WO2021246524A1 - 射出成形機の制御装置及びプログラム - Google Patents

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WO2021246524A1
WO2021246524A1 PCT/JP2021/021410 JP2021021410W WO2021246524A1 WO 2021246524 A1 WO2021246524 A1 WO 2021246524A1 JP 2021021410 W JP2021021410 W JP 2021021410W WO 2021246524 A1 WO2021246524 A1 WO 2021246524A1
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heater
surface temperature
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謙佑 並木
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ファナック株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a control device and a program of an injection molding machine.
  • an injection molding machine in which pellets (resin) placed in a hopper are melted in a cylinder and injected into a mold.
  • a heater is arranged on the outer periphery of the cylinder of the injection molding machine. The heater heats the cylinder to melt the pellets.
  • heat transfer is characterized in that the heat supply capacity is relatively low, but the variation is relatively small. Further, “shear” has a characteristic that although the heat supply capacity is relatively high, the variation is relatively large. The ratio of "heat transfer” to “shear” is preferably optimally distributed according to the requirements for the molded product. On the other hand, the difficulty of appropriately setting the molding conditions is increasing due to the increase in the types of pellets and the complication of the shape of the molded product.
  • Patent Document 1 only the temperature change of shear is calculated. Therefore, in Patent Document 1, it is difficult to grasp whether or not the temperature change at the time of changing the condition is due to the change of the condition. When changing conditions, it is preferable to quantitatively obtain the factors of temperature change.
  • the present disclosure controls an injection molding machine having a cylinder, a heater arranged around the cylinder, and a screw arranged inside the cylinder, and calculating the amount of energy transmitted from the heater to the resin at a predetermined time.
  • An operation information acquisition unit that acquires operation information including the heater output of the heater, the set temperature of the heater, and the rotation speed of the screw in a predetermined period immediately before the predetermined time, and the heat dissipation of the heater.
  • the characteristic information acquisition unit that acquires characteristic information related to the characteristics, the surface temperature acquisition unit that acquires the surface temperature of the heater for a predetermined period included in the acquired operation information, and the surface of the heater with respect to the transition of the heater output of the heater.
  • the surface of the heater at the predetermined time based on the performance information acquisition unit that acquires the performance of the transition of the ratio between the temperature and the set temperature as the performance information, the operation information, the performance information, and the acquired surface temperature. Based on the estimation unit for estimating the temperature, the estimated surface temperature, the characteristic information, and the operation information, the amount of heat radiated from the surface of the heater to the atmosphere is calculated, and at least the heat transmitted from the heater to the resin is transmitted.
  • the present invention relates to a control device of an injection molding machine including an energy amount calculation unit for calculating a heat energy amount and a shear energy amount by the screw.
  • the present disclosure is a control device of an injection molding machine having a cylinder, a heater arranged around the cylinder, and a screw arranged inside the cylinder, and calculating the amount of energy transmitted from the heater to the resin.
  • This is a program for operating the computer, and the operation information for acquiring the operation information including the heater output of the heater, the set temperature of the heater, and the rotation speed of the screw in the predetermined period immediately before the predetermined time.
  • Acquisition unit characteristic information acquisition unit that acquires characteristic information related to heat dissipation characteristics of the heater, surface temperature acquisition unit that acquires the surface temperature of the heater for a predetermined period included in the acquired operation information, and heater output of the heater.
  • the predetermined time based on the performance information acquisition unit that acquires the performance of the transition of the ratio between the surface temperature of the heater and the set temperature with respect to the transition as the performance information, the operation information, the performance information, and the acquired surface temperature.
  • the amount of heat radiated from the surface of the heater to the atmosphere is calculated based on the estimation unit for estimating the surface temperature of the heater, the estimated surface temperature, the characteristic information, and the operation information in the above, and at least the heater is used as described above.
  • the present invention relates to a program that functions as an energy amount calculation unit that calculates the amount of heat transfer energy transmitted to the resin and the amount of shear energy by the screw.
  • the injection molding machine 10 is a device for molding by melting pellets and injecting them into a mold (not shown).
  • the injection molding machine 10 includes, for example, a cylinder 101, a heater 102, and a safety cover 103, as shown in FIG.
  • the cylinder 101 is, for example, a tubular body. One end of the cylinder 101 in the axial direction is reduced in diameter toward the end.
  • the cylinder 101 has a screw (not shown) inside along the axial direction. The screw moves the molten pellet to one end side of the cylinder 101 while stirring.
  • the heater 102 is arranged around the cylinder 101.
  • a plurality of heaters 102 are arranged, for example, along the axial direction of the cylinder 101.
  • three heaters 102 are arranged along the axial direction so as to cover the outer periphery of the cylinder 101.
  • the heater 102 heats the cylinder 101 to 200 degrees or higher, for example.
  • the safety cover 103 is a concave body arranged around the heater 102.
  • the safety cover 103 is arranged to avoid contact with the heater 102, which becomes relatively hot.
  • the pellets are melted inside the cylinder 101 heated to 200 degrees or more by the heater 102.
  • the screw injects the molten pellet into the mold from one end of the cylinder 101.
  • the injection molding machine 10 molds, for example, a plastic product.
  • the safety cover 103 is arranged around the heater 102, it is not easy to directly measure the surface temperature of the heater 102 from the outside.
  • the actual surface temperature of the heater 102 the set temperature set in the heater 102, and the heater output of the heater 102.
  • the average heater output of the heater 102 and the ratio of the surface temperature of the heater 102 to the set temperature.
  • the set temperature of the heater 102 and the rotation speed of the screw are set to (1) 220 degrees and 50 rpm, (2) 180 degrees and 100 rpm, and (3) 180 degrees and 50 rpm.
  • the surface temperature / set temperature was 1.19, 0.792, and 0.919, respectively, and the average heater output was 46.6%, 6.62%, and 14.5%, respectively.
  • the correlation coefficient between the surface temperature / set temperature and the heater output was 0.991. Therefore, it was found that there is a strong correlation between the surface temperature / set temperature and the heater output.
  • the heater output is described as a command value indicating an operation amount of the heater 102 from a controller (not shown) that controls the heater 102. Further, as an example, the controller determines the command value based on the detected value at the temperature control point.
  • the heat generation amount E Hi of the heater 102 as shown in FIG. 3, convection heat dissipation E Ci, radiant quantity E Ri, heat E W taken away in the cooling water, the heat transfer amount E to the machine body (hopper side) 0, may be indicated by the amount of heat E M, and shear energy E S resin has received.
  • the amount of heat radiation to the atmosphere can be indicated by the following equation 1.
  • the control device 1 of the injection molding machine 10 estimates the surface temperature of the heater 102 from the outside by using the above correlation. As a result, the control device 1 of the injection molding machine 10 according to the following embodiment is more accurate than estimating the surface temperature of the heater 102 from the temperature control points and the detection points of the additional sensors and the like using equations. The surface temperature of 102 is estimated. Then, the control device 1 of the injection molding machine 10 according to the following embodiment calculates the amount of energy transmitted from the heater 102 to the resin. The control device 1 of the injection molding machine 10 calculates, for example, the amount of heat transfer energy by the heater 102 and the amount of shear energy by the screw.
  • control device 1 of the injection molding machine calculates the ratio between the amount of heat transfer energy and the amount of shear energy.
  • the control device 1 of the injection molding machine according to the following embodiment can quantitatively obtain a change in energy when the operating conditions are changed.
  • in operation means the moment when the injection molding machine 10 is actually in operation.
  • the “predetermined time” means a time at which the surface temperature of the heater 102 is estimated.
  • the control device 1 is a device that controls the injection molding machine 10.
  • the control device 1 is a device that controls the molding conditions of the injection molding machine 10.
  • the control device 1 is connected to the injection molding machine 10, for example, as shown in FIG.
  • the control device 1 specifies and controls molding conditions such as injection molding speed, pressure, cylinder 101 temperature, mold temperature, and injection amount of melted pellets.
  • the control device 1 includes an operation information storage unit 11, an operation information acquisition unit 12, a characteristic information storage unit 20, a characteristic information acquisition unit 21, a performance information storage unit 13, and a performance information acquisition unit.
  • a unit 14, a surface temperature acquisition unit 15, a calculation unit 16, an estimation unit 17, an energy amount calculation unit 22, an output unit 18, and an output control unit 19 are provided.
  • the operation information storage unit 11 is a recording medium such as a hard disk.
  • the operation information storage unit 11 stores operation information regarding the set temperature for the heater 102 of the injection molding machine 10 and the heater output of the heater 102 during operation. Further, the operation information storage unit 11 stores, for example, the content of instructions regarding the operation of the injection molding machine 10 as operation information.
  • the operation information storage unit 11 has a heater output y_0, with 0 at the start of operation and T at a predetermined time, and every sampling cycle t_1 (s) up to t_T-1 immediately before the predetermined time. y_1 ,. .. . Stores y_T-1. Further, the operation information storage unit 11 stores S (° C.) as the set temperature.
  • the operation information storage unit 11 stores the molding conditions as operation information.
  • the operation information storage unit 11 stores, for example, the screw rotation amount per unit time, the load current rate at the time of molding, the room temperature, the flow rate of the cooling water, the cooling water outlet temperature, and the cooling water inlet temperature as operation information.
  • the operation information acquisition unit 12 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires the heater output of the heater 102 and the set temperature of the heater 102 as operation information in a predetermined period immediately before the predetermined time.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires operation information from the operation information storage unit 11.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires, for example, the heater output of the heater 102 and the set temperature of the heater 102 as operation information in the period from the start of operation of the injection molding machine 10 to immediately before a predetermined time.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires the heater output indicated by a predetermined sampling cycle until immediately before a predetermined time, for example.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires the screw rotation amount, the load current rate, the room temperature, the flow rate, the cooling water outlet temperature, and the cooling water inlet temperature, which are the rotation speeds set for the screw, as operation information.
  • the characteristic information storage unit 20 is a recording medium such as a hard disk.
  • the characteristic information storage unit 20 stores characteristic information regarding the heat dissipation characteristics of the heater 102.
  • the characteristic information storage unit 20 stores information unique to the heater 102 as characteristic information.
  • the characteristic information storage unit 20 includes, for example, motor torque including mechanical efficiency and reduction ratio, load current rate during idling, heater capacity, surface area of heater 102, emissivity, Stefan-Boltzmann coefficient, water density, and water ratio. Is stored as characteristic information.
  • the characteristic information acquisition unit 21 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the characteristic information acquisition unit 21 acquires characteristic information regarding the heat dissipation characteristics of the heater 102.
  • the performance information storage unit 13 is a recording medium such as a hard disk.
  • the actual information storage unit 13 stores the actual result of the transition of the ratio between the surface temperature of the heater 102 and the set temperature with respect to the transition of the heater output of the heater 102 as actual information.
  • the performance information storage unit 13 uses, for example, the transition of the heater output of the heater 102 measured in advance as input data, and the ratio (surface temperature / set temperature) between the surface temperature of the heater 102 and the set temperature of the heater 102 measured at the same time. The transition of is stored as actual information.
  • the performance information storage unit 13 stores the performance information obtained in advance by learning the teaching data with the heater output as an input.
  • the performance information storage unit 13 is a performance obtained by learning the relationship between the heater output and the surface temperature as shown in FIG.
  • the achievement information storage unit 13 stores, for example, a plurality of achievements as achievement information. For example, as shown in FIG. 5, the performance information storage unit 13 sets the measurement number to M (M is a natural number), the measurement start time (operation start time) to 0, and the time when the heater output is acquired for each measured performance. Is tM_N (N is a natural number), the value of the heater output is x_MN, and the value of the surface temperature / set temperature is R_MN.
  • the performance information acquisition unit 14 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the performance information acquisition unit 14 acquires performance information from the performance information storage unit 13.
  • the actual information acquisition unit 14 acquires, for example, the actual result of the transition of the ratio between the surface temperature of the heater 102 and the set temperature with respect to the transition of the heater output of the heater 102 as actual information.
  • the actual information acquisition unit 14 acquires the ratio (surface temperature / set temperature) between the past set temperature and the past surface temperature as the actual information for each past heater output.
  • the surface temperature acquisition unit 15 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the surface temperature acquisition unit 15 acquires the surface temperature of the heater 102 during the period included in the acquired operation information.
  • the surface temperature acquisition unit 15 acquires the surface temperature estimated by the estimation unit 17 described later, for example, during the period included in the acquired operation information. Further, the surface temperature acquisition unit 15 acquires the surface temperature actually measured or provided from the outside instead of the estimated surface temperature.
  • the calculation unit 16 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the calculation unit 16 calculates the transition of the ratio of the surface temperature to the set temperature with respect to the transition of the heater output included in the operation information based on the acquired operation information and the acquired surface temperature.
  • the estimation unit 17 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the estimation unit 17 estimates the surface temperature of the heater 102 at a predetermined time based on the operation information, the actual information, and the acquired surface temperature. Specifically, the estimation unit 17 estimates the surface temperature at a predetermined time by using the actual results included in the actual result information that are similar to or match the operation information and the transition of the calculated ratio.
  • the estimation unit 17 estimates the surface temperature at a predetermined time from the ratio of the set temperature at the time corresponding to the predetermined time and the surface temperature, which is indicated by the actual results similar to or matching the transition.
  • the estimation unit 17 specifies from the actual information the transition of the heater output included in the operation information for a predetermined period from immediately before the predetermined time and the actual result of the period similar to or matching the transition of the ratio between the set temperature and the surface temperature. do.
  • the estimation unit 17 acquires the ratio between the set temperature and the surface temperature at the next time (corresponding to a predetermined time) after the lapse of a similar or matching period included in the specified actual result. Then, the estimation unit 17 estimates the surface temperature at a predetermined time by multiplying the acquired ratio by the set temperature included in the operation information.
  • the energy amount calculation unit 22 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the energy amount calculation unit 22 calculates the amount of heat radiated from the surface of the heater 102 to the atmosphere based on the estimated surface temperature and characteristic information. That is, the energy amount calculation unit 22 calculates the sum of the convection heat radiation and the radiant heat radiation of the k heaters 102 as the heat radiation amount to the atmosphere.
  • the energy amount calculation unit 22 sets the heat radiation amount (J) from the heater 102 to the atmosphere as E Ai , the convection heat radiation amount (J) as E Ci , the radiant heat radiation amount (J) as E Ri , and the surface temperature of the heater 102.
  • the heat dissipation amount E Ai is calculated using the following equation 2.
  • the amount of energy calculation unit 22 as the heat transfer coefficient h may be calculated E Ai using a function of the temperature difference between the surface temperature and the ambient temperature of the heater 102.
  • the energy amount calculation unit 22 calculates at least the amount of heat transfer energy transmitted from the heater 102 to the resin (pellet) and the amount of shear energy by the screw.
  • Energy amount calculating section 22 shearing by screws energy (J) a E S, mechanical efficiency and motor torque, including the reduction ratio (N ⁇ m) T, the screw rotation amount per unit time (rad / s) R, load current rate at the time of molding r M, the load current rate during idling as r M0, by calculating the number 3 below, as shearing energy E S, calculates the workload of the rotating motor of the screw.
  • the motor torque may be a rated torque or a maximum torque.
  • the load current ratio is a command value from the controller that controls the rotary motor of the screw, and represents the ratio of the load torque to the motor torque.
  • the energy quantity calculating unit 22 heat transfer energy amount (J) E T, the heat value of the heater 102 (J) the E Hi, convection heat radiation amount from the part of the heater 102 and the cylinder 101 (J) E ci ', radiant quantity from some heaters 102 and the cylinder 101 (J) E Ri a', the amount of heat lost to cooling water (J) and E W, E 0 heat transfer to (J) to the hopper side, capacity of the heater 102 (W) W i, the heater output r i, convection heat dissipation amount from the areas not heater 102 is wound (J) the E CNi, radiant quantity from areas not heater 102 is wound (J) is ERNi , water density (g / cm 3 ) is ⁇ , specific heat of water (J / g ⁇ K) is C W , water flow rate (cm 3 / s) is Q, cooling water outlet temperature ( The heat transfer energy amount ET is calculated by calculating the following equation 4 with K) as T
  • the energy amount calculation unit 22 calculates the ratio between the heat transfer energy amount transmitted from the heater 102 to the resin (pellet) and the shear energy amount by the screw. The energy amount calculation unit 22 calculates the ratio by calculating the ratio between the heat transfer energy amount and the shear energy amount.
  • the output unit 18 is, for example, a display unit such as a display.
  • the output unit 18 outputs the calculated heat dissipation amount to the outside.
  • the output unit 18 displays, for example, at least one of a heat transfer energy amount, a shear energy amount, and a ratio, as shown in FIG.
  • the output control unit 19 is realized, for example, by operating the CPU.
  • the output control unit 19 causes the output unit 18 to output the calculated heat dissipation amount.
  • the output control unit 19 causes the output unit 18 to output at least one of the calculated heat transfer energy amount, shear energy amount, and ratio.
  • the performance information acquisition unit 14 acquires performance information (step S1).
  • the performance information acquisition unit 14 acquires, for example, a plurality of performance information from the performance information storage unit 13.
  • the characteristic information acquisition unit 21 acquires the characteristic information (step S2).
  • the characteristic information acquisition unit 21 acquires, for example, the characteristic information stored in the characteristic information storage unit 20 in advance.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires the operation information (step S3).
  • the operation information acquisition unit 12 acquires, for example, the operation information stored in the operation information storage unit 11 in advance.
  • the surface temperature acquisition unit 15 acquires the surface temperature corresponding to the operation information (step S4).
  • the calculation unit 16 calculates the transition of the ratio of the surface temperature to the set temperature with respect to the transition of the heater output included in the operation information based on the acquired operation information and the acquired surface temperature (step S5).
  • the estimation unit 17 estimates the surface temperature of the heater 102 from the operation information, the surface temperature, and the actual information (step S6).
  • step S7 the energy amount calculation unit 22 calculates the heat dissipation amount based on the estimated surface temperature of the heater 102 and the characteristic information.
  • the energy amount calculation unit 22 calculates the heat dissipation amount for each heater 102, for example. Further, the energy amount calculation unit 22 calculates the heat transfer energy amount, the shear energy amount, and the ratio of the heat transfer energy amount and the shear energy amount.
  • step S8 the output control unit 19 outputs the calculated heat dissipation amount, heat transfer energy amount, shear energy amount, heat transfer energy amount, and ratio to the output unit 18.
  • the output unit 18 displays, for example, the calculated heat dissipation amount, heat transfer energy amount, shear energy amount, heat transfer energy amount, and ratio.
  • step S9 it is determined whether or not to repeat the calculation of the heat dissipation amount. If the estimation is repeated (step S9: YES), the process returns to step S3. On the other hand, when the estimation is completed (step S9: NO), the processing by this flow ends.
  • Each configuration included in the control device 1 of the injection molding machine 10 can be realized by hardware, software, or a combination thereof.
  • what is realized by software means that it is realized by a computer reading and executing a program.
  • Non-temporary computer-readable media include various types of tangible storage mediums. Examples of non-temporary computer-readable media include magnetic recording media (eg, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), and CD-. It includes R, CD-R / W, and semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)).
  • the display program may also be supplied to the computer by various types of temporary computer readable medium. Examples of temporary computer-readable media include electrical, optical, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
  • a control device of an injection molding machine 10 having a cylinder 101, a heater 102 arranged around the cylinder 101, and a screw arranged inside the cylinder 101, and calculating the amount of energy transmitted from the heater to the resin at a predetermined time.
  • the operation information acquisition unit 12 for acquiring operation information including the heater output of the heater 102, the set temperature of the heater 102, and the number of rotations of the screw in a predetermined period immediately before the predetermined time, and the heat transfer characteristics of the heater 102.
  • the surface temperature of the heater 102 at a predetermined time is set.
  • the amount of heat radiated from the surface of the heater 102 to the atmosphere is calculated, and at least the amount of heat transfer energy transmitted from the heater 102 to the resin and the amount of heat transfer energy.
  • the energy amount calculation unit 22 for calculating the shear energy amount by the screw is provided. Further, the control device 1 of the injection molding machine 10 having the cylinder 101, the heater 102 arranged around the cylinder 101, and the screw arranged inside the cylinder 101, and calculating the amount of energy transmitted from the heater to the resin at a predetermined time.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires operation information including the heater output of the heater 102, the set temperature of the heater 102, and the rotation speed of the screw in a predetermined period immediately before the predetermined time.
  • the characteristic information acquisition unit 21 that acquires the characteristic information regarding the heat dissipation characteristics of the heater 102, the surface temperature acquisition unit 15 that acquires the surface temperature of the heater 102 in a predetermined period included in the acquired operation information, and the heater output of the heater 102.
  • the heater 102 at a predetermined time based on the performance information acquisition unit 14, the operation information, the performance information, and the acquired surface temperature for acquiring the performance of the transition of the ratio between the surface temperature of the heater 102 and the set temperature with respect to the transition as the performance information.
  • the amount of heat radiation from the surface of the heater 102 to the atmosphere is calculated, and at least the amount of heat transfer energy transmitted from the heater 102 to the resin and the amount of heat transfer energy. It functions as an energy amount calculation unit 22 for calculating the amount of shear energy by the screw.
  • the accuracy of the estimated surface temperature of the heater 102 can be further improved regardless of the shape (unevenness) around the cylinder 101. Further, since it is not necessary to install a physical sensor or the like on the surface of the heater 102, the cost can be suppressed. Then, the heat dissipation amount of each of the heaters 102 can be calculated based on the estimated surface temperature.
  • the amount of heat radiated from the surface of the heater 102 to the air can be calculated more accurately. As a result, it is possible to extend the life of the heater 102 and suppress the driving power of the injection molding machine 10 by performing an operation that minimizes the amount of heat radiation and setting molding conditions.
  • the energy amount calculation unit 22 calculates the ratio between the amount of heat transfer energy transmitted from the heater 102 to the resin and the amount of shear energy by the screw. Thereby, the factor of the temperature change can be obtained more quantitatively.
  • the control device 1 of the injection molding machine 10 calculates the transition of the ratio of the surface temperature to the set temperature with respect to the transition of the heater output included in the operation information based on the acquired operation information and the acquired surface temperature.
  • a calculation unit 16 is further provided, and the estimation unit 17 estimates the surface temperature at a predetermined time by using the operation information and the results that are similar to or match the transition of the calculated ratio among the results included in the performance information. Thereby, the surface temperature can be easily estimated by acquiring the heater output and the set temperature.
  • the surface temperature acquisition unit 15 acquires the surface temperature of the heater 102 in the form of the ratio of the surface temperature of the heater 102 to the set temperature, and the estimation unit 17 acquires the operation information and the operation information among the actual results included in the actual information.
  • the surface temperature at a predetermined time is estimated using the actual results that are similar to or match the calculated ratio transition. Thereby, the surface temperature can be easily estimated by acquiring the heater output and the set temperature.
  • the estimation unit 17 estimates the surface temperature at a predetermined time from the ratio of the surface temperature at the time corresponding to the predetermined time and the set temperature, which is indicated by the actual results similar to or matching the transition. As a result, the surface temperature is estimated based on the past results, so that the accuracy of the estimated surface temperature can be improved.
  • the energy amount calculation unit 22 calculates the energy amount by using the parameter calculated from the surface temperature as a part of the characteristic information. As a result, since the estimated surface temperature is used, the accuracy of the calculated energy amount can be further improved.
  • the performance information acquisition unit 14 may acquire performance information at a plurality of points on the surface of one heater 102.
  • the estimation unit 17 may estimate the surface temperature at a plurality of points on the surface of one heater 102.
  • the energy amount calculation unit 22 may calculate the heat radiation amount at a plurality of points on the surface of one heater 102.
  • the energy amount calculating section 22 the convection heat radiation E Ci and radiant quantity E Ri, the surface temperature (K) and T Hm heater 102 at each measurement point of each measurement point in the surface of the heater 102
  • the occupied area (m 2 ) is A im
  • the amount of heat radiation may be obtained by calculating the following equation 5.
  • the energy amount calculation unit 22 may calculate the convection heat radiation amount E Ci ′ and the radiant heat radiation amount E Ri ′ for the measurement of a plurality of points by calculating the following equation 6.
  • the output control unit 19 may display the heat transfer energy amount, the shear energy amount, and the total in the output unit 18 as a bar graph. This makes it possible to easily grasp the status of the amount of energy.
  • the output control unit 19 may display the ratio of the amount of energy in the output unit 18 in a pie chart as shown in FIG. Also with this, the ratio of the amount of energy can be easily grasped.
  • the output control unit 19 may display the scatter plot of the energy amount at predetermined time intervals on the output unit 18. As a result, the amount of energy can be displayed in chronological order, so that it is possible to easily monitor the abnormality of the amount of energy.
  • the output control unit 19 causes the output unit 18 to list the heat transfer energy amount, the shear energy amount, the ratio, and the total energy amount at predetermined time intervals. It is also good.
  • the output control unit 19 may display, for example, the maximum value, the minimum value, the average value, the difference between the maximum value and the minimum value, and the standard deviation for each item in the output unit 18.
  • the operation information acquisition unit 12 acquires the operation information, but the present invention is not limited to this.
  • the operation information acquisition unit 12 may acquire the operation information before the performance information acquisition unit 14 acquires the performance information.
  • the injection molding machine 10 may be either an in-line screw type or a plunger type.
  • the surface temperature of the heater 102 included in the actual information may be measured by a temperature sensor (not shown), which is a direct method, and is an indirect method. It may be measured by thermography (radiation thermometer, not shown).
  • the output unit 18 may be configured as a separate body from the control device 1 (injection molding machine 10). Further, the control device 1 may manage a plurality of injection molding machines 10. Further, in the above embodiment, the output control unit 19 may display the surface temperature of the heater 102 on the output unit 18 in addition to the heat dissipation amount.
  • the energy amount calculation unit 22 may calculate at a predetermined time such as per unit time or every cycle time. Further, in the above embodiment, the energy amount calculation unit 22 may calculate the total energy amount or the energy amount per unit time of a predetermined time. Further, the energy amount calculation unit 22 may calculate the average value at regular time intervals or the energy amount at a specific timing.
  • heat value E H of the heater 102 is not limited to being calculated as the number 4.
  • Heat value E H of the heater 102, the current flowing through the heater 102, may be calculated based on the power consumption of the heater is calculated from the resistance value of the heater 102.
  • the screw rotation amount R may be acquired as a set value on the injection molding machine 10. Further, the screw rotation amount R may be obtained from a detector (encoder) provided in the screw rotation motor (not shown).
  • the behavior of the motor is not always the set rotation speed. The motor requires, for example, rise and fall times. Further, when the friction with the resin is large, the rotation speed of the screw may not reach the set rotation speed. Therefore, by using the detected value, the accuracy of calculating the energy amount can be improved.
  • shearing energy E S was calculated work of the motor as in equation 3 it is not limited thereto. Shearing energy E S may be calculated using the value indicated by the power meter attached to the rotating motor of the screw (not shown).
  • the shear energy E S may be calculated by a method other than that calculates the motor workload.
  • Shearing energy E S can, for example, may be calculated from the temperature rise of the resin due to frictional heat between the screw and resin. Further, the shear energy E S can, for example, may be calculated from the viscosity of the resin and strain rate.
  • the surface temperature acquisition unit 15 may acquire the ratio of the set temperature and the surface temperature instead of the surface temperature.
  • the control device 1 does not have to include the calculation unit 16.
  • Control device 10 Injection molding machine 12 Operation information acquisition unit 14 Performance information acquisition unit 16 Calculation unit 17 Estimating unit 21 Characteristic information acquisition unit 22 Energy amount calculation unit 101 Cylinder 102 Heater 103 Safety cover

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Abstract

温度変化の要因を定量的に得ることが可能な射出成形機の制御装置及びプログラムを提供すること。　制御装置は、動作情報を取得する動作情報取得部と、ヒータの放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部と、取得された動作情報に含まれる所定期間におけるヒータの表面温度を取得する表面温度取得部と、ヒータのヒータ出力の推移に対するヒータの表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部と、動作情報、実績情報、及び取得された表面温度に基づいて、所定時刻におけるヒータの表面温度を推定する推定部と、推定された表面温度と特性情報とに基づいて、ヒータの表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくともヒータから樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及びスクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部と、を備える。

Description

射出成形機の制御装置及びプログラム
　本開示は、射出成形機の制御装置及びプログラムに関する。
　従来より、ホッパに入れられたペレット（樹脂）をシリンダ内で溶融して、金型に注入する射出成形機が知られている。射出成形機のシリンダの外周には、ヒータが配置される。ヒータがシリンダを加熱することにより、ペレットが溶融される。
　成形状態の監視及び条件設定の適正化のために、射出成形機に与えられる熱量と温度変化との関係をモニタリングすることが有用である。そこで、例えば、ヒータのみにより発生される熱量と加熱されたシリンダの温度との対応関係を予め計測しておき、実成型におけるシリンダ温度と計測された対応関係におけるシリンダ温度との差をせん断発熱による温度変化として算出する射出成形機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１－２２５３７２号公報
　ところで、射出成形機において、ホッパ口から投入されたペレットは、ヒータからの伝熱とスクリューの回転によるせん断発熱により溶融される。一般的に、「伝熱」は、熱量の供給能力が比較的低いものの、ばらつきが比較的小さいという特徴をもつ。また、「せん断」は、熱量の供給能力が比較的高いものの、ばらつきが比較的大きいという特徴をもつ。「伝熱」と「せん断」との割合は、成形品に対する要求に応じて最適に配分されるのが好ましい。これに対し、成形条件を適切に設定する難易度は、ペレットの種類の増加及び成形品の形状の複雑化により、高くなってきている。そのため、成形条件の適正性の判断は、熟練技術者による経験と勘に基づいて実施されることが多い。特許文献１では、せん断の温度変化のみが算出される。そのため、特許文献１では、条件変更時における温度変化が条件変更によるものか否か把握するのが難しい。条件変更においては、温度変化の要因を定量的に得られることが好適である。
（１）本開示は、シリンダとその周囲に配置されるヒータと前記シリンダの内部に配置されるスクリューとを有し、所定時刻における前記ヒータから樹脂に伝わるエネルギー量を算出する射出成形機の制御装置であって、前記所定時刻の直前の所定期間における前記ヒータのヒータ出力と前記ヒータの設定温度と前記スクリューの回転数とを含む動作情報を取得する動作情報取得部と、前記ヒータの放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部と、取得された動作情報に含まれる所定期間における前記ヒータの表面温度を取得する表面温度取得部と、前記ヒータのヒータ出力の推移に対する前記ヒータの表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部と、前記動作情報、前記実績情報、及び取得された前記表面温度に基づいて、前記所定時刻における前記ヒータの表面温度を推定する推定部と、推定された表面温度、前記特性情報、及び前記動作情報に基づいて、前記ヒータの表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくとも前記ヒータから前記樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及び前記スクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部と、を備える射出成形機の制御装置に関する。
（２）また、本開示は、シリンダとその周囲に配置されるヒータと前記シリンダの内部に配置されるスクリューとを有し、前記ヒータから樹脂に伝わるエネルギー量を算出する射出成形機の制御装置としてコンピュータを動作させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記所定時刻の直前の所定期間における前記ヒータのヒータ出力と前記ヒータの設定温度と前記スクリューの回転数とを含む動作情報を取得する動作情報取得部、前記ヒータの放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部、取得された動作情報に含まれる所定期間における前記ヒータの表面温度を取得する表面温度取得部、前記ヒータのヒータ出力の推移に対する前記ヒータの表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部、前記動作情報、前記実績情報、及び取得された前記表面温度に基づいて、前記所定時刻における前記ヒータの表面温度を推定する推定部、推定された表面温度、前記特性情報、及び前記動作情報に基づいて、前記ヒータの表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくとも前記ヒータから前記樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及び前記スクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部、として機能させるプログラムに関する。
　本開示によれば、温度変化の要因を定量的に得ることが可能な射出成形機の制御装置及びプログラムを提供することができる。
本開示の一実施形態に係る制御装置を含む射出成形機を示す概略図である。 一実施形態の制御装置に学習される実績情報の一例を示す表である。 一実施形態の制御装置のヒータ及びスクリューによる発熱量と放熱量とペレットに与える熱量との関係を示す概略図である。 一実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態の制御装置の動作情報の一例を示す概略図である。 一実施形態の制御装置の実績情報の一例を示す概略図である。 一実施形態の制御装置の表示部に表示される画面を示す画面図である。 一実施形態の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 変形例の制御装置に係る表示部に表示される画面を示す画面図である。 他の変形例の制御装置の表示部に表示される画面を示す画面図である。 さらに他の変形例の制御装置の表示部に表示される画面を示す画面図である。 さらに他の変形例の制御装置の表示部に表示される画面を示す画面図である。
　以下、本開示の一実施形態に係る射出成形機１０の制御装置１及びプログラムについて、図１から図８を参照して説明する。
　まず、本実施形態により制御される射出成形機１０について説明する。
　射出成形機１０は、ペレットを溶融して金型（図示せず）に注入することで成形する装置である。射出成形機１０は、例えば、図１に示すように、シリンダ１０１と、ヒータ１０２と、安全カバー１０３と、を備える。
　シリンダ１０１は、例えば、筒状体である。シリンダ１０１の軸方向一端部は、端部に向けて縮径する。シリンダ１０１は、軸方向に沿って、内部にスクリュー（図示せず）を有する。スクリューは、溶融したペレットを攪拌しつつシリンダ１０１の一端側に移動させる。
　ヒータ１０２は、シリンダ１０１の周囲に配置される。ヒータ１０２は、例えば、シリンダ１０１の軸方向に沿って、複数配置される。本実施形態において、ヒータ１０２はシリンダ１０１の外周を覆うように、軸方向に沿って３つ配置される。ヒータ１０２は、例えば、シリンダ１０１を２００度以上に加熱する。
　安全カバー１０３は、ヒータ１０２の周囲に配置される凹状体である。安全カバー１０３は、比較的高温となるヒータ１０２への接触を回避するために配置される。
　以上の射出成形機１０によれば、ヒータ１０２によって２００度以上に加熱されたシリンダ１０１の内部において、ペレットが溶融される。スクリューは、溶融したペレットをシリンダ１０１の一端から金型に注入する。これにより、射出成形機１０は、例えば、プラスチック製品を成形する。
　ここで、安全カバー１０３がヒータ１０２の周囲に配置されているため、ヒータ１０２の表面温度を外部から直接計測することは容易ではない。一方、ヒータ１０２の実際の表面温度と、ヒータ１０２に設定される設定温度と、ヒータ１０２のヒータ出力との間には相関があることがわかっている。具体的には、ヒータ１０２の平均ヒータ出力と、ヒータ１０２の表面温度と設定温度との比との間には相関があることがわかっている。例えば、図２に示すように、ヒータ１０２の設定温度とスクリューの回転数とを（１）２２０度，５０ｒｐｍ、（２）１８０度，１００ｒｐｍ、（３）１８０度，５０ｒｐｍに設定した。その結果、表面温度／設定温度は、それぞれ１．１９、０．７９２、０．９１９となり、平均ヒータ出力は、それぞれ４６．６％、６．６２％、１４．５％となった。その結果、表面温度／設定温度とヒータ出力との相関係数は、０．９９１であった。したがって、表面温度／設定温度とヒータ出力との間には、強い相関があることがわかった。なお、以下の実施形態において、ヒータ出力は、ヒータ１０２を制御するコントローラ（図示せず）からのヒータ１０２の操作量を指示する指令値として説明される。また、コントローラは、一例として、温度制御点における検出値に基づいて指令値を定める。
　また、ヒータ１０２の発熱量ＥＨｉは、図３に示すように、対流放熱量ＥＣｉ、放射放熱量ＥＲｉ、冷却水に奪われる熱量ＥＷ、機械本体（ホッパ側）への伝熱量Ｅ０、樹脂が受け取った熱量ＥＭ、及びせん断エネルギーＥＳによって示され得る。ここで、ｉ（ｉ＝１，２・・・，ｋ）は、自然数であり、ｋ個のヒータ１０２を識別するための数を表す。例えば、雰囲気への放熱量（対流放熱＋放射放熱）は、以下の数１で示され得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　以下の実施形態に係る射出成形機１０の制御装置１は、上記相関を用いて、ヒータ１０２の表面温度を外部から推測する。これにより、以下の実施形態に係る射出成形機１０の制御装置１は、温度制御点及び追加センサ等の検出点から方程式を用いてヒータ１０２の表面温度を推定するのに比べ、より精度よくヒータ１０２の表面温度を推測するものである。そして、以下の実施形態に係る射出成形機１０の制御装置１は、ヒータ１０２から樹脂に伝わるエネルギー量を算出する。射出成形機１０の制御装置１は、例えば、ヒータ１０２による伝熱エネルギー量と、スクリューによるせん断エネルギー量とを算出する。また、以下の実施形態に係る射出成形機の制御装置１は、伝熱エネルギー量とせん断エネルギー量との割合を算出する。これにより、以下の実施形態に係る射出成形機の制御装置１は、動作条件を変更した際におけるエネルギーの変化を定量的に得られるものである。なお、以下の実施形態において、「動作中」とは、射出成形機１０が現に動作している瞬間をいう。また、以下の実施形態において「所定時刻」とは、ヒータ１０２の表面温度の推定対象となる時刻をいう。
　次に、本開示の一実施形態に係る射出成形機１０の制御装置１について、図１から図８を参照して説明する。
　制御装置１は、射出成形機１０を制御する装置である。具体的には、制御装置１は、射出成形機１０の成形条件を制御する装置である。制御装置１は、例えば、図１に示すように、射出成形機１０に接続される。制御装置１は、射出成形の速度、圧力、シリンダ１０１の温度、金型温度、及び溶融されたペレットの射出量等の成形条件を指定して制御する。制御装置１は、図４に示すように、動作情報格納部１１と、動作情報取得部１２と、特性情報格納部２０と、特性情報取得部２１と、実績情報格納部１３と、実績情報取得部１４と、表面温度取得部１５と、算出部１６と、推定部１７と、エネルギー量算出部２２と、出力部１８と、出力制御部１９と、を備える。
　動作情報格納部１１は、例えば、ハードディスク等の記録媒体である。動作情報格納部１１は、射出成形機１０のヒータ１０２に対する設定温度及び動作中のヒータ１０２のヒータ出力に関する動作情報を格納する。また、動作情報格納部１１は、例えば、射出成形機１０の動作に関する指示の内容を動作情報として格納する。動作情報格納部１１は、例えば、図５に示すように、動作開始時を０、所定時刻をＴとして、サンプリング周期ｔ＿１（ｓ）ごとに、所定時刻の直前ｔ＿Ｔ－１まで、ヒータ出力ｙ＿０、ｙ＿１、．．．ｙ＿Ｔ－１を格納する。また、動作情報格納部１１は、設定温度として、Ｓ（℃）を格納する。また、動作情報格納部１１は、上記成形条件を動作情報として格納する。動作情報格納部１１は、例えば、単位時間当たりのスクリュー回転量、成形時の負荷電流率、室温、冷却水の流量、冷却水出口温度、及び冷却水入口温度を動作情報として格納する。
　動作情報取得部１２は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。動作情報取得部１２は、所定時刻の直前の所定期間における、ヒータ１０２のヒータ出力とヒータ１０２の設定温度とを動作情報として取得する。本実施形態において、動作情報取得部１２は、動作情報格納部１１から動作情報を取得する。動作情報取得部１２は、例えば、射出成形機１０の運転開始から所定時刻の直前までの期間における、ヒータ１０２のヒータ出力とヒータ１０２の設定温度とを動作情報として取得する。動作情報取得部１２は、例えば、所定時刻の直前まで、予め定められたサンプリング周期で示されるヒータ出力を取得する。また、動作情報取得部１２は、スクリューに設定される回転数である、スクリュー回転量、負荷電流率、室温、流量、冷却水出口温度、及び冷却水入口温度を動作情報として取得する。
　特性情報格納部２０は、例えば、ハードディスク等の記録媒体である。特性情報格納部２０は、ヒータ１０２の放熱の特性に関する特性情報を格納する。特性情報格納部２０は、特性情報として、ヒータ１０２に固有の情報を格納する。特性情報格納部２０は、例えば、機械効率及び減速比を含むモータトルク、空転時の負荷電流率、ヒータ容量、ヒータ１０２の表面積、放射率、ステファン－ボルツマン係数、水の密度、及び水の比率を特性情報として格納する。
　特性情報取得部２１は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。特性情報取得部２１は、ヒータ１０２の放熱の特性に関する特性情報を取得する。
　実績情報格納部１３は、例えば、ハードディスク等の記録媒体である。実績情報格納部１３は、ヒータ１０２のヒータ出力の推移に対するヒータ１０２の表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として格納する。実績情報格納部１３は、例えば、予め測定されたヒータ１０２のヒータ出力の推移を入力データとして、同時に測定されるヒータ１０２の表面温度とヒータ１０２の設定温度との比（表面温度／設定温度）の推移を実績情報として格納する。実績情報格納部１３は、ヒータ出力を入力とする教示データの学習によって予め得られた実績情報を格納する。実績情報格納部１３は、例えば、予めヒータ１０２の表面に接触された温度センサ（図示せず）を用いて、図２に示すような、ヒータ出力と表面温度との関係の学習によって得られる実績情報を格納してよい。実績情報格納部１３は、例えば、複数の実績を実績情報として格納する。実績情報格納部１３は、例えば、図５に示すように、測定された実績ごとに、測定番号をＭ（Ｍは自然数）、測定開始時刻（動作開始時刻）を０、ヒータ出力を取得した時刻をｔＭ＿Ｎ（Ｎは自然数）として、ヒータ出力の値をｘ＿ＭＮ、表面温度／設定温度の値をＲ＿ＭＮとする実績情報を格納する。
　実績情報取得部１４は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。実績情報取得部１４は、実績情報格納部１３から実績情報を取得する。実績情報取得部１４は、例えば、ヒータ１０２のヒータ出力の推移に対するヒータ１０２の表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する。具体的には、実績情報取得部１４は、過去のヒータ出力ごとに、過去の設定温度と過去の表面温度との比（表面温度／設定温度）を実績情報として取得する。
　表面温度取得部１５は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。表面温度取得部１５は、取得された動作情報に含まれる期間におけるヒータ１０２の表面温度を取得する。表面温度取得部１５は、例えば、取得された動作情報に含まれる期間において、後述する推定部１７によって推定された表面温度を取得する。また、表面温度取得部１５は、推定された表面温度に代えて、実測され又は外部から提供される表面温度を取得する。表面温度取得部１５は、例えば、サンプリング周期ｔ＿１ごとに、表面温度ＴＰ＿Ａ（℃）（Ａ＝１、２、．．．ｔ－１）を取得する。
　算出部１６は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。算出部１６は、取得された動作情報と取得された表面温度に基づいて、動作情報に含まれるヒータ出力の推移に対する表面温度と設定温度との比の推移を算出する。算出部１６は、例えば、動作情報に含まれるヒータ出力ごとに、表面温度／設定温度の値を算出する。本実施形態において、算出部１６は、サンプリング周期ｔ＿１ごとに、（ＴＰ＿Ａ／Ｓ）（Ａ＝１、２、．．．ｔ－１）を算出する。
　推定部１７は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。推定部１７は、動作情報、実績情報、及び取得された表面温度に基づいて、所定時刻におけるヒータ１０２の表面温度を推定する。具体的には、推定部１７は、実績情報に含まれる実績のうち、動作情報及び算出された比の推移に類似又は一致する実績を用いて、所定時刻の表面温度を推定する。推定部１７は、推移に類似又は一致する実績によって示される、所定時刻に対応する時刻の設定温度と表面温度との比から所定時刻の表面温度を推定する。推定部１７は、例えば、所定時刻の直前から所定期間の動作情報に含まれるヒータ出力の推移、及び設定温度と表面温度との比の推移と類似又は一致する期間となる実績を実績情報から特定する。推定部１７は、特定した実績に含まれる類似又は一致する期間経過後の次の時刻（所定時刻に対応）における設定温度と表面温度との比を取得する。そして、推定部１７は、取得した比と動作情報に含まれる設定温度とを乗算することで、所定時刻における表面温度を推定する。
　エネルギー量算出部２２は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。エネルギー量算出部２２は、推定された表面温度と特性情報とに基づいて、ヒータ１０２の表面から雰囲気への放熱量を算出する。すなわち、エネルギー量算出部２２は、ｋ個のヒータ１０２の対流放熱と放射放熱との和を雰囲気への放熱量として算出する。ここで、エネルギー量算出部２２は、ヒータ１０２から雰囲気への放熱量（Ｊ）をＥＡｉ、対流放熱量（Ｊ）をＥＣｉ、放射放熱量（Ｊ）をＥＲｉ、ヒータ１０２の表面温度（Ｋ）をＴＨ、室温（Ｋ）をＴＲ、ヒータ１０２の表面積（ｍ２）をＡｉ、熱伝達率（Ｗ／ｍ２Ｋ）をｈ、放射率をε、ステファン－ボルツマン係数（Ｗ／ｍ２Ｋ４）をσ、ｋ個のヒータ１０２を識別する数をｉ＝１、２．．．ｋとして、以下の数２を用いて放熱量ＥＡｉを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　なお、エネルギー量算出部２２は、熱伝達率ｈとして、ヒータ１０２の表面温度と雰囲気温度との温度差の関数を用いてＥＡｉを算出してもよい。
　また、エネルギー量算出部２２は、少なくともヒータ１０２から樹脂（ペレット）に伝わる伝熱エネルギー量とスクリューによるせん断エネルギー量とを算出する。エネルギー量算出部２２は、スクリューによるせん断エネルギー（Ｊ）をＥＳ、機械効率及び減速比を含むモータトルク（Ｎ・ｍ）をＴ、単位時間当たりのスクリュー回転量（ｒａｄ／ｓ）をＲ、成形時の負荷電流率をｒＭ、空転時の負荷電流率をｒＭ０として、以下の数３を算出することで、せん断エネルギーＥＳとして、スクリューの回転用モータの仕事量を算出する。モータトルクは、定格トルクであっても、最大トルクであってもよい。負荷電流率は、スクリューの回転用モータを制御するコントローラからの指令値であって、モータトルクに対する負荷トルクの割合を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、エネルギー量算出部２２は、伝熱エネルギー量（Ｊ）をＥＴ、ヒータ１０２の発熱量（Ｊ）をＥＨｉ、ヒータ１０２及びシリンダ１０１の一部からの対流放熱量（Ｊ）をＥＣｉ´、ヒータ１０２及びシリンダ１０１の一部からの放射放熱量（Ｊ）をＥＲｉ´、冷却水に奪われる熱量（Ｊ）をＥＷ、ホッパ側への伝熱量（Ｊ）をＥ０、ヒータ１０２の容量（Ｗ）をＷｉ、ヒータ出力をｒｉ、ヒータ１０２が巻かれていない領域からの対流放熱量（Ｊ）をＥＣＮｉ、ヒータ１０２が巻かれていない領域からの放射放熱量（Ｊ）をＥＲＮｉ、水の密度（ｇ／ｃｍ３）をρ、水の比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ）をＣＷ、水の流量（ｃｍ３／ｓ）をＱ、冷却水出口温度（Ｋ）をＴＯＵＴ、冷却水入口温度（Ｋ）をＴＩＮとして、以下の数４を算出することで伝熱エネルギー量ＥＴを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、エネルギー量算出部２２は、ヒータ１０２から樹脂（ペレット）に伝わる伝熱エネルギー量とスクリューによるせん断エネルギー量との割合を算出する。エネルギー量算出部２２は、伝熱エネルギー量とせん断エネルギー量との比を算出することで割合を算出する。
　出力部１８は、例えば、ディスプレイ等の表示部である。出力部１８は、算出された放熱量を外部に出力する。出力部１８は、例えば、図７に示すように、伝熱エネルギー量、せん断エネルギー量、及び割合の少なくとも１つを表示する。
　出力制御部１９は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。出力制御部１９は、算出された放熱量を出力部１８に出力させる。出力制御部１９は、算出された伝熱エネルギー量、せん断エネルギー量、及び割合の少なくとも１つを出力部１８に出力させる。
　次に、制御装置１による処理の流れについて、図８を参照して説明する。
　まず、実績情報取得部１４は、実績情報を取得する（ステップＳ１）。実績情報取得部１４は、例えば、複数の実績情報を実績情報格納部１３から取得する。
　次いで、特性情報取得部２１は、特性情報を取得する（ステップＳ２）。特性情報取得部２１は、例えば、予め特性情報格納部２０に格納されている特性情報を取得する。
　次いで、動作情報取得部１２は、動作情報を取得する（ステップＳ３）。動作情報取得部１２は、例えば、予め動作情報格納部１１に格納されている動作情報を取得する。
　次いで、表面温度取得部１５は、動作情報に対応する表面温度を取得する（ステップＳ４）。
　次いで、算出部１６は、取得された動作情報と取得された表面温度に基づいて、動作情報に含まれるヒータ出力の推移に対する表面温度と設定温度との比の推移を算出する（ステップＳ５）。次いで、推定部１７は、動作情報、表面温度、及び実績情報からヒータ１０２の表面温度を推定する（ステップＳ６）。
　ステップＳ７において、エネルギー量算出部２２は、推定されたヒータ１０２の表面温度と、特性情報とに基づいて放熱量を算出する。エネルギー量算出部２２は、例えば、ヒータ１０２ごとに放熱量を算出する。また、エネルギー量算出部２２は、伝熱エネルギー量と、せん断エネルギー量と、伝熱エネルギー量とせん断エネルギー量との割合とを算出する。
　ステップＳ８において、出力制御部１９は、出力部１８に、算出された放熱量、伝熱エネルギー量、せん断エネルギー量、伝熱エネルギー量、及び割合を出力する。出力部１８は、例えば、算出された放熱量、伝熱エネルギー量、せん断エネルギー量、伝熱エネルギー量、及び割合を表示する。
　次いで、放熱量の算出を繰り返すか否かが判断される（ステップＳ９）。推定が繰り返される場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ３に戻る。一方、推定が終了される場合（ステップＳ９：ＮＯ）、本フローによる処理は、終了する。
　次に、本実施形態のプログラムについて説明する。
　射出成形機１０の制御装置１に含まれる各構成は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
　プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　以上、一実施形態に係る射出成形機の制御装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１）シリンダ１０１とその周囲に配置されるヒータ１０２とシリンダ１０１の内部に配置されるスクリューとを有し、所定時刻における前記ヒータから樹脂に伝わるエネルギー量を算出する射出成形機１０の制御装置１であって、所定時刻の直前の所定期間におけるヒータ１０２のヒータ出力とヒータ１０２の設定温度とスクリューの回転数とを含む動作情報を取得する動作情報取得部１２と、ヒータ１０２の放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部２１と、取得された動作情報に含まれる所定期間におけるヒータ１０２の表面温度を取得する表面温度取得部１５と、ヒータ１０２のヒータ出力の推移に対するヒータ１０２の表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部１４と、動作情報、実績情報、及び取得された表面温度に基づいて、所定時刻におけるヒータ１０２の表面温度を推定する推定部１７と、推定された表面温度、特性情報、及び動作情報に基づいて、ヒータ１０２の表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくともヒータ１０２から樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及びスクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部２２と、を備える。
　また、シリンダ１０１とその周囲に配置されるヒータ１０２とシリンダ１０１の内部に配置されるスクリューとを有し、所定時刻における前記ヒータから樹脂に伝わるエネルギー量を算出する射出成形機１０の制御装置１としてコンピュータを機能させるプログラムであって、コンピュータを、所定時刻の直前の所定期間におけるヒータ１０２のヒータ出力とヒータ１０２の設定温度とスクリューの回転数とを含む動作情報を取得する動作情報取得部１２、ヒータ１０２の放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部２１、取得された動作情報に含まれる所定期間におけるヒータ１０２の表面温度を取得する表面温度取得部１５、ヒータ１０２のヒータ出力の推移に対するヒータ１０２の表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部１４、動作情報、実績情報、及び取得された表面温度に基づいて、所定時刻におけるヒータ１０２の表面温度を推定する推定部１７、推定された表面温度と特性情報とに基づいて、ヒータ１０２の表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくともヒータ１０２から樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及びスクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部２２、として機能させる。
　これにより、シリンダ１０１の周囲の形状（凹凸）にかかわらず、推定されるヒータ１０２の表面温度の精度をより向上することができる。また、ヒータ１０２の表面に物理的なセンサ等を設置する必要がないため、コストを抑制することができる。そして、推定された表面温度に基づいて、ヒータ１０２のそれぞれの放熱量を算出することができる。したがって、ヒータ１０２の表面からの空気への放熱量をより精度よく算出することができる。その結果、放熱量が最小となるような操作や成形条件の設定をすることで、ヒータ１０２の長寿命化や射出成形機１０の駆動電力を抑制することが可能である。
（２）エネルギー量算出部２２は、ヒータ１０２から樹脂に伝わる伝熱エネルギー量とスクリューによるせん断エネルギー量との割合を算出する。これにより、温度変化の要因をより定量的に得ることができる。
（３）射出成形機１０の制御装置１は、取得された動作情報と取得された表面温度に基づいて、動作情報に含まれるヒータ出力の推移に対する表面温度と設定温度との比の推移を算出する算出部１６をさらに備え、推定部１７は、実績情報に含まれる実績のうち、動作情報及び算出された比の推移に類似又は一致する実績を用いて、所定時刻の表面温度を推定する。これにより、ヒータ出力及び設定温度を取得することで、容易に表面温度を推定することができる。
（４）表面温度取得部１５は、ヒータ１０２の表面温度と設定温度との比の形式でヒータ１０２の表面温度を取得し、推定部１７は、実績情報に含まれる実績のうち、動作情報及び算出された比の推移に類似又は一致する実績を用いて、所定時刻の表面温度を推定する。これにより、ヒータ出力及び設定温度を取得することで、容易に表面温度を推定することができる。
（５）推定部１７は、推移に類似又は一致する実績によって示される、所定時刻に対応する時刻の表面温度と設定温度との比から所定時刻の表面温度を推定する。これにより、過去の実績に基づいて表面温度を推定するので、推定される表面温度の精度を向上することができる。
（６）エネルギー量算出部２２は、表面温度から算出したパラメータを特性情報の一部に用いてエネルギー量を算出する。これにより、推定された表面温度を用いるので、算出されるエネルギー量の精度をより向上することができる。
　以上、本開示の射出成形機の制御装置及びプログラムの好ましい各実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
　例えば、上記実施形態において、実績情報取得部１４は、１つのヒータ１０２に対して、表面の複数点における実績情報を取得してもよい。これにより、推定部１７は、１つのヒータ１０２の表面の複数点における表面温度を推定してもよい。そして、エネルギー量算出部２２は、１つのヒータ１０２の表面の複数点における放熱量を算出してもよい。この際、エネルギー量算出部２２は、対流放熱量ＥＣｉ及び放射放熱量ＥＲｉについて、各測定点でのヒータ１０２の表面温度（Ｋ）をＴＨｍ、ヒータ１０２の表面内の各測定点の占める面積（ｍ２）をＡｉｍ、各測定点を示す数字をｍ＝１，２．．．として、以下の数５を算出することで放熱量を求めてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、エネルギー量算出部２２は、以下の数６を算出することで、複数点の測定に対する対流放熱量ＥＣｉ´及び放射放熱量ＥＲｉ´を算出してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、上記実施形態において、出力制御部１９は、図９に示すように、伝熱エネルギー量、せん断エネルギー量、及び合計を棒グラフで出力部１８に表示させてもよい。これにより、エネルギー量の状況を容易に把握することが可能になる。
　また、上記実施形態において、出力制御部１９が、図１０に示すように、エネルギー量の割合を円グラフで出力部１８に表示させてもよい。これによっても、エネルギー量の割合を容易に把握することができる。
　また、上記実施形態において、出力制御部１９が、図１１に示すように、エネルギー量について、所定時刻毎にまとめた散布図を出力部１８に表示させてもよい。これにより、時系列的にエネルギー量を表示することができるので、エネルギー量の異常監視を容易にすることができる。
　また、上記実施形態において、出力制御部１９は、図１２に示すように、伝熱エネルギー量、せん断エネルギー量、割合、及び合計エネルギー量を所定の時刻ごとに、出力部１８に一覧表示させてもよい。出力制御部１９は、例えば、項目ごとに、最大値、最小値、平均値、最大値と最小値との差、及び標準偏差を出力部１８に表示させてもよい。
　また、上記実施形態において、実績情報取得部１４が実績情報を取得した後に、動作情報取得部１２が動作情報を取得するとしたが、これに制限されない。動作情報取得部１２は、実績情報取得部１４による実績情報の取得よりも前に、動作情報を取得するようにしてもよい。
　また、上記実施形態において、射出成形機１０は、インラインスクリュ式又はプランジャ式のいずれであってもよい。また、上記実施形態において、実績情報に含まれる、ヒータ１０２の表面温度は、直接的な方法である温度センサ（図示せず）で測定されたものであってもよく、間接的な方法であるサーモグラフィ（放射温度計、図示せず）で測定されたものであってもよい。
　また、上記実施形態において、出力部１８は、制御装置１（射出成形機１０）とは別体として構成されてもよい。また、制御装置１は、複数の射出成形機１０を管理してもよい。また、上記実施形態において、出力制御部１９は、放熱量に加え、ヒータ１０２の表面温度を出力部１８に表示させてもよい。
　また、上記実施形態において、エネルギー量算出部２２は、単位時間当たり又はサイクルタイム毎等の所定時間で計算するようにしてもよい。また、上記実施形態において、エネルギー量算出部２２は、総エネルギー量又は所定時間の単位時間当たりのエネルギー量を算出するようにしてもよい。また、エネルギー量算出部２２は、一定時間毎の平均値又は特定のタイミングでのエネルギー量を算出するようにしてもよい。
　また、上記実施形態において、ヒータ１０２の発熱量ＥＨは、数４のように算出されることに制限されない。ヒータ１０２の発熱量ＥＨは、ヒータ１０２に流れる電流値と、ヒータ１０２の抵抗値とから算出されるヒータの消費電力に基づいて算出されてもよい。
　また、上記実施形態において、スクリュー回転量Ｒは、射出成形機１０上での設定値として取得されてよい。また、スクリュー回転量Ｒは、スクリューの回転用モータ（図示せず）に備わっている検出器（エンコーダ）からの検出値を取得してもよい。モータの挙動は、常に設定通りの回転数になっているわけではない。モータには、例えば、立ち上がり及び立ち下がり時間が必要である。また、樹脂との摩擦が大きい場合、スクリューの回転数は、設定回転数に達しないことがある。そのため、検出値を用いることにより、エネルギー量の算出の精度を向上することができる。
　また、上記実施形態において、せん断エネルギーＥＳとして、モータの仕事量を数３のように算出したが、これに制限されない。せん断エネルギーＥＳは、スクリューの回転用モータに取り付けられる電力計（図示せず）によって示される値を用いて算出されてもよい。
　また、上記実施形態において、せん断エネルギーＥＳは、モータ仕事量を算出する以外の方法で算出されてもよい。せん断エネルギーＥＳは、例えば、スクリューと樹脂との摩擦熱による樹脂の温度上昇分から算出されてもよい。また、せん断エネルギーＥＳは、例えば、樹脂の粘度とひずみ速度とから算出されてもよい。
　また、上記実施形態において、表面温度取得部１５は、表面温度に代えて、設定温度と表面温度との比を取得してもよい。この場合、制御装置１は、算出部１６を備えずともよい。
　１　制御装置
　１０　射出成形機
　１２　動作情報取得部
　１４　実績情報取得部
　１６　算出部
　１７　推定部
　２１　特性情報取得部
　２２　エネルギー量算出部
　１０１　シリンダ
　１０２　ヒータ
　１０３　安全カバー

Claims (7)

  1. 　シリンダとその周囲に配置されるヒータと前記シリンダの内部に配置されるスクリューとを有し、所定時刻における前記ヒータから樹脂に伝わるエネルギー量を算出する射出成形機の制御装置であって、
    　前記所定時刻の直前の所定期間における前記ヒータのヒータ出力と前記ヒータの設定温度と前記スクリューの回転数とを含む動作情報を取得する動作情報取得部と、
    　前記ヒータの放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部と、
    　取得された動作情報に含まれる所定期間における前記ヒータの表面温度を取得する表面温度取得部と、
    　前記ヒータのヒータ出力の推移に対する前記ヒータの表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部と、
    　前記動作情報、前記実績情報、及び取得された前記表面温度に基づいて、前記所定時刻における前記ヒータの表面温度を推定する推定部と、
    　推定された表面温度、前記特性情報、及び前記動作情報に基づいて、前記ヒータの表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくとも前記ヒータから前記樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及び前記スクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部と、
    を備える射出成形機の制御装置。
  2. 　前記エネルギー量算出部は、前記ヒータから樹脂に伝わる伝熱エネルギー量と前記スクリューによるせん断エネルギー量との割合を算出する請求項１に記載の射出成形機の制御装置。
  3. 　取得された前記動作情報と取得された前記表面温度とに基づいて、前記動作情報に含まれるヒータ出力の推移に対する前記表面温度と前記設定温度との比の推移を算出する算出部をさらに備え、
    　前記推定部は、前記実績情報に含まれる実績のうち、前記動作情報及び算出された比の推移に類似又は一致する実績を用いて、前記所定時刻の表面温度を推定する請求項１又は２に記載の射出成形機の制御装置。
  4. 　前記表面温度取得部は、前記ヒータの表面温度と設定温度との比の形式で前記ヒータの表面温度を取得し、
    　前記推定部は、前記実績情報に含まれる実績のうち、前記動作情報及び取得された比の推移に類似又は一致する実績を用いて、前記所定時刻の表面温度を推定する請求項１又は２に記載の射出成形機の制御装置。
  5. 　前記推定部は、推移に類似又は一致する実績によって示される、前記所定時刻に対応する時刻の表面温度と設定温度との比から前記所定時刻の表面温度を推定する請求項３又は４に記載の射出成形機の制御装置。
  6. 　前記エネルギー量算出部は、前記表面温度から算出したパラメータを前記特性情報の一部に用いて前記エネルギー量を算出する請求項１から５のいずれかに記載の射出成形機の制御装置。
  7. 　シリンダとその周囲に配置されるヒータと前記シリンダの内部に配置されるスクリューとを有し、所定時刻における前記ヒータから樹脂に伝わるエネルギー量を算出する射出成形機の制御装置としてコンピュータを動作させるプログラムであって、
    　前記コンピュータを、
    　前記所定時刻の直前の所定期間における前記ヒータのヒータ出力と前記ヒータの設定温度と前記スクリューの回転数とを含む動作情報を取得する動作情報取得部、
    　前記ヒータの放熱の特性に関する特性情報を取得する特性情報取得部、
    　取得された動作情報に含まれる所定期間における前記ヒータの表面温度を取得する表面温度取得部、
    　前記ヒータのヒータ出力の推移に対する前記ヒータの表面温度と設定温度との比の推移の実績を実績情報として取得する実績情報取得部、
    　前記動作情報、前記実績情報、及び取得された前記表面温度に基づいて、前記所定時刻における前記ヒータの表面温度を推定する推定部、
    　推定された表面温度、前記特性情報、及び前記動作情報に基づいて、前記ヒータの表面から雰囲気への放熱量を算出するとともに、少なくとも前記ヒータから前記樹脂に伝わる伝熱エネルギー量及び前記スクリューによるせん断エネルギー量を算出するエネルギー量算出部、
    として機能させるプログラム。
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