WO1996010220A1 - Verfahren zur beeinflussung zyklisch ablaufender prozesse - Google Patents

Verfahren zur beeinflussung zyklisch ablaufender prozesse Download PDF

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WO1996010220A1
WO1996010220A1 PCT/DE1995/001346 DE9501346W WO9610220A1 WO 1996010220 A1 WO1996010220 A1 WO 1996010220A1 DE 9501346 W DE9501346 W DE 9501346W WO 9610220 A1 WO9610220 A1 WO 9610220A1
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determined
properties
characteristic
machine
raw material
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PCT/DE1995/001346
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Karl Hehl
Michael Manfred Gierth
Oliver Kay Wybitul
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Arburg Gmbh & Co.
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/766—Measuring, controlling or regulating the setting or resetting of moulding conditions, e.g. before starting a cycle
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B2219/32188—Teaching relation between controlling parameters and quality parameters
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing cyclically running processes according to claim 1.
  • the method can preferably be used in the plastics processing and metalworking industries, for example in connection with plastic injection molding machines, blow molding machines, die casting machines, aluminum die casting machines, but also in connection with presses or welding equipment, provided that cyclical processes are carried out.
  • Process key figures are discrete numerical values which characterize the respective process curve course within the individual process phases (correlation coefficient, extrema, integrals, mean values, etc.). The respective process key figures can thus be correlated with the associated quality features in a mathematical-statistical form.
  • QM f (PKZ)
  • DE-A 35 05 554 discloses a method for examining pressure profiles in order to automatically determine changes in the pressure profile which, when certain threshold values are exceeded, give a signal for a change in the switching times, e.g. between the injection phase and holding pressure phase for the following cycle.
  • a signal for a change in the switching times e.g. between the injection phase and holding pressure phase for the following cycle.
  • DE-A 4002398 relates various temperatures in the area of the machine to a temperature of a manufactured part, the temperature of the part in turn having certain properties of the Partly connected. Although this can speed up the set-up of the machine, expert knowledge is still required so that the temperature of the part actually corresponds to certain characteristic properties. This means that no analytical relationships between process variables and properties are established.
  • a weight regulator is also known, in which the actual weight of injection molded parts determined after the injection molding process cast parts compared to a target weight is selected as a control variable for the holding pressure in the holding pressure phase of the injection molding machine. There is no optimization.
  • a method is also known from EP-B 455 820, in which countermeasures are initiated on the basis of stored expert knowledge when defective parts occur.
  • the countermeasures are the stored empirical experiences of an expert, so that a partially specific change depending on the actually occurring conditions is not possible.
  • an optimal working point is determined iteratively by simulation methods.
  • the relationships between machine setting variables, process parameters and characteristic properties are not dealt with, instead an expert system is provided, which is usually an optimization of the working point as carried out empirically by an experienced adjuster.
  • Process parameters for individual cycle sections are determined in EP-A 457 230. However, there is no correlation between the individual parameters.
  • the present invention is based on the object of optimizing a method of the type mentioned at the outset, taking into account the complex relationships between individual method parameters and the properties of the parts to be produced. This object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • characteristic properties initially being understood to mean properties of the manufactured parts, that is to say any, attributive (e.g. burner) or variable (e.g. dimensions, weight) properties.
  • this also includes minimizing the reject rate, which is influenced by the characteristic properties of the products.
  • the characteristic properties of the manufactured products also include economic aspects, such as a stable course of the manufacturing process or a minimization of the cycle time while maintaining certain boundary conditions of the processes.
  • the raw material properties also influence the characteristic properties, so that e.g.
  • the regranulate content of recycled plastic material can be decisive for the properties of the end product.
  • the indirect relationship between machine setting parameters and characteristic properties via the process key figures can be determined in the course of the method or can be specified with knowledge of this relationship, for example by previous manufacturing processes. Based on the result, an optimal operating point for the operation of the machine can then be determined.
  • the method and the device are explained below using an injection molding machine, preferably an injection molding machine for processing plastic materials, such as plastics or powder materials.
  • an injection molding machine for processing plastic materials, such as plastics or powder materials.
  • the method can also be used without problems in other areas in which cyclical processes are used for the production (master shaping) or processing (shaping) of products.
  • the method is basically divided into a test phase T and a production phase P.
  • a working point is preferably also set on the machine at the beginning of the test phase.
  • An operating point is understood to be an adjustment of the machine setting variables, which in the first place allows the production of products at least in a reasonably reasonable manner.
  • sampling is then carried out, which can also be carried out systematically according to a sampling plan.
  • the essential machine setting variables MG can be varied (step S1).
  • Raw material properties RE such as the proportion of regranulate, can also be varied in order to determine the influence of the raw materials on the characteristic properties.
  • Characteristic properties are any, attributive (eg burner) or variable (eg dimensions, weight) properties, but can also be process stability, cycle time, reject rate or costs.
  • Process curve profiles include not only the immediately resulting curve profiles, e.g. Understand pressure-time, pressure-path or temperature-time profiles, but also the process curve profiles that can be calculated from them, e.g. Derivatives, integrals and the like.
  • step S3 the process curve profiles PKV recorded in step S3 are broken down into variable process phases PPH resulting as a function of the respective process curve profiles, so that they can be described in sections (step S4).
  • process curve profiles such as temperature profiles, it may not be necessary to break them down into process phases, since they are largely linear, for example.
  • the entire process curve is then viewed as one process phase.
  • process key figures PKZ which are determined on the basis of known analysis of variance and regression, neural networks or similar analyzes (step S5).
  • process curve profiles PKV within individual process phases PPH is carried out using discrete individual values (process key figures PKZ), which are essentially based on the rules of differential calculation (absolute and local extremes, turning points, integrals, mean values, ).
  • FIG. 3 the mold internal pressure Pwi is initially plotted over time t.
  • the mold pressure sensor receives a first pressure signal at time t1, which then rises gradually until the tool is filled in the area of the lower processing limit UVG.
  • the pressure then rises continuously until the maximum mold internal pressure Max (Pwi) is reached at the upper processing limit OVG.
  • the mold internal pressure then gradually drops, which can result in a different drop, as a comparison of FIGS. 3 and 4 shows.
  • the mold internal pressure Pwi is also plotted there over time t.
  • the hydraulic pressure Phy and the screw travel s are also plotted during each injection cycle.
  • the lower processing limit UVG and upper processing limit OVG are the beginning and end of the spray cycle.
  • various process key figures PKZ can be determined in this area, such as:
  • Screw path s (Pwi 0VG), in which the cavity pressure is the upper one
  • AVG (ds / dt) mean value of the first derivative of the screw path over time
  • a process model vector is then determined with this key figure vector.
  • this process model vector is represented as a straight line equation as follows, which now allows a relationship between the characteristic property QM and the process characteristic number. In the simplest case, this results e.g. to the following process model vector
  • step S10 certain characteristic properties such as dimensional accuracy, weight, process stability, cycle time or the like are entered as the predetermined characteristic property Q M Soll (step S10).
  • an optimal operating point can now be determined as a function of the predefined characteristic property while observing the predefined characteristic property QMs 0 n (step S12).
  • the tolerances dQM zu ] are specified for the characteristic properties in step S11. However, these are not tolerance bands for process curves, but tolerances of the characteristic properties QM. If an optimal working point cannot be reached because, for example, due to linear or non-linear dependencies between different characteristic properties QM or machine setting variables MG, the change to achieve an optimum at the same time if other properties deteriorate (step S13), an optimizer 19 tries to achieve a sub-optimum as a compromise solution based on the relationship between characteristic properties, process parameters and machine setting variables (step S14).
  • the optimizer therefore tries to determine an almost optimal working point AP su b while adhering to the tolerances dQM for all predetermined characteristic properties Q s 0 n using known analysis of variance, regression, neural networks or similar methods. If this almost optimal operating point can be determined, the various setting variables can be set accordingly (step S15). However, if this operating point cannot be determined, system changes are determined based on the known relationship, changes are made immediately or proposed by the control to the user, so that a working point AP can be achieved while maintaining the tolerances of all the predetermined characteristic properties (step S16).
  • step S10 can also be given machine setting MGs 0 i or more machine setting MG which must be optimized to] due to the known relationship and the DQM into account the tolerances in step S10.
  • Limit values dMG to ⁇ for machine setting variables MG or permissible deviations dPKZ to ⁇ can also be specified in step S11, so that an optimum for operating the machine is determined taking into account multiple dependencies.
  • step S7 an evaluation corresponding to steps S3, S4, S5 is preferably carried out cycle-synchronously, ie series process curve profiles SPKV are also continuously recorded (step S7).
  • series process curve profiles are preferably broken down cycle-synchronously into series process phases SPPH (step S8) and series production key figures SPKZ are determined therefrom for production, which identify the series process curve profiles and are related to certain characteristic properties (step S9).
  • These specific characteristic properties SQM can be determined on-line, for example by calculation; but they can also be determined off-line, for example, in an analogous manner, even if they are costly.
  • the resulting calculable characteristic property (s) SQM Der can be determined in a known manner (step S17). This can be used to determine a new optimum working point APn for each cycle (step S18), so that an adjustment of the Machine setting variables MG can be made again for each cycle. If you want to further automate this process, the machine setting variables MG can be set automatically in order to achieve the working points AP opt , AP SUD , AP, APn (step S 19). It is even possible to set up a closed control loop in that the machine setting variables MG are automatically returned so that, depending on the optimal operating point determined, the machine setting variables are automatically set directly by the machine.
  • step S6 Furthermore, based on the function determined in step S6
  • the machine parameter that has the most lasting influence on reducing the difference value is selected on the basis of the process characteristic number (s) without exerting a negative influence on other process parameters.
  • the process key figures are then defined and also calculated within these process phases, which, as already explained above, allow a correlation to the characteristic properties QM.
  • the key process indicators that can be determined with the mostly existing sensor system of the machine have been found to be those determined from the following process curve profiles, which initially represent a process indicator vector which must then be evaluated as already explained above:
  • a cycle during the production of molded parts on an injection molding machine will first be described here by way of example.
  • material is fed continuously to the injection molding unit 30 of an injection molding machine, which material is first injected into a mold cavity 32 via injection means 31 during an injection phase.
  • the mold cavity is initially further pressurized by axial movement of the injection means during a compression phase.
  • the control of the injection molding machine then usually switches over to a pressure control which regulates the holding pressure during a holding pressure phase, which is necessary for obtaining dimensionally stable molded parts.
  • the injection molded part solidifies and then forms into the finished molded part during the formation phase.
  • the process key figures PKZ, SPKZ of the above process key figure vector are formed within the following process areas:
  • FIG. 1 shows a device which is suitable for carrying out the method.
  • An injection molding unit 30 injects material into an mold cavity 32 of an injection mold 34 in a mold closing unit 33 via an injection means 31 such as, for example, a screw conveyor or an injection piston.
  • the device has sensor means 11, 12 such as an internal mold pressure sensor and a temperature sensor in the area of the injection molding unit, via the sensor means a multiplicity of process parameters are determined during each process, that is to say during each cycle, and means 13 for recording process curve profiles PKV become the process parameters during of a process.
  • the device has input means 14 which enable various values to be input into storage means 16.
  • characteristic properties QM of the products manufactured during this phase determined by conventional methods during the sampling phase. However, some of these values can also be determined automatically and fed directly into the device. However, certain nominal values of predetermined characteristic properties QM S0 -n, which are characteristic of a nominal value vector of the characteristic properties, for example, must also be entered or read in from data media.
  • the device comprises means 15 for determining a relationship between the characteristic properties QM, SQM and the process curve profiles PKV or series process curve profiles SPKV.
  • the process curves are broken down into the process phases, preferably numerically, according to the specifications made above.
  • the process key figures PKZ and series process key figures SPKZ are determined, which are correlated with the characteristic properties through this relationship.
  • the relationship determined in the test phase is stored in storage means 16.
  • the machine setting variables MG can be influenced via adjusting devices 17, 18.
  • the setting device 18 influences Adjustment of a control valve 36, for example the pressure of a piston-cylinder unit driving the screw conveyor and thus the internal pressure of the tool, which is detected by the sensor means 11.
  • the setting device 17 influences the heating tapes 35 supplied current and thus the temperature, which is detected by the sensor means 12.
  • An optimizer 19 determines an optimal working point AP opt on the basis of the determined relationship between characteristic properties and machine setting variables and taking the specifications into account. If this optimal working point cannot be reached due to the boundary conditions, the optimizer 19 tries to determine an almost optimal working point AP ⁇ ) - ,. If this is also not possible, he suggests system changes or, if possible, makes these system changes himself. Depending on the determined operating point, the setting devices 17, 18 are then actuated.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Durch das Verfahren können zyklisch ablaufende Prozesse beeinflußt werden, wobei nach einer testweisen Bestimmung von charakteristischen Eigenschaften der in der Testphase gefertigten Produkte und gleichzeitiger Ermittlung einer Vielzahl von Prozeßkurvenverläufen eine Beziehung zwischen die Prozeßkurvenverläufe kennzeichnenden Prozeßkennzahlen und charakteristischen Eigenschaften und/oder Rohstoffeigenschaften der Teile geschaffen wird. Alternativ kann diese Beziehung auch vorgegeben werden. Bei Vorgabe bestimmter gewünschter charakteristischer Eigenschaften (QMSo11) und Vorgabe zulässiger Toleranzen können die für die charakteristischen Eigenschaften maßgebenden Prozeßkennzahlen bestimmt werden, um dadurch die Maschineneinstellgrößen zu ermitteln, die einen optimalen Arbeitspunkt zum Betrieb der Maschine bestimmen. Dadurch wird das Verfahren unter Berücksichtigung der komplexen Zusammenhänge zwischen einzelnen Verfahrensparametern und der Eigenschaften der herzustellenden Teile optimiert.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zur Beeinflussung zyklisch ablaufender Prozesse.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung zyklisch ablaufender Prozesse nach Anspruch 1.
Das Verfahren kann bevorzugt in der kunststoffverarbeitenden und metallverarbeitenden Industrie eingesetzt werden, beispielsweise in Verbindung mit Kunststoff-Spritzgießmaschinen, Blasformmaschinen, Druckgußmaschinen, Aluminiumdruckgußmaschinen, jedoch auch in Verbindung mit Pressen oder Schweißapparaten, sofern dabei zyklisch ablaufende Prozesse vorgenommen werden.
STAND DER TECHNIK
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus W. Michaeli, u.a."Qualitätsüberwachung beim Spritzgießen von Recyclat" in: PLASTVERARBEITER, 1993, Nr. 10, Seiten 96-102. Bei diesem Verfahren wird angepaßt an die jeweilige Problemstellung ein Bemusterungsplan festgelegt, bei dem systematisch Maschineneinstellgrößen beim Einrichten der Maschine als auch Rohstoffeigenschaften wie der Regranulatanteil variiert werden. Während dieser Be usterung werden einerseits die Prozeßkurvenverläufe der an der Maschine ermittelbaren Prozeßparameter aufgezeichnet. Die während dieser Bemusterung hergestellten Produkte werden zudem hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften untersucht. Im Anschluß daran werden die Prozeßkurvenverläufe in einzelne Prozeßphasen zerglie¬ dert. Innerhalb der einzelnen Prozeßphasen werden nach mathematisch¬ analytischen Verfahren Prozeßkennzahlen gebildet. Prozeßkennzahlen sind diskrete Zahlenwerte, die den jeweiligen Prozeßkurvenverlauf innerhalb der einzelnen Prozeßphasen charakterisieren (Korrela¬ tionskoeffizient, Extre a, Integrale, Mittelwerte, usw.). Somit können die jeweiligen Prozeßkennzahlen mit den dazugehörigen Qualitätsmerkmalen in mathematisch-statistischer Form korreliert werden. Die damit ermittelte Funktion QM = f (PKZ)
(charakteristische Eigenschaften - Funktion der Prozeßkennzahlen) erlaubt während der folgenden Produktion eine Vorhersage der charakteristischen Eigenschaften des gefertigten Produkts, so daß in Abhängigkeit davon beispielsweise eine Weiche zum Aussondern von Schlechtteilen gesteuert werden kann. Eine Optimierung der Ergeb¬ nisse, gegebenenfalls unter Berücksichtigung auch nichtlinearer Abhängigkeiten zwischen verschiedenen charakteristischen Eigenschaf¬ ten wird nicht durchgeführt.
Aus der DE-A 35 05 554 ist ein Verfahren zur Untersuchung von Druckverläufen bekannt, um selbsttätig Änderungen im Druckverlauf festzustellen, die bei überschreiten bestimmter Schwellwerte ein Signal für eine Veränderung der Umschaltzeitpunkte z.B. zwischen Einspritzphase und Nachdruckphase für den folgenden Zyklus geben. Eine Verbindung zu den charakteristischen Eigenschaften des fertigen Produkts wird jedoch nicht hergestellt. Da nur eine Stellgröße benutzt wird, können nicht beliebige Eigenschaften zielgerichtet beeinflußt werden;
Zur Beschleunigung der Einrichtung einer Maschine, auf der zyklische Prozesse ablaufen, werden in der DE-A 4002398 verschiedene Tempe¬ raturen im Bereich der Maschine mit einer Temperatur eines her¬ gestellten Teils in Beziehung gesetzt, wobei die Temperatur des Teils wiederum mit bestimmten Eigenschaften des Teils in Verbindung steht. Wenngleich dadurch das Einrichten der Maschine beschleunigt werden kann, ist immer noch der Einsatz eines Expertenwissens erforderlich, damit tatsächlich die Temperatur des Teils bestimmten charakteristischen Eigenschaften entspricht. Somit werden keine analytischen Zusammenhänge von Prozeßgrößen und Eigenschaften hergestellt.
Aus der DE-A 35 38 516 ist ferner ein Gewichtsregler bekannt, bei dem das nach dem Spritzgußprozeß ermittelte Istgewicht von Spritz- gießteilen verglichen mit einem Sollgewicht als Regelgröße für den Nachdruck in der Nachdruckphase der Spritzgießmaschine gewählt wird. Es findet keine Optimierung statt.
Aus der EP-B 455 820 ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem aufgrund eines abgespeicherten Expertenwissens beim Auftreten von Fehlteilen Gegenmaßnahmen in die Wege geleitet werden. Bei den Gegenmaßnahmen handelt es sich allerdings um die abgespeicherten empirischen Erfahrungen eines Experten, so daß eine teilspezifische Veränderung in Abhängigkeit der tatsächlich auftretenden Bedingungen nicht möglich ist.
In W. Michaeli, u.a. "Qualitätsgesichertes Spritzgießen" in Kunststoffe 82(1992) 12, S. 1167-1171 wird eine Regelung des Qualitätsmerkmals "Glanz" auf der Grundlage Glanz = f(Einspritz¬ geschwindigkeit, Wandtemperatur) beschrieben. Hier wird nur eine Zielgröße / ein Qualitätsmerkmal in Abhängigkeit von zwei Prozeßkennzahlen geregelt. Ein Qualitätsvektor kann nicht in Abhängigkeit einer Kennzahlenmatrix beschrieben oder geregelt werden, da die gleichzeitige Regelung mehrerer Qualitätsmerkmale eine Lösung des Problems der linearen Abhängigkeit einzelner Qualitätsmerkmale untereinander erfordert. Eine Optimierung erfolgt nicht.
In der DE-A 35 45 360 wird eine an der Spritzdüse ermittelte Druck- Zeit-Kennlinie als für die Qualität maßgebend bestimmt, so daß bei einem Verlassen dieser Kennlinie beurteilt werden kann, daß jetzt ein Schlechtteil entsteht. Auf die komplexen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Maschineneinstellgrößen wird nicht eingegangen.
Nach der DE-A 40 25 221 wird durch Simmulationsmethoden ein opti¬ maler Arbeitspunkt iterativ bestimmt. Auf die Zusammenhänge zwischen Maschineneinstellgrößen, Prozeßkennzahlen und charakteristischen Eigenschaften wird nicht eingegangen, stattdessen wird ein Experten¬ system zur Verfügung gestellt, das üblicherweise eine Optimierung des Arbeitspunktes durchführt, wie sie von einem erfahrenen Ein- steller empirisch vorgenommen wUrde.
In der EP-A 457 230 werden Prozeßparameter für einzelne Zyklusab¬ schnitte bestimmt. Eine Korrelation zwischen den einzelnen Para¬ metern wird jedoch nicht vorgenommen.
In der US-A 5,246,644 wird zunächst ein Arbeitsraum zweidimensional mit den Parametern Druck und Temperatur abgefahren. Mit den ermittelten Ergebnissen wird aufgrund einer Verlustgewichtung ermittelt, welcher Faktor maßgeblich die Qualität beeinflußt und man versucht dann, diesen einen Faktor zu optimieren. Auf die komplexen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Maschineneinstellgroßen wird nicht eingegangen.
In der US-A 5,225,122 erfolgt eine Nachführung des Arbeitspunktes innerhalb eines vorgegebenen Expertenwissens. Eine selbständige Qualitätsoptimierung unter Berücksichtigung der komplexen Zusammen¬ hänge erfolgt hierbei nicht.
Allen vorausgegangenen Verfahren ist gemeinsam, daß keine Optimie¬ rung in Abhängigkeit beliebiger vorgegebener charakteristischer Eigenschaften des Teiles möglich ist. Es erfolgt allenfalls eine Regelung einzelner Prozeßgrößen oder Eigenschaften unabhängig von anderen Werten, ohne Rücksicht auf die komplexen Zusammenhänge zwischen einzelnen Verfahrensparametern und Eigenschaften der gefertigten Teile.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung unter Berücksichtigung der komplexen Zusammenhänge zwischen einzelnen Verfahrensparametern und der Eigenschaften der herzustel¬ lenden Teile zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Dadurch, daß nun der Zusammenhang zwischen charakteristischen Eigenschaften und/oder Rohstoffeigenschaften und Maschineneinstell¬ größen über zwischengeschaltete Prozeßkennzahlen gebildet werden kann, können in jeder Hinsicht optimale Prozeßabläufe realisiert werden. Die Optimierung richtet sich auf charakteristische Eigenschaften, wobei unter dem Begriff charakteristische Eigenschaf¬ ten zunächst Eigenschaften der gefertigten Teile, also beliebige, attributive (z.B. Brenner) oder variable (z.B. Maße, Gewicht) Eigen¬ schaften zu verstehen sind. Hierher gehört aber auch eine Minimierung der Ausschußrate, die durch charakteristische Eigen¬ schaften der Produkte beeinflußt wird. Zu den charakteristischen Eigenschaften der gefertigten Produkte gehören aber auch wirtschaftliche Gesichtspunkte, wie ein stabiler Ablauf des Ferti¬ gungsprozesses oder eine Minimierung der Zykluszeit unter Aufrecht¬ erhaitung bestimmter Randbedingungen der Prozesse. Ebenso haben die Rohstoffeigenschaften Einfluß auf die charakteristischen Eigenschaf¬ ten, so daß z.B. beim Einsatz des Verfahrens an einer Kunststoff- Spritzgießmaschine der Regranulatanteil von recycletem Kunststoff¬ material für die Eigenschaften des Endproduktes maßgeblich sein kann. Die mittelbare Beziehung zwischen Maschineneinstellgroßen und charakteristischen Eigenschaften über die Prozeßkennzahlen kann im Rahmen des Verfahrens ermittelt werden oder in Kenntnis dieser Beziehung, beispielsweise durch vorausgegangene Herstellungsabläufe vorgegeben werden. Aufgrund des Ergebnisses kann dann ein optimaler Arbeitspunkt für den Betrieb der Maschine ermittelt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Ein Blockdiagramm mit der teilweisen Darstellung einer Spritzgießmaschine, an der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird,
Fig. 2 ein Flußdiagramm, das den durchgeführten Verfahrens¬ ablauf verdeutlicht,
Fig. 3, 4 Prozeßkurvenverläufe.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele, die nicht das erfinderische Prinzip auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.
Das Verfahren und die Vorrichtung wird im folgenden anhand einer Spritzgießmaschine, vorzugsweise einer Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von plastischen Massen, wie Kunststoffen oder Pulver¬ massen erläutert. Das Verfahren läßt sich jedoch wie eingangs bereits erläutert auch problemlos in anderen Bereichen einsetzen, in denen zyklisch ablaufende Prozesse zur Herstellung (Urformung) oder Bearbeitung (Umformung) von Produkten eingesetzt werden.
Das Verfahren gliedert sich grundsätzlich gemäß Fig. 2 in eine Testphase T und eine Produktionsphase P. Bevorzugterweise wird auch zu Beginn der Testphase an der Maschine ein Arbeitspunkt eingestellt. Unter einem Arbeitspunkt versteht man dabei eine Einstellung der Maschineneinstellgrößen, die überhaupt erst die Herstellung von Produkten zumindest in einer halbwegs vernünftigen Art und Weise erlaubt. In der Testphase wird dann, wie auch in dem Aufsatz "Qualitätsüberwachung beim Spritzgießen von Recyclat" beschrieben, eine Bemusterung durchgeführt, die ggf. auch systematisch nach einem Bemusterungsplan durchgeführt werden kann. Dabei werden z.B. neun bis zehn verschiedene Maschineneinstellungen vorgenommen, bei denen die wesentlichen Maschineneinstellgrößen MG variiert werden (Schritt Sl). Auch Rohstoffeigenschaften RE wie z.B. der Regranulatanteil können variert werden, um den Einfluß der Rohstoffe auf die charakteristischen Eigenschaften zu erfassen. Bei jeder Maschineneinstellung werden For teile entnommen und mittels konventioneller Methoden, auf die hier nicht näher einzugehen ist, zur Bestimmung ihrer charakteristischen Eigenschaften untersucht (Schritt S2). Die Bemusterung kann jedoch auch während der Produktion durch Betrachtung einzelner gefertigter Teile erfolgen. Charakteristische Eigenschaften sind beliebige, attributive (z.B. Brenner) oder variable (z.B. Maße, Gewicht) Eigenschaften, können aber auch die Prozeßstabilität, die Zykluszeit, die Ausschußrate oder die Kosten sein.
Zudem werden während dieser Prozesse mit den in der Maschine vorhandenen Sensormitteln 11,12 sowohl die Maschineneinstellgrößen als auch Prozeßparameter wie z.B. Werkzeuginnendruck, Werkzeugtemperatur, Temperatur des Verarbeitungsmaterials, Einspritzgeschwindigkeit und dergleichen kontinuierlich erfaßt und als Prozeßkurvenverläufe vorzugsweise über die Zykluszeit oder z.B. den Schneckenweg gespeichert (Schritt S3). Unter Prozeßkurvenverläufen sind dabei nicht nur die unmittelbar sich ergebenden Kurvenverläufe wie z.B. Druck-Zeit-, Druck-Weg- oder Temperatur-Zeitverläufe zu verstehen, sondern auch die daraus berechenbaren Prozeßkurvenverläufe wie z.B. Ableitungen, Integrale und dergleichen. Diese Prozeßkurvenverläufe sind eine Funktion der Maschineneinstellgrößen, jedoch läßt sich hieraus noch kein Rückschluß bilden, welche Maschineneinstellgröße verändert werden muß, um den Prozeßkurvenverlauf in eine bestimmte Richtung zu verändern, geschweige denn ist es möglich, Voraussagen zu treffen, welche Maschineneinstellgröße geändert werden muß, um eine bestimmte charakteristische Eigenschaft QM zu erzielen.
Aus diesem Grund werden die in Schritt S3 erfaßten Prozeßkurvenver¬ läufe PKV in sich in Abhängigkeit der jeweiligen Prozeßkurvenver¬ läufe ergebende, variable Prozeßphasen PPH zergliedert, so daß sie abschnittsweise beschrieben werden können (Schritt S4). Dabei kann es jedoch für manche Prozeßkurvenverläufe wie z.B. Temperaturverläufe auch nicht nötig sein, diese in Prozeßphasen zu zergliedern, da sie z.B. weitgehend linear sind. Hier wird dann der gesamte Prozeßkurvenverlauf als eine Prozeßphase angesehen. Das Beschreiben dieser Prozeßphasen erfolgt durch Prozeßkennzahlen PKZ, die aufgrund bekannter Varianz- und Regressionsanalysen, neuronaler Netze oder ähnlicher Analysen ermittelt sind (Schritt S5). Die Beschreibung und Bestimmung der Charakteristiska der Prozeßkurvenverläufe PKV innerhalb einzelner Prozeßphasen PPH erfolgt durch diskrete Einzelwerte (Prozeßkennzahlen PKZ), die im wesentlichen nach den Regeln der Differentialrechnung gebildet werden (absolute und lokale Extrema, Wendepunkte, Integrale, Mittelwerte, ...).
Die Bildung dieser Prozeßkennzahlen PKZ wird im folgenden anhand der Figuren 3 und 6 beispielhaft erläutert, in denen verschiedene Prozeßkurvenverläufe dargestellt sind. In Figur 3 ist zunächst der Werkzeuginnendruck Pwi über die Zeit t aufgetragen. Während der Füllphase erhält der Werkzeuginnendrucksensor zum Zeitpunkt tl ein erstes Drucksignal, das dann allmählich ansteigt, bis im Bereich der unteren Verarbeitungsgrenze UVG das Werkzeug gefüllt ist. In der anschließenden Kompressionsphase steigt der Druck dann kontinuierlich an, bis an der oberen Verarbeitungsgrenze OVG dann das Maximum des Werkzeuginnendrucks Max(Pwi) erreicht ist. In der anschließenden Nachdruckphase sinkt der Werkzeuginnendruck dann allmählich ab, wobei sich ein unterschiedlicher Abfall ergeben kann, wie ein Vergleich der Figuren 3 und 4 verdeutlicht.
In Figur 3 ist als weiterer Prozeßkurvenverlauf PKV z.B. die zweite Ableitung der Werkzeuginnendruckkurve nach der Zeit aufgetragen. Diese Kurve weist an den Unstetigkeitsstellen der Innendruckkurve Maxima auf. Werden diese Kurven nun in einzelne Prozeßphasen PPH zerlegt, so ist die Maschine nunmehr selbst in der Lage, sich hier ihre Bereichsgrenzen für sinnvolle Prozeßphasen zu suchen. Dabei kann durchaus eine Korrelation verschiedener Kurven dahingehend stattfinden, daß z.B. wie im vorliegenden Fall die Prozeßphase mit ihrer unteren Verarbeitungsgrenze UVG dort beginnt, wo die zweite Ableitung (dPwi/dt)2 ihr Maximum hat und dort endet, wo die Werk¬ zeuginnendruckkurve ihr Maximum Max(Pwi) aufweist. Aufgrund verschiedener Extrema, Wendepunkte, Integrale und Mittelwerte lassen sich so verschiedenste Prozeßphasen PPH ermitteln. In Figur 3 könnten z.B. die folgenden Kennzahlen ermittelt werden:
Mittelwert AVG(dPwi/dt)2
Maxima Max(dPwi/dt)2
Integral INT(Pwi) des Werkzeuginnendrucks.
Ähnliches kann in Figur 4 vorgenommen werden. Dort ist ebenfalls der Werkzeuginnendruck Pwi über die Zeit t aufgetragen. Ergänzend sind aufgetragen der Hydraulikdruck Phy und der Schneckenweg s jeweils während eines Spritzzyklus. Untere Verarbeitungsgrenze UVG und obere Verarbeitungsgrenze OVG sind hierbei Anfang und Ende des Spritz¬ zyklus. Auch hier lassen sich verschiedene Prozeßkennzahlen PKZ in diesem Bereich ermitteln, wie z.B.:
Maxima Max(Phy) des Hydraulikdruckes
Maxima Max(Pwi) des Werkzeuginnendruckes
Integral INT(Pwi) des Werkzeuginnendruckes
Schneckenweg s(Pwi=0VG), bei dem der Werkzeuginnendruck die obere
Verarbeitungsgrenze schneidet.
Die so ermittelten Kennzahlen sind grundsätzlich geeignet, die ver¬ schiedenen Prozeßkurven zu beschreiben. Zu diesem Zweck wird zunächst allgemein ein Kennzahlenvektor gebildet zu:
Figure imgf000011_0001
mit:
MIN(s) Minimum-Schneckenweg
AVG(ds/dt) = Mittelwert der ersten Ableitung des Schneckenweges nach der Zeit
MAX(Phy) = Maximum des Hydraulikdrucks
MAX(Pwi) = Maximum des Werkzeuginnendrucks
INT(Pwi) = Integral des Werkzeuginnendrucks
INT(Phy) = Integral des Hydrualikdrucks t(Pwi=UVG) = Zeit, zu der der Werkzeuginnendruck an der unteren
Verarbeitungsgrenze ist, s(Pwi=OVG) = Schneckenweg, bei dem der Werkzeuginnendruck an der oberen Verarbeitungsgrenze ist.
Mit diesem Kennzahlenvektor wird dann ein ProzeßmodelIvektor ermittelt. Dieser ProzeßmodelIvektor stellt sich im einfachsten Fall als eine Geradengleichung folgendermaßen dar, die nun einen Zusammenhang zwischen charakteristischer Eigenschaft QM und Proze߬ kennzahl erlaubt. Im einfachsten Fall ergibt sich dies dann z.B. zu folgendem ProzeßmodelIvektor
Beispiel 1: Kennzahlvektor
Allgemein: Beispiel:
dt) ) ) ) ) VG) VG)
Figure imgf000012_0001
Beispiel 2: ProzeßmodelIvektor
Allgemein:
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0002
-pκzn,
Die Prozeßkennzahlen sind nun mit einzelnen charakteristischen Eigenschaften (QM^ = f(PKZi)) und mit Maschineneinstellgrößen (PKZ^ = f(MG-j)) in Beziehung gesetzt (Schritt S6), so daß eine Beziehung zwischen charakteristischer/n Eigenschaft(en) und Maschineneinstell- größe(n) (QM-j = f(MG-j)) entsteht. Sind die Beziehungen zwischen Maschineneinstellgrößen und charakteristischen Eigenschaften, beispielsweise in Form bereits früher ermittelter Prozeßkennzahlen oder aufgrund empirisch ermittelter Beziehungen bekannt, so können diese Beziehungen selbstverständlich auch vorgegeben werden. Diese Beziehungen können dann in einer Speichereinheit 16 gespeichert werden.
Weder diese Beziehungen noch die ermittelten Prozeßkennzahlen müssen in einem dauerhaften Speicher abgespeichert werden. Die Prozeßkennzahlen bzw. die zu ihrer Erstellung erforderlichen Prozeßkurvenverläufe können zwar bedarfsweise abgespeichert werden, wesentlich ist jedoch lediglich das Vorliegen der ermittelten Beziehung zwischen Maschineneinstellgrößen MG und Prozeßkennzahlen PKZ sowie zwischen Prozeßkennzahlen PKZ und charakteristischen Eigenschaften QM. Werden jedoch die Prozeßkennzahlen PKZ abgespeichert, so kann zu einem späteren Zeitpunkt problemlos auch eine Überprüfung während der Produktion dahingehend stattfinden, ob die ermittelten Beziehungen noch anwendbar sind. Durch Änderungen am Werkzeug oder an der Spritzgießmaschine schon allein durch Verschleiß ist es nämlich durchaus möglich, daß sich die ermittelten Beziehungen im Lauf der Zeit ändern. Damit ist die Testphase T abgeschlossen.
Jetzt werden bestimmte charakteristische Eigenschaften wie Maßgenauigkeit, Gewicht, Prozeßstabilität, Zykluszeit oder dergleichen eingegeben als vorgegebene charakteristische Eigenschaft QMSoll (Schritt S10). Anhand der zuvor bestimmten Beziehung zwischen Prozeßkennzahl und charakteristischer Eigenschaft kann nun in Abhängigkeit der vorgegebenen charakteristischen Eigenschaft ein optimaler Arbeitspunkt unter Einhaltung der vorgegebenen charakte¬ ristischen Eigenschaft QMs0n ermittelt werden (Schritt S12).
Gleichzeitig werden in Schritt Sll die Toleranzen dQMzu] für die charakteristische Eigenschaften vorgegeben. Es handelt sich hier jedoch nicht um Toleranzbänder um Prozeßkurven, sondern um Toleranzen der charakteristischen Eigenschaften QM. Kann ein optimaler Arbeitspunkt nun nicht erreicht werden, weil z.B. aufgrund linearer oder nichtlinearer Abhängigkeiten zwischen verschiedenen charakteristischen Eigenschaften QM oder Maschineneinstellgrößen MG die Veränderung zur Erzielung eines Optimums gleichzeitig eine Verschlechterung anderer Eigenschaften nach sich zieht (Schritt S13), so versucht ein Optimierer 19 aufgrund der Beziehung zwischen charakteristischen Eigenschaften, Prozeßkennzahlen und Maschineneinstellgrößen als Kompromißlösung ein Sub-Optimum zu erzielen (Schritt S14). Der Optimierer versucht also, einen fast¬ optimalen Arbeitspunkt APsub unter Einhaltung der Toleranzen dQMzuι aller vorgegebenen charakteristischen Eigenschaften Q s0n unter Anwendung bekannter Varianz-, Regressionsanalysen, neuronaler Netze oder ähnlicher Methoden zu ermitteln. Sofern sich dieser fast¬ optimale Arbeitspunkt ermitteln läßt, können die verschiedenen Einstellgrößen entsprechend eingestellt werden (Schritt S15). Läßt sich aber dieser Arbeitspunkt nicht ermitteln, so werden aufgrund der bekannten Beziehung Systemänderungen ermittelt, Änderungen unmittelbar vorgenommen oder dem Anwender von der Steuerung vorgeschlagen, so daß ein Arbeitspunkt AP unter Einhaltung der Toleranzen aller vorgegebenen charakteristischen Eigenschaften erzielbar ist (Schritt S16).
Falls erwünscht, können in Schritt S10 auch Maschineneinstellgrößen MGs0i oder weitere Maschineneinstellgrößen MG vorgegeben werden, die aufgrund der bekannten Beziehung und der Berücksichtigung der Toleranzen dQMzu] zu optimieren sind. Ebenso können in Schritt Sll Grenzwerte dMGzuι für Maschineneinstellgrößen MG oder zulässige Abweichungen dPKZzuι vorgegeben werden, damit unter Berücksichtigung mehrfacher Abhängigkeiten ein Optimum zum Betrieb der Maschine ermittelt wird.
Das gesamte Verfahren läßt sich nicht nur im Vorfeld zur Ermittlung eines optimalen Arbeitspunktes einsetzen, sondern kann auch in der laufenden Produktion erfolgreich eingesetzt werden. Dazu erfolgt vorzugsweise zyklussynchron eine den Schritten S3,S4,S5 entsprechende Auswertung, d.h. es werden ebenfalls Serienprozeß- kurvenverläufe SPKV kontinuierlich erfaßt (Schritt S7). Diese Serienprozeßkurvenverläufe werden vorzugsweise zyklussynchron in Serienprozeßphasen SPPH zergliedert (Schritt S8) und es werden daraus für die Produktion Serienprozeßkennzahlen SPKZ ermittelt, die die Serienprozeßkurvenverläufe kennzeichnen und mit bestimmten charakteristischen Eigenschaften in Beziehung stehen (Schritt S9). Die Ermittlung dieser bestimmten charakteristischen Eigenschaften SQM kann on-line z.B durch Berechnung erfolgen; sie können aber auch off-line z.B. auf analogem Wege , wenn auch kostenaufwendig ermittelt werden. Hieraus läßt sich dann in bekannter Weise die sich ergebende(n) berechenbare charakteristische Eigenschaft(en) SQMDer zyklussynchron ermitteln (Schritt S17). Hiermit läßt sich gegebenenfalls für jeden Zyklus neu ein neuer optimaler Arbeitspunkt APn feststellen (Schritt S18), so daß eine Einstellung der Maschineneinstellgrößen MG für jeden Zyklus neu erfolgen kann. Will man diesen Ablauf weiter automatisieren, so kann die Einstellung der Maschineneinstellgrößen MG selbsttätig erfolgen, um die Arbeitspunkte APopt, APSUD, AP, APn zu erzielen (Schritt S 19). Es läßt sich sogar ein geschlossener Regelkreis dadurch aufbauen, daß eine selbsttätige Rückführung der Maschineneinstellgrößen MG erfolgt, so daß je nach dem ermittelten optimalen Arbeitspunkt eine automatische Einstellung der Maschineneinstellgrößen unmittelbar von der Maschine vorgenommen wird.
Darüberhinaus läßt sich aufgrund der in Schritt S6 bestimmten Funktion
QMi = f (PKZ)i oder QM = b • PKZ
feststellen, welche Prozeßkennzahl PKZ-j den größten Einfluß besitzt. Ausgewählt wird somit die Teilmenge aller gebildeten Prozeßkennzahlen PKZ und aller Maschineneinstellgrößen, die die jeweiligen Eigenschaften signifikant beeinflussen.
Da einzelne charakteristische Eigenschaften QM-j nicht immer linear unabhängig voneinander sind, können nicht immer Maschineneinstell¬ größen geändert werden, ohne zugleich andere charakteristische Eigenschaft(en) zu beeinflussen. Ohnehin können auch die Maschineneinstellgrößen linear abhängig voneinander sein, so daß sich auch hier keine eindeutige Lösung ergibt. In diesem Fall wird vor einer Änderung überprüft, ob alle charakteristischen Eigenschaften QM-j innerhalb vorgegebener Spezifikationen oder Bandbreiten liegen. Hierzu wurden vorab in Schritt Sll entsprechende Werte für optimale charakteristischen Eigenschaften QMopt, optimale Maschineneinstellgrößen MGopt und optimale Prozeßkennzahlen PKZ0pt eingegeben oder ermittelt. Mittels einer Optimierrechnung wird ein neuer Arbeitspunkt errechnet, der einer bestimmten Einstellung der Maschineneinstellgrößen entspricht, und die dazu notwendige Änderung der Maschineneinstellgrößen an die Maschine übertragen. Steht aber die Prozeßkennzahl fest, kann daraus auf die maßgebliche(n) Maschineneinstellgröße(n) MG geschlossen werden, die Stellgrößen für die Regelung von QM und/oder PKZ sind.
Somit wird die Optimierung erst während der Produktion festgelegt, wobei aufgrund unterschiedlichster Anforderungen an das Produkt in der Regel mehrere Stellgrößen auftreten.
In Versuchen hat sich auch gezeigt, daß das Zergliedern der Prozeßkurvenverläufe sowohl in der Testphase T als auch in der Produktionsphase P am geeignetsten numerisch erfolgt, indem eine Signalanalyse durchgeführt wird. Anhand der vorhandenen Analog¬ signale für die ständige Erfassung der Verfahrensparameter und/oder anhand der Digitalsignale, die für das Ein- und Ausschalten bestimmter Teile der Maschine gegeben werden, lassen sich verfahrensspezifisch verschiedene Prozeßphasen PPH definieren und für jeden Produktionszyklus berechnen. Die Vorrichtung ermittelt selbst die Prozeßphasen durch Betrachtung sämtlicher während der Produktion als auch während der Testphase ermittelten Signale und bestimmt in Abhängigkeit davon für einzelne Prozeßphasen Kennzahlen, die für diesen Prozeß kennzeichnend sind. Diese Kennzahlen werden in Korrelation mit den charakteristischen Eigenschaften gesetzt und ergeben bestimmte Beziehungen zwischen einer Mehrzahl von charakteristischen Eigenschaften und einer Mehrzahl von Prozeßparametern. In der Regelung selbst wird beim Auftreten eines Differenzwertes in wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft anhand der Prozeßkennzahl(en) die Maschineneinstellgröße ausgewählt, die am nachhaltigsten Einfluß zur Verringerung des Differenzwertes hat, ohne einen negativen Einfluß auf andere Verfahrensparameter auszuüben. Innerhalb dieser Prozeßphasen werden dann die Prozeßkennzahlen definiert und ebenfalls berechnet, die wie bereits oben ausgeführt eine Korrelation zu den charakteristischen Eigenschaften QM erlauben. Als wesentliche Prozeßkennzahlen, die mit der meist vorhandenen Sensorik der Maschine ermittelbar sind, haben sich die aus den folgenden Prozeßkurvenverläufen ermittelten herausgestellt, die zunächst einen Prozeßkennzahlen-Vektor darstellen, der anschließend dann wie oben bereits erläutert ausgewertet werden muß:
- Maximale und/oder mittlere Druckanstiegsgeschwindigkeit im Werkzeug während der Einspritzphase,
- maximale und/oder mittlere Druckanstiegsgeschwindigkeit im Werkzeug während der Kompressionsphase,
- maximale und/oder mittlere Druckabfallgeschwindigkeit im Werk¬ zeug während der Nachdruckphase,
- Werkzeuginnendruckintegral in der Nachdruckphase,
- Maximum des Werkzeuginnendrucks in der Nachdruckphase,
- mittlere Wandtemperatur in der Bildungsphase,
- mittlere Massetemperatur in der Bildungsphase.
Zur Verdeutlichung der einzelnen Phasen sei an dieser Stelle zunächst beispielhaft ein Zyklus während der Formteilherstellung auf einer Spritzgießmaschine beschrieben. Bei einem derartigen Zyklus wird kontinuierlich der Spritzgießeinheit 30 einer Spritzgießma¬ schine Material zugeführt, das über Einspritzmittel 31 während einer Einspritzphase zunächst in einen Formhohlraum 32 eingespritzt wird. Gegen Ende des Einspritzens, wenn der Formhohlraum nahezu gefüllt ist, wird der Formhohlraum zunächst noch weiter durch Axialbewegung des Einspritzmittels während einer Kompressionsphase unter Druck gesetzt. Ab einem gewissen Punkt ist dann eine weitere Bewegung des Einspritzmittels 31 nicht mehr möglich und üblicherweise schaltet die Steuerung der Spritzgießmaschine dann auf eine Druckregelung um, die den Nachdruck während einer Nachdruckphase regelt, die für den Erhalt formbeständiger Spritzteile erforderlich ist. In dieser Zeit erstarrt das Spritzgießteil und bildet sich anschließend während der Bildungsphase zum fertigen Formteil. Die Prozeßkennzahlen PKZ, SPKZ des obigen Prozeßkennzahlen-Vektors werden innerhalb folgender Prozeßbereiche gebildet:
Einspritzphase:
Start durch Maschinen-Digitalsignal: "Start Einspritzen"
Ende durch Maschinen-DigitalSignal: "Umschalten auf Nachdruck" oder:
Start durch Schwellwert-Analogsignal "Werkzeuginnendruck auf z.B. 5 bar"
Ende durch errechnetes Signal: "Maximum Beschleunigung Werk¬ zeuginnendruck"
Kompressionsphase:
Start durch Maschinen-Digitalsignal: "Umschalten auf Nachdruck" Ende durch errechnetes Signal: "Minimum Beschleunigung Werk¬ zeuginnendruck" oder:
Start durch errechnetes Signal: "Maximum Beschleunigung Werk¬ zeuginnendruck"
Ende durch errechnetes Signal: "Minimum Beschleunigung Werk¬ zeuginnendruck"
Nachdruckphase:
Start durch Maschinen-Digitalsignal: "Umschalten auf Nachdruck" Ende durch Maschinen-Digitalsignal: "Ende Nachdruck" oder:
Start durch errechnetes Signal: "Minimum Beschleunigung Werk¬ zeuginnendruck" Ende durch Maschinen-Digitalsignal: "Ende Nachdruck"
Bildungsphase:
Start durch Maschinen-Digitalsignal: "Start Einspritzen" Ende durch Maschinen-Digitalsignal: "Ende Nachdruck" In Figur 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Darin spritzt eine Spritzgießeinheit 30 über ein Einspritzmittel 31 wie z.B. eine Förderschnecke oder einen Einspritzkolben Material in einen Formhohlraum 32 einer Spritzgießform 34 in einer Werkzeugschließeinheit 33 ein. Die Vorrichtung verfügt über Sensormittel 11,12 wie z.B. einen Werkzeuginnendrucksensor und einen Temperaturfühler im Bereich der Spritzgießeinheit, über die Sensormittel werden eine Vielzahl von Prozeßparamtern während jedes Prozesses, also während jedes Zyklus ermittelt, über Mittel 13 zur Aufnahme von Prozeßkurvenverläufen PKV werden die Prozeßparameter während eines Prozesses erfaßt. Darüber hinaus verfügt die Vorrichtung über Eingabemittel 14, die die Eingabe diverser Werte in Speichermittel 16 ermöglichen. Erforderlich ist z.B. die Eingabe der während der Bemusterungsphase durch konventionelle Methoden ermittelten charakteristischen Eigenschaften QM der während dieser Phase hergestellten Produkte. Allerdings können diese Werte teilweise auch selbsttätig ermittelt werden und unmittelbar in die Vorrichtung eingespeist werden. Eingegeben oder z.B. von Datenträgern eingelesen werden müssen aber z.B. auch bestimmte Sollwerte vorgegebener charakteristischer Eigenschaften QMS0-n, die z.B. für einen Sollwertvektor der charakteristischen Eigenschaften kennzeichnend sind.
Ferner umfaßt die Vorrichtung Mittel 15 zur Bestimmung einer Beziehung zwischen den charakteristischen Eigenschaften QM,SQM und den Prozeßkurvenverläufen PKV bzw. Serienprozeßkurvenverläufen SPKV. Hier erfolgt die Zergliederung der Prozeßkurvenverläufe in die Prozeßphasen nach den oben gemachten Vorgaben vorzugsweise numerisch. In den Prozeßphasen werden dann jeweils die Prozeßkennzahlen PKZ bzw. Serienprozeßkennzahlen SPKZ ermittelt, die mit den charakteristischen Eigenschaften durch diese Beziehung korreliert sind. Die in der Testphase ermittelte Beziehung wird in Speichermitteln 16 gespeichert. Die Maschineneinstellgrößen MG sind über EinStellvorrichtungen 17,18 beeinflußbar. Im Ausführungsbeispiel beeinflußt die EinstellVorrichtung 18 durch Verstellung eines Regelventils 36 z.B. den Druck einer die Förderschnecke antreibenden Kolben-Zylindereinheit und damit den Werkzeuginnendruck, der über das Sensormittel 11 erfaßt wird. Die Einstellvorrichtung 17 beeinflußt die Heizbändern 35 zugeführte Stromstärke und damit die Temperatur, die über das Sensormittel 12 erfaßt wird.
Ein Optimierer 19 ermittelt aufgrund der ermittelten Beziehung zwischen charakteristischen Eigenschaften und Maschineneinstell¬ größen und unter Berücksichtigung der Vorgaben einen optimalen Arbeitspunkt APopt. Falls dieser optimale Arbeitspunkt aufgrund der Randbedingungen nicht erreichbar ist, versucht der Optimierer 19 die Ermittlung eines fast-optimalen Arbeitspunktes AP^)-,. Ist auch dies nicht möglich, so schlägt er Systemänderungen vor, oder, soweit dies möglich ist, nimmt diese Systemänderungen selbst vor. In Abhängig¬ keit des ermittelten Arbeitspunktes werden dann die EinstellVor¬ richtungen 17,18 betätigt.
Es versteht sich von selbst, daß das hier beschriebene Verfahren verschiedenen Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sie im Bereich von Aqualenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur automatischen Beeinflussung von Maschineneinstell¬ größen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE) in zyklisch ablaufenden Prozessen, insbesondere in kunststoffverarbeitende Maschinen und Druckgußmaschinen, mit den Schritten:
a) Einstellung eines Arbeitspunktes, der die Herstellung von Produkten erlaubt, b) Testweise Herstellung von in den Prozessen gefertigten Produkten ausgehend von dem Arbeitspunkt unter systematischer Veränderung der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE) und unter systematischer Variation möglicher Kombinationen der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE), c) Erfassung der charakteristischen Eigenschaften (QM) der in Schritt b) gefertigten Produkte unter Entnahme und Bewertung wenigstens einer Probe je Kombination von Maschinenein¬ stellgrößen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE) sowie Zuordnung der erfaßten charakteristischen Eigenschaften (QM) zu der jeweiligen Kombination der Maschineneinstellgrößen und/oder Rohstoffeigenschaften (RE), d) Ermitteln einer Vielzahl von Prozeßparametern zur Erstellung von Prozeßkurvenverläufen (PKV) und Erfassung und Speicherung dieser Prozeßkurvenverläufe (PKV) während Schritt b) sowie Zuordnung der Prozeßkurvenverläufe zu der jeweiligen Kombination der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE), e) Berechnung mehrerer sich in Abhängigkeit der jeweiligen Prozeßkurvenverläufe (PKV) ergebenden, variablen Prozeßphasen (PPH) aus den in Schritt d) erfaßten Prozeßkurvenverläufen (PKV) unter Bestimmung der für beliebige Prozeßkurvenverläufe charakteristischen Prozeßkennzahlen (PKZ), durch die die Veränderung der charakteristischen Eigenschaften (QM) beschreibbar ist, f) Bestimmung der Beziehung zwischen den in Schritt e) bestimmten Prozeßkennzahlen (PKZ) und den in Schritt c) erfaßten charakteristischen Eigenschaften (QM), g) Bestimmung der Beziehung zwischen den in Schritt e) bestimmten Prozeßkennzahlen (PKZ) und den in Schritt b) vorgenommenen Änderungen der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE), h) Vorgeben wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft (QM50ιι) für die Serienproduktion, i) Bestimmung der Maschineneinstellgröße (MG) und/oder Rohstoff¬ eigenschaft (RE) aufgrund der Beziehung gemäß Schritt g), die einen optimalen Arbeitspunkt ergibt unter Einhaltung der vorgegebenen charakteristischen Eigenschaft (Q 50I1)» j) Veränderung der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Roh¬ stoffe!'genschaften (RE) auf die in Schritt i) ermittelten Werte während der Serienproduktion, k) Wiederholung der Schritte i) bis j) zur Optimierung des Arbeitspunktes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das selbsttätige Zergliedern der Prozeßkurvenverläufe (PKV) in Prozeßphasen gemäß Schritt e) durch Bestimmung der Änderung im Signaleingang der Prozeßparameter und/oder im Signaleingang von Digitalsignalen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte i) bis k) durch folgende Schritte ersetzt sind:
1) Ermitteln einer Vielzahl von Prozeßparametern zur Erstellung von Serienprozeßkurvenverläufen (SPKV) und Erfassung und Speicherung dieser Serienprozeßkurvenverläufe sowie Zuordnung der Serienprozeßkurvenverläufe zu der jeweiligen Kombination der Maschineneinstellgrößen (MG), ) Berechnung mehrerer sich in Abhängigkeit der jeweiligen Serienprozeßkurvenverläufe (SPKV) ergebenden, variablen Serienprozeßphasen (SPPH) aus den in Schritt 1) erfaßten Serienprozeßkurvenverläufen (SPKV) unter Bestimmung der für beliebige Serienprozeßkurvenverläufe charakteristischen Serienprozeßkennzahlen (SPKZ), durch die die Veränderung der charakteristischen Eigenschaften (SQM) während der Serienproduktion beschreibbar ist, n) Berechnung der charakteristischen Eigenschaft (SQMDer) während der Produktion aufgrund der in Schritt f) ermittelten Beziehung, mit den in Schritt m) bestimmten Serienprozeßkennzahlen (SPKZ), o) Bestimmung der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE) aufgrund der Beziehung gemäß Schritt g), die für die in Schritt m) ermittelte Serienprozeßkennzahl (SPKZ), p) Veränderung der Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Roh¬ stoffeigenschaften (RE) auf die in Schritt o) ermittelten Werte während der Serienproduktion, q) Wiederholung der Schritte 1) bis p) zur Optimierung des Arbeitspunktes.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das selbsttätige Zergliedern der Serienprozeßkurvenverläufe (SPKV) in Prozeßphasen gemäß Schritt m) durch Bestimmung der Änderung im Signaleingang der Prozeßparameter und/oder im Signaleingang von Digitalsignalen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der während der Serienproduktion gemäß Schritt m) ermittelten Serienprozeßkennzahlen (SPKZ) die in Schritt f) und g) bestimmten Beziehungen überprüft und bei Abweichungen korrigiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet für den Fall, daß aufgrund der Abhängigkeiten zwischen einzelnen charakteristischen Eigenschaften (QM) und/oder Rohstoffeigenschaften (RE) ein optimaler Arbeitspunkt nicht bestimmbar ist, durch die Schritte: - Vorgeben der zugehörigen Toleranzen (dQ zu-j ) der vorgegebenen charakteristischen Eigenschaft (QM$0ll)>
- Bestimmung eines fast-opti alen Arbeitspunktes (APSUD) aufgrund der Beziehungen gemäß den Schritten f) und g) unter Einhaltung der Toleranzen (dQMzu-|) aller vorgegebenen charakteristischen Eigenschaften (QMs0n)>
Einstellung der dem fast-optimalen Arbeitspunkt (APSU ) entsprechenden Maschineneinstellgrößen und/oder Rohstoffeigen¬ schaften.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, falls aufgrund der Beziehung gemäß Schritt f) und g) ein Arbeitspunkt (Apsub) unter Einhaltung der Toleranzen (dQM2U-j ) aller vorgegebenen charakteristischen Eigenschaften (QMsoii) nicht bestimmbar ist, vorzunehmende Systemänderungen ermittelt werden, so daß ein Arbeitspunkt (AP) unter Einhaltung der Toleranzen aller vorgegebenen charakteristischen Eigenschaften ermittelbar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere weitere Maschineneinstellgrößen (MG) vorgegeben werden, die aufgrund der in Schritt g) ermittelten Beziehung unter Berücksichtigung der Toleranzen (dQMzu-j ) der vorgegebenen charakteristischen Eigenschaft (QMs0]1 ) zu optimieren sind.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den vorgegebenen charakteristischen Eigenschaften (QMs0π) aucn Grenzwerte (MGZU-|) für die Maschineneinstellgrößen (MG) und/oder Rohstoffe!*genschaften (RE) vorgegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückführung der geänderten Maschineneinstellgrößen an die
Maschinensteuerung zur Einstellung des Arbeitspunktes (APopt, APzul, AP, APn) selbsttätig erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte b) bis g) ersetzt sind durch das Vorgeben der Beziehungen gemäß den Schritten f) und g).
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