TWI763149B - 射出成型製程的監測方法 - Google Patents

Abstract

一種射出成型製程的監測方法，對一射出成型機的模具進行監測，並包含設置步驟、偵測步驟、比對分析步驟、調整步驟，及監測步驟。本發明直接將感測器設置於模具外表面，偵測射出成形過程中模內熔膠狀態對應的模具變形，藉此監測出射出成型製程的變異，不會變更模穴狀態，也不會影響模具結構強度，安裝便利，亦便於變更感測位置，同時降低感測器安裝成本。

Description

射出成型製程的監測方法

本發明是關於一種射出成型品質改善方式，特別是指一種射出成型製程的監測方法。

射出成型技術發展迄今已超過百年歷史，在高分子材料加工是相當重要且受歡迎的量產技術之一，由於射出成型具備高效率、高精度及可生產複雜幾何外型之優異成型特性，因此日常生活周遭有許多用品皆透過射出成型進行生產，如：電子用品、運動用品、汽機車零組件、生醫用品及光學鏡片等。

由於現今對射出成型品質要求日趨嚴謹，因此線上射出成型品質預測技術與即時回饋控制技術在射出成型技術發展已成重要議題，目前就全電式射出成型機而言，其機構運動控制已相當精準，然而以精密射出成型技術之要求，精確的機台運動控制仍無法有效克服及改善射出成品品質因熔膠品質變異所導致異常，其原因乃熔膠品質難以進行線上即時監控，而影響熔膠品質之因素相當多，包含：塑料本質變異、塑化參數設計、射出成型參數設定及機台運型特性等，當熔膠品質與製程環境發生變異時即影響射出成品品質。

近年來在射出成型製程上的感測技術不少，依安裝位置主要可分為三大部分：

一、於模具內安裝感測器，量測成型過程中模穴內的熔膠狀態。其優點在於：能直接接觸熔膠來量測射出成型過程中的熔膠壓力與溫度狀態，或透過頂針來量測熔膠壓力狀態，為最直接且準確的方式。但缺點在於：價格昂貴，且安裝可能會破壞模具結構，並於成品表面形成痕跡。

二、於射嘴位置安裝感測器，量測射嘴的熔膠狀態。其優點在於可以適用於每套模具，能量測儲料階段及射出成型過程中射嘴的熔膠壓力變化，但無法獲得在保壓階段及冷卻階段模內壓力的變動。

三、於大柱位置安裝應變計，測鎖模及射出過程之大柱延伸量，能透過大柱的應變曲線來推測模穴熔膠壓力變化。其優點是不用於個別模具安裝感測器。但大柱上的應變計反應的是整體射出過程的撐模狀況，不易獲得更細部的模穴各部位之熔膠壓力變動。

由以上內容可知，如何選擇適當的感測器及其設置位置，在量測精準度與設置成本上取得一平衡點，實為目前極需改善的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種射出成型製程的監測方法，對一射出成型機的模具進行監測，該模具包括一具有模穴的公模、一設置於該公模之一側的母模、複數間隔設置且結合於該公模的間隔板，及一結合於所述間隔板上的公模固定板，該公模、所述間隔板，及該公模固定板共同圍繞出一容置空間，該監測方法包含一設置步驟、一偵測步驟、一比對分析步驟、一調整步驟，及一監測步驟。

該設置步驟是將至少一感測器設置於該模具的外表面；該偵測步驟是該感測器偵測射出成型製程中模具的應變量；該比對分析步驟是將該感測器所偵測到的模具應變量，與模內壓力進行比對分析；該調整步驟是由比對分析的結果，調整該感測器至最佳設置位置。該監測步驟是對射出成型製程進行監測。

本發明的另一技術手段，是在於該公模還包括一承板，該承板具有一朝向公模的第一表面、一相反於該第一表面的第二表面，及一連接該第一表面與該第二表面的側面，其中，該感測器是設置於該承板的該第二表面。

本發明的另一技術手段，是在於該感測器是設置於該容置空間並對應該模穴的位置，且該感測器的兩端是分別頂抵於該公模與該公模固定板。

本發明的另一技術手段，是在於該感測器為應變計。

本發明的另一技術手段，是在於該感測器包括一支撐柱，及一設置於該支撐柱上的應變計。

本發明的另一技術手段，是在於該支撐柱具有一本體段，及一位於該本體段上且直徑小於該本體段的設置段，該應變計是位於該設置段。

本發明的另一技術手段，是在於該支撐柱可以是整段均質材料或分段不同均質材料製成。

本發明的另一技術手段，是在於該設置步驟中，可以設置複數感測器。

本發明之功效在於，直接將感測器設置於模具外表面，不會變更模穴狀態，也不會影響模具結構強度，安裝便利，亦能簡單變更感測位置，並降低感測器安裝成本。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號作表示。

塑膠產品廣泛的應用於民生、光學、通訊、包裝、醫療及汽車等產業，產品遍佈於生活的每個角落，而國內的塑膠產業及相對應的模具工業發達，經濟產值及從業人口龐大，對國內經濟影響深遠。而射出成形具備高度的自動化與製程穩定，可以大量的以模具生產複雜且立體之塑膠件，更是塑膠產品的主要生產方式，尤其是應用於高精度塑膠件的大量生產上。

隨著政府積極推動台灣機械產業的升級與轉型，射出成形的智能化關鍵技術開發顯得迫切且需要。而在實現射出成形智能化的第一步即為將射出成形過程的重要資訊透過各式感測器將資訊大量蒐集至雲端伺服器，做為巨量資料分析的基礎，再經由法則的建立運算，用以優化成形的參數及監控成形的變異，促進品質及產能的向上提升。

在射出成形過程的製程監控方面，基於科學化射出成形的概念，射出成形的製程監控觀點必須由機械監控轉換至熔膠於模內的狀態監控，而目射出過程模內熔膠監控的方式主要有：(1)直接式的由模內感測器直接監控熔膠之壓力及溫度變化，(2)於射嘴位置安裝感測器，量測射嘴的熔膠狀態。及(3)間接式的由射出機大柱之應變監控反應整體熔膠於模穴內之變化。模內感測器監控對熔膠狀況的反應最為直接，但牽涉到模具結構變更、表面痕跡及感測器昂貴等問題。於射嘴位置安裝感測器容易產生熔膠黑絲且無法追蹤澆口凝固後之模內熔膠狀態，射出機大柱之應變監控具有不變更模具結構之優點，但只可監控整體之熔膠狀態變異，且射出成形過程中之模內熔膠壓力變化的傳遞需經由模具、射出機大壁、鎖模曲柄、調模壁再反應到射出機大柱的延伸量，牽涉較多的元件連結。

因此，本發明提出一可降低成本但仍具有相當之精準性的改善方案。參閱圖1，本發明射出成型製程的監測方法之較佳實施例，包含一設置步驟21、一偵測步驟22、一比對分析步驟23、一調整步驟24，及一監測步驟25。

本監測方法是對一射出成型機的模具進行監測，參閱圖2，該模具包括一具有模穴311的公模31、一設置於該公模31之一側的母模32、複數間隔設置且結合於該公模31的間隔板33，及一結合於所述間隔板33上的公模固定板34。該公模31、所述間隔板33，及該公模固定板34共同圍繞出一容置空間35。如圖3所示，公模31上除了模穴311之外，還有連通模穴311的澆道312。

該設置步驟21是將至少一感測器4設置於該模具的外表面；該偵測步驟22是該感測器4偵測射出成型製程中模具的應變量；該比對分析步驟23是將該感測器4所偵測到的模具應變量，與模內壓力進行比對分析；該調整步驟24是由比對分析的結果，調整該感測器4至最佳設置位置。該監測步驟25是對射出成型製程進行監測。

如圖2、3所示，該設置步驟21中是於該容置空間35分別設置三個感測器4，所述感測器4分別位於澆道312與模穴311的正下方，且每一感測器4的兩端是分別頂抵於該公模31與該公模固定板34，並包括一支撐柱42，及一設置於該支撐柱42上的應變計41。同時，還有一模內壓力計36設置於其中一模穴311內。接著，實際進行射出成型製程以進行該偵測步驟22，讓所述感測器4偵測射出成型製程中模具的應變量，該模內壓力計36同時偵測模穴311內的熔膠壓力。

要進一步說明的是，所述感測器4的設置位置，可以因應不同狀況進行變化。參閱圖4，該公模31可包括一設置於下方的承板313，該公模31承板313具有一朝向公模31的第一表面313a、一相反於該第一表面313a的第二表面313b。該感測器4可以設置於該公模31承板313的該第二表面313b，用以量測該公模31承板313的最大彎曲變形量，也比較能反應整體射出力量，若是設置於該第二表面313b的中心點，量測的結果更為佳。此時，該感測器只包括該應變計41。

要特別說明的是，如圖2所示者，所述感測器4的其中之一是設置於該容置空間35且位於模穴311的正下方，能量測模穴311造成之承板313下壓變形，應變量最大，也比較能反應各模穴311射出之差異。另外，如圖4所示，支撐柱42可作截面縮減，讓變形集中於設置應變計41的位置，也就是說，該支撐柱42的整體是以均質的金屬材質製成，並具有一本體段421，及一位於該本體段421上且直徑小於該本體段421的設置段422，該應變計41是位於該設置段422。藉此設計，讓該支撐柱42的變形集中於該設置段422，使位於該設置段422的應變計41能更精準的偵測到變形量。於實際實施時，該支撐柱42也可以是分段不同均質材料製成。

由以上的說明可知，本案的設計可以將所述支撐柱42安裝在模具外表面各個適當的位置，來了解模穴311內的熔膠狀況，例如，可於模穴位置、豎澆道下方、流動前端（近澆口）、流動末端（遠澆口）等位置裝設多個感測器4，匯整其偵測數據更能反應成型過程的總體製程變化。

該比對分析步驟23是將該感測器4所偵測到的模具應變量，與模內壓力計量測到的模內壓力進行比對分析。參閱圖5，為實際射出之模穴壓力及模具變形曲線，要說明的是，圖5所顯示的結果，是於射出成型過程中刻意大幅變動保壓壓力以測試感測曲線反應。於本實施例中，由於支撐柱42長度只有 100mm(相較於機台大柱只有不到1/15 的長度)，所量測之模具變形曲線可以很清楚的解析至 1μm 以下。而由模內壓力及支撐柱42之變形可看出熔膠經冷卻過程因熔膠的收縮使模內壓也隨之下降，開模前模具變形量會下降到小於 0.3μm。因此，所述感測器4的敏感度應可應付非高精度產品之檢驗需求。

再參閱圖6，為流動前端(近澆口)之模穴壓力曲線及其相對應位置之鎖模後模具變形曲線。由圖6之結果可看出支撐柱42變形的曲線波動與豎澆道契合，反應出流道及模穴近澆口位置的壓力變化。圖7則為射出過程上大柱(接近澆口側)拉力及模具變形曲線，支撐柱42 變形曲線之波動與上大柱拉力變化吻合。由圖7的結果判斷，確實能以本發明中成本較低的感測器4，取代現有昂貴的大柱應變計。

另外，圖8至圖10為圖3中三個不同位置之感測器4(分別為S1、S2、S3)的穩定性實驗曲線。由圖8至圖10證實所述感測器4量測出之模具變形曲線重複性良好，變動範圍不超出 1μm，量測精度及穩定性應可滿足非高精度元件或非微細元件射出之要求。

另外，本案一併檢測改變射切保位置、射出速度，以及保壓壓力是否會對模穴311壓力產生影響。如圖11及圖12所示，選用一個射出面積較大且已安裝模內壓力計36之現有模具進行實驗，實驗時只射出左邊之模穴311，並於該公模承板313下方黏貼一個感測器4進行模具變形數據的擷取，以驗證變動射切保位置、射出速度與保壓壓力等參數對模穴壓力及模具變形之影響。由圖13至圖15的實驗曲線變化可以看出，模具變形曲線與，模穴壓力曲線之變化具有相當程度的一致性，圖13為變更射切保(VP)位置為8 mm、10mm、12mm之模穴壓力及模具應變間之關係，證實模具變形可以反應出射切保位置參數的變動影響、圖14為變更射出速度(S)為90 mm/s及180 mm/s之模穴壓力及模具應變間之關係，證實模具變形可以反應出射出速度參數的變動影響，圖15為變更保壓壓力(P)為60及50 Mpa之模穴壓力及模具應變間之關係，證實模具變形可以反應出保壓壓力參數的變動影響。

經由上述過程獲得比對分析的結果後，進行該調整步驟24來調整所述感測器4至最佳設置位置，就能進行該監測步驟25，對射出成型製程進行監測。舉例來說，有許多產品並無裝設模內感測器4之空間，或者不充許表面留下模內壓力計的痕跡，例如鏡片。因此可以先利用安裝有模內壓力計的假模試模，進行本發明之設置步驟21、偵測步驟22、比對分析步驟23、調整步驟24之後，獲得感測器4的最佳設置位置，再使用沒有安裝模內壓力計的真模，安裝所述感測器4，實際進行射出成型的製程，並進行該監測步驟25，利用所述感測器4監測製程中模具的變化，在製程持續進行的同時解析每批次的成品是否產生變異，以便產線上的機械手臂將不良品移除，若是變異持續發生則可以發出停機檢查資訊，避免持續製造不良品。

由以上內容可知，本發明射出成型製程的監測方法具有以下功效：

一、相較於模內壓力計36或是大柱感應器，本發明使用應變計41或是應變計41設置於支撐柱42上作為感測器4，不但能降低感測元件的購買成本，且安裝也簡單容易，若要變更感測位置同樣方便。

二、本發明的感測器4是直接設置於模具外表面，不同於模內壓力計36需要設置於模穴311內，因此不需要為了安裝感測器4而變更模穴狀態，也不需擔心會在模具內表面或是成品上留下痕跡。

綜上所述，本發明開發創新的射出成型監測技術，在不變更模穴狀態與影響模具結構強度的狀態下，以成本較低的應變計取代昂貴的模內壓力計及大柱應變計，間接地以模具各位置之受力變形來反應射出成型過程中熔膠對模穴的壓力變化，藉以追蹤各模次之射出過程中，模穴內的熔膠成形狀態是否產生變異，確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21:設置步驟

22:偵測步驟

23:比對分析步驟

24:調整步驟

25:監測步驟

31:公模

311:模穴

312:澆道

313:承板

313a:第一表面

313b:第二表面

32:母模

33:間隔板

34:公模固定板

35:容置空間

36:模內壓力計

4:感測器

41:應變計

42:支撐柱

421:本體段

422:設置段

圖1是一流程圖，為本發明射出成型製程的監測方法之較佳實施例； 圖2是一示意圖，為本較佳實施例中感測器的安裝方式與位置； 圖3是一示意圖，由模內角度說明感測器的安裝位置； 圖4是一示意圖，說明感測器可以安裝的位置； 圖5至圖7皆是曲線圖，說明感測器的變形量與模具不同部位之壓力比較； 圖8至圖10皆是曲線圖，說明感測器的穩定性實驗結果； 圖11及圖12皆是示意圖，說明可行性實驗之模具結構及感測器位置； 圖13是一曲線圖，說明射切保位置對模具變形曲線與模穴壓力曲線之影響； 圖14是一曲線圖，說明射出速度對模具變形曲線與模穴壓力曲線之影響；及 圖15是一曲線圖，說明保壓壓力對模具變形曲線與模穴壓力曲線之影響。

21:設置步驟

22:偵測步驟

23:比對分析步驟

24:調整步驟

25:監測步驟

Claims (6)

1. 一種射出成型製程的監測方法，對一射出成型機的模具進行監測，該模具包括一具有模穴的公模、一設置於該公模之一側的母模、複數間隔設置且結合於該公模的間隔板，及一結合於所述間隔板上的公模固定板，該公模、所述間隔板，及該公模固定板共同圍繞出一容置空間，該監測方法包含：一設置步驟，將至少一感測器設置於該模具的外表面，該感測器包括一支撐柱，及一設置於該支撐柱上的應變計，該支撐柱具有一本體段，及一位於該本體段上且直徑小於該本體段的設置段，該應變計是位於該設置段；一偵測步驟，該感測器偵測射出成型製程中模具的應變量；一比對分析步驟，將該感測器所偵測到的模具應變量，與模內壓力進行比對分析；一調整步驟，由比對分析的結果，調整該感測器至最佳設置位置；及一監測步驟，對射出成型製程進行監測。
2. 如請求項1所述射出成型製程的監測方法，該公模還包括一承板，該承板具有一朝向公模的第一表面、一相反於該第一表面的第二表面，及一連接該第一表面與該第二表面的側面，其中，該感測器是設置於該承板的該第二表面。
3. 如請求項1所述射出成型製程的監測方法，其中，該感測器是設置於該容置空間並對應該模穴的位置，且該感測器的兩端是分別頂抵於該公模與該公模固定板。
4. 如請求項2所述射出成型製程的監測方法，其中，該感測器為應變計。
5. 如請求項3所述射出成型製程的監測方法，其中，該支撐柱可以是整段均質材料或分段不同均質材料製成。
6. 如請求項1所述射出成型製程的監測方法，其中，於該設置步驟中，可以設置複數感測器。

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