专利名称：指示注射成型机止回阀的开/关状态的方法
技术领域：
本发明涉及当在螺杆上具有止回阀的注射成型机中沿注射方向驱动螺杆 时指示止回阀开/关状态的方法。
背景技术：
具有在螺杆的顶端设置的阻止注射期间树脂逆流的止回阀的注射单元的 注射成型机，例如在同轴螺杆型注射成型机，已经普遍使用。图1示出了这种止回阀的一个实施例。能够沿螺杆的轴向移动的锁环3设 置在安装于螺杆顶端上的螺杆头2和螺杆1的主体之间直径缩小的部分，以及 接触并紧密附着于锁环3以封闭树脂流动通道的锁座4设置在直径缩小的部分 的螺杆1的主体侧。从螺杆1的后部供至料缸7内部的树脂颗粒被计量期间螺 杆1旋转产生的剪切热以及来自插入螺杆1的料缸7外部设置的加热器的热熔 化。熔化的树脂佳_锁环3后面的树脂压力增加、产生推动锁环3向前的力。当 推动锁环3向前时，后面的树脂通过锁环3和直径缩小的部分之间的间隙并流 到锁环3的前面，增加了螺杆头2前面的料缸7中的压力。当锁环3前面的压力超过预定压力(后压)时，螺杆l被向后推动，从而 锁环3前面的压力降低。当螺杆l进一步旋转时，锁环3后面的压力高于锁环 3前面的压力，并且熔化的树脂继续流向锁环3前面。当螺杆l后退预定量， 螺杆旋转停止以结束计量过程。接着是注射过程，其中，当螺杆l向前用树脂填充模子时，螺杆头2前面 产生的树脂压力增加，使锁环3后退并紧密附着于锁座4，从而封闭树脂流动 通道并防止由于填充压力熔化的树脂沿螺杆1后退方向向后流动(回流)。注射期间，因为由于螺杆l的前进，锁环3前面的压力大于锁环3后面的 压力，所以止回阀关闭。然而，就在注射之前，锁环3的后部受到来自螺旋片 5之间的沟槽6内堆积的压缩状态的树脂的压力作用，并且在该压力的影响下， 止回阀关闭随时间波动，这是个问题。在从注射开始到止回阀关闭的时间段，发生树脂从止回阀前面向后面的回流，并且因此在止回阀关闭时间内的波动造 成各周期注射体积的波动，从而影响模型制品的质量。因此，已经考虑能在各周期中能使止回阀同时一致地关闭的装置，并且同 时已经提出监控止回阀关闭的实际时机的方法。而且，；险测止回阀关闭时螺杆 的位置和测量自注射开始的时间已经被用于设定成型条件，例如从注射速度控 制到压力保持控制转换的位置和速度切换位置，也用于才是供判断模型制品的质 量的根据。例如，现有技术提供一种压力传感器，其检测料缸内处于止回阀后面的位 置的树脂压力，检测根据螺杆前进时通过该压力传感器检测到的压力变化的止 回阀的关闭，以及判断制品的质量并根据检测到的止回阀关闭位置调整成型条件(见，例如，JP04-53720A和JP04-201225A)。此外，已知一种布置将导电构件设置在止回阀的环形阀后面且与其相对， 并且通过测量环形阀和导电构件之间的静电量检测环形阀的位置，也就是树脂 流动通道由环形阀关闭的时间(见JP03-92321A )。而且，在JP01-168421A中，公开了一种布置不4企测注射期间止回阀关 闭的时间，而是检测注射期间施加在螺杆上的扭矩，并且通过所检测的扭矩检 测止回阀例如损坏等故障。进一步，还已知一发明利用这一事实尽管当螺杆自由旋转和注射开始时， 树脂流动并使螺杆旋转，但是一旦止回阀关闭并且树脂回流停止，则螺杆的旋 转也停止。该发明检测在止回阀关闭时螺杆旋转的这种暂停，并且进一步根据 检测到的止回阀关闭位置，纠正注射速度转换位置和开关处于压力保持的位置 (JP2004國216808A)。然而，在JP04-53720A和JP04-201225A中描述的发明通过检测料缸内压 力的变化检测止回阀的关闭，并且这种方法需要在止回阀后面添加压力传感 器。压力传感器必须与料缸的前端分隔开至少比最大射程更大的距离，结果， 作为射程的止回阀和压力传感器之间的距离更大或或更小，从而又产生检测精 确度的变化。另外，尽管优选料缸的内壁表面没有分级并且构成光滑流动通道， 以至于不会因树脂堆积形成碳化物，但是一旦安装了直接接触树脂的压力传感 器，在料缸内壁表面出现微小分级是不可避免的，伴有有害影响，例如由于树脂堆积使碳化物混入模型制品中。而且，在一种通过间接检测汽缸变形来间接 检测树脂压力而不直接接触树脂的压力传感器的情况下，牺牲了检测的精确 度。进一步，所有类型的压力传感器都是昂贵的并难以操作，并且大多也需要 定期维护和校正。此外，类似JP03-92321A中描述的发明，通过测量静电量来检测环形阀的 关闭的检测系统必须增加用于测量静电量的装置，例如在螺杆上设置测量静电 量用的导电元件，在螺杆的中心冲孔以通过金属丝，以及进一步，在螺杆上设 置输出测量信号用的滑动环，从而使得结构变得复杂。在JP204-216808A中描述的发明关注于由回流树脂施加在梯级上的力沿 螺杆的旋转方向的分力，并且如上面所提到的，通过检测螺杆旋转中的暂 停检测止回阀的关闭，螺杆在注射期间自由旋转。然而，当旋转的螺杆通过回流树脂旋转时，只要回流量小，由回流树脂施 加在螺杆上使螺杆旋转的力在抵靠料缸的螺杆的最大静摩擦力范围内，因此， 螺杆不旋转。然后，当回流量增加并且施加在螺杆上使螺杆旋转的力超过最大 静摩擦力时，螺杆开始旋转。 一旦螺杆开始旋转，转换至动摩擦范围，并且因 此甚至当由回流树脂施加在螺杆上使螺杆旋转的力下降到最大静摩擦力之下 时，如果由回流树脂施加在螺杆上使螺杆旋转的力等于或大于动摩擦力，螺杆 仍然继续旋转。结果，当由回流树脂施加在螺杆上使螺杆旋转的力等于或大于 动摩擦力但等于或小于最大静摩擦力时，如果螺杆的旋转已经暂停，则停止状 态继续；如果螺杆已经旋转，则旋转状态继续。因此，不能说，在回流量大小 和螺杆旋转量之间总是存在线性关系，因此，在如JP2004-216808A描述的发 明中根据螺杆旋转量检测止回阀的关闭的方法中，在阀关闭时间的检测中可能 包含错误。而且，在JP2004-216808A中描述的发明中，尽管检测了螺杆旋转的暂停 但为了检测旋转中的暂停必须设定某种阈值。有时螺杆慢慢地停止旋转而有时 迅速停止旋转，因此，为了在这种变动的条件下精确地检测旋转中的暂停，必 须适当设定阈值。然而，获得适当的阈值需要时间和努力，此外，每次成型的 条件改变时必须重新调整阈值。 发明内容本发明提供一种简单且更精确地指示止回阀的开/关状态的方法。 本发明的方法指示了设置在注射成型机的螺杆上的止回阀的开/关状态， 其中，所述螺杆设置为可旋转以用于树脂的计量并且设置为轴向可移动以用于料缸中树脂的注射。所述方法包括步骤检测在被驱动以注射期间施加在螺杆 上的旋转力；在显示装置上以波形显示检测出的旋转力的变化，以便根据所显 示的波形指示止回阀的开/关状态。检测步骤可以包括检测施加在螺杆上的旋转力以及检测在各预定的取样 周期与旋转力相关的螺杆的轴向位置，并且显示步骤包括显示相对于螺杆的轴 向位置的检测出的旋转力的波形。检测步骤可以包括"险测在各预定的取样周期施加在螺杆上的旋转力，并且 显示步骤可以包括显示相对于时间的检测出的旋转力的波形。本发明利用的事实为当螺杆前进时，施加在螺杆上的旋转力的波形改变， 止回阀关闭，并且将该波形显示在显示装置的屏幕上，因此从显示的波形模式能够很容易掌握止回阀的开/关状态。
图l为示意图，示出了螺杆顶端上设置的止回阀和在注射期间发生 的树脂的回流；图2为曲线图，示出了在注射阶段和压力保持阶段施加在螺杆上的旋转 力的波形模式；图3a-3c为曲线图，示出了注射和压力保持期间施加在螺杆上的旋转力的 波形模式的典型实施例；图4a-4c为曲线图，示出了注射和压力保持期间施加在螺杆上的旋转力的波形模式的典型实施例；图5为结构图，示出了适应本发明止回阀开/关状态指示方法的注射成型 机的一种实施方式的基本部分；以及图6为流程图，示出了在图5所示实施方式中在注射和压力保持阶段， 测量和显示施加在由注射成型机控制器操纵的螺杆上的旋转力的运算过程。
具体实施方式
现在，参考附图，对本发明的示例性实施方式给出详细描述。首先，在根据本发明的指示止回阀的开/关状态的方法之后对原理进行描述。本发明用注射期间施加螺杆上的旋转力的波形模式指示止回阀的开/关状态。图2为曲线图，示出了在注射阶段和压力保持过程中施加在螺杆上的旋转 力的波形模式。水平轴代表沿注射方向的螺杆的位置(螺杆轴向位置)或时间， 垂直轴代表施加在螺杆上的旋转力。熔化完成后但注射开始前，螺杆1沿轴向的运动和螺杆的旋转处于停止状 态，同时保持螺杆的旋转角度。此时，压缩状态的未熔化和/或部分熔化的树 脂位于形成螺杆的塑化部分的螺旋片5上。如图1所示，螺杆1从螺旋片5 之间沟槽6中的压缩树脂接受沿螺杆1旋转方向的旋转力F6。然后， 一旦注 射开始和螺杆1开始前进，随着螺杆1前进的开始，树脂开始通过锁环3和锁 座4之间的间隙向回流动(回流)。该回流树脂的压力作用于螺杆1的螺旋片 5上，给予旋转螺杆1的旋转力并且增加旋转力F 6 。最后，锁环3移动并紧密附着于锁座4，从而关闭止回阀。随着止回阀的 关闭，树脂回流消失，并且旋转力开始降低。因此，在止回阀关闭的时刻旋转 力达到峰值，此后，仅仅包括来自在螺旋片5之间的沟槽6中堆积的压缩树脂 的旋转力。因此，如上所述，在注射和压力保持期间，注射开始后作用在螺杆l上的 旋转力形成类似图2所示的图形，其中在止回阀关闭时刻旋转力达到峰值。如该图形所示，螺杆移动通过的直到检测到旋转力峰值时的距离是一个间 隔，在此间隔中发生树脂回流，并且螺杆的位置或该峰值出现的时间表示树脂 回流的数量。因此，根据峰值时间(止回阀关闭的时间点)，可以指示止回阀 的开/关状态并且判断模型制品的质量。此外，基于峰值时间，也可以调整成 型条件，例如转换注射速度的位置和从注射转换到压力保持的位置等。相反，由于止回阀的故障，成型条件等问题，也会出现除图2所示的通常 发生的波形图之外的图形。图3a-3c和图4a-4c示出了注射和压力保持期间作 用在螺杆1上的旋转力的波形图的典型实施例。在图3a-3c和图4a-4c中，水 平轴代表螺杆的位置(螺杆轴向位置)或时间，而垂直轴代表施加在螺杆1上的旋转力。图3a示出了类似图2示出的常见的、通常发生的波形图。图3b所示的波形图表示在注射开始时止回阀已经关闭的状态，以便，一 旦注射开始，施加在螺杆1上使螺杆1旋转的力仅仅由于来自锁环3附近(即， 锁环3和料缸7之间的间隙)的少量树脂泄漏和回流而增加，处于旋转力没有 达到最高点的状态。图3c所示的波形图表示止回阀没有关闭的状态，并且施加在螺杆上的旋 转力没有峰化地增加。图4a所示的波形^^莫式表示旋转力多次达到最高点的状态，其中止回阀第 一次关闭不完全并且止回阀在第二次关闭时闭合。图4b所示的波形图表示止回阀的关闭刚好发生在注射结束前的状态。图4c所示的波形图指示止回阀关闭不完全的状态并且止回阀处于不完全 关闭的状态，在该状态树脂回流继续。如图3a-3c和图4a-4c所示，可以根据注射和压力保持期间施加在螺杆1 上的旋转力图形指示止回阀的关闭。本发明测量注射和压力保持期间施加在螺 杆上的旋转力并将该旋转力显示为波形图，从而能够指示止回阀的关闭。这种 指示有助于提供判断^^莫型制品的质量、调整成型条件等的根据。图5为结构图，示出了适应本发明止回阀开/关状态指示方法的注射成型 机的一种实施方式的基本部分。喷嘴9附接于料缸7的前端，其中螺杆1插入料缸7中，并且向料缸7内 部供应树脂颗粒的进料斗15安装在料缸7的后端。包括锁环7和锁座4的止 回岡设置在螺杆1的顶端。螺杆1由作为通过传动单元12旋转地驱动螺杆1 的旋转驱动装置的螺杆旋转伺服马达IO旋转驱动。进一步，作为轴向驱动螺 杆1的轴向驱动装置的注射伺服马达11沿轴向驱动螺杆1并且通过传动单元 13和球形螺杆/螺母或将旋转运动转换成直线运动的其它的转换单元14执行 注射和后压控制。此外，位置/速度传感器16、 17安装在螺杆旋转伺服马达10 和注射伺服马达11上以检测这些马达的旋转位置/速度。位置/速度传感器16、 17能够检测螺杆1的旋转速度和螺杆1的位置(螺杆轴向位置)及运动速度 (注射速度)。而且，还设置检测由熔化树脂施加在螺杆1上的压力的压力传感器18,例如测力传感器等。控制注射成型机的控制器20包括均由总线36连接的CNCCPU22,其 为数字控制的微处理器；PC CPU 21，其为可编程控制器的微处理器；以及伺 服CPU25，其为伺服控制的微处理器。存储控制注射成型机的序列操作的序列程序等的ROM 26和用于计算机 数据等的临时存储的RAM27连接于PC CPU21。存储注射成型机总控制程序 等的ROM 28和用于计算机数据等的临时存储的RAM 29连接于CNC CPU 22。单独存储用于执行位置回路、速度回路和电流回路处理的伺服控制的控制 程序的ROM 31和用于数据临时存储的RAM 32连接于伺服CPU 25。而且， 用于螺杆旋转伺服马达10的伺服放大器34和用于注射伺服马达11的伺服放 大器35连接于伺服CPU25，并且位置/速度传感器16、 17分别安装在伺服马 达10、 11上，同时位置/速度传感器16、 17的输出反馈到伺服CPU25。伺服 CPU25向轴(螺杆旋转服务器马达10和注射服务器马达11 )发出由CNC CPU 22指令的运动命令，并基于从位置/速度传感器16、 17反馈的位置和速度执行 位置和速度反馈控制，以及执行电流反馈控制，并通过伺服放大器34、 35驱 动和控制伺服马达IO、 11。此外，设置有存储分别由位置/速度传感器16、 17 反馈的螺杆伺服马达10和注射伺服马达11的旋转位置的现值记录器，以便可 以根据伺服马达10和11的旋转位置检测螺杆1的旋转位置和轴位置(注射位 置)。通过将压力传感器18的检测信号转换成数字信号的A/D转换器33转换 成数字信号的树脂压力(施加在螺杆1上的树脂压力)输入到CPU25。应当注意，还设置用于驱动夹紧单元、喷射器单元等的伺服马达、伺服放 大器等。然而，由于这些与本申请的发明不直接相关，所以在图5中省略了。具有包括液晶或CRT显示器的显示装置的数据输出装置30通过显示电路 24连接到总线36。而且，包括非易失存储器的成型数据存储器RAM23也连 接到总线36。与注射成型操作相关的各种成型条件和设置、参数、宏变量等 存储在成型数据存储器RAM 23中。利用上述结构，PCCPU21总体上控制注射成型机的序列操作，CNCCPU22根据存储在ROM 28中的操作程序和存储在成型数据存储器RAM 23中的 成型条件将运动命令分配到各个轴伺服马达，并且，根据分配到轴(驱动轴伺 服马达；即，螺杆放置伺服马达10和注射伺服马达11)的运动命令和根据由 位置/速度传感器16、 17检测到的位置和速度反馈信号，伺服CPU25执行相 同的伺服控制，例如位置回路控制、速度回路控制以及电流回路控制，按照常 规执行，即，执行所谓的数字伺服处理。上述硬件结构与传统电动注射成型机控制器没有不同，传统控制器与本发 明的区别在于本发明增加了测量、存储和显示在注射和压力保持阶段施加在螺 杆1上的旋转力的旋转力测量显示功能。要本实施方式中，设置扰动观察器作为旋转力检测装置以检测施加在螺杆 1上的旋转力，并且螺杆旋转方向负载(旋转力)通过结合在螺杆旋转伺服马 达10中的扰动观察器驱动由伺服CPU 25执行的控制过程而获得。应当注意， 代替观察器，应变仪可选择性地设置在螺杆1上以检测施加在螺杆1上的旋转 力。图6为流程图，示出了在注射和压力保持阶段，由注射成型机控制器执 行的测量和显示施加在螺杆上的旋转力的运算过程。一旦开始注射，控制器20的CNCCPU22就开始旋转力的测量和显示处 理，如图6所示。首先，读取扰动评估观察器获得的负载(步骤al),即，施加在螺杆上的 旋转力，该扰动评估观察器结合在通过伺服CPU25执行的螺杆旋转伺服马达 10的驱动控制处理；并且读取从位置/速度传感器17反馈并存储在现值记录器 中的螺杆位置(螺杆轴向位置)(步骤a2)。存储读取与RAM 29中螺杆位置 相关的螺杆旋转力(步骤a3)。接着，确定注射和压力保持是否已经完成(步骤a4)。如果注射和压力保 持没有完成，则程序返回到步骤al并且按预定的取样周期重复执行从步骤al 到步骤a4的程序。当注射和压力保持完成时，存储的与螺杆位置相关的螺杆旋转力显示在显 示/数据输出装置30的显示屏上，并且显示螺杆旋转力的波形，水平轴代表螺 杆位置，垂直轴代表螺杆旋转力，如图2、 3a-3c和4a-4c所示(步骤a5 )，以完成程序。操作者从显示的螺杆旋转力波形模式可以确认止回阀的开/关状态。换言之，如图2、 3a-3c和4a-4c所示，当止回阀关闭时，螺杆旋转力的波型图改变， 并且根据这一事实，从显示的波形图指示止回阀的关闭。此外，就类似图3a 所示的通常的图形而言，其中旋转力峰值出现在注射开始的第一个半程，依据 峰值出现的时间可以确定止回阀关闭的螺杆位置。然后，该螺杆位置可以用于 判断模型制品的质量和作为调整成型条件的基准。应当注意，螺杆旋转力波形图可以使多个成型周期彼此叠加，在该情况中， 最新成型周期的波形例如可以以不同颜色显示，或者其显示特征有不同的改变 和显示，以便清楚其为最新波形。此外，在上述实施方式中，螺杆旋转力波形与螺杆位置相关并被显示。然 而，可选择地，螺杆旋转力波形可以显示为时间的函数。在这种情况下，图6 所示工艺过程的步骤a2变得多余，在步骤a3中螺杆旋转力被按时间顺序存储， 并且进一步，在步骤a5中，螺杆旋转力波形显示为水平轴代表时间。而且， 尽管直到完成压力保持才实现上述实施方式中的旋转力的测量和显示，但可选 择地，旋转力的检测和显示可以仅仅在注射阶段被执行，从注射控制到转换为 压力保持控制的点。而后，尽管使用在注射和压力保持期间测量和存储螺杆旋转力的实施例已 经描述前述实施方式，但在螺杆前进早于注射的开始并且止回阀关闭的情况下，可以测量螺杆旋转力并且显示在注射之前螺杆前进的阶^a期间的其波形。进一步，尽管使用注射成型机的实施例已经描述了前述实施方式，该注射 成型机使用电动马达使螺杆旋转，但本发明还适用一种布置，在该布置中，用 液压马达使螺杆旋转。
权利要求
1.一种指示止回阀的开/关状态的方法，所述止回阀设置在注射成型机的螺杆上，其中所述螺杆设置为可旋转以用于树脂的计量，并且设置为轴向可移动以用于料缸中树脂的注射，所述方法包括步骤检测在被驱动以进行注射期间施加在所述螺杆上的旋转力；和在显示装置上以波形显示检测出的旋转力的变化，以便根据显示的波形指示所述止回阀的开/关状态。
2. 根据权利要求1所述的指示止回阀的开/关状态的方法，其中所述检测 步骤包括检测施加在所述螺杆上的旋转力以及检测在各预定的取样周期与旋 转力相关的所述螺杆的轴向位置，并且所述显示步骤包括显示相对于所述螺杆 的轴向位置的检测出的旋转力的波形。
3. 根据权利要求1所述的指示止回阀的开/关状态的方法，其中所述检测 步骤包括检测在各预定的取样周期施加在所述螺杆上的旋转力，并且所述显示 步骤包括显示相对于时间的检测出的旋转力的波形。
全文摘要
一种简单且更精确地指示注射成型机止回阀的开/关状态的方法。该方法检测注射期间螺杆的旋转力，并且将检测出的旋转力的变化以波形显示在显示装置的屏幕上。因为当止因阀关闭时螺杆旋转力的波形图改变，所以止回阀的开/关状态可以根据显示屏上显示的波形图指示。基于该事实当止回阀关闭时，螺杆旋转力波形图改变，根据显示的波形可以指示止回阀的开/关状态。
文档编号B29C45/76GK101244626SQ200810009049
公开日2008年8月20日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年2月15日
发明者丸山淳平, 内山辰宏, 斋藤修, 高次聪 申请人:发那科株式会社