JP6457194B2 - パラメータ調整機能を有する射出成形機の温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の温度制御装置に関し、特に温度制御の際のパラメータの調整機能を有する射出成形機の温度制御装置に関する。

射出成形機におけるシリンダー等は、設定温度に一致するように温度制御を行い、温度制御においてはＰＩＤ制御を行うようにすることが一般的に行われている。温度制御を行うためのＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各温度制御パラメータは、シリンダーの熱容量やヒーターの出力特性によって最適値が異なるため、オートチューニングによって温度制御パラメータの値を調整することが行われている。

例えば、射出成形機に新たにシリンダーを搭載した際や、搭載するシリンダーの種類を変更した際には、成形運転の前に温度制御パラメータのオートチューニングを行い、搭載シリンダーに適した温度制御パラメータを設定することが知られている。

しかし、オートチューニングの実行時に、シリンダー温度が変動していたり、シリンダーのヒーターや温度検出器の取り付け状態が不安定だったりすると、適切な温度制御パラメータにチューニングできない場合があった。

射出成形機の温度制御装置におけるパラメータ設定に関して、以下の特許文献に記載されたような技術が開示されている。
特許文献１には、射出シリンダーの温度をＰＩＤフィードバック制御するシリンダー温度制御装置において、目標設定温度を基準として設定された上限・下限温度領域を外れたときにオートチューニング指令を出力して、温度制御装置のＰＩＤパラメータを再設定する技術が開示されている。

特許文献２には、射出成形機のノズル温度制御方法において、金型から離間したノズルの放熱特性に適合する第１のフィードバック制御パラメータと、金型に当接したノズルの放熱特性に適合する第２のフィードバック制御パラメータとを予め記憶しておき、射出成形作業中のスプルーブレイク動作およびノズルタッチ動作に応動して、前記第１のフィードバック制御パラメータまたは前記第２のフィードバック制御パラメータの内、対応するフィードバック制御パラメータを温度調節器に自動設定する技術が記載されている。

特許文献３には、シリンダー温度をＰＩＤ制御するシリンダー温度制御装置において、加熱手段に与えた操作量と、測定した射出機加熱シリンダーの温度から射出機加熱シリンダーの伝達関数パラメータを推定して、推定した伝達関数パラメータによりＰＩＤ制御系のＰＩＤ定数を更新する技術が開示されている。

特開平７−１２５０３２号公報 特開平８−２８１７５５号公報 特開２０００−２１８６７４号公報

特許文献１，２，３に開示された技術は、温度制御パラメータのチューニングを行うことは開示されているが、射出成形機に新たにシリンダーを搭載した際や、搭載するシリンダーの種類を変更した際に、不適切な温度制御パラメータで温度制御を行い、成形品の不良が発生することを防止するものではなかった。

そこで本発明は、射出成形機に新たにシリンダーを搭載した際や、搭載するシリンダーの種類を変更した際に、不適切な温度制御パラメータを用いて温度制御を行うことにより成形品の不良が発生することを防止することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、被温度制御部を有する射出成形機において、該被温度
制御部の温度を検出する温度検出部と、該被温度制御部の温度を操作する温度操作部と、
前記温度検出部により検出された温度と目標温度との偏差と、温度制御パラメータと、に
基づいて前記温度操作部の操作により前記被温度制御部の温度を制御する温度制御部と、
該温度制御部の温度制御パラメータの調整部とを有する射出成形機の温度制御装置であっ
て、被温度制御部の種類を判定する種類判定部と、被温度制御部の種類毎の基準温度制御
パラメータを格納するパラメータ格納部と、異常検出部とを有し、該異常検出部は、前記調整部による温度制御パラメータの調整完了後に、前記パラメータ格納部に格納されている被温度制御部の種類毎の基準温度制御パラメータから、前記種類判定部が判定した被温度制御部の種類に対応して読み出した基準温度制御パラメータと、前記調整部で調整した温度制御パラメータとを比較し、基準温度制御パラメータの値と調整した温度制御パラメータの値との差が異常検出閾値より大きい場合に異常を検出することを特徴とする射出成形機の温度制御装置が提供される。

請求項１に係る発明では、調整部により温度制御パラメータを調整した後に、温度制御パラメータと基準温度制御パラメータとを比較することで、調整された温度制御パラメータの値が適切な範囲内であるかどうかを判定するため、不適切な温度制御パラメータで温度制御を行って、成形品の不良が発生することを防止することが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、請求項１において、前記被温度制御部の種類を設定するための設定手段を有することを特徴とする射出成形機の温度制御装置が提供される。

本願の請求項３に係る発明では、請求項１又は２において、前記異常検出部が異常を検出した場合、アラームを発生させる、異常を検出したことを表示する、温度制御を停止する、成形運転を停止する、再度調整部による温度制御パラメータの調整を実行する、のうちいずれか１つ以上を行うことを特徴とする射出成形機の温度制御装置が提供される。

本願の請求項４に係る発明では、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記被温度制御部はシリンダー、ノズル、材料供給部、金型の何れかであり、前記温度操作部はヒーターまたは媒体によって温度を操作することを特徴とする射出成形機の温度制御装置が提供される。

本発明により、射出成形機に新たにシリンダーを搭載した際や、搭載するシリンダーの種類を変更した際に、不適切な温度制御パラメータを用いて温度制御を行うことにより成形品の不良が発生することを防止することが可能となる。

本発明の実施形態における温度制御のブロック図である。 本発明の実施形態における温度制御の異常判定の流れを示すフローチャートである。 本発明の変形例における温度制御の異常判定の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態においては、まず被温度制御部としてシリンダーを用いた例で説明する。
シリンダーは、スクリュ径や材質などの種類ごとに、熱容量や搭載するヒーターの出力特性が異なっており、それに伴い適切な温度制御パラメータも異なってくる。本実施形態においては、シリンダーの種類ごとの基準温度制御パラメータをあらかじめ制御装置に記憶しておく。別の方法としては、シリンダーの種類ごとの適切な基準温度制御パラメータをＱＲコード（登録商標）等に変換してシリンダーに添付しておき、シリンダーの搭載時や変更時にＱＲコード（登録商標）から基準温度制御パラメータを読み取って、制御装置内の図示しない格納部に基準温度制御パラメータを格納するようにすることもできる。

表１は、シリンダーの種類ごとの温度制御パラメータの例を示した表である。

表１に示されているように、シリンダーの種類に応じて、シリンダーのスクリュ径や材質が異なっており、それぞれ異なる基準温度制御パラメータが設定されている。

また、シリンダー先端に装着するノズル部や、シリンダー根本の材料供給部についても、スクリュ径や材質などの種類ごとに、熱容量や搭載するヒーターの出力特性が異なる場合がある。そのため、シリンダー本体の場合と同様に、ノズル部や材料供給部についても種類ごとの適切な基準温度制御パラメータをあらかじめ制御装置に記憶しておいてもよい。

なお、基準温度制御パラメータの決定にあたっては、対応するシリンダー、ノズル部、材料供給部の種類ごとに、あらかじめ実験によって求めてもよいし、シリンダー、ノズル、材料供給部の熱容量や、温度操作部の出力特性などに基づいて解析などの手法を用いて計算によって求めてもよい。

次に、被温度制御部として金型を用いる例について説明する。金型の温度制御を行う場合、質量、体積、材質といった金型の種類ごとに金型の熱容量や搭載するヒーターの出力特性が異なり、それに伴い適切な温度制御パラメータも異なってくる。本実施形態においては、金型の種類ごとの基準温度制御パラメータをあらかじめ制御装置に記憶しておく。別の方法としては、金型の種類ごとの適切な基準温度制御パラメータをＱＲコード（登録商標）等に変換して金型に添付しておき、金型の搭載時や変更時にＱＲコード（登録商標）から基準温度制御パラメータを読み取って、制御装置内の図示しない格納部に基準温度制御パラメータを格納するようにしてもよい。

なお、金型の場合においても、基準温度制御パラメータの決定にあたっては、金型の種類ごとに、あらかじめ実験によって求めてもよいし、金型の熱容量や、温度操作部の出力特性などに基づいて解析などの手法を用いて計算によって求めてもよい。

シリンダーや金型等の被温度制御部の温度を操作する温度操作部としては、ヒーター等を用いてもよいし、加熱または冷却した媒体を使用してもよい。

異常検出の閾値としては、基準温度制御パラメータの値に正の係数を乗じて求めてもよい（一例として、基準温度制御パラメータの値が１００の場合に、係数として０．１を乗じた１０を異常検出の閾値とするなど）。また、予め実験によって求めておくこともできる。このようにして求められた異常検出の閾値は、射出成形機内部に記憶されている。

被温度制御部の種類は、タッチパネルやキーボードなどの設定手段を介してオペレータが設定することもできる。一例としては、表１に示されているスクリュ径とシリンダー材質について設定手段によって設定し、その設定値に応じて制御装置においてシリンダーの種類を判別した上で、パラメータを設定するようにしてもよい。また、記憶媒体に記憶された被温度制御部の種類を読み出して設定するようにしてもよい。この場合には、被温度制御部の種類を読み出して設定する手段が設定手段を構成する。

図１は、本実施形態における温度制御のブロック図である。１２はシリンダーの種類判定部であり、パラメータ記憶部１４に対してシリンダーの種類を送出する。１６は温度設定部であり、シリンダーの目標温度を設定する。２０はヒーター、２２はシリンダーであり、ヒーター２０によってシリンダー２２への加熱を行う。ヒーター２０によって加熱されたシリンダー２２の温度は検出されてフィードバックされ、温度設定部１６によって設定されたシリンダーの目標温度と比較される。比較した結果の温度偏差は、温度制御部１８に入力される。温度制御部１８においては、ＰＩＤ演算を行い、入力された温度偏差に基づき、操作量をヒーター２０に送出する。このように、射出成形機の通常動作中には、フィードバック制御を行いながら温度制御をして、射出成形機を動作させている。

また、３０はオートチューニング部であり、射出成形機に新たにシリンダーを搭載した際や、搭載するシリンダーの種類を変更した際に、オートチューニング部３０から温度制御部に対してオートチューニング指令を出す。このオートチューニング指令により、ＰＩＤ制御の温度制御パラメータを調整する。

パラメータ記憶部１４には、シリンダーの種類ごとの基準温度制御パラメータが格納されており、シリンダーの種類に応じた基準温度制御パラメータを温度制御部１８に対して送出する。そして、オートチューニング部３０からのオートチューニング指令によるＰＩＤ制御の温度制御パラメータを調整した後に、パラメータ記憶部１４から送出されるシリンダーの種類に応じて基準温度制御パラメータと比較して、温度制御部１８の内部において、あらかじめ設定された異常検出の閾値よりも大きい場合には異常として検出を行う。

図２は本実施形態における温度制御の異常判定の流れを示すフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＡ１）シリンダーの種類が変更されたかどうかを判定する。変更された場合（ＹＥＳ）にはステップＳＡ２に進み、変更されていない場合（ＮＯ）には基準温度制御パラメータはそのままの値としてステップＳＡ３に進む。
・（ステップＳＡ２）シリンダーの種類に応じた基準温度制御パラメータを読み出す。
・（ステップＳＡ３）オートチューニングを実行して、温度制御部におけるＰＩＤ演算の温度制御パラメータを調整する。

・（ステップＳＡ４）チューニングされた温度制御パラメータと基準温度制御パラメータとを比較する。
・（ステップＳＡ５）温度制御パラメータと基準温度制御パラメータとの差が、所定の閾値よりも大きいかどうかを判定する。差が大きい場合（ＹＥＳ）にはステップＳＡ６に進み、差が大きくない場合（ＮＯ）は終了する。
・（ステップＳＡ６）温度制御パラメータに異常があることを検出して終了する。

本実施形態の変形例として、温度制御の異常判定を行って、異常を検出した後に、なんらかの動作を行うようにしてもよい。図３は本変形例における温度制御の異常判定の流れを示すフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＢ１）シリンダーの種類が変更されたかどうかを判定する。変更された場合（ＹＥＳ）にはステップＳＢ２に進み、変更されていない場合（ＮＯ）には基準温度制御パラメータはそのままの値としてステップＳＢ３に進む。
・（ステップＳＢ２）シリンダーの種類に応じた基準温度制御パラメータを読み出す。
・（ステップＳＢ３）オートチューニングを実行して、温度制御部におけるＰＩＤ演算の温度制御パラメータを調整する。

・（ステップＳＢ４）チューニングされた温度制御パラメータと基準温度制御パラメータとを比較する。
・（ステップＳＢ５）温度制御パラメータと基準温度制御パラメータとの差が、所定の閾値よりも大きいかどうかを判定する。差が大きい場合（ＹＥＳ）にはステップＳＢ６に進み、差が大きくない場合（ＮＯ）は終了する。
・（ステップＳＢ６）温度制御パラメータに異常があることを検出する。
・（ステップＳＢ７）アラームを発生させる、表示部等に異常を検出したことを表示する、温度制御を停止する、成形運転を停止する、再度オートチューニングを行う、のいずれか１つ以上の動作を行い、終了する。

ここで、温度制御の停止は、シリンダーの加熱をヒーターで行っている場合には、ヒーターによる加熱を停止させることによって行う。また、成形運転の停止は、シリンダーの動作を含めた射出成形機全体の運転の停止によって行う。

なお、本実施形態及び変形例においては、被温度制御部としてシリンダーを用いたものを例として説明したが、金型など他の被温度制御部の場合においても、同様の温度制御や温度制御パラメータの異常の検出を行うことができる。また、本実施形態及び変形例における温度制御パラメータの調整は、オートチューニング部からのオートチューニング指令に基づいて自動的に行うようにしているが、手動による調整とすることもできる。さらに、本実施形態及び変形例においては、温度制御パラメータと基準温度制御パラメータとの比較によって、異常を検出したり、異常の発生を報知したりしているが、それに加えて、異常が発生した場合に、基準温度パラメータの値に基づいて、温度制御パラメータの補正等を行うようにすることも可能である。

１２ 種類判定部
１４ パラメータ記憶部
１６ 温度設定部
１８ 温度制御部
２０ ヒーター
２２ シリンダー
３０ オートチューニング部

Claims (4)

1. 被温度制御部を有する射出成形機において、
   該被温度制御部の温度を検出する温度検出部と、
   該被温度制御部の温度を操作する温度操作部と、
   前記温度検出部により検出された温度と目標温度との偏差と、温度制御パラメータと、に基づいて前記温度操作部の操作により前記被温度制御部の温度を制御する温度制御部と、
   該温度制御部の温度制御パラメータの調整部とを有する射出成形機の温度制御装置であって、
   被温度制御部の種類を判定する種類判定部と、
   被温度制御部の種類毎の基準温度制御パラメータを格納するパラメータ格納部と、
   異常検出部とを有し、
   該異常検出部は、
   前記調整部による温度制御パラメータの調整完了後に、前記パラメータ格納部に格納されている被温度制御部の種類毎の基準温度制御パラメータから、前記種類判定部が判定した被温度制御部の種類に対応して読み出した基準温度制御パラメータと、前記調整部で調整した温度制御パラメータとを比較し、基準温度制御パラメータの値と調整した温度制御パラメータの値との差が異常検出閾値より大きい場合に異常を検出することを特徴とする射出成形機の温度制御装置。
2. 請求項１において、前記被温度制御部の種類を設定するための設定手段を有することを特徴とする射出成形機の温度制御装置。
3. 請求項１又は２において、前記異常検出部が異常を検出した場合、
   （ａ）アラームを発生させる
   （ｂ）異常を検出したことを表示する
   （ｃ）温度制御を停止する
   （ｄ）成形運転を停止する
   （ｅ）再度調整部による温度制御パラメータの調整を実行する
   のうちいずれか１つ以上を行うことを特徴とする射出成形機の温度制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記被温度制御部はシリンダー、ノズル、材料供給部、金型の何れかであり、前記温度操作部はヒーターまたは媒体によって温度を操作することを特徴とする射出成形機の温度制御装置。

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