TW202010356A - 負載掃描裝置及其使用方法以及使用此負載掃描裝置的塑膠成型機械 - Google Patents

Abstract

一種負載掃描裝置，其包含有一交流訊號源、一電壓偵測器、一電流偵測器、一處理單元與複數個負載單元。其中，交流訊號源是用來提供一交流訊號。電壓偵測器與電流偵測器是耦接交流訊號源並用來偵測交流訊號的一偵測電壓與一偵測電流，處理單元接收偵測電壓與偵測電流並依上述數據而計算一相位差並記錄一負載匹配條件，並依據上述相位差與負載匹配條件而導通其中之一個負載單元的開關以對一待加熱裝置進行加熱。通過上述負載掃描裝置，使用者能僅使用一套負載掃描裝置而能對待加熱裝置的不同的部位進行加熱。

Description

負載掃描裝置及其使用方法以及使用此負載掃描裝置的塑膠成型機械

本發明係與感應加熱控制技術有關，具體而言是指一種負載掃描裝置，能夠通過掃描訊號的方式，決定哪一個負載單元要進行感應加熱。

傳統的節能負載匹配通常是應用功率因數的方式做修正。例如台灣第M497902號新型專利所說明的一種高週波線圈加熱設備，其係透過主動功因修正器來進行負載匹配。然而，當將上述功率因數修正技術應用於加熱塑膠成型機械的各項部件(例如模具、料管)時，針對不同的待加熱部件，都需要個別地安裝一套使用功率因數修正技術的感應加熱設備來進行加熱，也就是說，對於塑膠成型機械而言，至少是需要使用三套感應加熱設備才能有效地且完整地對塑膠成型機械的各項部件進行加熱。如此一來，將墊高了塑膠成型機械的整體成本。

有鑑於此，本發明之其中一個目的乃在於提供一種負載掃描裝置，其可單純使用一套負載掃描裝置而能夠對不同的待加熱部件進行加熱。

依據本發明所描述的其中一個實施例，其提供了一種負載掃描裝置。負載掃描裝置包含有一交流訊號源、一電壓偵測器、一電流偵測器、一處理單元與複數個負載單元。其中，交流訊號源是用來提供一交流訊號。電壓偵測器是耦接交流訊號源並用來偵測上述交流訊號的一偵測電壓，電流偵測器是耦接交流訊號源並用來偵測交流訊號的一偵測電流，處理單元電連接電壓偵測器與電流偵測器，並且處理單元接收偵測電壓與偵測電流，並依據偵測電壓與偵測電流而計算一相位差並記錄達成上述相位差的一負載匹配條件。上述多個負載單元是可接收上述交流訊號並分別電連接處理單元，各個負載單元都包含有一開關與耦接上述開關的一負載電路。處理單元依據上述相位差與負載匹配條件而導通其中之一個負載單元的開關，使得對應的負載電路能使用上述交流訊號而作動。

藉此，通過電壓偵測器與電流偵測器，並由處理單元來選擇要導通哪一個負載單元的開關來進行加熱，讓處理單元能夠在不同的時間或者是針對不同的部位進行加熱，讓使用者能夠僅使用一套負載掃描裝置而能夠對不同的待加熱部件進行加熱。

在其中一個方面，各個負載單元包含有一變壓器、一負載線圈與一負載匹配單元，其中負載匹配單元是耦接變壓器與負載線圈。藉此，變壓器能轉換上述交流訊號，並透過負載匹配單元來調整負載單元的諧振頻率，有效率地進行加熱。

在另一個方面，負載掃描裝置更包含有一訊號匹配單元，其可為一個可變電感。訊號匹配單元耦接上述多個負載單元與上述交流訊號源，能對所選擇的負載單元再做進一步地頻率微調以進行更佳的負載匹配。相較於傳統以主動功因修正器來進行負載匹配的方式，並以處理單元進行控制與掃描，並且能進行頻率微調，且能將過往依循經驗的方式來調整感應加熱模組之匹配方式改為使用數位化的負載匹配條件，更能依據實時的整體阻抗來調整諧振頻率，更佳地降低整體能耗。

依據本發明的其中一個實施例，其說明了一種塑膠成型機械。塑膠成型機械包含有：一料管、一模具與一負載掃描裝置，模具包含有一入料口、一公模與一母模，並且入料口是設於公模或母模並與所述料管相連通。所述負載掃描裝置包含有一交流訊號源、一電壓偵測器、一電流偵測器、一處理單元、與複數個負載單元(包含有一第一負載單元、一第二負載單元與一第三負載單元)。交流訊號源是用來提供一交流訊號。電壓偵測器是耦接交流訊號源並偵測交流訊號的一偵測電壓，電流偵測器是耦接交流訊號源並偵測交流訊號的一偵測電流，處理單元電連接電壓偵測器與電流偵測器，並且處理單元接收偵測電壓與偵測電流並依據偵測電壓與偵測電流而計算一相位差並記錄達成該相位差的一負載匹配條件。第一、第二與第三負載單元可接收上述交流訊號並且都分別電連接處理單元，所述第一、第二與第三負載單元都包含有一開關與耦接上述開關的一負載電路，第一負載單元是設於料管，第二負載單元與該第三單元是設於模具(例如公模與母模)。其中，處理單元依據上述相位差與負載匹配條件而導通第一負載單元或第二負載單元或第三負載單元的開關，使得負載電路能使用上述交流訊號而發熱。

茲舉以下之一實施例並配合圖式說明如後。

如第1圖所示，實施例提供了一種塑膠成型機械1，其包含有一料管2、一模具3與一負載掃描裝置10。其中，於本實施例中，是以一塑膠射出成型機作為示例，其中，料管2內裝填有塑料，並且料管2是用來以高壓的方式射出呈熔融狀的塑料至模具3。模具3包含有一入料口6、一公模4與一母模5，入料口6是設置於母模5並與料管2相連通，使得熔融狀的塑料可被射出至模具3的一模穴7內。

請參考第2至3圖。負載掃描裝置10，包含有一交流訊號源20、一電壓偵測器30、一電流偵測器40、一處理單元50與三個負載單元60(分別為第一、第二與第三負載單元60a,60b,60c)。

交流訊號源20，其可為一電源主機。於本實施例中，是使用一全橋逆變電路，全橋逆變電路接收一直流訊號21，並將直流訊號21轉換成一高頻的交流訊號，進而提供給感應加熱的負載使用以進行加熱。

電壓偵測器30耦接交流訊號源20並偵測與記錄上述交流訊號的一偵測電壓，取得偵測電壓的振幅與相位的資訊。

電流偵測器40是耦接交流訊號源20並偵測並記錄交流訊號的一偵測電流，取得偵測電流的振幅與相位的資訊。

處理單元50於本實施例中為一微處理器(以下皆稱處理單元50)，處理單元50電連接交流訊號源20、電壓偵測器30與電流偵測器40。處理單元50主要是用來監測與控制交流訊號。處理單元50從電壓偵測器30與電流偵測器40取得偵測電壓的振幅與相位的資訊以及偵測電流的振幅與相位的資訊，之後處理單元50將計算偵測電壓與偵測電流的相位，進而得到一相位差。處理單元50便能依據上述相位差的大小來判斷負載匹配是否良好，並記錄達到上述相位差的一負載匹配條件。於是，處理單元50便能依據達成上述相位差與負載匹配條件來控制每個負載單元60的開關61的導通與斷開。另外，處理單元50也可控制交流訊號源20，使交流訊號源20能對交流訊號進行頻率微調。

每個負載單元60可接收交流訊號源20所輸出的交流訊號並且分別電連接處理單元50(第3圖省略繪示處理單元與各開關連接)。每個負載單元60都包含有一開關61與連接開關61的一負載電路62，每個負載電路62都包含有一變壓器63、一負載匹配單元與一負載線圈65，其中。每個變壓器63都具有不同的匝數比，並且根據不同負載單元60的加熱需求，變壓器63的匝數比與頻寬都被設計得不同。負載匹配單元包含有二個諧振電容64a,64b，諧振電容64a,64b是用來作負載匹配，其中諧振電容64a是與負載線圈65串聯，諧振電容64b是與負載線圈65並聯。於本實施例中，開關61是使用固態開關，開關61是直接受處理單元50控制而導通或斷開。第一、第二與第三負載單元60a,60b,60c是分別設於料管2、公模4與母模5並用來對上述各部件進行加熱。

此外，為了更佳地達成阻抗匹配，負載掃描裝置10還設有一阻抗匹配單元70。於本實施例中，阻抗匹配單元70為 一可變電感，阻抗匹配單元70耦接交流訊號源20與各個負載單元60的變壓器63。阻抗匹配單元70用於進行負載匹配，當負載電路62不易通過諧振電容64a,64b而達成負載匹配時，可通過調整可變電感的電感值來幫助負載單元60調整至一阻抗操作點，使阻抗操作點接近於負載單元60的諧振頻率。

負載掃描裝置10至少有以下的三種使用方法，茲分別說明如下：

請參考第3圖與第5圖。第一種方法是要對射出成型機的不同部位進行加熱與持溫控制。其中，第一、第二與第三負載單元60a,60b,60c分別設置於料管2、公模4與母模5，以分別對料管2、公模4與母模5進行加熱與持溫的控制，具體步驟說明步驟如下：

步驟S1.1：處理單元50依序導通第一、第二與第三負載單元60a,60b,60c的開關61。當導通第一負載單元60a的開關61並斷開第二與第三負載單元60b,60c的開關61時，交流訊號源20輸出交流訊號，並將交流訊號傳遞至第一負載單元60a。

步驟S1.1之後進行步驟S1.2：通過第一負載單元60a的諧振電容64與阻抗匹配單元70進行負載匹配，並且處理單元50可通過控制交流訊號源20以微調交流訊號的頻率。負載匹配過程中，處理單元50通過電壓偵測器30與電流偵測器40來取得交流訊號的偵測電壓與偵測電流的相位資訊，並計算二者的相位差。

之後進行步驟S1.3：判斷相位差是否低於一預設閥值(預設閥值通常很小或接近於零)，若判斷結果為是，表示負載匹配成功，進入步驟S1.4：取得並記錄導通的負載單元的一負載匹配條件(包含交流訊號的頻率與阻抗匹配單元70的電感值)；反之，回到步驟S1.2：重新進行負載匹配，其包含處理單元50微調交流訊號源20所輸出的交流訊號的頻率或者是改變阻抗匹配單元70的電感值，再次測量並取得交流訊號的偵測電壓與偵測電流的相位差，並回到步驟S1.3。

之後進行步驟S1.5：判斷是否完成所有的負載單元的負載匹配條件。於本實施例中，將回到步驟S1.1，導通第二負載單元60b的開關61，並且斷開第一與第三負載單元60a,60c的開關61，並重複執行步驟S1.2到步驟S1.4，取得第二負載單元60b對應的相位差與負載匹配條件。之後，同樣地重複步驟S1.1到S1.4，取得第三負載單元60c對應的相位差與負載匹配條件。

最後進入步驟S1.6，當需要加熱料管2時，處理單元50便可導通第一負載單元60a的開關61並關閉其他負載單元的開關61，並以第一負載單元60a的負載匹配的條件，傳送訊號至交流訊號源20，使交流訊號源20輸出符合上述負載匹配的條件的頻率(可能包含阻抗匹配單元70的電感值)的交流訊號至第一負載單元60a，第一負載單元60a便能使用輸出後的交流訊號進行加熱。接著，當需要加熱公模4時，處理單元50便可導通第二負載單元60b的開關61並以使第二負載單元60b在其對應的負載匹配條件進行加熱；之後，當需要加熱母模5時，處理單元50便可導通第三負載單元60c的開關61並以使第三負載單元60c在其對應的負載匹配的條件下進行加熱。讓負載掃描裝置10能輪流地對料管2、公模4與母模5進行加熱。

之後，若要控溫時，僅須讓負載掃描裝置10切換不同的負載單元60的開關61與其對應的負載匹配條件。因此，使用者便能在只使用一個負載掃描裝置10的情況下，輪流對料管2、公模4與母模5進行加熱與控溫，因此能節省二套感應加熱設備的成本。

值得說明的是，由於處理單元50是依序導通第一、第二與第三負載單元60a,60b,60c，如果發現當導通其中一個負載單元60的開關61時，另一個設置有未導通的負載單元60的部件出現溫度下降太多的問題，例如當第二負載單元60b的開關61被導通時，設有第一負載單元60a的料管2出現溫度下降太多的情形，處理單元50可視情況再次導通第一負載單元60a的開關61，使料管2能再被重新加熱而使料管2的溫度保持於一定的溫度範圍內，增加塑膠射出成形製程上的穩定性。

第二種方法是用於當第一、第二與第三負載單元60a,60b,60c的變壓器63的匝數比都不相同，並使用不同的諧振電容64a,64b,64c的連接方式進行負載匹配時，如何正確地且快速地判斷哪一個負載單元60具有最佳的負載匹配。須說明的是，在第二負載單元60b中，諧振電容64a,64c和負載線圈65三者是串聯設置的，諧振電容64b和負載線圈65二者是並聯設置的；在第三負載單元60c中，諧振電容64a和負載線圈65二者是串聯設置的，諧振電容64b,64c二者是先串聯，之後再和負載線圈65並聯設置。另外，在可能的情況下，第一負載單元60a可能只使用諧振電容64a而省略諧振電容64b，或者是只使用諧振電容64b而省略諧振電容64a，二種情況都可以用來進行負載匹配。第二負載單元60b與第三負載單元60c也同樣可能只使用一個諧振電容64a或者是只使用一個諧振電容64b來進行負載匹配，茲將具體步驟說明如下：

請參考第4圖與第6圖，在步驟S2.1中， 處理單元50導通第一負載單元60a的開關61並且斷開第二與第三負載單元60b,60c的開關61。

接著進行步驟S2.2：在不調整阻抗匹配單元70的情況下，傳遞交流訊號至第一負載單元60a，處理單元50通過電壓偵測器30與電流偵測器40來量測偵測電壓與偵測電流的相位並計算二者的一第一相位差。

之後進行步驟S2.3：判斷是否完成所有的負載單元對應的相位差。於本實施例中，將回到步驟S2.1，處理單元50導通第二負載單元60b的開關61並且斷開第一與第三負載單元60a,60c的開關61，並於步驟S2.2中，處理單元50計算第二負載單元60b對應的一第二相位差；之後，同樣地重複步驟S2.1到步驟S2.2，處理單元50計算第三負載單元60c對應的一第三相位差。

最後進入步驟S2.4，判斷第一、第二與第三相位差哪一個最小，具有最小相位差的負載單元即是三組負載單元60中，具有最佳負載匹配者。使用者便能選取此一具有最小相位差的負載單元60作為使用。選取完畢，處理單元50還可發出訊號調整交流訊號源20輸出的交流訊號的頻率，使交流訊號的頻率更接近諧振頻率，更進一步地強化負載單元60的電能轉換效率並節省能耗。

第三種方法是用來快速更換模具的負載單元60，請參考第7圖，茲具體說明步驟如下：

首先，於步驟S3.1，將第一負載單元60a設置於射出成型機的一第一組模具，之後導通第一負載單元60a的開關61(步驟S3.2)，通過電壓偵測器30與電流偵測器40測量交流訊號的偵測電壓與偵測電流的相位，並依據上述量測的相位資訊計算一第一相位差(步驟S3.3)。

接著進入步驟S3.4，判斷是否完成全部的負載單元的測量。於本實施例中，是改將第二負載單元60b設置於上述第一組模具，並重複步驟S3.1到步驟S3.3，導通第二負載單元60b的開關61，並以相同的方式計算一第二相位差。同樣地，改將第三負載單元60c設置於上述部件上(如料管2)，導通第三負載單元60c的開關61，並依據一第三相位差。

最後進入步驟S3.5，判斷第一、第二與第三相位差哪一個最小，並選取具有最小相位差者做為最適合設置於第一組模具的負載單元。

另一方面，將各個負載單元60設置於第二組模具，並重複上述步驟S3.1到步驟S3.5，選取最適合設置於第二組模具的負載單元60。同樣地，選取最適合設置於第三組模具的負載單元60。

因此若然使用者要更換模具時，不需要額外地對每一組模具進行負載匹配，即可直接對應地最適合的負載單元設置於模具上，並且通過負載掃描裝置10切換至對應的負載單元的開關61，更快速地且有效率地完成模具與負載單元的更換。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範圍。

1‧‧‧塑膠成型機械2‧‧‧料管3‧‧‧模具4‧‧‧公模5‧‧‧母模6‧‧‧入料口7‧‧‧模穴10‧‧‧負載掃描裝置20‧‧‧交流訊號源30‧‧‧電壓偵測器40‧‧‧電流偵測器50‧‧‧處理單元60a,60b,60c‧‧‧負載單元61‧‧‧開關62‧‧‧負載電路63‧‧‧變壓器64,64a,64b,64c‧‧‧諧振電容65‧‧‧負載線圈70‧‧‧阻抗匹配單元S1.1-S1.6,S2.1-S2.4,S3.1-S3.5‧‧‧步驟

有關負載掃描裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式將於以下的實施例予以說明，然而，應能理解的是，以下將說明的實施例以及圖式僅只作為示例性地說明，其不應用來限制本發明的申請專利範圍，其中：

第1圖係塑膠成型機械的示意圖； 第2圖係負載掃描裝置的元件方塊圖； 第3圖與第4圖係負載掃描裝置的電路方塊圖；以及 第5圖至第7圖是負載掃描裝置的使用方法的方法流程圖。

10‧‧‧負載掃描裝置

20‧‧‧交流訊號源

30‧‧‧電壓偵測器

40‧‧‧電流偵測器

50‧‧‧處理單元

60‧‧‧負載單元

61‧‧‧開關

63‧‧‧變壓器

65‧‧‧負載線圈

70‧‧‧阻抗匹配單元

Claims (10)

1. 一種負載掃描裝置，包含有： 一交流訊號源，提供一交流訊號； 一電壓偵測器，耦接該交流訊號源並偵測該交流訊號的一偵測電壓； 一電流偵測器，耦接該交流訊號源並偵測該交流訊號的一偵測電流； 一處理單元，電連接該電壓偵測器與該電流偵測器，該處理單元接收該偵測電壓與該偵測電流，並依據該偵測電壓與該偵測電流而計算一相位差並記錄達成該相位差的一負載匹配條件； 複數個負載單元，可接收該交流訊號並分別電連接該處理單元，各該負載單元包含有一開關與耦接該開關的一負載電路； 其中，該處理單元依據該相位差與該負載匹配條件而導通該等負載單元的其中之一的該開關，使得對應的該負載電路能使用該交流訊號而作動。
2. 如請求項1所述的負載掃描裝置，其中各該負載單元包含有一變壓器、一負載線圈與一負載匹配單元，該負載匹配單元耦接該變壓器與該負載線圈。
3. 如請求項1所述的負載掃描裝置，更包含有一阻抗匹配單元，該阻抗匹配單元耦接該等負載單元與該交流訊號源。
4. 一種塑膠成型機械，包含有： 一料管； 一模具，包含有一入料口、一公模與一母模，該入料口設於該公模或該母模並與該料管相連通； 一負載掃描裝置，包含有： 一交流訊號源，提供一交流訊號； 一電壓偵測器，耦接該交流訊號源並偵測該交流訊號的一偵測電壓； 一電流偵測器，耦接該交流訊號源並偵測該交流訊號的一偵測電流； 一處理單元，電連接該電壓偵測器與該電流偵測器，該處理單元接收該偵測電壓與該偵測電流，並依據該偵測電壓與該偵測電流而計算一相位差並記錄達成該相位差的一負載匹配條件； 複數個負載單元，包含有一第一負載單元、一第二負載單元與一第三負載單元，該第一、第二與第三負載單元可接收該交流訊號並分別電連接該處理單元，該第一、第二與第三負載單元都包含有一開關與與耦接該開關的一負載電路，該第一負載單元設於該料管，該第二負載單元與該第三單元設於該模具； 其中，該處理單元依據該相位差與該負載匹配條件而導通該第一負載單元或該第二負載單元或該第三負載單元的該開關，使得導通後的該第一、第二與第三的負載單元的其中之一的該負載電路能使用該交流訊號而加熱。
5. 如請求項4所述的塑膠成型機械，其中該第一、第二與該第三負載單元都包含有一變壓器、一負載線圈與一負載匹配單元，該負載匹配單元耦接該變壓器與該負載線圈。
6. 如請求項4所述的塑膠成型機械，更包含有一阻抗匹配單元，該阻抗匹配單元耦接該第一、第二與該第三負載單元與該交流訊號源。
7. 一種負載掃描裝置的使用方法，係用於一負載掃描裝置，該負載掃描裝置包含有一交流訊號源、耦接該交流訊號源的一電壓偵測器與一電流偵測器、電連接該電壓偵測器與該電流偵測器的一處理單元與複數個負載單元，該交流訊號源用以提供一交流訊號，該等負載單元可接收該交流訊號並分別電連接該處理單元，各該負載單元包含有一開關與耦接該開關的一負載電路，該使用方法的步驟包含有： 導通其中一個該等負載單元的該開關，並且斷開其他的該等負載單元的該開關； 傳遞該交流訊號至導通的該負載單元並對導通的該負載單元進行負載匹配，通過該電壓偵測器與該電流偵測器分別偵測該交流訊號的一偵測電壓與一偵測電流，依據該偵測電壓與該偵測電流取得一相位差； 判斷該相位差是否低於一預設的閥值，若判斷結果為是，取得並記錄符合該相位差的一負載匹配條件，反之，重複對導通的該負載單元進行負載匹配； 重複上述導通開關、進行負載匹配與判斷相位差的步驟，直到取得並記錄全部的該等負載單元對應的負載匹配條件； 輪流輸出符合各該負載單元的該負載匹配條件的該交流訊號至各該負載單元。
8. 如請求項7所述的使用方法，其中該負載掃描裝置更包含有一阻抗匹配單元，該阻抗匹配單元為一可變電感並耦接該等負載單元與該交流訊號源，該負載匹配條件包含有該交流訊號的頻率以及該可變電感的電感值。
9. 一種負載掃描裝置的使用方法，係用於一負載掃描裝置，該負載掃描裝置包含有一交流訊號源、耦接該交流訊號源的一電壓偵測器與一電流偵測器、電連接該電壓偵測器與該電流偵測器的一處理單元與複數個負載單元，該交流訊號源用以提供一交流訊號，該等負載單元可接收該交流訊號並分別電連接該處理單元，各該負載單元包含有一開關與耦接該開關的一負載電路，該使用方法的步驟包含有： 導通其中之一的該等負載單元的該開關，並且斷開其他的該等負載單元的該開關； 傳遞該交流訊號至導通後的該負載單元，通過該電壓偵測器與該電流偵測器測量該交流訊號的分別偵測該交流訊號的一偵測電壓與一偵測電流，依據該偵測電壓與該偵測電流取得一相位差； 重複上述導通開關與計算相位差的步驟，直到取得全部該等負載單元所對應的相位差； 選取該等相位差最小者。
10. 如請求項9所述的使用方法，其中導通該等負載單元的該開關之前，更分別將該等負載單元設置於一模具上。

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