JP3192909B2 - 押出し成形機の押出し量演算装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、押出し成形機の押出
し量を算出し、この押出し量から引き取り速度を制御す
る、押出し成形機の押出し量演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】押出し成形機は、原料を加熱して溶か
し、この溶かした原料の押出し成形をする。この押出し
成形機の一例を図６に示す。この押出し成形機１は、開
閉装置１０２の開閉により、熱溶融をする原料を、貯蔵
用ホッパ１０１から計量ホッパ１０３に送る。計量ホッ
パ１０３は、送られてきた原料を加熱シリンダ１０４に
送ると共に、現在の原料の重量を測定する。

【０００３】加熱シリンダ１０４は、円筒状の空洞にス
クリュ１０４Ａを備える。スクリュ１０４Ａは、駆動装
置１０５により回転し、計量ホッパ１０３からの原料を
スクリュ１０４Ａの長手方向である方向Ａに送る。この
間、原料は、加熱シリンダ１０４が備えるヒータ（図示
を省略）で加熱され、アミ１０６に到達するときには、
溶けた状態になる。

【０００４】溶けた原料は、成形装置１０７を通り、冷
却装置１０８で冷却される。さらに、円筒１０９を通
り、引取り機１１０で送られて巻き取られる。この引取
り機１１０と、先に述べた開閉装置１０２および計量ホ
ッパ１０３とは、制御装置２に接続されている。制御装
置２は、原料の消費量から引取り機１１０の引取り速度
を制御する。

【０００５】このために、制御装置２は次の制御をす
る。制御装置２には、上限設定値と下限設定値とが、あ
らかじめ設けられている。計量ホッパ１０３の測定結果
が下限設定値になると、開閉装置１０２を開状態にし
て、貯蔵用ホッパ１０１から原料を計量ホッパ１０３に
送る。また、原料の重量が上限設定値になると、開閉装
置１０２を閉状態にして、原料を止める。

【０００６】この後、制御装置２は、計量ホッパ１０３
の測定結果が上限設定値から下限設定値になるまでの時
間を測定する。この測定結果である一定量の原料消費時
間を用いて、加熱シリンダ１０４での押出し量を算出す
る。そして、算出した押出し量から、引取り機１１０の
引取り速度やスクリュ１０４Ａの回転速度を決める。こ
の方式を一般にバッチ計量方式と呼ぶ。このような押出
し成形機が特開昭６４−２４７２１号公報に示されてい
る。

【０００７】また、バッチ計量方式の他に、ロスインウ
エイト方式と呼ばれる押出し量算出方法があり、これは
計量ホッパ１０３の測定で常に原料の重量を測定し、一
定時間毎に原料の使用量から押出し量を算出し、この押
出し量から引取り機１１０の引取り速度やスクリュ１０
４Ａの回転速度を決める。

【０００８】このように、押出し成形機１の制御装置２
は、一定原料の消費時間または一定時間の消費量から押
出し量を算出し、この押出し量に基づいて、引取り機１
１０の引取りモータやスクリュ１０４Ａの回転制御をす
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、先に述べた
押出し成形機１では、計量ホッパ１０３の重量変化は、
圧力センサの一種であるロードセル（図示を省略）によ
り計測される。一方、押出し成形機１の稼働時には、ス
クリュ１０４Ａが回転して原料を送り出す。このとき、
ロードセルは、スクリュ１０４Ａの回転による圧力によ
り、脈動成分を加えたものを出力する。そして、スクリ
ュ１０４Ａの１回転が、脈動成分の１周期に相当する。

【００１０】しかし、先に述べた押出し成形機１に対す
るバッチ計量方式もロスインウエイト方式も、正確な押
出し量を算出する必要があるが、重量の計量値に含まれ
る脈動成分のために、正確な原料の消費時間または消費
量を測定できず、押出し量を正確に算出することができ
ない。

【００１１】また、バッチ計量方式は、上限設定値から
下限設定値にいたる間に発生したアミづまり等による押
出し量変化をとらえられない欠点がある。

【００１２】この発明の目的は、このような欠点を除
き、正確な押出し量を高精度にリアルタイムで算出する
ことを可能にする、押出し成形機の押出し量演算装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、その目的を
達成するため、押出し成形機の計量ホッパが測定した、
原料の重量変化から、押出し成形機用の制御入力を算出
する、押出し成形機の押出し量演算装置において、計量
ホッパが測定した重量変化の値をサンプリングするサン
プリング部と、サンプリング部で離散的な値に変換され
た重量変化の中の、所定個毎の離散値を平均化して、重
量変化の脈動成分を除去する脈動除去部と、脈動除去部
からの平均化された重量変化を直線に近似する直線近似
部と、直線近似部が近似した直線の傾きから各時刻の押
出し量を算出し、各時刻の押出し量から算出した平均押
出し量と新たに算出した押出し量との差が所定範囲内に
あるとき、平均押出し量を制御入力とし、差が所定範囲
外にあるとき、新たに算出した押出し量を制御入力とし
て出力する演算部とを備える。

【００１４】

【作用】押出し成形機では、計量ホッパが原料の重量変
化を測定する。計量ホッパが出力する重量変化には、押
出し成形機のスクリュの回転で発生する脈動成分が含ま
れる。この脈動成分が押出し量を算出する際の誤差の一
因となる。

【００１５】この発明は、脈動除去部が、サンプリング
部でのサンプリングにより離散的な値に変換された重量
変化の中の、所定個毎の離散値を平均化して、押出し成
形機の制御入力として出力する。これにより、制御入力
から脈動成分を除去することができる。

【００１６】さらに、平均化に際して、平均押出し量と
新たに算出した押出し量との差が所定範囲外にあると
き、新たに算出した押出し量を制御入力として出力す
る。この結果、押出し量が急変したときには、この押出
し量を制御入力とするので、この急変に直ちに対応する
ことができる。

【００１７】

【実施例】次に、この発明の実施例を、図面を用いて説
明する。

【００１８】図１は、この発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。この押出し成形機の押出し量演算装置は、
図６に示す押出し成形機１の制御装置２の中で用いられ
る。押出し成形機の押出し量演算装置は、サンプリング
部１１と、脈動除去部１２と、直線近似部１３と、演算
部１４とを備える。

【００１９】サンプリング部１１は、計量ホッパ１０３
からの、消費されて時間と共に変化する重量値（以下、
重量変化と記す）２０１を、一定の周期でサンプリング
する。

【００２０】計量ホッパ１０３からの重量変化２０１
は、図２に示すように、脈動成分を含む値２０１であ
る。このために、サンプリングした重量変化２０２は、
脈動成分を含む離散的なものとなる。

【００２１】脈動除去部１２は、サンプリングした重量
変化２０２から脈動成分を除くためのローパスフィルタ
である。脈動除去部１２は、脈動成分を除くために、移
動平均法を用いる。このために、脈動除去部１２は、サ
ンプリングした重量変化２０２の中の、例えばｎ番目の
サンプリング値Ｘnを、次の式を用いて決める。

【００２２】

【数式１】 つまり、脈動除去部１２は、ｎ番目のサンプリング値Ｘ
nを、所定個の離散値Ｘ1、Ｘ2、…、Ｘnを用いて、

【００２３】

【数式２】 で算出する。式（１）を用いた変換を繰り返すと、各サ
ンプリング値が平均化されるので、図３に示すように、
脈動成分の振幅を小さくすることができる。脈動除去部
１２は、脈動成分を除去した重量変化２０３を直線近似
部１３に送る。

【００２４】直線近似部１３は、重量変化２０３を、最
小二乗法を用いて、直線に近似する。経過時間をＴk［s
ec］とすると、直線近似部１３は、サンプリングした重
量変化２０３の測定データ数ｍを、

【００２５】

【数式３】 の式から算出する。測定時間をｘ［msec］、重量変化を
ｙとして、近似する直線を、

【００２６】

【数式４】 とする。直線近似部１３は、式（３）で算出した測定デ
ータ数ｍを用いて、式（４）の定数ａ，ｂを、

【００２７】

【数式５】 の式と、

【００２８】

【数式６】 の式とを用いて決める。なお、ＸAV、ＹAVは、平均値を
それぞれ表す。直線近似部１３は、これらの演算をシフ
ト時間Ｔs毎に行い、定数ａ，ｂを算出する。これによ
り、式（４）を用いた直線近似が行われる。

【００２９】演算部１４は、直線近似部１３が算出した
式（４）を用いて、１時間当たりの押出し量を算出す
る。式（４）の傾きｂが押出し量に相当するので、演算
部１４は、１時間当たりの押出し量Ｑi［kg/h］を、

【００３０】

【数式７】 の式を用いてそれぞれ算出する。

【００３１】演算部１４は、移動平均法を用いて、算出
した押出し量Ｑiを平均化する。つまり、演算部１４
は、それぞれの押出し平均量ＱAVjを、

【００３２】

【数式８】 の式を用いて算出する。演算部１４は、押出し成形機１
の制御入力として、この押出し平均量ＱAVjを出力す
る。

【００３３】演算部１４は、算出した１つの押出し平均
量ＱAVjを用い、それぞれの押出し量Ｑiを次の式でチェ
ックする。

【００３４】

【数式９】 演算部１４は、この式（９）を満たす押出し量Ｑiが連
続してＭ回数だけ発生したとき、つまり、差が押出し平
均量ＱAVjの３［％］より大きくなったとき、押出し量
Ｑiに急変が発生したと判断し、押出し平均量ＱAVjの代
わりに、押出し量Ｑiを制御入力として出力する。ま
た、この処理のとき、Ｎ回数だけ連続して式（９）を満
たさなければ、押出し平均量ＱAVjを制御入力として出
力する処理をする。

【００３５】次に、この実施例の動作について説明す
る。

【００３６】押出し成形機１の計量ホッパ１０３は、原
料の重量変化を算出し、算出した重量変化をサンプリン
グ部１１に送る。サンプリング部１１は、重量変化をサ
ンプリングする。

【００３７】脈動除去部１２は、サンプリングした重量
変化を、式（１）を用いて移動平均化する。これによ
り、脈動除去部１２は、サンプリングした重量変化に含
まれる脈動成分を除くことができる。

【００３８】この後、直線近似部１３は、最小二乗法を
用いて、脈動成分が除かれた重量変化を直線的に近似す
る。このとき、直線近似部１３がサンプリング部１１か
らの重量変化２０２を、最小二乗法を用いて直接、近似
すると、図４（ａ）に示すように、重量変化２０１の脈
動成分の影響により、最小二乗法で求めた直線２１１
が、重量変化２０１を示す直線２１０とは異なるものに
なる。

【００３９】また、この点を解決するために、サンプリ
ング数を多くすると、図４（ｂ）に示すように、このサ
ンプリング数により求めた直線２１２が、直線２１０の
傾きの変化部分を丸めてしまう。このときにも、最小二
乗法で求めた直線２１２が、重量変化２０１を示す直線
２１０とは異なるものになる。

【００４０】このような点を除くために、直線近似部１
３は、脈動除去部１２で脈動成分を除去した重量変化２
０３を用いて、随時に直線近似をする。

【００４１】演算部１４は、直線近似部１３が算出した
式（４）を用いて、１時間当たりの押出し量を算出す
る。この後、演算部１４は、式（８）を用いて、算出し
た押出し量Ｑiを平均化し、それぞれの押出し平均量ＱA
Vjを算出する。この様子を図５を用いて説明する。

【００４２】図５では、演算部１４は、式（９）を満た
す押出し量Ｑiが連続して３回だけ発生したとき、押出
し量Ｑiに急変が発生したと判断し、押出し平均量ＱAVj
の代わりに、押出し量Ｑiを制御入力として出力する。
演算部１４は、押出し量としてＱ1〜Ｑ8まで算出する。
この後、演算部１４は、押出し量としてＱ1〜Ｑ8から、
式（８）を用いて、押出し平均量ＱAV1を算出する。演
算部１４は、この押出し平均量ＱAV1を、制御入力とし
て出力する。

【００４３】この後、演算部１４は、押出し量Ｑ9を算
出し、押出し量としてＱ2〜Ｑ9から、式（８）を用い
て、押出し平均量ＱAV2を算出する。演算部１４は、こ
の押出し平均量ＱAV2を、制御入力として出力する。

【００４４】さらに、演算部１４は、押出し量Ｑ9が、 ｜ＱAV1−Ｑ9｜＞０．０３・ＱAV1 を満たすかどうかをチェックする。この場合、押出し量
Ｑ9が押出し平均量ＱAV1の３［％］より大きいとする。
これにより、演算部１４は、１回目の「変化有り」を検
出する。同じようにして、演算部１４は、押出し量Ｑ1
0，Ｑ11を算出し、押出し平均量ＱAV3，ＱAV4を制御入
力として出力する。

【００４５】さらに、演算部１４は、押出し量Ｑ10，Ｑ
11のチェックから、２回目と３回目の「変化有り」を検
出する。

【００４６】この後、演算部１４は、押出し量Ｑ12を算
出する。そして、演算部１４は、３回連続して、「変化
有り」を検出したので、押出し平均量ＱAV5の代わり
に、押出し量Ｑ12を制御入力として出力する。３回連続
の「変化有り」の後、押出し平均量ＱAVjの代わりに押
出し量Ｑiを制御入力とするのは、ノイズなどの突然の
変化による誤差を、「変化有り」とすることを防ぐため
である。

【００４７】演算部１４は、同様にして、押出し平均量
ＱAV6〜ＱAV10の代わりに、押出し量Ｑ13〜Ｑ17を制御
入力として出力する。このとき、演算部１４は、押出し
量Ｑ15，Ｑ16，Ｑ17のチェックにより、３回連続して、
「変化なし」を検出したので、押出し量Ｑ18の以降で
は、再び押出し平均量ＱAV11，ＱAV12を制御入力して出
力する。

【００４８】このように、この実施例により、押出し量
が急変したときには、押出し平均量の代わりに、この押
出し量を制御入力とするので、この急変に直ちに対応す
ることができる。

【００４９】なお、この実施例では、３［％］に基づい
て所定範囲を算出したが、特に、これに限定されること
はない。

【００５０】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明は、サ
ンプリングにより離散的な値に変換された重量変化の中
の、所定個毎の離散値を平均化して、制御入力として出
力する。これにより、制御入力から脈動成分を除去する
ことができる。

【００５１】さらに、平均化に際して、平均押出し量
と、新たに算出した押出し量との差が所定範囲外にある
とき、新たに算出した押出し量を制御入力として出力す
る。この結果、押出し量が急変したときには、この押出
し量を制御入力とするので、この急変に直ちに対応する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】重量変化を示す図である。

【図３】重量変化を示す図である。

【図４】重量変化を示す図である。

【図５】制御入力の生成を示す図である。

【図６】押出し成形機の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ サンプリング部 １２ 脈動除去部 １３ 直線近似部 １４ 演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−24721（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241900（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−245907（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−147095（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−329915（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137911（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−48414（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押出し成形機の計量ホッパが測定した、
   原料の重量変化から、押出し成形機用の制御入力を算出
   する、押出し成形機の押出し量演算装置において、 計量ホッパが測定した重量変化の値をサンプリングする
   サンプリング部と、 サンプリング部で離散的な値に変換された重量変化の中
   の、所定個毎の離散値を平均化して、重量変化の脈動成
   分を除去する脈動除去部と、 脈動除去部からの平均化された重量変化を直線に近似す
   る直線近似部と、 直線近似部が近似した直線の傾きから各時刻の押出し量
   を算出し、各時刻の押出し量から算出した平均押出し量
   と新たに算出した押出し量との差が所定範囲内にあると
   き、平均押出し量を制御入力とし、差が所定範囲外にあ
   るとき、新たに算出した押出し量を制御入力として出力
   する演算部とを備えることを特徴とする、押出し成形機
   の押出し量演算装置。