(57)【要約】  射出成形プロセスのプロセス変数の振動を低減するために、射出成型機は、射出成形機および金型のモデルを格納するモデルデータベースに動作可能に接続され得る。チューニングコントローラは、可変ゲイン比例−積分−微分（ｐｉｄ）コントローラの初期ゲイン値を設定することができる。初期ゲインを設定するために、チューニングコントローラは、モデルデータベースから第１および第２の射出成形機のモデルと金型のモデルとを取得するように構成され得る。チューニングコントローラは、射出成形機パラメータと金型の金型サイクル性能との間の相関を決定するために、そのモデルを分析することができる。したがって、チューニングコントローラは、ＰＩＤコントローラの第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つの初期ゲイン値を決定するために相関を適用し得る。チューニングコントローラは、次に、ＰＩＤコントローラの初期ゲイン値を設定することができる。
2020533198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形システムであって、
金型を含む第１の射出成形機と、
（ｉ）前記第１の射出成形機、（ｉｉ）第２の射出成形機、および（ｉｉｉ）前記金型のモデルを格納するように構成されたモデルデータベースであって、前記金型の前記モデルが、前記金型を使用して前記第２の射出成形機によって実行された履歴金型サイクルに関連付けられたデータを含む、モデルデータベースと、
金型サイクルに基づいて前記第１の射出成形機の射出圧力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、
前記モデルデータベースおよび前記ＰＩＤコントローラに動作可能に接続されたチューニングコントローラであって、
前記モデルデータベースから、前記第１および第２の射出成形機の前記モデルおよび前記金型の前記モデルを取得し、
射出成形機パラメータと前記金型の金型サイクル性能の相関を決定するために、前記金型の前記モデルおよび前記第２の成形機の前記モデルを分析し、
前記第１の射出成形機の前記モデル内のパラメータに前記相関を適用し、
前記相関の前記適用に基づいて、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つの初期ゲイン値を決定し、かつ
前記決定された初期ゲイン値を使用して、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つを設定するように構成されている、チューニングコントローラと、を備える、射出成形システム。
【請求項２】
前記チューニングコントローラが、
前記第１の射出成形機によって実行された金型サイクルに関連付けられたデータを含むように、前記金型の前記モデルを更新するように構成されている、請求項１に記載の射出成形システム。
【請求項３】
前記射出圧力を検知するように構成された圧力センサーと、
前記第１の射出成形機の他の動作パラメータを示すセンサーデータを生成するように構成された少なくとも１つの他のセンサーと、をさらに備える、請求項１に記載の射出成形システム。
【請求項４】
前記チューニングコントローラが、
前記センサーデータに基づいて、前記第１の射出成形機によって実行される前記金型サイクル内の前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つをチューニングするように構成されている、請求項３に記載の射出成形システム。
【請求項５】
前記第１および第２の射出成形機の前記モデルが、デッドヘッド圧力またはパージポット圧力のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の射出成形システム。
【請求項６】
前記第１および第２の射出成形機の前記モデルが、プロセス値の既知の誤差または成分の抵抗率のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の射出成形システム。
【請求項７】
前記チューニングコントローラが、
前記金型の比較および前記モデルに基づいて、前記金型サイクルの特性を調整するように構成されている、請求項１に記載の射出成形システム。
【請求項８】
前記金型サイクルの前記特性を調整するために、前記チューニングコントローラが、
溶融温度、金型温度、スクリュー回転速度、または切り替え位置のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている、請求項７に記載の射出成形システム。
【請求項９】
射出成形システムであって、
金型を含む第１の射出成形機と、
（ｉ）前記第１の射出成形機、（ｉｉ）第２の射出成形機、および（ｉｉｉ）前記金型のモデルを格納するように構成されたモデルデータベースであって、前記金型の前記モデルが、前記金型を使用して前記第２の射出成形機によって実行された履歴金型サイクルに関連付けられたデータを含む、モデルデータベースと、
金型サイクルに基づいて前記第１の射出成形機の射出速度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、
前記モデルデータベースおよび前記ＰＩＤコントローラに動作可能に接続されたチューニングコントローラであって、
前記モデルデータベースから、前記第１および第２の射出成形機の前記モデルおよび前記金型の前記モデルを取得し、
射出成形機パラメータと前記金型の金型サイクル性能の相関を決定するために、前記金型の前記モデルおよび前記第２の成形機の前記モデルを分析し、
前記第１の射出成形機の前記モデル内のパラメータに前記相関を適用し、
前記相関の前記適用に基づいて、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つの初期ゲイン値を決定し、かつ
前記決定された初期ゲイン値を使用して、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つを設定するように構成されている、チューニングコントローラと、を備える、射出成形システム。
【請求項１０】
前記チューニングコントローラが、
前記第１の射出成形機によって実行される金型サイクルに関連付けられたデータを含むように、前記金型の前記モデルを更新するように構成されている、請求項９に記載の射出成形システム。
【請求項１１】
前記射出速度を検知するように構成された速度センサーと、  
前記第１の射出成形機の他の動作パラメータを示すセンサーデータを生成するように構成された少なくとも１つの他のセンサーと、をさらに備える、請求項９に記載の射出成形システム。
【請求項１２】
前記チューニングコントローラが、
前記センサーデータに基づいて、前記第１の射出成形機によって実行される前記金型サイクル内の前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つをチューニングするように構成されている、請求項１０に記載の射出成形システム。
【請求項１３】
前記第１および第２の射出成形機の前記モデルが、デッドヘッド速度またはパージポット速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の射出成形システム。
【請求項１４】
前記第１および第２の射出成形機の前記モデルが、プロセス値の既知の誤差または成分の抵抗率のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の射出成形システム。
【請求項１５】
前記チューニングコントローラが、
前記金型の比較と前記モデルに基づいて、前記金型サイクルの特性を調整するように構成されている、請求項９に記載の射出成形システム。
【請求項１６】
前記金型サイクルの特性を調整するために、前記チューニングコントローラが、
溶融温度、金型温度、スクリュー回転速度、または切り替え位置のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている、請求項１５に記載の射出成形システム。
【請求項１７】
射出成形機の制御を正規化する方法であって、
モデルデータベースから、第１および第２の射出成形機のモデルおよび前記金型のモデルを取得することと、
射出成形機パラメータと前記金型の金型サイクル性能との間の相関を決定するために、前記金型の前記モデルおよび前記第２の成形機の前記モデルを分析することと、
前記第１の射出成形機の前記モデル内のパラメータに前記相関を適用することと、
前記相関の前記適用に基づいて、前記第１の射出成形機のスクリューの動作を駆動する比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラの初期ゲイン値を決定することであって、前記ＰＩＤコントローラが、（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のゲインと前記第１、第２および第３のゲインのうちの少なくとも１つを有する、決定することと、
前記初期ゲイン値を使用して、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、および第３のゲインのうちの少なくとも１つを設定することと、を含む、方法。
【請求項１８】
前記初期ゲイン値を設定することが、
前記初期ゲイン値を使用して、前記射出成形機の射出圧力を変更するように、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、または第３のゲインのうちの少なくとも１つを設定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記初期ゲイン値を設定することが、
初期ゲイン値を使用して、前記射出成形機の射出速度を変更するように、前記ＰＩＤコントローラの前記第１、第２、または第３のゲインのうちの少なくとも１つを設定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記金型の比較と前記モデルに基づいて、前記金型サイクルの特性を調整することをさらに含む、請求項１７に記載の射出成形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月７日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏｔｕｎｉｎｇ  ＰＩＤ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ」と題された米国仮特許出願第６２／５５５，３１７号および２０１７年１１月９日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ  ＰＩＤ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｃｒｏｓｓ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ」と題された米国仮特許出願第６２／５８３，８５８号の優先権を主張し、両方の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、一般に、射出成形プロセスの制御に関し、より具体的には、異なる射出成形機にわたる射出成形プロセスの制御の正規化に関する。
【背景技術】
【０００３】
プラスチック物品の成形には、一般に射出成形機が使用される。射出成形機は、金型サイクルを繰り返し実施することにより、プラスチック物品を成形する。各金型サイクル中に、機械は、溶融プラスチックを金型に射出し、プラスチックを冷却し、金型を開き、成形物品を排出し、金型を閉じ、次のサイクルのために回復する。様々な射出成形機は、当技術分野で知られているように、この金型サイクルの変形を含む。金型サイクルを実行するようにプログラムされた制御システムは、金型サイクルに従って機械を制御する。
【０００４】
いくつかの従来の射出成形システムでは、制御システムに比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラが含まれている。ＰＩＤコントローラは、射出成形機の現在の動作を、金型サイクルで定義された設定点と比較する。設定点と現在の操作の間の誤差は、プロセス変数の調整に使用される。ＰＩＤコントローラによって計算される調整は、一般に現在の誤差を示す比例成分、一般に過去の誤差を示す積分成分、および一般に将来の予測誤差を示す微分成分の、３つの成分で構成される。これらの各成分は、ＰＩＤコントローラによって生成された制御値に対する成分の影響を調整するゲインに関連付けられている。
【０００５】
いくつかのさらに従来の成形システムでは、比例、積分、微分成分のゲインは、金型サイクル全体で固定されている。ただし、プロセス変数の固定ゲインＰＩＤ制御は、ＰＩＤコントローラが設定点値を達成するようにプロセス変数を調整するため比較的大きな振動に関連付けられている。射出成形プロセスの文脈では、これは、金型サイクル間の成形製品の一貫性が低く、成形製品に許容できない欠陥が含まれる可能性が高くなることを意味する。
【０００６】
なおさらに従来の成形システムでは、ＰＩＤコントローラの初期ゲイン値を含む金型サイクルは、ある射出成形機から別の射出成形機に単純にコピーされる。ただし、異なる射出成形機は、同じ金型サイクルに対して異なる応答をする場合がある。したがって、同じ金型サイクルを実行しているにもかかわらず、異なる射出成形機は異なる成形製品を生産する可能性がある。言い換えると、異なる射出成形機で同じ金型サイクルを実行すると、ＰＩＤコントローラに関連付けられた振動が増加する可能性がある。結果として、これらのさらなる従来の成形システムは、異なる射出成形機にわたって金型サイクルを実行しているとき、一貫性の低い結果を生成する。
【発明の概要】
【０００７】
しかしながら、本開示の実施形態は、固定ゲインＰＩＤコントローラを可変ゲインＰＩＤコントローラに変更することにより、射出成形機の動作を改善するために使用することができる。可変ゲインＰＩＤコントローラでは、比例、積分、または微分成分の少なくとも１つに関連付けられたゲインが金型サイクル内でチューニングされる。可変ゲインＰＩＤコントローラのチューニング方法を制御するために、射出成形制御システムにチューニングコントローラを含めることもできる。チューニングコントローラは、可変ゲインＰＩＤコントローラを自動的にチューニングするために、射出成形機の１つ以上の動作条件を分析することができる。様々な実施形態において、射出成形機のコントローラは、チューニングコントローラとして機能する。他の実施形態では、チューニングコントローラは、ＰＩＤコントローラのゲインを自動チューニングおよび／または正規化する目的で射出成形機に相互接続された別個のコントローラである。
【０００８】
固定ゲインＰＩＤコントローラを使用して射出成形プロセスを制御するのに比べて、可変ゲインＰＩＤコントローラは、生じる振動の数を低減することができ、および／または生じる振動の大きさを低減することができる。振動を低減することにより、射出成形機の性能が、金型サイクルで定義された設定点とどれだけ近くに一致するかが向上する。振動を低減することにより、射出成形機が成形部品を生産する際の一貫性も向上する。射出成形機の一貫性を改善することにより、欠陥製品に起因する無駄が削減される。
【０００９】
図３を参照すると、設定点圧力１０２、固定ゲインＰＩＤコントローラ１０５を使用して印加される圧力、および可変ゲインＰＩＤコントローラ１１０を使用して印加される圧力の間の時間に対する射出圧力の比較プロットが示される。設定点圧力曲線１０２は、目標圧力曲線として金型サイクルによって定義され得る。比較プロットに示されているように、固定ゲインＰＩＤコントローラ１０５の圧力曲線は、可変ゲインＰＩＤコントローラ１１０の圧力曲線よりも大きな振動を示し、定常状態を達成するのに時間がかかる。
【００１０】
様々な実施形態において、チューニングコントローラは、射出成形機のそれぞれの動作状態を監視する１つ以上のセンサーに動作可能に接続されてもよい。例えば、１つのセンサーは、スクリューの位置を監視し得、別のセンサーは、スクリューが回転する速度を監視し得、さらに別のセンサーは、金型キャビティの圧力を監視し得、なお別のセンサーは、熱可塑性材料または加熱されたバレルの温度を監視し得る。チューニングコントローラは、１つ以上のセンサーによって生成されたセンサーデータを取得して、ＰＩＤコントローラの１つ以上のゲインに対するチューニング調整を自動的に決定することができる。
【００１１】
さらに、異なる射出成形機は、同じ金型サイクルに従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し得る。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得る。
【００１２】
これらの相違を定量化するために、射出成形機は、定期的に一連の標準化された性能測定を受ける場合がある。これらの測定結果は、射出成形装置のモデルに含めることができる。そのような測定の１つは「デッドヘッド」測定と呼ばれ、キャビティのない金型（つまり、平面に対して）に対して射出成形機によって生成される圧力を測定する。別のこのような測定は「パージポット」と呼ばれ、射出成形機に金型が装填されていないときに生成された圧力を測定する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、金型もモデル化され得る。金型のモデルには、射出成形機によって実行された履歴金型サイクルに関連付けられたデータが含まれる場合がある。例えば、データには、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が含まれ得る。
【００１４】
様々な実施形態において、チューニングコントローラは、射出成形機および金型を表すモデルを格納するモデルデータベースにも動作可能に接続される。チューニングコントローラは、チューニングコントローラが動作可能に接続されている射出成形機に対応するモデルを取得することができる。１つ以上のセンサーから取得したセンサーデータに加えて、チューニングコントローラは、ＰＩＤコントローラのゲインの１つ以上に対するチューニング調整を自動的に決定していときに、射出成形機のモデルを分析することができる。
【００１５】
射出成形機のモデルを分析すると、生じる振動がさらに減少するため、射出成形機の一貫性がさらに向上する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、チューニングコントローラは、金型のモデルの履歴金型サイクルデータに基づいて、射出成形機の金型サイクルを正規化する。このため、チューニングコントローラは、金型サイクルの過去の操作を、金型サイクルを実行した射出成形機のモデルに含まれるパラメータと比較することができる。その結果、チューニングコントローラは、射出成形機のパラメータと金型の金型サイクル性能との相関を決定することができる。この相関に基づいて、チューニングコントローラは、対応する射出成形機での金型サイクルの実行を正規化することができる。
【００１７】
金型サイクルの実行の正規化することは、ＰＩＤコントローラの初期ゲイン値および／または金型サイクルに関連付けられた他の値を調整することが含まれ得る。例えば、チューニングコントローラは、溶融温度、金型温度、スクリュー回転速度、または切り替え位置を調整することができる。金型サイクルの実行を正規化することにより、ＰＩＤコントローラは、設定点値とプロセス値の間の誤差を低減することができ、それによって生ずる振動を低減し、成形製品の一貫性を向上させることができる。振動低減における前述の向上は、可変ゲインＰＩＤコントローラの使用によって達成される向上とは無関係であることを理解されたい。したがって、金型サイクルの正規化により、固定ゲインＰＩＤコントローラを含むシステムでも生ずる振動が減少する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、可変ゲインＰＩＤコントローラは、射出成形機が熱可塑性材料を金型に射出する圧力を制御することができる。これらの実施形態では、可変ゲインＰＩＤコントローラは、検知された射出圧力と、金型サイクルによって示される設定点射出圧力との間の誤差を決定することができる。
【００１９】
いくつかの他の実施形態では、可変ゲインＰＩＤコントローラは、射出成形機が熱可塑性材料を金型に射出する速度を制御することができる。これらの実施形態では、可変ゲインＰＩＤコントローラは、検知された射出速度と、金型サイクルによって示される設定点射出速度との間の誤差を決定することができる。
【００２０】
いくつかの追加の実施形態では、２つの異なる可変ゲインＰＩＤコントローラが、射出成形機の射出圧力と射出速度を別々に制御することができる。または、同じ可変ゲインＰＩＤコントローラで、射出成形機の射出圧力と射出速度の両方を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
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であり得る。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。
【００２２】
【図１】本開示により構成された射出成形機の概略図を示す。
【図２】本開示により構成された複数の射出成形機を組み込んだ射出成形プラントの概略図を示す。
【図３】設定点圧力、固定ゲインＰＩＤコントローラを使用して印加される圧力、および可変ゲインＰＩＤコントローラを使用して印加される圧力の間の時間に対する射出圧力の比較プロットである。
【図４】射出成形機の可変ゲインＰＩＤ制御を自動チューニングするための例示的な方法を示す。
【図５】射出成形機の可変ゲインＰＩＤ制御を正規化する例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面を詳細に参照すると、図１は、特に１００以上のＬ／Ｔ比を有する、熱可塑性樹脂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または３０射出成形、または「超高生産性成形」）を示す。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に導入され得る。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に供給するホッパー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得る。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の圧縮により、熱可塑性ペレット１６が溶融し、溶融熱可塑性材料２４が形成される。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。
【００２４】
往復スクリュー２２は、溶融熱可塑性材料２４をノズル２６に向かって押して、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を通して射出することができる。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から分離され得る。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緒に保持される。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つの金型半分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を一緒に保持する。典型的な高可変圧力射出成形機では、クランプ力は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んでもよい。
【００２５】
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、完成部品は金型２８から排出され得る。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得る）。
【００２６】
可変ゲイン制御システム７０は、射出成形機１０に通信可能に接続されている。可変ゲイン制御システム７０は、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ６２によって制御されるプロセスパラメータを監視するように構成されたセンサー５２を含むことができる。センサー５２によって監視されるプロセスパラメータのプロセス値は、加算器または比較器５５を介して設定点値５８と比較される。設定点値５８は、金型サイクルによって定義されるプロセスパラメータの目標値を表す。ＰＩＤコントローラ６２が射出圧力を制御する実施形態では、センサー５２は、ノズル２６の近くの溶融熱可塑性材料２４の溶融圧力を（直接的または間接的に）測定する圧力センサーであってもよい。同様に、ＰＩＤコントローラ６２が射出速度を制御する実施形態では、センサー５２は、ノズル２６の近くの溶融熱可塑性材料２４の流量を（直接的または間接的に）測定する速度センサーであってもよい。加算器または比較器５５の出力は、プロセスパラメータの目標プロセス値と実際に検知されたプロセス値との間の誤差である。この誤差は、ＰＩＤコントローラ６２への入力として使用される。
【００２７】
当技術分野で知られているように、ＰＩＤコントローラ６２は、誤差を比例成分、積分成分、および微分成分に変換する。これらの成分は各、それぞれのゲインに対応している。ＰＩＤコントローラ６２は、各成分にそれぞれのゲインを乗算し、結果の積を加算してプロセスパラメータの制御値を生成させる。制御値に基づいて、ＰＩＤコントローラ６２は、バルブ６８の位置を調整して、射出成形システム１２の制御値に影響を与える。ＰＩＤコントローラ６２は、バルブ６８の位置を調整して制御値に影響を与えるが、代替の制御デバイス（ウェルまたはドライブなど）も想定される。
【００２８】
ＰＩＤコントローラ６２のゲインは、チューニングコントローラ６０によってチューニングされる。チューニングコントローラ６０は、１つ以上のセンサー５６に動作可能に接続されている。１つ以上のセンサー５６は、射出圧力システム１２または溶融熱可塑性材料２４の特性、例えば溶融圧力、温度、粘度、流量などを直接または間接的に監視することができる。１つ以上のセンサー５６のいくつかは、ノズル２６に位置してもよいが、１つ以上のセンサー５６の他のものは、射出システム１２または金型２８内の他の場所に位置してもよい。例えば、１つ以上のセンサー５６のセンサーは、スクリュー２２の位置または金型キャビティ３２内の圧力を監視し得る。１つ以上のセンサー５６によって生成されたセンサーデータに基づいて、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２の比例ゲイン、積分ゲイン、または微分ゲインのうちの１つ以上を調整することができる。
【００２９】
一部の実施形態では、チューニングコントローラ６０は、モデルデータベース６６に動作可能に接続されている。モデルデータベース６６は、射出成形機１０および／または金型２８の特定の特性を詳述するモデルを格納してもよい。例えば、モデルは、射出成形機１０または金型２８に関連する材料、射出成形機１０の１つ以上の成分の抵抗率、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に関連する情報を含むことができる。したがって、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２のゲインを自動的にチューニングするときに、射出成形機１０および／または金型２８のモデルを取得および分析することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０のモデルを分析して調整を決定する機械学習モデルを利用してもよい。これらの実施形態において、機械学習モデルは、強化学習技術を使用することなどにより、以前の射出サイクルの履歴データで訓練され、モデルによって表される特性と予想される射出成形機性能との関係を決定することができる。
【００３１】
図２は、複数の射出成形機１０ａおよび１０ｂを組み込んだ射出成形プラント５の概略図を示している。射出成形機１０ａおよび１０ｂの各々は、対応する可変ゲイン制御システム７０ａおよび７０ｂによって制御されてもよい。可変ゲイン制御システム７０ａおよび７０ｂの各々は、モデルデータベース６６に動作可能に接続され得る。したがって、可変ゲイン制御システム７０ａは、射出成形機１０ａに対応するモデルをモデルデータベース６６から取得することができ、可変ゲイン制御システム７０ｂは、射出成形機１０ｂに対応するモデルをモデルデータベース６６から取得することができる。いくつかの代替実施形態では、可変ゲイン制御システム７０ａおよび７０ｂは、各任意のモデルデータのコピーを維持する異なるモデルデータベース６６に動作可能に接続される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、金型２８を使用して、第１の時点において射出成形機１０ａで金型サイクルを実行することができる。後の時点で、金型２８を射出成形機１０ｂに移動して、金型サイクルの１つ以上の運転を実行することができる。このシナリオでは、射出成形機１０ａでの運転中に観察される金型２８および／または対応する金型サイクルに関する情報は、射出成形機１０ｂでの金型サイクルの実行性能を改善することができる。例えば、金型２８の１つ以上の特性は、射出成形機１０ａのモデルと、金型サイクルを実行している射出成形機１０ａの測定された性能との比較に基づいて導出され得る。いくつかの実施形態では、可変ゲイン制御システム７０ａは、金型２８の特性および／または測定された性能を金型２８のモデルの形態でモデルデータベース６６に格納する。
【００３３】
射出成形機１０ｂが金型２８の金型サイクルを実行する前に、可変ゲイン制御システム７０ｂは、モデルデータベース６６にアクセスして、金型２８の格納されたモデルを取得することができる。次に、可変ゲイン制御システム７０ｂは、射出成形機１０ａのモデルに格納されたパラメータと、金型２８のモデルに格納された過去の金型サイクルの測定された性能との相関を決定する。これらの差に基づいて、可変ゲイン制御システム７０ｂは、射出成形機１０ｂのモデルに相関を適用して、金型サイクルを実行している射出成形機１０ｂの期待される性能を予測する。次いで、可変ゲイン制御システム７０ｂは、可変ゲイン制御システム７０ｂの可変ゲインＰＩＤコントローラの初期ゲイン値を含む金型サイクルの１つ以上のパラメータを調整して、結果として得られる成形製品が、意図した出力と一致する一貫性および／または精度を改善することができる。
【００３４】
可変ゲイン制御システム７０ｂのチューニングコントローラは、金型サイクルの実行中に金型２８のモデルを分析することもできる。より具体的には、可変ゲイン制御システム７０ｂのチューニングコントローラは、可変ゲイン制御システム７０の可変ゲインＰＩＤコントローラのゲインをチューニングするときに、金型２８のモデルを分析することができる。
【００３５】
図４は、射出成形機１０の可変ゲインＰＩＤ制御を自動チューニングするための例示的な方法２００を示す。方法２００は、可変ゲイン制御システム７０のＰＩＤコントローラ６２の１つ以上のゲインを自動的にチューニングするために、可変ゲイン制御システム７０のチューニングコントローラ６０によって実行され得る。より具体的には、チューニングコントローラ６０は、プロセス変数の複数の設定点値を定義する金型サイクル内でＰＩＤコントローラ６２のゲインを自動的にチューニングすることができる。いくつかの実施形態では、プロセス変数は、射出成形機１０の射出圧力である。他の実施形態では、プロセス変数は、射出成形機１０の射出速度である。チューニングコントローラ６０は、金型サイクル全体を通して例示的な方法２００を繰り返し実行できることを理解されたい。
【００３６】
例示的な方法２００は、チューニングコントローラ６０が、１つ以上のセンサー５６から、射出成形機１０の動作を示すセンサーデータを取得することにより開始する（ブロック２０２）。センサーデータは、スクリュー２２の位置、金型キャビティ３２内で検知された圧力、スクリュー２２が回転する速度、熱可塑性材料の温度、熱可塑性材料の粘度、および／または射出成形機１０の動作を示す他のセンサーデータを示し得る。いくつかの実施形態では、センサーデータのタイプごとに、チューニングコントローラ６０は１つまたは複数の履歴値を維持する。例えば、チューニングコントローラ６０は、１つ以上のセンサー５６により生成された現在の値を取得するだけでなく、１つ以上のセンサー５６により生成された値の変化率の表示も取得し得る。
【００３７】
得られたセンサーデータに基づいて、チューニングコントローラは、ＰＩＤコントローラ６２の比例成分に関連付けられた第１のゲイン、ＰＩＤコントローラ６２の積分成分に関連付けられた第２のゲイン、またはＰＩＤコントローラ６２の微分成分に関連付けられた第３のゲインのうちの少なくとも１つの調整を決定し得る（ブロック２０４）。例えば、スクリュー位置センサーは、スクリュー２２が完全にねじ込まれた位置に近づいていることを示し得る。したがって、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２の積分成分に関連付けられた第２のゲインを減少させるべきであると決定することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０のモデルを取得するためにモデルデータベースに問い合わせることができる。チューニングコントローラ６０は、第１、第２、または第３のゲインの調整を決定している際に、射出成形機１０のモデルを利用してもよい。例えば、モデルは、射出成形機１０が第１、第２、または第３のゲインの変化にどれだけ敏感であるかの指標を提供し得る。スクリュー位置センサーからのセンサーデータがＰＩＤコントローラ６２の積分成分に関連付けられた第２のゲインを減少させることを示すスクリュー位置の例に戻ると、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０のモデルを分析してＰＩＤコントローラ６２の積分成分に関連する第２のゲインが減少させるべき量を決定する。別の例として、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０のモデルを分析して調整を決定する機械学習モデルを利用してもよい。
【００３９】
決定された調整を使用して、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２の第１、第２、または第３のゲインを調整することができる（ブロック２０６）。この目的のために、ＰＩＤコントローラ６２は、第１、第２、または第３のゲインを構成するコマンドを受信するための１つまたは複数のインターフェースを含むことができる。インターフェースには、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、有線または無線の通信リンクなどの通信インターフェースが含まれ得る。チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２のＡＰＩによって定義されるフォーマットで第１、第２、または第３のゲインうちの１つを調整するコマンドを生成し、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６２に送信し得る。
【００４０】
図５は、射出成形機１０の制御を正規化する例示的な方法を示している。方法３００は、可変ゲイン制御システム７０ｂのＰＩＤコントローラ６２の１つ以上の初期ゲイン値を設定するために、可変ゲイン制御システム７０ｂのチューニングコントローラ６０によって実行され得る。より具体的には、チューニングコントローラ６０は、金型サイクルを実行する前に、ＰＩＤコントローラ６２の初期ゲイン値を設定することができる。いくつかの実施形態では、ＰＩＤコントローラ６２は、射出成形機１０ｂの射出圧力を制御する。他の実施形態では、ＰＩＤコントローラ６２は、射出成形機１０の射出速度を制御する。チューニングコントローラ６０は、生産運転内で金型サイクルの各実行の後に例示的な方法３００を繰り返し実行できることを理解されたい。
【００４１】
例示的な方法３００は、モデルデータベース６６から、射出成形機１０ａのモデル、射出成形機１０ｂのモデル、および金型２８のモデルを取得することから始まる（ブロック３０２）。射出成形機１０ａおよび１０ｂのモデルは、パージポットまたはデッドヘッド射出圧力、プロセス値の既知の誤差、射出成形機１０ａまたは１０ｂの成分の抵抗率、および／または射出成形機１０ａおよび１０ｂの特性を説明する他のデータを示してもよい。金型２８のモデルは、金型サイクルを実行している射出成形機１０ａの測定された性能特性、金型２８を使用して実行される多数の金型サイクル、および／または金型２８の他の特性を示し得る。
【００４２】
次に、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０ａのモデルおよび金型２８のモデルを分析して、金型２８を使用して金型サイクルを実行しているときの射出成形機パラメータと金型サイクル性能との相関を決定することができる（ブロック３０４）。一例として、金型２８のモデルは、金型キャビティ圧力が、金型サイクルのパック段階中に好ましいピーク圧力をオーバーシュートする傾向があることを示し得る。履歴性能特性に基づいて、チューニングコントローラ６０は、クランプシステム１４においてより高い抵抗率を有する射出成形機でオーバーシュートがより頻繁に生ずることを識別し得る。いくつかの実施形態では、これらの相関は、金型２８のモデルの一部として格納されてもよい。
【００４３】
別の例として、金型２８が複数の金型サイクルを実行するために使用されると、金型２８は、磨耗および引き裂きを受ける。したがって、時間の経過とともに、金型２８に射出される熱可塑性材料は、異なるレベルの摩擦を受ける。これらの相違を説明するために、チューニングコントローラ６０は、各金型サイクル後のキャビティの摩擦を示すデータを金型２８のモデルに記録する。この例では、チューニングコントローラ６０は、金型２８のモデルを分析して、金型摩擦の変化を考慮して金型サイクルを調整する。
【００４４】
射出成形機パラメータと成金型サイクル性能との相関関係を決定した後、チューニングコントローラ６０は、次にこれらの相関関係を射出成形機１０ｂのモデルに適用して、金型サイクルを実行しているときに射出成形機１０ｂの期待される性能を予測する（ブロック３０６）。より具体的には、チューニングコントローラ６０は、予測された性能特性と、金型サイクルの性能特性に対する指定された要件または最適値との間の偏差を特定し得る。前の例に戻ると、射出成形機１０ｂのモデルは、ピークキャビティ圧力をオーバーシュートする傾向のある射出成形機と同様のクランプ抵抗を示し得る。
【００４５】
同様に、油圧射出成形機と電動射出成形機は、同じ金型サイクルに対して異なる応答をする場合がある。いくつかの実施形態では、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０ｂのモデルを分析して、射出成形機１０ｂが油圧射出成形機であるか電動射出成形機であるかを識別する。したがって、この例では、チューニングコントローラ６０がモデル１０ｂに相関を適用すると、チューニングコントローラ６０は、油圧または電動射出成形機が制御された入力にどのように応答するかについて学習した知識を組み込む。別の例として、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０および／または金型２８のモデルを分析して、射出成形機１０ｂの期待される性能を予測する機械学習モデルを利用し得る。
【００４６】
偏差を修正するために、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２の１つ以上の初期ゲイン値を決定し得る（ブロック３０８）。例えば、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０ｂがピーク圧力を超えないようにするのを助けるために、ＰＩＤコントローラ６２の微分成分のゲインを増加させることができる。いくつかの実施形態では、ゲインが調整される量は、射出成形機１０ｂのモデルに含まれる特性に基づいている。付加的にまたは代替的に、チューニングコントローラ６０は、金型サイクルの特性の調整を決定し得る。例えば、チューニングコントローラ６０は、射出成形機１０ｂの溶融温度、金型温度、スクリュー回転速度、または切り替え位置の少なくとも１つを調整することができる。別の例として、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２によって制御されるプロセス値の１つ以上の設定点値を調整することができる。
【００４７】
決定された初期ゲイン値を使用して、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２の第１、第２、または第３のゲインの初期ゲイン値を設定してもよい（ブロック３１０）。方法２００に関して説明したように、ＰＩＤコントローラ６２は、第１、第２、または第３のゲインを構成する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。したがって、チューニングコントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ６２のＡＰＩによって定義されるフォーマットで第１、第２、または第３のゲインのうちの１つを調整するコマンドを生成し、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６２に送信し得る。同様に、チューニングコントローラ６０は、決定された調整を使用して金型サイクルを調整することができる。
【００４８】
ＰＩＤコントローラ６２の初期値を設定した後、チューニングコントローラ６０は、例示的な方法２００を実行することなどにより、金型サイクルを実行することができる。いくつかの実施形態では、金型サイクルを実行した後、チューニングコントローラ６２は、実行されたばかりの金型サイクルを記述する特性を含めるように金型２８のモデルを更新する。
【００４９】
本明細書に開示される寸法および値は、列挙される正確な数値に厳密に制限されるものとは理解されない。代わりに、特に指定のない限り、このような各寸法は、列挙される値およびその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味することが意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。
【００５０】
本発明の特定の実施形態を例示し、説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な他の変更および修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内にあるこのようなすべての変更および修正を包含することが意図される。
【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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【国際調査報告】
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