JPH0780620A - 射出成形装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出成形において，好ましい成形装置制御目
標を確実容易に設定して制御する。 【構成】 金型内流体の流れ解析データをもとに成形装
置制御目標を設定するとき，金型内キャビティを一旦可
視モデル化して検証を行い，必要に応じて補正を加えて
成形装置制御目標を設定して制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイカストマシンや射出
成形機等の射出成形装置の制御方法に関するものであ
り，さらには，その制御プロファイルの製作方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より，射出成形方法においては，成
形条件の最適化とその時間短縮のため，ＣＡＥによる金
型内流体流れ解析が試みられている。しかしながら，成
形条件に関するパラメータは非常に多く，最適化は困難
である。そのため，多くのパラメータを簡略化し，近似
的な条件のもとでＣＡＥを行い，その結果をそのまま成
形装置に入力し，射出成形し，その結果を見ながらトラ
イアンドエラーで最適化を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】その結果，最適化に時
間がかかるとともに，レベルの低いものとなっている。
この様な現象の主な要因は，ＣＡＥが理想マシンを条件
にその制御プロファイルを算出しているにもかかわら
ず，射出成形装置には制御遅れや精度バラツキが存在す
る。しかも，これらは１台単位で異なったものとなって
いる。必然的に，ＣＡＥにより算出された制御プロファ
イルの検証は出来ず，結果的に制御プロファイルがマシ
ン特性により歪められたものとなり、最適化のレベルア
ップを阻止している。

【０００４】前述の従来の方法では，成形条件の最適化
のために，制御目標プロファイルを修正すべきか，制御
パラメータを補正すべきか，判断がつかず，ＣＡＥプロ
グラムの一般化に問題が生じる。本発明は，以上の様な
課題を解決するためになされたもので，ＣＡＥにより算
出された制御プロファイルを可視モデル化した検証装置
により検証し，制御プロファイルの精度を高めた後，射
出成形装置の制御目標とし，実成形結果との比較を行
い，その差を補正する操作はその装置の制御パラメータ
の補正のみで行うようにしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては，金型
内流体の流れ解析データをもとに成形装置制御目標を設
定するとき，金型内キャビティを一旦可視モデル化して
検証を行い，必要に応じて補正を加えて成形装置制御目
標を設定して制御するようにした。なお，可視化モデル
化を簡易３次限化したり，２次限化モデルにＡｒレーザ
を照射し，その照射時間を所定時間ＯＮ−ＯＦＦさせた
り，２次限化を金型キャビティの主要流れ方向の断面に
したりするようにした。

【０００６】

【作用】金型内流体の流れ解析データをもとに成形装置
制御目標を設定し制御するとき，金型内キャビティを一
旦可視モデル化して検証を行い，最適条件の場合は，そ
のまま制御パラメータ設定装置へ入力されて，それに基
づいて成形装置が制御されるが，もし，最適条件でない
場合は，基準データとの比較により求めたパラメータ補
正量が制御パラメータ設定装置へ入力され，それに基づ
いて補正した成形装置制御目標が設定され，成形装置が
制御される。

【０００７】

【実施例】本発明による基本構成を図１に，制御プロフ
ァイル検証装置の構成を図２に示す。図１に示すよう
に，流動解析装置１により算出された制御プロファイル
は制御プロファイル検証装置２に制御データとして入力
され，検証作動パラメータが設定され，検証で作動を実
行し，実流れデータを出力する。出力されたデータが最
適条件でない場合は，それを補正するため，流動解析装
置１のデータを修正し，再び制御プロファイルの算出を
行い，新しい制御プロファイルを出力する。この新しい
プロファイルは初めのプロファイルと同様な検証動作を
行い，最適条件が確認されれば制御パラメータ設定装置
３へ入力される。制御パラメータ設定装置３はこの入力
により各制御パラメータを設定し，射出成形装置作動制
御データとされ，成形作動が行われる。

【０００８】成形作動が完了すれば，射出成形装置４の
作動データと成形品品質データが成形データ比較装置５
へ入力され，予め備えている基準データと比較され，補
正データ生成装置６によりパラメータ補正量を出力す
る。この出力は制御パラメータ設定装置３へ入力され，
パラメータの補正が行われる。この補正は射出成形装置
４の動作誤差のみであるため，その量も少なく，早く最
適化される。

【０００９】次に，制御プロファイル検証装置２等につ
いて，図２により説明する。装置は，例えば，アクリル
樹脂製で可視化の金型１１，アクリル樹脂製の射出スリ
ーブ１２，射出シリンダ１３，射出プランジャ１４，リ
リーフ弁付きの油圧ポンプ１５，電磁流量調整弁１６な
どの射出成形装置４と，図示していない射出速度測定セ
ンサ，金型内圧力測定センサ，レーザ光源２１ａと発光
制御装置２１ｂからなるレーザ発光装置２１，ＬＬＳプ
ローブ２２，ＣＣＤカメラ２３，画像入力装置２４，Ｖ
ＴＲ２５，ＴＢＣタイムペースコレクタ２６，レーザビ
デオディスク２７からなる画像記録装置２８，フレーム
メモリ２９，数値演算プロセッサＲＡＭディスク３０，
フルカラー３１，ソフトウェア３２などからなる画像処
理装置３３，ＶＴＲモニタ３４，画像出力装置３５等か
らなる電気的な制御システム，すなわち，制御プロファ
イル検出装置２を有している。制御システムは，図２に
示すように連結されている。。

【００１０】射出プランジャ１４を下げた状態で射出ス
リーブ１２内に注入された擬似流体１７は，速度制御可
能な油圧ポンプ１５により，射出シリンダ１３の射出プ
ランジャ１４を前進させ，金型１１のキャビティ１８内
に射出される。その流動挙動を，レーザ発光装置２１の
発光制御装置２１ｂで発光制御させたＡｒレーザをスリ
ット状に金型１１に照射させて，ＣＣＤカメラ２３から
画像入力し，画像処理を行う。

【００１１】次に，制御プロファイル検証装置２による
作動順序を説明する。 （１）可視化モデルの設置 検証すべき金型キャビティ１８を透明度の高いアクリル
樹脂等で可視化モデル化し，可視化装置上に固定する。 （２）擬似流体の準備 射出スリーブ１２内に射出成形流動体と等しい粘性流
体，例えばアルミニウム合金の溶湯を用意し，その流体
内にトレーサ粒子を混入させる。

【００１２】（３）レーザ照射の準備 発光制御装置２１ｂとＬＬＳプローブ２２でＡｒレーザ
の発光制御およびスリット状況を調整し，適正なレーザ
発光量に設定する。 （４）画像入力・記録装置の準備 ＣＣＤカメラ２３の調整および画像入力条件設定を行っ
た後，ＶＴＲ２５，レーザビデオディスク２７等に画像
記録ができるようにセットする。

【００１３】（５）射出成形および画像入力・記録 設定された速度で油圧ポンプ１５により，射出シリンダ
１３の射出プランジャ１４を制御前進させ，キャビティ
１８内に溶湯である擬似流体１７を射出させ，その流体
挙動を，ＣＣＤカメラ２３から画像入力および記録によ
り知る。 （６）画像処理 ソフトウェア３２を用いて，記録された画像を必要な画
面ごと，フレームメモリ２９により二値化画像変換を行
い，画像処理を行う。処理結果はＣＲＴ３５上またはビ
デオプリンタ３４により出力される。

【００１４】金型キャビティ１８を可視モデル化する場
合，成形品と全く同一のキャビティ１８にすることが望
ましいが，製作費が高くなったり，製作時間が長くなる
ので，簡易３次限化の手法を使うことも可能である。例
えば，自動車用ホィールの様に基本形状が回転体であれ
ば，流れに添った特定断面を基準に厚みを付け擬似３次
限化モデルでもその効果は充分ある。

【００１５】次に，可視化モデルを使った解析方法の１
実例を説明する。次に示すものは，流跡線解析法であ
る。可視化空間に混入された１００μｍのトレーサ粒子
の動きをＡｒレーザ・ＣＣＤカメラ２３を用い，レーザ
照射をＯＮ／ＯＦＦすると共に，照射時間に長短をつけ
て，画面上に現れる流跡の長さを測定する。画面に現わ
れたひとつひとつの粒子は，連続した流跡線となってお
り，レーザ照射との対応から，流れ方向が決定される。
また，各粒子の照射時間が同一であることから，流跡線
の長さがそのまま速度になっている。

【００１６】この解析法は，Ａｒレーザの照射方法を図
３に示すように工夫して，１画面の画像に露光された流
跡像（トレーサ粒子軌跡）から速度ベクトルを求める方
法である。すなわち，トレーサ粒子軌跡の長短との対応
により流れの方向を判断し，その長さより速度量を算出
するもので，簡単に速度ベクトルを求めることが出来
る。

【００１７】この手法の特徴は，ある流れ場の中に広範
囲の速度ベクトル（低速度〜高速度）が混在した場合や
急激な流れ方向の変化，特に微少部分のうず現象が存在
する場合等において，同一粒子の異なる時刻での位置を
測定することにより速度ベクトルを決定し，連続した４
時刻の瞬間的なトレーサ粒子の画像情報から流れ場の速
度を解析して求める公知の４時刻トレーサ粒子追跡法に
比較して，簡単に流れ場を求めることができることであ
る。さらに，トレーサ粒子を多量に混入させると，レー
ザ照射を工夫することにより，マクロな湯先の流れ挙動
を鮮明に捉えることができる。

【００１８】図４に自由落下を含む流れ場を拡大した可
視化画像の例を示す。可視化画像は８ｍｓｅｃ毎の溶湯
先端の流動挙動を視覚的にうまく捉えていることが観察
できる。なお，マクロ的軌跡による金型内での湯先の流
動挙動の検証を示す図４において，１１ａは上金型，１
１ｂは下金型である。また，図４（ａ）は，溶湯１７の
先端部が水平部分を進行している時，図４（ｂ）は溶湯
１７の先端部が下向に向かって進行している状態を示
す。

【００１９】図５（ａ）〜（ｄ）に，同じモデルの流れ
場を流跡線解析法により求めた画像解析結果を時系列に
示す。図５（ｄ）で観察されるうず現象１７ａは，鋳造
品との相関が認められることが知られており，この解析
手法を用いれば，うず現象１７ａのない流れ場を実現す
るための適正な流入速度等のパラメータを設定すること
ができる。なお，速度ベクトルの算出に当っては，トレ
ーサ粒子軌跡１７ｂの長短や方向から流れの方向が算出
され，トレーサ粒子軌跡１７ｂの長さから速度の大きさ
が算出される。

【００２０】また図６には，整流部の形状が流動挙動に
及ぼす影響を流跡線解析法により求めた画像計測結果を
時系列に示す。図６（ａ）〜（ｃ）は整流部（分流部）
１１ｃがある場合，図６（ｄ）〜（ｆ）は整流部（分流
部）１１ｃがない場合を示す。図６（ａ）〜（ｃ）で
は，溶湯１７がいずれも整流状態で流れ，図６（ｄ）で
は，溶湯１７が整流状態で流れているが，図６（ｅ）で
は，中央頂部Ａで配化物の巻込み現象とエアの巻込み現
象が発生していることがわかる。また，図６（ｆ）では
中央頂部Ａで溶湯のデッドゾーンが発生し，Ｂ部で溶湯
の乱れ現象が発生していることがわかる。

【００２１】Ｘ図６から，整流部１１ｃを設けることに
より，エアの巻込みや湯の乱れ現象の発生がない整流さ
れた流動が実現できることがわかる。以上述べたよう
に，これらの画像計測を用いることにより，従来の方法
では予測の困難であった複雑な流れ場が解明されること
が判る。そして，その結果に基づいて，良好な湯流れ状
態を得るように制御することができる。

【００２２】

【発明の効果】このように，本発明においては，特許請
求の範囲に記載したようにしたので，次のような効果が
得られる。 （１）金型キャビティを可視モデル化することにより，
型内流動挙動を正確に定量化出来る。 （２）その結果，算出プロファイルの検証が正確に行わ
れる。 （３）算出プロファイルの信頼性がアップすれば，実成
形データとの差が成形装置自身の作動誤差であることが
保証され，補正操作が正確に出来る。 （４）（２）により，流動解析プログラム及びデータが
一般化され，用途が広がる。

【００２３】（５）流れ挙動を可視化することにより，
人間の感性が入力可能となる。 （６）（１）〜（５）に成形条件の最適化が短時間で可
能となる。 （７）可視化モデルを２次限化することにより，解析評
価労力を大幅に削減できる。 （８）レーザ光点滅操作により，流れ挙動の解析が容易
になる。 （９）（３）により成形時間と樹脂の無駄使いが少なく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基本構成の１実施例を示すブロッ
ク線図である。

【図２】本発明を実施するための制御プロファイル検証
装置の１実施例を示す説明図である。

【図３】本発明による解析法の１実施例を示す説明図で
ある。

【図４】本発明によって得た自由表面の流動挙動の１例
を示す図である。

【図５】流跡線解析法による速度ベクトル計測結果の１
例を示す図である。

【図６】整流部がある場合とない場合の流跡線解析法に
よる計測結果の１例を示す図である。

【符号の説明】

１ 流動解析装置 ２ 制御プロファイル検証装置 ３ 制御パラメータ設定装置 ４ 射出成形装置 ５ 成形データ比較装置 ６ 補正データ生成装置 １１ 金型 １２ 射出スリーブ １３ 射出シリンダ １４ 射出プランジャ １７ 溶湯（擬似流体） １７ａ うず現象 １７ｂ トレーサ粒子軌跡 １８ キャビティ ２１ レーザ発光装置 ２２ ＬＬＳプローブ ２３ ＣＣＤカメラ ２４ 画像入力装置 ２８ 画像記録装置 ３３ 画像処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型内流体の流れ解析データをもとに成
   形装置制御目標を設定する射出制御方法において，金型
   内キャビティを一旦可視モデル化して検証を行い，必要
   に応じて補正を加えて成形装置制御目標を設定して制御
   する射出成形装置の制御方法。