JP4177399B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は射出成形機の制御方法に関する。
可塑化・計量工程(以下、計量工程と記す。)と射出・保圧工程(以下、射出工程と記す。)を実施することで製品を得る射出成形機において、得られる製品の品質は、射出条件に左右されるため、良品が得られるように射出条件を調節することが重要である。
射出条件には、スクリュー制御を速度制御から圧力制御に切り替える、V−P切替制御が含まれており、このV−P切替位置を補正することで良品を得る技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−335078公報(図3)
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図18は従来の技術の基本原理を説明する図であり、横軸にスクリュー位置が示され、縦軸に射出圧力又は射出速度が示されている。
Psは、良品が得られたときの射出圧力の曲線であり、Pは、あるショットでの射出圧力の曲線であり、V1〜V3は射出速度を示す線である。
圧力曲線Psがスクリュー位置補正量検出圧力Pmに交わったときのスクリュー位置をA、あるショットでの圧力曲線Pがスクリュー位置補正量検出圧力Pmに交わったときのスクリュー位置をaとし、両位置にα(α=A−a)の偏差があったとする。
このときには、B位置(2箇所)からαだけずれたb位置(2箇所)で、スクリューの速度をV1からV2(又はV2からV3)に切り替える。次に、C位置からαだけずれたc位置で速度制御を保圧制御に切り替える。
αだけスクリューの位置を補正することにより、良品が得られる圧力曲線Psに、あるショットの圧力曲線Pを倣わせることができるため、あるショットにおいても良品を得ることができるというものである。
図において、射出工程の開始点であるStより後に、偏差αを検出し、この偏差α分だけ速度切替点や速度−保圧切替点を補正する、一連の操作は射出工程内で実施される。
ところで、近年の高速成形法では、射出工程の開始(St)から保圧制御開始(c)までが、約0.1秒である。このような短時間に、上記した一連の操作を行わせることは難しく、行えたとしても高速演算可能な制御部や高感度センサが必要となり、装置費用が嵩む。
また、特許文献1では、射出圧力とスクリューとの関係のみを管理している。これでは、加熱筒の温度やサイクル時間などの他の要素が、変動した場合に、良品が得られにくくなる。すなわち、良品を得るには複数の変動要素を考慮することが望まれる。
本発明は、高速成形が可能であり且つ複数の変動要素を考慮することができる射出成形方法を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、ニューラルネットワークを備える制御装置が接続されている射出成形機の制御方法において、
前記射出成形機で試し成形を実施して、計量工程での計量モニタ値及び射出工程での射出モニタ値を取得し、得られた計量モニタ値を入力項目、射出モニタ値を出力項目とし、前記制御装置のニューラルネットワークにより予測関数を定める予測関数決定工程と、
前記射出成形機で量産成形を開始し、計量工程終了時にその工程での計量モニタ値を取得した前記制御装置は、取得した計量モニタ値を前記予測関数に代入することで、前記射出モニタ値に対応する第1の値を予測する第1の値予測工程と、
予測した第1の値を前記制御装置で加工して、射出条件の一つである第2の値を決定する第2の値決定工程と、
この第2の値を含む射出条件に基づいて、前記制御装置で射出制御及び保圧制御を実施する射出工程とからなることを特徴とする。
請求項2に係る発明では、計量モニタ値は、計量開始位置、計量時間、計量トルク、サイクル時間、計量停止位置、加熱筒温度の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
請求項3に係る発明では、射出モニタ値は、スクリューの射出開始位置であることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、第2の値は、速度制御を圧力制御に切り替えるV−P切替位置であることを特徴とする。
請求項5に係る発明では、射出モニタ値は、スクリューが所定の位置に達したときに測定した射出圧力測定値であることを特徴とする。
請求項6に係る発明では、第2の値は、保圧制御のための保圧力であることを特徴とする。
請求項7に係る発明では、制御装置は、予測した第1の値と、射出工程終了時に取得した射出モニタ値とを比較し、それらの差が許容範囲にあるか否かを調べる確認工程を実施することを特徴とする。
請求項1に係る発明では、予測関数決定工程と、第1の値予測工程と、第2の値予測工程とで、射出条件を決定するが、予測関数決定工程は試し成形で実施し、第1の値予測工程及び第2の値予測工程は計量工程で実施する。
すなわち、量産成形のために予測する射出条件は、射出工程の前に決定される。射出工程では演算を行う必要が無いので、高速射出が可能となる。第1の値予測工程及び第2の値予測工程に伴う演算は、時間に余裕のある計量工程で実施するため、演算速度は高める必要が無く、制御装置の高騰化を避けることができる。この結果、従来の射出成形機に搭載した制御装置で本発明を実施させることが可能となり、射出成形機のコストアップを抑えることができる。
さらには、ニューラルネットワークにより予測関数を採用することで、複数個の計量モニタ値を入力項目とすることができる。すなわち、複数の変動要素を反映させた射出条件を決定させることができる。この結果、製品の良品化を容易に達成することができる。
請求項2に係る発明では、計量モニタ値は、計量開始位置、計量時間、計量トルク、サイクル時間、計量停止位置、加熱筒温度の少なくとも一つを含むことを特徴とする。複数の変動要素を反映させた射出条件を決定させることができる。この結果、製品の良品化を容易に達成することができる。
請求項3に係る発明では、射出モニタ値は、スクリューの射出開始位置であることを特徴とする。射出工程において、スクリューの射出開始位置は極めて重要である。このようなスクリューの射出開始位置を予測することで、製品の良品化を促すことができる。
請求項4に係る発明では、第2の値は、速度制御を圧力制御に切り替えるV−P切替位置であることを特徴とする。射出工程において、V−P切替位置は極めて重要である。このようなV−P切替位置を予測することで、製品の良品化を促すことができる。
請求項5に係る発明では、射出モニタ値は、スクリューが所定の位置に達したときに測定した射出圧力測定値であることを特徴とする。スクリューに逆流防止弁を備えていると、この逆流防止弁が閉じるまでの間は、射出圧力が不安定になる。そこで、スクリューが所定の位置に達して、圧力が安定的に増加するときに圧力を射出圧力測定値とした。
請求項6に係る発明では、第2の値は、保圧制御のための保圧力であることを特徴とする。射出工程において、保圧力は極めて重要である。このような保圧力を予測することで、製品の良品化を促すことができる。
請求項7に係る発明では、制御装置は、予測した第1の値と、射出工程終了時に取得した射出モニタ値とを比較し、それらの差が許容範囲にあるか否かを調べる確認工程を実施することを特徴とする。本発明は射出条件を予測して良品を得ることを目的とするが、予測であるから、良品でない製品が出現する可能性はある。そこで、予測した第1の値と、射出工程終了時に取得した射出モニタ値とを比較することで、射出条件の確からしさを監視するようにした。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1は本発明に係る射出成形機の制御装置のブロック構成図であり、金型11を型締めする型締装置12及び金型11へ樹脂を射出する射出装置13を基本構成とする射出成形機10は、ニューラルネットワークを備えている制御装置20を備える。
制御装置20には、射出成形機10が実施する試し成形での計量モニタ値及び射出モニタ値を取り入れて予測関数を発生させるニューラルネットワーク21と、このニューラルネットワーク21で発生した予測関数を取り入れると共に射出成形機10で実施する量産成形での計量モニタ値を取り入れて予測関数に入れて第1の値を演算する第1演算部22と、第1演算部22で演算した第1の値を取り入れて加工して射出条件に相当する第2の値を演算する第2演算部23と、射出成形機10で実施する量産成形での射出モニタ値を取り入れて第1の値と比較する比較部24と、この比較部24での比較値が正常でない場合に警報信号を発生する警報発生部25とが含まれる。
上記第1の値及び第2の値の具体例を次に説明する。
図2はスクリュー位置と射出圧力との関係を示すグラフであり、横軸を左から右へスクリューは前進する。右下がりの圧力曲線は良品が得られたときのものである。
点aでスクリューが前進を開始しても、点bまでは殆ど圧力は上昇しない。これは、逆流防止弁が完全に閉じていないからである。点b付近で逆流防止弁が完全に閉じ、点cまで直線的に射出圧力が上昇する。点bと点cとの間の点d(12MPa)では、射出圧力が安定して上昇しているので、この点を射出開始位置S0と定義する。この射出開始位置S0は本発明の「第1の値」に相当する。
そして点eでV−P切替制御を行ったところ良品を得ることができた。この点eは「第2の値」に本発明の相当する。Laは射出開始位置S0を基点としたときのスクリューの前進量である。
以上の構成からなる射出成形機の作用を次に説明する。
図3は試し成形での予測関数の決定法を説明するフロー図である。
ステップ番号(以下、STと記す。)01で、射出成形機の制御装置に、可塑化・計量条件及び射出・保圧条件を設定する。
ST02で試し成形での計量工程を実行する。
ST03で射出成形機に装着したセンサ類から計量モニタ値を取得する。
続いて、ST04で試し成形での射出工程を実行する。
ST05で射出成形機に装着したセンサ類から射出モニタ値を取得する。
ST06でニューラルネットワークを作動させる。この作動を次図で詳述する。
図4はニューラルネットワークの原理図であり、試し成形の際に、射出成形機の動作状態をセンサで検出することで得た計量モニタ値、例えば、計量開始位置(計量開始時のスクリュー位置)、計量時間(計量開始から計量終了までの時間)、計量トルク(スクリューに与えたトルク)、サイクル時間(ある試し成形における計量開始から次の試し成形における計量開始までの1サイクル時間)、計量停止時間(計量終了時間)、加熱筒温度測定値(計量中の加熱筒温度の平均値)を、入力項目31、32、33、34、35、36とする。
中間層41の値は、入力項目31、32、33、34、35、36を、閾値及び入力毎に定めた重み係数とで処理することで定める。中間層42の値は、入力項目31、32、33、34、35、36を、別の閾値及び入力毎に定めた重み係数とで処理することで定める。同様に中間層43〜46の値を定める。
出力項目51、52は、中間層41〜46の値を、更に別の閾値及び中間層41〜46毎に定めた重み係数で処理して定める。出力項目51、52は、試し成形の際に、射出成形機の動作状態をセンサで検出することで得た射出モニタ値であり、例えば、射出開始位置測定値(図2の点d参照)や射出圧力測定値(射出工程末期での定められたスクリュー位置での射出圧力。後述の図9及び図14で説明する。)である。
ニューラルネットワークは関数であるから、入力項目31〜36及び出力項目51、52を既知数とし、関数内における重み係数及び閾値を未知数とすることができる。
すなわち、入力項目31〜36に計量モニタ値、出力項目51、52に射出モニタ値を与える。そして、コンピュータで出力項目51、52が射出モニタ値に合致するまで、重み係数及び閾値を修正しながら繰り返し演算させる。出力項目51、52が射出モニタ値に良好に合致したときに、重み係数及び閾値が定まる。
図3に戻って、ST07で射出開始位置用NN(ニューラルネットワークの略。以下同様)関数が定まり、ST08で射出圧力用NN関数が定まる。
以上のフローは、試し成形で実施する。
次に、量産成形でのフローを説明する。
図5は量産成形における第1の値の決定法を説明するフロー図である。
ST11で射出開始位置用NN関数を読み込む。(なお、図4と図5が連続している場合にはこのステップは省略できる。以下、前後するフロー図において同様。)
ST12で量産成形のために可塑化・計量条件を設定する。
ST13で量産成形による計量工程を実行する。
ST14で計量工程終了時に計量モニタ値を取得する。
ST15で射出開始位置用NN関数に計量モニタ値を代入する。このステップを次図で補足する。
図6は量産成形におけるニューラルネットワークの利用法を説明する図であり、量産成形で得た計量モニタ値を、入力項目31〜36へ入れる。中間層41〜46の値は定まっているので、出力項目53(第1の値としての射出開始位置予測値)を求めることができる。
図5に戻って、ST16で第1の値(射出開始位置予測値、図2点d参照)が決定される。
図7は量産成形でのV−P切替位置の決定法を説明するフロー図である。
ST21で、第1の値(射出開始位置予測値)を読み込む。射出開始位置予測値をSaと呼ぶ。このSaは図2のS0に対応する。
ST22でスクリューの前進量La(図2参照)を読み込む。
ST23でSaとLaとから、第2の値(V−P切替位置、図2点e相当)を決定する。
ST24で第2の値(V−P切替位置)を射出条件に加える。このV−P切替位置でV−P切替制御を行いつつ射出工程(ST25)を実行する。
以上に説明した図5で量産成形における計量工程を実行し、図7で量産成形における射出工程を実施するが、繰り返し演算など時間が掛かる計算は行わない。したがって、高速の量産成形が実施可能となる。
図8は量産成形での確認工程を説明するフロー図である。
ST31で射出工程が終了したら、ST32で射出モニタ値を取得し、この射出モニタ値の中からST33で、射出開始位置測定値Sbを取得する。
ST34で第1の値である射出開始位置予測値Saを読み込む。
ST35でSaとSbの差を求め、この差が許容偏差以内であるか否かを調べ、許容偏差以内であればST36に進んで「良好表示」を行い、許容偏差を超えていればST37に進んで「不良表示」を行うと共にST38で警報を発生させる。
予測した第1の値と、射出工程終了時に取得した射出モニタ値とを比較することで、射出条件の確からしさを監視するようにした。
以上の例では、第1の値を射出開始位置予測値としたが、第1の値は他の射出条件であってもよい。第1の値が射出圧予測値である場合の例を次に説明する。
この例を実施するために必要なグラフを予め説明する。
図9はスクリュー位置と射出圧力との関係を示すグラフであり、加熱筒温度を200℃、215℃又は230℃に設定し、他の条件は同一にして射出圧力を調べたところ、3本の曲線を得ることができた。なお、樹脂はポリプロピレン(PP)である。
横軸で7mm付近は変曲点があるため、ここで3本の曲線を比較することは好ましくない。そこで、変曲点の影響を受けない位置として10mmを選び、この10mmで3本の曲線を比較することにする。
10mmから縦軸に平行に立てた線が、曲線と交わる点をt200、t215、t230とし、各点に対する縦軸の目盛り(射出圧力)を読む。
図10は加熱筒温度と射出圧力との関係を示すグラフであり、図9で求めたt200、t215、t230をプロットして、加熱筒温度と射出圧力との関係を示すグラフを作成した。
図11は圧縮量を測定するための実験モデル図であり、ヒータ56及び温度センサ57を備えた加熱筒58(加熱筒58はノズルが閉塞されている。)を準備し、加熱筒58を200℃、215℃又は230℃に設定し、他の条件は同一にして、可塑化された樹脂59をピストン61で圧縮する。この圧縮は20〜60MPaの保圧力とする。なお、樹脂はポリプロピレン(PP)である。
圧縮前の樹脂59の長さがLであったものが、保圧力でΔLだけ圧縮されたとする。断面積が一定であれば、圧縮量(圧縮率)は、(ΔL/L)×100(%)で計算することができる。実験で求めた圧縮量を次のグラフに示す。
図12は保圧力と圧縮量の関係を示すグラフであり、200℃の樹脂は圧縮量が小さく、230℃の樹脂は圧縮量が大きい。ところで、図2や図9の実験を実施した際に、圧縮量を調べた。この結果、圧縮量が5%であれば、良品が得られることが判明した。そこで、図12に5%の線(横線。破線)を加入し、3本の曲線と交わった点を、T200、T215、T230とした。
図13は加熱筒温度と保圧力との関係を示すグラフであり、図12で求めたT200、T215、T230をプロットして、加熱筒温度と保圧力との関係を示すグラフを作成した。
図14は射出圧力から保圧力を求めることができるグラフであり、(a)は図10を引用し、(b)は図13を引用した。
仮に、射出圧力が52MPaであれば、点j、点k、点l、点mを結ぶ線を引くことで、保圧力32.7MPaを得ることができる。
射出圧力の52MPaが第1の値に相当し、保圧力の32.7MPaが第2の値に相当する。
上記図14を用いて行う量産成形のフローを以下に説明する。
図15は量産成形における第1の値決定法を説明するフロー図である。
ST41でST08(図3)で決定した射出圧力用NN関数を読み込む。
ST42で量産成形のために可塑化・計量条件を設定する。
ST43で量産成形による計量工程を実行する。
ST44で計量工程終了時に計量モニタ値を取得する。
ST45で射出圧力用NN関数に計量モニタ値を代入する。このステップを次図で補足する。
ST46で第1の値(射出圧力予測値、図14、点j参照)が決定される。
図16は量産成形での保圧力の決定法を説明するフロー図である。
ST51で、第1の値(射出圧力予測値)を読み込む。
ST52で、図14に基づいて第2の値(保圧力、図14、点m参照)を決定する。
ST53で第2の値(保圧力)を射出条件に加える。この保圧力で保圧制御を行いつつで射出工程(ST54)を実行する。
以上に説明した図15で量産成形における計量工程を実行し、図16で量産成形における射出工程を実施するが、繰り返し演算など時間が掛かる計算は行わない。したがって、高速の量産成形が実施可能となる。
図17は量産成形での確認工程を説明するフロー図である。
ST61で射出工程が終了したら、ST62で射出モニタ値を取得し、この射出モニタ値中からST63で、射出圧力測定値Pbを取得する。
ST64で第1の値である射出開始位置予測値Paを読み込む。
ST65でPaとPbの差を求め、この差が許容偏差以内であるか否かを調べ、許容偏差以内であればST66に進んで「良好表示」を行い、許容偏差を超えていればST67に進んで「不良表示」を行うと共にST68で警報を発生させる。
予測した第1の値と、射出工程終了時に取得した射出モニタ値とを比較することで、射出条件の確からしさを監視するようにした。
以上に説明したように、本発明によれば、量産成形のために予測する射出条件(V−P切替位置、保圧力など)は、射出工程の前に決定される。射出工程では演算を行う必要が無いので、高速射出が可能となる。第1の値予測工程及び第2の値予測工程に伴う演算は、時間に余裕のある計量工程で実施するため、演算速度は高める必要が無く、制御装置の高騰化を避けることができる。この結果、従来の射出成形機に搭載した制御装置で本発明を実施させることが可能となり、射出成形機のコストアップを抑えることができる。
さらには、ニューラルネットワークにより予測関数を採用することで、複数個の計量モニタ値を入力項目とすることができる。すなわち、複数の変動要素を反映させた射出条件を決定させることができる。この結果、製品の良品化を容易に達成することができる。
また、計量モニタ値は、計量開始位置、計量時間、計量トルク、サイクル時間、計量停止位置、加熱筒温度の少なくとも一つを含むことを特徴とする。複数の変動要素を反映させた射出条件を決定させることができる。この結果、製品の良品化を容易に達成することができる。
射出モニタ値は、スクリューの射出開始位置が好適である。射出工程において、スクリューの射出開始位置は極めて重要である。このようなスクリューの射出開始位置を予測することで、製品の良品化を促すことができる。
本発明の第2の値は、速度制御を圧力制御に切り替えるV−P切替位置が好適である。射出工程において、V−P切替位置は極めて重要である。このようなV−P切替位置を予測することで、製品の良品化を促すことができる。
射出モニタ値は、スクリューが所定の位置に達したときに測定した射出圧力測定値であってもよい。スクリューに逆流防止弁を備えていると、この逆流防止弁が閉じるまでの間は、射出圧力が不安定になる。そこで、スクリューが所定の位置に達して、圧力が安定的に増加するときに圧力を射出圧力測定値とした。
本発明の第2の値は、保圧制御のための保圧力であってもよい。射出工程において、保圧力は極めて重要である。このような保圧力を予測することで、製品の良品化を促すことができる。
尚、計量モニタ値、射出モニタ値、予測する射出条件は、射出成形機で使用される値や条件から適宜選択されれば良く、これらは実施例に限定されるものではない。
本発明は、ニューラルネットワークを備える制御装置が接続されている射出成形機の制御方法に好適である。
本発明に係る射出成形機の制御装置のブロック構成図である。 スクリュー位置と射出圧力との関係を示すグラフである。 試し成形での予測関数の決定法を説明するフロー図である。 ニューラルネットワークの原理図である。 量産成形における第1の値決定法を説明するフロー図である。 量産成形におけるニューラルネットワークの利用法を説明する図である。 量産成形でのV−P切替位置の決定法を説明するフロー図である。 量産成形での確認工程を説明するフロー図である。 スクリュー位置と射出圧力との関係を示すグラフである。 加熱筒温度と射出圧力との関係を示すグラフである。 圧縮量を測定するための実験モデル図である。 保圧力と圧縮量の関係を示すグラフである。 加熱筒温度と保圧力との関係を示すグラフである。 射出圧力から保圧力を求めることができるグラフである。 量産成形における第1の値決定法を説明するフロー図である。 量産成形での保圧力の決定法を説明するフロー図である。 量産成形での確認工程を説明するフロー図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。
符号の説明
10…射出成形機、20…制御装置、21…ニューラルネットワーク、31〜36…入力項目、51〜54…出力項目。

Claims (7)

  1. ニューラルネットワークを備える制御装置が接続されている射出成形機の制御方法において、
    前記射出成形機で試し成形を実施して、計量工程での計量モニタ値及び射出工程での射出モニタ値を取得し、得られた計量モニタ値を入力項目、射出モニタ値を出力項目とし、前記制御装置のニューラルネットワークにより予測関数を定める予測関数決定工程と、
    前記射出成形機で量産成形を開始し、計量工程終了時にその工程での計量モニタ値を取得した前記制御装置は、取得した計量モニタ値を前記予測関数に代入することで、前記射出モニタ値に対応する第1の値を予測する第1の値予測工程と、
    予測した第1の値を前記制御装置で加工して、射出条件の一つである第2の値を決定する第2の値決定工程と、
    この第2の値を含む射出条件に基づいて、前記制御装置で射出制御及び保圧制御を実施する射出工程とからなることを特徴とする射出成形機の制御方法。
  2. 前記計量モニタ値は、計量開始位置、計量時間、計量トルク、サイクル時間、計量停止位置、加熱筒温度の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1記載の射出成形機の制御方法。
  3. 前記射出モニタ値は、スクリューの射出開始位置であることを特徴とする請求項1記載の射出成形機の制御方法。
  4. 前記第2の値は、速度制御を圧力制御に切り替えるV−P切替位置であることを特徴とする請求項3記載の射出成形機の制御方法。
  5. 前記射出モニタ値は、スクリューが所定の位置に達したときに測定した射出圧力測定値であることを特徴とする請求項1記載の射出成形機の制御方法。
  6. 前記第2の値は、保圧制御のための保圧力であることを特徴とする請求項5記載の射出成形機の制御方法。
  7. 前記制御装置は、予測した第1の値と、射出工程終了時に取得した射出モニタ値とを比較し、それらの差が許容範囲にあるか否かを調べる確認工程を実施することを特徴とする請求項1記載の射出成形機の制御方法。
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