(57)【要約】射出サイクルにしたがって制御される射出成形機および金型キャビティを形成する金型を制御するためのシステムおよびアプローチ。システムおよび方法は、射出成形機、金型、および溶融材料のうちの少なくとも１つのモデルを分析して、射出成形機の１つ以上の制御パラメータの初期値を判定することと、射出成形機において一連の射出サイクルを実行することと、一連の射出サイクルの特定の射出サイクル中の射出成形機の動作を測定することと、１つ以上の動作パラメータが閾値を超えていると判定することと、１つ以上の動作パラメータが閾値を超えていると判定すると、一連の射出サイクルの後続の射出サイクルについての１つ以上の制御パラメータを調整することと、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機と、金型キャビティを形成する金型とを制御するための方法であって、前記射出成形機が射出サイクルにしたがって制御され、前記方法が、
前記射出成形機、前記金型、および溶融材料のうちの少なくとも１つのモデルを分析して、前記射出成形機の１つ以上の制御パラメータの初期値を判定することと、
前記射出成形機において一連の射出サイクルを実行することであって、前記一連の各射出サイクル中に、前記射出成形機が射出パターンにしたがって前記金型のキャビティに前記溶融材料を射出することと、
前記一連の射出サイクルの特定の射出サイクル中の前記射出成形機の動作を測定することと、
１つ以上の動作パラメータが閾値を超えていると判定することと、
前記１つ以上の動作パラメータが前記閾値を超えていると判定すると、前記一連の射出サイクルの後続の射出サイクルについての前記１つ以上の制御パラメータを調整することと、を備える、方法。
【請求項２】
前記１つ以上の動作パラメータが超えることを判定することが、
特定の動作パラメータの値を前記閾値と比較することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、
２つ以上の前記動作パラメータの値を組み合わせて複合メトリックを生成することを備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の動作パラメータが超えることを判定することが、
前記複合メトリックを前記閾値と比較することを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記２つ以上の動作パラメータの前記値を組み合わせることが、
機械学習アルゴリズムを適用して前記複合メトリックを判定することを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上の動作パラメータが前記閾値を超えることを前記判定することが、前記溶融材料の粘度または成形品の部品重量が予想される動作範囲外にあることを示す、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記動作パラメータが、定常状態誤差、オーバーシュート圧力、アンダーシュート圧力、環境パラメータのうちの１つ以上を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記射出パターンが、１つ以上の制御パラメータに対して１つ以上の設定点パターンを定義する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記１つ以上の制御パラメータを調整することが、前記射出パターンに含まれる前記１つ以上の設定点パターンを調整することを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の制御パラメータを調整することが、前記射出成形機に動作可能に接続されたＰＩＤコントローラの１つ以上のゲインを調整することを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ以上の制御パラメータを調整することが、
機械学習アルゴリズムを適用して前記制御パラメータの調整を判定することを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つ以上の制御パラメータの初期値を判定することが、
１つ以上の環境センサによって検知されたセンサデータを分析することを備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
射出成形システムであって、
射出成形機と、
金型と、
（ｉ）前記射出成形機および（ｉｉ）前記金型のモデルを記憶するように構成されたモデルデータベースと、
前記モデルデータベースおよび前記射出成形機に動作可能に接続されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、
前記射出成形機および前記金型のうちの少なくとも１つの前記モデルを分析して、前記射出成形機の１つ以上の制御パラメータの初期値を判定し、
前記射出成形機において一連の射出サイクルを実行し、前記一連の各射出サイクル中に、前記射出成形機が、射出パターンにしたがって前記金型のキャビティに溶融材料を射出し、
前記一連の射出サイクルの特定の射出サイクル中の前記射出成形機の動作を測定し、
１つ以上の動作パラメータが閾値を超えていると判定し、
前記１つ以上の動作パラメータが前記閾値を超えていると判定すると、前記一連の射出サイクルの後続の射出サイクルについての前記１つ以上の制御パラメータを調整するように構成されている、射出成形システム。
【請求項１４】
さらに、
１つ以上の制御パラメータの前記制御パラメータを制御するように構成された比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラであって、（ｉ）比例成分に関連付けられた第１のゲインと、（ｉｉ）積分成分に関連付けられた第２のゲインと、（ｉｉｉ）微分成分に関連付けられた第３のゲインと、を有する、ＰＩＤコントローラと、を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記１つ以上の制御パラメータを調整するために、前記コントローラが、
前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、または第３のゲインのいずれかを調整するように構成されている、請求項１３または１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記射出パターンが、１つ以上の制御パラメータに対して１つ以上の設定点パターンを定義する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つ以上の制御パラメータを調整するために、前記コントローラが、
前記１つ以上の制御パターンの設定点パターンを調整するように構成されている、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記モデルデータベースが前記溶融材料のモデルを含む、請求項１３から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ以上の制御パラメータの初期値を判定するために、前記コントローラが、
前記溶融材料の前記モデルを分析するように構成されている、請求項１３から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記１つ以上の動作パラメータが閾値を超えることを判定するために、前記コントローラが、
２つ以上の前記動作パラメータの値を組み合わせて複合メトリックを生成するように構成されている、請求項１３から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この非仮特許出願は、２０１８年６月２９日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏｔｕｎｉｎｇ  ａｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ」と題された米国仮特許出願第６２／６９２，２６５号の出願日の利益を主張し、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、射出成形に関し、より具体的には、様々な動作パラメータに応答して射出成形機の制御パラメータを自動調整するためのアプローチに関する。
【背景技術】
【０００３】
射出成形は、熱可塑性材料から構成された部品の大量生産に一般的に使用される技術である。反復射出成形プロセス中に、通常は小さなペレットまたはビーズの形態の熱可塑性樹脂が、熱および圧力下でペレットを溶融する射出成形機に導入される。射出サイクルでは、溶融材料は、特定の所望のキャビティ形状を有する金型キャビティに強制的に射出される。射出されたプラスチックは、金型キャビティ内に圧力下で保持され、その後に冷却されて、金型のキャビティ形状に非常に似た形状を有する固化部品として取り外される。単一の金型は、溶融樹脂の流れをキャビティに向けるゲートによって流路に接続されることができる任意の数の個別のキャビティを有することができる。典型的な射出成形プロセスは、一般に、以下の４つの基本的な動作を含む：（１）射出成形機においてプラスチックを加熱して、プラスチックが圧力下で流れることを可能にする、（２）溶融プラスチックを金型キャビティまたは閉じた２つの金型半体間に画定されたキャビティに射出する、（３）圧力下で、プラスチックを１つのキャビティまたは複数のキャビティ内で冷却および硬化させることを可能にする、および（４）金型半体を開いて金型から部品を取り出す。
【０００４】
これらのシステムでは、制御システムは、射出成形機の様々な構成要素の制御パラメータの一連の設定値を画定する射出パターンにしたがって、射出成形プロセスを制御する。例えば、射出サイクルは、固定および／または可変の溶融圧力プロファイルによって駆動されることができ、それにより、コントローラは、材料に加えられる駆動力を判定するための入力として、ノズルにおいて検知された圧力を使用する。
【０００５】
成形条件の変化は、溶融プラスチック材料の特性に大きな影響を与える可能性がある。一例として、樹脂バッチ間の材料仕様の違いや環境条件の変化（温度または湿度の変化など）は、溶融プラスチック材料の粘度を上下させる可能性がある。溶融プラスチック材料の粘度が変化すると、成形品の品質に影響を与える場合がある。例えば、溶融プラスチック材料の粘度が上昇すると、成形品は、最適な部品品質を達成するために、充填後に必要な圧力が高くなるため、「充填不足」または密度が低くなる場合がある。逆に、溶融プラスチック材料の粘度が低下すると、薄い溶融プラスチック材料が金型キャビティの継ぎ目に押し込まれるため、成形品がフラッシュする場合がある。さらにまた、未使用の材料と混合された再生プラスチック材料は、組み合わされたプラスチック材料のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）に影響を与える場合がある。２つの材料の混合に一貫性がないと、サイクル間でＭＦＩの変動が生じる場合もある。
【０００６】
一部の従来の射出成形機は、これらの材料特性の変化を考慮して射出サイクルを調整しない。その結果、これらの射出成形機は、低品質の部品を製造する場合があり、これは、品質管理検査中に除去する必要があり、それによって動作の非効率につながる。さらに、射出成形の実行は、数千とは言わないまでも数百の射出サイクルを含む場合があるため、射出成形機の環境条件は、実行の各射出サイクルにわたって一定ではない場合がある。したがって、射出サイクルが実行開始時の環境要因を考慮して適合されている場合であっても、環境条件の変化は、実行の後半に実行される射出サイクル中に低品質の部品の製造をさらにもたらす場合がある。
【０００７】
さらに、固定溶融圧力パターンに基づく射出サイクルに依存しているため、射出サイクルは、様々な特性を有する材料（例えば、再粉砕、生分解性、および／または再生可能な材料）を適切に射出することができない場合がある。さらに、一部のシステムは、調整可能な溶融圧力パターンを使用する場合があるが、これらのシステムでは、材料の仕様（例えば、粘度や部品密度）が変更された場合に、材料の公差を維持することができないことがよくある。その結果、これらのシステムは、一貫性のない寸法の部品を生成する場合があり、その結果、動作の非効率性をさらに高める。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の範囲内の実施形態は、射出成形機の動作に基づいて射出成形機の制御パラメータを自動的に再調整することによって繰り返し一貫性のある部品を製造するための射出成形機の制御に関する。射出成形機を制御するためのシステムおよびアプローチは、最初に、射出成形機、金型、および／または材料のモデルを取得して、射出成形機の制御パラメータの初期セットを判定することを含む。例えば、制御パラメータは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラの溶融圧力プロファイルおよび／またはゲイン値を含むことができる。射出成形機の動作は、射出サイクル中に測定される。動作が予想される動作範囲外の場合、制御パラメータは、自動的に調整される（例えば、射出成形機の現在の動作に基づいて調整される）。
【０００９】
一連の射出サイクルの様々な射出サイクルにわたる射出成形プロセスの従来の固定制御と比較して、制御パラメータを自動的に調整することは、発生する振動の数を減らす、および／または発生する振動の大きさを減らすことができる。振動を低減することは、射出成形機の性能が、射出サイクルによって定義された設定点とどれだけ近くに一致するかを向上させる。制御パラメータを自動的に調整することはまた、射出サイクルによって定義された値により厳密に一致する定常状態値を射出成形機に達成させる。その結果、射出成形機が成形品を製造する際の一貫性が向上する。
【００１０】
様々な実施形態において、射出成形機のコントローラは、射出成形機の動作条件を監視する１つ以上のセンサに動作可能に接続されることができる。例えば、１つのセンサは、スクリューの位置を監視することができ、別のセンサは、スクリューが回転する速度を監視することができ、さらに別のセンサは、金型キャビティの圧力を監視することができ、なおも別のセンサは、熱可塑性材料または加熱されたバレルの温度を監視することができる。コントローラは、１つ以上のセンサによって生成されたセンサデータを取得して、射出成形機の動作が予想される動作範囲内にあるかどうかを判定することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、コントローラは、単一のパラメータを閾値と比較する。例えば、オーバーシュート圧力が閾値を超える場合がある、定常状態の圧力の誤差が閾値を超える場合がある、または射出成形機の周囲環境の湿度が閾値を超えてシフトする場合がある。追加のまたは代替の実施形態では、コントローラは、センサデータを組み合わせて、閾値と比較される複合メトリックまたはスコアを生成することができる。例えば、センサデータを組み合わせて、溶融材料の粘度を示すメトリックを判定することができる。いくつかの実施形態では、射出成形機、金型、および／またはそれらのそれぞれのモデルによって示される溶融材料のうちの１つ以上の特性もまた、複合メトリックを判定するために使用される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、１つ以上の機械学習技術を適用して、複合メトリックおよび／または複合値が比較される閾値を判定する。例えば、いくつかの実装形態では、複数の射出サイクルの性能が、複数の異なる射出成形機、金型、および溶融材料について監視される。したがって、この履歴データを入力として使用して、それぞれのモデルにおいてコンパイルされた射出成形機、金型、および／または溶融材料の特性と、射出サイクルにしたがって制御されることになる測定された応答へのそれらの影響とを相関させるための機械学習アルゴリズムをトレーニングすることができる。
【００１３】
したがって、コントローラは、射出成形プロセスの制御パラメータを従来よりも正確に調整する必要性を判定することができる。さらに、射出成形機の手動監視に依存する従来の射出成形システムと比較した場合、本技術は、手動観察が可能なものを超える関係に基づいて制御パラメータを調整する必要性の判定を可能にする。
【００１４】
さらに、異なる射出成形機、金型、および／または熱可塑性材料は、同じ射出パターンにしたがうと異なる性能特性を示す場合がある。例えば、一部の射出成形機は、他の射出成形機よりも頻繁に使用される場合がある。したがって、射出成形機内の可動部品は、磨耗および引き裂きによって生じる特定の効果に応じて、より高いまたはより低い抵抗率を示す場合がある。別の例として、異なるプロセスを使用して、異なる企業によって異なる射出成形機が製造されてもよい。これらの相違は、射出成形機のモデルによって定量化および表現されることができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、金型もまた、モデル化されることができる。金型のモデルは、射出成形機によって実行された履歴射出サイクルに関連付けられたデータを含むことができる。例えば、データは、金型サイクルを実行した射出成形機の識別子、金型サイクルの過程で検知された複数の射出圧力または射出速度値、または金型サイクルを実行しているときの射出成形機の他の特性を含むことができる。
【００１６】
いくつかのさらなる実施形態では、溶融材料もまた、モデル化されることができる。溶融材料のモデルは、材料に関連するＭＦＩ、および／または溶融材料ＭＦＩと未使用の溶融材料に対する粉砕再生材料の比率との間の相関関係を含むことができる。
【００１７】
様々な実施形態において、コントローラはまた、射出成形機、金型、および／または溶融材料を表すモデルを記憶するモデルデータベースに動作可能に接続される。コントローラは、関連する射出成形機、金型、および／または溶融材料に対応するモデルを取得することができる。１つ以上のセンサから取得したセンサデータに加えて、コントローラは、１つ以上の制御パラメータに対するチューニング調整を自動的に判定するときに、射出成形機のモデルを分析することができる。
【００１８】
射出成形機、金型、および／または溶融材料のモデルを分析して複合スコアを判定する、および／または制御パラメータを調整することは、さらに、特定の動作機器に合わせて制御を調整することにより、設定点パターンと示される応答との間の誤差を低減する。その結果、成形品の一貫性が増し、それにより、従来の技術を使用して達成可能なものよりも厳しい公差を達成することができる成形品の製造を可能にする。
【００１９】
本明細書は、本開示と見なされる主題を特に指摘し明確に主張する特許請求の範囲で結論付けるが、本発明は、添付の図面と併せて以下の説明からより完全に理解されると考えられる。図面のうちのいくつかは、他の要素をより明確に示す目的で選択された要素を省略することによって簡略化されたものとすることができる。いくつかの図面におけるこのような要素の省略は、対応する記述において明示的に描出され得る場合を除いて、例示的な実施形態のうちのいずれにおいても必ずしも特定の要素の存否を示すものではない。図面は、必ずしも一定の縮尺ではない。例えば、図中のいくつかの要素の寸法および／または相対的な位置付けは、本発明の様々な実施形態の理解の向上を助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の様々な実施形態にかかる、それに結合されたコントローラを有する例示的な射出成形機の概略図を示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の様々な実施形態にかかる、コントローラおよびそれに結合されたＰＩＤコントローラを有する例示的な射出成形機の概略図を示している。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示にしたがって構築された射出成形機によって実行される射出サイクルの設定圧力値と検知圧力値との間の比較プロットを示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの比較プロットの特定の態様を示している。
【図３】図３は、動作パラメータメトリックの比較プロットと、一連の射出サイクルの射出サイクルインデックスとを示している。
【図４】図４は、射出成形プロセスの制御パラメータを自動調整するための例示的な方法を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面を詳細に参照すると、図１Ａは、必ずしもそうではないが、熱可塑性樹脂部品、特に１００以上のＬ／Ｔ比を有する薄壁部品を大量に生産するための例示的な射出成形機１０（例えば、クラス１０１もしくは３０射出成形、または「超高生産性成形」）を示している。射出成形機１０は、一般に、射出システム１２およびクランプシステム１４を含む。熱可塑性材料は、熱可塑性ペレット１６の形態で射出システム１２に導入されることができる。熱可塑性ペレット１６は、熱可塑性ペレット１６を射出システム１２の加熱バレル２０に供給するホッパ１８に入れることができる。熱可塑性ペレット１６は、加熱バレル２０に供給された後、往復スクリュー２２などのラムによって加熱バレル２０の端部まで駆動されることができる。加熱バレル２０の加熱および往復スクリュー２２による熱可塑性ペレット１６の圧縮は、熱可塑性ペレット１６を溶融させ、溶融熱可塑性材料２４を形成する。溶融熱可塑性材料は、典型的には、約１３０℃−約４１０℃の温度で処理される。
【００２２】
往復スクリュー２２は、溶融熱可塑性材料２４をノズル２６に向かって押しやり、熱可塑性材料のショットを形成し、これは、１つ以上のゲートを介して金型２８の金型キャビティ３２に射出される。溶融熱可塑性材料２４は、溶融熱可塑性材料２４の流れを金型キャビティ３２に向けるゲート３０を介して射出されることができる。他の実施形態では、ノズル２６は、供給システム（図示せず）によって１つ以上のゲート３０から分離されることができる。金型キャビティ３２は、金型２８の第１および第２の金型側面２５、２７の間に形成され、第１および第２の金型側面２５、２７は、プレスまたはクランプユニット３４によって圧力下で一体に保持される。プレスまたはクランプユニット３４は、成形プロセス中に２つの金型半体２５、２７を分離するように作用する射出圧力によって加えられる力よりも大きいクランプ力を適用し、それによって溶融熱可塑性材料２４が金型キャビティ３２に射出される間、第１および第２の金型側面２５、２７を一体に保持する。典型的な高可変圧力射出成形機では、クランプ力が射出圧力に直接関係するため、プレスは、通常、３０，０００ｐｓｉ以上を及ぼす。これらのクランプ力をサポートするために、クランプシステム１４は、金型フレームおよび金型ベースを含むことができる。
【００２３】
溶融熱可塑性材料２４のショットが金型キャビティ３２に射出されると、往復スクリュー２２は、前方への移動を停止する。溶融熱可塑性材料２４は、金型キャビティ３２の形態を取り、溶融熱可塑性材料２４は、熱可塑性材料２４が固化するまで金型２８内で冷却する。熱可塑性材料２４が固化すると、プレス３４は、第１および第２の金型側面２５、２７を解放し、第１および第２の金型側面２５、２７は互いに分離され、完成部品が金型２８から排出されることができる。金型２８は、全体の生産速度を高めるために複数の金型キャビティ３２を含むことができる。複数の金型キャビティのキャビティの形状は、互いに同一、類似、または異なっていてもよい。（後者は、金型キャビティのファミリーと見なされることができる）。
【００２４】
コントローラ５０は、射出成形機１０に通信可能に接続され、非一時的メモリに記憶されたコンピュータ可読命令のセットを実行して、射出成形機１０に射出サイクル（すなわち、上述した射出成形プロセス）を実行させるように構成されている。射出サイクルを実行するために、コントローラ５０は、射出パターンを形成する制御パラメータの１つ以上の設定値を含む射出パターンを実装することができる。いくつかの実施形態では、射出パターンは、実質的に一定の圧力プロファイルを定義する。もちろん、射出パターンは、他の圧力プロファイルを定義する場合してもよい（例えば、従来の高圧射出成形プロセス）。
【００２５】
コントローラ５０はまた、射出成形機１０の動作を測定するために、図示されたノズルセンサなどの１つ以上のセンサ５２に通信可能に結合されている。図１Ａは、ノズルセンサおよびスクリュー位置センサのみを示しているが、コントローラ５０は、任意の数のセンサ５２によって生成されたデータを監視することができることを理解されたい。様々な実施形態では、センサ５２は、射出成形機１０の動作を監視するように構成された任意の数の温度センサ、圧力センサ、速度センサ、および／または位置センサを含むことができる。さらに、センサ５２は、射出成形機１０を取り巻く環境を監視するセンサを含むことができる。例えば、センサ５２は、湿度センサ、温度センサ、高度センサ、気圧計、および／または地震計を含むことができる。
【００２６】
開示された実施形態によれば、コントローラ５０はまた、射出成形機１０、金型２８、および／または溶融熱可塑性材料２４（または、いくつかの実施形態では、ホッパ１６内の熱可塑性ペレット１８）の特性を示すモデルを記憶するモデルデータベース６６に動作可能に接続されている。例えば、射出成形機１０のモデルは、射出成形機１０の１つ以上の構成要素の抵抗率、射出成形機１０を使用して実行される射出サイクルの回数、射出成形機１０によって導入された１つ以上のプロセス変数の既知の誤差、射出成形機１０のパージポット圧力、および／または射出成形機１０のデッドヘッド圧力を示すことができる。別の例として、金型２８のモデルは、金型２８の型壁の抵抗率、金型２８を使用して実行される射出サイクルの回数、および／または金型２８が作られる材料を示すことができる。さらに別の例として、溶融熱可塑性材料２４のモデルは、ホッパ１８に導入された粉砕再生材料の量に基づいてＭＦＩがどのように変化するかを示すＭＦＩおよび／または因子を示すことができる。図１Ａは、モデルデータベース６６を単一のエンティティとして示しているが、いくつかの実施形態では、モデルデータベース６６は、任意の数のデータベースエンティティを使用して分割または冗長化されることができる。モデルデータベース６６に入力されるデータは、射出成形機１０、金型２８、および／または熱可塑性材料２４の熱可塑性ペレット１８を含む貯蔵容器またはバッグの１つ以上の構成要素に関連付けられた読み取り／書き込みデータ記憶媒体などの非一時的コンピュータ可読データ記憶媒体に記憶されることができる。
【００２７】
一連の射出サイクルを実行する前に、コントローラ５０は、射出成形機１０、金型２８、および／または溶融熱可塑性材料２４のモデルを取得および分析して、射出成形機の１つ以上の制御パラメータの初期値を設定することができる。例えば、制御パラメータは、射出サイクルの過程にわたる特定の制御パラメータ（溶融圧力、射出速度、クランプユニット３４によって加えられる保持圧力、および／またはスクリュー２２の位置）の一連の設定値を定義する構成要素の設定点パターンに関連付けることができる。制御パラメータはまた、射出サイクルを通して実質的に一定であるパラメータ（加熱されたバレル２０の温度など）を含むことができる。追加的にまたは代替的に、コントローラ５０は、任意の環境センサ５２を分析して、１つ以上の制御パラメータの初期値を設定することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、モデルデータおよび／またはセンサデータを機械学習モデルに入力することによって初期値を判定する。これらの実施形態では、機械学習モデルは、同じまたは他の射出成形機、金型、および／または材料を使用して実行された以前の射出サイクルの履歴データでトレーニングされることができる。モデルデータおよび／またはセンサデータ間のトレーニングされた関係に基づいて、機械学習モデルは、射出成形機１０の予想される動作と射出サイクルによって示される射出パターンとの間の誤差を最小化するおよび／またはより一貫性のある成形品を製造する一連の初期値を生成することができる。
【００２９】
図１Ｂに示される実施形態では、コントローラ５０はまた、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ６０に動作可能に接続されている。これらの実施形態では、ＰＩＤコントローラ６０は、射出成形プロセスの特定の制御パラメータを制御するように構成されている。動作中、ＰＩＤコントローラ６０は、制御パラメータの１つ以上の設定値５８（射出パターンに含まれる目標設定値など）を、加算器または比較器５５を介して制御パラメータの測定値と比較する。例えば、ＰＩＤコントローラ６０は、射出圧力または射出速度を制御するように構成されることができる。したがって、センサ５２の１つは、射出圧力または射出速度を監視するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、センサデータは、比較器５５に直接通信される。他の実施形態では、センサデータは、センサデータを比較器５５に中継するコントローラ５０および／またはＰＩＤコントローラ６０に通信される。
【００３０】
コントローラ５０が射出成形プロセスの制御パラメータの初期値を判定した後、コントローラ５０は、一連の射出サイクル（すなわち、射出成形機１０を使用して連続的に実行される一連の射出サイクル）を実行する。本明細書に記載されるように、実行の過程で、射出成形機１０の動作はシフトする。例えば、溶融材料２４の粘度がシフトする場合があるか、環境の温度がシフトする場合があるか、または微量の溶融材料２４が金型２８上に堆積される場合がある。その結果、初期値は、初期射出パターンを介して射出成形機１０を動作させるのにもはや最適ではない場合がある。したがって、一連の各射出サイクルの後、コントローラ５０は、前の射出サイクルの動作パラメータを分析して、射出成形プロセスの制御パラメータが調整（例えば、「自動調整」）される必要があるかどうかを自動的に判定するように構成されることができる。
【００３１】
図２Ａを参照すると、射出成形機１０によって実行される射出サイクルの設定溶融圧力値１０２（例えば、溶融圧力制御パラメータ）と検知された溶融圧力値１０４（例えば、測定された動作パラメータ）との間の比較プロットが示されている。図示のプロットは、実質的に一定の圧力プロファイルに基づいているが、開示された技術は、任意の適切な圧力プロファイルに適用されることができることを理解されたい。実質的に一定の圧力プロファイルを実施する実施形態では、検知された溶融圧力値１０４は、センサ５２のノズルセンサによって生成され、射出サイクルの実行中にコントローラ５０に通信されることができる。射出サイクルの初期段階では、圧力は、設定値（設定点ＰFill）まで急激に上昇する。充填段階では、金型キャビティ３２が充填されるとき、圧力は、定常状態の圧力値に保持される。溶融材料２４が金型キャビティ３２の端部に近付くと、圧力は、第２のより低い設定値（設定点ＰHold）まで低下する。パックおよび保持段階では、金型キャビティ３２内の溶融材料２４が冷却される間、圧力は、定常状態の圧力値に保持される。材料２４が冷却された後、金型２８は、成形品において開かれて金型キャビティ３２から排出される。
【００３２】
しかしながら、図示のように、検知された溶融圧力値１０４は、設定値圧力値１０２と一致しない。したがって、いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、これらの差異を分析して、制御パラメータを調整する必要性を判定するように構成されている。例えば、コントローラ５０は、設定点ＰFillと測定されたＰFillとの間の差、または設定点ＰHoldと測定されたＰHoldとの間の差を示すメトリックを判定することができる。別の例として、コントローラ５０は、設定点圧力値１０２と検知された圧力値１０４との間の誤差１０３の総量を示すメトリックを判定することができる。
【００３３】
本開示の態様によれば、射出成形機１０がステップ応答（設定値１０２によって示されるものなど）を示すとき、検知された圧力値１０４は、定常状態値１０２にすぐには到達しない。代わりに、図２Ｂに示されるように、応答は、定常状態値１０２をオーバーシュートし、定常状態値に到達するまで、減少する振動誤差を示す。したがって、図２Ａは、オーバーシュートのない検知された圧力曲線１０４を示すが、検知された圧力曲線は、図２Ｂに示されるように、圧力曲線１０５によって示される振動誤差を実際に示すことができる。圧力曲線１０５のステップ応答に関連するオーバーシュート圧力と設定点１０２との間の差は、「ＰOvershoot」と呼ばれる。同様に、コントローラ５０がオーバーシュート圧力を補償すると、圧力曲線１０５は、再び設定値１０２を超える。圧力曲線１０５が設定値１０２を超える量の差は、「ＰUndershoot」と呼ばれる。したがって、いくつかの実施形態では、コントローラは、制御パラメータを調整する必要性を判定するために、ＰOvershootまたはＰUndershoot値に基づいてメトリックを判定するように構成されることができる。
【００３４】
図２Ａおよび図２Ｂは、制御パラメータを調整する必要性を判定するためにコントローラ５０によって分析されることができるいくつかの例示的な動作パラメータのみを示していることを理解されたい。様々な実施形態では、コントローラ５０は、他の動作パラメータ（射出速度、スクリュー位置、クランプ圧力など）を分析して、制御パラメータを調整する必要性を判定することができる。
【００３５】
特定の動作パラメータに関係なく、コントローラ５０は、動作パラメータの値を閾値と比較して、制御パラメータを調整する必要性を判定することができる。図３を参照すると、動作パラメータメトリックと一連の射出サイクルの射出サイクルインデックスとの比較プロットが示されている。動作パラメータメトリック値１１４（「Ｘ」として示されている）は、一連の各射出サイクル中の動作パラメータの値を表している。コントローラ５０は、上限閾値１１２ａおよび下限閾値１１２ｂを含む予想される動作範囲を定義している。したがって、コントローラ５０は、（値１１４ｂによって示されるように）メトリックの値が閾値１１２ａを超えるときを検出することができる。それに応じて、コントローラ５０は、制御パラメータを自動調整する。結果として、図示のように、次の値１１４は、閾値１１２ａおよび１１２ｂ内にある。
【００３６】
「閾値を超える」という用語は、閾値１１２ａなど、予想される動作の上限を超える動作パラメータを必ずしも指すわけではないことを理解されたい。他のシナリオでは、コントローラ５０は、下限閾値１１２ｂを超えるメトリックに基づいて制御パラメータを調整する必要性を判定することができる。
【００３７】
図４は、射出成形プロセスの制御パラメータを自動調整するための例示的な方法２００を示している。方法２００は、図１Ａまたは図１Ｂの射出成形機１０に動作可能に接続されたコントローラ５０によって実行されることができる。
【００３８】
例示的な方法２００は、射出成形１０、金型２８、および溶融材料２４のうちの少なくとも１つのモデルを分析して、射出成形機１０の１つ以上の制御パラメータの初期値を判定するコントローラ５０によって開始される（ブロック２０２）。上述したように、コントローラ５０は、モデルデータベース６６からモデルを取得することができる。モデルに含まれる任意のデータに加えて、コントローラ５０は、射出成形機１０に関連する環境条件を検知するように構成されたセンサを含む、センサ５２によって生成されたデータを分析することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、１つ以上の制御パラメータの初期値を生成する機械学習アルゴリズムへの入力としてモデルデータ（および任意のセンサデータ）を利用する。
【００３９】
ブロック２０４において、コントローラ５０は、射出成形機１０において一連の射出サイクルを実行する。一連の各射出サイクル中に、射出成形機１０は、射出パターンにしたがって、溶融材料２４を金型２８のキャビティ３２に射出する。射出パターンは、１つ以上の制御パラメータに対して１つ以上の設定点パターンを定義することができる。例えば、射出パターンは、溶融圧力、スクリュー位置、スクリュー速度、保持またはクランプ圧力などの設定点パターンを定義することができる。
【００４０】
ブロック２０６において、コントローラ５０は、一連の射出サイクルの特定の射出サイクル中の射出成形機１０の動作を測定する。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、コントローラ５０が特定の射出サイクルを実行するために射出成形機１０の制御を終了した後、射出成形機５０の動作を測定する。射出成形機１０の動作を測定するために、コントローラ５０は、射出成形プロセスの様々な状態を監視するように構成されたセンサ５２によって検知されたデータを取得することができる。
【００４１】
ブロック２０８において、コントローラ５０は、１つ以上の動作パラメータが閾値を超えていると判定する。動作パラメータは、定常状態誤差、オーバーシュート圧力、アンダーシュート圧力、環境パラメータなどを含むことができる。したがって、コントローラ５０は、特定の動作パラメータの値を閾値と比較することができる。いくつかの実施形態では、閾値は、溶融材料２４の粘度および／または成形品の重量（部品間の一貫性の指標として使用されることができる）が予想される動作範囲外であることを示すことができる。
【００４２】
追加的にまたは代替的に、コントローラ５０は、２つ以上の動作パラメータを組み合わせて、複合メトリックを生成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、個々の動作パラメータに重みまたは重み関数を割り当てて、動作パラメータを複合メトリックに結合する。例えば、重みまたは重み関数は、特定の動作パラメータが溶融材料２４の粘度および／または成形品の重量に影響を与える量を示すことができる。したがって、これらの実施形態では、コントローラ５０は、複合メトリックを閾値と比較する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、機械学習アルゴリズムを適用して、複合メトリックを判定する。より具体的には、コントローラ５０は、機械学習技術を適用して、複合メトリックに組み合わされた動作パラメータの重みおよび／または重み関数を判定することができる。いくつかの実施形態では、複合メトリックを開発するために使用される重みを判定する機械学習モデルは、初期制御値を判定するために使用されるモデルとは異なる機械学習モデルとすることができる。これらの実施形態では、双方の機械学習モデルは、同じまたは異なる射出成形機、金型、および／または溶融材料を使用して実行された以前の射出サイクル中に収集されたデータに基づいてトレーニングされることができるが、動作パラメータに関連する重量を判定する機械学習モデルは、制御パラメータを自動調整する必要性を判定するように構成されることができるが、必ずしも制御パラメータが調整される特定の値である必要はない。他の実施形態では、同じ機械学習モデルは、重みまたは重み関数の双方を判定して、動作パラメータを組み合わせて複合メトリックを生成するとともに、制御パラメータが調整される値を生成する。
【００４４】
ブロック２１０において、１つ以上の動作パラメータが閾値を超えると判定すると、コントローラ５０は、一連の射出サイクルの後続の射出サイクルのために制御パラメータを調整する。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、射出パターンを形成する制御パラメータの１つ以上の設定点パターンを調整する。図１Ｂに示されるように、射出成形機１０に動作可能に接続されたＰＩＤコントローラ６０を含む実施形態では、コントローラ５０は、ＰＩＤコントローラ６０の１つ以上のゲインを調整することができる。この目的のために、ＰＩＤコントローラ６０は、比例、積分、および／または微分ゲインを構成するためのコマンドを受信するための１つ以上のインターフェースを含むことができる。インターフェースは、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）などのアプリケーション層インターフェースと、有線または無線通信リンクなどの通信インターフェースとを含むことができる。コントローラ５０は、ＰＩＤコントローラ６０のＡＰＩによって定義されるフォーマットで比例、積分、および／または微分ゲインを調整するためのコマンドを生成し、有線または無線通信リンクを介してコマンドをＰＩＤコントローラ６０に送信することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、機械学習アルゴリズムを適用して、制御パラメータへの調整を判定する。例えば、コントローラ５０は、調整を判定するために制御パラメータの初期値を生成するために使用される機械学習アルゴリズムを利用することができる。上述したように、射出成形機１０の環境および／または動作は、実行の過程を通して変化する。したがって、コントローラ５０が更新された動作データのセットを入力として利用する場合、機械学習アルゴリズムは、異なる制御パラメータ値のセットを生成することができる。コントローラ５０は、この制御パラメータ値の出力セットを分析して、１つ以上の制御パラメータへの調整を判定することができる。その結果、コントローラ５０が射出成形機１０を制御して後続の射出サイクルを実行すると、成形品の一貫性が向上する。
【００４６】
実行は、動作パラメータがシフトし続けることができる十分な数の射出サイクルを含むことができ、それにより、射出成形機１０の動作を予想される動作範囲外にさせることを理解されたい。したがって、コントローラ５０は、一連の後続の各射出サイクルの後に、ブロック２０６−２１０に関連する動作を実行するように構成されることができる。
【００４７】
「制御パラメータ」という用語は、一般に、コントローラによって制御される射出成形プロセスへの入力を指し、「動作パラメータ」という用語は、一般に、動作中の射出成形プロセスの測定された特性を指すことを理解されたい。いくつかの実施形態では、射出成形プロセスの同じ特性は、制御パラメータおよび動作パラメータの双方とすることができる。例えば、溶融圧力は、制御パラメータ（例えば、設定値または射出パターン）および動作パラメータ（例えば、物理センサまたは仮想センサを介して検知された圧力値）に関連付けられることができる。
【００４８】
当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に関して多種多様な修正、変更、および組み合わせを行うことができ、そのような修正、変更、および組み合わせが本発明の概念の範囲内にあると見るべきであることを認識するであろう。
【００４９】
本特許出願の最後にある特許クレームは、「〜するための手段」または「〜するためのステップ」という表現が請求項（複数可）において明示されているなど、伝統的なミーンズ・プラス・ファンクション表現が明示的に記載されていない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることを意図したものではない。本明細書に記載のシステムおよび方法は、コンピュータ機能の改善、および従来のコンピュータの機能の改善に向けられている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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