工業(yè)4.0這一主題早已與注塑機制造商息息相關。工藝監(jiān)測和控制的網絡化與數(shù)字化可提升注塑工藝過程的透明度，并可以從經濟效能上優(yōu)化生產過程，而實現(xiàn)這種注塑工藝網絡化的基礎則是智能的工具傳感器。例如瑞士Kistler公司提供的傳感器，該模具中的傳感器能對工藝過程進行監(jiān)測，并使該過程更加透明，工作效率也將因此得到提高。
在虛擬環(huán)境中整合傳感器獲取的數(shù)據，不僅可以監(jiān)測和優(yōu)化各個注塑成型周期，還能監(jiān)測和優(yōu)化整個工藝過程。模腔壓力監(jiān)測需要自動或者手動設置好待測部件，然后觀察傳感器輸出的曲線是否按照預定方式通過待測部件，再根據結果顯示“正常”或“異常”便可將這些部件按照好壞進行分類。此外用戶還可以基于模型對明確的質量特性進行預測，根據在線質量預測為基礎，能夠預先對每個成品部件做出可靠的評估。
傳感器的安裝位置
通過在注塑模具中使用傳感器不僅可以測量出模腔壓力，還能檢測出溫度控制器在進料和回流時的溫度和流量。來自Burkert流體控制系統(tǒng)公司的Martin Schramm指出：“溫控過程越理想，產品質量越高。”就工業(yè)4.0中注塑成型工具的使用而言，傳感器發(fā)揮了重要作用。由傳感器組成的控制系統(tǒng)能夠通過整合I/O鏈路使調節(jié)器和閥門網絡優(yōu)化。來自德國RJG公司的Ulrich Bretthauer強調了傳感器對最終產品質量的重要性，他指出：“一旦塑料離開了注塑機的噴嘴，加工人員就會變得束手無策，受制于腔內的物理定律以及待處理材料的粘度變化。如果可以成功地使用模腔壓力技術，將能夠穩(wěn)定注塑工藝過程，并最終降低成本，提升公司的競爭力。然而想要實現(xiàn)這些，僅僅依靠在某處安裝傳感器，觀看漂亮的曲線是遠遠不夠的。
圖1 數(shù)字化時代的數(shù)據傳輸就離不開廣泛應用的傳感器技術，例如，當注塑模具配備有傳感器時，就可以存儲和跟蹤直至各個模腔內注塑成型的模態(tài)，并在出現(xiàn)問題時快速找到應對方案
傳感器在模腔內所安裝的位置決定該技術所起的作用，到底是帶來收益還是僅導致成本升高，這點同樣適用于注塑工藝裝置和壓力曲線評估。Bretthauer特別指出：“對于每個新項目，首先必須明確傳感器應該完成哪些任務，因為這將決定安裝傳感器的位置。”模腔壓力傳感器通常用于控制工藝過程，即保壓切換、打開和關閉噴嘴以及工藝過程監(jiān)控。雖然針對傳感器安裝位置能給出一些簡單的基本建議，例如大多數(shù)時候可以靠近注塑口，但是要想確定安裝傳感器的最佳位置，通常還需要對流量和壓力情況進行模擬。
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圖2 由Kistler提供的在線工具Comoneo可用于塑料加工過程的高端過程監(jiān)控，這種參數(shù)監(jiān)控符合 “注塑4.0”的要求
工藝過程透明
模具中傳感器可以對模具中的壓力和溫度進行組合測量。來自Arburg注塑機制造公司的應用技術部負責人Thomas Walther博士指出：“使用傳感器歸根結底就是為了使模腔內的狀態(tài)可視化。”這意味著加工人員可以通過傳感器獲知“黑匣子”內當前的運行狀況，機器操作人員則可通過模具傳感器直接獲取信息。
這樣一來用戶便能更加詳細地對工藝過程進行設置，并使其具有更好的可重復性。Walther強調：“加工人員能夠通過模具中的傳感器更好、更深入地了解封閉的系統(tǒng)，還可以更好地理解工藝過程和優(yōu)化過程控制，工藝過程的可重復性最終能夠提高生產部件的質量。
Arburg注塑機的控制系統(tǒng)可以通過調節(jié)參考曲線對與壓力和溫度相關的信號進行處理，這將進一步細化和改進干預措施，控制系統(tǒng)會記錄由傳感器提供的相關過程參數(shù)，當其與MES系統(tǒng)結合在一起使用時，將有助于生產工藝過程朝著工業(yè)4.0所要求的自動化和網絡化方向發(fā)展。
圖3 圖中是Sensopart工業(yè)傳感器公司生產的一部用于注塑模具的工業(yè)視覺傳感器，該傳感技術可以檢測出由于過度注射或注射不足導致的缺陷部件以及安裝錯誤的部件
與注塑部件生產和組裝有關的工藝過程為最新一代能夠處理圖像視覺的傳感器提供了廣泛的應用空間。Sensopart傳感器公司的Klaus Berdel指出：“通常注塑成型過程中最常見的問題是短射引致的模具不完全填充以及過度注射導致的毛刺和飛邊。”利用預置好的工具對工件的表面和輪廓進行檢測很容易發(fā)現(xiàn)部件的幾何形狀有這樣或那樣的偏差，此外視覺傳感器還能夠及時檢測插入錯誤，例如在注塑問題的模制插頭中發(fā)現(xiàn)未校準的金屬銷。
Toses Tooling Security Services公司的Burkhard Walder認為，在注塑模具中使用傳感器可以降低維護次數(shù)、延長模具使用壽命、減少不合格產品、及早發(fā)現(xiàn)工具損壞和監(jiān)控工藝參數(shù)，從而使整體設備效率得以提高。他總結說：“所以說傳感器對提高生產效率做出了重大貢獻。”例如，該公司的傳感器系統(tǒng)可以根據模具的噪聲發(fā)射情況來優(yōu)化維護周期。在使用該系統(tǒng)時，只需要根據實際需求對模具進行維護，而不是根據生產的部件數(shù)量，因為傳感器能夠對模具中的噪聲進行檢測，并以此確定出急需維護的模具。
圖4 Kistlers公司的ComodataCenter適用于注塑成型過程的數(shù)據管理和分析，此外該工具還連接了Comoneo和Como Injection系統(tǒng)
TE Connectivity公司的Felix Eggert強調說：“注塑模具中使用傳感器可以提高模具的生產質量和生產效率，尤其是溫度必須經過精確測量，才能對生產部件質量進行監(jiān)控，無論是溫度過高或過低，還是溫度的小幅變化都會對質量產生決定性影響，例如在稍高的溫度下，部件就會有可能燃燒。此外，傳感器還能使質量欠佳的部件自動分揀出來，在使用敏感的溫度傳感器時，不合格的產品數(shù)量會下降，生產效率也可以得到提高。”
德國Gefran公司的Kai Wiegand解釋說：“模具壓力也可以通過對注塑機螺桿的應變測量來確定，目前這種壓力傳感器還沒有集成到注塑模具中。壓力傳感器能夠記錄螺桿上的受力，并使信號經過放大器抵達控制系統(tǒng)進行評估。”
注塑成型過程復雜多變
對傳感器提供的信號評估和處理是生產高質量注塑件的先決條件，當然高精度注塑模具也是必不可少的，例如想要使生產部件公差小于30?μm，就必須使用誤差低于10?μm的注塑模具。此外，還需要用于模具補償?shù)臏y量傳感器，例如Carl Zeiss工業(yè)測量儀器公司就為此發(fā)開了一種用于表面反饋的創(chuàng)新軟件。
Priamus系統(tǒng)技術公司把注意力集中在模腔內的傳感器上，該公司德國部負責人Erwin Konig認為注塑工藝是一個非常復雜的制造過程，需要不斷調節(jié)，所有的調節(jié)都會對注塑部件的質量產生或多或少的影響。此外該工藝過程還會受到多變的外部影響，這些外部變化對部件質量有決定性的影響。
為了使實際生產過程以及對過程中的波動一目了然， 模腔壓力傳感器和模腔溫度傳感器必須安裝在注塑模具的模腔內，以提供高清信息。Konig斷言：“正如測量的普遍規(guī)則，往往離工作地點越近，越容易獲得最好的高清信息，所以說由注塑機或成像系統(tǒng)提供的信號往往不具有這么高的說服力。”
