Modeling the heating process in the machine for Precision Glass Molding

Abstract

Precision Glass Molding is an important technique to be used in the production of opti cal components, such as glass lenses. Along with that, since it is a complex procedure and it involves complex domains, a common method used to simulate the machine parts, boundary conditions and applied forces is the Finite Element Method. A Toshiba machine coupled with a Proportional-Integral-Derivative controller is responsible for the execution of the molding process, in which a series of steps are performed, such as heating, soaking, compression and cooling. The proposed work has the focus on the heating portion and the goal of modeling the system, in order to optimize the process parameters and obtain simulation results with even more precision. Inside the machine, infrared lamps are responsible for heating the tools, by emitting radiation. An assump tion is that by accurately modelling the system, the temperature can be controlled without the need of the lamps in the FEM simulation. The presented thesis consists in multiple steps, such as applying control techniques, as well as system identification methods, to find an adequate representation of the real system, simulate the model and validate with experimental data, and perform experiments in the FEM software using the results from the model. The predicted model performed well against experimental data considering the desired margins of error, using the same PID parameters from the machine, which proved that the model can describe the system.

A Moldagem de Vidro de Precisão é uma técnica muito importante a ser usada na produção de componentes ópticos, como lentes de vidro. Junto com isso, um método comum usado para simular o procedimento, as peças da máquina, as condições de contorno e as forças aplicadas é o Método dos Elementos Finitos. Uma máquina Toshiba acoplada a um controlador Proporcional-Integral-Derivativo é responsável pela execução do processo de moldagem, no qual uma série de etapas é realizada, como aquecimento, imersão, compressão e resfriamento. O trabalho proposto tem como foco a etapa de aquecimento e o objetivo de modelar o sistema, a fim de otimizar os parâmetros do processo e obter resultados de simulação com ainda mais precisão. No interior da máquina, lâmpadas infravermelhas são responsáveis pelo aquecimento das ferramentas, emitindo radiação. Uma suposição é que, ao modelar o sistema com precisão, a temperatura pode ser controlada sem a necessidade das lâmpadas. O trabalho apresentado consiste em várias etapas, como a aplicação de técnicas de controle, bem como métodos de identificação de sistema, para encontrar uma representação adequada do sistema real, simular o modelo e validá-lo com dados experimentais e realizar experimentos no software de FEM usando os resultados do modelo. O modelo obtido teve um bom desempenho em comparação com os dados experimentais, usando os mesmos parâmetros do PID da máquina, o que provou que o modelo pode descrever o sistema com precisão.