專利名稱：智能模制環(huán)境和控制施加合模力的方法
技術領域：
本發(fā)明一般來說涉及模具操作管理以及數(shù)據(jù)的累積和使用，以改進短期和長期模具 操作以及機器操作/協(xié)作的所有方面。更具體地說(但不排除其它)，本發(fā)明涉及通過閉 合回路控制和使用所感測的或歷史存儲的合模力信息來控制合模力。
背景技術：
在模制操作中，無論這是在注射模制環(huán)境中還是在任何使用壓板和模具的類似系統(tǒng) 中，模制部件質量均受若干因素影響，所述因素包含系統(tǒng)設備的物理條件和配置，且也 包含形成模制部件的處理條件。對于需要基本上連續(xù)運轉一年以上且在苛刻的操作條件(由于較大的溫度范圍和高 閉合壓力而引起)下運轉的模具，在模具驗收和交貨之前，用戶通常要求在類似生產的 環(huán)境中在操作上證明每個新的或經(jīng)整修的模具。在此驗證期間，設置測試臺(由制造商 界定以便確保有效的基準點確定)，以獲得所述模具的標稱最佳性能，即以最優(yōu)化模制 部件質量和生產率的方式。最優(yōu)化是通過過程參數(shù)控制而達成的，包含設定模腔填充和 保持時間，這占用大量時間(即使對于熟練的測試技術員來說)。即使為特定模制部件 的生產建立初始感知邊界條件(依據(jù)合適的注射輪廓)也需要很多經(jīng)驗。遺憾的是，測試臺很有可能在系統(tǒng)配置到模制機器(用戶最終會將模具定位在其中) 中發(fā)生改變。因此，在所述測試臺上達成的最優(yōu)化和設置很少(如果有的話)轉變?yōu)橛?戶場所處用戶機器上的合適設置和生產最優(yōu)化。舉例來說，在注射模制機器的示范性情 形下，測試臺可操作具有不同處理量、處理速度或螺旋直徑的不同塑化單元。另外，注 射模制機器可包含或不包含噴嘴混合器，或所述噴嘴混合器可在測試臺與用戶機器之間 有所不同。此外，至于累積，在射出缸中(或在往復螺旋系統(tǒng)前方)注射少量塑料熔化 物之前，所述射出缸的體積會在測試臺與用戶機器之間有所變化。所有這些不同配置影 響過程控制和最優(yōu)化。影響設置和質量的其它因素(但其更為選擇相關的，而并非依賴于系統(tǒng))包含樹脂 密度、著色劑或添加劑的使用和是否按說明書操作所述機器的排氣系統(tǒng)。如將了解，著 色劑和添加劑是用戶的選擇，且影響塑化作用并因此影響螺旋處理能力。關于排氣，每 個模腔最初含有在材料注射期間必需從所述模腔清除的空氣。通過使用維護良好且清潔 的機器，達成較高的填充速率，因為模腔的排氣口最初沒有堵塞性顆粒物質，尤其是PET 灰塵和類似物。如果排氣系統(tǒng)被部分或完全堵塞，那么模腔壓力逐個模腔地增加，且在 極端情況下，來自模腔的被清除的空氣產生模制物件中的空隙和重量不足的模制產品兩 者。轉向一些關于多模腔環(huán)境中預成型件生產的更特定方面，模腔和注射設置的填充速 率對于預成型件質量很關鍵。在這方面，將了解模腔填充經(jīng)受許多過程轉變點，尤其以 從速度填充控制(其中柱塞在射出缸中的速度和位置很關鍵)到壓力控制(其中通過額 外熔化材料的受控注射來解決預成型件收縮)的轉變?yōu)槔?。更具體地說，雖然注意到壁 薄且重量相對輕(低于約五十克)的預成型件具有特別的填充控制問題，所述填充控制 問題尤其與在預成型件的狹長壁部分與頸部之間的幾何形狀和厚度轉變相關聯(lián)，但是在 收縮更顯著的較重預成型件中，轉變點對于預成型件幾何形狀尤為重要。實際上，在循 環(huán)的壓力保持部分中，對于特定預成型件幾何形狀在規(guī)定的保持時間中通常存在多個減 小壓力的轉變。因此，填充輪廓對循環(huán)時間具有全面影響。如果不能恰當?shù)卦O置填充輪廓，那么可能在模制物件中發(fā)生視覺上明顯的缺陷。所 得模制物件(尤其在瓶或容器的預成型件的情形下)通常具有充分受損的質量而使得所 述預成型件滯銷。另外，非最優(yōu)化系統(tǒng)直接影響總體生產率，且因此限制用戶最優(yōu)化其 資本回收的能力。同樣，在注射模制領域中且尤其相對于預成型件制造，隨著時間流逝，用戶將幾乎 一直修改所述模具以生產不同組件。在堆疊組件方面，此類修改可僅需要替換模腔和澆 口插入物，而頸部口徑(由頸環(huán)界定)保持不變。此形式的模型轉換因此將僅改變預成 型件的重量，這是由于模腔的長度或預成型件的壁厚度(主要由模腔界定)的變化改變 預成型件的幾何形狀。同樣，此類改變將需要重新配置機器設置，而重新配置需要時間 和專業(yè)知識。顯然，任何機器停機時間或次最佳性能對于生產者來說很耗成本且因此必需將其最 小化。在多模腔預成型件模具環(huán)境中，夾持力通常變化高達約 600噸，而對于較大應用而 言模制系統(tǒng)一般可需要并將合模力形成到幾千噸的閉合壓力。在整個模具和模具內堆疊組件中均可見到這些閉合力，且當熔化物被注射到模腔中時，形成所述閉合力以抵消模 具中所見的注射壓力。如果在所述組件中存在任何未對準，那么所施加的壓力足以引起 模具過早磨損，所述磨損可導致組件故障，或更通常且初始地引起"溢料"。如將了解， "溢料"是塑料熔化物從模制系統(tǒng)的不良泄漏(通常由于非平行和未對準)。溢料加速 組件磨損效應，且不可避免地直接生產出不可用的模制部件。到目前為止，雖然模制機器操作是處理器控制的(例如在EP-A-0990966中描述)， 但整個系統(tǒng)已在有限閉合冋路控制環(huán)境中操作，在所述環(huán)境中集中化的控制(在系統(tǒng)端 的控制器處)利用從機器實時感測到的信號。舉例來說，位于模具內的熱電偶向系統(tǒng)控 制器提供溫度指示，所述系統(tǒng)控制器通過調整或補償模具熱澆道內的加熱器輸出而作出 反應。此類系統(tǒng)在美國專利第6,529,796號中描述，所述專利還描述了使用查找表來提 供遞增的步進速率(以所述速率向每個加熱器施加功率)以反映所需的加熱曲線。此外， 美國專利第6,529,796號描述使用位于固定到模具的殼體中的交互式過程管理器(或 IPM)，所述IPM通過單一連接而連接到集中的通信和功率單元(含有計算機終端)。模 具內的傳感器耦合到IPM，所述IPM可將信號轉繼到所述通信和功能單元以用于總體系 統(tǒng)管理控制，所述信號包含由于感測到的堆疊不嚙合而產生的警報信號。熱澆道控制在US 6,421,577中具有描述，其中處理器位于通過分線箱耦合到模具側 面的絕熱外殼中。所述處理器從模具內的傳感器接收信號，且通過感測溫度、壓力和流 量來控制模具組件(例如加熱器和閥組件)的操作。美國專利第5,795,511號描述一種用于控制注射模制系統(tǒng)的方法和設備。模具的熱 半模包含相關聯(lián)的分線箱，存儲特定關于所述熱半模和其熱控制的信息的非易失性存儲 器位于所述分線箱中。更詳細地說，所述存儲器保存所述熱半模的最新溫度設定，稍后 可檢索所述信息以供模具隨后使用。然而，總體系統(tǒng)控制器可仍然獨立于所述非易失性 存儲器進行操作(如果所述存儲器發(fā)生故障的話)。美國專利第5,222,026號描述一種包含鍵盤的壓鑄機，操作員可通過所述鍵盤輸入 模具類別。所述模具類別因此允許控制器存取相關聯(lián)的、預存儲的操作信息。還通過限 制開關陣列和其相關觸點來涵蓋自動模具識別，所述開關和觸點分別位于模具背部和壓 鑄機的界面上。僅僅通過在與所述界面接觸時被觸發(fā)的某些限制開關，產生對應于插入 模具的數(shù)字簽名。接著由系統(tǒng)控制器解譯所述簽名。當然，如果所述觸點變得彎曲或破 裂，那么在所述系統(tǒng)控制器處將解譯出錯誤信號且安裝錯誤的模具設置。Lausenhammer等人的US 6,048,476描述一種用于防止模具中溢料的方法和系統(tǒng)。 使用壓力傳感器來測量合模力施加機構內的實際壓力，其中控制器具備用以確定當熔化材料被注射到模具中時所述模具是否接近被吹爆的邏輯。 發(fā)明內容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種注射模制機器，其包括夾持組合件，其適于在 使用中支撐半模，所述半模在所施加的夾持壓力下通過操作所述夾持組合件而周期性合 在一起；與所述夾持組合件相關聯(lián)的傳感器，所述傳感器經(jīng)配置以提供對所施加的合模 力和注射壓力的感測指示；和響應于所述傳感器的機器控制器，所述機器經(jīng)動態(tài)配置以 調整所施加的夾持壓力使其等于或優(yōu)選稍微超過由傳感器感測到的注射壓力。在本發(fā)明的另一方面中，提供模制機器控制器與相關聯(lián)存儲器的組合，用于模具中 模制過程的注射壓力信息存儲在所述存儲器中，所述機器控制器經(jīng)配置以在使用中存取 所述注射壓力信息以確定并控制將在模制過程期間施加到模具的所施加合模力的量。本發(fā)明因此提供一種其中存在增加的操作控制的模制系統(tǒng)。此外，本發(fā)明用于限制 所述系統(tǒng)且實際上所述系統(tǒng)中的所施加合模力的影響，借此促進減少的組件磨損、較長 期和較低能量消耗。舉例來說，通過歷史數(shù)據(jù)的累積，操作者或智能(受計算機控制的) 系統(tǒng)可移向所施加合模力的最優(yōu)化曲線和/或所述系統(tǒng)的最大所施加合模力的極限。實際 上，在一個實施例中，最大允許的所施加合模力可被預載到板上芯片中，借此機器控制 器對所述板上芯片的詢問限制所述系統(tǒng)的最大合模力。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明還有利地(遠程地或實時地)核對可分析的歷史數(shù)據(jù)，以 評定和/或修正模具和/或機器性能且/或協(xié)助模具/機器維護。此歷史存儲的信息可用于評 定擔保索賠的合法性，且可用于開發(fā)改進型系統(tǒng)和系統(tǒng)操作參數(shù)。


現(xiàn)將參考附圖來描述本發(fā)明的示范性實施例，在附圖中圖1展示可適于支持本發(fā)明概念的先前技術注射模制機器； 圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的智能模制系統(tǒng)的示意圖； 圖3提供圖2的優(yōu)選系統(tǒng)結構的典型界面的細節(jié)；圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例可在圖2的人機界面(HMI)上展現(xiàn)的屏幕表示；和圖5是所施加合模力對時間的曲線圖表示，如在本發(fā)明的另一實施例中所利用。
具體實施方式
圖1展示典型注射模制機器10，其可適于支持本發(fā)明的控制處理智能。如將了解， 在每個注射循環(huán)期間，模制機器10生產若干個塑料部件，所述塑料部件對應于由位于機器10內的互補半模12、 14所界定的一或多個模具模腔。通過使用機器控制器來達成 對模制機器的總體操作控制，所述機器控制器可由具有分布式智能的結構(即負責控制 所述模制系統(tǒng)的個別部件的多個互連處理器)實現(xiàn)。所述機器控制器在操作上負責人機 界面(圖2中展示)，所述人機界面允許圖形表示所述機器的現(xiàn)在或歷史狀態(tài)，以及通 過觸摸屏、鍵盤、可讀取數(shù)據(jù)裝置(例如磁盤驅動器或CD-ROM)等輸入信息。注射模制機器10包含(但不特定限于)模制結構(例如固定壓板16和可移動壓板 17)以及用于塑化和注射材料的注射單元18。在操作中，可借助于沖程氣缸(未圖示) 或類似物而使可移動壓板17相對于固定壓板16移動。如將容易地理解，通過使用連接 桿19、 20和連接桿夾持機構21，在所述機器中形成夾持力。夾持機構21 (通常)固定 地附接到移動壓板17 (通常通過使用螺栓)，而每個夾持機構通常至少部分延伸到相應 孔22中，所述孔22在所述壓板的隅角處延伸穿過所述壓板。通常，連接桿19、 20的 懸空端23可相對于移動壓板自由移動，而另一遠端錨定到固定壓板中。當然，在某些 系統(tǒng)中，可應用相反的錨定方法。返回參考圖1， 一旦連接桿確實嚙合在其各自夾持活塞中，便可(通常)通過使用 通常直接與所述夾持活塞相關聯(lián)的液壓系統(tǒng)來施加模具夾持力(即，閉合合模力)。如 將了解，也可以不同方式產生合模力，包含使用鉸接夾配置。半模12、 14共同構成通常具有一個或一個以上模具模腔24的模具，其中半模12、 14每一者位于可移動壓板17和固定壓板16中的一者中。在鄰近固定壓板16和可移動 壓板17處提供機械手29，以承載臂工具末端(EOAT) 30，例如基于真空的取出盤32 或類似物。在取出盤32針對預成型件的特別實現(xiàn)中，取出盤32含有若干個冷卻管34， 其在數(shù)目上至少對應于在每個注射循環(huán)中生產的預成型件(或模制產品)36的數(shù)目。在使用中，在模具打開位置(如圖l所示)中，機械手29移動EOAT30使其通常 對準所述模具的核心側，且接著等待直到通過剝離器盤38、致動器或提升桿或其功能均 等物的操作而使模制物件(例如，預成型件36)從所述核心剝離或者噴射到EOAT 30 中。在圖2中示意性展示本發(fā)明的優(yōu)選實施例。為清楚起見，己省略注射模制機器(包含其壓板，半模固定于所述壓板上)。模具由熱半模50和冷半模52形成。所述熱半模包含熔化物分布系統(tǒng)(例如熱澆道歧管54)，其通過合適的注道套筒56介接到注射單元。熱半模50包含一個或一個以上模腔58-60，所述模腔在使用中相應地收納位于冷半模52上經(jīng)對準的核心62-64。熱半模50和冷半模52中的至少一者(如果不是兩者的話)優(yōu)選包含傳感器66-74。所述傳感器66-74可監(jiān)視壓力、溫度或與模具操作相關聯(lián)的其它可變參數(shù)，包含表示操 作循環(huán)或堆疊未對準的接觸。傳感器66-74可位于所述模具的特定盤內的專用凹穴中。 或者，且如適當，可在表面安裝傳感器(特別是與所施加合模力的測量相關聯(lián)的那些傳 感器)。另外，傳感器66-74中的某些傳感器(尤其是，測量半?；蚱涮囟ńM件(包含堆 疊組件和熱澆道54)內的操作溫度所需要的那些傳感器)定位于接近或嵌入在需要進行 測量的組件中。傳感器的數(shù)目僅受限于所述模具內可用空間的量、使所述傳感器互連(即，用電線 連在一起)的能力和被認為是完成有效的信息收集或所述組件、半模或模具的操作控制 所必需的參數(shù)測量的類型。傳感器66-74和其物理連接對于所述操作環(huán)境具有彈性，且可解決在模制機器內所 經(jīng)歷的熱、壓力和振動的需求。在此方面，認為用于汽車工業(yè)(出于引擎管理目的)的 傳感器適于本發(fā)明中的應用。此類傳感器是半導體領域的技術人員容易知道的。另外，熱半模50和冷半模52中的至少一者(且優(yōu)選為兩者)優(yōu)選包含至少一個存 儲器裝置76、 78以用于存儲信息。所述存儲器裝置可位于所述半模內的凹穴中或所述 模具側面上的模塊內。像傳感器66-74 —樣，所述存儲器裝置和其物理連接適于承受嚴酷的注射模制環(huán)境，且在此方面，所屬領域的技術人員將容易了解，應參考半導體技術， 尤其是汽車和引擎管理型應用中所使用的那些技術。每個半模中的存儲器裝置76、 78最終響應于機器控制器80，所述機器控制器80包 含合適的控制邏輯和專用管理功能。在此方面，雖然控制智能可均等地分布在整個系統(tǒng) 中，但是機器控制器80可使用局部微處理器82。機器控制器80進一步在操作上負責人機界面(HMI) 84，所述人機界面84向操作 者提供輸入信息(通過鍵盤、觸摸屏或可讀數(shù)據(jù)輸入裝置86 (例如CD-ROM驅動器)) 和在合適的顯示器88上觀看/接收信息的能力。因此，可通過機器控制器80存取存儲在 存儲器裝置76、 78中的信息，且通過所述系統(tǒng)內的總體控制智能進一步控制將信息存 儲(即，寫入)到存儲器裝置中。通過與機器控制器80合作，存儲器裝置76、 78因此 能夠累積從局部傳感器66-74或從其它感測源(例如，機器控制器)接收到的感測數(shù)據(jù) 的歷史紀錄。可使用數(shù)字或模擬信號域且使用串行的、多路復用的或并行的信息傳送機制通過場 總線89或類似物將存儲器裝置76、 78耦合到機器控制器80。同樣地，可采用無線技術 (例如射頻("RF")技術)來將存儲器裝置76、 78鏈接到機器控制器80，如功能天線 和RF塊90所表示?？赏ㄟ^任何合適的非易失性存儲器存儲技術(包含P-TAG、 Datakey和RS-485多點技術)來實現(xiàn)所述存儲器裝置。在一個特定實施例中，可獨立于傳感器而使用并實施存 儲器裝置76、 78?？赏ㄟ^USB延長線連接和支持記憶棒與所述機器控制器之間的快速 串行接口的USB快閃存儲器來實現(xiàn)存儲器結構。因此，可通過熟練技術人員容易理解 的任何恰當技術(例如，以太網(wǎng))來達成對所述存儲器的遠程或接口存取。視情況，機器控制器80進一步網(wǎng)絡連接到數(shù)據(jù)庫92，可通過調制解調器連接94到 達所述數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫92可位于用戶場地且甚至位于分配給系統(tǒng)控制器的存儲器內， 或者可在遠程位于場所外，例如位于機器供應商處。數(shù)據(jù)庫92含有所供應的機器和其 相關聯(lián)(且優(yōu)選經(jīng)最優(yōu)化的)操作參數(shù)的列表，可將其選擇性地存取和下載到局部注射 模制機器10的機器控制器80。也可用來自注射模制機器10的操作信息和所感測到的測 量來周期性地更新所述數(shù)據(jù)庫，因此允許對注射模制機器10或其特定組件所經(jīng)歷或其 中的操作條件進行離線分析。在一個實施例中，芯片上存儲器可僅包含網(wǎng)絡地址指針，其允許在線連接到設置參 數(shù)的數(shù)據(jù)庫，所述參數(shù)(通過下載到所述機器控制器)建立用于機器操作的基線。在優(yōu)選實施例中，因此將在熱半模50和冷半模52中的存儲器裝置76、 78耦合在 一起。類似地，至于在所述模具外部的輔助裝備(例如，機械手29或模制后冷卻裝置)， 可視情況將此輔助裝備耦合到存儲器裝置76、 78,以接收所存儲的關于組件設置或機器 配置的信息(包含時序和位置/臂定位信息)，以實現(xiàn)特定部件的取出。通常，處于所述 機械手處的獨立控制器96接收并解譯從存儲器裝置76、 68接收的信息以控制所述輔助 裝備的操作。當然，機器控制器80可提供對輔助裝備的集中控制，只要通信路徑(例 如共同總線結構)使存儲器裝置76、 78與機器控制器和輔助裝備互連，如熟練技術人 員將容易理解。在此方面，在存儲器裝置76與微處理器102之間也因此可存在TCP/IP 鏈路(或其等效物)，雖然為清楚起見已從圖2中略去此直接且可選的連接。在另一實施例中，視情況，熱澆道54包含可耦合到機器控制器80的存儲器芯片或 RF標記；將在適當時候描述此存儲器芯片或RF標記的功能。簡要參考圖3，多個傳感器68-72個別地耦合到數(shù)據(jù)(收集)接口 100，所述接口IOO提供到存儲器裝置76的通信路徑。對所述存儲器的存取由合適的控制器(例如通過數(shù)據(jù)接口 IOO耦合到所述傳感器的微處理器102)控制。通常，對微處理器102的存取通過數(shù)字到模擬轉換器104且視情況通過多路復用器106。如果所述微處理器在分布式控制系統(tǒng)中，那么數(shù)據(jù)接口 100也提供到機器控制器80的信息耦合?，F(xiàn)轉向本發(fā)明的各種優(yōu)選結構實施例的功能操作，可以多種方式完成圖2系統(tǒng)的功能控制和設置。首先，機器控制器80可通過其HMI84請求直接輸入某些信息。舉例來說，相對于 模具設置，本發(fā)明優(yōu)選實施例產生屏幕提示，所述屏幕提示請求關于待生產的模制部件 的部件參數(shù)。第二，機器中的控制邏輯用以尋找且(如果可用)詢問識別所述系統(tǒng)的子組件(例 如模具、熱澆道和堆疊)的系統(tǒng)配置的模內信息。在此情形中，應將"模內"信息理解 為將相關組件的操作數(shù)據(jù)存儲在板上芯片中的機制的一般描述。同樣地，術語"模內"關 于識別標記，其識別特定部件、模具或機器且其由機器控制器用來在含有關于不同部件、 模具和/或機器的許多配置文件的數(shù)據(jù)庫(與機器控制器在一起或位于其遠端)中檢索專 用配置文件。第三，所述機器控制器通過接收來自定位于戰(zhàn)略位置處的傳感器的感測信號而實時 監(jiān)視所述機器的操作參數(shù)。在閉合回路配置中，所述系統(tǒng)控制器承擔對機器操作條件的 動態(tài)調整。為改進模具設置，本發(fā)明的優(yōu)選實施例請求所需模制部件的各種物理參數(shù)的數(shù)據(jù)輸 入。更具體地說，考慮預成型件的實例，用于HMI的(本發(fā)明優(yōu)選實施例的)控制算 法提示機器操作者輸入對于所述預成型件的特定區(qū)域的重量和厚度測量值。厚度測量值 至少為最大厚度測量值。至于所述區(qū)域，可使用任何數(shù)目和粒度，但是優(yōu)選的是為獲得 澆口區(qū)域、螺紋或頸區(qū)域和介于澆口與頸部之間的中間(大致為圓柱形)主體區(qū)域的重 量和厚度測量?？梢员砀裥问捷斎氪诵畔?，或另外將其直接輸入到所述預成型件產生于 顯示器88上的代表或簡化圖像上，如圖4所示。視情況，用于HMI的控制算法另外請求關于澆口直徑(熔化物通過所述澆口注射 到模腔中)、模制部件的總長度和預成型件的其它重要尺寸(例如螺紋的外徑)的信息。 另外，優(yōu)選需要機器操作者輸入有限的相關過程的機器參數(shù)，包含射出缸活塞的直徑和 模具中的模腔數(shù)目。雖然本發(fā)明的控制算法可應用平均密度，但也優(yōu)選對于給定操作溫度和壓力獲得樹脂密度。同樣，可選擇將注射壓力的優(yōu)選操作標準輸入或下載到HMI 中。通過對機器的一般和特定設置和配置的更多認識，更好地放置控制算法和系統(tǒng)控制 器以界定初始模具和機器設置點，從而使所述系統(tǒng)處于更近似于最佳或優(yōu)選操作狀態(tài)的 初始操作狀態(tài)。由于冷半模的冷卻效率受到其冷卻電路與樹脂溫度之間的溫度差異的影響，因而所 述算法視情況也可補償變化的冷半模操作溫度，雖然冷卻電路溫度通常在約5'C與25°C之間的有限范圍內，且因此當在注射點的熔化樹脂的溫度的情形下考慮時具有最小的影響。數(shù)據(jù)輸入可限于組件身份，如果此組件身份是由機器控制器用來獲得對特征化所述 組件操作參數(shù)的查找表的存取。已知上文經(jīng)識別的數(shù)據(jù)，控制算法在計算填充輪廓時，在各種區(qū)域(具有不同的厚 度和幾何形狀)之間應用加權因子，以補償在這些變化的區(qū)域幾何形狀中出現(xiàn)的不同冷 卻和流量特征。更具體地說，本發(fā)明的一方面認識到，有利的是在模制部件(例如，預 成型件)內具有最小的誘發(fā)性應力且優(yōu)選地不具有誘發(fā)性應力，且此外，存在來自模腔 的恒定排氣。在此基礎上，本發(fā)明的一方面期望達成恒定的填充速率，其中在預成型件 的每個區(qū)域幾何形狀中熔化物前沿(通過模腔行進)處于恒定的速度或流量。然而，在 初始設置之后，為達成或確保恒定流量，可能仍必須進一步改善一些處理參數(shù)(例如， 熔化物溫度和注射活塞位置)以補償系統(tǒng)不平衡，但是本發(fā)明已減少了可能需要通過反 復的修正過程解決的此類參數(shù)的數(shù)目和可能范圍。因此，本發(fā)明使模具在減少的時間內 移向最優(yōu)化設置，其中本發(fā)明利用由模具制造商所提供的指導來簡化并可能消除反復的 改善過程。所述算法(在機器控制器80內操作)因此計算填充輪廓，所述填充輪廓至少在第 一近似值上對應于模具的最佳填充輪廓。現(xiàn)在應了解，所述填充輪廓將包含用于以下各 項的操作設定點0注射速率轉變時間控制(當由機器邏輯進行速率到壓力控制時)； ii)柱塞速度；和iii)何時會發(fā)生保持壓力的轉變。所述控制算法優(yōu)選計算額外機器操作的設定點，包含擠壓機操作和冷卻功能(兩者 均在模具和模制后中)。在本發(fā)明的替代實施例中，并非使操作者通過HMI 84將數(shù)據(jù)輸入到機器控制器80 中，而是將所述模具中的存儲器裝置(或在各個半模中的存儲器裝置)配置為將模具配 置信息下載到機器控制器80。在此情形中，模具配置信息關于部件幾何形狀，且具體地 說，關于所需模制部件的物理參數(shù)(如上文指示)。下載可以是自動的，且由模具安裝 和加電進行驅動，或由機器操作者的交互進行提醒。在優(yōu)選實施例中，從載入到存儲器 中的經(jīng)存儲的構造圖式中直接獲取預成型件信息，所述機器控制器包含從根據(jù)特定模板 生產的預成型件的電子構造圖式中提取尺寸的宏指令。一旦已完成下載，控制算法(在機器控制器中)便允許操作者修改某些操作條件，尤其是關于機器操作的，例如樹脂溫度設定、活塞速度和類似物。已知模腔數(shù)目(其可包含在保持于存儲器裝置中的存儲數(shù)據(jù)中或另外方面由機器操作者輸入)，所述算法便能夠計算并設定填充輪廓，且具體地說，計算并設定用于以下各項的操作設定點i)注射速率轉變時間控制(當機器邏輯執(zhí)行速率到壓力控制時)；ii)柱塞速度；和Ui)何時 會發(fā)生保持壓力的轉變。 一旦計算得到，控制算法便將填充輪廓和操作設定點進行列表 或另外展示在HMI 84的顯示器88上。當制造組件(存儲器裝置與其直接相關聯(lián))時，初始存儲已存儲在存儲器裝置中的 信息。在例如冷半模、熱澆道歧管或堆疊配置的所述組件的整修或轉換的時刻，用包括 部件參數(shù)的新技術數(shù)據(jù)更新所述存儲器。另外，受可用存儲容量影響，存儲器裝置可包含用戶指令手冊和相關技術數(shù)據(jù)，其 可由機器控制器選擇性存取以允許在HMI 84上顯示參考文獻。一旦處于機器的操作環(huán)境中，控制算法便確保在機器控制器內局部存儲存儲器中的 數(shù)據(jù)備份。在斷電時，雖然并不必需，但優(yōu)選進行模具與芯片之間的數(shù)據(jù)同步，所述同 步優(yōu)選經(jīng)配置為不會覆寫用于隨后將描述的歷史評定目的的現(xiàn)有數(shù)據(jù)。作為最低限度，存儲器裝置需要包含組件身份號碼，所述身份號碼允許機器控制器 交叉參考組件身份號碼的數(shù)據(jù)庫以獲得技術上相關的配置信息。通過簡單地以身份號碼 (或識別號碼的范圍)標記所述組件，可在所述組件中限制存儲器的信息等級和復雜性。 然而，以此方式的組件標記需要用交叉參考具有部件參數(shù)的組件號碼的査找表來周期性 地更新系統(tǒng)控制器；此可通過將信息選擇性下載到機器控制器(通過因特網(wǎng))或通過周 期性發(fā)送給用戶的CD-ROM來完成。換句話說，組件(例如，模具)號碼提供辨識點， 其可被交叉參考到可用于機器控制器的操作參數(shù)的數(shù)據(jù)庫中?；蛘撸瑱C器控制器可經(jīng)配 置以允許機器操作者直接存取含有組件和其操作特征的列表的遠程數(shù)據(jù)庫，且接著下載 相關操作參數(shù)以允許控制算法計算設置?；蛘?，存儲器裝置可取代例如電子或RF標記的識別標記，所述標記可唯一地識別 相關聯(lián)的組件。代替使用存儲器裝置，也可用含有可掃描到機器控制器中的條形碼帶來 完成標記。在最基礎的形式中，將組件部件號碼手動輸入到機器控制器中，借此將所述 部件號碼交叉參考到機器控制器可存取的操作參數(shù)數(shù)據(jù)庫中。當對特定模具的機器設置作出任何修改時，此類修改存儲在與所述機器控制器相關 聯(lián)的存儲器中。另外，通過使用模內存儲器裝置，經(jīng)修正的且可能經(jīng)手動最優(yōu)化的機器 設定存儲在位于模具組件或半模上或其中的存儲器裝置86中，從而允許機器設置配置 在模具或半模移動時被傳送到不同的機器。在所有情況下，不管是通過從模內存儲器裝置下載還是通過操作者提示的數(shù)據(jù)輸入，所述控制算法執(zhí)行數(shù)據(jù)驗證且界限檢査以確保所接收的數(shù)據(jù)滿足對用于模制機器的控制算法和操作參數(shù)的信息要求。如果存在不一致性，或如果控制算法產生范圍外的誤差，那么通過來自HMI 84的感測警報來通知機器操作者。將信息下載到模內存儲器裝 置視情況需要具有以驗證密碼形式的安全存??；此防止錯誤覆寫或惡意篡改所存儲的模 制信息。本發(fā)明也涵蓋基于相似機器的先前經(jīng)歷的機器設置；此需要使用査找表或直接輸入 局部模制機器(新組件將安裝到其中)的操作參數(shù)和設備說明書。在將關于所述模具或 組件的參數(shù)信息輸入到機器控制器中時，控制算法識別所推薦的機器設定(存儲在所述 組件上的存儲器裝置中)與用戶的局部模制機器的操作能力之間的不一致性。通過使用 通過HMI 84進行的手動輸入或機器控制器可用的系統(tǒng)知識，控制算法識別引起操作偏 差的配置差異(尤其在設置方面)，且提供用于基于類似系統(tǒng)的外推或設計的機器處理 特征(在可存取的查找表或轉換計算中提供)的設置轉換的選項。以更特定的實例來說明，將具有相關聯(lián)存儲器芯片(即，模內存儲器)的新模具安 裝到用戶機器中，所述芯片支持最優(yōu)化的操作過程設定數(shù)據(jù)和機器配置數(shù)據(jù)。通過根據(jù) 用戶機器的配置而變化(例如，夾鉗尺寸和射出缸是不同的)的測試臺上配置的最優(yōu)化 過程數(shù)據(jù)，控制算法使用基于用戶機器參數(shù)和特征的一組等式或查找數(shù)據(jù)將測試臺最優(yōu) 化數(shù)據(jù)轉換為用戶機器最優(yōu)化數(shù)據(jù)。因此將在用戶機器中新模具的填充輪廓和設定點控 制修改為經(jīng)最優(yōu)化的設置(在第一近似值上)?；蛘?，控制算法可存取機器配置的數(shù)據(jù) 庫，以識別最相似于用戶機器的較早配置。 一旦已識別出類似機器，由用戶機器的控制 算法進行設置便基于較早的但類似的機器的機器設置。如果在測試臺設置與用戶機器之 間存在基本的不兼容性(如由系統(tǒng)組件中的顯著變化所識別)，那么所述控制算法產生 通過HMI 84而呈現(xiàn)的合適警報。受可用存儲器存儲容量影響，模內存儲器可視情況包含對服務歷史的存取，所述服 務歷史包含特定針對模具或一般針對模具類型的維護記錄。在完全經(jīng)感測的系統(tǒng)中，機器控制器80經(jīng)配置以通過信息同步交換來詢問各種系 統(tǒng)組件，以了解哪些組件和哪些操作參數(shù)連接到所述系統(tǒng)。所述機器控制器因此選擇性 存取與特定系統(tǒng)組件(例如冷半模、熱半模或堆疊)永久相關聯(lián)的存儲器裝置，以獲得 在其設置控制算法中用于后續(xù)計算目的的必需配置數(shù)據(jù)。在另一實施例中，系統(tǒng)中每個主要組件以電子方式加以標記以允許系統(tǒng)控制器詢問 系統(tǒng)內所有組件來識別操作參數(shù)。如果機器控制器不能建立有效的數(shù)據(jù)驗證或"同步交 換"，那么機器控制器可默認為手動設置配置。在經(jīng)感測的系統(tǒng)中，隨著時間流逝，可通過監(jiān)視并記錄傳感器輸入而獲得其它益處。位于模制機器中或其上(尤其在模具或壓板中)的多個傳感器66-74累積被傳送或存儲在存儲器中的機器操作數(shù)據(jù)以用于后續(xù)的統(tǒng)計分析。可通過技術員經(jīng)由HMI獲得對存 儲信息的存取，或另外通過將所存儲的歷史機器性能信息下載到場地外位置(例如，制 造商的服務設施)，來作出所述分析。通過從多個機器或模具獲得歷史數(shù)據(jù)，機器制造 能夠識別在其整個產品平臺上的性能趨勢，且能夠采取恰當?shù)脑O計改變，尤其以解決由 于反復性問題引起的服務問題。另外，如將容易理解，所感測的環(huán)境支持操作機器過程的閉合回路控制。另外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例使用傳感器66-74來監(jiān)視并支持記錄個別循環(huán)參數(shù)，例如a) 模具(或特定模具組件)所執(zhí)行的循環(huán)數(shù)目；b) 最大和平均所施加合模力；c) 平均和最小循環(huán)時間；d) 射出速度；e) 半模和組件的各種部件(包含熔化物分布系統(tǒng)，例如澆道系統(tǒng))中所經(jīng)歷的平 均、最大和最小溫度；和f) 其它機器和模具事件，例如警報。基于先前歷史，服務技術員能夠評估機器是否已在規(guī)格內操作和機器在哪個時期操作。所感測的循環(huán)信息存儲在與系統(tǒng)控制器80相關聯(lián)的存儲器中，優(yōu)選地通過用最新 數(shù)據(jù)連續(xù)更新所計算的平均值和絕對測量值來存儲所述循環(huán)信息，從而限制存儲器的總 大小。由于傳感器監(jiān)視，本發(fā)明的優(yōu)選實施例具有經(jīng)配置以報告(在HMI處和遠程服務 中心處)組件的即將發(fā)生的或實際的故障的機器控制器。服務中心的服務技術員可用與 可能的問題相關的信息即時對服務進行調度，從而改進對用戶的服務支持。優(yōu)選地用所有新模具組件和相關操作參數(shù)定期更新集中數(shù)據(jù)庫(例如圖2的數(shù)據(jù)庫 92)，以支持完全了解的技術平臺的發(fā)展。認識到組件能力，可將增加的智能添加到模 制機器的控制邏輯以利用所累積的歷史知識且通過提供(系統(tǒng)控制器的)遠程系統(tǒng)控制 和過程再最優(yōu)化來最優(yōu)化組件性能。通過可寫入的存儲器裝置，可視情況將機器控制器配置為將機器號碼寫入到存儲器裝置中以提供模制移動的歷史蹤跡。為確保數(shù)據(jù)保持更新，機器控制器進一步經(jīng)配置為在機器設置或模具安裝到壓板中時對用戶進行提示，借此將某些信息輸入到控制器中并將其下載到與模具組件(例如，冷半?；驘釢驳阑驒C械手)相關聯(lián)的存儲器。為解決組件非兼容性(以及在模具設計中知識產權的可能偽造和剽竊)的可能問題， 本發(fā)明的優(yōu)選實施例使機器控制器與位于模具的熱半模50和冷半模52兩者中的存儲器芯片合作。在沒有接收到建立組件兼容性和來源的驗證碼的情況下，完全禁止模具操作 或限制到基本的功能，例如以確保不存在模具/機器損壞?；蛘?，如果不存在辨識，那么 機器控制器可經(jīng)配置以產生報告且視情況發(fā)送報告，以指示所述模具正被可疑的贗品或復制品使用。在某些實例中涵蓋可能需要一直使特定的熱半模與特定的冷半模相關聯(lián) 作為配對，借此經(jīng)唯一編碼和互補的身份才一起操作。在本發(fā)明的另一方面中，由于壓力傳感器的位置在模具表面上、在堆疊組件內和/ 或相對于壓板和連接桿的力閉合路徑，所以涵蓋了所施加夾持閉合合模力的微處理器控 制。更具體地說，本發(fā)明不是在注射循環(huán)的持續(xù)時間的實質部分形成完全閉合合模力， 而是涵蓋(通過控制液壓活塞或其功能等效物)對夾持壓力的動態(tài)的閉合回路控制，以 調整所述夾持壓力來反映(即等于且優(yōu)選稍微超過)瞬時注射壓力。優(yōu)選地，將安全裕度(優(yōu)選地，約2%到10%之間但至少不多于約25%到50%的過壓力)建構到所述系 統(tǒng)中，以確保獲得且保證有效的模具閉合。以此方式，優(yōu)選實施例的系統(tǒng)消耗較少功率 且組件磨損得以減少。可通過表面安裝的傳感器并通過測量液壓和/或模腔壓力來達成壓 力感測?；蛘撸蛄硗?，所述系統(tǒng)也可監(jiān)視模具移動(且具體地說，模具和連接桿位置)。參考圖5，說明所施加合模力隨時間的曲線圖表示。在此圖式中，展示兩個替代性 方法，第一方法模擬注射壓力隨時間的曲線，借此所施加的合模力根據(jù)閉合回路控制(通 過恰當定位的壓力傳感器的感測和測量達成)而隨時間變化。第二方法注重預存儲或歷史累積的注射壓力信息，且代替改變所述合模力，而施加恒定合模力。然而，第二方法不是施加可由夾持組合件形成的所有可用合模力，而是注 重在模具中經(jīng)歷的最大所記錄/可能的注射壓力(如存儲在與特定模具配置相關聯(lián)的查找表中)且接著將此最大壓力提升約2%與10%之間的安全裕度，從而識別經(jīng)最優(yōu)化的合 模力。機器控制器接著使得施加對應于經(jīng)最優(yōu)化的合模力的恒定所施加合模力(實質上 僅在注射和保持循環(huán)期間)。此外，通過使用存儲器芯片(除所施加合模力的閉合回路控制以外)，可用所述模 具來存儲所述系統(tǒng)的特定配置的預定壓降模型。結果，通過詢問所述存儲器，可存取合 模力施加曲線并將其作為控制參數(shù)載入到控制系統(tǒng)中。同樣，通過此時使用經(jīng)模型化的 合模力曲線(其本身可基于不同模具類型和成腔的源自經(jīng)驗的結果)，相對于注射和保 持循環(huán)進行動態(tài)合模力控制，從而減少施加在模具組件上的平均壓力?？偠灾?，相對于施加的合模力，傳感器和/或存儲器芯片允許機器控制器施加i)基于壓力測量值的最小閉合合模力；或ii)基于模具或模制物件的所測量的物理參數(shù)隨 時間改變閉合合模力。由于機器控制器最終負責機器控制，因而優(yōu)選的是所有存儲器裝置和輔助控制器均 響應于所述機器控制器，從而確保達成單一點寫入功能。當然，將了解僅以實例方式給出以上描述，且在本發(fā)明范圍內可作出細節(jié)上的修改。 舉例來說，盡管優(yōu)選實施例已集中于在多模腔預成型件制造環(huán)境中實施本發(fā)明，但本發(fā) 明可同樣應用于其它技術中，其中模具座(與部件相關聯(lián)，例如在觸變模制環(huán)境中)可 隨著時間在許多具有稍微不同的系統(tǒng)配置的機器之間互換。類似地，盡管優(yōu)選實施例涵 蓋模制環(huán)境為PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)，但本發(fā)明可應用于其它用于塑料和金屬 的模制環(huán)境，例如分別為聚碳酸酯和觸變模制。盡管在互補意義上操作存儲器和傳感器裝置是有利的，但將了解本發(fā)明關于在任何 前述設置程序中使用存儲器(或將組件識別信息輸入到機器控制器中)的概念可獨立于 基于傳感器的系統(tǒng)來實施。盡管優(yōu)選實施例已集中詳細解釋模具的熱半模和冷半模，但本發(fā)明也可用于并應用 于例如機械手的其它系統(tǒng)組件中。
權利要求
1.一種注射模制機器(10)，其包括夾持組合件，其適于在使用中支撐半模(12)，所述半模(12)在所施加的夾持壓力下通過操作所述夾持組合件而周期性地合在一起；與所述夾持組合件相關聯(lián)的傳感器(66)，所述傳感器(66)經(jīng)布置以提供對所述施加的合模力和注射壓力的感測指示；和響應于所述傳感器(66)的機器控制器(80)，所述機器(10)經(jīng)動態(tài)布置以將所述施加的夾持壓力調整為等于且優(yōu)選稍微超過由所述傳感器(66)感測到的注射壓力。
2. 根據(jù)權利要求l所述的注射模制機器(10)，其中所述機器控制器(80)經(jīng)配置以改 變所述施加的夾持壓力以大體上模擬所述模制機器(10 )的操作環(huán)境內的注射壓力 曲線。
3. 根據(jù)權利要求I所述的注射模制機器(10》其中所述注射模制機器(10 )進一步包含與所述夾持組合件相關聯(lián)的液壓活塞，所述機器控制器(80)經(jīng)布置以通過對所 述液壓活塞的閉合回路控制來提供對所述施加的夾持壓力的控制。
4. 根據(jù)權利要求l所述的注射模制機器(10 >其中所述傳感器(66)被定位成接近以下至少一者模具表面(50)，以便感測壓力；液壓電路，其用于控制所述施加的夾持壓力； 堆疊組件，以便感測壓力； 模腔，以便感測壓力；和 連接桿(19)，以便感測位置。
5. —種模制機器控制器(80 )與相關聯(lián)存儲器的組合，在所述存儲器中存儲有用于模 具中模制過程的注射壓力信息，所述機器控制器(80)經(jīng)配置以在使用中存取所述注射壓力信息來確定并控制將在所述模制過程期間施加到所述模具的所施加合模力的量。
6. 根據(jù)權利要求5所述的所述模制機器控制器(80 )與相關聯(lián)存儲器的組合，其中所述機器控制器(80 )經(jīng)布置以將所述施加的合模力限制為以下一者-所述模具所經(jīng)歷的最大記錄注射壓力和 所述模具所經(jīng)歷的最有可能的注射壓力。
7. 根據(jù)權利要求5所述的所述模制機器控制器(80 )與相關聯(lián)存儲器的組合，其中所述注射壓力信息作為與至少一個模具配置相關聯(lián)的查找表而存儲在所述存儲器中。
8. 根據(jù)權利要求5所述的所述模制機器控制器(80 )與相關聯(lián)存儲器的組合，其中以針對模制系統(tǒng)的至少一個配置的預定壓力降模型的形式來存儲所述注射壓力信息。
9. 根據(jù)權利要求5所述的所述模制機器控制器(80 )與相關聯(lián)存儲器的組合，其中所述機器控制器(80 )相對于注射和保持循環(huán)來實施動態(tài)合模力控制。
10. 根據(jù)權利要求5所述的所述模制機器控制器(80)與相關聯(lián)存儲器的組合，其中所述機器控制器(80 )施加過壓力，所述過壓力確保所述施加的夾持壓力超過瞬時注射壓力不多于50%，優(yōu)選地不多于20%，更優(yōu)選地不多于10%，且最優(yōu)選地不多于 約2%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能模制環(huán)境和控制施加合模力的方法。不是在注射循環(huán)的持續(xù)時間的實質部分形成全閉合合模力(tonnage)，而是，對夾持壓力的閉合回路控制(例如通過控制液壓活塞)允許夾持壓力恰好等于但優(yōu)選稍微超過瞬時注射壓力。第一方法模擬注射壓力隨時間的曲線，借此所施加的合模力根據(jù)感測到的壓力測量值隨時間改變。第二方法依賴預存儲或歷史累積的注射壓力信息，且代替改變所述合模力，施加反映模具中經(jīng)歷的最大記錄或最有可能的注射壓力(如記錄存儲在與特定模具配置相關聯(lián)的查找表中)的恒定合模力。機器控制器(80、82)使得通過注射模制機器(10)的壓板(16、17)和連接桿(19、20)施加所施加的合模力。壓力傳感器(66-74)位于模具表面(50)上，相對于堆疊組件(58-64)和/或相對于允許微處理器(82)控制所施加的夾持閉合合模力的力閉合路徑。以此方式，所述系統(tǒng)消耗較少功率，且組件磨損得以減少。
文檔編號B29C45/76GK101590678SQ20091015020
公開日2009年12月2日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權日2004年10月19日
發(fā)明者斯特凡諾·M·薩杰塞, 約翰·P·奎爾 申請人:赫斯基注射器成型系統(tǒng)有限公司