TW201620706A - 即時控制樹脂轉注成型製程的方法 - Google Patents

即時控制樹脂轉注成型製程的方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201620706A
TW201620706A TW103143740A TW103143740A TW201620706A TW 201620706 A TW201620706 A TW 201620706A TW 103143740 A TW103143740 A TW 103143740A TW 103143740 A TW103143740 A TW 103143740A TW 201620706 A TW201620706 A TW 201620706A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
flow time
resin
wavefront
current flow
candidate
Prior art date
Application number
TW103143740A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuan Yao
Bai-Jian Wei
Original Assignee
Nat Univ Tsing Hua
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Univ Tsing Hua filed Critical Nat Univ Tsing Hua
Priority to TW103143740A priority Critical patent/TW201620706A/zh
Priority to US14/612,837 priority patent/US9715220B2/en
Priority to CN201510381786.0A priority patent/CN105690805B/zh
Publication of TW201620706A publication Critical patent/TW201620706A/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • G05B13/027—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion using neural networks only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

本發明係關於一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制一樹脂於一樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，該方法主要係將一待控制樹脂轉注成型製程中之該樹脂的一當前灌注壓力、一當前滲透係數、一當前流動時間波前位置輸入至一預測控制模型，藉此輸出該樹脂之一下一流動時間的預測灌注壓力，進而使該樹脂得依照下一流動時間的波前預期位置進行流動，俾現實樹脂轉注成型之穩定品質。

Description

即時控制樹脂轉注成型製程的方法
本發明係有關一種樹脂轉注成型之方法，尤指一種藉由一預測控制模型即時控制樹脂流動之方法。
按樹脂轉注成型(Resin Transfer Molding, RTM)業已廣泛地使用於各領域，就該製程而言，滲透係數於建模、程序控制以及仿真上扮演極其重要之角色，蓋滲透係數即代表纖維材料傳輸流體之能力，作為衡量樹脂填充行為之指標，是以，倘得以精準地測量滲透係數，對於製程仿真與程序控制將有所幫助，亦得提升纖維強化高分子(Fiber Reinforced Polymer, FRP)複合材料之產品良率。
關於預織物之滲透係數估計，現今已有許多研究對其加以探討，例如: 以單一或是多種類之纖維平板之平面滲透係數作為基礎，推導出基於達西定律與不可壓縮流體之連續方程式之公式，並藉由定義厚度孔隙率建立一套的預測方法，該方法最後會獲得一組上與下表面之平面滲透係數之預測方程式，藉此方程式便可不需進行多次費時的實驗來進行量測。
過去關於預織物之滲透係數估計均係假設預織物之滲透係數或灌注壓力為常數之情況下而進行量測而得到平均滲透係數，然對於製程控制而言，若要改善產品品質，線上與局部滲透係數量測有其必要性。關於局部滲透係數之量測方法包括: 氣相輔助即時滲透係數估算法(Gas-Assisted Real-time Assessment of Permeability, GRASP)、模糊邏輯模型以及模擬數據庫，然模糊邏輯模型與模擬數據庫之有效性均受限於歷史資料之完整性。
於實際樹脂轉注成型製程中，往往會因非同質預織物(Non-homogeneous preform)、操作疏失所致纖維不規則排列或是於預織物製作過程中噴膠用量差異等情形，而發生樹脂往低阻力方向移動，導致預織物之滲透係數不均勻，進而於灌注過程中發生跑道現象或於低滲透區域內含浸量不足之缺陷，隨之產生乾斑。為避免此現象之發生，操作員可透過人為控制手段來調節灌注壓力等操作變數而改善流體流動以及產品品質，然往往這些變數之決定均係依據現場操作員之經驗，其缺乏完善之理論基礎與分析。
本發明之主要目的在於: 解決習知樹脂轉注成型製程中，係透過操作員之人為控制手段來調節灌注壓力等操作變數而改善樹脂之流動以及產品品質，尚缺乏完善之理論基礎與分析。
為達上述目的，本發明提供一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制一樹脂於一樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，該樹脂轉注成型設備包括一樹脂供應單元以及一與該樹脂供應單元連接的模具單元，該模具單元包括一供一纖維預織物容置的模穴以及一位於該模穴內之平面，該方法包含以下步驟：
步驟1：設定複數組訓練製程條件，該訓練製程條件至少包括一初始灌注壓力；
步驟2：根據該訓練製程條件進行複數次訓練製程，取得各個該訓練製程中，複數個流動時間時該樹脂所對應的一滲透係數以及一當前流動時間波前位置，與一下一流動時間波前位置，其中，該訓練製程中的該滲透係數、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置的取得包括以下步驟：
步驟2A：於該平面定義出複數個偵測位置ym,n ，該偵測位置共有m×n 個；
步驟2B：提供一偵測模組，該偵測模組包括一裝設於該偵測位置ym,n 的壓力感測單元、至少一設置於該平面之一側的影像擷取器以及一與該壓力感測單元及該影像擷取器電性連接的處理單元，其中，該壓力感測單元包括m×n 個壓力感測器；
步驟2C：以該初始灌注壓力將該樹脂灌注於該模穴內，令該樹脂於該平面朝一方向進行流動；
步驟2D：利用該影像擷取器取得該樹脂在該平面中的位置，據此於該平面定義出複數個量測位置，ti+1 、ti 及ti-1 彼此間相距一取樣間隔時間，該量測位置共有i×j 個xi,j ，該量測位置xi,j 係該波前於流動時間ti 之對應位置，其中，i 代表第i 個取樣時刻，j 為一和n 有關之整數；
步驟2E：選定i 與j 分別為一預設值r 與a ，係分別為大於1和大於等於1之整數，並利用該影像擷取器取得該樹脂於時間tr+1 、tr 及tr-1 之量測位置xr+1,a 、xr,a 及xr-1,a ，並由最靠近一量測位置xr,a 且該樹脂已流經的該壓力感測器取得該樹脂位於一偵測位置ys,a 的壓力值Ps,a ，其中，xr,a 即該訓練製程中的該當前流動時間波前位置，xr+1,a 即該訓練製程中的該下一流動時間波前位置；
步驟2F：利用該處理單元配合式(1)取得一位於該量測位置xr,a 的滲透係數Kr,a ：
式(1)
其中，ψ為該纖維預織物的孔隙度，μ為該樹脂的黏度，△T =tr -tr-1 ，藉此得到該訓練製程中，該樹脂於該平面中對應流動時間ti 的一滲透係數；
步驟2G：重複步驟2A至2F，以取得該訓練製程中，多組流動時間時該樹脂所對應的該滲透係數、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置；
步驟3：將該初始灌注壓力以及步驟2G得到的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置定義為一輸入，並以該下一流動時間波前位置定義為一輸出，利用一資料探勘技術建立一關聯該輸入與該輸出的預測控制模型，該預測控制模型以下式表示：
其中，P o 為該初始灌注壓力，xi,j 係該當前流動時間波前位置，xi+1,j 係該下一流動時間波前位置，Ki,j 為該滲透係數；
步驟4：進行一待控制製程，利用步驟2A至2F，取得該待控制製程中，當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置，並根據一最適化算法，挑選至少一候選灌注壓力值，再將該候選灌注壓力值、當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置代入步驟3的該預測控制模型，並得到至少一對應該候選灌注壓力值的下一流動時間波前候選位置；
步驟5：將步驟4得到的該下一流動時間波前候選位置與一下一流動時間的波前預期位置進行比對，從而找出最接近該下一流動時間的波前預期位置的該下一流動時間波前候選位置，並回推得到所對應的該候選灌注壓力值；
步驟6：將該候選灌注壓力值回傳至該樹脂供應單元，以作為下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動。
為達上述目的，本發明另提供一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制一樹脂於一樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，該樹脂轉注成型設備包括一樹脂供應單元以及一與該樹脂供應單元連接的模具單元，該模具單元包括一供一纖維預織物容置的模穴以及一位於該模穴內之平面，該方法包含以下步驟：
步驟1：預設複數組模擬製程條件，該模擬製程條件至少包括一初始灌注壓力以及一滲透係數；
步驟2：根據該模擬製程條件進行複數次模擬製程，取得各個該模擬製程中，複數個流動時間時該樹脂所對應的一當前流動時間波前位置，與一下一流動時間波前位置；
步驟3：將該初始灌注壓力、該滲透係數以及該當前流動時間波前位置定義為一輸入，並以該下一流動時間波前位置定義為一輸出，利用一資料探勘技術建立一關聯該輸入與該輸出的預測控制模型，該預測控制模型以下式表示：
其中，P o 為該初始灌注壓力，xi,j 係該當前流動時間波前位置，xi+1, j 係該下一流動時間波前位置，Ki,j 為該滲透係數；
步驟4：進行一待控制製程，先利用以下步驟4A至4F，取得在該待控制製程中，當前流動時間時的一滲透係數以及一當前流動時間波前位置，並根據一最適化算法，挑選至少一候選灌注壓力值，再將該候選灌注壓力值、當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置代入步驟3的該預測控制模型，並得到至少一對應該候選灌注壓力值的下一流動時間波前候選位置，其中，當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置的取得包括以下步驟：
步驟4A：於該平面定義出複數個偵測位置ym,n ，該偵測位置共有m×n 個；
步驟4B：提供一偵測模組，該偵測模組包括一裝設於該偵測位置ym,n 的壓力感測單元、至少一設置於該平面之一側的影像擷取器以及一與該壓力感測單元及該影像擷取器電性連接的處理單元，其中，該壓力感測單元包括m×n 個壓力感測器；
步驟4C：以一當前灌注壓力將該樹脂灌注於該模穴內，令該樹脂於該平面朝一方向進行流動；
步驟4D：利用該影像擷取器取得該波前於流動時間ti 時在該平面中的位置，並據此於該平面定義出複數個量測位置，ti 及ti-1 係相距一取樣間隔時間，該量測位置共有i×j 個xi,j ，該量測位置xi,j 係該波前於流動時間ti 之對應位置，其中，i 代表第i 個取樣時刻，j 為一和n 有關之整數；
步驟4E：選定i 與j 分別為一預設值r 與a ，係分別為大於1和大於等於1之整數，並利用該影像擷取器取得該波前於時間tr 及tr-1 之量測位置xr,a 及xr-1,a ，並由最靠近一量測位置xr,a 且該樹脂已流經的該壓力感測器取得該樹脂位於一偵測位置ys,a 的壓力值Ps,a 其中，xr,a 即該當前流動時間波前位置；
步驟4F：利用該處理單元配合式(1)取得一位於該量測位置xr,a 的滲透係數Kr,a ：
式(1)
其中，ψ為該纖維預織物的孔隙度，μ為該樹脂的黏度，△T =tr -tr-1 ，藉此得到該樹脂於該平面中對應流動時間ti 的該滲透係數，即該當前流動時間滲透係數；
步驟5：將步驟4得到的該下一流動時間波前候選位置與一下一流動時間的波前預期位置進行比對，從而找出最接近該下一流動時間的波前預期位置的該下一流動時間波前候選位置，並回推得到所對應的該候選灌注壓力值；
步驟6：將該候選灌注壓力值回傳至該樹脂供應單元，以作為下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動。
據此，藉由該預測控制模型配合該最適化算法所計算出之該樹脂的該下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動，使該樹脂能得以恆速地推進，俾確保樹脂轉注成型之品質。
有關本發明的詳細說明及技術內容，茲搭配圖式說明如次：
本發明係關於一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制一樹脂(50)於一樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，請參閱『圖1』與『圖2』，分別為本發明一實施例之系統配置示意圖以及本發明一實施例之該樹脂轉注成型設備的示意圖。該樹脂轉注成型設備包括一樹脂供應單元(10)以及一與該樹脂供應單元(10)連接的模具單元(20)，該模具單元(20)包括一上模(21)、一下模(22)、一模穴(23)以及一位於該模穴(23)內之平面(24)，該模穴(23)係供一纖維預織物容置。於本實施例中，該樹脂轉注成型設備進一步包括一真空單元(30)，而該樹脂供應單元(10)包括一氣體輸出部(11)、一壓力調節器(12)、一樹脂容置部(13)、一前端壓力感測器(14)、一閥門(15)、一樹脂灌注管路(16)，該真空單元(30)包括一真空桶(31)、一後端壓力感測器(32)、一真空幫浦(33)、一抽真空管路(34)。該氣體輸出部(11)、該壓力調節器(12)、該樹脂容置部(13)、該前端壓力感測器(14)、該閥門(15)係透過複數個第一管路彼此相接，該樹脂供應單元(10)透過該樹脂灌注管路(16)連接至該模具單元(20)並與該模穴(23)相連通，以將該樹脂(50)灌注於該模穴(23)內。該真空桶(31)、該後端壓力感測器(32)、該真空幫浦(33)亦透過複數個第二管路彼此相接，該真空單元(30)透過該抽真空管路(34)連接至該模具單元(20)，藉此將該模穴(23)內多餘的氣體抽離。
本發明之第一實施例包括以下步驟：
步驟1：設定複數組訓練製程條件，該訓練製程條件至少包括一初始灌注壓力。
步驟2：根據該訓練製程條件進行複數次訓練製程，取得各個該訓練製程中，複數個流動時間時該樹脂(50)所對應的一滲透係數以及一當前流動時間波前位置，與一下一流動時間波前位置，其中，該訓練製程中，該滲透係數、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置的取得包括以下步驟：
步驟2A：請參閱『圖3』，為本發明之第一實施例之該模具單元(20)的該平面(24)的示意圖。步驟2A先於該平面(24)定義出複數個偵測位置ym,n ，該偵測位置ym,n 共有m×n 個。本實施例中，該偵測位置ym,n 係呈類似矩陣之形式排列，即包括複數縱列與複數橫行，縱列數量以m 表達，m =1~4，橫行數量以n 表達，n =1~3。
步驟2B：請參閱『圖4』、『圖5』、『圖6』，分別為本發明之第一實施例中該偵測模組的位置示意圖、該偵測模組的俯視圖以及步驟2B之系統配置示意圖。步驟2B係提供一偵測模組(40)，該偵測模組(40)包括一壓力感測單元(41)、至少一影像擷取器(42)以及一處理單元，該壓力感測單元(41)裝設於該偵測位置ym,n ，該影像擷取器(42)設置於該平面(24)之一側，該處理單元與該壓力感測單元(41)及該影像擷取器(42)電性連接，其中，該壓力感測單元(41)係包括m×n 個壓力感測器(411)，且該壓力感測器(411)的設置位置係與該偵測位置ym,n 相互對應。於本實施例中，該壓力感測器(411)共有12個，亦呈類似矩陣之形式排列，包括複數橫行與複數縱列。
步驟2C：請參閱『圖7』，為本發明之第一實施例中該樹脂的流動示意圖。此步驟將該樹脂(50)灌注於該模穴(23)內，令該樹脂(50)於該平面(24)朝一方向A進行流動。
步驟2D：利用該影像擷取器(42)紀錄該樹脂(50)之流動，以取得該樹脂(50)之一波前(51)於流動時間ti 時在該平面(24)中的位置，據此於該平面(24)定義出複數個量測位置xi,j ，該量測位置共有i×j 個，ti+1 、ti 及ti-1 彼此間相距一取樣間隔時間，該量測位置xi,j 係該樹脂(50)之該波前(51)於流動時間ti 時，在第j 個橫列上之對應位置，該橫列係沿一與A方向垂直的B方向排列，其中，i 代表第i 個取樣時刻，j 為一和n 有關之整數。本實施例中，i =1~9，j =n =1~3，舉例說明，取樣時刻有9個。
步驟2E：選定i 與j 分別為一預設值r 與a ，係分別為大於1之整數，並利用該影像擷取器(42)取得該樹脂(50)之該波前(51)於流動時間tr+1 、tr 及tr-1 之量測位置xr+1,a 、xr,a 及xr-1,a ，時間tr+1 、tr 及tr-1 相距該取樣間隔時間，並由最靠近該量測位置xr,a 的該壓力感測器(411)取得該樹脂(50)之該波前(51)位於偵測位置ys,a 的壓力值Ps,a ，其中，xr,a 即該訓練製程中的該當前流動時間波前位置，xr+1,a 即該訓練製程中的該下一流動時間波前位置。
於本實施例中，『圖7』即時間tr 時該樹脂(50)之該波前(51)的位置，取r =9，a =1，即t9 為該樹脂(50)流動9個取樣時刻之時間，如圖所示，該樹脂(50)之該波前(51)已流經位於偵測位置y1,1 、y2,1 的該壓力感測器(411)，由於離量測位置x9,1 最近的為y2,1 ，故取s =2，即，s 的數值實際上係和該量測位置xr,a 有關。利用該影像擷取器(42)取得該樹脂(50)之該波前(51)於流動時間t9 及t8 分別抵達之量測位置x9,1 及x8,1 ，並由最靠近量測位置x9,1 的位於偵測位置y2,1 的該壓力感測器(411)取得該樹脂(50)之該波前(51)位於偵測位置y2,1 的壓力值P2,1 。補充說明，於本實施例中，係假設該樹脂(50)之該波前(51)沿y1,1 、y2,1 …y4,1 的方向的流動速率大於該樹脂(50)之該波前(51)沿y1,2 、y2,2 …y4,2 的方向以及沿y1,3 、y2,3 …y4,3 的方向的流動速率，因此，其位置分佈如『圖7』所示。依實際應用，該偵測位置ym,n 的分佈可與本實施例不同，該樹脂(50)之該波前(51)的該量測位置xi,j 的分佈則和本身的流動行為和該取樣間隔時間有關，此處僅為舉例說明。
步驟2F：利用該處理單元配合式(1)取得一位於量測位置xr,a 的滲透係數Kr,a ：
式(1)
其中，ψ為該纖維預織物的孔隙度，μ為該樹脂(50)的黏度，△T =tr -tr-1 ，藉此得到該訓練製程中，該樹脂(50)於該平面(24)中一特定位置的滲透係數。於本實施例中，式(1)係為下式(2)：
式(2) △T= t9 -t8 。
有關本案中該滲透係數的計算，可進一步參閱本案申請人已提出之中華民國專利申請第103136978號，於此不另行贅述。
步驟2G：重複步驟2A至2F，以取得該訓練製程中，多組流動時間時該樹脂(50)所對應的該滲透係數、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置；
步驟3：將步驟1之該初始灌注壓力以及、步驟2G所得到之該樹脂(50)於多組流動時間下所對應的該滲透係數以及、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置定義為該訓練製程條件之一輸入，並以一對應於下一流動時間的預測灌注壓力該下一流動時間波前位置定義為該訓練製程條件之一輸出，利用一資料探勘技術建立一關聯該輸入與該輸出的預測控制模型，該預測控制模型以下式表示：
其中，P o 為該初始灌注壓力，xi,j 係該當前流動時間波前位置，xi+1,j 係該下一流動時間波前位置，Ki,j 為該滲透係數；
步驟4：進行一待控制製程，利用步驟2A至2F，取得該待控制製程中，該樹脂(50)在當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置，並根據一最適化算法，挑選至少一候選灌注壓力值，再將該候選灌注壓力值、當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置代入步驟3的該預測控制模型，並得到至少一對應該候選灌注壓力值的下一流動時間波前候選位置。
步驟5：將步驟4得到的該下一流動時間波前候選位置與一下一流動時間的波前預期位置進行比對，從而找出最接近該下一流動時間的波前預期位置的該下一流動時間波前候選位置，並回推得到所對應的該候選灌注壓力值。
於本實施例中，先預設該下一流動時間波前候選位置與該下一流動時間的波前預期位置的一差異值，當步驟5得到的該下一流動時間波前候選位置與該下一流動時間的波前預期位置之間的差距小於該差異值時，則結束步驟5而進行下一步驟；然若該下一流動時間波前候選位置與該下一流動時間的波前預期位置之間的差距大於該差異值時，則將重複步驟4、步驟5，直到該下一流動時間波前候選位置與該下一流動時間的波前預期位置之間的差距小於該差異值。換言之，即利用該下一流動時間波前候選位置與該下一流動時間的波前預期位置的差距是否小於該差異值，以判斷何者為最接近。
步驟6：將步驟5所得的該候選灌注壓力回傳至該樹脂供應單元(10)，以作為下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂(50)得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動。
接續說明本發明之第二實施例，其中，本發明之第二實施例與第一實施例之差異在於: 於第一實施例中，係利用複數次『實際的』樹脂轉注成型製程所取得之複數組訓練製程條件，進而訓練該預測控制模型；然，於第二實施例中，係利用複數次『模擬的』樹脂轉注成型製程所取得之複數組模擬製程條件，進而訓練該預測控制模型，是以，本發明之第二實施例包括以下步驟：
步驟1：預設複數組模擬製程條件，該模擬製程條件至少包括一初始灌注壓力以及一滲透係數；
步驟2：根據該模擬製程條件進行複數次模擬製程，取得各個該模擬製程中，複數個流動時間時該樹脂(50)所對應的一當前流動時間波前位置，與一下一流動時間波前位置；
步驟3：將該初始灌注壓力、該滲透係數以及該當前流動時間波前位置定義為一輸入，並以該下一流動時間波前位置定義為一輸出，利用一資料探勘技術建立一關聯該輸入與該輸出的預測控制模型，該預測控制模型以下式表示：
其中，P o 為該初始灌注壓力，xi,j 係該當前流動時間波前位置，xi+1,j 係該下一流動時間波前位置，Ki,j 為該滲透係數。
步驟4：進行一待控制製程，先利用如同本發明之第一實施例中的步驟2A至2F，取得該樹脂(50)於該待控制製程中之當前流動時間的一滲透係數以及一當前流動時間波前位置，並根據一最適化算法，挑選至少一候選灌注壓力值，再將該候選灌注壓力值、當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置代入步驟3的該預測控制模型，並得到至少一對應該候選灌注壓力值的下一流動時間波前候選位置。
步驟5：將步驟4得到的該下一流動時間波前候選位置與一下一流動時間的波前預期位置進行比對，從而找出最接近該下一流動時間的波前預期位置的該下一流動時間波前候選位置，並回推得到所對應的該候選灌注壓力值。於此實施例中，步驟4、步驟5的進行可參第一實施例的說明。
步驟6：將該候選灌注壓力值回傳至該樹脂供應單元(10)，以作為下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂(50)得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動。
茲進一步說明，於本發明之實施例中，該預測控制模型可係一類神經網路，該最適化算法可為一網格搜索法，該模擬製程可使用台灣科盛科技股份有限公司所提供的Moldex3D RTM模組進行。另外，有關該待控制製程中，該下一流動時間的波前預期位置的選擇，較佳地以令該樹脂(50)呈現一均速流動為依據。再者，該預測控制模型之預測結果是否與實際的製程相匹配，係取決於該樹脂(50)於該待控制製程中是否受有外在干擾因素，例如:纖維布裁切不當或是環境溫度改變等，而導致該樹脂(50)之流動行為偏離該預測控制模型之預測結果(即所謂之模型失配(Model mismatch))。是以，於本發明之實施例中，可進一步提供一反饋控制系統，該反饋控制系統係透過一比例-積分控制器進而降低該樹脂(50)於該模具單元(20)中流動時所受到之干擾因素，避免該樹脂(50)之流動行為偏離該預測控制模型之預測結果。
綜上所述，本發明提供一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制該樹脂於該樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，藉由該預測控制模型配合該最適化算法所計算出之該樹脂的該下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動，使該樹脂能得以恆速地推進；另，透過該反饋控制系統，得避免因纖維布裁切不當或是環境溫度改變等而導致該樹脂於真實製程中之流動行為偏離該預測控制模型之預測結果，俾確保樹脂轉注成型之品質。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。舉凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。
10‧‧‧樹脂供應單元
11‧‧‧氣體輸出部
12‧‧‧壓力調節器
13‧‧‧樹脂容置部
14‧‧‧前端壓力感測器
15‧‧‧閥門
16‧‧‧樹脂灌注管路
20‧‧‧模具單元
21‧‧‧上模
22‧‧‧下模
23‧‧‧模穴
24‧‧‧平面
30‧‧‧真空單元
31‧‧‧真空桶
32‧‧‧後端壓力感測器
33‧‧‧真空幫浦
34‧‧‧抽真空管路
40‧‧‧偵測模組
41‧‧‧壓力感測單元
42‧‧‧影像擷取器
411‧‧‧壓力感測器
50‧‧‧樹脂
51‧‧‧波前
A‧‧‧方向
B‧‧‧方
圖1，為本發明一實施例之系統配置示意圖。 圖2，為本發明一實施例之該樹脂轉注成型設備的示意圖。 圖3，為本發明之實施例中該模具單元的該平面的示意圖。 圖4，本發明之實施例中該偵測模組的位置示意圖。 圖5，為本發明之實施例中該偵測模組的俯視圖。 圖6，為本發明之第一實施例中步驟2B之系統配置示意圖。 圖7，為本發明之實施例中該樹脂的流動示意圖。
10‧‧‧樹脂供應單元
11‧‧‧氣體輸出部
12‧‧‧壓力調節器
13‧‧‧樹脂容置部
14‧‧‧前端壓力感測器
15‧‧‧閥門
16‧‧‧樹脂灌注管路
20‧‧‧模具單元
21‧‧‧上模
22‧‧‧下模
30‧‧‧真空單元
31‧‧‧真空桶
32‧‧‧後端壓力感測器
33‧‧‧真空幫浦
34‧‧‧抽真空管路

Claims (4)

  1. 一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制一樹脂於一樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，該樹脂轉注成型設備包括一樹脂供應單元以及一與該樹脂供應單元連接的模具單元，該模具單元包括一供一纖維預織物容置的模穴以及一位於該模穴內之平面，該方法包含以下步驟： 步驟1：設定複數組訓練製程條件，該訓練製程條件至少包括一初始灌注壓力； 步驟2：根據該訓練製程條件進行複數次訓練製程，取得各個該訓練製程中，複數個流動時間時該樹脂所對應的一滲透係數以及一當前流動時間波前位置，與一下一流動時間波前位置，其中，該訓練製程中的該滲透係數、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置的取得包括以下步驟： 步驟2A：於該平面定義出複數個偵測位置ym,n ，該偵測位置共有m×n 個； 步驟2B：提供一偵測模組，該偵測模組包括一裝設於該偵測位置ym,n 的壓力感測單元、至少一設置於該平面之一側的影像擷取器以及一與該壓力感測單元及該影像擷取器電性連接的處理單元，其中，該壓力感測單元包括m×n 個壓力感測器； 步驟2C：以該初始灌注壓力將該樹脂灌注於該模穴內，令該樹脂於該平面朝一方向進行流動； 步驟2D：利用該影像擷取器取得該樹脂在該平面中的位置，據此於該平面定義出複數個量測位置，ti+1 、ti 及ti-1 彼此間相距一取樣間隔時間，該量測位置共有i×j 個xi,j ，該量測位置xi,j 係該波前於流動時間ti 之對應位置，其中，i 代表第i 個取樣時刻，j 為一和n 有關之整數； 步驟2E：選定i 與j 分別為一預設值r 與a ，係分別為大於1和大於等於1之整數，並利用該影像擷取器取得該樹脂於時間tr+1 、tr 及tr-1 之量測位置xr+1,a 、xr,a 及xr-1,a ，並由最靠近一量測位置xr,a 且該樹脂已流經的該壓力感測器取得該樹脂位於一偵測位置ys,a 的壓力值Ps,a ，其中，xr,a 即該訓練製程中的該當前流動時間波前位置，xr+1,a 即該訓練製程中的該下一流動時間波前位置； 步驟2F：利用該處理單元配合式(1)取得一位於該量測位置xr,a 的滲透係數Kr,a ：式(1) 其中，ψ為該纖維預織物的孔隙度，μ為該樹脂的黏度，△T =tr -tr-1 ，藉此得到該訓練製程中，該樹脂於該平面中對應流動時間ti 的一滲透係數； 步驟2G：重複步驟2A至2F，以取得該訓練製程中，多組流動時間時該樹脂所對應的該滲透係數、該當前流動時間波前位置以及該下一流動時間波前位置； 步驟3：將該初始灌注壓力以及步驟2G得到的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置定義為一輸入，並以該下一流動時間波前位置定義為一輸出，利用一資料探勘技術建立一關聯該輸入與該輸出的預測控制模型，該預測控制模型以下式表示：其中，Po 為該初始灌注壓力，xi,j 係該當前流動時間波前位置，xi+1,j 係該下一流動時間波前位置，Ki,j 為該滲透係數； 步驟4：進行一待控制製程，利用步驟2A至2F，取得該待控制製程中，當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置，並根據一最適化算法，挑選至少一候選灌注壓力值，再將該候選灌注壓力值、當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置代入步驟3的該預測控制模型，並得到至少一對應該候選灌注壓力值的下一流動時間波前候選位置； 步驟5：將步驟4得到的該下一流動時間波前候選位置與一下一流動時間的波前預期位置進行比對，從而找出最接近該下一流動時間的波前預期位置的該下一流動時間波前候選位置，並回推得到所對應的該候選灌注壓力值； 步驟6：將該候選灌注壓力值回傳至該樹脂供應單元，以作為下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之即時控制樹脂轉注成型製程的方法，其中該預測控制模型係一類神經網路。
  3. 一種即時控制樹脂轉注成型製程的方法，用以控制一樹脂於一樹脂轉注成型設備中的灌注壓力，該樹脂轉注成型設備包括一樹脂供應單元以及一與該樹脂供應單元連接的模具單元，該模具單元包括一供一纖維預織物容置的模穴以及一位於該模穴內之平面，該方法包含以下步驟： 步驟1：預設複數組模擬製程條件，該模擬製程條件至少包括一初始灌注壓力以及一滲透係數； 步驟2：根據該模擬製程條件進行複數次模擬製程，取得各個該模擬製程中，複數個流動時間時該樹脂所對應的一當前流動時間波前位置，與一下一流動時間波前位置； 步驟3：將該初始灌注壓力、該滲透係數以及該當前流動時間波前位置定義為一輸入，並以該下一流動時間波前位置定義為一輸出，利用一資料探勘技術建立一關聯該輸入與該輸出的預測控制模型，該預測控制模型以下式表示：其中，Po 為該初始灌注壓力，xi,j 係該當前流動時間波前位置，xi+1,j 係該下一流動時間波前位置，Ki,j 為該滲透係數； 步驟4：進行一待控制製程，先利用以下步驟4A至4F，取得該待控制製程中，當前流動時間時的一滲透係數以及一當前流動時間波前位置，並根據一最適化算法，挑選至少一候選灌注壓力值，再將該候選灌注壓力值、當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置代入步驟3的該預測控制模型，並得到至少一對應該候選灌注壓力值的下一流動時間波前候選位置，其中，當前流動時間時的該滲透係數以及該當前流動時間波前位置的取得包括以下步驟： 步驟4A：於該平面定義出複數個偵測位置ym,n ，該偵測位置共有m×n 個； 步驟4B：提供一偵測模組，該偵測模組包括一裝設於該偵測位置ym,n 的壓力感測單元、至少一設置於該平面之一側的影像擷取器以及一與該壓力感測單元及該影像擷取器電性連接的處理單元，其中，該壓力感測單元包括m×n 個壓力感測器； 步驟4C：以一當前灌注壓力將該樹脂灌注於該模穴內，令該樹脂於該平面朝一方向進行流動； 步驟4D：利用該影像擷取器取得該波前於流動時間ti 時在該平面中的位置，並據此於該平面定義出複數個量測位置，ti 及ti-1 係相距一取樣間隔時間，該量測位置共有i×j 個xi,j ，該量測位置xi,j 係該波前於流動時間ti 之對應位置，其中，i 代表第i 個取樣時刻，j 為一和n 有關之整數； 步驟4E：選定i 與j 分別為一預設值r 與a ，係分別為大於1和大於等於1之整數，並利用該影像擷取器取得該波前於時間tr 及tr-1 之量測位置xr,a 及xr-1,a ，並由最靠近一量測位置xr,a 且該樹脂已流經的該壓力感測器取得該樹脂位於一偵測位置ys,a 的壓力值Ps,a 其中，xr,a 即該當前流動時間波前位置； 步驟4F：利用該處理單元配合式(1)取得一位於該量測位置xr,a 的滲透係數Kr,a ：式(1) 其中，ψ為該纖維預織物的孔隙度，μ為該樹脂的黏度，△T =tr -tr-1 ，藉此得到該樹脂於該平面中對應流動時間ti 的該滲透係數，即該當前流動時間滲透係數； 步驟5：將步驟4得到的該下一流動時間波前候選位置與一下一流動時間的波前預期位置進行比對，從而找出最接近該下一流動時間的波前預期位置的該下一流動時間波前候選位置，並回推得到所對應的該候選灌注壓力值； 步驟6：將該候選灌注壓力值回傳至該樹脂供應單元，以作為下一流動時間的灌注壓力，使該樹脂得依照該下一流動時間的波前預期位置進行流動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之即時控制樹脂轉注成型製程的方法，其中該預測控制模型係一類神經網路。
TW103143740A 2014-12-15 2014-12-15 即時控制樹脂轉注成型製程的方法 TW201620706A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103143740A TW201620706A (zh) 2014-12-15 2014-12-15 即時控制樹脂轉注成型製程的方法
US14/612,837 US9715220B2 (en) 2014-12-15 2015-02-03 Method for real-time controlling resin transfer molding process
CN201510381786.0A CN105690805B (zh) 2014-12-15 2015-07-02 即时控制树脂转注成型制程的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103143740A TW201620706A (zh) 2014-12-15 2014-12-15 即時控制樹脂轉注成型製程的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201620706A true TW201620706A (zh) 2016-06-16

Family

ID=56110286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103143740A TW201620706A (zh) 2014-12-15 2014-12-15 即時控制樹脂轉注成型製程的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9715220B2 (zh)
CN (1) CN105690805B (zh)
TW (1) TW201620706A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180319107A1 (en) 2017-05-05 2018-11-08 Coretech System Co., Ltd System and method for measuring a flowing property in a resin transfer molding system
GB2570104B (en) * 2017-12-18 2021-12-29 Composite Integration Ltd Improved system and method for resin transfer moulding
US10717244B2 (en) * 2018-02-20 2020-07-21 GM Global Technology Operations LLC Manufacturing control systems and logic for prognosis of defects in composite materials
US10836875B2 (en) * 2018-03-09 2020-11-17 GM Global Technology Operations LLC Lightweight fiber-reinforced polymer sandwich structures
CN115081041B (zh) * 2022-06-24 2023-06-16 兰州城市学院 一种基于数字孪生技术的薄壁件树脂传递模塑过程控制方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW305798B (zh) * 1994-08-01 1997-05-21 Toray Industries
US5518385A (en) * 1994-11-09 1996-05-21 United Technologies Corporation Apparatus for resin transfer molding
US6325608B1 (en) * 1999-05-17 2001-12-04 North Carolina A&T State University Apparatus and method for forming densified, carbon-carbon composites
US6532799B2 (en) * 2000-01-18 2003-03-18 Florida State University Research Foundation System for in-situ and on-line monitoring of a perform layup process for liquid composite molding
KR100431092B1 (ko) * 2001-11-29 2004-05-12 이우일 수지 이송 성형에 이용되는 수지 주입 압력 제어 장치
US6853925B2 (en) * 2002-07-03 2005-02-08 Northwestern University Gas flow method for detection of local preform defects based on statistical analysis
DE102004042541A1 (de) * 2004-01-29 2006-03-23 Gunter Prediger Vorrichtung zur Herstellung von Harzbeschichtungen
US8742872B2 (en) * 2010-03-18 2014-06-03 Panasonic Corporation MEMS element, and manufacturing method of MEMS element
US8882486B2 (en) * 2011-08-01 2014-11-11 Mitsubishi Electric Corporation Control device for an injection molding machine
CN102490379B (zh) * 2011-12-12 2014-10-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 树脂传递模塑成型注胶机控制***及控制方法
CN103544341B (zh) * 2013-09-30 2017-01-04 上海交通大学 基于有限体积法的气辅注塑成型气体穿透预测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105690805B (zh) 2018-03-02
US20160167276A1 (en) 2016-06-16
US9715220B2 (en) 2017-07-25
CN105690805A (zh) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201620706A (zh) 即時控制樹脂轉注成型製程的方法
Nedanov et al. A method to determine 3D permeability of fibrous reinforcements
US20180104909A1 (en) Detection, Monitoring, and Management of Gas Presence, Gas Flow and Gas Leaks in Composites Manufacturing
Wei et al. Online estimation and monitoring of local permeability in resin transfer molding
Liu et al. New set-up for in-plane permeability measurement
CN106872509A (zh) 一种基于红外成像的注塑制品质量在线检测装置与方法
CN111163914A (zh) 模制***中的实时材料和速度控制
EP2853972A3 (en) Device and method for detection and/or diagnosis of faults in a process, equipment and sensors
CN104237301A (zh) 一种岩土分层热物性原位热响应测试方法
TWI511868B (zh) A Method for Instantaneous Measurement of Local Permeability Coefficient of Injection Molding
NO343681B1 (no) Karakterisering av flerfasefluidstrømning
KR20160125461A (ko) 계측값 해석 장치 및 계측값 해석 방법
CN111665882B (zh) 温度控制方法及***
JP5077831B2 (ja) プラント制御システムおよびプラント制御方法
CN105550438B (zh) 鱼骨状多分支水平井产油气位置的诊断方法及其***
CN106950911A (zh) 一种宏观光感应微阵列热压成型的实时控制装置及方法
CN203849190U (zh) 检测鲍尔环热变形的装置
DK201300156A1 (da) Fremgangsmåde til påfyldning af kølemiddel
US20190005164A1 (en) Method and apparatus for molding an object according to a computational model
Lee et al. Shrinkage analysis of molded parts using neural network
TWI670500B (zh) 樹脂轉移模製系統之流動特性的測量系統和測量方法
Chiu et al. Estimation of local permeability/porosity ratio in resin transfer molding
TW201804146A (zh) 一種可量測滲透率的樹脂轉注成型設備及方法
CN113111602A (zh) 基于数字孪生的喷淋***设计方法
Di Fratta et al. Investigation of a cost-effective system for on-line flow monitoring and quality control in resin transfer molding