、氣泡破裂)產(chǎn)生高頻振動(dòng)信號(hào)(100khz-1mhz)，其能量分布、頻率特征與排氣效率直接相關(guān)，但傳統(tǒng)傳感器(如壓力傳感器、熱電偶)因響應(yīng)頻率低(<50khz)或安裝位置受限，無法捕捉此類瞬態(tài)信號(hào)。如何通過高靈敏度傳感器獲取微尺度氣流信號(hào)，并建立其與制品質(zhì)量的可解釋性關(guān)聯(lián)模型，成為行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

5、近年來，基于深度學(xué)習(xí)的智能預(yù)測(cè)技術(shù)(如cnn-lstm模型)被用于注塑質(zhì)量預(yù)測(cè)，通過海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練可將缺陷識(shí)別精度提升至90％以上，但該類方法存在根本性缺陷：其一，模型依賴“黑箱”算法，工藝人員無法理解聲發(fā)射信號(hào)、壓力、溫度等參數(shù)與缺陷之間的物理關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致參數(shù)調(diào)整缺乏理論依據(jù)，只能通過反復(fù)試錯(cuò)優(yōu)化；其二，模型訓(xùn)練需配置gpu算力集群，硬件成本較傳統(tǒng)方案增加50％-80％，且需定期更新訓(xùn)練數(shù)據(jù)以適應(yīng)材料、模具變化，維護(hù)成本高；其三，算法復(fù)雜度高導(dǎo)致實(shí)時(shí)性不足，信號(hào)處理延遲可達(dá)200ms以上，難以滿足高速注塑機(jī)(周期≤10s)的實(shí)時(shí)控制需求。

6、現(xiàn)有技術(shù)普遍忽視排氣過程的微觀物理機(jī)制。排氣槽內(nèi)的氣流沖擊(如湍流、氣泡破裂)產(chǎn)生高頻振動(dòng)信號(hào)(100khz-1mhz)，其能量分布、頻率特征與排氣效率直接相關(guān)，但傳統(tǒng)傳感器(如壓力傳感器、熱電偶)因響應(yīng)頻率低(<50khz)或安裝位置受限，無法捕捉此類瞬態(tài)信號(hào)。如何通過高靈敏度傳感器獲取微尺度氣流信號(hào)，并建立其與制品質(zhì)量的可解釋性關(guān)聯(lián)模型，成為行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

7、中小型企業(yè)在技術(shù)應(yīng)用中面臨更大挑戰(zhàn)：高精度傳感器(如壓電式聲發(fā)射傳感器)單價(jià)超過5000元，且需配套高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(成本≥10萬元)，疊加復(fù)雜算法的開發(fā)與維護(hù)成本，導(dǎo)致智能化改造門檻極高。因此，亟需一種低成本、高透明度且具備物理可解釋性的質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)排氣狀態(tài)的精準(zhǔn)量化與質(zhì)量預(yù)測(cè)，推動(dòng)注塑成型工藝從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種注塑機(jī)成型質(zhì)量的控制方法、裝置、計(jì)算設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，本技術(shù)實(shí)施例的技術(shù)方案利用低成本的mems聲發(fā)射傳感器采集的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征，結(jié)合注塑機(jī)的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)成型質(zhì)量的實(shí)時(shí)精確預(yù)測(cè)，并基于預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量準(zhǔn)調(diào)控注塑機(jī)的工藝參數(shù)，提高了注塑機(jī)成型質(zhì)量；而且實(shí)施成本低，無需高成本的壓電聲發(fā)射傳感器，也無需gpu算力，利用可解釋的線性的成型質(zhì)量模型預(yù)測(cè)注塑機(jī)成型質(zhì)量為工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種注塑機(jī)成型質(zhì)量的控制方法，包括：

3、同步采集所述注塑機(jī)的聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)和所述注塑機(jī)的工藝參數(shù)；所述工藝參數(shù)包括：模腔容積、熔體密度、注射壓力和保壓時(shí)間；

4、對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)分頻段計(jì)算信號(hào)特征；所述信號(hào)特征包括：能量占比、峭度、多尺度熵、主峰值、頻帶寬度；

5、根據(jù)所分各頻段的所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)，利用提前訓(xùn)練好的線性的成型質(zhì)量模型獲得注塑機(jī)的成型質(zhì)量；

6、當(dāng)所述成型質(zhì)量低于設(shè)定的合格值時(shí)，根據(jù)聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征調(diào)整注塑機(jī)的工藝參數(shù)。

7、由上，利用低成本的mems聲發(fā)射傳感器采集的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征，結(jié)合注塑機(jī)的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)成型質(zhì)量的實(shí)時(shí)精確預(yù)測(cè)，并基于預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量準(zhǔn)調(diào)控注塑機(jī)的工藝參數(shù)，提高了注塑機(jī)成型質(zhì)量；而且實(shí)施成本低，無需高成本的壓電聲發(fā)射傳感器，也無需gpu算力，利用可解釋的線性的成型質(zhì)量模型預(yù)測(cè)注塑機(jī)成型質(zhì)量為工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。

8、在第一方面的一種可能實(shí)施方式中，對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)分頻段計(jì)算信號(hào)特征，包括：

9、對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行帶通濾波；

10、對(duì)帶通濾波的聲發(fā)射信號(hào)通過巴特沃斯濾波器將原始信號(hào)分解為n個(gè)頻段的時(shí)域信號(hào)；

11、利用每個(gè)頻段的時(shí)域信號(hào)計(jì)算該頻段的所述信號(hào)特征。

12、由上，從一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)提取出5*n個(gè)信號(hào)特征，對(duì)注塑機(jī)排氣槽的排氣狀態(tài)的判斷更準(zhǔn)確。

13、在第一方面的一種可能實(shí)施方式中，所述帶通濾波為100khz至1mhz的濾波；

14、所述n個(gè)頻段分別為下列5個(gè)頻段：100khz-200khz、200khz-400khz、400khz-600khz、600khz-800khz、800khz-1mhz，分別對(duì)應(yīng)所述注塑機(jī)的排氣槽的下列排氣狀態(tài)：穩(wěn)定氣流、湍流初始階段、充分發(fā)展湍流、氣泡形成與遷移、氣泡破裂與氣體殘留。

15、由上，通過根據(jù)排氣槽的排氣狀態(tài)劃分頻段，進(jìn)一步提高了注塑機(jī)排氣槽的排氣狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確度。

16、在第一方面的一種可能實(shí)施方式中，在根據(jù)所分各頻段的所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)，利用提前訓(xùn)練好的成型質(zhì)量模型獲得注塑機(jī)當(dāng)前工作的成型質(zhì)量之前，還包括：

17、對(duì)所分各頻段的所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)基于均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

18、由上，對(duì)所分各頻段的信號(hào)特征和工藝參數(shù)基于均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以防止大數(shù)吃掉小數(shù)。

19、在第一方面的一種可能實(shí)施方式中，訓(xùn)練成型質(zhì)量模型，包括：

20、獲得若干個(gè)訓(xùn)練樣本，每個(gè)訓(xùn)練樣本包括：提前采集的聲發(fā)射信號(hào)的各頻段的信號(hào)特征與同步的工藝參數(shù)，對(duì)應(yīng)的成型質(zhì)量；

21、對(duì)所述樣本中所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)基于均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；

22、通過最小二乘法或正則法迭代訓(xùn)練所述成型質(zhì)量模型；

23、在所述線性回歸模型在f檢驗(yàn)與t檢驗(yàn)時(shí)滿足設(shè)定的顯著性要求時(shí)，完成訓(xùn)練所述成型質(zhì)量模型。

24、由上，通過上述方法訓(xùn)練的成型質(zhì)量模型，相對(duì)于基于深度學(xué)習(xí)的智能預(yù)測(cè)技術(shù)(如cnn-lstm模型)，不僅為可解釋的線性模型，工藝人員能夠理解工藝參數(shù)與缺陷之間的物理關(guān)聯(lián)，對(duì)參數(shù)調(diào)整提供理論依據(jù)，無需通過反復(fù)試錯(cuò)優(yōu)化；而且，模型訓(xùn)練無需配置gpu算力集群，硬件成本較低，且維護(hù)成本低。

25、在第一方面的一種可能實(shí)施方式中，所述的當(dāng)所述成型質(zhì)量低于設(shè)定的合格值時(shí)，根據(jù)聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征調(diào)整注塑機(jī)的工藝參數(shù)，具體包括：

26、當(dāng)800khz-1mhz頻段信號(hào)特征中的頻帶寬度>300khz且能量占比>0.4時(shí)，延長保壓時(shí)間，降低注射速度；

27、當(dāng)100khz-200khz頻段信號(hào)特征中的多尺度熵<0.8且能量占比<0.1時(shí)，縮短保壓時(shí)間，增加注射壓力；

28、當(dāng)400khz-600khz頻段信號(hào)特征中的能量占比>0.35且熔體密度<1.05g/cm3時(shí)，降低注射壓力，減少保壓時(shí)間；

29、當(dāng)800khz-1mhz頻段或600khz-800khz頻段信號(hào)特征中的頻帶寬度>300khz且其他信號(hào)特征正常時(shí)，延長保壓時(shí)間；

30、當(dāng)任一頻段的信號(hào)特征中的多尺度熵<0.8且其他信號(hào)特征正常時(shí)，縮短保壓時(shí)間。

31、由上，當(dāng)預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量低于設(shè)定的合格值時(shí)，根據(jù)聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征調(diào)整注塑機(jī)的工藝參數(shù)，提高了注塑機(jī)的注塑成型質(zhì)量。

32、在第一方面的一種可能實(shí)施方式中，還包括：

33、當(dāng)所述成型質(zhì)量大于等于設(shè)定的合格值且小于設(shè)定的優(yōu)秀值且所述工藝參數(shù)中熔體密度波動(dòng)值大于設(shè)定門限時(shí)觸發(fā)預(yù)警。

34、由上，當(dāng)預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量大于等于設(shè)定的合格值且小于設(shè)定的優(yōu)秀值，通過在設(shè)定范圍監(jiān)控熔體密度波動(dòng)值，以防止注塑成型質(zhì)量下降。

35、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種注塑機(jī)成型質(zhì)量的控制裝置，包括：

36、數(shù)據(jù)獲得模塊，用于同步采集所述注塑機(jī)的聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)和所述注塑機(jī)的工藝參數(shù)；所述工藝參數(shù)包括：模腔容積、熔體密度、注射壓力和保壓時(shí)間；

37、特征提取模塊，用于對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)分頻段計(jì)算信號(hào)特征；所述信號(hào)特征包括：能量占比、峭度、多尺度熵、主峰值、頻帶寬度；

38、質(zhì)量預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)所分各頻段的所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)，利用提前訓(xùn)練好的線性的成型質(zhì)量模型獲得注塑機(jī)的成型質(zhì)量；

39、工藝調(diào)整模塊，用于當(dāng)所述成型質(zhì)量低于設(shè)定的合格值時(shí)，根據(jù)聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征調(diào)整注塑機(jī)的工藝參數(shù)。

40、由上，利用低成本的mems聲發(fā)射傳感器采集的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征，結(jié)合注塑機(jī)的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)成型質(zhì)量的實(shí)時(shí)精確預(yù)測(cè)，并基于預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量準(zhǔn)調(diào)控注塑機(jī)的工藝參數(shù)，提高了注塑機(jī)成型質(zhì)量；而且實(shí)施成本低，無需高成本的壓電聲發(fā)射傳感器，也無需gpu算力，利用可解釋的線性的成型質(zhì)量模型預(yù)測(cè)注塑機(jī)成型質(zhì)量為工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。

41、在第二方面的一種可能實(shí)施方式中，所述特征提取模塊在對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)分頻段計(jì)算信號(hào)特征，具體包括：

42、對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行帶通濾波；

43、對(duì)帶通濾波的聲發(fā)射信號(hào)通過巴特沃斯濾波器將原始信號(hào)分解為n個(gè)頻段的時(shí)域信號(hào)；

44、利用每個(gè)頻段的時(shí)域信號(hào)計(jì)算該頻段的所述信號(hào)特征。

45、由上，從一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)提取出5*n個(gè)信號(hào)特征，對(duì)注塑機(jī)排氣槽的排氣狀態(tài)的判斷更準(zhǔn)確。

46、在第二方面的一種可能實(shí)施方式中，所述帶通濾波為100khz至1mhz的濾波；

47、所述n個(gè)頻段分別為下列5個(gè)頻段：100khz-200khz、200khz-400khz、400khz-600khz、600khz-800khz、800khz-1mhz，分別對(duì)應(yīng)所述注塑機(jī)的排氣槽的下列排氣狀態(tài)：穩(wěn)定氣流、湍流初始階段、充分發(fā)展湍流、氣泡形成與遷移、氣泡破裂與氣體殘留。

48、由上，通過根據(jù)排氣槽的排氣狀態(tài)劃分頻段，進(jìn)一步提高了注塑機(jī)排氣槽的排氣狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確度。

49、在第二方面的一種可能實(shí)施方式中，所述質(zhì)量預(yù)測(cè)模塊在根據(jù)所分各頻段的所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)，利用提前訓(xùn)練好的成型質(zhì)量模型獲得注塑機(jī)當(dāng)前工作的成型質(zhì)量之前，還用于對(duì)所分各頻段的所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)基于均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

50、由上，對(duì)所分各頻段的信號(hào)特征和工藝參數(shù)基于均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以防止大數(shù)吃掉小數(shù)。

51、在第二方面的一種可能實(shí)施方式中，還包括模型訓(xùn)練模塊，用于訓(xùn)練所述成型質(zhì)量模型，具體包括：

52、獲得若干個(gè)訓(xùn)練樣本，每個(gè)訓(xùn)練樣本包括：提前采集的聲發(fā)射信號(hào)的各頻段的信號(hào)特征與同步的工藝參數(shù)，對(duì)應(yīng)的成型質(zhì)量；

53、對(duì)所述樣本中所述信號(hào)特征和所述工藝參數(shù)基于均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；

54、通過最小二乘法或正則法迭代訓(xùn)練所述成型質(zhì)量模型；

55、在所述線性回歸模型在f檢驗(yàn)與t檢驗(yàn)時(shí)滿足設(shè)定的顯著性要求時(shí)，完成訓(xùn)練所述成型質(zhì)量模型。

56、由上，通過上述方法訓(xùn)練的成型質(zhì)量模型，相對(duì)于基于深度學(xué)習(xí)的智能預(yù)測(cè)技術(shù)(如cnn-lstm模型)，不僅為可解釋的線性模型，工藝人員能夠理解工藝參數(shù)與缺陷之間的物理關(guān)聯(lián)，對(duì)參數(shù)調(diào)整提供理論依據(jù)，無需通過反復(fù)試錯(cuò)優(yōu)化；而且，模型訓(xùn)練無需配置gpu算力集群，硬件成本較低，且維護(hù)成本低。

57、在第二方面的一種可能實(shí)施方式中，所述工藝調(diào)整模塊具體用于，包括：

58、當(dāng)800khz-1mhz頻段信號(hào)特征中的頻帶寬度>300khz且能量占比>0.4時(shí)，延長保壓時(shí)間，降低注射速度；

59、當(dāng)100khz-200khz頻段信號(hào)特征中的多尺度熵<0.8且能量占比<0.1時(shí)，縮短保壓時(shí)間，增加注射壓力；

60、當(dāng)400khz-600khz頻段信號(hào)特征中的能量占比>0.35且熔體密度<1.05g/cm3時(shí)，降低注射壓力，減少保壓時(shí)間；

61、當(dāng)800khz-1mhz頻段或600khz-800khz頻段信號(hào)特征中的頻帶寬度>300khz且其他信號(hào)特征正常時(shí)，延長保壓時(shí)間；

62、當(dāng)任一頻段的信號(hào)特征中的多尺度熵<0.8且其他信號(hào)特征正常時(shí)，縮短保壓時(shí)間。

63、由上，當(dāng)預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量低于設(shè)定的合格值時(shí)，根據(jù)聲發(fā)射傳感器的聲發(fā)射信號(hào)的分頻段信號(hào)特征調(diào)整注塑機(jī)的工藝參數(shù)，提高了注塑機(jī)的注塑成型質(zhì)量。

64、在第二方面的一種可能實(shí)施方式中，還包括：監(jiān)控預(yù)警模塊，用于當(dāng)所述成型質(zhì)量大于等于設(shè)定的合格值且小于設(shè)定的優(yōu)秀值且所述工藝參數(shù)中熔體密度波動(dòng)值大于設(shè)定門限時(shí)觸發(fā)預(yù)警。

65、由上，當(dāng)預(yù)測(cè)的成型質(zhì)量大于等于設(shè)定的合格值且小于設(shè)定的優(yōu)秀值，通過在設(shè)定范圍監(jiān)控熔體密度波動(dòng)值，以防止注塑成型質(zhì)量下降。

66、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種計(jì)算設(shè)備，包括：總線；通信接口，其與所述總線連接；至少一個(gè)處理器，其與所述總線連接；以及至少一個(gè)存儲(chǔ)器，其與所述總線連接并存儲(chǔ)有程序指令，所述程序指令當(dāng)被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)使得所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行本技術(shù)第一方面的任一實(shí)施方式所述的方法。

67、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序指令，所述程序指令當(dāng)被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行第一方面的任一實(shí)施方式所述的方法。