JP2014092395A - Temperature measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電対を利用して精度良く温度を測定する温度測定方法に関するものであり、限定するものではないが射出成形機の加熱シリンダ、射出ノズルの温度を測定するのに好適な温度測定方法に関するものである。 The present invention relates to a temperature measurement method for accurately measuring temperature using a thermocouple, and is not limited to temperature measurement suitable for measuring the temperature of a heating cylinder and injection nozzle of an injection molding machine. It is about the method.
射出成形機は、従来周知のように、型締めされた一対の金型に溶融樹脂を射出する射出装置を備えている。射出装置は加熱シリンダと、この加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュから構成され、加熱シリンダはヒータが巻かれて加熱されるようになっている。また加熱シリンダは、熱電対からなる温度センサが複数本埋め込まれており、これらの温度センサによって測定される温度に基づいてコントローラがヒータのON/OFFを制御して、樹脂の溶融および射出に適した温度に制御されるようになっている。 As is conventionally known, an injection molding machine includes an injection device that injects a molten resin into a pair of clamped molds. The injection device includes a heating cylinder and a screw that is driven in the rotation direction and the axial direction within the heating cylinder, and the heating cylinder is heated by being wound with a heater. The heating cylinder is embedded with multiple temperature sensors consisting of thermocouples, and the controller controls the heater ON / OFF based on the temperature measured by these temperature sensors, making it suitable for melting and injecting resin. The temperature is controlled.
ところでコントローラはデジタル処理するようになっているが、熱電対からなる温度センサによって検出されるのはアナログ電気信号としての電圧であるので、デジタル電気信号としての温度を得るには、一旦アナログ電気信号の電圧を増幅し、そしてデジタル信号の電圧に変換し、演算を施して温度を得る必要がある。つまり少なくともA/D変換器が必要になる。A/D変換器には色々な種類があり長所短所があるが、高い精度を得ようとするとコストが大きくなる。射出装置の加熱シリンダにおいても、温度の測定に要求される精度は高いが、安価で比較的精度が高いV/F変換器を利用してアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換している。 By the way, the controller is designed to perform digital processing. However, since a voltage as an analog electrical signal is detected by a temperature sensor composed of a thermocouple, the analog electrical signal is once obtained in order to obtain the temperature as a digital electrical signal. Must be amplified and converted into a digital signal voltage and subjected to computation to obtain the temperature. That is, at least an A / D converter is required. There are various types of A / D converters and there are advantages and disadvantages. However, if high accuracy is to be obtained, the cost increases. Even in the heating cylinder of the injection device, the accuracy required for temperature measurement is high, but an analog electric signal is converted into a digital electric signal by using an inexpensive and relatively high accuracy V / F converter.
V/F変換器によって、熱電対から得られるアナログ電気信号としての電圧をデジタル電気信号に変換し、これを演算して温度データを得る方法は例えば特許文献1のように色々な文献に記載されているように周知である。具体的には図3に示されているように処理されている。すなわち熱電対51において検出される電圧は増幅器52によって増幅され、これがV/F変換器53によって電圧に比例した周波数のパルスに変換される。このパルスをカウンタ55において積算してパルス数を得るようになっているが、ゲートコントロール処理56からの指令に基づいてカウンタ55を構成している所定のゲートをONにするとパルス数は0にリセットされ積算を開始する。ゲートコントロール処理56において所定時間経過後にゲートをOFFすると、そのタイミングで演算処理58はカウンタ55からパルス数を読み取る。つまりゲートがONになっていた時間のパルス数を得る。これによってパルスの周波数を計算できる。熱電対51で検出される電圧は冷接点と熱接点の相対的な温度差に依存し、そしてV/F変換器53から出力されるパルスの周波数は入力電圧に比例するので、周波数から電圧を得、そして増幅前の電圧を得てこれから冷接点と熱接点の温度差を計算することができる。そして測温抵抗体59によって冷接点の絶対温度が得られるので、熱接点の温度を計算することができる。
A method for obtaining temperature data by converting a voltage as an analog electric signal obtained from a thermocouple into a digital electric signal by a V / F converter and obtaining temperature data is described in various documents, for example, Patent Document 1. As is well known. Specifically, the processing is performed as shown in FIG. That is, the voltage detected in the
V/F変換器53を使用した従来の方法によっても、熱電対51からなる温度センサによって比較的精度良く温度を測定することができる。またV/F変換器53はコストが小さく有利である。しかしながら、さらに精度よく温度を測定できる余地があるように見受けられる。V/F変換器53は、電圧を所定の周波数のパルスに変換することができるが、この変換の精度は高い。つまり電圧から周波数への変換において信号の劣化はほとんど無く、分解能の低下はほとんどない。しかしながらこの周波数を得る処理において分解能の低下が見うけられる。すなわち周波数は、カウンタ55で積算されるパルス数とゲートのON時間とから計算されるようになっているが、パルス数は整数値でしか得られないので、飛び飛びの値になっている。つまり小数点以下が繰り上げられ、あるいは切り捨てられてしまって信号の劣化が生じている。そうすると、この分だけ測定される温度の精度が落ちてしまう。
Even with the conventional method using the V /
本発明は、上記したような問題点を解決した、温度測定方法を提供することを目的とし、具体的には、コストが小さいにも拘わらず、高い精度で温度を測定することができ、限定するものではないが、射出成形機の加熱シリンダ、射出ノズルに適用して好適な温度測定方法を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a temperature measurement method that solves the above-described problems. Specifically, the temperature can be measured with high accuracy in spite of the low cost, and is limited. Although not intended, it is an object of the present invention to provide a temperature measuring method suitable for application to a heating cylinder and an injection nozzle of an injection molding machine.
本発明は、上記目的を達成するために、必要に応じて増幅した熱電対の電圧をV/F変換器によって所定の周波数(F)のパルスに変換する。パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりのエッジを対象エッジとして測定対象時間(GT)だけカウントし、パルス数(CNT)を得る。高速クロックによってカウントアップされると共に対象エッジ毎にリセットされる所定のカウンタを使用して、リセット直前のカウンタ値であるフルパルス(FP)と、計測対象時間(GT)の開始時と終了時のそれぞれにおけるカウンタ値であるスタートパルス(SP)と、エンドパルス(EP)とを得る。周波数(F)={CNT+(EP−SP)/FP}/GTで計算する。周波数(F)から電圧を計算し、温度センサにおける温度を計算する。 In order to achieve the above object, the present invention converts a voltage of a thermocouple amplified as necessary into a pulse of a predetermined frequency (F) by a V / F converter. The number of pulses (CNT) is obtained by counting the measurement target time (GT) using the rising or falling edge of the pulse as the target edge. Using a predetermined counter that is counted up by a high-speed clock and reset at each target edge, a full pulse (FP) that is a counter value immediately before resetting and a start time and an end time of a measurement target time (GT) A start pulse (SP) and an end pulse (EP), which are counter values at, are obtained. Calculation is performed using frequency (F) = {CNT + (EP−SP) / FP} / GT. The voltage is calculated from the frequency (F), and the temperature at the temperature sensor is calculated.
かくして、請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するために、熱電対からなる温度センサにおいて検出される電圧を必要に応じて増幅し、これをV/F変換器によって所定の周波数(F)のパルスに変換し、該パルスから前記周波数(F)を、前期周波数(F)から前記電圧を順次計算し、そして前記温度センサにおける温度を計算する温度測定方法において、パルスの立ち上がりエッジあるいは立ち下がりエッジを対象エッジとして該対象エッジをカウントする第1のカウンタと、高速クロックによってカウントアップされると共に前記対象エッジ毎にリセットされる第2のカウンタとを使用し、前記第1のカウンタにおいて所定の計測対象時間(GT)の対象エッジの回数であるパルス数(CNT)を得、第2のカウンタにおいて、前記対象エッジによってリセットされる直前のカウンタ値であるフルパルス(FP)と、前記計測対象時間(GT)の開始時と終了時のそれぞれにおけるカウンタ値であるスタートパルス(SP)と、エンドパルス(EP)とを得、前記パルスの周波数(F)を、
F={CNT+(EP−SP)/FP}/GT
によって計算することを特徴とする温度測定方法として構成される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の方法において、前記計測対象時間(GT)の開始時に前記第1のカウンタをリセットし、終了時のカウンタ値を前記パルス数(CNT)とすることを特徴とする温度測定方法として構成される。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の方法において、前記フルパルス(FP)は、前記計測対象時間(GT)の前の所定のタイミングで得ることを特徴とする温度測定方法として構成される。
請求項4に記載の方法は、射出成形機において、熱電対からなる温度センサが埋め込まれた加熱シリンダ、射出ノズルの温度を、請求項1〜3のいずれかの方法によって測定することを特徴とする温度測定方法として構成される。
Thus, in order to achieve the above object, the invention described in claim 1 amplifies the voltage detected in the temperature sensor composed of the thermocouple as necessary, and this is amplified by the V / F converter at a predetermined frequency ( F), the frequency (F) is sequentially calculated from the pulse, the voltage is sequentially calculated from the previous frequency (F), and the temperature at the temperature sensor is calculated. In the first counter, a first counter that counts a target edge with a falling edge as a target edge and a second counter that is counted up by a high-speed clock and reset for each target edge are used. Obtain a pulse number (CNT) that is the number of target edges for a predetermined measurement target time (GT), and in the second counter, A full pulse (FP) which is a counter value immediately before being reset by the target edge, a start pulse (SP) which is a counter value at the start and end of the measurement target time (GT), and an end pulse (EP And the frequency (F) of the pulse is
F = {CNT + (EP-SP) / FP} / GT
It is comprised as a temperature measuring method characterized by calculating by.
According to a second aspect of the present invention, in the method of the first aspect, the first counter is reset at the start of the measurement target time (GT), and the counter value at the end is set as the number of pulses (CNT). It is comprised as a temperature measuring method characterized by doing.
According to a third aspect of the present invention, in the method of the first or second aspect, the full pulse (FP) is obtained at a predetermined timing before the measurement target time (GT). Configured as
The method according to claim 4 is characterized in that, in an injection molding machine, the temperature of a heating cylinder and an injection nozzle in which a temperature sensor composed of a thermocouple is embedded is measured by the method according to any one of claims 1 to 3. Configured as a temperature measurement method.
以上のように、本願発明によると、熱電対からなる温度センサにおいて検出される電圧を必要に応じて増幅し、これをV/F変換器によって所定の周波数(F)のパルスに変換し、該パルスから周波数(F)を、周波数(F)から電圧を順次計算し、そして温度センサにおける温度を計算する温度測定方法として構成されている。すなわちV/F変換器を使用するので、コストが小さい。またV/F変換器は電圧を所定の周波数のパルスに変換するが、電圧から周波数への変換において劣化はほとんどなく高精度で変換することができる。そして本発明によると、パルスの立ち上がりエッジあるいは立ち下がりエッジを対象エッジとして該対象エッジをカウントする第1のカウンタと、高速クロックによってカウントアップされると共に対象エッジ毎にリセットされる第2のカウンタとを使用する。第1のカウンタにおいて所定の計測対象時間(GT)の対象エッジの回数であるパルス数(CNT)を得、第2のカウンタにおいて、対象エッジによってリセットされる直前のカウンタ値であるフルパルス(FP)と、計測対象時間(GT)の開始時と終了時のそれぞれにおけるカウンタ値であるスタートパルス(SP)と、エンドパルス(EP)とを得、パルスの周波数(F)を、F={CNT+(EP−SP)/FP}/GTによって計算する。本発明はこのように構成されているので、周波数(F)を誤差なく高精度で計算することができる。従って温度を高い精度で測定することができる。 As described above, according to the present invention, the voltage detected in the temperature sensor composed of the thermocouple is amplified as necessary, and this is converted into a pulse of a predetermined frequency (F) by the V / F converter. It is configured as a temperature measurement method in which the frequency (F) from the pulse, the voltage from the frequency (F) are sequentially calculated, and the temperature in the temperature sensor is calculated. That is, since a V / F converter is used, the cost is small. The V / F converter converts the voltage into a pulse having a predetermined frequency. However, there is almost no deterioration in the conversion from the voltage to the frequency, and the conversion can be performed with high accuracy. According to the present invention, the first counter that counts the target edge with the rising edge or the falling edge of the pulse as the target edge, and the second counter that is counted up by the high-speed clock and reset for each target edge, Is used. The first counter obtains the number of pulses (CNT) that is the number of target edges of a predetermined measurement target time (GT), and the second counter is a full pulse (FP) that is a counter value immediately before being reset by the target edge. Then, a start pulse (SP) and an end pulse (EP), which are counter values at the start and end of the measurement target time (GT), are obtained, and the frequency (F) of the pulse is expressed as F = {CNT + ( EP-SP) / FP} / GT. Since the present invention is configured as described above, the frequency (F) can be calculated with high accuracy without error. Therefore, the temperature can be measured with high accuracy.
以下、本実施の形態について説明する。本実施の形態に係る温度測定方法は、射出成形機の加熱シリンダの温度を測定する方法として構成されている。本実施の形態に係る射出成形機も、従来周知の射出成形機と同様に、樹脂を溶融して射出する射出装置、金型を型締めする型締装置、等から構成されており、射出装置は加熱シリンダと、この加熱シリンダ内で軸方向と回転方向とに駆動されるスクリュとから構成されている。加熱シリンダ、およびその先端に設けられている射出ノズルには、複数枚のヒータが巻かれており、ヒータによって加熱されるようになっている。加熱シリンダ、および射出ノズルには、熱電対からなる温度センサも1個または複数個埋め込まれている。このような温度センサによって加熱シリンダの温度が測定されるが、次に説明する本実施の形態に係る温度測定装置1によって正確に測定されるようになっている。 Hereinafter, this embodiment will be described. The temperature measurement method according to the present embodiment is configured as a method for measuring the temperature of a heating cylinder of an injection molding machine. The injection molding machine according to the present embodiment is also composed of an injection device that melts and injects resin, a mold clamping device that clamps a mold, and the like, similarly to a conventionally known injection molding machine. Is composed of a heating cylinder and a screw driven in the axial direction and the rotational direction in the heating cylinder. A plurality of heaters are wound around the heating cylinder and the injection nozzle provided at the tip thereof, and are heated by the heaters. One or more temperature sensors made of thermocouples are embedded in the heating cylinder and the injection nozzle. The temperature of the heating cylinder is measured by such a temperature sensor, but is accurately measured by the temperature measuring device 1 according to the present embodiment described below.
本実施の形態に係る温度測定装置1は、図1に示されているように、熱電対からなる温度センサ3と、この温度センサ3の電圧を増幅する増幅器4と、増幅器4において増幅された電圧を入力としてパルスを出力するV/F変換器6と、第1のカウンタ8すなわちパルス数カウンタ8と、第2のカウンタ9すなわちパルス同期カウンタ9と、ゲートコントロール処理10と、高速クロック11と、演算処理12と、温度センサ3の冷接点補償をするための測温抵抗体14とから構成されている。V/F変換器6から出力されるパルスは、図2に示されているように矩形波になっており、その周波数Fは入力される電圧に比例している。このようなパルスの立ち上がりエッジ、あるいは立ち下がりエッジをパルス数カウンタ8においてカウントして、パルス数を測定するようになっている。これらのエッジはどちらを選択してもよいが、本実施の形態においては立ち下がりエッジ14、14、…を対象エッジ14、14、…としてカウントするようにしている。パルス数カウンタ8は、従来周知のカウンタと同様にフリップフロップ、論理ゲート等から構成されている。そして対象エッジ14、14、…の回数を積算しているが、所定のゲートをONするとONのタイミングでカウンタ値がリセットされるようになっている。ゲートコントロール処理10は、温度を測定するときに駆動する処理であり、パルス数カウンタ8のゲートをON/OFFする。本明細書においてはゲート時間GTは、パルス数を計測する時間でもあるので、計測対象時間GTと表現される。ゲートコントロール処理10は、このようなゲート時間GTが正確に一定の時間になるように、図には示されていないが内部のゲート時間カウンタに基づいて処理されている。ゲートコントロール処理10のゲート時間カウンタと、パルス数カウンタ8の、それぞれのカウンタ値の変化の様子が図2に示されている。
As shown in FIG. 1, the temperature measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes a temperature sensor 3 composed of a thermocouple, an amplifier 4 that amplifies the voltage of the temperature sensor 3, and an amplifier 4 that amplifies the voltage. A V / F converter 6 that outputs a voltage as an input, a first counter 8, that is, a pulse number counter 8, a
図2に示されているように、ゲート時間GTすなわち計測対象時間GTにおけるパルス数CNTは、パルス数カウンタ8によって得られ、計測対象時間GTとパルス数CNTとからパルスの周波数Fを計算することはできる。しかしながらパルス数CNTは整数でしか得られない。つまり端数は丸められている。具体的に説明すると、計測対象時間GTの開始時15直後に発生した対象エッジ14aは、パルス数カウンタ8において1回のパルスとしてカウントアップされる。しかしながら直前の対象エッジ14bが発生したパルス開始時16から、この対象エッジ14aが発生したパルス終了時17までは、所定のパルス幅19の時間が経過していて、測定対象時間GTの開始時15からパルス終了時17までの時間はパルス幅19より短い。そうすると1回としてカウントアップされたパルスには、パルス開始時16から測定対象時間GTの開始時15までの時間、つまり符号20で示されている時間に対応するパルスの端数が余分に含まれていることになる。一方、計測対象時間GTの終了時21の直前に発生した対象エッジ14cはパルス数カウンタ8においてカウントアップされているが、対象エッジ14cの発生時であるパルス開始時22から計測対象時間GTの終了時21までの時間、つまり符号24で示されている時間に対応するパルスの端数は捨てられている。つまり符号24で示されている時間には、次に発生する対象エッジ14dの端数が含まれているが端数はカウントされていない。このようにパルス数カウンタ8によって得られるパルス数CNTは端数が丸められているので、パルス数CNTと計測対象時間GTとから周波数Fを計算すると、周波数Fの精度は高くはない。
As shown in FIG. 2, the pulse number CNT in the gate time GT, that is, the measurement target time GT is obtained by the pulse number counter 8, and the pulse frequency F is calculated from the measurement target time GT and the pulse number CNT. I can. However, the pulse number CNT can only be obtained as an integer. In other words, the fraction is rounded. More specifically, the
本実施の形態に係る温度測定装置1においては、パルス同期カウンタ9によって、パルス数CNTの丸められている端数を加味して計算するので、精度良く周波数Fを計算できる。パルス同期カウンタ9は次のように動作する。すなわちパルス同期カウンタ9は、高速クロック11からのクロックによってカウントアップされ、対象エッジ14、14、…によってリセットされるようになっている。高速クロック11からは、V/F変換器6から出力されるパルスに比して十分に高い周波数のクロックが発信されているので、パルス同期カウンタ9のカウンタ値は、図2に示されているようにノコギリ状に変化する。
In the temperature measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the frequency F can be calculated with high accuracy because the
このようなパルス同期カウンタ9において、予めカウンタ値の最大値であるフルパルスFPを得る。フルパルスFPはパルス幅19、19’に対応するカウンタ値であるが、V/F変換器6から出力されるパルスの周波数によって値は変化する。しかしながら、短い時間においてはほぼ一定と見なすことができる。フルパルスFPは、計測対象時間GTの直前に得る。パルス同期カウンタ9によって、計測対象時間GTの開始時15におけるカウンタ値を得、これをスタートパルスSPとする。またパルス同期カウンタ9によって、計測対象時間GTの終了時21におけるカウンタ値を得、これをエンドパルスEPとする。
In such a pulse
演算処理12はこれらによってパルス数CNTの端数を計算する。まずパルス数CNTにおいて、余分に含まれている端数は、符号20で示されている時間に対応する端数であり、スタートパルスSPをフルパルスFPで除したSP/FPで与えられる。次に捨てられている端数は、符号24で示されている時間に対応する端数であり、エンドパルスEPをフルパルスFPで除したEP/FPで与えられる。そうすると端数を含めたパルス数つまり小数点を含んだパルス数CNT_Rは、次のように与えられる。
CNT_R=CNT+(EP−SP)/FP
V/F変換器56のパルスの周波数Fは、小数点を含んだパルス数CNT_Rを計測対象時間GTを除して得られるので、以下の式で与えられる。
F=CNT_R/GT
={CNT+(EP−SP)/FP}/GT
すなわち演算処理12は上記の式によって周波数Fを計算する。
The
CNT_R = CNT + (EP-SP) / FP
Since the frequency F of the pulse of the V /
F = CNT_R / GT
= {CNT + (EP-SP) / FP} / GT
That is, the
演算処理19は、得られた周波数FからV/F変換器6の入力電圧、増幅器4
で増幅される前の電圧を計算する。また測温抵抗体14によって熱電対の冷接点の温度を得る。これらによって熱電対の熱接点における温度を計算する。
The
Calculate the voltage before amplification. The
本実施の形態に係る温度測定装置は色々な変形が可能である。例えばフルパルスFPは、本実施の形態においては計測対象時間GTの直前に得るようにしている。しかしながら計測対象時間GTにおいて得ることもできるし。計測対象時間GTの直後に得てもよい。パルス同期カウンタ9についても変形が可能である。パルス同期カウンタ9は、外部の高速クロック11によってカウントアップされるように説明したが、内部にクロックを備えるようにして自動的にカウントアップされるようにしてもよい。
The temperature measurement device according to the present embodiment can be variously modified. For example, the full pulse FP is obtained immediately before the measurement target time GT in the present embodiment. However, it can also be obtained at the measurement target time GT. You may obtain immediately after measurement object time GT. The
1 温度測定装置 3 温度センサ
4 増幅器 6 V/F変換器
8 パルス数カウンタ 9 パルス同期カウンタ
10 ゲートコントロール処理 11 高速クロック
12 演算処理 14 測温抵抗体
GT 計測対象時間 FP フルパルス
SP スタートパルス EP エンドパルス
F 周波数 CNT パルス数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature measuring device 3 Temperature sensor 4 Amplifier 6 V / F converter 8
Claims (4)
パルスの立ち上がりエッジあるいは立ち下がりエッジを対象エッジとして該対象エッジをカウントする第1のカウンタと、高速クロックによってカウントアップされると共に前記対象エッジ毎にリセットされる第2のカウンタとを使用し、
前記第1のカウンタにおいて所定の計測対象時間(GT)の対象エッジの回数であるパルス数(CNT)を得、
第2のカウンタにおいて、前記対象エッジによってリセットされる直前のカウンタ値であるフルパルス(FP)と、前記計測対象時間(GT)の開始時と終了時のそれぞれにおけるカウンタ値であるスタートパルス(SP)と、エンドパルス(EP)とを得、
前記パルスの周波数(F)を、
F={CNT+(EP−SP)/FP}/GT
によって計算することを特徴とする温度測定方法。 A voltage detected in a temperature sensor composed of a thermocouple is amplified as necessary, and converted into a pulse of a predetermined frequency (F) by a V / F converter, and the frequency (F) is converted from the pulse to the previous period. In a temperature measuring method for calculating the voltage sequentially from the frequency (F) and calculating the temperature in the temperature sensor,
Using a first counter that counts the target edge using a rising edge or a falling edge of a pulse as a target edge, and a second counter that is counted up by a high-speed clock and reset for each target edge;
In the first counter, a pulse number (CNT) that is the number of target edges of a predetermined measurement target time (GT) is obtained,
In the second counter, a full pulse (FP) which is a counter value immediately before being reset by the target edge, and a start pulse (SP) which is a counter value at the start and end of the measurement target time (GT). And end pulse (EP)
The frequency (F) of the pulse is
F = {CNT + (EP-SP) / FP} / GT
The temperature measurement method characterized by calculating by.
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