专利名称：注射模塑成型机的温度控制方法
技术领域：
本发明涉及注射模塑成形机的温度控制方法，更详细地说，即涉及在通过指定的间隔设置多个加热装置和/或冷却装置的注射模塑成形机中，根据注射模塑成形机的状态控制利用上述加热装置或冷却装置进行温度控制的温度控制部分的温度的注射模塑成形机的温度控制方法。
先有的、构成注射模塑成形机的模塑缸体等的温度控制部分广泛使用的温度控制方法是PID控制方法。
这种PID控制方法是利用和控制偏差成正比输出的比例控制(P控制)、根据控制偏差的积分值输出的积分控制(I控制)以及根据对象变化的微分系数输出的微分控制(D控制)，以注射模塑缸体的温度为控制线进行控制的。
按照这种PID控制方法，在一定条件下，在控制对象处于稳定的状态时，可以把控制对象的温度控制在一定范围内。
但是，注射模塑成形机处于停止、升温、成形和成形停止等各状态时，各状态下温度控制部分的加热因素和冷却因素不同。
下面，就注射模塑成形机的温度控制部分之一即注射模塑缸体来说明这一问题。
对于注射模塑缸体，在升温状态中，加热器的电加热是主要的加热因素;自然散热是主要的冷却因素。
与此相反，在成形状态时，电加热、树脂等的摩擦热和螺旋引起的剪切热等是加热因素;自然散热和供给的原料树脂引起的冷却等是冷却因素。
另外，对于注射模塑缸体，为了平稳地注送树脂等，注射模塑缸体内的温度应维持成指定的温度分布。因此，总地讲，在注射模塑缸体的轴向，以指定的间隔设置多个加热器，以及设置利用上述各加热器维持成为指定温度的多个温度控制部分。
对于和这样的注射模塑缸体邻接的温度控制部分，通过邻接的温度控制部分之间的间隔部分相互给予热的影响。
因此，按照已有的PID控制方法进行控制的注射模塑缸体的温度控制方法，随上述注射模塑成形机各状态的加热因素和冷却因素不同，注射模塑缸体的各温度控制部分的温度为图7所示的温度曲线。
图7是在从注射模塑喷嘴到装料斗方向按一定间隔依次设置第1～3三个基本加热器的注射模塑缸体中，升温时各温度控制部分的温度随时间变化的曲线。
在上述注射模塑缸体中，由靠近注射模塑喷嘴的第1加热器H1进行控制的第1温度控制部分的目标温度T01、由靠近装料斗的第3加热器H3所控制的第3温度控制部分的目标温度T03以及由第1加热器H1和第3加热器H3之间的第2加热器H2所控制的第2温度控制部分的目标温度T02应被控制为T01＞T02＞T03。
由图7可知，在各温度控制部分的升温曲线上，发生高于目标温度的上冲现象Po或低于目标温度的下冲现象Pu。
特别是，由于第2加热器H2所控制的第2温度控制部分受第1和第3温度控制部分影响，所以，第2温度控制部分的升温曲线T2的上冲现象Po和下冲现象Pu都比其它升温曲线T1和T3的大。
这种注射模塑缸体的上冲现象Po或下冲现象Pu的存在，对注射模塑缸体内的树脂的溶融粘度等影响很大，有时是造成成形品不良的原因。
其中，上冲现象Po的存在，对于在劣化温度附近使缺乏热稳定性的树脂成形时，注射模塑缸体时的树脂容易劣化，得到的成形品很多是废品。
因此，需要进行微妙的温度调整时，必须依靠熟练操作者的经验，利用手动进行注射模塑缸体的温度控制。
因此，本发明的目的在于提供一种注射模塑成形机的温度控制方法，这种方法能够尽可能地消除注射模塑成形机各相应状态的目标温度的上冲现象或下冲现象，并自动地控制按指定的间隔宽度邻接的各温度控制部分的温度，各温度控制部分构成注射模塑成形机的注射模塑缸体等的温度控制器。
本发明人为了达到上述目的，首先尝试了特公昭63-48691号发表的温度控制方法。
这种温度控制方法是假定邻接的温度控制部分之间的热传递模型，并按此假定的模型进行温度控制。
通过试验得知，按这种预先假定的热传递模型进行温度控制的方法，当和假定的热传递模型近似时，虽然可以减小上冲现象和下冲现象，但当和假定的热传递模型不同时，会发生较大的上冲现象和下冲现象。
因此，本发明人为了把各温度控制部分相互之间的热影响考虑进去进行温度控制，认为采用能把熟练操作者的经验吸收进来的模糊理论是有效的，研究的结果，产生了本发明。
也就是说，本发明的注射模塑成形机的温度控制方法的特征是，使用多个加热装置和/或冷却装置按指定间隔邻接的注射模塑成形机，根据注射模塑成形机的停止、升温、成形和成形停止等状态将利用上述加热装置或冷却装置进行温度控制的各温度控制部分控制为指定的温度时，检测该注射模塑成形机的状态和各温度控制部分的温度，通过计算，求出检测的注射模塑成形机的各状态下各温度控制部分的目标温度与检测温度的温度偏差、以及本次检测的检测温度的本次偏差与前次检测的检测温度的前次偏差的偏差变化率，同时，通过计算，求出由计算间接得到或通过测量直接得到的位于邻接的温度控制部分之间的间隔部分的温度与上述间隔部分的目标温度的温度偏差即干涉部分的温度偏差后，以注射模塑成形机的状态、温度偏差、偏差变化率、干涉部分的温度偏差以及加热装置和/或冷却装置输出值为模糊变量，根据隶属函数(隶属函数确定上述各模糊变量的任意值属于预先任意划分的区域的程度)和规定该隶属函数划分的相互关系的规则，利用检测的注射模塑成形机的状态值，以及算出的温度偏差值、偏差变化率值和干涉部分的温度偏差值，进行模糊推理，然后，根据上述模糊推理，计算温度控制部分的加热装置和/或冷却装置的输出值。
按照本发明，对于注射模塑缸体等，考虑了各温度控制部分之间的间隔部分的温度后，可以根据注射模塑成形机的状态控制通过间隔部分邻接的相互有热影响的各温度控制部分的温度。
而且，由于控制时利用了模糊理论，所以，可以自动地调整各温度控制部分设置的加热装置或冷却装置的输出，达到熟练操作者操作的程度。
因此，可以根据注射模塑成形机的状态，实时地消除上冲现象或下冲现象，使注射模塑缸体或模具等的各温度控制部分的温度迅速地趋近目标温度。
图1是表示本发明的一个实施例的框图;图2是本发明采用的隶属函数的说明图;图3是用于说明模糊推理的说明图;图4是用于说明计算输出值的顺序的说明图;图5和图6是用于说明各温度控制部分的温度控制状态的说明图;图7是用于说明先有的PID控制进行温度控制的各温度控制的温度控制状态的说明图。
下面，通过实施例，更详细地说明本发明。
图1是表示本发明的一个实施例的框图。
在图1中，构成注射模塑成形机M的注射模塑缸体1从注射模塑喷嘴到装料斗方向，按指定间隔划分为第1～3三个温度控制部分，各温度控制部分装置有温度检测传感器。
在这种温度控制部分，分别设置有作为加热靠近注射模塑喷嘴一边的第1温度控制部分的电加热器(以下简称加热器)的第1加热器H1、作为加热靠近装料斗一边的第3温度控制部分的加热器的第3加热器H3和作为加热介于第1温度控制部分与第3温度控制部分之间的第2温度控制部分的加热器的第2加热器H2。
另外，第1～3温度控制部分的目标温度T01～T03有T01＞T02＞T03的关系。
这些温度控制部分设置的温度检测传感器5和加热器H1～3可以使用先有的在注射模塑成形机中广泛采用的温度检测传感器和加热器。
另外，这里所说的“注射模塑缸体”，是指除了和金属模相接的喷嘴以外的部分。
下面，举例说明这种注射模塑缸体1中第2温度控制部分的温度控制过程。
由于第2温度控制部分受第1温度控制部分和第3温度控制部分的热影响，所以，如图7所示，与第1或第3温度控制部分相比，第2温度控制部分是上冲现象和下冲现象较大的部分。
注射模塑成形机M按照程序控制器3的信号进行控制，根据程序控制器3输出的信号，可以知道注射模塑成形机M究竟处于停止、升温、成形和成形停止等状态中的哪一个状态。
设置在注射模塑成形机M上的程序控制器3的信号输给微处理器(MPU)9，可以判断注射模塑成形机M现在处于升温过程、成形过程(计量工序)、成形过程(其它工序)和成形停止过程中的哪一个状态。
根据从存储器13的(1)和(2)读出的目标温度，可以确定这样判断出的注射模塑成形机现状态下注射模塑缸体1的第1和第2温度控制部分的目标温度T01和T02。
另外，根据第2温度控制部分的温度检测传感器5的检测温度T2与程序控制器3的信号判断的目标温度T02的温度偏差△T2(检测温度T2-目标温度T02)用MPU9中的运算逻辑电路(ALU)11运算后，写入存储器13的(3)。
进而，在ALU11中，还计算本次算出的本次温度偏差△T2与前次计算并写入存储器13的(3)中的前次温度偏差△T2′的偏差变化率△(△T)2(本次温度偏差△T2-前次温度偏差△T2′)。
在本实施例中，利用ALU 11计算位于第1温度控制部分和第2温度控制部分之间的间隔部分的现在温度与目标温度的温度偏差，即干涉部分的温度偏差△T12。
该干涉部分的温度偏差△T12按下式进行计算△T12＝〔(T1+T2)-(T01+T02)〕/2其中，T1第1温度控制部分的检测温度，T2第2温度控制部分的检测温度，T01第1温度控制部分的目标温度，T02第2温度控制部分的目标温度。
通常，由于第1温度控制部分和第2温度控制部分之间的间隔很窄，而且两个温度控制部分的温度差也只有大约10℃，所以，用第1和第2温度控制部分的检测温度T1和T2计算的间隔部分的温度，和实际测量的温度的差异很小。
因此，自然就可以直接用实测值作为间隔部分的温度。
这样，检测或计算出的注射模塑缸体1的状态、第2温度控制部分的温度偏差△T2、偏差变化率△(△T)2以及干涉部分的温度偏差△T12，如后所述，可以根据写入存储器13的(4)和(5)中的隶属函数和规则进行模糊推理。
并且，根据上述模糊推理，在ALU11中计算第2加热器H2的输出值，计算结果作为输出信号从MPU9输给第2加热器H2。
这种从温度检测传感器等的数据读入到向第2加热器H2发送输出信号的一连串动作是连续地反复进行的，所以，可以根据注射模塑成形机的状态使第2温度控制部分的温度迅速地趋近目标温度T02。
另外，关于存储器13的内容等，可以在CRT等显示装置15上进行显示，并且可以利用键盘等输入装置14修正或变更存储器13的内容。
在存储器13的(4)中，如图2所示，是以注射模塑成形机的状态(A)、第2温度控制部分的温度偏差△T2(B)、第2温度控制部分的偏差变化率△(△T)2(C)、第1温度控制部分与第2温度控制部分的干涉部分的温度偏差△T12以及第2加热器的操作量(第2加热器输出值(E))为模糊变量，写入各模糊变量的隶属函数的。
这些隶属函数，划分为不包含相互重迭部分的或包含相互重迭部分的多个区域，它们属于上述各个区域的程度(隶属度)在0～1的范围内预先设定。
以注射模塑成形机的状态(A)为模糊变量的隶属函数相互不重迭，划分为5个区域，不论在哪个区域均可取0或1。
以温度偏差△T2(B)为模糊变量的隶属函数，划分为包含相互重迭部分的7个区域，5个区域为三角形。在三角形的区域中，取底边的温度变化率为10℃。
分别以偏差变化率△(△T)2(C)和干涉部分的温度偏差△T12(D)为模糊变量的隶属函数，划分为包含相互重迭部分的5个区域，3个区域为三角形。在三角形的区域中，取底边的偏差变化率或干涉部分的温度偏差为5℃。
另一方面，能供给第2加热器H2的电压的额定值为200V，所以，用100±操作电压(V)对第2加热器H2进行控制。
因此，以第2加热器的操作量(E)为模糊变量的隶属函数，划分为包含相互重迭部分的5个区域，每个区域的操作电压依次相差50V，其中，三个区域为三角形。
这些隶属函数的区域之间的相互关系，由预先写入存储器13的(5)中的规则确定。
作为规则的实例，下表给出注射模塑成形机处于升温状态时的规则。
在上述表中，“如果”栏内的输入A、输入B、输入C和输入D分别表示注射模塑成形机的状态(A)、温度偏差△T2(B)、偏差变化率△(△T)2(C)和干涉部分的温度偏差△T12(D)，“则”栏内的输出E表示向第2加热器H2的输出值。
另外，在表的横方向，例如No.1中，输入A～D之间为“与”的关系;在表的纵方向，例如No.1和No.2之间为“或”的关系。
表中虽然给出了输入A～C在隶属函数的所有区域的全部组合，但是，对于输入D，已判明不可能存在或即使存在也很少的组合未在表中示出。
当然，对于输入A～C，不可能存在或即使存在也很少的组合，也可以省略。
下面，说明假设图2中注射模塑成形机的状态(A)处于X状态(升温)、且温度偏差△T2(B)、偏差变化率△(△T)2(C)和干涉部分的温度偏差△T12分别处于Y、Z和R位置时的模糊推理方法和输出值的计算方法。
在温度偏差△T2(B)的Y位置上，区域ZERO和区域NS相互重迭;在偏差变化率△(△T)2(C)的Z位置上，区域NS和区域NB重迭。
此外，在干涉部分的温度偏差△T12的R位置上，区域ZERO和区域NS相互重迭;在偏差变化率△(△T)2(C)的Z位置上，区域NS和区域NB重迭。
此外，在干涉部分的温度偏差△T12的R位置上，区域ZERO和区域Ps重迭。
因此，虽然在输入A-D中，可以考虑8种组合，但是，如图3所示，按照上述表中的规则，可集中考虑No.11、No.12、No.19、No.20和NO.21这五种组合。
在No.11、No.12、No.19、No.20中，输出E值由输入A-C的值决定，与输入D的值无关，但在No.21中，输出E的值由输入A-D的值决定。
由于在这些输入A-D之间为“与”的关系，所以，可以推理各组合中输出E的值相当于输入A-D都包含的范围的面积，即相当于用输入A、输入B、输入C和输入D中之最小者的输入值划分出的输出E的面积(图3输出E栏画斜线部分的面积)。
根据这样推理出的各个组合的输出E，利用ALU11可以按如下步骤计算第2加热器H2的输出值。
首先，由于各个组合的输出E的相互关系为“或”的关系，所以，将图3输出E栏所示的斜线部分合成图4所示的那样。
然后，求出合成的图4所示的斜线部分的重心位置，确定第2加热器H2的输出值。
这样由ALU11确定的输出值，从MPU9输给第2加热器H2，可以控制供给第2加热器H2的电压。
此外，对于第1加热器H1和第3加热器H3，也可按照求出第2加热器H2的输出值时同样的方法，求出各加热器的输出值，进行控制。
按照这样的模糊温度控制，可以使注射模塑缸体1的各温度控制部分如图5所示的那样，消除上冲现象和下冲现象，并且可以自动地将各个温度控制部分的温度调整为与注射模塑成形机的各个状态对应的目标温度。
因此，可以消灭因上冲现象而产生的废品。
此外，即使在使用缺乏耐热性的树脂时，也不需要熟练操作者通过手动进行温度调整。
在本实施例中，还可以在图2所示的隶属函数中重新加上新的隶属函数，例如本次偏差变化率与前次偏差变化率的偏差变化率的偏差等隶属函数。
另外，如图6所示，也可以将各个温度控制部分的温度一齐升温到指定的温度后，再对各个温度控制部分逐个进行温度控制，使它们升温。
上面，在所述的本实施例中，对注射模塑缸体的温度控制进行了说明，但是，设置在注射模塑缸体前端的注射模塑喷嘴，通常也设有加热器进行温度控制，所以，可以和注射模塑缸体一样进行模糊温度控制。
另外，金属模的温度也需要根据注射模塑成形机的状态进行控制，所以，也可以和注射模塑缸体一样进行模糊温度控制。
有时，在金属模上同时设有加热器等加热装置和用于冷却成形品的冷却水循环管等冷却装置。
这时，应用和本实施例一样的温度控制，对加热装置和冷却装置和冷却装置的输出进行控制，可以尽可能地消除金属模温度的上冲现象和下冲现象，将金属模的温度控制得和熟练操作者调节的一样。
按照本发明，对于注射模塑成形机的相互有热影响的温度控制部分的温度控制，可以进行考虑相互热影响的模糊控制，根据注射模塑成形机的状态，自动地将注射模塑缸体等的温度控制部分的温度调整为目标温度。
因此，可以尽可能地消除用先有的PID控制等难于消除的上冲现象和下冲现象。
从而，本发明可为注射模塑成形节省劳动力和减少成形品的废品率作出贡献。
权利要求
1.注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于使用多个按指定间隔邻接的加热装置和/或冷却装置的注射模塑成形机，根据注射模塑成形机的停止、升温、成形和成形停止等状态，将利用上述加热装置或冷却装置进行温度控制的各温度控制部分控制为指定的温度时，检测该注射模塑成形机的状态和各温度控制部分的温度，通过计算，求出检测的注射模塑成形机的各状态下各温度控制部分的目标温度与检测温度的温度偏差、以及本次检测的检测温度的本次偏差与前次检测的检测温度的前次偏差的偏差变化率，同时，通过计算，求出由计算间接或通过测量直接得到的位于邻接的温度控制部分之间的间隔部分的温度与上述间隔部分的目标温度的温度偏差即干涉部分的温度偏差后，以注射模塑成形机的状态、温度偏差、偏差变化率、干涉部分的温度偏差以及加热装置和冷却装置的输出值为模糊变量，根据隶属函数(隶属函数确定上述各模糊变量的任意值属于预先任意划分的区域的程度)和规定该隶函数划分的相互关系的规则，利用检测的注射模塑成形机的状态值，以及算出的温度偏差值、偏差变化率值和干涉部分的温度偏差值，进行模糊推理，然后，根据上述模糊推理，计算温度控制部分的加热装置和/或冷却装置的输出值。
2.按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于温度控制部分是注射模塑缸体和/或金属模。
3.按权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于温度控制部分包括设置在注射模塑缸体前端的注射模塑喷嘴。
4.按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于用图形表示隶属函数时，可以划分为包含相互重迭部分的多个区域。
5.按权利要求4所述的注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于包含相互重迭部分的区域为三角形。
6.按权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于注射模塑成形机的注射模塑状态由程序控制器进行控制。
7.按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于温度控制部分的加热装置是电加热器。
8.按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于温度控制部分的冷却装置是冷却水循环管。
9.按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法，其特征在于隶属函数和规则预先存储在计算机的存储器内。
全文摘要
为了把注射模塑成型机的各温度控制部分之间的热影响考虑进去并对应于注射模塑成型机的各状态进行温度控制，采用了能把熟练操作者的经验吸收进来的模糊理论，根据模糊推理，计算温度控制部分的加热装置和/或冷却装置的输出值，可以尽可能地消除上冲现象和下冲现象，使温度控制部分的温度迅速地趋近于目标温度。
文档编号B29C45/74GK1060812SQ9110993
公开日1992年5月6日 申请日期1991年10月18日 优先权日1990年10月18日
发明者中村伸之, 泷泽清登, 菅沼雅资 申请人:日精树脂工业株式会社