JP2023086409A - 射出成形機の制御装置、及び表示装置 - Google Patents

射出成形機の制御装置、及び表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】射出成形のための設定の負担を軽減する。【解決手段】本開示の一実施形態に係る射出成形機の制御装置は、射出成形を行うための設定を示した設定情報を受け付ける受付部と、設定情報で射出成形を行っている間に計測された計測情報を取得する取得部と、取得部が取得した計測情報を入力して、設定情報で示された設定を修正した修正設定情報を出力するための学習済みモデルを記憶する記憶部と、を備える。【選択図】図9

Description

本開示は、射出成形機の制御装置、及び表示装置に関する。
射出成形機は、成形材料としての樹脂ペレットが供給されるシリンダと、樹脂ペレットを溶融させるためにシリンダを加熱するヒータとを備えている。射出成形機は、シリンダ内で樹脂ペレットを溶融させ、溶融させた樹脂を金型装置内のキャビティ空間に充填させることで、成形品を製造している。
従来から、射出成形機において、成形品を生成するためには、射出成形のために設定を行う必要がある。当該設定を行うためには、当該設定で製造された成形品を確認して、設定を再調整することを繰り返して、適切な設定を導き出していた。このため、当該設定には、職人が時間と労力を要して行う必要がある。
特開2020-49929号公報
これに対して、近年、コンピュータの処理能力の向上に伴い、人工知能が発展する傾向になる。例えば、特許文献1には、成形品の品質に基づいて射出成形の設定を決定するために機械学習を用いる技術が提案されている。しかしながら、特許文献1に記載された技術では、成形品の品質の計測が必要なため作業負担が大きい。
そこで、上記課題に鑑み、射出成形を行っている間に計測された情報に従って、成形のための設定を導き出すことで、射出成形のための設定の負担を軽減する技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態に係る射出成形機の制御装置は、射出成形を行うための設定を示した設定情報を受け付ける受付部と、設定情報で射出成形を行っている間に計測された計測情報を取得する取得部と、取得部が取得した計測情報を入力して、設定情報で示された設定を修正した修正設定情報を出力するための学習済みモデルを記憶する記憶部と、を備える。
上述の実施形態によれば、射出成形のための設定の負担を軽減する技術を提供することを目的とする。
図1は、実施形態に係る射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。 図2は、実施形態に係る射出成形機の型締時の状態を示す図である。 図3は、実施形態に係る射出成形機の機械学習システムの構成を例示した図である。 図4は、実施形態に係る学習装置のハードウェア構成及び機能構成の一例を示す図である。 図5は、実施形態に係るデータ取得部が取得した複数の波形データを例示した図である。 図6は、適切な成形品を出力する型締力設定値に対する、実施形態に係る学習済みモデルが出力した型締力修正値のばらつき度合いを示した図である。 図7は、適切な成形品を出力する型締力設定値に対する、実施形態に係る学習済みモデルが出力した型締力修正値のばらつき度合いを示した図である。 図8は、実施形態に係るテスト用射出成形機と、学習装置と、の間で行われる処理の流れを示した概念図である。 図9は、実施形態に係る制御装置の構成要素を機能ブロックで示す図である。 図10は、実施形態に係る制御装置の学習済みモデルを用いた補正による、型締力設定値の変化を例示した図である。 図11は、実施形態に係る表示制御部が表示する表示画面の例を示した図である。 図12は、実施形態に係る制御装置における型締力設定値の調整手順を示したフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。
図1は、実施形態に係る射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。図2は、実施形態に係る射出成形機の型締時の状態を示す図である。本明細書において、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向は互いに垂直な方向である。X軸方向およびY軸方向は水平方向を表し、Z軸方向は鉛直方向を表す。型締装置100が横型である場合、X軸方向は型開閉方向であり、Y軸方向は射出成形機10の幅方向である。Y軸方向負側を操作側と呼び、Y軸方向正側を反操作側と呼ぶ。
図1~図2に示すように、射出成形機10は、金型装置800を開閉する型締装置100と、金型装置800で成形された成形品を突き出すエジェクタ装置200と、金型装置800に成形材料を射出する射出装置300と、金型装置800に対し射出装置300を進退させる移動装置400と、射出成形機10の各構成要素を制御する制御装置700と、射出成形機10の各構成要素を支持するフレーム900とを有する。フレーム900は、型締装置100を支持する型締装置フレーム910と、射出装置300を支持する射出装置フレーム920とを含む。型締装置フレーム910および射出装置フレーム920は、それぞれ、レベリングアジャスタ930を介して床2に設置される。射出装置フレーム920の内部空間に、制御装置700が配置される。以下、射出成形機10の各構成要素について説明する。
(型締装置)
型締装置100の説明では、型閉時の可動プラテン120の移動方向(例えばX軸正方向)を前方とし、型開時の可動プラテン120の移動方向(例えばX軸負方向)を後方として説明する。
型締装置100は、金型装置800の型閉、昇圧、型締、脱圧および型開を行う。金型装置800は、固定金型810と可動金型820とを含む。
型締装置100は例えば横型であって、型開閉方向が水平方向である。型締装置100は、固定金型810が取付けられる固定プラテン110と、可動金型820が取付けられる可動プラテン120と、固定プラテン110に対し可動プラテン120を型開閉方向に移動させる移動機構102と、を有する。
固定プラテン110は、型締装置フレーム910に対し固定される。固定プラテン110における可動プラテン120との対向面に固定金型810が取付けられる。
可動プラテン120は、型締装置フレーム910に対し型開閉方向に移動自在に配置される。型締装置フレーム910上には、可動プラテン120を案内するガイド101が敷設される。可動プラテン120における固定プラテン110との対向面に可動金型820が取付けられる。
移動機構102は、固定プラテン110に対し可動プラテン120を進退させることにより、金型装置800の型閉、昇圧、型締、脱圧、および型開を行う。移動機構102は、固定プラテン110と間隔をおいて配置されるトグルサポート130と、固定プラテン110とトグルサポート130を連結するタイバー140と、トグルサポート130に対して可動プラテン120を型開閉方向に移動させるトグル機構150と、トグル機構150を作動させる型締モータ160と、型締モータ160の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構170と、固定プラテン110とトグルサポート130の間隔を調整する型厚調整機構180と、を有する。
トグルサポート130は、固定プラテン110と間隔をおいて配設され、型締装置フレーム910上に型開閉方向に移動自在に載置される。なお、トグルサポート130は、型締装置フレーム910上に敷設されるガイドに沿って移動自在に配置されてもよい。トグルサポート130のガイドは、可動プラテン120のガイド101と共通のものでもよい。
なお、本実施形態では、固定プラテン110が型締装置フレーム910に対し固定され、トグルサポート130が型締装置フレーム910に対し型開閉方向に移動自在に配置されるが、トグルサポート130が型締装置フレーム910に対し固定され、固定プラテン110が型締装置フレーム910に対し型開閉方向に移動自在に配置されてもよい。
タイバー140は、固定プラテン110とトグルサポート130とを型開閉方向に間隔Lをおいて連結する。タイバー140は、複数本(例えば4本)用いられてよい。複数本のタイバー140は、型開閉方向に平行に配置され、型締力に応じて伸びる。少なくとも1本のタイバー140には、タイバー140の歪を検出するタイバー歪検出器141が設けられてよい。タイバー歪検出器141は、その検出結果を示す信号を制御装置700に送る。タイバー歪検出器141の検出結果は、型締力の検出などに用いられる。
なお、本実施形態では、型締力を検出する型締力検出器として、タイバー歪検出器141が用いられるが、本発明はこれに限定されない。型締力検出器は、歪ゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取付け位置もタイバー140に限定されない。
トグル機構150は、可動プラテン120とトグルサポート130との間に配置され、トグルサポート130に対し可動プラテン120を型開閉方向に移動させる。トグル機構150は、型開閉方向に移動するクロスヘッド151と、クロスヘッド151の移動によって屈伸する一対のリンク群と、を有する。一対のリンク群は、それぞれ、ピンなどで屈伸自在に連結される第1リンク152と第2リンク153とを有する。第1リンク152は可動プラテン120に対しピンなどで揺動自在に取付けられる。第2リンク153はトグルサポート130に対しピンなどで揺動自在に取付けられる。第2リンク153は、第3リンク154を介してクロスヘッド151に取付けられる。トグルサポート130に対しクロスヘッド151を進退させると、第1リンク152と第2リンク153とが屈伸し、トグルサポート130に対し可動プラテン120が進退する。
なお、トグル機構150の構成は、図1および図2に示す構成に限定されない。例えば図1および図2では、各リンク群の節点の数が5つであるが、4つでもよく、第3リンク154の一端部が、第1リンク152と第2リンク153との節点に結合されてもよい。
型締モータ160は、トグルサポート130に取付けられており、トグル機構150を作動させる。型締モータ160は、トグルサポート130に対しクロスヘッド151を進退させることにより、第1リンク152と第2リンク153とを屈伸させ、トグルサポート130に対し可動プラテン120を進退させる。型締モータ160は、運動変換機構170に直結されるが、ベルトやプーリなどを介して運動変換機構170に連結されてもよい。
運動変換機構170は、型締モータ160の回転運動をクロスヘッド151の直線運動に変換する。運動変換機構170は、ねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを含む。ねじ軸と、ねじナットとの間には、ボールまたはローラが介在してよい。
型締装置100は、制御装置700による制御下で、型閉工程、昇圧工程、型締工程、脱圧工程、および型開工程などを行う。
型閉工程では、型締モータ160を駆動してクロスヘッド151を設定移動速度で型閉完了位置まで前進させることにより、可動プラテン120を前進させ、可動金型820を固定金型810にタッチさせる。クロスヘッド151の位置や移動速度は、例えば型締モータエンコーダ161などを用いて検出する。型締モータエンコーダ161は、型締モータ160の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置700に送る。
なお、クロスヘッド151の位置を検出するクロスヘッド位置検出器、およびクロスヘッド151の移動速度を検出するクロスヘッド移動速度検出器は、型締モータエンコーダ161に限定されず、一般的なものを使用できる。また、可動プラテン120の位置を検出する可動プラテン位置検出器、および可動プラテン120の移動速度を検出する可動プラテン移動速度検出器は、型締モータエンコーダ161に限定されず、一般的なものを使用できる。
昇圧工程では、型締モータ160をさらに駆動してクロスヘッド151を型閉完了位置から型締位置までさらに前進させることで型締力を生じさせる。
型締工程では、型締モータ160を駆動して、クロスヘッド151の位置を型締位置に維持する。型締工程では、昇圧工程で発生させた型締力が維持される。型締工程では、可動金型820と固定金型810との間にキャビティ空間801(図2参照)が形成され、射出装置300がキャビティ空間801に液状の成形材料を充填する。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。
キャビティ空間801の数は、1つでもよいし、複数でもよい。後者の場合、複数の成形品が同時に得られる。キャビティ空間801の一部にインサート材が配置され、キャビティ空間801の他の一部に成形材料が充填されてもよい。インサート材と成形材料とが一体化した成形品が得られる。
脱圧工程では、型締モータ160を駆動してクロスヘッド151を型締位置から型開開始位置まで後退させることにより、可動プラテン120を後退させ、型締力を減少させる。型開開始位置と、型閉完了位置とは、同じ位置であってよい。
型開工程では、型締モータ160を駆動してクロスヘッド151を設定移動速度で型開開始位置から型開完了位置まで後退させることにより、可動プラテン120を後退させ、可動金型820を固定金型810から離間させる。その後、エジェクタ装置200が可動金型820から成形品を突き出す。
型閉工程、昇圧工程および型締工程における設定条件は、一連の設定条件として、まとめて設定される。例えば、型閉工程および昇圧工程におけるクロスヘッド151の移動速度や位置(型閉開始位置、移動速度切換位置、型閉完了位置、および型締位置を含む)、型締力は、一連の設定条件として、まとめて設定される。型閉開始位置、移動速度切換位置、型閉完了位置、および型締位置は、後側から前方に向けてこの順で並び、移動速度が設定される区間の始点や終点を表す。区間毎に、移動速度が設定される。移動速度切換位置は、1つでもよいし、複数でもよい。移動速度切換位置は、設定されなくてもよい。型締位置と型締力とは、いずれか一方のみが設定されてもよい。
脱圧工程および型開工程における設定条件も同様に設定される。例えば、脱圧工程および型開工程におけるクロスヘッド151の移動速度や位置(型開開始位置、移動速度切換位置、および型開完了位置)は、一連の設定条件として、まとめて設定される。型開開始位置、移動速度切換位置、および型開完了位置は、前側から後方に向けて、この順で並び、移動速度が設定される区間の始点や終点を表す。区間毎に、移動速度が設定される。移動速度切換位置は、1つでもよいし、複数でもよい。移動速度切換位置は、設定されなくてもよい。型開開始位置と型閉完了位置とは同じ位置であってよい。また、型開完了位置と型閉開始位置とは同じ位置であってよい。
なお、クロスヘッド151の移動速度や位置などの代わりに、可動プラテン120の移動速度や位置などが設定されてもよい。また、クロスヘッドの位置(例えば型締位置)や可動プラテンの位置の代わりに、型締力が設定されてもよい。
ところで、トグル機構150は、型締モータ160の駆動力を増幅して可動プラテン120に伝える。その増幅倍率は、トグル倍率とも呼ばれる。トグル倍率は、第1リンク152と第2リンク153とのなす角θ(以下、「リンク角度θ」とも呼ぶ)に応じて変化する。リンク角度θは、クロスヘッド151の位置から求められる。リンク角度θが180°のとき、トグル倍率が最大になる。
金型装置800の交換や金型装置800の温度変化などにより金型装置800の厚さが変化した場合、型締時に所定の型締力が得られるように、型厚調整が行われる。型厚調整では、例えば可動金型820が固定金型810にタッチする型タッチの時点でトグル機構150のリンク角度θが所定の角度になるように、固定プラテン110とトグルサポート130との間隔Lを調整する。
型締装置100は、型厚調整機構180を有する。型厚調整機構180は、固定プラテン110とトグルサポート130との間隔Lを調整することで、型厚調整を行う。なお、型厚調整のタイミングは、例えば成形サイクル終了から次の成形サイクル開始までの間に行われる。型厚調整機構180は、例えば、タイバー140の後端部に形成されるねじ軸181と、トグルサポート130に回転自在に且つ進退不能に保持されるねじナット182と、ねじ軸181に螺合するねじナット182を回転させる型厚調整モータ183とを有する。
ねじ軸181およびねじナット182は、タイバー140ごとに設けられる。型厚調整モータ183の回転駆動力は、回転駆動力伝達部185を介して複数のねじナット182に伝達されてよい。複数のねじナット182を同期して回転できる。なお、回転駆動力伝達部185の伝達経路を変更することで、複数のねじナット182を個別に回転することも可能である。
回転駆動力伝達部185は、例えば歯車などで構成される。この場合、各ねじナット182の外周に従動歯車が形成され、型厚調整モータ183の出力軸には駆動歯車が取付けられ、複数の従動歯車および駆動歯車と噛み合う中間歯車がトグルサポート130の中央部に回転自在に保持される。なお、回転駆動力伝達部185は、歯車の代わりに、ベルトやプーリなどで構成されてもよい。
型厚調整機構180の動作は、制御装置700によって制御される。制御装置700は、型厚調整モータ183を駆動して、ねじナット182を回転させる。その結果、トグルサポート130のタイバー140に対する位置が調整され、固定プラテン110とトグルサポート130との間隔Lが調整される。なお、複数の型厚調整機構が組合わせて用いられてもよい。
間隔Lは、型厚調整モータエンコーダ184を用いて検出する。型厚調整モータエンコーダ184は、型厚調整モータ183の回転量や回転方向を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置700に送る。型厚調整モータエンコーダ184の検出結果は、トグルサポート130の位置や間隔Lの監視や制御に用いられる。なお、トグルサポート130の位置を検出するトグルサポート位置検出器、および間隔Lを検出する間隔検出器は、型厚調整モータエンコーダ184に限定されず、一般的なものを使用できる。
型締装置100は、金型装置800の温度を調節する金型温調器を有してもよい。金型装置800は、その内部に、温調媒体の流路を有する。金型温調器は、金型装置800の流路に供給する温調媒体の温度を調節することで、金型装置800の温度を調節する。
なお、本実施形態の型締装置100は、型開閉方向が水平方向である横型であるが、型開閉方向が上下方向である竪型でもよい。
なお、本実施形態の型締装置100は、駆動源として、型締モータ160を有するが、型締モータ160の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置100は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。
(エジェクタ装置)
エジェクタ装置200の説明では、型締装置100の説明と同様に、型閉時の可動プラテン120の移動方向(例えばX軸正方向)を前方とし、型開時の可動プラテン120の移動方向(例えばX軸負方向)を後方として説明する。
エジェクタ装置200は、可動プラテン120に取付けられ、可動プラテン120と共に進退する。エジェクタ装置200は、金型装置800から成形品を突き出すエジェクタロッド210と、エジェクタロッド210を可動プラテン120の移動方向(X軸方向)に移動させる駆動機構220とを有する。
エジェクタロッド210は、可動プラテン120の貫通穴に進退自在に配置される。エジェクタロッド210の前端部は、可動金型820のエジェクタプレート826と接触する。エジェクタロッド210の前端部は、エジェクタプレート826と連結されていても、連結されていなくてもよい。
駆動機構220は、例えば、エジェクタモータと、エジェクタモータの回転運動をエジェクタロッド210の直線運動に変換する運動変換機構とを有する。運動変換機構は、ねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを含む。ねじ軸と、ねじナットとの間には、ボールまたはローラが介在してよい。
エジェクタ装置200は、制御装置700による制御下で、突き出し工程を行う。突き出し工程では、エジェクタロッド210を設定移動速度で待機位置から突き出し位置まで前進させることにより、エジェクタプレート826を前進させ、成形品を突き出す。その後、エジェクタモータを駆動してエジェクタロッド210を設定移動速度で後退させ、エジェクタプレート826を元の待機位置まで後退させる。
エジェクタロッド210の位置や移動速度は、例えばエジェクタモータエンコーダを用いて検出する。エジェクタモータエンコーダは、エジェクタモータの回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置700に送る。なお、エジェクタロッド210の位置を検出するエジェクタロッド位置検出器、およびエジェクタロッド210の移動速度を検出するエジェクタロッド移動速度検出器は、エジェクタモータエンコーダに限定されず、一般的なものを使用できる。
(射出装置)
射出装置300の説明では、型締装置100の説明やエジェクタ装置200の説明とは異なり、充填時のスクリュ330の移動方向(例えばX軸負方向)を前方とし、計量時のスクリュ330の移動方向(例えばX軸正方向)を後方として説明する。
射出装置300はスライドベース301に設置され、スライドベース301は射出装置フレーム920に対し進退自在に配置される。射出装置300は、金型装置800に対し進退自在に配置される。射出装置300は、金型装置800にタッチし、シリンダ310内で計量された成形材料を、金型装置800内のキャビティ空間801に充填する。射出装置300は、例えば、成形材料を加熱するシリンダ310と、シリンダ310の前端部に設けられるノズル320と、シリンダ310内に進退自在に且つ回転自在に配置されるスクリュ330と、スクリュ330を回転させる計量モータ340と、スクリュ330を進退させる射出モータ350と、射出モータ350とスクリュ330の間で伝達される荷重を検出する荷重検出器360と、を有する。
シリンダ310は、供給口311から内部に供給された成形材料を加熱する。成形材料は、例えば樹脂などを含む。成形材料は、例えばペレット状に形成され、固体の状態で供給口311に供給される。供給口311はシリンダ310の後部に形成される。シリンダ310の後部の外周には、水冷シリンダなどの冷却器312が設けられる。冷却器312よりも前方において、シリンダ310の外周には、バンドヒータなどの加熱器313と温度検出器314とが設けられる。
シリンダ310は、シリンダ310の軸方向(例えばX軸方向)に複数のゾーンに区分される。複数のゾーンのそれぞれに加熱器(加熱部の一例)313と温度検出器(検出部の一例)314とが設けられる。複数のゾーンのそれぞれに設定温度が設定され、温度検出器314の検出温度が設定温度になるように、制御装置700が加熱器313を制御する。
ノズル320は、シリンダ310の前端部に設けられ、金型装置800に対し押し付けられる。ノズル320の外周には、加熱器313と温度検出器314とが設けられる。ノズル320の検出温度が設定温度になるように、制御装置700が加熱器313を制御する。
スクリュ330は、シリンダ310内に回転自在に且つ進退自在に配置される。スクリュ330を回転させると、スクリュ330の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ310からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ330の前方に送られシリンダ310の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ330が後退させられる。その後、スクリュ330を前進させると、スクリュ330前方に蓄積された液状の成形材料がノズル320から射出され、金型装置800内に充填される。
スクリュ330の前部には、スクリュ330を前方に押すときにスクリュ330の前方から後方に向かう成形材料の逆流を防止する逆流防止弁として、逆流防止リング331が進退自在に取付けられる。
逆流防止リング331は、スクリュ330を前進させるときに、スクリュ330前方の成形材料の圧力によって後方に押され、成形材料の流路を塞ぐ閉塞位置(図2参照)までスクリュ330に対し相対的に後退する。これにより、スクリュ330前方に蓄積された成形材料が後方に逆流するのを防止する。
一方、逆流防止リング331は、スクリュ330を回転させるときに、スクリュ330の螺旋状の溝に沿って前方に送られる成形材料の圧力によって前方に押され、成形材料の流路を開放する開放位置(図1参照)までスクリュ330に対し相対的に前進する。これにより、スクリュ330の前方に成形材料が送られる。
逆流防止リング331は、スクリュ330と共に回転する共回りタイプと、スクリュ330と共に回転しない非共回りタイプのいずれでもよい。
なお、射出装置300は、スクリュ330に対し逆流防止リング331を開放位置と閉塞位置との間で進退させる駆動源を有していてもよい。
計量モータ340は、スクリュ330を回転させる。スクリュ330を回転させる駆動源は、計量モータ340には限定されず、例えば油圧ポンプなどでもよい。
射出モータ350は、スクリュ330を進退させる。射出モータ350とスクリュ330との間には、射出モータ350の回転運動をスクリュ330の直線運動に変換する運動変換機構などが設けられる。運動変換機構は、例えばねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを有する。ねじ軸とねじナットの間には、ボールやローラなどが設けられてよい。スクリュ330を進退させる駆動源は、射出モータ350には限定されず、例えば油圧シリンダなどでもよい。
荷重検出器360は、射出モータ350とスクリュ330との間で伝達される荷重を検出する。検出した荷重は、制御装置700で圧力に換算される。荷重検出器360は、射出モータ350とスクリュ330との間の荷重の伝達経路に設けられ、荷重検出器360に作用する荷重を検出する。
荷重検出器360は、検出した荷重の信号を制御装置700に送る。荷重検出器360によって検出される荷重は、スクリュ330と成形材料との間で作用する圧力に換算され、スクリュ330が成形材料から受ける圧力、スクリュ330に対する背圧、スクリュ330から成形材料に作用する圧力などの制御や監視に用いられる。
なお、成形材料の圧力を検出する圧力検出器は、荷重検出器360に限定されず、一般的なものを使用できる。例えば、ノズル圧センサ、又は型内圧センサが用いられてもよい。ノズル圧センサは、ノズル320に設置される。型内圧センサは、金型装置800の内部に設置される。
射出装置300は、制御装置700による制御下で、計量工程、充填工程および保圧工程などを行う。充填工程と保圧工程とをまとめて射出工程と呼んでもよい。
計量工程では、計量モータ340を駆動してスクリュ330を設定回転速度で回転させ、スクリュ330の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ330の前方に送られシリンダ310の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ330が後退させられる。スクリュ330の回転速度は、例えば計量モータエンコーダ341を用いて検出する。計量モータエンコーダ341は、計量モータ340の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置700に送る。なお、スクリュ330の回転速度を検出するスクリュ回転速度検出器は、計量モータエンコーダ341に限定されず、一般的なものを使用できる。
計量工程では、スクリュ330の急激な後退を制限すべく、射出モータ350を駆動してスクリュ330に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ330に対する背圧は、例えば荷重検出器360を用いて検出する。スクリュ330が計量完了位置まで後退し、スクリュ330の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が完了する。
計量工程におけるスクリュ330の位置および回転速度は、一連の設定条件として、まとめて設定される。例えば、計量開始位置、回転速度切換位置および計量完了位置が設定される。これらの位置は、前側から後方に向けてこの順で並び、回転速度が設定される区間の始点や終点を表す。区間毎に、回転速度が設定される。回転速度切換位置は、1つでもよいし、複数でもよい。回転速度切換位置は、設定されなくてもよい。また、区間毎に背圧が設定される。
充填工程では、射出モータ350を駆動してスクリュ330を設定移動速度で前進させ、スクリュ330の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置800内のキャビティ空間801に充填させる。スクリュ330の位置や移動速度は、例えば射出モータエンコーダ351を用いて検出する。射出モータエンコーダ351は、射出モータ350の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置700に送る。スクリュ330の位置が設定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切換(所謂、V/P切換)が行われる。V/P切換が行われる位置をV/P切換位置とも呼ぶ。スクリュ330の設定移動速度は、スクリュ330の位置や時間などに応じて変更されてもよい。
充填工程におけるスクリュ330の位置および移動速度は、一連の設定条件として、まとめて設定される。例えば、充填開始位置(「射出開始位置」とも呼ぶ。)、移動速度切換位置およびV/P切換位置が設定される。これらの位置は、後側から前方に向けてこの順で並び、移動速度が設定される区間の始点や終点を表す。区間毎に、移動速度が設定される。移動速度切換位置は、1つでもよいし、複数でもよい。移動速度切換位置は、設定されなくてもよい。
スクリュ330の移動速度が設定される区間毎に、スクリュ330の圧力の上限値が設定される。スクリュ330の圧力は、荷重検出器360によって検出される。スクリュ330の圧力が設定圧力以下である場合、スクリュ330は設定移動速度で前進される。一方、スクリュ330の圧力が設定圧力を超える場合、金型保護を目的として、スクリュ330の圧力が設定圧力以下となるように、スクリュ330は設定移動速度よりも遅い移動速度で前進される。
なお、充填工程においてスクリュ330の位置がV/P切換位置に達した後、V/P切換位置にスクリュ330を一時停止させ、その後にV/P切換が行われてもよい。V/P切換の直前において、スクリュ330の停止の代わりに、スクリュ330の微速前進または微速後退が行われてもよい。また、スクリュ330の位置を検出するスクリュ位置検出器、およびスクリュ330の移動速度を検出するスクリュ移動速度検出器は、射出モータエンコーダ351に限定されず、一般的なものを使用できる。
保圧工程では、射出モータ350を駆動してスクリュ330を前方に押し、スクリュ330の前端部における成形材料の圧力(以下、「保持圧力」とも呼ぶ。)を設定圧に保ち、シリンダ310内に残る成形材料を金型装置800に向けて押す。金型装置800内での冷却収縮による不足分の成形材料を補充できる。保持圧力は、例えば荷重検出器360を用いて検出する。保持圧力の設定値は、保圧工程の開始からの経過時間などに応じて変更されてもよい。保圧工程における保持圧力および保持圧力を保持する保持時間は、それぞれ複数設定されてよく、一連の設定条件として、まとめて設定されてよい。
保圧工程では金型装置800内のキャビティ空間801の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間801の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間801からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間801内の成形材料の固化が行われる。成形サイクル時間の短縮を目的として、冷却工程中に計量工程が行われてよい。
なお、本実施形態の射出装置300は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式などでもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内には、スクリュが回転自在に且つ進退不能に配置され、またはスクリュが回転自在に且つ進退自在に配置される。一方、射出シリンダ内には、プランジャが進退自在に配置される。
また、本実施形態の射出装置300は、シリンダ310の軸方向が水平方向である横型であるが、シリンダ310の軸方向が上下方向である竪型であってもよい。竪型の射出装置300と組み合わされる型締装置は、竪型でも横型でもよい。同様に、横型の射出装置300と組み合わされる型締装置は、横型でも竪型でもよい。
(移動装置)
移動装置400の説明では、射出装置300の説明と同様に、充填時のスクリュ330の移動方向(例えばX軸負方向)を前方とし、計量時のスクリュ330の移動方向(例えばX軸正方向)を後方として説明する。
移動装置400は、金型装置800に対し射出装置300を進退させる。また、移動装置400は、金型装置800に対しノズル320を押し付け、ノズルタッチ圧力を生じさせる。移動装置400は、液圧ポンプ410、駆動源としてのモータ420、液圧アクチュエータとしての液圧シリンダ430などを含む。
液圧ポンプ410は、第1ポート411と、第2ポート412とを有する。液圧ポンプ410は、両方向回転可能なポンプであり、モータ420の回転方向を切換えることにより、第1ポート411および第2ポート412のいずれか一方から作動液(例えば油)を吸入し他方から吐出して液圧を発生させる。なお、液圧ポンプ410はタンクから作動液を吸引して第1ポート411および第2ポート412のいずれか一方から作動液を吐出することもできる。
モータ420は、液圧ポンプ410を作動させる。モータ420は、制御装置700からの制御信号に応じた回転方向および回転トルクで液圧ポンプ410を駆動する。モータ420は、電動モータであってよく、電動サーボモータであってよい。
液圧シリンダ430は、シリンダ本体431、ピストン432、およびピストンロッド433を有する。シリンダ本体431は、射出装置300に対して固定される。ピストン432は、シリンダ本体431の内部を、第1室としての前室435と、第2室としての後室436とに区画する。ピストンロッド433は、固定プラテン110に対して固定される。
液圧シリンダ430の前室435は、第1流路401を介して、液圧ポンプ410の第1ポート411と接続される。第1ポート411から吐出された作動液が第1流路401を介して前室435に供給されることで、射出装置300が前方に押される。射出装置300が前進され、ノズル320が固定金型810に押し付けられる。前室435は、液圧ポンプ410から供給される作動液の圧力によってノズル320のノズルタッチ圧力を生じさせる圧力室として機能する。
一方、液圧シリンダ430の後室436は、第2流路402を介して液圧ポンプ410の第2ポート412と接続される。第2ポート412から吐出された作動液が第2流路402を介して液圧シリンダ430の後室436に供給されることで、射出装置300が後方に押される。射出装置300が後退され、ノズル320が固定金型810から離間される。
なお、本実施形態では移動装置400は液圧シリンダ430を含むが、本発明はこれに限定されない。例えば、液圧シリンダ430の代わりに、電動モータと、その電動モータの回転運動を射出装置300の直線運動に変換する運動変換機構とが用いられてもよい。
(制御装置)
制御装置700は、例えばコンピュータで構成され、図1~図2に示すようにCPU(Central Processing Unit)701と、メモリなどの記憶媒体702と、入力インタフェース703と、出力インタフェース704とを有する。制御装置700は、記憶媒体702に記憶されたプログラムをCPU701に実行させることにより、各種の制御を行う。また、制御装置700は、入力インタフェース703で外部からの信号を受信し、出力インタフェース704で外部に信号を送信する。
制御装置700は、計量工程、型閉工程、昇圧工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、脱圧工程、型開工程、および突き出し工程などを繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。成形品を得るための一連の動作、例えば計量工程の開始から次の計量工程の開始までの動作を「ショット」または「成形サイクル」とも呼ぶ。また、1回のショットに要する時間を「成形サイクル時間」または「サイクル時間」とも呼ぶ。
一回の成形サイクルは、例えば、計量工程、型閉工程、昇圧工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、脱圧工程、型開工程、および突き出し工程をこの順で有する。ここでの順番は、各工程の開始の順番である。充填工程、保圧工程、および冷却工程は、型締工程の間に行われる。型締工程の開始は充填工程の開始と一致してもよい。脱圧工程の完了は型開工程の開始と一致する。
なお、成形サイクル時間の短縮を目的として、同時に複数の工程を行ってもよい。例えば、計量工程は、前回の成形サイクルの冷却工程中に行われてもよく、型締工程の間に行われてよい。この場合、型閉工程が成形サイクルの最初に行われることとしてもよい。また、充填工程は、型閉工程中に開始されてもよい。また、突き出し工程は、型開工程中に開始されてもよい。ノズル320の流路を開閉する開閉弁が設けられる場合、型開工程は、計量工程中に開始されてもよい。計量工程中に型開工程が開始されても、開閉弁がノズル320の流路を閉じていれば、ノズル320から成形材料が漏れないためである。
なお、一回の成形サイクルは、計量工程、型閉工程、昇圧工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、脱圧工程、型開工程、および突き出し工程以外の工程を有してもよい。
例えば、保圧工程の完了後、計量工程の開始前に、スクリュ330を予め設定された計量開始位置まで後退させる計量前サックバック工程が行われてもよい。計量工程の開始前にスクリュ330の前方に蓄積された成形材料の圧力を削減でき、計量工程の開始時のスクリュ330の急激な後退を防止できる。
また、計量工程の完了後、充填工程の開始前に、スクリュ330を予め設定された充填開始位置(「射出開始位置」とも呼ぶ。)まで後退させる計量後サックバック工程が行われてもよい。充填工程の開始前にスクリュ330の前方に蓄積された成形材料の圧力を削減でき、充填工程の開始前のノズル320からの成形材料の漏出を防止できる。
制御装置700は、ユーザによる入力操作を受け付ける操作装置750や画面を表示する表示装置760と接続されている。操作装置750および表示装置760は、例えばタッチパネル770で構成され、一体化されてよい。表示装置760としてのタッチパネル770は、制御装置700による制御下で、画面を表示する。タッチパネル770の画面には、例えば、射出成形機10の設定、現在の射出成形機10の状態等の情報が表示されてもよい。また、タッチパネル770の画面には、例えば、ユーザによる入力操作を受け付けるボタン、入力欄等の操作部が表示されてもよい。操作装置750としてのタッチパネル770は、ユーザによる画面上の入力操作を検出し、入力操作に応じた信号を制御装置700に出力する。これにより、例えば、ユーザは、画面に表示される情報を確認しながら、画面に設けられた操作部を操作して、射出成形機10の設定(設定値の入力を含む)等を行うことができる。また、ユーザが画面に設けられた操作部を操作することにより、操作部に対応する射出成形機10の動作を行わせることができる。なお、射出成形機10の動作は、例えば、型締装置100、エジェクタ装置200、射出装置300、移動装置400等の動作(停止も含む)であってもよい。また、射出成形機10の動作は、表示装置760としてのタッチパネル770に表示される画面の切り替え等であってもよい。
なお、本実施形態の操作装置750および表示装置760は、タッチパネル770として一体化されているものとして説明したが、独立に設けられてもよい。また、操作装置750は、複数設けられてもよい。操作装置750および表示装置760は、型締装置100(より詳細には固定プラテン110)の操作側(Y軸負方向)に配置される。
[機械学習システムの概念]
図3は、本実施形態に係る射出成形機の機械学習システムSYSの構成を例示した図である。図3に示されるように、機械学習システムSYSは、学習装置1300と、テスト用射出成形機1350と、射出成形機10とで構成されている。
テスト用射出成形機1350は、工場内に恒常的に設置される機械学習を行うための射出成形機とする。テスト用射出成形機1350の構成は、射出成形機10と同様として説明を省略する。
本実施形態に係るテスト用射出成形機1350は、工場内のオペレータによる設定に従って、成形品を製造する。そして、テスト用射出成形機1350は、成形品の射出成形を行う際に設定された設定情報と、当該設定情報で射出成形を行っている間に計測された計測情報と、を学習装置1300に出力する。設定情報及び計測情報は、機械学習を行うために利用される情報とする。
また、学習装置1300は、例えば、工場等に設置されるオンプレミスサーバであってもよいし、クラウドサーバであってよい。さらには、学習装置1300は、工場等に配置される定置型の端末装置、又は可搬型の端末装置(携帯端末)であってもよい。定置型の端末装置には、例えば、デスクトップ型のPC(Personal Computer)が含まれてよい。また、携帯型の端末装置には、例えば、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップ型のPC等が含まれてよい。
学習装置1300は、テスト用射出成形機1350から入力された設定情報及び計測情報に基づいて教師データを生成し、当該教師データを用いて機械学習を行うことで、学習済みモデルLMを生成する。
設定情報とは、射出成形を行うための設定を示した情報であって、射出成形を繰り返し行うことで、最適な設定が導かれる情報である。本実施形態では、設定情報が型締力設定値の場合について説明するが、本実施形態は、設定情報を型締力設定値に制限するものではない。
設定情報としては、射出成形を行うための設定であって、特に、射出成形を行う条件や環境に応じて調整が必要な情報が好ましい。設定情報としては、例えば、VP切替位置、保圧設定、充填速度設定、充填圧力、背圧設定に適用してもよい。さらには、計量に関する設定情報として、計量回転速度、計量遅延、計量完了位置に適用してもよい。さらに、型締めに関する設定情報として、型締力設定値以外にも、昇圧タイミング、型開閉速度、型開位置に適用してもよい。さらにはエジェクタ装置200に関する設定情報として、エジェクタ突き出し位置、エジェクタ突き出し圧力、エジェクタ速度、エジェクタ圧縮タイミングを適用してもよい。さらには、射出成形機10内の温度に関する設定情報として、シリンダ温度設定、ノズル温度設定、水冷温度、金型温度を適用してもよい。
計測情報とは、設定情報に基づいて設定されたパラメータで射出成形が行われている間に計測された情報である。本実施形態では、射出成形が行われている間に変化する実績値を示した波形データを、計測情報として用いた例とする。設定情報が型締力設定値の場合、波形データの実績値は、タイバー歪検出器141(検出部の一例)の検出結果として計測された型締力とする。
学習済みモデルLMとは、型締力設定値と、型締力の変化を示した波形データと、を読み込んで機械学習した学習済みモデルである。そして、学習済みモデルLMは、波形データが入力された場合に、型締力設定値を修正した情報(以下、型締力修正値とも称する)が出力される。なお、学習済みモデルLMの具体的な生成手法、及び利用態様については後述する。
学習装置1300は、生成した学習済みモデルLMを、テスト用射出成形機1350に出力してもよい。テスト用射出成形機1350が、学習済みモデルLMを用いて修正された型締力設定値で射出成形を繰り返して行うことで、当該学習済みモデルLMが出力する修正設定情報の信頼度合いが計測できる。
そして、学習装置1300は、生成された学習済みモデルLMと、計測された信頼度合いに基づいた信頼係数と、を射出成形機10の制御装置700の記憶媒体702に登録する。信頼係数については後述する。
射出成形機10は、学習済みモデルLM等が登録された状態で工場から出荷される。これにより出荷先で射出成形機10が利用される場合に、機械学習を行うことなく、型締力設定値(設定情報の一例)の調整が可能なため、作業者の負担を軽減できる。
[学習装置のハードウェア構成、及び機能構成の一例]
次に、図4を参照して、学習装置1300による、学習済みモデルLMを生成するための機能構成の一例について説明する。
図4は、本実施形態に係る学習装置1300のハードウェア構成及び機能構成の一例を示す図である。
学習装置1300の機能は、任意のハードウェア又は任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現される。例えば、図4に示すように、学習装置1300は、バス1308で接続される、入力装置1301、補助記憶装置1302、メモリ装置1303、表示装置1304、通信インタフェース1305、外部インタフェース1306、及びCPU1307を含む。
入力装置1301は、ユーザから各種入力を受け付ける。入力装置1301は、例えば、ユーザからの機械的な操作入力を受け付ける操作入力装置を含む。また、操作入力装置は、例えば、表示装置1304に実装されるタッチパネル、表示装置1304とは別に設けられるタッチパッド等を含む。
補助記憶装置1302は、インストールされた各種プログラムを格納すると共に、各種処理に必要なファイルやデータ等を格納する。補助記憶装置1302は、例えば、HDD(Hard Disc Drive)やSSD(Solid State Drive)やフラッシュメモリ等を含む。
メモリ装置1303は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置1302からプログラムを読み出して格納する。メモリ装置1303は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)を含む。
表示装置1304は、ユーザに向けて、情報画面や操作画面を表示する。例えば、表示装置1304には、上述の遠隔操作用表示装置が含まれる。表示装置1304は、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等である。
通信インタフェース1305は、外部機器と通信可能に接続するためのインタフェースとして用いられる。これにより、学習装置1300は、通信インタフェース1305を通じて、例えば、射出成形機10等の外部機器と通信することができる。また、通信インタフェース1305は、接続される機器との間の通信方式等によって、複数の種類の通信インタフェースを有してもよい。
外部インタフェース1306は、(図示しない)記録媒体からデータの読み取りや記録媒体へのデータの書き込みのためのインタフェースとして機能する。記録媒体には、例えば、フレキシブルディスク、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)、SDメモリカード、USBメモリ等が含まれる。これにより、学習装置1300は、記録媒体を通じて、処理で利用する各種データを読み込み、補助記憶装置1302に格納したり、各種機能を実現するプログラムをインストールしたりすることができる。
CPU1307は、補助記憶装置1302からメモリ装置1303にロードされた各種プログラムを実行し、プログラムに従って学習装置1300に関する各種機能を実現する。
学習装置1300のCPU1307は、補助記憶装置1302に格納されているプログラムを実行する。これにより、CPU1307は、機能部として、データ取得部1311と、設定部1312と、学習部1313と、テスト用出力部1314と、テスト結果取得部1315と、係数算出部1316と、出力部1317と、を含む。
データ取得部1311は、テスト用射出成形機1350から、機械学習に用いる型締力設定値(設定情報の一例)と、型締力の変化を示した波形データ(計測情報の一例)と、の組み合わせを複数取得する。取得する型締力設定値及び波形データの数は、特に制限するものではなく、学習済みモデルLMを生成可能な数であればよい。
設定部1312は、データ取得部1311が取得した、型締力設定値と、波形データと、の組み合わせから、教師データを生成する。本実施形態に係る設定部1312は、複数の波形データを、表示装置1304に表示させる。オペレータは、表示された波形データに対して、正解条件を設定する。
正解条件とは、複数の波形データのうち、適切な成形品が生成された際に計測された波形データを示したものである。正解条件が設定される波形データは、1つ又は複数設定されてもよい。
図5は、データ取得部1311が取得した複数の波形データを例示した図である。図5に示される例では、縦軸が実績値であり、横軸が時間軸とする。図5に示される例では、波形データ1601~1606が表されている。実績値とは実際に計測された型締力とする。
図5に示されるように、波形データ1601~1606は、型締力設定値に応じて、型締力の実績値が異なった例である。波形データ1601~1606は、時刻t0からの実績値の変化度合いが異なっている。適切な成形品が生成された際に計測された波形データは、波形データ1603である。適切な成形品が生成される際の波形データの形状は、波形データ1603で示されるような形状となる傾向にある。このため、オペレータは、変化度合いが適切と判断した波形データ1603を正解条件として設定し、それ以外の波形データ1601、1602、1604~1606を、良くない条件として設定する。
図4に戻り、設定部1312は、データ取得部1311が取得した、型締力設定値と、波形データと、の組み合わせに対して、オペレータの操作に従って、正解条件か否かを示したフラグが設定されたデータを、教師データとして生成する。
学習部1313は、設定部1312から出力された複数の教師データに基づいた機械学習を行うことで、学習済みモデルLMを生成する。つまり、学習部1313は、教師データの各々に含まれる、型締力設定値、波形データ、正解条件か否かを示したフラグを読み込んで機械学習を行い、学習済みモデルLMを生成する。生成された学習済みモデルLMは、射出成形機10で計測された波形データを入力することで、正解条件である波形データが計測されるような、型締力修正値(型締力設定値を修正した情報)を出力できる。
学習済みモデルLMは、ベースの学習モデルに対して、教師あり学習が適用されることにより生成される。具体的には、学習部1313は、入力としての波形データと、出力としての正解(型締力修正値)との組み合わせによる教師データの集まり(教師データセット)に基づいて、機械学習を行うことで、学習済みモデルLMを生成する。
また、学習済みモデルLMは、既存の学習済みモデルLMに新たな教師データセットを追加学習させることにより、更新されてもよい。
学習済みモデルLMの生成に用いる機械学習としては、例えば、ディープニューラルネットワーク(DNN:Deep Neural Network)用いた機械学習であって、深層学習(ディープラーニング)を適用する。
テスト用出力部1314は、学習部1313により生成された学習済みモデルLMを、テスト用射出成形機1350の制御装置700に出力する。学習済みモデルLMを、テスト用射出成形機1350の制御装置700に出力する手法はどのような手法でもよく、例えば、工場内に設けられた所定の通信回線を通じて、テスト用射出成形機1350の制御装置700に送信してもよい。
テスト結果取得部1315は、テスト用射出成形機1350から、学習済みモデルLMを用いて射出成形を行った場合のテスト結果を取得する。テスト結果とは、学習済みモデルLMによって出力された型締力修正値(型締力設定値を修正した情報)と、当該型締力修正値を用いて射出成形が行われた場合の波形データと、を取得する。
テスト用射出成形機1350においては、初期の型締力設定値で射出成形を行うことで計測された波形データを、学習済みモデルLMに入力する。これにより、学習済みモデルLMは、型締力修正値を出力する。そして、テスト用射出成形機1350は、当該型締力修正値を、型締力設定値として用いて射出成形を行う。そして、テスト用射出成形機1350は、型締力修正値を用いて射出成形が行われている間に計測された波形データを取得する。テスト用射出成形機1350は、当該処理を繰り返すことで、型締力修正値と波形データの組み合わせをテスト結果として取得し、当該テスト結果を学習装置1300に出力する。
係数算出部1316は、テスト用射出成形機1350から入力されたテスト結果に基づいて、テスト用射出成形機1350に出力されている学習済みモデルLMの信頼度合いを示した信頼係数を算出する。
信頼係数は、適切な成形品を出力する(正解である)型締力設定値を基準とした、学習済みモデルLMが出力した型締力修正値の信頼度合いに基づいたゲインとする。図6、及び図7を参照して、学習済みモデルLMが出力した型締力修正値の信頼度合いを説明する。
図6、及び図7は、適切な成形品を出力する(正解である)型締力設定値を基準とした、学習済みモデルLMが出力した型締力修正値のばらつき度合いを示した図である。図6及び図7は、それぞれ異なる学習済みモデルLMによって出力された型締力修正値のばらつき度合いを示している。
図6、及び図7の縦軸は、型締力設定値に対する、型締力修正値の修正量(型締力修正値-型締力設定値)を示している。型締力修正値は、当該型締力設定値を用いた射出成形で計測された波形データが学習済みモデルLMに入力された場合に当該学習済みモデルLMが出力した値とする。横軸は、予め設定された型締力設定値に対して、正解となる型締力修正値の修正量(正解となる型締力修正値-型締力設定値)を示している。図6及び図7は、予め設定された型締力設定値に対する、修正量の大きさが"0%"~"100%"の範囲内となる場合について示している。
図6に示される第1の学習済みモデルLMでは、第1の学習済みモデルLMによる修正量と、正解の修正量との間のばらつきが、基準線1701を基準として、下限1703と上限1702との範囲内に収まっている。
これに対して、図7に示される第2の学習済みモデルLMでは、第2の学習済みモデルLMによる修正量と、正解の修正量との間のばらつきが、基準線1801を基準として、下限1803と上限1802との範囲内に収まっている。
つまり、図6で示される第1の学習済みモデルLMが出力する型締力修正値は、図7で示される第2の学習済みモデルLMが出力する型締力修正値と比べて、ばらつきが小さい。
そして、係数算出部1316は、学習済みモデルLMごとに、当該ばらつきに応じて、信頼係数を算出する。
本実施形態に係る信頼係数は、例えば、学習済みモデルLMから出力された型締力修正値の修正量に対するゲインであって、'0'~'1'の間の数値である。学習済みモデルLMの信頼度合いが大きくなるほど、信頼係数は大きい値となる。
係数算出部1316は、図6に示される例では、下限1703と上限1702との差1704に基づいて信頼係数を算出する。同様に、係数算出部1316は、図7に示される例では、下限1803と上限1802との差1804に基づいて信頼係数を算出する。係数算出部1316は、上限と下限との差が小さいほど、信頼係数として大きい値が設定される。これにより、ばらつきに応じた信頼係数が算出される。
図4に戻り、出力部1317は、学習部1313により生成された学習済みモデルLM、及び係数算出部1316により算出された信頼係数を、射出成形機10の制御装置700に出力する。学習済みモデルLM及び信頼係数を、射出成形機10の制御装置700に出力する手法はどのような手法でもよく、工場内に設けられた所定の通信回線を通じて、射出成形機10の制御装置700に送信してもよい。さらには、出力部1317は、所定の記録媒体に、学習済みモデルLM及び信頼係数を書き込んでもよい。これにより、所定の記憶媒体を介して、射出成形機10の制御装置700に学習済みモデルLMを登録できる。このように、射出成形機10の制御装置700への学習済みモデルLM及び信頼係数の登録は、射出成形機10の出荷前に工場等で行う。なお、学習済みモデルLM及び信頼係数の登録は、出荷前に制限するものではなく、例えば、出荷後に公衆の通信回線等を用いて行ってもよい。
図8は、本実施形態に係るテスト用射出成形機1350と、学習装置1300と、の間で行われる処理の流れを示した概念図である。
図8に示されるように、テスト用射出成形機1350は、第1設定情報(型締力設定値)及び第1波形データの組み合わせと、第2設定情報(型締力設定値)及び第2波形データの組み合わせと、第3設定情報(型締力設定値)及び第3波形データの組み合わせと、を、学習装置1300に出力する(S1501)。なお、テスト用射出成形機1350から、学習装置1300に出力される設定情報及び波形データの組み合わせは、3個に制限するものではなく、学習済みモデルLMを生成するために必要な数が入力される。
設定部1312は、入力された設定情報及び波形データの組み合わせ毎に、正解条件であるか否かを設定して、教師データを生成する(S1502)。
学習部1313は、モデルIMに対して、設定部1312から出力された複数の教師データに基づいた機械学習を行うことで、学習済みモデルLMを生成する(S1503)。
テスト用出力部1314が、テスト要求と共に、学習済みモデルLMを、テスト用射出成形機1350に出力する(S1504)。これにより、テスト用射出成形機1350が、学習済みモデルLMを用いた、射出成形のテストを行う。
そして、テスト用出力部1314は、学習済みモデルLMを用いた成形のテスト結果を、学習装置1300に出力する(S1505)。
そして、学習装置1300の係数算出部1316は、テスト結果から、学習済みモデルLMの信頼係数を算出する(S1506)。信頼係数の算出手法は、上述したとおりなので説明を省略する。
そして、出力部1317は、学習済みモデルLM及び信頼係数を、射出成形機10に出力する。
学習装置1300及びテスト用射出成形機1350は、上述した処理を行うことで、射出成形機10の制御装置700に、学習済みモデルLM及び信頼係数が登録される。
[射出成形機の制御装置の機能構成]
図9は、本実施形態に係る制御装置700の構成要素を機能ブロックで示す図である。図9に図示される各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部または一部を、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPU701にて実行されるプログラムにて実現される。または各機能ブロックをワイヤードロジックによるハードウェアとして実現してもよい。図9に示すように、制御装置700は、入力受付部711と、条件算出部712と、動作制御部713と、取得部714と、情報生成部715と、補正部716と、表示制御部717と、を備える。
また、制御装置700の記憶媒体702には、学習済みモデルLMと、信頼係数722と、を記憶している。学習済みモデルLM、及び信頼係数722は、射出成形機10の出荷前に、学習装置1300に登録された情報とする。上述したように、学習済みモデルLMは、射出成形機10の出荷する段階で既に学習済みである。
入力受付部711は、入力インタフェース703を介して、操作装置750からのユーザによる入力操作を受け付ける。
入力受付部711は、入力操作として、射出成形機10が射出成形を行うための条件に関する設定情報を受け付ける。本実施形態では、受け付ける設定情報が、型締力設定値の場合とする。
条件算出部712は、入力を受け付けた設定情報に従って射出成形を行うためのパラメータを算出する。例えば、条件算出部712は、型締力設定値が入力された場合に、型締力設定値で示された型締力が出力されるような、クロスヘッド151の位置を算出する。
動作制御部713は、条件算出部712によって算出されたパラメータに従って、射出成形機10の動作を制御する。例えば、動作制御部713は、条件算出部712によって算出されたパラメータを用いて、計量工程、型閉工程、昇圧工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、脱圧工程、型開工程、および突き出し工程などを行うことで、成形品を製造する。
取得部714は、動作制御部713によって成形品が製造されている間に計測された型締力の実績値を示した波形データ(計測情報の一例)を取得する。
情報生成部715は、学習済みモデルLMを用いて、取得部714が取得した波形データを入力して、型締力修正値(修正設定情報の一例)を生成する。出力された型締力修正値は、正解条件が設定された波形データが出力されるように修正された型締力設定値である。
補正部716は、学習済みモデルLMに対応する信頼係数722を用いて、情報生成部715により生成された型締力修正値を補正する。
本実施形態に係る補正部716は、型締力修正値に含まれる修正量(型締力修正値-型締力設定値)に信頼係数722を乗算した後、信頼係数722を乗算した修正量に、型締力設定値を加算する。当該演算によって、型締力修正値が、学習済みモデルLMの信頼度に応じて調整されたことになる。換言すれば、補正部716は、信頼係数722に基づいて補正された型締力修正値を生成できる。
なお、本実施形態は、信頼係数722を用いた型締力修正値の補正として、修正量に信頼係数722を乗算する手法を説明したが、信頼係数722を用いた修正設定情報の補正手法であれば、どのような手法を用いてもよい。
その後、条件算出部712が、信頼係数722に基づいて補正された型締力修正値を、型締力設定値とし、当該型締力設定値に示された型締力が出力されるような、クロスヘッド151の位置(パラメータ)を算出する。
動作制御部713は、条件算出部712によって算出されたパラメータに従って、射出成形機10の動作を制御する。以降の処理は、上述した処理の繰り返しとなる。
つまり、本実施形態に係る制御装置700は、1)型締力修正値によるパラメータの算出、2)当該パラメータによる動作制御、3)当該動作で計測された波形データの取得、4)波形データを学習済みモデルLMに入力して型締力修正値に出力、5)型締力修正値を信頼係数722によって補正、の処理を繰り返し行う。当該繰り返しによって、補正部716による補正後の型締力修正値が、適切な成形品を出力する型締力設定値になるよう調整される。
表示制御部717は、表示装置760に対して、表示画面を表示するための制御を行う。なお、本実施形態は、表示装置760に表示画面等を出力する例について説明するが、表示画面の出力先を表示装置760に制限するものではない。例えば、表示制御部717は、ネットワークを介して接続された情報処理装置に表示画面等のデータを出力してもよい。
表示制御部717は、初回の成形に必要な型締力設定値の入力可能な欄を含む表示画面を、表示装置760に表示する。さらに、表示制御部717が表示する表示画面には、波形データ、及び型締力修正値のうち少なくとも一つが表示されてもよい。具体的な表示画面については後述する。
[型締力設定値の変化例]
図10は、本実施形態に係る制御装置700にかかる学習済みモデルLMを用いた補正による、型締力設定値(設定情報)変化を例示した図である。
図10に示される例では、1ショット目(S1)は、入力受付部711により入力された型締力設定値が設定される。そして、制御装置700は、1ショット目(S1)で設定された型締力設定値に従って成形品が成形されている間に計測された波形データに基づいて、型締力修正値(修正設定情報の一例)を算出する。そして、制御装置700は、算出された型締力修正値を、2ショット目(S2)の型締力設定値として設定する。
当該処理を繰り返していくことで、型締力設定値が、所定値2003に収束していく。所定値2003は、適切な成形品を出力する型締力設定値(正解の型締力設定値)である。
例えば、補正部716は、n+1ショット目(Sn+1)として生成された型締力修正値(n+2ショット目の型締設定値として用いられる)と、nショット目(Sn)に生成された型締力修正値(n+1ショット目の型締設定値として用いられた)と、の間の差が、予め設定された安定検出範囲よりも小さいか否かを判定する。当該差が、安定検出範囲よりも大きいと判定された場合には、上述した処理を繰り返す。一方、当該差が、安定検出範囲よりも以下と判定された場合には、生成された型締力修正値が、適切な成形品を出力する型締力設定値(正解の型締力設定値)とみなして上述した処理を終了する。なお、安定検出範囲とは、型締力修正値の生成を終了するための条件として予め定められた範囲とする。
図10で示される例では、補正部716は、6ショット目(S6)として生成された型締力修正値と、5ショット目(S5)の型締力修正値と、の間の差が、予め設定された安定検出範囲よりも小さいと判断する。このため、調整中期間2001が終了し、補正完了期間2002に移行する。
そして、6ショット目(S6)以降は、6ショット目(S6)として生成された型締力修正値を、型締力設定値として用いて、射出成形機10の動作を制御する。以降については、適切な型締力設定値を用いた成形品の製造が可能なる。これにより、成形品の品質向上を実現できる。
[表示画面例]
図11は、本実施形態に係る表示制御部717が表示する表示画面の例を示した図である。図11に示されるように、表示画面2100には、自動条件設定欄2101と、初回設定値欄2102と、修正値欄2103と、実測値欄2104と、波形データ欄2105と、設定値の変化表示欄2107と、安定検出範囲設定欄2110と、安定検出ショット数設定欄2111と、調整完了表示欄2112と、モデルバージョンアップ欄2113と、参照ボタン2114と、実行ボタン2115と、が示されている。
自動条件設定欄2101は、型締力設定値の自動補正を行うか否かを設定する欄とする。"入"が設定された場合には、学習済みモデルLMを用いた型締力設定値の補正が行われる。"切"が設定された場合には、型締力設定値の補正は行われない。
初回設定値欄2102は、初回の成形に用いられる型締力設定値の入力欄とする。
波形データ欄2105には、現在設定されている型締力設定値で射出成形を行っている間に計測された、1ショット毎の波形データ2106が表示される。縦軸は、型締力の実績値で、横軸が時間とする。
修正値欄2103は、補正部716によって補正された後の型締力修正値が表示される欄とする。例えば、波形データ欄2105に表された波形データを用いて、上述した演算によって生成された型締力修正値が表示される。
実測値欄2104は、現在設定されている型締力設定値(型締力修正値)で射出成形を行っている間に計測された実績値が表示される欄とする。実測値欄2104に表示される実績値は、波形データ2106の平均値でもよいし、波形データ2106のピークの値でもよい。つまり、上述した条件算出部712は、修正値欄2103に示された型締力修正値に基づいて射出成形機10のパラメータの設定することで、修正値欄2103に示された型締力修正値に、実測値欄2104に示される実績値が近づいていく。
安定検出範囲設定欄2110、及び安定検出ショット数設定欄2111は、型締力設定値の修正処理を終了する条件を示している。
安定検出範囲設定欄2110は、n+1ショット目(Sn+1)のために生成された型締力修正値と、nショット目(Sn)の型締力設定値と、の間の差と比較するための安定検出範囲の設定欄である。当該安定検出範囲の利用手法は、上述したとおりのため、説明を省略する。
安定検出ショット数設定欄2111は、型締力修正値を調整するための安定検出ショット回数の設定欄とする。型締力修正値を修正するために行われたショット数が、安定検出ショット回数と同じ回数になった場合に、型締力修正値の修正を終了する。
調整完了表示欄2112は、安定検出ショット回数に到達して修正が完了するまでの残りショット数が示されている。なお、表示画面2100では修正が完了するまでの条件としてショット数が設定されている例について説明する。しかしながら、修正が完了するまでの条件をショット数に制限するものではなく、時間(例えば分)や、完了までの到達度合い(%)を表示してもよい。
設定値の変化表示欄2107は、経過時間に応じて変化する型締力設定値を示している。図11に示される設定値の変化表示欄2107では、説明のために、初回の型締力設定値2108から適切な型締力設定値2109になるまでに生成された型締力設定値を全てプロットしている。しかしながら、実際には、現在までに生成された型締力設定値のみがプロットされる。
モデルバージョンアップ欄2113、参照ボタン2114、及び実行ボタン2115は、学習済みモデルLMを更新するために用いられる欄とする。
例えば、入力受付部711は、参照ボタン2114の押下を受け付けることで、表示制御部717は、学習済みモデルLMの選択画面を表示する。
そして、モデルバージョンアップ欄2113には、当該選択画面で選択された学習済みモデルLMが表される。
そしてモデルバージョンアップ欄2113に、学習済みモデルLMが表されている状態で、入力受付部711が、実行ボタン2115の押下を受け付けることで、利用する学習済みモデルLMを記憶媒体702に登録することができる。以降の処理については今回登録された学習済みモデルLMが用いられる。
[信頼係数の更新]
本実施形態は、更新対象を学習済みモデルLMに制限するものではない。例えば、信頼係数の更新を行ってもよい。
例えば、射出成形機10の出荷後において、学習済みモデルLMを用いた型締力設定値の補正を行う際に、適切な型締力設定値が導き出されるまで時間を要する場合に、学習済みモデルLMを変更せずに、信頼係数だけを変更することで、適切な型締力設定値が導き出されるまで時間が短縮される場合もある。
そこで、本実施形態にかかる制御装置700は、必要に応じて信頼係数の更新を行ってもよい。信頼係数の更新の手法は、任意の手法を用いてよい。例えば、図11で示したような表示画面に、信頼係数を入力するための入力欄を設けてもよい。そして、入力受付部711が、信頼係数の入力欄に、信頼係数が入力された場合に、制御装置700が、記憶媒体702に記憶されている信頼係数の更新を行う。また、学習装置1300から更新するための信頼係数を受信した場合に、制御装置700が、信頼係数の更新を行うようにしてもよい。
このように、射出成形機10の出荷後に、学習済みモデルLMを変更せずに、信頼係数を変更することで、安定性の向上や、型締力設定値を補正するまでの所要時間の調整を行うことができる。
また、本実施形態は、学習済みモデルLMを更新せずに、信頼係数のみ更新する手法に制限するものではなく、学習済みモデルLMを更新する際に信頼係数の更新を同時に行ってもよい。
[設定情報の修正の処理手順]
図12は、本実施形態に係る制御装置700における型締力設定値(設定情報)の調整手順を示したフローチャートである。本実施形態においては、表示制御部717が、図9に示されるような表示画面を継続的に表示している。
まず、入力受付部711は、表示画面2100の初回設定値欄2102に対する、初回の(射出)成形に用いる型締力設定値の入力を受け付ける(S2201)。
次に、条件算出部712は、入力を受け付けた型締力設定値に従って(射出)成形を行うためのパラメータを算出する(S2202)。
動作制御部713は、算出されたパラメータに従って、射出成形機10の動作を制御し、成形品を製造する(S2203)。
取得部714は、動作制御部713によって成形品が製造されている間に計測された型締力の実績値を示した波形データ(計測情報の一例)を取得する(S2204)。表示画面2100の波形データ欄2105には、取得した波形データが表示される。また、表示画面2100の実測値欄2104は、当該波形データに基づいた実績値が表示される。
情報生成部715は、学習済みモデルLMに波形データを入力することで、型締力修正値を生成する(S2205)。
補正部716は、信頼係数722に基づいて型締力修正値を補正する(S2206)。表示画面2100の修正値欄2103には、補正後の型締力修正値が表示される。設定値の変化表示欄2107には、補正後の型締力修正値が、新たな締結力設定値としてプロットされる。
そして、補正部716は、前回の型締力修正値と、今回の型締力修正値と、の差が安定検出範囲より大きいか否かを判定する(S2207)。当該差が安定検出範囲より小さいと判定した場合(S2207:No)、処理を終了する。
一方、補正部716は、当該差が安定検出範囲より大きいと判定した場合(S2207:Yes)、今回の型締力修正値を導出するためのショット数が、安定検出ショット数以上か否かを判定する(S2208)。今回のショット数が、安定検出ショット数以上と判定した場合(S2208:Yes)、処理を終了する。
補正部716は、今回のショット数が、安定検出ショット数より小さいと判定した場合(S2208:No)、条件算出部712は、S2206で補正された型締力修正値を、型締力設定値とし、当該型締力設定値に従って射出成形を行うためのパラメータを算出する(S2202)。
本実施形態に係る制御装置700は、上述した処理手順で処理を行うことで、適切な成形品を製造するための型締力設定値の調整を容易に行うことができる。
上述した実施形態では、計測情報として波形データを用いた例について説明した。しかしながら、計測情報を波形データに制限するものではなく、成形品の射出成形を行っている間に計測される情報であればよい。例えば、成形品の射出成形を行っている間に、射出成形機10に設けられたセンサ(検出部の一例)によって検出された検出情報でもよい。さらには、成形品の射出成形を行っている間に射出成形機10の制御に用いた電圧信号でもよい。さらには、成形品の射出成形を行っている間に射出成形機10の計測を行っていた外部装置から受信した通信データであってもよい。
また、本実施形態は、計測データは一つに制限するものではなく、複数の情報を組み合わせてもよい。例えば、波形データ、センサ(検出部の一例)によって検出された検出情報、電圧信号、及び通信データの少なくとも2つ以上を組み合わせてもよい。
また、本実施形態は、設定情報が1つ(型締力設定値)の場合について説明した。しかしながら、本実施形態は、設定情報が1つ(型締力設定値)の場合に制限するものではなく、複数の設定情報の組み合わせについて機械学習を行ってもよい。
[作用]
従来は、成形品を見て、射出成形を行うための条件の調整を行っていた。これに対して、本実施形態では、計測情報(例えば、波形データ)と設定情報(例えば、型締力設定値)との対応関係を機械学習している。これにより、本実施形態に係る制御装置700は、学習済みモデルLMを用いて、波形データから、型締力設定値を調整することを可能としている。したがって、職人による設定情報を調整が不要となるため、成形品を製造するために必要な設定の調整負担を軽減できる。
さらには、学習済みモデルLMを用いて、設定情報の調整が容易になったので、調整の労力削減やメンテナンスの頻度を削減できる。
また、学習装置1300で機械学習させた学習済みモデルLMが、射出成形機10に登録されるので、出荷先で機械学習を行うための負担を軽減できる。
本実施形態に係る制御装置700は、学習済みモデルLMの信頼度合いに応じた信頼係数で、設定情報を補正するので、学習済みモデルLMによる設定情報の過修正を抑制できる。さらには、信頼係数を利用することで、設定情報の補正に関して、応答性と安定性を調整することができる。
また、本実施形態に係る制御装置700は、設定情報の修正量が前回と比べて所定の範囲内に含まれる場合に、設定情報の修正を終了するので、設定情報の精度と、設定情報を導き出すまでの時間と、の両立を図ることができる。
本実施形態に係る制御装置700は、設定情報の修正回数が所定の回数に到達した場合に、設定情報の修正を終了するので、設定情報を導き出すまでの時間が遅延することを抑制できる。
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 射出成形機
700 制御装置
702 記憶媒体
711 入力受付部
712 条件算出部
713 動作制御部
714 取得部
715 情報生成部
716 補正部
717 表示制御部
LM 学習済みモデル
722 信頼係数

Claims (6)

  1. 射出成形を行うための設定を示した設定情報を受け付ける受付部と、
    前記設定情報で射出成形を行っている間に計測された計測情報を取得する取得部と、
    前記取得部が取得した前記計測情報を入力して、前記設定情報で示された設定を修正した修正設定情報を出力するための学習済みモデルを記憶する記憶部と、
    を備える射出成形機の制御装置。
  2. 前記記憶部に記憶された前記学習済みモデルは、前記射出成形機の出荷する段階で既に学習済みである、
    請求項1に記載の射出成形機の制御装置。
  3. 前記学習済みモデルの信頼度に基づいて予め設定された信頼係数を用いて、前記学習済みモデルが出力した前記修正設定情報に対する補正を行う補正部をさらに備える、
    請求項1又は2に記載の射出成形機の制御装置。
  4. 前記記憶部は、前記射出成形機の出荷する段階で前記信頼係数を記憶し、
    前記記憶部に記憶された前記信頼係数を変更する制御部を、さらに備える、
    請求項3に記載の射出成形機の制御装置。
  5. 前記計測情報とは、成形を行っている間に、検出部が検出した検出結果、成形のための制御のための電圧信号、及び外部装置から受信した通信データのうちいずれか一つ以上である、
    請求項1乃至4のいずれか一つに記載の射出成形機の制御装置。
  6. 射出成形を行うための設定を示した設定情報の入力可能な欄を含む表示画面を表示する表示制御部と、
    前記欄に入力された前記設定情報で成形を行っている間に計測された計測情報を取得する取得部と、
    前記取得部が取得した前記計測情報を入力して、前記設定情報で示された設定を修正した修正設定情報を出力するための学習済みモデルを記憶する記憶部と、を備え、
    前記表示制御部が表示する前記表示画面には、前記計測情報、及び前記修正設定情報のうち少なくとも一つが表されている、
    射出成形機の表示装置。
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