TW201931042A - 加熱裝置 - Google Patents

Abstract

加熱裝置（100）包含：加熱器（10），其對被加熱物（1）進行加熱；溫度檢測部（20），其檢測被加熱物（1）之溫度；及溫度調節器（30），其基於溫度檢測部（20）之檢測值及目標溫度，以被加熱物（1）之溫度成為目標溫度之方式控制加熱器（10）。溫度檢測部（20）係由複數個溫度感測器（21、22）構成。鑑定部（34）根據由溫度感測器（21、22）檢測之溫度資料、及相當於對加熱器（10）之施加電力之操作量資料，鑑定加熱器（10）與溫度感測器（21、22）之間之熱傳遞函數、及溫度感測器（21、22）間之熱傳遞函數。判定部（36）偵測傳遞函數之係數之自初始值之變化，並根據該變化判定加熱器（10）或溫度感測器（21、22）之異常部位。

Description

加熱裝置

本發明係關於一種具備對被加熱物進行加熱之加熱器、及檢測被加熱物之溫度之溫度檢測部之加熱裝置。

對某種被加熱物進行加熱之加熱裝置一般包含對被加熱物進行加熱之加熱器、檢測被加熱物之溫度之溫度感測器、及基於溫度感測器之檢測而控制加熱器之溫度調節器。

上述溫度調節器係基於溫度感測器之檢測值及目標溫度而以被加熱物之溫度成為目標溫度之方式對加熱器進行反饋控制，故而被加熱物之溫度以穩定狀態成為目標溫度。此種加熱裝置例如示於專利文獻1、2、3。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平6-12133號公報 [專利文獻2]日本專利特開平8-166826號公報 [專利文獻3]日本專利特開2011-193148號公報

[發明所欲解決之課題]

於上述具備加熱器及溫度感測器之加熱裝置中，係以溫度感測器對被加熱體之溫度檢測準確進行，且加熱器對被加熱物之加熱正常進行為前提，若該等出現異常，則被加熱物不會被準確地控制溫度。

因此，本發明之目的在於提供一種加熱裝置，其可判定為溫度感測器對被加熱體之溫度檢測準確地進行之狀態、抑或加熱器對被加熱物之加熱正常地進行之狀態。 [解決課題之技術手段]

作為本揭示之一例之加熱裝置包含對被加熱物進行加熱之加熱器、檢測被加熱物之溫度之溫度檢測部、基於溫度檢測部之檢測值及目標溫度而以被加熱物之溫度成為目標溫度之方式控制加熱器的溫度調節器， 溫度檢測部係由複數個溫度感測器構成，且 上述溫度調節器具備：鑑定部，其根據由複數個溫度感測器檢測之溫度資料、及對加熱器之施加電力或相當於該施加電力之操作量資料，鑑定包含加熱器與複數個溫度感測器之間之熱傳遞函數、及複數個溫度感測器間之熱傳遞函數之複數個傳遞函數；及判定部，其偵測該等複數個傳遞函數之係數之自初始值之變化，並根據該變化判定加熱器或複數個溫度感測器之異常部位。

於該構成中，可判定加熱器或複數個溫度感測器之異常部位。

又，於本揭示之一例中，上述判定部藉由傳遞函數之係數之自初始值之變化量與閾值之比較而偵測傳遞函數之變化之有無。

於該構成中，傳遞函數之自初始值之變化之有無之偵測變得容易，加熱器或複數個溫度感測器之異常部位之判定變得容易。

又，於本揭示之一例中，上述閾值係藉由相對於傳遞函數之係數之初始值之比率而決定。

於該構成中，對傳遞函數之複數個係數均等地偵測其等之變化之異常性，加熱器或複數個溫度感測器之異常部位之判定變得更準確。

又，於本揭示之一例中，上述被加熱物係樹脂加熱成形機之加熱部，於該加熱部設置加熱器及溫度檢測部。

於該構成中，可於射出成形機或擠出成形機等中，預先放置因加熱器或溫度檢測部之異常引起的不良品之成形。 [發明之效果]

根據本發明，可判定為溫度感測器對被加熱體之溫度檢測準確地進行之狀態、抑或加熱器對被加熱物之加熱正常地進行之狀態，故而可獲得可靠性高之加熱裝置。

以下，參照若干圖式對用於實施本發明之形態進行說明。

•應用例 首先，邊參照圖1邊說明應用本發明之一例。圖1係表示本發明之實施形態之加熱裝置100之構成之圖。

如圖1所示，本實施形態之加熱裝置100包含對被加熱物1進行加熱之加熱器10、檢測被加熱物1之溫度之溫度檢測部20、及基於溫度檢測部20之檢測值及目標溫度而以被加熱物1之溫度成為目標溫度之方式控制加熱器10的溫度調節器30。

被加熱物1係例如射出成形機或擠出成形機等樹脂加熱成形機之加熱部，加熱器10及溫度檢測部20係設於樹脂加熱成形機之加熱部。

溫度檢測部20於本例中係由第1溫度感測器21及第2溫度感測器22構成。溫度調節器30具備鑑定部34，該鑑定部34根據由溫度感測器21、22檢測之溫度資料、及相當於對加熱器10之施加電力之操作量資料，鑑定加熱器10與溫度感測器21、22之間之熱傳遞函數、及溫度感測器21、22間之熱傳遞函數。

又，溫度調節器30具備判定部36，該判定部36偵測上述傳遞函數之係數之自初始值之變化，並根據該變化判定加熱器10或溫度感測器21、22之異常部位。

於該構成中，可判定加熱器10或溫度感測器21、22之異常部位。

•構成例 其次，參照圖式對本發明之實施形態之加熱裝置之構成進行說明。如上所述般，圖1係表示本發明之實施形態之加熱裝置100之構成之圖。

如圖1所示，加熱裝置100具備：對被加熱物1進行加熱之加熱器10；檢測被加熱物1之溫度之溫度檢測部20、基於溫度檢測部20之檢測值及目標溫度而以被加熱物1之溫度成為目標溫度之方式控制加熱器10的溫度調節器30、固態開關40、及加熱器電源50。被加熱物1係金屬等成形體。圖1係方塊構成圖，故而雖概念性地描繪了被加熱物1，但其實際形狀可適當地決定。

溫度調節器30包含A/D轉換器31、PID運算部32、D/A轉換器33、鑑定部34、設定部35、及判定部36。

溫度感測器21、22分別為例如熱電偶，安裝於被加熱物1之互不相同之位置。例如，設於射出成形機之噴嘴之內部、擠出成形機之模具或其附近。

A/D轉換器31將溫度感測器21、22之電動勢分別轉換成數位資料。PID運算部32基於自外部設定之目標溫度及A/D轉換器31之輸出值，藉由PID運算求出操作量。經A/D轉換之溫度資料為複數個（該例中為兩個），故而PID運算部32係使用對兩個溫度資料進行統計處理而求得之溫度資料。例如，將兩個溫度資料之平均值設為PID運算部32中使用之溫度資料。PID運算部32將上述操作量之資料輸出至D/A轉換器33。D/A轉換器33產生與操作量相應之PWM信號。該PWM信號係作為對固態開關40之on/off信號而賦予。

鑑定部34根據由溫度感測器21、22檢測的溫度資料、相當於對加熱器10之施加電力之操作量資料，鑑定加熱器10與溫度感測器21、22之間之熱傳遞函數、及溫度感測器21、22間之熱傳遞函數。

設定部35對由鑑定部34求出之加熱器10與溫度感測器21、22之間之熱傳遞函數、及溫度感測器21、22間之熱傳遞函數之各係數之初始值進行設定。又，設定部35對自外部輸入之閾值設定值進行設定。

判定部36偵測傳遞函數之係數之自初始值之變化，並根據該變化判定加熱器10或溫度感測器21、22之異常部位。

圖1所示之加熱器10→被加熱物1→溫度感測器21、22→A/D轉換器31→PID運算部32→D/A轉換器33→固態開關40→加熱器10之迴路構成反饋迴路，藉由溫度調節器30之反饋控制以被加熱物之溫度追隨目標溫度之方式控制。

圖2係表示溫度調節器30之、尤其是傳遞函數之鑑定、及異常部位之判定相關之處理內容的流程圖。該等之處理係圖1所示之鑑定部34、設定部35、及判定部36之處理。

首先，進行初始化處理（S1）。藉由該初始化處理將各種旗標重置，讀入閾值設定值。基於圖3於下文敍述該初始化處理之詳情。

其後，讀入由溫度感測器21檢測之溫度及操作量之資料，並基於溫度及操作量之資料，鑑定加熱器10與溫度感測器21之間之熱傳遞函數（第1傳遞函數）（S2→S3）。

比較上述第1傳遞函數之係數、及由上述初始化處理決定之閾值，若加熱器10與溫度感測器21之間之傳遞函數之係數有超過閾值之變動，則設置旗標F1（S4→S5）。

其次，基於由溫度感測器22檢測之溫度及操作量之資料，鑑定加熱器10與溫度感測器22之間之熱傳遞函數（第2傳遞函數）（S6）。

比較上述第2傳遞函數之係數、及由上述初始化處理決定之閾值，若加熱器10與溫度感測器22之間之傳遞函數之係數有超過閾值之變動，則設置旗標F2（S7→S8）。

又，基於由溫度感測器21檢測之溫度及由溫度感測器22檢測之溫度，鑑定溫度感測器21與溫度感測器22之間之熱傳遞函數（第3傳遞函數）（S9）。

比較上述傳遞函數之係數、及由上述初始化處理決定之閾值，若溫度感測器21與溫度感測器22之間之傳遞函數之係數有超過閾值之變動，則設置旗標F3（S10→S11）。

其後，基於上述旗標F1、F2、F3、及後述判定表，判定加熱器10、第1溫度感測器21、第2溫度感測器22之異常有無及異常部位。若有異常則進行表示異常之警報處理（S12→S13）。例如，進行「加熱器之異常」、「第1溫度感測器之異常」、「第2溫度感測器之異常」等顯示。

其後，進入下一處理。圖2所示之一系列處理以既定時間間隔反覆執行。或者，於反覆進行加熱處理時，每隔加熱處理之週期執行一次。

圖3係表示圖2之初始化處理（S1）之詳情之流程圖。首先，重置各種旗標（S21）。然後，自外部讀入閾值設定值（S22）。其係例如±10%或±15%等以比率表示閾值範圍之值。

其次，將目標溫度決定為既定值，改變對加熱器10之施加電力（S23）。

藉由目標溫度之變更，對加熱器10之施加電力會變化，故而隨著目標溫度設定後之時間經過，被加熱物之溫度亦變化。將該過度時之由第1溫度感測器21檢測之溫度、由第2溫度感測器22檢測之溫度、自PID運算部32輸出之操作量按時間序列記憶（S24）。

若儲存一定數之資料，便基於第1溫度感測器21檢測之溫度及操作量之一定數之資料，鑑定加熱器10與第1溫度感測器21之間之熱傳遞函數（S25→S26）。即，求出該傳遞函數之各係數。同樣地，基於第2溫度感測器22檢測之溫度及操作量之一定數之資料，鑑定加熱器10與第2溫度感測器22之間之熱傳遞函數（S27）。又，基於第1溫度感測器21檢測之溫度及第2溫度感測器22檢測之溫度之一定數之資料，鑑定第1溫度感測器21與第2溫度感測器22之間之熱傳遞函數（S28）。

其後，根據各傳遞函數之係數決定各閾值（S29）。

一般而言，輸入至輸出之傳遞函數係藉由例如將輸入資料作為分母、輸出資料作為分子進行傅立葉轉換而獲得。於本實施形態中，例如鑑定加熱器10與第1溫度感測器21之間之熱傳遞函數（第1傳遞函數）之情形時，加熱器10之時間序列資料（操作量之時間序列資料）對應於上述輸入資料，第1溫度感測器21之檢測溫度之時間序列資料對應於上述輸出資料。同樣地，於鑑定加熱器10與第2溫度感測器22之間之熱傳遞函數（第2傳遞函數）之情形時，加熱器10之時間序列資料（操作量之時間序列資料）對應於上述輸入資料，第2溫度感測器22之檢測溫度之時間序列資料對應於上述輸出資料。又，於鑑定第1溫度感測器21與第2溫度感測器22之間之熱傳遞函數（第3傳遞函數）之情形時，第1溫度感測器21之檢測溫度之時間序列資料對應於上述輸入資料，第2溫度感測器22之檢測溫度之時間序列資料對應於上述輸出資料。

上述第1傳遞函數、第2傳遞函數、第3傳遞函數例如均如以下般表示。

f=k/{（τ₁ ・S＋1）（τ₂ ・s＋1）} 此處，k、τ₁ 、τ₂ 均為係數，k為比例增益、τ₁ 、τ₂ 為時間常數。又，s為拉普拉斯運算子。

與初始狀態之各係數k=1000℃、τ₁ =10、τ₂ =100時若閾值設定值為±10%，則各係數之初始值例如如以下所示。

[表1]

圖2之步驟S12所示之判定表例如如以下所示。

[表2]

例如，若於旗標F3為重置狀態下設立旗標F1、F2，則判定為加熱器10之異常。該異常狀態為例如加熱器10之安裝鬆動或斷線等。即，若因加熱器10之安裝鬆動引起加熱器10與被加熱物之間隙變大，則被加熱物之溫度變化變得緩慢，故而出現加熱器10與第1溫度感測器21間之傳遞函數之係數、及加熱器10與第2溫度感測器22間之傳遞函數之係數之異常，而可做出此判定。又，若加熱器10有斷線，則被加熱物之溫度變化異常，故而出現加熱器10與第1溫度感測器21間之傳遞函數之係數、及加熱器10與第2溫度感測器22間之傳遞函數之係數之異常，而可做出此判定。

又，例如，若於旗標F2為重置狀態下設立旗標F1、F3，則判定為第1溫度感測器21之異常。該異常狀態為例如第1溫度感測器21之安裝鬆動或斷線等。即，若第1溫度感測器21之安裝鬆動，則第1溫度感測器21之檢測溫度之變化變得緩慢，故而出現加熱器10與第1溫度感測器21間之傳遞函數之係數、及第1溫度感測器21與第2溫度感測器22間之傳遞函數之係數之異常，而可做出此判定。又，若第1溫度感測器21有斷線，則無法準確地檢測溫度，故而出現加熱器10與第1溫度感測器21間之傳遞函數之係數、及第1溫度感測器21與第2溫度感測器22間之傳遞函數之係數之異常，而可做出此判定。

同樣地，例如若於旗標F1為重置狀態下設立旗標F2、F3，則判定為第2溫度感測器22之異常。該異常狀態為例如第2溫度感測器22之安裝鬆動或斷線等。

又，例如，若旗標F1、F2、F3均設立，則判定為加熱器10、溫度感測器21、22中兩者以上出現異常。即，雖該狀態下無法判定具體異常部位，但可判定異常之有無。

雖於上述例中，為偵測傳遞函數之係數之變化量是否超過閾值則藉由相對於傳遞函數之係數之初始值之比率（+10%或-10%等）決定閾值，但並不限定於此。例如，亦可針對每個係數將差分決定為閾值。

又，亦可實際測定各係數正常時之標準偏差等偏差，例如將其3倍值決定為閾值。又，亦可將溫度調節器30之控制於進行規定動作之範圍內允許之係數之變動幅度設定為閾值。

又，亦可不偵測係數之絕對值是否超過閾值，而偵測每單位時間之係數之變化量是否超過閾值。藉此，可應答性良好地偵測加熱器10、溫度感測器21、22之安裝狀態之急劇變化。

雖於圖1所示之例中，將相當於對加熱器10之施加電力之操作量資料用於傳遞函數之鑑定，但亦可直接檢測對加熱器10之施加電力，將其資料用於傳遞函數之鑑定。

最後，上述用於實施發明之形態之說明當然均為例示而非限制者。發明所屬技術領域中具有通常知識者可適當地進行變形及變更。

例如，關於進行鑑定之傳遞函數之形式並不限於上述形式。加熱器10與溫度感測器21、22之間之熱傳遞函數可與實際之傳遞函數近似亦可不同。求出加熱器10與溫度感測器21、22之間之熱傳遞函數之各係數，藉由比較其等與閾值而進行異常判定，故而即便進行鑑定之傳遞函數自實際傳遞函數稍有偏差，亦能進行異常有無之判定及異常部位之判定。

又，於以上所示之實施形態中，例示了具備兩個溫度感測器之加熱裝置，於具備三個以上之溫度感測器之情形時亦能同樣地應用。

又，於具備複數個溫度感測器且複數個溫度感測器之間隔較大之情形時，亦可將溫度感測器之檢測值用於偵測被加熱物之溫度分佈。

1‧‧‧被加熱物

10‧‧‧加熱器

20‧‧‧溫度檢測部

21‧‧‧第1溫度感測器

22‧‧‧第2溫度感測器

30‧‧‧溫度調節器

31‧‧‧A/D轉換器

32‧‧‧PID運算部

33‧‧‧D/A轉換器

34‧‧‧鑑定部

35‧‧‧設定部

36‧‧‧判定部

40‧‧‧固態開關

50‧‧‧加熱器電源

100‧‧‧加熱裝置

圖1係表示本發明之實施形態之加熱裝置100之構成之圖。 圖2係表示溫度調節器30之、尤其係傳遞函數之鑑定、異常部位之判定相關之處理內容之流程圖。 圖3係表示圖2之初始化處理（S1）之詳情之流程圖。

Claims (4)

1. 一種加熱裝置，其包含：加熱器，其對被加熱物進行加熱；溫度檢測部，其檢測上述被加熱物之溫度；及溫度調節器，其基於上述溫度檢測部之檢測值及目標溫度，以上述被加熱物之溫度成為上述目標溫度之方式控制上述加熱器， 上述溫度檢測部係由複數個溫度感測器構成， 上述溫度調節器具備：鑑定部，其根據由上述複數個溫度感測器檢測之溫度資料、及對上述加熱器之施加電力或相當於該施加電力之操作量資料，鑑定包含上述加熱器與上述複數個溫度感測器之間之熱傳遞函數、及上述複數個溫度感測器間之熱傳遞函數之複數個傳遞函數；及 判定部，偵測上述複數個傳遞函數之係數之自初始值之變化，並根據該變化判定上述加熱器或上述複數個溫度感測器之異常部位。
2. 如請求項1所述之加熱裝置，其中上述判定部藉由自上述初始值之變化量與閾值之比較而偵測上述傳遞函數之係數之變化之有無。
3. 如請求項2所述之加熱裝置，其中上述閾值係藉由相對於上述傳遞函數之係數之上述初始值之比率而決定。
4. 如請求項1至3中任一項所述之加熱裝置，其中上述被加熱物係樹脂加熱成形機之加熱部，上述加熱器及上述溫度檢測部設置於上述加熱部。