JP5513586B2 - 温度測定方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特開平９−１２６９０４号公報

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の形態に係る温度測定装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る温度測定装置を構成しているＶ／Ｆ変換器から出力されるパルスと、各カウンタにおけるカウント値の変化を示すグラフである。 従来の温度測定装置を模式的に示すブロック図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

Images