(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内で樹脂が溶融する状態が観察できるシリンダ内部が透視できる観察窓を有する観察窓付きスクリュー押出機に用いられる解析システムであって、
押出機における溶融・混練部の樹脂温度と樹脂圧力を含む流動性に係る時間で平均化した計測データと、窓からの内部観察画像データを画像解析して求めた溶融具合とを特定のファイルに書き出し、この書き出されたデータを一般化Ｈｅｌｅ−Ｓｈａｗ流れモデルを採用し、スクリュー押出機の固体輸送、溶融、溶融体輸送、混練要素、ダイまでの一貫解析が可能なＣＡＥソフト側で読み込み流動解析を行い、最適化計算アルゴリズムを用いて設計変数を最適化することを特徴とする解析システム。
【請求項２】
最適化計算アルゴリズムがＴＳＭ（Ｔｒｉａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）であることを特徴とする請求項１記載の解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ中でスクリューを回転させて混練する混練装置において内部の混練状態を観察する観察窓付き混練装置による可視化装置に用いる解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
押出機や、射出機等のように混練シリンダ中でスクリューを回転させて一または複数の被混練材料を混練する混練部分を有する装置が多く用いられている。しかるに混練過程は複雑で、被混練材料の熱的性質、物理的性質、シリンダ内の温度、圧力、スクリュー形状、スクリューの回転数や回転トルク等により異なる挙動をとる。しかるに結果は押出物や射出物等を分析測定する方法でしかわからず、それでは不十分なため混練過程を直接観察することが重要である。
ところが通常シリンダは高温と高い抗張力、耐腐食性を備えた金属製のため、内部を観察することができない。
このため、内部の状態を直接観察するため、押出機のシリンダ側面に透明な観察窓を設置し外部から樹脂の溶融混練状態を観察する試みがなされている（特許文献１、２、非特許文献１、２、３）。
【０００３】
データ解析において混練状態のみの解析においては株式会社ＨＡＳＬ社の単軸スクリュー解析用ソフト商品名「Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｃｒｅｗ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ」が知られている。特徴は以下である。１．単軸スクリュー押出機のホッパー、固体輸送、溶融、溶融体輸送、混錬要素、ダイまでの一貫解析。２．複雑なスクリュー形状にもそのまま対応できるＧＵＩ，プリ・ポストプロセッサ搭載のユーザーフレンドリーシステム。３．一般化Ｈｅｌｅ−Ｓｈａｗ流れモデルとマルチブロック法の採用により、牽引流、圧力流、漏洩流を考慮した安定・高速・高精度の有限要素解析ができる。又４．スクリュー押出機成形に必要な各種評価指標出力、３次元表示、アニメーション表示ができる。
【０００４】
一方画像データ処理システムとしては、例えばオムロン株式会社のＦＨ／ＦＺ５シリーズのように高速画像を入力、処理し、画像転送できるシステムが知られている。
他方、データベースについては多数のソフトやそれを用いるサーバが知られている。
例えばＳＱＬとそれを用いるサーバである。また有限会社ビズファ社の汎用データベースも知られている（特許文献３）。
【０００５】
しかしながら、従来、流動解析は人の手で流動パラメーターを入力し試行錯誤で行っており、その場でオンタイムで適正化を図ることが難しく、更に画像解析と、流動解析とは別箇のシステムで処理されており、それぞれの解析結果を統合して総合的に解析するには、一ヶ月程度かかるという問題があった。  
【０００６】
このように、上記従来技術では、画像解析と、流動解析とを別箇の解析システムで行うため総合的な解析をするには時間がかかり、混練に適した素材・材料、混練の条件最適化、スクリュー等の最適化等の開発において迅速な対応ができず、実験や開発に時間がかかるという問題があった。
そこで、流動解析を更に画像解析も含め迅速な処理のできる解析システムが要望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２３５７１５号公報
【特許文献２】特開平９−３００４１９号公報
【特許文献３】特開２００３−３３０７７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】中川他「単軸可塑化スクリュー解析と実験の比較と精度改善」日本製鋼所技報Ｎｏ．６３（２０１２．１０）ｐ．３４−ｐ．４０
【非特許文献２】安江他「可視化観察による成形不良現象の解明」日本製鋼所技報Ｎｏ．６４  （２０１３．１０）  ｐ．７５−ｐ．７８
【非特許文献３】辻村他「押出機内の発泡剤挙動の可視化」プラスチック成形加工学会第１３回(平成１４年度）年次大会予稿集「成形加工'０２」ｐ１０１−ｐ１０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダ中でスクリューを回転させて混練する混練装置において内部の混練状態を良好に観察できる観察窓付き可視化装置に用いる画像解析と、流動解析とを統合した、オンタイムで処理のできる解析システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の解析システムは、シリンダ内で樹脂が溶融する状態が観察できるシリンダ内部が透視できる観察窓を有する観察窓付きスクリュー押出機に用いられる解析システムであって、押出機における溶融・混練部の樹脂温度と樹脂圧力を含む流動性に係る時間で平均化した計測データと、窓からの内部観察画像データを画像解析して求めた溶融具合とを特定のファイルに書き出し、この書き出されたデータを一般化Ｈｅｌｅ−Ｓｈａｗ流れモデルを採用し、スクリュー押出機の固体輸送、溶融、溶融体輸送、混練要素、ダイまでの一貫解析が可能なＣＡＥソフト側で読み込み流動解析を行い、最適化計算アルゴリズムを用いて設計変数を最適化することを特徴とする解析システムである。
【００１１】
請求項２に記載の解析システムは、最適化計算アルゴリズムがＴＳＭ（Ｔｒｉａｌ      Ｓｅａｒｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）であることを特徴とする請求項１記載の解析システムである。
【００１２】
以下、本発明につき詳細に説明する。
本発明における混練装置とは、押出機や射出機等の少なくとも混練の機能を有しており、混練だけの機能に限定されず、混練以外に溶融や反応、成形等の機能を伴う装置であってもよい。
本発明における混練装置は、筒状体のシリンダ（バレルと称する事もある）の内部に、軸に螺旋状のフライトが付設されたスクリューが挿通されており、シリンダ内に、シリンダに設けたホッパー等から樹脂等の被混練材料を投入し、シリンダ内でスクリューを回転させて被混練材料を混練する装置をいう。
シリンダは単筒（単軸）であっても筒が合わされたもの（二軸等）であってもよい。
【００１３】
混練装置には各区分の温度、圧力、押出量、スクリュー回転数、スクリュー駆動負荷値、内部観察用窓内の撮影画像等がリアルタイムで収集できるようにされている。
【００１４】
ここで観察とは、カメラで撮影し画像を取得することをいう。特に現象を精密に解析するために高速カメラで撮影することが好ましい。
【００１５】
画像処理用カメラ・照明の設置
本発明における混練装置は、窓を通してシリンダ内部が見える位置に高速度カメラが備えられ、シリンダ内部を照射する照明装置が付帯した装置で、高速度カメラで撮影した画像はセンサコントローラ経由でサーバ内に書き込まれる。画像処理では色の画素数で画像の評価を行う。例えば可塑化具合の評価としては、未溶融部分を白色、溶融部分を透明として全画素数に対する白の画素数で溶融具合を評価することが出来る。またカラーマスタバッチ等を使用して画像処理で、カラーの画素数を評価することで滞留時間及び混練度の評価を行うことも出来る。
【００１６】
混練装置の回転数、シリンダ温度、樹脂温度、樹脂圧力、押出量、電流値、電力量の各計測データは、入力モジュールを経てシーケンサに取り込まれ、シーケンサは映像データのキー（計測値に対応する映像番号）と共に計測値をサーバのＳＱＬデータベースに書き込む。収集されたデータを基に、それぞれの計測値を平均化し、特定のファイルに書き出す。この書き出されたデータをＣＡＥソフト側で読み込み、流動解析される。
同時に画像（映像）データは画像解析ソフトで画像解析される。画像解析により可塑化率の測定等ができ、可塑化率は共通データベースに格納される。  
【００１７】
本解析システムの代表的機器構成図を図１に示す。
本統合解析システムは、好適には以下のモジュールから構成される。
１） データを蓄積するための領域を提供するための設定ソフトウェア
２） サーバの共有フォルダに書き込まれた映像データ及びＳＱＬサーバに書き込まれた計測データを管理する為のソフトウェア
３） 計測データを外部記憶装置に移動し、管理するソフトウェア
４）  流動解析ソフト向けデータ演算処理ソフトウェア  
５） サーバ装置
６） ＳＱＬデータベース
７） 外部記憶装置（外付ＨＤＤ）
８） 操作端末（モニターＰＣ及びＨＡＳＬ‐ＣＡＥ解析兼用）
９）  無停電装置
である。
【００１８】
１）データを蓄積するための領域を提供するための設定ソフトウェアとは例えばビズファ社の汎用データベース等が相当する。
２） サーバの共有フォルダ  に書き込まれた映像データ及びＳＱＬサーバに書き込まれた計測データを管理する為のソフトウェア。
３）計測データを外部記憶装置に移動し、管理するソフトウェア。
４）流動解析ソフトとは例えば株式会社ＨＡＳＬ社の流動解析ソフト「Ｓｉｎｇｌｅ    Ｓｃｒｅｗ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ」をいう。  
５）サーバ装置
６ ）ＳＱＬデータベース    ＳＱＬに限らず、データベースに書き込み、保存、読み出しができるものであればよく、マイクロソフト社登録商標「アクセス」のようなデータベースを用いてもよいが、ＳＱＬは高速大量処理に適するため好ましい。
７ ）外部記憶装置（外付ＨＤＤ）は必須ではないが大量のデータを保存し処理するために有った方が好ましい。
８ ）操作端末（モニターＰＣ及び流動解析ソフト用モニター兼用）
９ ）無停電装置は必須ではないが非常時用対策として有った方が好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
収集された画像データは画像解析され、一方流動解析ソフトへの入力データとして利用されて自動又は半自動流動解析され、両者の結果が結びつけられる。又実測値と計算値との比較を行うことができる。
従来は画像データ解析と、流動解析を別個に行い照合していたため総合的な解析に１ヶ月程度かかっていたものが、本システムによればその場でオンタイムで適正化を図ることができるため、運転条件の修正が直ちに容易に行うことができ、その解析結果を用い樹脂やその混練方法、混練装置等の開発が大幅に促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本解析システムの機器構成例を示す図である。
【図２】収集データを示す図である。
【図３】収集データを平均化処理し指定のファイルに書き出す例示図である。
【図４】流動解析例を示す図である。
【図５】流動解析例を示す図である。
【図６】本システムにおける収集されたデータをモニターに表示する図である。
【図７】平均化されたデータファイルの例を示す図である。
【図８】データベース内に格納するデータ項目一覧を示す図である。
【図９】画像解析による溶融率の演算のため選択部分にラベリングを行うモニター画面の説明図である。
【図１０】画像解析による溶融率の演算のためのため領域を設定するモニター画面の説明図である。
【図１１】画像解析による溶融率の演算のためのためラベル総面積を設定するモニター画面の説明図である。
【図１２】画像解析による溶融率の演算のためラベリングの対象を選択するモニター画面の説明図である。
【図１３】画像解析による溶融率の演算のため対比の対象となる領域を設定するモニター画面の説明図である。
【図１４】画像解析による溶融率の演算のため判定条件を設定するモニター画面の説明図である。
【図１５】画像解析による溶融率の演算（溶融率の演算設定）の設定をするモニター画面の説明図である。
【図１６】押出機と専用ソフトの連携関係を示す概念図である。
【図１７】専用ソフトＧＵＩで設定する最適化計算情報のモニター画面の説明図である。
【図１８】ＴＳＭ（Ｔｒｉａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）に基づく計算フローを示す図である。
【図１９】ＴＳＭ（Ｔｒｉａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）における設計変数と目的関数の関係を示す模式図である。
【図２０】標準解析で算出された圧力計算値と圧力測定値の比較を示すグラフである。
【図２１】モニターにおける密度最適化解析のパラメーター設定画面である。
【図２２】密度最適化解析における設計変数と目的関数の関係を示すモニター表示画面である。
【図２３】密度最適化解析で算出された圧力計算値と圧力測定値の比較を示す図である。
【図２４】粘度最適化解析のパラメーター設定のモニター画面である。
【図２５】粘度最適化解析における設計変数と目的関数の関係を示すモニター表示画面である。
【図２６】粘度最適化解析で算出された圧力計算値と圧力測定値の比較を示すグラフである。
【図２７】解析結果による圧力分布をビジュアライズした図である。
【図２８】解析結果による温度分布をビジュアライズした図である。
【図２９】解析結果によるリッドベッド分布（溶融可塑化状態）をビジュアライズした図である。
【図３０】解析結果によるせん断粘度分布をビジュアライズした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を更に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は単軸押出機に用いられる本解析システムの機器構成例を示す図である。
【００２３】
可視化解析用電装システムにつき以下説明する。
１．画像処理用カメラ・照明の設置
本可視化設備は、窓を通してシリンダ内部が見える位置に高速度カメラが備えられ、シリンダ内部を照射する照明装置が付帯した装置で、高速度カメラで撮影した画像はセンサコントローラ経由でサーバ内に書き込まれる。画像処理では色の画素数で画像の評価を行う。例えば可塑化具合の評価としては、未溶融部分を白色、溶融部分を透明として全画素数に対する白の画素数で溶融具合を評価することが出来る。またカラーマスタバッチ等を使用して画像処理で、カラーの画素数を評価することで滞留時間及び混練度の評価を行うことも出来る。  
【００２４】
２． ＨＡＳＬ社‐ＣＡＥソフト（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｃｒｅｗ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）との連携
押出機の回転数、シリンダ温度、樹脂温度、樹脂圧力、押出量、電流値、電力量の各計測データは、入力モジュールを経てシーケンサに取り込まれ、シーケンサは映像データのキー（計測値に対応する映像番号）と共に計測値をサーバのＳＱＬデータベースに書き込む。収集されたデータを基に、それぞれの計測値を平均化し、特定のファイルに書き出す。この書き出されたデータをＣＡＥソフト側で読み込み、Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｃｒｅｗ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒで流動解析を行うことが出来る。
３． データ収集システムについて
本可視化設備には新たに開発したデータ収集システムが組み込まれる。本データ収集システムは単にデータ収集に留まらず管理機能も含むものである。
【００２５】
本データ収集システムは、以下のモジュールから構成される。
１ データを蓄積するための領域を提供するための設定ソフトウェア
２ サーバの共有フォルダ  に書き込まれた映像データ及びＳＱＬサーバに書き込まれた計測データを管理する為のソフトウェア
３ 計測データを外部記憶装置に移動し、管理するソフトウェア
４ ＨＡＳＬ‐ＣＡＥソフトウェア向けデータ演算処理ソフトウェア  
５ サーバ装置
６ ＳＱＬデータベース
７ 外部記憶装置（外付ＨＤＤ）
８ 操作端末（モニターＰＣ及びＨＡＳＬ‐ＣＡＥ解析兼用）
９ 無停電装置    
【００２６】
図２は情報の項目、単位、記号、時間の計測データを示す。計測データの項目には窓の画像データも含まれる。４０ｍｓ毎に計測データ、４００ｍｓ毎に静止画データをサーバに書き込む。収集されたデータを平均化処理し、図３のように指定のファイルに書き出す。この書き出されたデータをＣＡＥソフト側で読み込み、流動解析ソフトＳｉｎｇｌｅ    Ｓｃｒｅｗ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒで流動解析を行うことが出来る。
【００２７】
すなわち、押出機の回転数、シリンダ温度、樹脂温度、樹脂圧力、押出量、電流値、電力量の各計測データは、入力モジュールを経てシーケンサに取り込まれ、シーケンサは映像データのキー（計測値に対応する映像番号）と共に計測値をサーバのＳＱＬデータベースに書き込む。収集されたデータを基に、それぞれの計測値を平均化し、特定のファイルに書き出す。この書き出されたデータをＣＡＥソフト側で読み込み、Ｓｉｎｇｌｅ
Ｓｃｒｅｗ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒで流動解析を行うことが出来る。図４、図５に流動解析結果の例を示す。
【００２８】
モニターには図６のように採取したデータが表示される。項目数が多いのでシリンダ温度（Ｃ０）、樹脂温度（ＲＴ１）、樹脂圧力（ＲＰ１）は最初の１個のみを表示する。
全データはＳＱＬサーバ内に格納されている。画像はサーバ内に保存される。
Ｄ：ＤａｔａＰｉｃｔ：０（ＪＰＧ）、Ｄ：ＤＡＴＡＰｉｃｔ：ｉｆｚ（ｉｆｚ）
ファイル名の例は３６−２０１４−１０−０８−２１−０６−３４−６８７０である。
最初の２桁の数字は窓画像番号を示す。ピクチャーモードが追加される。
【００２９】
データ管理
データ読み込みは、読み込み位置と行数を指定して計測データをデータベースから読み込む。読み込んだデータはヘッダーテキスト欄に表示される。
データ書き出しは、読み込んだデータは、書き出し開始位置と行数を指定して指定ファイルに書き出す。保存フォルダ  内はＣａｌｃＤａｔａ、ＤａｔａＭｅａｓ及びＤａｔａＰｉｃｔの３つのフォルダ  から構成される。ＣａｌｃＤａｔａには平均化処理されたデータが格納される。ＭｅａｓＤａｔａファイルに計測データ一式が格納される。ＤａｔａＰｉｃｔに書き出した画像を保存するフォルダが格納される。
【００３０】
ＳＱＬサーバ内への画像データの保存
画像ファイルは一時保管場所に保存される。本例ではカメラが６台あるのでカメラ１から６の６台の画像をそれぞれ１から６のフォルダに振り分けて保存する。
【００３１】
ＳＱＬサーバ内への画像データの保存・運用
データは４０ｍｓで保存され、画像データも１６０ｍｓから２８０ｍｓで保存されるので、データ容量が膨大になる。データ収集完了後は速やかに、書き出し処理を行うか、ＳＱＬサーバ内の生データを保存するかどちらかの処理を行って、データを保存する。
次のデータ収集を開始する前には、データ収集ソフトのデータ管理画面からデータベース内の計測データおよび画像データを削除する。
【００３２】
計算処理
読み込んだデータを平均化して指定ファイルに書き出す。
平均化したデータの保存先
サーバ・・・Ｄ：ＣａｌｃＤａｔａ：ｍａｖｅ．ｔｘｔ
ＰＣ・・・ネットワーク：ＭＳＲＳＶＲ：Ｄａｔａ：ｍａｖｅ．ｔｘｔ
【００３３】
図７に平均化されたデータファイルの例を示す。ＳＱＬサーバークエリを行う。データベースに格納するデータ項目一覧を図８に示す。
【００３４】
画像処理システムはオムロンシステムのＦＺ＿ＦＨを用いる。
カメラのシャータースピード等の設定をリモートで行うことができる。ホワイトバランスを調整する。
【００３５】
画像の撮影は自動撮影か、手動撮影か選べる。
ＤＢ（データベース）と接続し、カメラを起動することでデータ収集が開始される。尚
撮影した画像はＳＱＬサーバ内に以下の様に保存される。Ｄ：ＤａｔａＰｉｃｔ：０（ＪＰＧ）、Ｄ：ＤａｔａＰｉｃｔ：ｉｆｚ（ｉｆｚ）
【００３６】
画像解析
画像の読み込みは以下特定フォルダから行うことができる。１）ドキュメント：ＯＭＲＯＮＦＺ：ＲａｍＤｉｓｋ、２）ドキュメント：ＯＭＲＯＮＦＺ：ＵＳＢＤｉｓｋ、３）ＤＶＤＲＷドライブ（Ｄ）、４）ＵＳＢリムーバルディスク
【００３７】
溶融混練状態を画像から判断する方法を次に述べる。
図９はラベリングを行う表示画面である。樹脂が白く見える部分を選択し四角で囲んで目標の色範囲を選択する。次に図１０のように多角形で白色計測範囲を選択する。次に図１１のようにラベル総面積を選択し、計測ボタンで囲った範囲の画素数を計測する。次に図１２の様にラベリング２（全体）・・・（フロー編集：検査計測をする：ラベリング）
をするため四角で囲んで目標の色範囲を選択する。次に図１３のように領域設定を行うため多角形で計測範囲全体を選択する。図１４のように判定を行う。以上から図１５のように溶融率の演算式を（１-ラベリング１ラベル総面積／ラベリング２ラベル総面積）×１００にすることによって溶融率が画像再計測で演算される。演算結果は図示は省略するがモニター画面に表示される。
またカラーマスタバッチ等を使用して画像処理で、カラーの画素数を評価することで滞留時間及び混練度の評価を行うことも出来る。更にこれらの演算結果は流動解析に統合されて用いられる。
【００３８】
次に流動解析を主とする部分につき説明する。
図１６は、押出装置、データ収集データベース、流動解析の流れを示す。図中専用解析ソフトと表示しているのは本発明で使用する主に流動解析を行い、画像解析の結果も併せ解析するソフトのことである。
可視化用観測窓や圧力／温度センサーを複数個装備した押出機（押出機は混練機の一つであるが以下押出機を例に述べる）と専用解析ソフトより構成される。当システムの主目的は、ハードウェアとソフトウェアを高度に連携させることで、押出機のバレル（シリンダと同意であるが以下バレルとも表現することがある）内のブラックボックスとなっている成形現象を可視化するとともに、可塑化状態、圧力、温度、押出量、摩擦係数、及び材料物性など押出機の運用特性を把握する上で工学的に重要視される各種情報を正確に定量化することにある。可視化押出機と専用解析ソフトは、図１６に示すように押出機に装備された複数の温度／圧力センサー等が出力する計測情報ファイルを介在して連携している。解析ソフトは、この計測情報に対する最適化解析を通じて、バレル内成形現象を合理的にシミュレートする材料物性や摩擦係数などの情報を推定する機能及びシリンダ内成形現象を詳細に定量化する機能を有する。
【００３９】
バレル内の成形現象を解析する際に、各種材料特性やペレットとスクリュー／バレル間の摩擦係数などの入力情報が必要になる。各種材料特性は、別途、専用の測定装置を利用して収集されることが多いが、測定精度のばらつきが問題視される場合がある。また、摩擦係数は、一般的には測定が困難である。すなわち、バレル内の成形現象をシミュレートする際に必要になる入力情報は、現状、不確定あるいは不足している状況にある。解析ソフトは、以下に示す情報を設計変数と見なした最適化計算を通じて、実測圧力や溶融可塑化情報をベストフィット（最適化）する条件を自動検索する。
【００４０】
解析ソフトで扱う設計変数とその最適化計算内容を表１に示す。例えば密度については、密度変化は、押出量変化に影響する。このため密度を設計変数とした最適化計算で圧力実測値をベストフィットする最適密度を推定する。その他のシミュレートする際に用い最適化するパラメーターとしては粘度、熱伝導率、比熱、潜熱、壁面熱伝達係数、摩擦係数、粘性発熱係数がある。  
【００４１】
【表１】
0006456098.tif 000002
【００４２】
最適化計算アルゴリズムとしては、シンプルでロバストな実用的解法として利用実績の高いＴＳＭ（Ｔｒｉａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）を採用する。当アルゴリズムでは、可視化押出機が収集する圧力実測値Ｐｉｅｘｐ（ｉ＝１〜１３）と専用解析ソフトが対応する位置で計算した圧力計算値Ｐｉｐｒｅｄｉｃｔ（ｉ＝１〜１３）の偏差で評価される次式を目的関数値として、その極小条件を達成する最適設計変数を自動検索する。数式１に示す。
【００４３】
【数１】
0006456098.tif 000003
ここでＰｉｅｘｐは図１６に示す押出機のＰ１〜ＰＨの１３点で観測される圧力実測値である。
Ｐｉｐｒｅｄｉｃｔは専用解析ソフトにより圧力計測位置で計算される圧力計算値である。
【００４４】
解析ソフトの利用者は、図１７に示すＧＵＩシステムのメニューで対象とする設計変数を選択し、その初期値、最終値、及び最適化計算回数を設定する。
【００４５】
解析ソフトは、図１８に示すフローに従い、解析者が選択した設計変数を初期値から最終値まで変化させた解析を自動的に遂行する。一般的に、設計変数の変化に応じて目的関数は図１９に示すように変化する。目的関数の極小条件は、圧力測定値をベストフィットする条件であり、当条件における設定変数を最適値として算出する。
【００４６】
以下低密度ポリエチレンを試料として収集された可視化押出機の実測圧力値を対象とした専用解析ソフトの最適解析例について以下に解説する。
最初に当試料の動粘度測定値とＣｏｘ−Ｍｅｒｚ則より推定した定常粘度及び押出量推定値（１０ｋｇ／ｈ）  を利用した標準解析を実施した。これらの入力情報は、実際と大きくかけ離れていないものの定量的に正確とは断言できない情報である。標準解析で算出された圧力計算値と圧力測定値の比較を図２０に示す。図２０に示すように当条件で推定された圧力実測データと対応する予測結果には、スクリュー下流側で乖離が観測された。
【００４７】
前述の通り、密度と粘度には、不確定因子が存在するため、これらの情報を設計変数とした２段階の最適化解析を実施し、圧力実測値と計算値間に観られる乖離の低減を試みた。  
【００４８】
第１ステップ：密度最適化解析。スクリュー下流側で、圧力計算値は、実測値をよりも過少評価されているため、密度を標準解析で採用した設定値を基準として１．２倍の範囲で変化させた際の最適条件を模索した。当最適解析で採用した専用解析ソフトの最適パラメーター条件を図２１に示す。密度最適化解析のパラメーター設定は密度を１．０〜１．２倍の範囲で変化させ押出量は１０〜１２ｋｇ／ｈで変化させた。
【００４９】
当最適化計算では、設計変数(密度:押出量)の変化に伴って、図２２に示すように目的関数が変化する。結果として、最適化レベル３:押出量（１０．４４４４４ｋｇ／ｈ）；密度（１．０４４４４４倍）の状態が最適化条件として検索された。この条件で推定された圧力実測データと対応する予測結果を密度最適化解析で算出された圧力計算値と圧力測定値の比較を図２３に示す。
【００５０】
第２ステップ：粘度最適化解析。密度最適化によって、圧力実測値と計算値間に観られ
る乖離は低減されたが、更に好ましい条件を模索するために第２ステップでは、粘度を標
準解析で採用した設定値を基準として、粘度最適化解析のパラメーター設定において粘度を１．０〜１．１倍の範囲で変化させ最適化解析を試みた。当最適解析で採用した専用解析ソフトの最適パラメーター設定条件を図２４に示す。
【００５１】
当最適化計算では、設計変数(粘度)の変化に伴って、図２５に示すように目的関数が変化する。結果として、最適化レベル４:粘度係数（１．０３３３３） の状態が最適化条件として検索された。この条件で推定された圧力実測データと対応する予測結果を図２６に示す。
【００５２】
このように、２段階の最適化解析を通じて、標準解析で観測された圧力実測値と計算値の乖離（目的関数値：４．７５０１１)を大幅に低減することができた（目的関数値：２．２０２９９２）。同様にソリッドベッド分布（溶融可塑化状態）についても最適化することができる。このように最適化条件下でソフトが予測する押出機内成形現象をビジュアライズした情報を図２７〜図３０に示す。図２７は圧力分布（単位はＭＰａ）、図２８は温度分布（単位は℃）、図２９はソリッドベッド分布（溶融可塑化状態）、図３０はせん断粘度分布（単位はＰａ・ｓｅｃ）である。これらはモニターに表示されるので、押出機内の作動内容を直観的に把握することができ次のアクションをとる大きな助けとなる。  
【００５３】
このようにＣＣＤカメラで撮影し画像データを採取し、画像解析により例えば白黒比率にて可塑化度を求めそれを数値化し、流動解析との比較・合わせ込みを行うことにより押出機内の現象が正確にその場で把握でき、その対処が現場でオンタイムで行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の解析システムによれば、迅速なデータ処理がオンタイムで行えるようになり更に従来は画像データ解析と、流動解析を別個に行い照合していたものが統合して処理できるので総合的な解析に１ヶ月程度かかっていたものが、本システムによれば現場でオンタイムでできるため、成形の内容が迅速に把握でき、実験、製造条件の設定が極めて迅速化されるとともに、樹脂やその混練方法、混練装置等の開発が大幅に促進される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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