專利名稱：可減小模制產品重量變化的控制注塑機的方法
技術領域：
本發明涉及一種控制注塑機的方法，特別涉及一種適于減小模制產品重量變化的控制方法。
背景技術：
參考圖1，下面將描述電機驅動注塑機，集中描述其中的注射裝置。電機驅動注塑機包括一個由伺服電機驅動的注射裝置。在這種注射裝置中，伺服電機的旋轉通過滾珠絲杠和絲母轉換為直線運動，從而使螺桿前后運動。
在圖1中，注射伺服電機11的轉動傳遞給滾珠絲杠12。絲母13固定在壓力板14上，并且隨著滾珠絲杠12的轉動可前后運動。壓力板14沿著固定在基架(圖中未標出)上的四個導向桿15、16(圖中僅標出兩個)移動。壓力板14的前后運動通過軸承17、測壓傳感器18和注射軸19傳遞給螺桿20。螺桿20可在加熱圓筒21中轉動和軸向運動。加熱圓筒21包括一個漏斗22，用于在相應于螺桿20后部的位置處供入樹脂。用于轉動螺桿20的伺服電機24的旋轉運動通過諸如皮帶或皮帶輪之類的連接件23傳遞給注射軸19。換句話說，伺服電機24轉動注射軸19帶動螺桿20旋轉。
在注塑/測量過程中，螺桿20在加熱圓筒21中旋轉并向后運動，從而熔融的樹脂可保存在螺桿20的前部，即噴嘴21-1側的加熱圓筒2 1中。通過逐步增加保存在螺桿20前部的熔融樹脂量所導致的壓力可使螺桿20向后運動。
在填充和注射過程中，通過注射伺服電機11的驅動力可使得螺桿20向前運動，從而保存在螺桿20前部的熔融樹脂可填充進金屬模具中并受壓模制。在這種情況下，可由測壓傳感器18檢測擠壓熔融樹脂的力作為注射壓力。檢測的注射壓力被測壓傳感器放大器25放大并提供給控制器26。壓力板14上設置有位置探測器27，用于檢測螺桿20的移動量。由位置探測器27輸出的檢測信號被位置探測器放大器28放大并提供給控制器26。
控制器26根據顯示/設定單元33預先設定的設定值通過人機控制器34輸出相應于各個過程的電流(轉矩)指令值。驅動器29控制用于驅動注射伺服電機11的電流以控制注射伺服電機11的輸出轉矩。驅動器30控制用于驅動伺服電機24的電流以控制伺服電機24的轉數。注射伺服電機11和伺服電機24包括分別用于檢測轉數的編碼器31和32。編碼器31和32檢測的轉數被提供給控制器26。尤其是，編碼器32檢測的轉數用于獲知螺桿20的轉數。
另一方面，多個加熱器40設置在加熱圓筒的21的周圍，用于加熱和熔化從漏斗22加入的樹脂。這些加熱器40由溫控器41控制。溫控器41接收來自多個設置在加熱器40附近的熱電偶42的溫度檢測信號。溫控器41將來自多個熱電偶42的溫度檢測信號輸出到控制器26作為熱電偶檢測值。溫控器41還根據表示從控制器26發送的加熱器溫度設定值的加熱器溫度設定信號控制多個加熱器40。
實際上，如圖2所示，多個區域被限定在加熱圓筒2周圍，各個加熱器設置在它們在加熱圓筒21周圍的各個區域處，并根據通電獨立控制。正常情況下，以這樣的方式限定多個區域，即區域Z0緊接著漏斗22下面，從此處開始，向著噴嘴21-1依次是Z1、Z2、Z3、Z4和Z5。
在注塑機中，在很短的時間內低成本地大批量制造質量穩定的產品是很重要的。此后，關于穩定質量的描述將限制于模制產品的重量。用于獲得穩定質量的控制方法如下。第一種方法是一種可修正干擾的控制方法。換句話說，反饋控制保持一種特性恒定，該特性被認為是模制產品重量變化的替代物。第二種方法是一種目的是通過預先估計模制產品重量變化來使其重量不變化的控制方法，并施加消除估計變化的信號(前饋控制)。
但是，在第二種控制方法中，很難確定控制目標。因此，通常在使用第二種控制方法之前必須解決很多問題。
現在參考圖3的框圖，下面將概括地描述根據注射過程中出現的第二種控制方法的模具內部壓力前饋控制方法。在圖3中，Gc(S)表示用于控制圖1中所述的注射伺服電機11的控制器中的傳遞函數，Gp(S)表示該過程的傳遞函數。G1p(S)表示用于將諸如加熱圓筒21的溫度變化之類的干擾轉換為熔融樹脂的密度變化的傳遞函數。正是熔融樹脂的密度變化影響模具內部壓力，因此，模制產品的重量可能變化。干擾可由各種因素產生，例如，加熱圓筒21的溫度變化、或諸如溫度或壓力之類的熔融樹脂的狀態、或螺桿的轉數。總之，與各種類型的干擾相對應的各個傳感器可檢測這些干擾，檢測結果被提供給減法器51。假設控制器中的傳遞函數Gc(S)和過程的傳遞函數Gp(S)之間的信號是一個可由結合圖1描述的測壓傳感器檢測的值，則滿足Gc(S)＝測壓傳感器的檢測值(S)/干擾(S)，Gp(S)＝模具內部壓力/測壓傳感器的檢測值(S)。
另一方面，傳遞函數G1p(S)用于產生可消除由干擾(在這種情況下，是影響滿足產品重量的模具內部壓力)導致的控制量變化的信號。假設由于擾導致的模具內部壓力的變化量是Δp(t)，傳遞函數G1p(S)用于產生與-Δp(t)相對應的信號。
如上所述，在當前的前饋控制方法中，通過檢測已轉換為熔融樹脂的密度變化的干擾并將消除檢測的熔融樹脂密度變化的操作信號施加到控制系統中，可保持模具內部壓力處于想要的值，從而消除模制產品重量的變化。這里描述的操作信號特別是指被認為是操作量的注射過程中螺桿的實時行程的信號。
但是，將熔融樹脂的密度變化轉換為螺桿的實時行程是不容易的，即使對于熔融樹脂密度的相同的變化，當在注射運動中樹脂的溫度或填料量發生變化時，傳遞函數G1p(S)必須變化。前饋控制很難。
現在將從不同的觀點描述前饋控制的困難。熔融樹脂密度變化的主要原固在于樹脂材料尺寸的變化(顆粒或磨制材料尺寸的變化)。在實際的模制操作中，此處采用的用于穩定熔融樹脂密度的方法是使用改變圖2所示的加熱圓筒21的區域Z1和Z2的設定溫度的技術。更具體他說，由于樹脂材料的尺寸變大、模制循環變短或測量行程變大等之類的原因使得樹脂的熔化花費的時間比平常長，在這樣的模制過程中加熱圓筒21的區域Z1和Z2的溫度設定值增加。原因在于區域Z1和Z2的溫度設定值的很小的變化對樹脂的熔化溫度影響不大。改變螺桿的轉數或螺桿的背壓可被考慮為另外的方法，但由于其對樹脂的溫度有較大的影響，不易采用這種方法。
發明內容
相應的，本發明的目的是消除前饋控制中發現的問題，提供一種可減小模制產品重量變化的控制注塑機的方法。
本發明的另一個目的是穩定熔融樹脂的密度，提供一種可減小模制產品的重量變化的控制注塑機的系統。
根據本發明第一方面，提供一種用于控制注塑機的系統，所述系統包括一個用于測量加熱圓筒中熔融樹脂的密度的測量單元； 一個用于根據預定的算法確定加熱圓筒的溫度的狀態的確定單元。一個用于根據測量的熔融樹脂的密度和溫度的狀態控制加熱圓筒的溫度的控制單元，從而使熔融樹脂的密度變化最小。
根據本發明第二方面，提供一種用于控制注塑機的方法，所述方法包括如下步驟測量加熱圓筒中熔融樹脂的密度；根據預定的算法確定加熱圓筒的溫度狀態；以及基于測量步驟和確定的溫度狀態控制加熱圓筒的溫度，從而使得熔融樹脂密度的變化最小。
圖1是說明電機驅動注塑機的一個實例的示意圖；圖2是說明將要設置在加熱圓筒周圍的多個加熱器的示意圖；圖3是示出常規的模具內部壓力前饋控制系統的方框圖；圖4是示出本發明第一實施例的模具內部壓力前饋控制系統的方框圖；圖5是說明熔融樹脂密度測量的示意圖；以及圖6是本發明第二實施例的控制系統的方框圖。
具體實施例方式
參考圖4，下面將描述本發明第一實施例的模具內部壓力前饋控制系統。圖4是本發明的模具內部壓力前饋控制系統的方框圖。在本發明中，如圖4所示，一個反饋控制系統60被加到結合圖3所描述的前饋控制系統中。
反饋控制系統60用于對通過測量熔融樹脂密度的測量裝置測量的熔融樹脂的變化進行反饋。反饋控制系統60在注塑過程中工作，并被設計成通過在注射過程開始之前由反饋控制系統60將熔融樹脂的密度變化降到最小來消除常規系統中發現的不確定影響。
更具體他說，在反饋控制系統60中，通過使用測量熔融樹脂密度的測量裝置檢測的值來控制螺桿的任何一個轉數、螺桿的背壓和加熱圓筒溫度，使得它們的變化最小。現在參考圖1所示的電機驅動注塑機，螺桿20的轉數的控制可通過控制伺服電機24實現。螺桿20的轉數的控制可通過控制注射伺服電機11實現。加熱圓筒21的溫度的控制可通過控制加熱器40實現。
本實施例所采用的注塑機具有下述的結構。換句話說，本實施例的注塑機在螺桿的頭部具有一個檢查機構，該檢查機構在注射前關閉，其中熔融樹脂密度的測量可通過擠壓螺桿進行。簡單他說，如圖5所示，以這樣的方式檢測熔融樹脂的密度，即在測量過程完成時，檢查機構20-1將螺桿20頭部的前部與加熱圓筒21的測量部隔開，然后，注射伺服電機11(見圖1)向螺桿20施加恒定的力F使其向前移動，檢測螺桿20的向前位移ΔS的結果量，由此可基于檢測的螺桿20的向前位移ΔS檢測熔融樹脂的密度。由用于檢測螺桿20的位置的位置探測器(圖1中的27)檢測螺桿20的向前位移ΔS的量。例如，在日本未審查專利公報N0.11-34133中公開了具有這種結構的注塑機。
總之，如上所述，在注塑過程中使得熔融樹脂密度的變化最小后，在注射過程中進行結合圖3所描述的前饋控制。換句話說，注射伺服電機11控制螺桿20的注射行程。當然，伺服電機24的控制或加熱圓筒21的溫度的控制可不采用注射伺服電機11的控制。
根據第一實施例，可以很容易地設計在理論上模制產品的重量變化為零的前饋控制系統，從而實現其重量變化為零的模制產品質量的改進。
現在參考圖6，描述根據本發明第二實施例的控制方法。圖6是示出可實現第二實施例的控制方法的控制系統的方框圖。在圖6中，Gc(S)表示控制器中的傳遞函數，Gp(S)表示過程的傳遞函數。G2p(S)表示用于將測量時間的變化轉換為熔融樹脂的密度變化的傳遞函數的干擾。G3p(S)表示用于將螺桿的確定轉矩的變化轉換為熔融樹脂的密度變化的傳遞函數。該方框圖示出，前饋控制減小了由干擾，即由測量時間或螺桿的驅動轉矩的變化影響的熔融樹脂的密度的變化。
第二實施例中所示的注塑機還具有如第一實施例所述的熔融樹脂的密度可被測量熔融樹脂密度的測量裝置測量的結構。
在該控制系統中，下述的算法控制已經結合圖1描述的加熱圓筒21的最佳溫度。
(1)、作為第一步驟，對測量時間和螺桿的驅動轉矩進行測量，換句話說，注射伺服電機11的驅動轉矩的特性可決定加熱圓筒的當前溫度的水平。特性的測量是指對每一次模制產品的注射測量測量時間或螺桿的驅動轉矩，以及測量其變化的圖形。測量時間是指進行注塑/測量過程的時間，同時，它是螺桿20由伺服電機24轉動的時間。驅動轉矩的特性可通過檢測提供給注射伺服電機11的驅動電流來測量。
a、關于測量時間，在測量時間隨著模制循環數目增加而增加的情況下，加熱圓筒的當前溫度被認為較低，另一方面，當測量時間在相同的狀態下變短時，加熱圓筒的當前溫度被認為較高。
b、關于螺桿的驅動轉矩，在驅動轉矩隨著模制循環數目增加而減小的情況下，加熱圓筒的當前溫度被認為較高，另一方面，當驅動轉矩在相同的狀態下增加時，加熱圓筒的當前溫度被認為較低。
c、熔融樹脂密度的變化由最小填料值的變化識別。最小填料值的變化可通過公式(注射前螺桿的位置一最小填料的位置＝上述的螺桿向前位移量)獲得。該值由用于檢測螺桿位置的位置探測器(圖1中的27)作為螺桿行程量檢測。在上述的公報中更具體地描述了該檢測方法。
(2)、然后，根據上述的算法將加熱圓筒的溫度控制在特定的范圍內，這樣，熔融樹脂密度的變化，即最小填料值的變化為零，當然，加熱圓筒21的溫度控制可通過溫控器41和控制器26控制位于結合圖1和圖2描述的區域Z1和Z2中的加熱器40的通電進行，例如，在加熱器的溫度已經被確定為較高的狀態下，當熔融樹脂的密度變化較大時，用于區域Z1和Z2中的各個加熱器40的加熱器溫度設定信號由控制器26發送到溫控器41以降低加熱圓筒21的溫度。
根據第二實施例的第二種控制方法可簡化已經被認為是很難的前饋控制系統的設計。
根據第二實施例，考慮將加熱圓筒的溫度作為操作量，可穩定熔融樹脂的密度，從而可實現模制產品重量變化最小的控制方法。
在第一和第二實施例中，根據采用電機驅動注塑機的前提進行了描述，本發明還可應用于液壓注射注塑機。換句話說，在液壓驅動注塑機中，使用通過液壓壓力驅動的注射圓筒，而不是如圖中所示的注射裝置中使用滾珠絲杠和絲母的旋轉運動-直線運動轉換機構。注射行程通過控制施加在注射圓筒上的液壓壓力控制。
權利要求
1.一種用于控制注塑機的系統，其特征在于所述系統包括一個用于測量加熱圓筒中熔融樹脂的密度的測量單元；一個用于根據預定的算法確定加熱圓筒的溫度的狀態的確定單元。一個用于根據測量的熔融樹脂的密度和溫度的狀態控制加熱圓筒的溫度的控制單元，從而使熔融樹脂的密度變化最小。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于所述確定單元被設計成可根據預定的算法測量測量時間和注射螺桿的驅動轉矩的特性，并且該確定單元在測量時間隨著模制循環數目增加而增加時確定加熱圓筒的當前溫度較低，在測量時間隨著模制循環數目增加而減小時確定加熱圓筒的當前溫度較高。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于該確定單元在注射螺桿的驅動轉矩隨著模制循環數目增加而減小時確定加熱圓筒的當前溫度較高，在注射螺桿的驅動轉矩隨著模制循環數目增加而增加時確定加熱圓筒的當前溫度較低。
4.根據權利要求1所述的用于控制注塑機的系統，其特征在于還包括多個位于所述加熱圓筒附近的加熱器，其中所述控制器控制所述多個加熱器中的一個加熱器，所述一個加熱器設置在所述加熱圓筒上的樹脂供料料斗附近。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于所述確定單元確定注射螺桿的向前位移量，其中根據所確定的向前位移確定熔融樹脂的密度。
6.一種用于控制注塑機的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟測量加熱圓筒中熔融樹脂的密度；根據預定的算法確定加熱圓筒的溫度狀態；以及基于測量步驟和確定的溫度狀態控制加熱圓筒的溫度，從而使得熔融樹脂密度的變化最小。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述確定步驟包括根據預定的算法測量測量時間和注射螺桿的驅動轉矩的特性，其中該確定步驟在測量時間隨著模制循環數目增加而增加時確定加熱圓筒的當前溫度較低，在測量時間隨著模制循環數目增加而減小時確定加熱圓筒的當前溫度較高。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述確定步驟在注射螺桿的驅動轉矩隨著模制循環數目增加而減小時確定加熱圓筒的當前溫度較高，在注射螺桿的驅動轉矩隨著模制循環數目增加而增加時確定加熱圓筒的當前溫度較低。
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述控制加熱圓筒的溫度的步驟包括控制多個加熱器中的一個第一加熱器，所述第一加熱器設置在所述加熱圓筒上的樹脂供料料斗附近。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于該確定步驟確定注射螺桿的向前位移量，其中根據所確定的向前位移確定熔融樹脂的密度。
全文摘要
一種用于控制注塑機的方法包括如下的步驟測量加熱圓筒中熔融樹脂的密度；根據預定的算法確定加熱圓筒的溫度狀態；以及基于測量步驟和確定的溫度狀態控制加熱圓筒的溫度，從而使得熔融樹脂密度的變化最小。
文檔編號B29C45/76GK1495009SQ0315627
公開日2004年5月12日 申請日期2001年3月1日 優先權日2000年3月27日
發明者數面博義 申請人:住友重機械工業株式會社