一种全自动吸塑设备真空腔密封性自动检测方法及系统与流程

本发明涉及密封性测试，更具体地说，本发明涉及一种全自动吸塑设备真空腔密封性自动检测方法及系统。

背景技术：

1、吸塑成型中，真空腔密封性直接决定产品成型质量，泄漏将导致产品出现气泡、皱褶等缺陷，严重时造成批量报废，目前真空腔密封性检测主要采用压力衰减法：将真空腔抽至目标真空度后关闭阀门进入保压状态，通过监测保压期间压力变化评估泄漏率。

2、然而，现有方案通常采用固定保压时长和单一压力变化斜率判定泄漏，但泄漏过程中气体流动状态随腔内外压差变化而改变，初期为分子流，后期逐渐过渡至粘滞流，两段压力变化规律存在本质差异，单一斜率无法准确表征完整泄漏过程，检测结果严重依赖保压窗口选取，且无法区分不同泄漏机理；

3、吸塑成型中加热炉热辐射和环境湿度波动会显著影响压力传感器精度，现有技术缺乏针对吸塑设备热湿耦合干扰的有效补偿方案，导致泄漏率判定失准；

4、现有方案仅能判断“是否泄漏”，无法定位泄漏点，维修人员需逐点排查，导致长时间停机；少数超声检测方案对所有通道全阵列扫描，数据量大且定位精度易受设备运行噪声干扰；

5、现有检测阈值多为固定值，随设备使用年限增加、密封件老化，固定阈值不再适用，导致误判率升高，缺乏自适应调整手段。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种全自动吸塑设备真空腔密封性自动检测方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全自动吸塑设备真空腔密封性自动检测方法，包括以下步骤：

3、流态自适应分段步骤：在吸塑设备每个成型周期的预抽真空阶段，以采样频率≥100hz同步采集真空腔内的压力值、腔体壁面温度和环境湿度；以抽真空结束时刻为起点进入保压观测窗口，对所述压力值进行二阶导数分析，通过的拐点自动识别分子流区与粘滞流区的过渡时刻，将所述保压观测窗口划分为第一段分子流衰减区和第二段粘滞流衰减区，分别对两段进行线性拟合得到第一衰减斜率和第二衰减斜率；

4、多物理场实时补偿步骤：基于所述腔体壁面温度和所述环境湿度，通过预建立的片材材质-温度-湿度耦合补偿模型对所述压力值进行实时修正，得到补偿后压力序列；所述耦合补偿模型根据当前模次片材材质从预设的材质映射表中自动选取补偿系数组；

5、泄漏通道特征辨识步骤：计算所述第一衰减斜率与所述第二衰减斜率的比值，将所述比值与预设的泄漏通道特征模型库进行比对，识别泄漏类型，所述泄漏类型包括密封圈失效、结构开裂和材料渗透；

6、分级响应步骤：基于所述补偿后压力序列计算等效泄漏率，其中为腔体容积，为标准大气压；根据所述等效泄漏率和所述泄漏类型执行差异化响应策略。

7、优选地，所述流态自适应分段步骤中，所述过渡时刻τ的自动识别方法包括：

8、对所述压力值进行滑动窗口多项式平滑滤波；

9、计算平滑后压力序列的二阶导数；

10、以由正变负的最后一个过零点作为所述过渡时刻；

11、若在整个保压观测窗口内未检测到满足条件的过零点，则以所述保压观测窗口的中点作为默认过渡时刻。

12、优选地，所述多物理场实时补偿步骤中，所述预设的材质映射表至少包括abs、ps、pet、pp四种吸塑常用片材对应的补偿系数组；

13、其中，pet和pp材质对应的温度补偿权重高于abs和ps材质。

14、优选地，所述泄漏通道特征模型库中，密封圈压缩变形模型对应的比值区间为，接缝微裂纹模型对应的比值区间为，材料渗透模型对应的比值区间为，其中，且各区间互不重叠；

15、当所述比值落入密封圈压缩变形模型的比值区间时，判定所述泄漏类型为密封圈失效；

16、当所述比值落入接缝微裂纹模型的比值区间时，判定所述泄漏类型为结构开裂；

17、当所述比值落入材料渗透模型的比值区间时，判定所述泄漏类型为材料渗透。

18、优选地，所述分级响应步骤中的差异化响应策略包括：

19、当时，判定为a级合格，允许继续生产；

20、当且所述泄漏类型为材料渗透时，判定为b级预警，标记当前批次并缩短下一检测周期，同时自动延长下一成型周期的预抽真空时间；

21、当或所述泄漏类型为密封圈失效或结构开裂时，判定为c级报警，立即停机并输出检修提示。

22、优选地，还包括超声相控阵联动定位步骤：

23、当所述等效泄漏率时，触发布置于真空腔外壁的超声相控阵传感器阵列启动泄漏声发射采集；

24、所述超声相控阵传感器阵列包括沿真空腔外壁的接缝处和周向均匀分布的n个超声换能器，n≥8，各换能器通过磁吸或耐高温胶粘固定于腔体外壁非加热区，工作频段为40khz-100khz；

25、采集各换能器接收到的声发射信号，通过数字带阻滤波器滤除真空泵谐波干扰和片材裁切高频噪声；

26、基于各换能器声发射信号的到达时差，采用三维时差定位算法计算泄漏点空间坐标；

27、当同一空间坐标在连续3个成型周期内均被定位时，将该坐标标记为确认泄漏源。

28、优选地，所述数字带阻滤波器的阻带频率根据当前吸塑设备的真空泵型号和片材裁切机构的电机转速自动确定，所述阻带频率至少包括真空泵基频及其前3次谐波、片材裁切电机基频及其前2次谐波。

29、还提供了一种全自动吸塑设备真空腔密封性自动检测系统，包括：

30、多源传感模块，包括：

31、安装于真空腔抽气管路或腔体上的高精度压力变送器，精度≤0.1%满量程，量程覆盖0.1pa-100kpa；

32、贴附于真空腔外壁的ntc温度探头阵列，至少包含4个分别布置于腔体四周的探头；

33、安装于设备机架上的环境湿度传感器；

34、分布于真空腔体外壁四周及顶底的8-16通道超声相控阵换能器，各换能器通过磁吸或耐高温胶粘固定；

35、边缘计算单元，包括嵌入式工业控制器和高速数据采集卡，所述嵌入式工业控制器通过所述高速数据采集卡与所述多源传感模块电连接，所述嵌入式工业控制器内嵌有流态自适应分段模块、多物理场补偿模块、泄漏通道辨识模块和分级响应决策模块；

36、plc交互接口，包括工业以太网通信模块，用于与吸塑设备主控可编程逻辑控制器进行实时数据交互；

37、以及人机交互终端，包括触摸显示屏。

38、优选地，还包括自校准模块，所述自校准模块包括：

39、标准漏孔接口，设置于真空腔抽气管路上，用于接入漏率可调的标准漏孔；

40、校准控制单元，配置为在每个工作班次首模前，关闭真空腔所有外接阀并接入所述标准漏孔，执行标准压力衰减测试以标定当前工况下的基准第一衰减斜率、基准第二衰减斜率及容差阈值，并将标定结果更新至所述边缘计算单元的运行参数库。

41、优选地，所述超声相控阵换能器包括：

42、沿真空腔上模与下模的合模接缝处布置的第一组换能器，数量为4-8个，用于检测合模面密封状态；

43、沿真空腔周向侧壁布置的第二组换能器，数量为4-8个，等角度间隔分布，用于检测腔体侧壁结构完整性；

44、所述边缘计算单元内嵌有换能器编组选择模块，所述换能器编组选择模块配置为：当所述泄漏通道辨识模块判定泄漏类型为密封圈失效时，选择性地启用所述第一组换能器进行精确定位；当判定泄漏类型为结构开裂时，选择性地启用所述第二组换能器进行扫描检测。

45、本发明的技术效果和优点：

46、1、通过对压力曲线进行二阶导数分析，以由正变负的拐点自动识别分子流区与粘滞流区的过渡时刻，将保压窗口动态划分为两段并分别提取衰减斜率和；进一步利用两段衰减斜率的比值作为泄漏通道特征辨识指标，分子流区与粘滞流区的衰减斜率差异直接反映了泄漏通道的几何尺度特征，不同泄漏通道形态对应不同的值区间，将泄漏检测从“是否泄漏”的二元判定提升至“何种泄漏通道”的机理层面，可准确区分密封圈压缩变形、接缝微裂纹和材料微孔渗透三种具有完全不同失效模式和危害程度的泄漏类型，突破了传统固定时长保压检测的局限；

47、2、通过建立了片材材质、温度与湿度耦合补偿模型，根据abs、ps、pet、pp等不同片材自动选取补偿系数；并构建了基于等效泄漏率和泄漏类型联合驱动的三级差异化响应机制：a级合格维持生产，b级预警通过延长预抽真空时间10%-30%补偿微漏，c级报警立即停机，实现了检测灵敏度与设备稼动率的统一优化，通过多物理场实时补偿与分级差异化响应的有机联动，实现从信号精准获取到执行策略智能匹配的闭环；

48、3、通过将泄漏通道辨识结果作为编组选择依据，密封圈失效时仅启用合模接缝处第一组换能器，结构开裂时仅启用周向侧壁第二组换能器；先辨识、后定位的串行决策架构配合数字带阻滤波器对真空泵基频及其前3次谐波、裁切电机基频及其前2次谐波的精准陷波，定位精度提高，同时，每个工作班次首模前自动执行自校准，通过标准漏孔实时标定、及容差阈值，补偿密封件老化导致的阈值漂移，使检测系统在全生命周期内保持一致的判定标准，具有显著的工业应用价值，创造了泄漏类型驱动的超声相控阵换能器编组选择策略，解决现有方案全阵列扫描存在数据冗余和噪声干扰的问题。