專利名稱：成形用材料的流動(dòng)速度測量方法及流動(dòng)速度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在注射成形、壓縮成形、傳遞模成形等所使用的模型內(nèi)用于測量成形用材料的流動(dòng)速度的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，作為在模型內(nèi)用于測量成形用材料的流動(dòng)速度的技術(shù)，已知有日本特 開2000-102959號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)、特開平11-165318號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)、特開 2002-160263號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)、特開平9-19954號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)。專利文獻(xiàn)1所示的成形用材料流動(dòng)傳感器，在注射有熔融材料的模腔設(shè)置由應(yīng)變 儀構(gòu)成的三個(gè)檢測裝置，根據(jù)由各檢測裝置檢測到的材料的通過時(shí)間差運(yùn)算材料的流動(dòng)方 向、速度、壓力等流動(dòng)狀態(tài)。另外，專利文獻(xiàn)2所示的流動(dòng)特性評(píng)價(jià)裝置通過設(shè)于模型的多 個(gè)測定件檢測流動(dòng)體的通過時(shí)間，并基于該通過時(shí)間運(yùn)算流動(dòng)體的移動(dòng)速度。另外，作為測 定件，使用光電傳感器、非接觸式開關(guān)、壓力傳感器、應(yīng)變儀、熱電偶、紅外線傳感器等。專利文獻(xiàn)3所示的流動(dòng)速度向量傳感器，在模型模腔內(nèi)經(jīng)由保持部件安裝至少由 兩個(gè)以上的熱電偶構(gòu)成的傳感器，根據(jù)由該傳感器檢測的樹脂的通過時(shí)間和這些傳感器間 的距離的關(guān)系求出樹脂的流動(dòng)速度。另外，專利文獻(xiàn)4所示的樹脂速度測定裝置，沿模型內(nèi) 的樹脂流路隔開間隔地配置多個(gè)光纖傳感器，根據(jù)由各傳感器檢測到的熔融樹脂的前端通 過時(shí)間運(yùn)算上述溶融樹脂的速度。專利文獻(xiàn)1 (日本)特開2000-102959號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 (日本)特開平Il-I653I8號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 (日本)特開2002-160263號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 (日本)特開平9-19954號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 金藤、橫井、成形加工〉> 求” r，04，49 (2004)在模型內(nèi)流動(dòng)材料的流動(dòng)前沿速度測量中，除如下方式之外，即(1)如上述專利 文獻(xiàn)所示，在模型內(nèi)的兩處以上部位埋入溫度傳感器、壓力傳感器、光纖傳感器等檢測流動(dòng) 前沿通過的傳感器，根據(jù)他們之間的時(shí)間差進(jìn)行測量的方式，還存在(2)通過可視化模型 直接可視化地測量流動(dòng)前沿變動(dòng)的方式等。但是，在這樣的技術(shù)中，在上述(1)的方式中， 雖然能夠測量2點(diǎn)間的平均速度，但需要靠近地埋設(shè)多個(gè)傳感器，需要準(zhǔn)確地確定這些傳 感器間的距離，另外，檢測誤差也大，存在不能進(jìn)行正確的速度測定的問題。另外，在上述 (2)的方式中，需要可視化模型這樣的特殊模型，存在不能測定在通常的模型內(nèi)的速度的問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的問題而作出的，其目的在于提供成形用材料的流動(dòng)速度 測量方法及流動(dòng)速度測量裝置，從而不需要裝配兩個(gè)以上的傳感器，不需要可視化模型那 樣的裝入玻璃等的特殊模型，可通過小型單一的傳感器測量模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度。而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種成形用材料的流動(dòng)速度測量方 法，用于測量模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度，其特征在于，基于在模型內(nèi)的模腔壁面設(shè)置 且朝向通過模腔內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)前沿投射光的單一的光纖傳感器的傳感器輸出，計(jì) 算表示該傳感器輸出降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng) 過時(shí)間，并根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示光纖傳感器的光纖直徑及成形用材料的流動(dòng)前沿的形狀 的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。另外，本發(fā)明第二方面的特征在于，基于根據(jù)所述成形條件預(yù)先確定的修正數(shù)據(jù) 修正所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。另外，本發(fā)明第三方面的特征在于，在基于來自所述光纖傳感器的傳感器輸出算 出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度處于預(yù)先確定的速度范圍之外的情況下，判定為成形 不良。另外，本發(fā)明第四方面提供一種流動(dòng)速度測量裝置，其用于測量模型內(nèi)的成形用 材料的流動(dòng)速度，其特征在于，具備單一的光纖傳感器，其設(shè)于模型內(nèi)的模腔壁面，朝向通 過模腔內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)前沿投射光；運(yùn)算裝置，其基于該光纖傳感器的傳感器輸出， 計(jì)算表示該傳感器輸出降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的 經(jīng)過時(shí)間，并根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示光纖傳感器的光纖直徑及成形用材料的流動(dòng)前沿的形 狀的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。另外，本發(fā)明第五方面的特征在于，在所述運(yùn)算裝置設(shè)置有預(yù)先存儲(chǔ)有修正數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)裝置，該修正數(shù)據(jù)根據(jù)成形條件修正所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度， 所述運(yùn)算裝置基于該存儲(chǔ)裝置的修正數(shù)據(jù)將所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度 修正為適當(dāng)值。另外，本發(fā)明第六方面的特征在于，設(shè)置有判定由所述運(yùn)算裝置算出的成形用材 料的流動(dòng)前沿通過速度是否顯示異常值的判定裝置，在該判定裝置中，在由所述運(yùn)算裝置 算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度處于預(yù)先確定的速度范圍之外的情況下，判定為成 形不良。另外，本發(fā)明第七方面的特征在于，將單一的所述光纖傳感器以在所述模型零件 的端面露出單一的所述光纖傳感器的端面的方式直接裝填于推桿、帶桿的嵌件梢(〃
一卜C > )、嵌件塊(〃 > 寸一卜7 口 〃々)等的模型零件內(nèi)，制作傳感器單元并將該傳感 器單元裝填于所述模型內(nèi)，其中，所述模型零件的端面在所述模腔壁面露出。本發(fā)明所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法中，基于在模型內(nèi)的模腔壁面設(shè)置 且朝向通過模腔內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)前沿投射光的單一的光纖傳感器的傳感器輸出，計(jì) 算表示該傳感器輸出降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng) 過時(shí)間，并根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示光纖傳感器的光纖直徑及成形用材料的流動(dòng)前沿的形狀 的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。而且，通過如上所述進(jìn)行運(yùn)算，不需要 像現(xiàn)有技術(shù)那樣裝配兩個(gè)以上的傳感器，且不需要可視化模型那樣的裝入玻璃 等的特殊模 型，可基于單一的光纖傳感器的傳感器輸出計(jì)算模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度，可將傳 感器部分小型化。本發(fā)明所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法中，基于根據(jù)成形條件預(yù)先確定的修正數(shù)據(jù)將所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度修正為適當(dāng)值，因此，可將誤差抑 制在最小限度而以高精度求出上述成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。另外，本發(fā)明所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法中，在基于來自所述光纖傳 感器的傳感器輸出算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度處于預(yù)先確定的速度范圍之外 的情況下，判定為成形不良，因此，通過檢測成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度的降低，可以 迅速地檢測到供料不足(〉3 —卜)這樣的不良，通過檢測通過速度的上升，可以迅速地檢 測到溢料()這樣的不良。
本發(fā)明所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置中，在模型內(nèi)的模腔壁面設(shè)置朝向 通過模腔內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)前沿投射光的單一的光纖傳感器，在運(yùn)算裝置中，基于所 述光纖傳感器的傳感器輸出，計(jì)算表示該傳感器輸出降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出 穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng)過時(shí)間，并根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示光纖傳感器的光纖直徑及 成形用材料的流動(dòng)前沿的形狀的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。而且，通 過在這樣的運(yùn)算裝置中的運(yùn)算，不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣裝配兩個(gè)以上的傳感器，且不需要 可視化模型那樣的裝入玻璃等的特殊模型，可基于單一的光纖傳感器的傳感器輸出計(jì)算模 型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度，可將傳感器部分小型化。本發(fā)明所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置中，在運(yùn)算裝置還設(shè)置存儲(chǔ)有根據(jù) 成形條件修正算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度的修正數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，在所述運(yùn)算 裝置中，基于該存儲(chǔ)裝置的修正數(shù)據(jù)，將所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度修正 為適當(dāng)值，因此，可將誤差抑制在最小限度而以高精度求出上述成形用材料的流動(dòng)前沿通 過速度。本發(fā)明所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置中，在通過運(yùn)算裝置基于從設(shè)于模 型的模腔壁面的光纖傳感器輸出的傳感器輸出，算出成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度后， 在由運(yùn)算裝置算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度處于預(yù)先確定的速度范圍之外的情 況下，通過判定裝置判定為成形不良。由此，通過檢測成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度的降 低，可迅速檢測到供料不足這樣的不良，通過檢測通過速度的上升，能夠迅速地檢測到溢料 這樣的不良。


圖IA是表示流動(dòng)前沿F到達(dá)光纖傳感器2的傳感器端面2A的狀態(tài)的模型圖；圖IB是表示流動(dòng)前沿F覆蓋光纖傳感器2的傳感器端面2A的狀態(tài)的模型圖；圖2是表示光纖傳感器2的傳感器輸出的圖；圖3是對(duì)圖2的傳感器輸出進(jìn)行微分的圖；圖4是表示用于根據(jù)光纖傳感器2的傳感器輸出計(jì)算流動(dòng)前沿F的速度的步驟的 流程圖；圖5是在模腔壁面4上安裝有兩個(gè)光纖傳感器2的圖；
圖6是表示流動(dòng)速度測量裝置100的圖；圖7是表示用于實(shí)際測量的模腔3、和光纖傳感器2的尺寸的圖；圖8A是表示根據(jù)2點(diǎn)間測量的平均流動(dòng)前沿速度的圖表，是使用了被著色的PP 的流動(dòng)速度的測定結(jié)果；
圖8B是表示根據(jù)2點(diǎn)間測量的平均流動(dòng)前沿速度的圖表，是使用了未著色的PP 的流動(dòng)速度的測定結(jié)果；圖8C是將根據(jù)是否含有CB (碳黑)的是否對(duì)PP著色的情況和模腔的厚度2mm或 4mm的情況進(jìn)行組合來測量相對(duì)于平均流動(dòng)前沿速度的流動(dòng)前沿速度的結(jié)果； 圖9是使用圖7所示的測量裝置對(duì)GFPP (玻璃纖維強(qiáng)化PP)在不同的玻璃纖維 (GF)充填率的條件下測得的相對(duì)于注射率的流動(dòng)前沿速度測量結(jié)果；圖10是表示推桿型傳感器單元的圖。附圖標(biāo)記說明1 模型2光纖傳感器2A傳感器端面3 模腔4模腔壁面10傳感器部11運(yùn)算處理單元12運(yùn)算裝置13判定裝置14存儲(chǔ)裝置15 推桿100流動(dòng)速度測量裝置M成形用材料F流動(dòng)前沿S傳感器輸出
具體實(shí)施例方式下面，參照?qǐng)D1 圖8對(duì)本發(fā)明的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法及應(yīng)用了該方 法的流動(dòng)速度測量裝置進(jìn)行說明。首先，圖IA及圖IB是示意性地表示本發(fā)明實(shí)施方式所使用的模型1和設(shè)于該模 型1的直徑D的光纖傳感器2的安裝狀態(tài)的圖。模型1是用于注射成形、壓縮成形、傳遞模 成形等的模型，在該模型1內(nèi)，以在上下方向具有一定間隔的方式形成模腔3，成形用材料M 在該模腔3內(nèi)沿箭頭a所示的方向流動(dòng)。另外，該模腔3形成為相對(duì)于與紙面垂直的方向 具有寬度的板狀。光纖傳感器2配置于下側(cè)的模腔壁面4，以與模腔3的中心線3A正交的方式從下 方朝向上方向模腔3內(nèi)照射傳感器光。而且，在沒有成形用材料M的狀態(tài)下，朝向模腔3從 下方投射的傳感器光，由相對(duì)的上側(cè)模腔壁面4反射后，再次返回到光纖傳感器2的傳感器 端面2A。而且，光纖傳感器2接收并測量該反射光量，將其作為檢測信號(hào)輸出。在此，如圖 IA所示，當(dāng)成形用材料M的流動(dòng)前沿F接近光纖傳感器2的傳感器端面2A時(shí)，流動(dòng)前沿F 遮擋來自光纖傳感器2的投射光，通過該遮擋方法(流動(dòng)前沿F和光纖傳感器2的位置關(guān) 系)，傳感器輸出(參照?qǐng)D2)變動(dòng)。
圖IA是表示成形用材料M的流動(dòng)前沿F的前端到達(dá)光纖傳感器2左端的延長線 上的狀態(tài)的圖，將到達(dá)該狀態(tài)的時(shí)間假定為“t = tl”。另外，圖IB是表示流動(dòng)前沿F進(jìn)一 步向箭頭a方向前進(jìn)，成形用材料的前沿樹脂與傳感器端面2A完全相接并將其完全覆蓋的 狀態(tài)的圖，將到達(dá)該狀態(tài)的時(shí)間假定為“t = t2”。首先，如圖IA所示，在流動(dòng)前沿F的前 端部到達(dá)傳感器端面2A之前，從光纖傳感器2投射的光由相對(duì)的上側(cè)模腔壁面4反射后， 返回到光纖傳感器2的傳感器端面2A。在此，圖IA中，在從光纖傳感器2投射的光的開口 角α為0的情況下(圖IA的開口角α = 0°的情況下)，光纖傳感器2的投射光沿模腔 3的厚度方向(由箭頭b所示)直行，在由上側(cè)的模腔壁面4反射后，該反射光直接沿著同 一路徑入射到傳感器端面2A。另一方面，根據(jù)光纖傳感器2的特性，存在之前的開口角α 不是0而具有一定角度的情況，此時(shí)，如虛線所示，光纖傳感器2的投射光具有一定的擴(kuò)展 范圍，在模腔3內(nèi)行進(jìn)，因此，由相對(duì)的上側(cè)模腔壁面4反射的反射光返回光纖傳感器2的 傳感器端面2Α的比率減少。在此，在流動(dòng)前沿F的前端部到達(dá)光纖傳感器2的傳感器端面 2Α左端的情況(圖IA所示的情況)下，對(duì)于開口角為0的光纖傳感器2而言，其投射光在 流動(dòng)前沿F的前端部反射，能夠準(zhǔn)確地捕捉上述流動(dòng)前沿F，但對(duì)于開口角具有一定角度的 光纖傳感器2而言，其投射光由不是流動(dòng)前沿F前端部的曲面部(圖IA中附圖標(biāo)記Fw所 示)反射，該反射光向與傳感器端面2Α不同的方向行進(jìn)，其結(jié)果是，反射光返回光纖傳感器 2的傳感器端面2Α的比率降低。因此，根據(jù)具有固有的開口角α的光纖傳感器2的特性， 需要乘以修正系數(shù)來修正傳感器輸出或基于傳感器輸出運(yùn)算的運(yùn)算值(將在后面敘述)。 而且，圖2表示這樣的光纖傳感器2的輸出電壓的變化。圖2是伴隨流動(dòng)前沿F 的通過而對(duì)傳感器端面2Α的區(qū)域進(jìn)行測量的傳感器輸出變化的事例。在成形用材料M通 過光纖傳感器2之前，存在大致一定的傳感器輸出，之后，伴隨成形用材料M的通過，傳感器 輸出開始急劇變動(dòng)，在經(jīng)過示出兩個(gè)大的上下峰值的變動(dòng)后，確認(rèn)如下的輸出變化，即再次 以成為大致一定值的方式回歸。這樣，最初的變動(dòng)開始時(shí)間“tl”和之后同樣回歸的變動(dòng)結(jié) 束時(shí)間“t2”與成形用材料M通過光纖傳感器2的傳感器端面2A的情況相關(guān)。S卩，如圖2所示，在流動(dòng)前沿F的前端部到達(dá)傳感器端面2A左端的情況下(圖IA 所示的狀態(tài))，傳感器輸出從該到達(dá)時(shí)間tl開始降低。光纖傳感器2的傳感器輸出如圖2 中tl和t2之間所示，因光纖傳感器2的輸出特性(根據(jù)其與成為目標(biāo)的成形用材料M的 距離來表示峰值的輸出特性)，示出在下側(cè)和上側(cè)形成兩個(gè)峰值的變動(dòng)。之后，成形用材料 M與光纖傳感器2的傳感器端面2A接觸，在完全覆蓋該傳感器端面2A的時(shí)間t2之后，傳感 器輸出的變動(dòng)消失，示出平穩(wěn)的傳感器輸出。另外，也存在如下情況，即因成形材料的厚度 不同而不形成上述峰值，在傳感器輸出單調(diào)遞減后，在處于降低的值的狀態(tài)下光纖傳感器 的輸出穩(wěn)定。因此，本實(shí)施方式中，在流動(dòng)前沿F的前端部到達(dá)傳感器端面2A時(shí)，根據(jù)傳感器輸 出降低的時(shí)刻tl、和成形用材料M與光纖傳感器2的傳感器端面2A接觸且光纖傳感器的輸 出穩(wěn)定的時(shí)刻t2，計(jì)算成形用材料M的通過速度。另外，圖1的模式圖中，與流動(dòng)前沿F的速度無關(guān)，流動(dòng)前沿F的截面形狀假定為 半圓形狀。而且，在這樣的假定下，如上所述，在如下進(jìn)行規(guī)定的情況下，即光纖傳感器2的 傳感器輸出開始降低的時(shí)間tl為與流動(dòng)前沿F的前端部到達(dá)傳感器端面2A的時(shí)間對(duì)應(yīng)的 時(shí)刻，而且，光纖傳感器2的傳感器輸出變動(dòng)穩(wěn)定的時(shí)間t2為流動(dòng)前沿F與光纖傳感器2的傳感器端面2A全面接觸的時(shí)刻，在該情況下，流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)與流動(dòng)前沿半 徑(r)、光纖直徑(D)、經(jīng)過時(shí)間(At = tl-t2)可確定為存在如下關(guān)系。艮口，式(l)v= (D+r)/At在此，如圖IA所示，上述運(yùn)算式(式1)假定來自傳感器端面2A的投射光直行(α =0° )而確定。但是，來自傳感器端面2Α的光實(shí)際上具有一開口角α而擴(kuò)散地投射。因 此，在流動(dòng)前沿F接近光纖傳感器2的情況下，開始遮蔽光纖傳感器2的投射光的開口角區(qū) 域的流動(dòng)前沿F的位置，與假定為直行(α =0° )的情況相比稍向上游側(cè)移動(dòng)。其結(jié)果 是，隨著開口角α增大，示出流動(dòng)前沿半徑的“r”也增大，基于測量的tl、t2而由運(yùn)算式 (式1)算出的ν值，與α =0°的情況相比也變得稍大。因此，需要根據(jù)光纖傳感器2的 開口角α進(jìn)行修正。另外，如上所述，流動(dòng)前沿F的截面形狀假定為半圓形，但實(shí)際上其根據(jù)注射速度 而微妙地變化，也需要進(jìn)行與流動(dòng)前沿F的前端形狀對(duì)應(yīng)的修正。另一方面，根據(jù)成形用材 料M是否著色，之前的運(yùn)算式(式1)的計(jì)算結(jié)果也有所不同，需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)于成形用材料 的種類的修正。即，根據(jù)各種條件(來自光纖傳感器2的投射光的開口角α、流動(dòng)前沿F的 截面形狀、成形用材料M的著色、充填材料的種類和含有率等)，可以進(jìn)行在之前的運(yùn)算式 (式1)的計(jì)算結(jié)果上乘以預(yù)先設(shè)定的修正系數(shù)等修正。 另外，在上述記載中，將流動(dòng)前沿的形狀設(shè)為半圓形來進(jìn)行運(yùn)算，但也可以使用橢 圓函數(shù)或二次曲線等函數(shù)生成近似流動(dòng)前沿形狀的運(yùn)算式(與上述式1的運(yùn)算式相對(duì)應(yīng)) 來進(jìn)行運(yùn)算。接著，使用圖4的流程圖，具體說明使用以上的運(yùn)算式(式1)用于計(jì)算實(shí)際上成 形用材料M的流動(dòng)前沿F的速度的方法。(1)在開始取入光纖傳感器2的傳感器輸出之后(步驟1)，首先，在充填于模型1 的模腔3內(nèi)的成形用材料M的流動(dòng)前沿F如圖IA所示到達(dá)光纖傳感器2的傳感器端面2Α左 端的情況下，作為大致穩(wěn)定值的光纖傳感器2的傳感器輸出(用附圖標(biāo)記S表示)如圖2所 示急速降低。此時(shí)，將傳感器輸出急速降低的位移點(diǎn)Sl的時(shí)間檢測為第一檢測時(shí)間“tl”。 具體而言，如圖3所示，該位移點(diǎn)Sl通過判定表示傳感器輸出S斜度的微分值(f' (t))是 否低于預(yù)先確定的閾值Nl (例如m =-100)來求出(步驟S2)。即，在表示傳感器輸出S 的斜度的微分值(f ‘ (t))不低于預(yù)先確定的閾值m (例如m = -100)的情況下，判定為 成形用材料M的流動(dòng)前沿F尚未到達(dá)光纖傳感器2的傳感器端面2A的左端，另外，在低于 預(yù)先確定的閾值m (例如m =-100)的情況下，判定為成形用材料M的流動(dòng)前沿F到達(dá)光 纖傳感器2的傳感器端面2A的左端，將此時(shí)的時(shí)間作為表示位移點(diǎn)Sl的第一檢測時(shí)間tl。(2)之后，隨著成形用材料M的流動(dòng)前沿F通過光纖傳感器2的傳感器端面2A，光 纖傳感器2的傳感器輸出S產(chǎn)生在下側(cè)和上側(cè)形成兩個(gè)峰值的變動(dòng)。即，傳感器輸出S的 較大變動(dòng)是指成形用材料M的流動(dòng)前沿F通過光纖傳感器2的傳感器端面2A，因此，通過檢 查該變動(dòng)，檢測成形用材料M的流動(dòng)前沿F是否處于通過光纖傳感器2的傳感器端面2A的 過程中(步驟3)。作為具體的處理，在步驟2之后如圖3所示，監(jiān)測表示傳感器輸出S的斜度的微分 值(f' (t))是否在預(yù)先確定的閾值N2(例如N2 = +80 -80)的范圍內(nèi)存在一定時(shí)間，當(dāng) 不處在閾值N2的范圍內(nèi)(即微分值大)的情況下，判斷為成形用材料M的流動(dòng)前沿F正在通過光纖傳感器2的傳感器端面2A，另外，在處于閾值N2的范圍內(nèi)(即朝向收斂)的情況 下，判定為成形用材料M的流動(dòng)前沿F通過光纖傳感器2的傳感器端面2A成為圖IB所示 的狀態(tài)。而且，將到達(dá)圖IB的傳感器輸出S穩(wěn)定的時(shí)間，作為表示位移點(diǎn)S2的第二檢測時(shí) 間t2。(3)根據(jù)由上述⑴及(2)求出的第一檢測時(shí)間(tl)、第二檢測時(shí)間(t2)計(jì)算經(jīng) 過時(shí)間(At = tl_t2)，根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間(At)和預(yù)先測量并設(shè)定的流動(dòng)前沿半徑(r)、光 纖直徑(D)，通過之前的運(yùn)算式(式1)計(jì)算成形用材料M的流動(dòng)前沿通過速度(ν)(步驟 4)。根據(jù)如上的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法，基于在模型1內(nèi)的模腔壁面4設(shè)置 且朝向通過模腔3內(nèi)的成形用材料M的流動(dòng)前沿F投射光的單一的光纖傳感器2的傳感器 輸出S，計(jì)算表示該傳感器輸出S降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出S的變動(dòng)越過峰值而 變得穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng)過時(shí)間(ΔΟ，根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和光纖傳感器2的光纖 直徑(D)及成形用材料M的流動(dòng)前沿半徑(r)，并基于運(yùn)算式(式1)可以運(yùn)算上述成形用 材料M的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)(步驟2 步驟4的處理)。而且，在此算出的通過速 度(ν)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各種條件(來自光纖傳感器2的投射光的開口角α、流動(dòng)前沿F的 截面形狀、成形用材料M的著色、充填材料的種類和含有率等)進(jìn)行乘以預(yù)先設(shè)定的修正系 數(shù)等修正。另外，在上述成形用材料的流動(dòng)速度測量方法中，在基于來自光纖傳感器2的傳 感器輸出而算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度(ν)處于預(yù)先確定的速度范圍之外的 情況下，判定為成形不良，由此，通過檢測成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度的降 低，也可以 迅速地檢測到供料不足這樣的不良，通過檢測通過速度的上升，也可以迅速地檢測到溢料 這樣的不良。此時(shí)，如圖5所示，上述那樣的光纖傳感 器2也可以隔開一定間隔地設(shè)于模型 1的模腔壁面4的多處(圖5中為兩處)。而且，基于來自分別設(shè)于模型1的模腔壁面4的 多處的光纖傳感器2的傳感器輸出S，分別運(yùn)算各光纖傳感器2的設(shè)置部位的成形用材料M 的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)，在算出的各光纖傳感器2設(shè)置部位的流動(dòng)前沿F的通過速度 (ν)處于預(yù)先確定的速度范圍之外的情況下，判定為成形不良。接著，對(duì)應(yīng)用上述成形用材料的流動(dòng)速度測量方法的流動(dòng)速度測量裝置100進(jìn)行 說明。如圖6所示，該流動(dòng)速度測量裝置100由傳感器部10和運(yùn)算處理單元11構(gòu)成，該傳 感器部10具有設(shè)于該模型1的模腔壁面4且朝向模腔3照射光的直徑D的光纖傳感器2， 該運(yùn)算處理單元11處理來自傳感器部10的輸出數(shù)據(jù)。該運(yùn)算處理單元11的主要構(gòu)成要 素包括取入光纖傳感器2的傳感器輸出S并基于上述傳感器輸出S運(yùn)算流動(dòng)前沿F的通 過速度(ν)的運(yùn)算裝置12;基于由運(yùn)算裝置12計(jì)算出的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)，判定 是否在模型1內(nèi)產(chǎn)生成形不良的判定裝置13。傳感器部10與圖IA及圖IB所示的結(jié)構(gòu)相同，在向在模型1的模腔3內(nèi)流動(dòng)的成 形用材料M的流動(dòng)前沿F從光纖傳感器2投射光后，由傳感器端面2Α接收該投射的光的反 射光，將與在上述傳感器端面2Α的光的受光量相對(duì)應(yīng)的輸出電壓作為傳感器輸出S輸出。運(yùn)算裝置12預(yù)先設(shè)定圖4所示的處理流程，基于該處理流程執(zhí)行之前說明的運(yùn)算 處理。另外，該運(yùn)算處理所使用的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)的運(yùn)算式(式1)、光纖傳感器 2的光纖直徑(D)、成形用材料M的流動(dòng)前沿半徑(r)這樣的數(shù)據(jù)被預(yù)先存儲(chǔ)于附圖標(biāo)記14所示的存儲(chǔ)裝置。另外，在該運(yùn)算裝置12中，可以根據(jù)另行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置14的修正系數(shù) (根據(jù)來自光纖傳感器2的投射光的開口角α、流動(dòng)前沿F的截面形狀、成形用材料M的著 色、充填材料的種類和含有率等條件進(jìn)行各種設(shè)定)修正利用之前的流速運(yùn)算式(式1)計(jì) 算出的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)。判定裝置13基于由運(yùn)算裝置12算出的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)，判定是否產(chǎn)生 成形不良。具體而言，在流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)低于既定值的情況下判定為供料不足， 在通過速度(ν)超過既定值的情況下判定為產(chǎn)生溢料，基于該判定結(jié)果能夠迅速地檢測成 形時(shí)的不良。另外，該既定值可以事先存儲(chǔ)于之前的存儲(chǔ)裝置14。另外，這樣的成形不良的 判定也可以如下進(jìn)行判定，即如圖5所示在模型1的模腔壁面4的多處配置光纖傳感器2， 基于這些光纖傳感器2的傳感器輸出S分別運(yùn)算光纖傳感器2的各設(shè)置部位的成形用材料 M的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)，判定各通過速度(ν)是否適當(dāng)。另外，也可以不必設(shè)置這 樣的判定裝置13而直接輸出由運(yùn)算裝置12算出的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)。接著，參照?qǐng)D7對(duì)實(shí)際使用本發(fā)明的流動(dòng)速度測量裝置100的測量例進(jìn)行說明。該 圖7具體表示用于測量的模腔3的形狀(從傳感器的長軸方向看到的圖)。模腔3為寬度 30mm、長度85mm、厚度2mm或4mm的矩形(準(zhǔn)備兩種厚度)，沿模腔3的中心線3A，在距澆口 3B的距離為45mm、60mm的位置埋入直徑0. 5mm的光纖傳感器2 (分別稱作chl、ch2)。成形 用材料M的樹脂使用未著色以及著色為黑色的PP ( ^ Aflj 7?？?J-3054HP、(株)
7 ^在成形時(shí)，將樹脂溫度設(shè)為220°C，將模型1溫度設(shè)為50°C。在此，使注
射率分成六階段(5、10、20、40、60、80cm7S)地變化，求出流動(dòng)前沿F通過時(shí)chl、ch2各自 的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)(基于運(yùn)算裝置12的運(yùn)算結(jié)果)，將該通過速度(ν)與基準(zhǔn)值 (圖8中Vl所示)進(jìn)行比較，根據(jù)這些值存在多大差異的情況，驗(yàn)證流動(dòng)速度測量裝置100 測量到的通過速度(ν)的精度。將其結(jié)果在圖8A及圖8B進(jìn)行比較地顯示。圖8A是使用著色的PP作為成形用 材料M的情況下的測量結(jié)果，圖8B是使用未著色的PP作為成形用材料M的情況下的測量 結(jié)果，將模腔3的厚度設(shè)為2mm和4mm，通過光纖傳感器2的chl、ch2分別測量流動(dòng)前沿F 的通過速度⑴。無論哪種情況，各曲線如下表示。· chl、模腔3的厚度4mm，口 ch2、模 腔3的厚度4mm，Δ :chl、模腔3的厚度2mm， :ch2、模腔3的厚度2mm。而且，參照由這些 chl、ch2測量出的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)可知，無論哪種板厚，利用注射率的chl、ch2 的測定結(jié)果均大致呈一條直線狀(都由虛線表示)，特別是著色樹脂示出近似于基準(zhǔn)值Vl 的測定結(jié)果。而且，這些測定結(jié)果(用虛線表示)都示出比例關(guān)系，相對(duì)于基準(zhǔn)值Vl僅有 稍傾斜的差，因此，通過在由這些chl、ch2測量出的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)乘以與基于 試驗(yàn)事先求出的樹脂的特性相對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)，能夠高精度地測量流動(dòng)前沿速度。另外，使 用未著色的PP作為成形材料M的情況下的測量結(jié)果，因測定精度提高，事后即使在圖8C所 示的不對(duì)PP著色的情況下，也能夠得到近似于基準(zhǔn)值Vl的測定結(jié)果。圖8C是將根據(jù)是否 含有CB (碳黑)的是否對(duì)PP著色的情況和模腔的厚度2mm或4mm的情況進(jìn)行組合來測量 流動(dòng)前沿速度的結(jié)果。圖8C的縱軸(流動(dòng)前沿速度)為使用ch2的情況。各曲線表示如 下?！つＧ?的厚度4mm、含有CB，■模腔的厚度2mm、含有CB，〇模腔3的厚度4mm，不 含CB，□模腔3的厚度2mm、不含CB。進(jìn)而，使用圖7所示的測量裝置對(duì)GFPP (玻璃纖維強(qiáng)化PP)進(jìn)行不同的玻璃纖維(GF)充填率下的流動(dòng)前沿速度測量?？v軸(流動(dòng)前沿速度)為使用ch2的情況。圖9表示各GF充填率(10重量％、20重量％、30重量％)下的流動(dòng)前沿速度比較。另外，各曲線表 示如下?！げＡЮw維充填率10重量％，□玻璃纖維充填率20重量％，▲玻璃纖維充填 率30重量％。在GFPP中，與圖8C所示的無充填材料相比，示出波形的再現(xiàn)性低。另外，從 圖9可知存在如下趨勢，即CF充填率越高，輸出越低。由于本方法將流動(dòng)前沿截面形狀假定 為半圓形，所以當(dāng)流動(dòng)前沿形狀不同時(shí)，誤差增大。從金藤、橫井、成形加工〉 49(2004)(非專利文獻(xiàn)1)可明了 在GF高充填率材料中，在流動(dòng)前沿前端部形成纖維的滯 留層，生成非對(duì)稱的涌出流。由此，在GFPP中，纖維充填率越高，因流動(dòng)前沿前端區(qū)域的纖 維滯留層，流動(dòng)前沿越大地突出，可認(rèn)為流動(dòng)前沿長度(相當(dāng)于圖IA所示的半圓形狀的流 動(dòng)前沿F的半徑)變長。其結(jié)果，推測在t2產(chǎn)生時(shí)間延遲，算出的速度低。另外，可認(rèn)為再 現(xiàn)性因非對(duì)稱的涌出流而降低。但是，由于已明了無論在哪種GF充填率下注射率和流動(dòng)前 沿速度均成比例關(guān)系，因此，給出如下啟示即通過基于各種條件下的試驗(yàn)值和根據(jù)傳感器 輸出計(jì)算出的速度的比較數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，在誤差因素大的GFPP中也可以進(jìn)行流動(dòng)前 沿速度的監(jiān)測。如以上詳細(xì)說明，本實(shí)施方式所示的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置100中，在 模型1內(nèi)的模腔壁面4設(shè)置朝向通過模腔3內(nèi)的成形用材料M的流動(dòng)前沿F投射光的單一 的光纖傳感器2，在運(yùn)算裝置12中，基于上述光纖傳感器2的傳感器輸出S計(jì)算表示該傳感 器輸出S降低的第一檢測時(shí)間(tl)和該傳感器輸出S的變動(dòng)越過峰值而變得穩(wěn)定的第二 檢測時(shí)間(t2)之差的經(jīng)過時(shí)間(At)，根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間(At)和光纖傳感器2的光纖直徑 (D)及成形用材料M的流動(dòng)前沿半徑(r)，通過運(yùn)算式(式1)運(yùn)算上述成形用材料M的流 動(dòng)前沿F的通過速度(ν)。而且，通過利用這樣的運(yùn)算裝置12進(jìn)行運(yùn)算，不需要像現(xiàn)有技術(shù) 那樣裝配兩個(gè)以上的傳感器，另外不需要可視化模型那樣的裝入玻璃等的特殊模型，可基 于單一的光纖傳感器2的傳感器輸出S計(jì)算出模型1內(nèi)的成形用材料M的流動(dòng)速度，可將 傳感器部分大幅度減小。另外，上述成形用材料M的流動(dòng)速度測量裝置100中，運(yùn)算裝置12上還設(shè)有存儲(chǔ) 根據(jù)成形條件(材料著色、流動(dòng)前沿的形狀、傳感器開口角α、充填材料的種類和含有率等 條件)修正算出的成形用材料M的流動(dòng)前沿F的通過速度(ν)的修正數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置14， 在上述運(yùn)算裝置12中，基于該存儲(chǔ)裝置14的修正數(shù)據(jù)將上述算出的成形用材料M的流動(dòng) 前沿F的通過速度(ν)修正為適當(dāng)值，因此，可以將誤差抑制為最小限度并以高精度求得之 前的通過速度(ν)。另外，在上述成形用材料M的流動(dòng)速度材料裝置100中，在通過運(yùn)算裝置12基于 從設(shè)于模型1的模腔壁面4的光纖傳感器2輸出的傳感器輸出算出成形用材料M的流動(dòng)前 沿通過速度(ν)后，在由運(yùn)算裝置12算出的成形用材料M的流動(dòng)前沿通過速度(ν)處于預(yù) 先確定的速度范圍之外的情況下，通過判定裝置13判定為成形不良。由此，通過檢測成形 用材料M的流動(dòng)前沿通過速度(ν)的降低，可迅速檢測到供料不足這樣的不良，通過檢測通 過速度的上升，能夠迅速地檢測到溢料這樣的不良。另外，在模型1內(nèi)裝填本流動(dòng)速度測量裝置100時(shí)，在圖10所示的推桿15或其 它帶桿的嵌件梢、嵌件塊等模型零件內(nèi)(或與模型零件形狀相同或形狀類似的零件內(nèi))，以 上述光纖傳感器2的端面2Α在上述模型零件的端面露出的方式直接裝填上述光纖傳感器2來制作傳感器單元，并將該傳感器單元裝填到模型內(nèi)，其中該模型零件的端面在所述模腔
壁面露出。通過如上所述將傳感器單元化，可以不對(duì)上述模型模腔及澆道等直接實(shí)施埋設(shè)上述光纖傳感器等加工，而是通過插入上述傳感器單元，容易地將本測量方法應(yīng)用于作為測 定對(duì)象的模型。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，可提供成形用材料的流動(dòng)速度測量方法及流動(dòng)速度測量裝置，不需 要裝配兩個(gè)以上的傳感器，不需要可視化模型那樣的裝入玻璃等的特殊模型，可以通過小 型單一的傳感器容易地測量模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度。本申請(qǐng)基于2007年10月31日在日本申請(qǐng)的特愿2007-283853號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，在 此引用其內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種成形用材料的流動(dòng)速度測量方法，用于測量模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度，其特征在于，基于在模型內(nèi)的模腔壁面設(shè)置且朝向通過模腔內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)前沿投射光的單一的光纖傳感器的傳感器輸出，計(jì)算表示該傳感器輸出降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng)過時(shí)間，并根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示所述光纖傳感器的光纖直徑及成形用材料的流動(dòng)前沿的形狀的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。
2.如權(quán)利要求1所述的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法，其特征在于，基于根據(jù)所述 成形條件預(yù)先確定的修正數(shù)據(jù)修正所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的成形用材料的流動(dòng)速度測量方法，其特征在于，在基于來自 所述光纖傳感器的傳感器輸出而算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度處于預(yù)先確定的 速度范圍之外的情況下，判定為成形不良。
4.一種流動(dòng)速度測量裝置，其用于測量模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度，其特征在于， 具備單一的光纖傳感器，其設(shè)于模型內(nèi)的模腔壁面，朝向通過模腔內(nèi)的成形用材料的流動(dòng) 前沿投射光；運(yùn)算裝置，其基于所述光纖傳感器的傳感器輸出，計(jì)算表示該傳感器輸出降低的第一 檢測時(shí)間和該傳感器輸出穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng)過時(shí)間，并根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示 所述光纖傳感器的光纖直徑及成形用材料的流動(dòng)前沿的形狀的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料 的流動(dòng)前沿通過速度。
5.如權(quán)利要求4所述的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置，其特征在于，在所述運(yùn)算裝 置設(shè)置有預(yù)先存儲(chǔ)有修正數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，該修正數(shù)據(jù)根據(jù)成形條件修正所述算出的成形 用材料的流動(dòng)前沿通過速度，所述運(yùn)算裝置基于該存儲(chǔ)裝置的修正數(shù)據(jù)將所述算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過 速度修正為適當(dāng)值。
6.如權(quán)利要求4或5所述的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置，其特征在于，設(shè)置有判定由所述運(yùn)算裝置算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度是否顯示異常值 的判定裝置，在該判定裝置中，在由所述運(yùn)算裝置算出的成形用材料的流動(dòng)前沿通過速度處于預(yù)先 確定的速度范圍之外的情況下，判定為成形不良。
7.如權(quán)利要求4所述的成形用材料的流動(dòng)速度測量裝置，其特征在于，單一的所述光 纖傳感器直接裝填于模型零件內(nèi)，以構(gòu)成在所述模型零件的端面露出單一的所述光纖傳感 器的端面的傳感器單元，并將該傳感器單元裝填于所述模型內(nèi)，其中，所述模型零件的端面 在所述模腔壁面露出。
全文摘要
本發(fā)明涉及成形用材料的流動(dòng)速度測量方法及流動(dòng)速度測量裝置，在模型(1)內(nèi)的模腔壁面(4)設(shè)置向通過模腔(3)內(nèi)的成形用材料(M)的流動(dòng)前沿(F)投射光的單一的光纖傳感器(2)，在運(yùn)算裝置中，基于所述光纖傳感器(2)的傳感器輸出計(jì)算表示該傳感器輸出降低的第一檢測時(shí)間和該傳感器輸出穩(wěn)定的第二檢測時(shí)間之差的經(jīng)過時(shí)間，根據(jù)該經(jīng)過時(shí)間和表示光纖傳感器(2)的光纖直徑及成形用材料(M)的流動(dòng)前沿的形狀的函數(shù)，運(yùn)算所述成形用材料(M)的流動(dòng)前沿(F)的通過速度。根據(jù)本發(fā)明，不需要裝配兩個(gè)以上的傳感器，不需要可視化模型那樣的裝入玻璃等的特殊模型，可通過小型單一的傳感器容易地測量模型內(nèi)的成形用材料的流動(dòng)速度。
文檔編號(hào)G01P5/18GK101842213SQ200880113699
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者增田范通, 橫井秀俊 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人生產(chǎn)技術(shù)研究獎(jiǎng)勵(lì)會(huì)