專利名稱：控制二階段注射單元中的螺桿的方法及用于實施此方法的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及(但不限于)二階段注射單元，且更具體來說，涉及(但不限于) 控制二階段注射單元中的螺桿的方法以及實施所述方法的系統(tǒng)。
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模制是可通過使用模制系統(tǒng)由模制材料形成經(jīng)模制物品的過程?？赏ㄟ^使用模制工 藝形成各種經(jīng)模制物品，例如注射模制工藝?？?例如)由聚對苯二甲酸乙二酯(PET) 材料形成的經(jīng)模制物品的一個實例是能夠隨后吹制為飲料容器(例如瓶子或類似物)的 預成型件。
典型的模制系統(tǒng)尤其包括注射單元、夾具組合件和模具組合件。注射單元可具有往 復式螺桿類型或二階段類型。在往復式螺桿類型注射單元內(nèi)，原材料(例如PET顆粒和 類似物)經(jīng)由給料斗饋送，其又饋送塑化螺桿(plasticizing screw)的入口端。塑化螺桿 包封在機筒中，其通過機筒加熱器來加熱。螺桿的螺旋刮板(Helical flight)沿著螺桿的 操作軸傳送原材料。通常，螺桿的根部直徑在遠離入口端的方向上沿著螺桿的操作軸而 逐漸增加。
在正沿著螺桿傳送原材料時，原材料在螺桿的刮板、螺桿根部與機筒的內(nèi)表面之間 被剪切。原材料還經(jīng)受由機筒加熱器發(fā)射且經(jīng)由機筒傳導的一些熱。隨著剪切程度與增 加的根部直徑一致地增加，原材料逐漸變?yōu)榇篌w上同質(zhì)的熔體。當所要量的熔體積聚在 螺桿的出料端(其為螺桿的與入口端面對面的相對極端)處的空間中時，螺桿停止其旋 轉。接著迫使螺桿向前(在遠離其入口端的方向上)，迫使所要量的熔體進入一個或一 個以上模制腔。因此，可以說螺桿在往復類型注射單元中執(zhí)行兩個功能，即(i)將原材料 塑化為大體上同質(zhì)的熔體，以及(ii)將大體上同質(zhì)的熔體注射到一個或一個以上模制腔 中。
二階段注射單元可被認為大體上類似于往復類型注射單元，不同之處在于塑化功能 與注射功能是分開的。更具體地說，位于擠出機機筒中的擠出機螺桿執(zhí)行塑化功能。一 旦積聚了所要量的熔體，即將其轉移到裝配有柱塞的所謂"射出罐"中，所述"射出罐"執(zhí)行注射功能。
2001年6月5日頒予Choi等人的第6,241,932號美國專利揭示一種操作二階段注射 模制機的方法和系統(tǒng)，其中注射器柱塞在射出罐中的移動與塑化螺桿和流動到射出罐中 的熔體的移動一致，使得柱塞向流動到射出罐中的熔體提供最小阻力同時避免在熔體內(nèi) 部產(chǎn)生空隙或空氣。因此減少了熔體所暴露于的不合意的剪切力，從而對應地減少原本 將產(chǎn)生的熔體降級產(chǎn)品。
2005年1月25日頒予Takayama等人的第6,017,210號美國專利揭示一種系統(tǒng)，借 此通過使用注射機1和保壓機2在計量的同時執(zhí)行保壓循環(huán)。注射機1包含安裝在加熱 汽缸12中的注射螺桿11。保壓機2包含可滑動安裝在其中且面對樹脂通路14的保壓柱 塞21。保壓柱塞14的前進運動受限于樹脂通路的側表面，而保壓柱塞的向后移動受限 于形成所要體積的樹脂捕集器26的位置，用于使樹脂在柱塞的頭部與樹脂通路14之間 的通路中裝填。允許保壓柱塞21在注射周期或計量期間處于自由狀態(tài)。保壓柱塞21借 助于待注射的樹脂的壓力或來自樹脂捕集器26的所計量樹脂的壓力而收縮。隨著保壓 柱塞21在注射周期結束時向前移動，樹脂捕集器26中的樹脂被迫進入樹脂通路14，且 閥16關閉以阻擋樹脂通路14。此提供了保壓。
2007年1月9日頒予Zimmet的第7,160,102號美國專利揭示一種用于注射模制機 的注射單元，其包括作為塑化單元的擠出機和可通過注射噴嘴耦合到注射模制機的柱塞 類型注射模制裝置。柱塞類型注射模制機具有注射柱塞，其中在注射柱塞前部的區(qū)域形 成注射空間，其通過熔體通道連接到擠出機的前端，其中截止閥安置在熔體通道中。擠 出機可連續(xù)操作且具有用于塑化的一個或一個以上塑化螺桿，其中擠出機經(jīng)如此配置使 得當截止閥關閉時阻塞長度能夠增加進入擠出機的反向作用。
2007年2月6日頒予Zimmet的第7,172,407號美國專利揭示一種用于注射模制機 的注射單元，其包括呈擠出機形式的塑化單元、柱塞類型注射裝置，所述柱塞類型注射 裝置可通過注射噴嘴連接到注射模制機。柱塞類型注射裝置界定注射空間。擠出機具有 通過熔體通過通道連接到注射空間的向前部分，在熔體通過通道中安置截止閥。擠出機 可連續(xù)操作且包括一個或一個以上塑化螺桿，其中擠出機以此方式經(jīng)配置當截止閥關 閉時阻塞長度可向后擴展到擠出機中。
1981年9月22日頒予Schad的第4,290,701號美國專利揭示一種注射模制機的可在 擠出機機筒中軸向移動的塑化螺桿，其由通過花鍵套管軸的管狀輸入軸驅動，其中花鍵 套管軸可部分收縮到套管軸經(jīng)由在內(nèi)部且在外部的花鍵套管所耦合的軸中。另一此類套 管可移除地(用于由不同內(nèi)徑的類似套管進行可能的替換)安放在套管軸的在內(nèi)部的花鍵杯形頭部中，且嚙合螺桿的花鍵后端。套管軸經(jīng)由止推軸承抵靠不旋轉管狀活塞的前 端而擱置，所述不旋轉管狀活塞同軸地環(huán)繞套管軸且通過其后端進入環(huán)形汽缸，所述環(huán) 形汽缸與包括氣墊的蓄壓器液壓連接。蓄壓器產(chǎn)生背壓，通過背壓，模制材料(其在螺 桿被再壓進入后部位置的前一階段期間被螺桿塑化)經(jīng)由止回閥被引入到與擠出機機筒 并排的射出罐中。另一管狀注射活塞向后延伸到環(huán)形注射汽缸中，所述環(huán)形注射汽缸僅 主要在模具的關閉時而受壓，且在柱塞穿透進入射出罐中后在其前端承受壓力，所述射 出罐的有效容量通過注射活塞的可手動調(diào)整的止擋來確定。來自環(huán)繞輸入軸的變速箱中 的貯槽的潤滑油通過套管軸的往復運動經(jīng)由用于此目的的通路被抽吸，到達經(jīng)由套管軸 的花鍵而彼此連通的輸入內(nèi)部的空間與擠出機活塞內(nèi)部的空間。
1994年1月25日頒予Banks的第5,281,384號美國專利揭示一種用于注射模制的改 進方法，其包括以下步驟使用以高rpm運行的擠出機塑化一塊(a shot of)模制材料； 使用以低rpm運行的擠出機將所述塊模制材料轉移到聚積器構件；以及將所述塊模制材 料注射到模腔中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一廣泛方面，提供一種控制二階段注射單元中的螺桿的方法，所述 方法可在與所述二階段注射單元相關聯(lián)的計算設備處執(zhí)行。所述方法包含接收與所述 二階段注射單元的螺桿相關聯(lián)的操作參數(shù)的指示；基于所述操作參數(shù)的指示，確定螺桿 的目標速度^^c W，所述目標速度fS7MM^足以使螺桿能夠產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量 的材料；使螺桿在目標速度rSr^^rj下旋轉，從而使螺桿以大體上連續(xù)方式操作。
根據(jù)本發(fā)明的第二廣泛方面，提供一種二階段注射單元。二階段注射單元包含機 筒，其中螺桿在操作上安裝在其內(nèi)；射出罐，其與機筒流體連通；計算設備，其在操作 上耦合到螺桿以用于控制其操作；所述計算設備經(jīng)配置以接收與所述二階段注射單元 的螺桿相關聯(lián)的操作參數(shù)的指示；基于所述操作參數(shù)的指示，確定螺桿的目標速度 朝向螺桿傳輸代表目標速度^j^c^2;)的控制信號；借此所述控制信號使螺桿以 大體上連續(xù)方式在目標速度(S7^^y下旋轉，同時產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量的材料。
根據(jù)本發(fā)明的第三廣泛方面，提供一種人機接口 (HMI)。 HMI包含第一接口， 其用于至少向操作者提供信息；第二接口，其用于至少從所述操作者接收指令；所述第 一接口經(jīng)配置以向所述操作者呈現(xiàn)致動實體，以用于使所述操作者能夠選擇操作模式， 在所述操作模式中螺桿以大體上連續(xù)方式旋轉。
根據(jù)本發(fā)明的第四廣泛方面，提供一種含有用于由計算設備執(zhí)行的程序元件的計算機可讀存儲媒體，所述程序元件用于使所述計算設備接收與所述二階段注射單元的螺 桿相關聯(lián)的操作參數(shù)的指示；基于所述操作參數(shù)的指示，確定螺桿的目標速度^7MMl)， 所述目標速度f^MMl)足以使螺桿能夠產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量的材料；使螺桿在目 標速度^7^^^下旋轉，從而使螺桿以大體上連續(xù)方式操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一廣泛方面，提供一種控制二階段注射單元中的螺桿的方法，所述 方法可在與所述二階段注射單元相關聯(lián)的計算設備處執(zhí)行，所述二階段注射單元與回收 周期相關聯(lián)，所述回收周期至少具有回收階段和轉移階段。所述方法包含計算所述螺桿 的目標速度fS7^^j;)，使得當所述螺桿在所述目標速度f"&^^W下旋轉時，其在大體上與 所述轉移階段開始時的瞬時一致的時刻到達背部位置；使所述螺桿至少在所述回收階段 期間在目標速度0E4i OT7^下旋轉。


通過參考示范性實施例的詳細描述以及以下附圖可獲得本發(fā)明的示范性實施例(包 括替代例和/或其變化形式)的更好理解，其中-
圖1描繪注射單元的非限制實施例的橫截面圖。
圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的非限制實施例而實施的實施于與圖1的注射單元相關聯(lián)的計 算設備內(nèi)的方法的流程圖。
圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的非限制實施例而實施的可用于控制圖1的注射單元的人機接 口的示意性表示。
附圖未必按比例繪制且可通過假想線、圖解表示以及片斷視圖來說明。在某些情況 下，對于理解示范性實施例并非必要的細節(jié)或使得其它細節(jié)難以體會的細節(jié)可能已省 略。
具體實施例方式
發(fā)明者已了解存在與已知的二階段注射單元相關聯(lián)的問題。更具體地說，由于以旋 轉一停止一旋轉方式控制塑化螺桿的典型做法，在螺桿通道內(nèi)部的材料在旋轉階段期間 經(jīng)受機械剪切和熱傳導，但另一方面，在停止(或閑置)階段期間，材料是固定的且僅 經(jīng)受熱傳導。因而，如此產(chǎn)生的材料具有不同的熱歷史，且因此可展現(xiàn)非同質(zhì)熔體質(zhì)量。 另外，在某些情形中(例如但不限于，在未使用著色劑的情況下)，增加的駐留時間實 際上用以進一步使熔融材料降級，且對于一些類型的材料導致更高的乙醛(AA)水平。 最后，在使用液壓擠出機(螺桿)馬達的情況下，在每個周期啟動和停止螺桿給各種液
9壓組件帶來嚴重液壓沖擊，從而導致潛在的過早的組件故障。
參看圖1，描繪可經(jīng)配置以實施本發(fā)明的實施例的注射單元100。注射單元100具 有二階段類型且在此程度上，注射單元100包含機筒102和射出罐122。機筒102與多 個機筒加熱器104相關聯(lián)。應注意，多個機筒加熱器104的數(shù)目或構造并未特定受限， 且所屬領域的技術人員將容易了解多個機筒加熱器104的許多替代實施方案。多個機筒 加熱器104被分為多個區(qū)，可分開控制所述多個區(qū)以幫助達到熔體的所要稠度。然而， 在本發(fā)明的替代非限制實施例中，可將多個機筒加熱器104分組為單個控制區(qū)。
還提供示意性描繪于圖1的106處的可旋轉安裝在機筒102內(nèi)的螺桿。螺桿通過螺 桿致動器108來致動。在本發(fā)明的特定非限制實施例中，螺桿致動器108包含液壓馬達； 然而，在本發(fā)明的每個實施例中其無需如此。因而，應了解螺桿致動器108可以不同方 式來實施，例如基于電的致動器、機械致動器或其組合。
在此處描繪的特定非限制實施例中，螺桿致動器108影響螺桿106的旋轉移動。在 本文所描繪的特定非限制實施例內(nèi)，螺桿106還與軸向往復移動相關聯(lián)，但在本發(fā)明的 每個實施例中其無需如此。螺桿106的軸向往復移動通過螺桿致動器108致動，然而， 在本發(fā)明的替代非限制實施例中，往復移動可能受單獨的致動器(未描繪)影響。
應注意在圖l所描繪的特定非限制實施例中，螺桿106并未利用單向閥來防止在熔 體轉移階段期間處于熔融狀態(tài)下的材料112的回流，其將在下文更詳細描述。在本發(fā)明 的替代非限制實施例中，螺桿106可與單向閥(未描繪)相關聯(lián)。
材料112經(jīng)由入口接受器114被引入到機筒102中。材料112可包含塑料(例如PET、 聚丙烯或類似物)或任何其它合適材料(例如用于觸融模制(Thixomolding)的金屬和 類似物)。隨著螺桿106旋轉(例如，由于通過螺桿致動器108致動)，材料112被朝向 機筒頭部116推進。與機筒頭部116流體連通的是分配器118。經(jīng)由閥120實施機筒頭 部116與分配器118之間的流體連通。閥120可在以下位置之間選擇性地致動(i)打開 位置，其中在機筒頭部116與射出罐122之間實現(xiàn)流體連通；以及(ii)關閉位置，其中射 出罐122與噴嘴124流體連通。
射出罐122與在操作上安置在射出罐122內(nèi)的注射柱塞126相關聯(lián)。注射柱塞126 由注射柱塞致動器127致動，其在本發(fā)明的此特定實施例中被實施為經(jīng)由液壓構件致動 注射柱塞126的注射活塞。然而，在本發(fā)明的替代非限制實施例中，注射柱塞126可由 不同類型的致動器致動，例如機械致動器、電致動器和類似物。
可通過注射柱塞126控制在注射到模具中之前積聚的熔體的體積。在本發(fā)明的特定 非限制實施例內(nèi)，注射柱塞致動器127還(例如)借助于通過液壓致動器控制施加到注射柱塞126上的壓力來控制所積聚熔體的體積。然而，在本發(fā)明的替代非限制實施例中， 可提供單獨的體積調(diào)整構件(未描繪)，其經(jīng)配置以通過限定注射柱塞126不可移動超 過的最后部位置(如果在圖1中觀看，是在右邊最后部位置)來控制射出罐122的最大 體積和相應的最大注射量大小(shot size)。
現(xiàn)將大體上參考用于將材料112塑化的回收周期的各個階段來描述螺桿106和射出 罐122的操作?；厥罩芷诳蓮V義上分為螺桿回收階段、熔體轉移階段和熔體裝填階段。
螺桿回收階段
在此階段，螺桿106在旋轉速度S7^^下旋轉(如下文將更詳細描述)。在螺桿106 旋轉時，其將經(jīng)由入口接受器114饋送的材料112逐漸轉移遠離入口接受器114，或換 句話說，螺桿106的旋轉使材料112向前移動(如在圖1中觀看，是左邊界方向)。在 向前移動的過程期間，材料112與機筒102 (其借助于多個機筒加熱器104來加熱)的 內(nèi)壁(未單獨編號)接觸。材料112還受到螺桿106與機筒102的內(nèi)壁(未單獨編號) 之間的剪切力的影響。因此，當材料112向.前移動時，其被加熱且熔化。
在材料112到達機筒頭部116時，其達到大體上熔融狀態(tài)。如所屬領域的技術人員 將了解，"大體上熔融狀態(tài)"是材料112的適合于轉移到射出罐122中且最終在壓力下 用于注射到一個或一個以上模制腔的狀態(tài)。
在此階段期間，閥120保持處于關閉位置，且處于熔融狀態(tài)的材料112積聚在機筒 102的機筒頭部116中和出料端(未單獨編號)中，因此迫使螺桿106向后遠離機筒頭 部116。
螺桿回收階段繼續(xù)直到所需量的材料112被塑化為止。 一般來說，螺桿回收階段繼 續(xù)直到螺桿106到達最大向后位置(最大向后位置可基于操作者提供的輸入，且大體上 對應于所需量的材料112)為止，其有時還被所屬領域的技術人員稱作"背部位置"。
螺桿蠕動階段(任選)
在本發(fā)明的一些實施例中，可實施蠕動階段。在本發(fā)明的這些實施例內(nèi)，在螺桿106 接近背部位置時，螺桿106的旋轉速度降低到所謂的"蠕動速度"。在本發(fā)明的實施例 內(nèi)，通過確定螺桿106的線性位置來觸發(fā)蠕動階段，且更具體地說，通過確定螺桿106 距背部位置有多遠來觸發(fā)。為避免疑問，即使蠕動速度低于S^CTr，其仍然大于零，或 換句話說，螺桿106在蠕動階段中繼續(xù)旋轉。在蠕動階段期間，螺桿致動器108等待控 制信號以移動到熔體轉移階段。
應注意在本發(fā)明的替代非限制實施例中，可省略蠕動階段。
熔體轉移階段在此階段，當射出罐122準備好接受材料112時，閥120被致動到打開位置，且螺 桿106向前推進(例如，借助于螺桿致動器108)。在此階段，材料112開始從機筒頭部 116轉移到射出罐122。
在材料112的轉移進行時，注射柱塞126被向后致動(即，如在圖1中觀看，在右 邊界方向上)。在本發(fā)明的一些實施例中，注射柱塞126在正轉移的材料112的壓力下 "被動地"向后推動。在本發(fā)明的其它實施例中，注射柱塞126"主動地"向后拖拉，例 如，可通過注射柱塞致動器(未描繪)向后拉注射柱塞126。
熔體轉移階段繼續(xù)直到注射柱塞126到達最后部右邊位置(如通過注射柱塞致動器 127控制)為止，如在上文已詳細描述。在此階段，螺桿106到達最大向前位置，其有 時也被所屬領域的技術人員稱作"緩沖位置"。如所屬領域的技術人員可了解，在緩沖 位置，在螺桿106的前部存在特定量的材料112，其大體上用以(i)防止螺桿106被螺 桿106的面與機筒102的面之間的金屬間接觸損壞；和/或(ii)為熔體裝填階段提供"熔 體儲備"(下文描述)。
在熔體轉移階段期間，螺桿106繼續(xù)旋轉。在本發(fā)明的一些實施例中，螺桿106可 繼續(xù)在S，cw下旋轉。在本發(fā)明的其它實施例中，螺桿106可在不同于^，^的速度下 旋轉，例如以更低或更高的速度。然而，應注意，在本發(fā)明的實施例內(nèi)，螺桿106在熔 體轉移階段期間繼續(xù)旋轉。在熔體轉移階段期間旋轉的速度也可被視為轉移旋轉速度。
熔體裝填 階段
在此階段，螺桿106繼續(xù)以所謂的裝填速度(其可大于S^c^或轉移旋轉速度)旋 轉，以便確保沒有空氣被意外引入到在機筒頭部116與射出罐122之間轉移的材料112 中。熔體裝填階段繼續(xù)，直到預定時間間隔到期為止。
一旦熔體裝填階段的預定時間間隔已到期，螺桿106便開始新的回收周期，且變回 螺桿回收階段。
注射階段
注射階段與螺桿回收周期的至少一部分并行地開始。在此階段，閥120被致動到關 閉位置，且積聚在射出罐122中的材料112被注射到一個或一個以上模制腔中。通過借 助于注射柱塞致動器(未描繪)推進注射柱塞126來實施材料112的注射。
在圖1的結構內(nèi)還提供第一傳感器130。第一傳感器130可經(jīng)配置(例如)以確定 與螺桿106相關聯(lián)的線性位置。在特定非限制實施方案中，可將第一傳感器130實施為 磁致伸縮位置傳感器(temposonic position sensor),然而，所屬領域的技術人員將了解 第一傳感器130的其它合適實施方案。第一傳感器130可進一步經(jīng)配置以傳輸代表與螺桿106相關聯(lián)的線性位置的信號。
在圖1所描繪的架構內(nèi)，還提供計算設備140。計算設備140可經(jīng)配置以一般控制 模制系統(tǒng)(未描繪)且具體來說控制注射單元100的一個或一個以上操作。就此而言， 示意性展示計算設備140與注射單元100之間的連接142。
可將計算設備140實施為控制器的一部分，其控制模制系統(tǒng)的各種操作?；蛘?，可 將計算設備140實施為單獨的計算裝置，其經(jīng)配置以僅控制模制系統(tǒng)的某一組件(例如， 注射單元100)的某些操作或操作?？赏ㄟ^計算設備140控制的功能中的一些實例或可 通過計算設備140執(zhí)行的一些例行程序包括(但不限于)(i)協(xié)調(diào)上述回收周期與注射 階段的執(zhí)行；(ii)控制螺桿106的旋轉速度；(iii)在打開位置與關閉位置之間致動閥120; (iv)控制螺桿106、注射柱塞126等的軸向移動。
即使連接142示意性地描繪于計算設備140與注射單元100之間，在本發(fā)明的每個 實施例中其無需如此。因此，應理解，計算設備140可以串聯(lián)或并聯(lián)的方式耦合到模制 系統(tǒng)的其它組件(未描繪)，以及模制系統(tǒng)的一個以上組件。此外，應理解，連接142 可實施為無線鏈路、有線鏈路或實施為兩者的組合。
計算設備140可包含內(nèi)部存儲器141，其經(jīng)配置以存儲用于執(zhí)行一個或一個以上例 行程序的一個或一個以上指令。另外，計算設備140可包含用于讀取一種或一種以上類 型的計算機可讀媒體(未描繪)的讀取器(未描繪)，計算機可讀媒體存儲用于執(zhí)行一 個或一個以上例行程序的一個或一個以上指令。內(nèi)部存儲器141還可經(jīng)配置以存儲所存 儲的操作參數(shù)141A。所存儲的操作參數(shù)141A可包括以下指示(i)螺桿106的線性位置； (ii)周期時間；(iii)回收時間；(iv)閑置時間等等。
就此而言，計算設備140還可(經(jīng)由連接器142或經(jīng)由單獨的連接)耦合到第一傳 感器130。舉例來說，計算設備140可通過專用無線鏈路(未描繪)耦合到第一傳感器 130。計算設備140可進一步經(jīng)配置以從第一傳感器130接收信號(例如，代表螺桿106 的線性位置的信號)，從而解譯所接收的信號和/或將所接收/解譯的信號存儲在內(nèi)部存儲 器141 (例如，作為所存儲的操作參數(shù)141A)中。
給定參看圖l所描述的架構，可能執(zhí)行用于控制二階段注射單元(例如，注射單元 100)中的螺桿106的方法。在本發(fā)明的實施例內(nèi)，計算設備140執(zhí)行用于控制與螺桿 106相關聯(lián)的旋轉速度的方法。在本發(fā)明的一些實施例中，計算設備140在每一周期中 執(zhí)行方法，以便確定目標速度S，c^(如將在下文更詳細描述)，以將可能在周期之間改 變的操作變數(shù)考慮在內(nèi)?？赡芨淖兊拇祟惒僮髯償?shù)的實例包括(但不限于)經(jīng)由入口 接受器114饋送的材料112的溫度、與經(jīng)由入口接受器114饋送的材料112相關聯(lián)的水
13分含量等。
一般來說，方法的目的是確定目標速度^蘊^且致使螺桿106在目標速度S^c^下 旋轉，使得(i)所要量的材料U2經(jīng)塑化；以及(ii)螺桿106不停止，或換句話說，確保
螺桿106以連續(xù)方式旋轉或大體上以連續(xù)方式旋轉。在本發(fā)明的一些實施例中，目標速 度S^c^可經(jīng)進一步選擇以使得目標速度S^c^在螺桿106的整個回收周期中大體上恒 定。
參看圖2，現(xiàn)將更詳細描述根據(jù)本發(fā)明的非限制實施例而實施的用于控制二階段注 射單元(例如，注射單元IOO)中的螺桿106的方法。可(例如)在計算設備140處便 利地執(zhí)行所述方法。計算設備140可存儲用于使計算設備140可操作以執(zhí)行內(nèi)部存儲器 141中的方法的計算機可執(zhí)行碼，或者，計算設備140可接受存儲計算機可執(zhí)行碼的計 算機可讀媒體。
在本發(fā)明的一些實施例中，計算設備140執(zhí)行用于在螺桿回收階段的開始控制螺桿 106的方法。在本發(fā)明的其它實施例中，計算設備140執(zhí)行用于在每一螺桿回收階段的 開始控制螺桿106的方法。在本發(fā)明的一些實施例中，計算設備140執(zhí)行用于在接收適 當命令之后控制螺桿106的方法，所述命令例如為由操作者使用(例如)人機接口或(簡 寫)HMI (如將在下文中參看圖3更詳細描述)鍵入的"連續(xù)回收命令"。
步驟202-接收操作參數(shù)
在步驟202，計算設備140接收操作參數(shù)。在本發(fā)明的特定非限制實施中，計算設 備140從內(nèi)部存儲器141檢索上述所存儲的操作參數(shù)141A。在本發(fā)明的替代非限制實 施例中，計算設備140可請求且響應于所述請求而大體上實時地從一個或一個以上傳感 器(例如，第一傳感器130)接收操作參數(shù)的指示。
為了以下說明的目的，將假設計算設備140從內(nèi)部存儲器141檢索所存儲的操作參 數(shù)141A。
在本發(fā)明的一些實施例中，所存儲的操作參數(shù)141A可包括以下指示
(i) 例如以毫米表達的螺桿106的線性位置，下文稱作Pso^『；
(ii) 例如以秒表達的回收時間，下文稱作7^c。^y;
(iii) 例如以秒表達的閑置時間，下文稱作7>沉￡;以及
(iv) 例如以每分鐘轉數(shù)(RPM)或每秒轉數(shù)(RPS)表達的最新知道的螺桿106的旋 轉速度，下文稱作&￡F￡i HVC￡。為避免疑問，S朋fm孤cs表示螺桿106在前一周期期間(例 如，在前一回收周期期間)旋轉的速度。
在本發(fā)明的一些實施例中，所存儲的操作參數(shù)141A可進一步包括恒定值7c，s^^，其代表螺桿106在每單位時間(表達為TS￡C)螺桿106的每個旋轉(表示為仏cm『)所 行進的距離D^肌(以毫米表示)。換句話說，rc。船7Mw可如下表示
Ak:朋『 J促c
然而，在本發(fā)明的替代非限制實施例中，計算設備140可通過每次在其根據(jù)本發(fā)明 的非限制實施例執(zhí)行所述方法時重新計算所述值而檢驗7c。;^wr確實是恒定值。
如何通過計算設備140獲得所存儲的操作參數(shù)141A的指示是值得探索的。可從第 一傳感器130獲得螺桿106的線性位置的指示。在本發(fā)明的一些實施例中，計算設備140 可經(jīng)常(例如，每個周期、以給定時間間隔等)詢問第一傳感器130，且響應于所述詢 問而接收螺桿106的線性位置的指示。在本發(fā)明的其它實施例中，第一傳感器130可經(jīng) 常(例如，每個周期、以給定時間間隔等)傳輸螺桿106的線性位置的指示。
例如可借助于人機接口 (將參看圖3在下文更詳細論述)從操作者接收到回收時間、 閑置時間的指示?；蛘?，依靠計算設備140—般控制模制系統(tǒng)(未描繪)且具體來說控 制注射單元100的操作的各個方面，計算設備140可了解螺桿106的回收時間、閑置時 間以及當前(或先前)旋轉速度的指示。
值得注意的是，可通過操作者輸入的命令來觸發(fā)根據(jù)本發(fā)明的非限制實施例的方法 的執(zhí)行。預期操作者將以此項技術中已知的方式來開始操作注射單元100，且操作者將 等待，因為注射單元100將執(zhí)行許多回收周期以便實現(xiàn)所謂的"穩(wěn)定周期"。操作者可 觸發(fā)根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的執(zhí)行(如將在下文更詳細解釋)。因此，7^^的指示 是注射單元IOO在先前周期期間操作的閑置時間的指示(即，螺桿106停止旋轉的期間 的時間的指示)。如將了解，在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法時，螺桿106將大體上 連續(xù)旋轉，且因而7^^的指示將包含零或大體上接近零的值。
步驟204-基于操作參數(shù)的指示，確定螺桿106的目標速度S，c^
在步驟204，計算設備140基于作為步驟202的部分而接收的操作參數(shù)來確定螺桿 106的目標速度SMC￡r。在特定非限制實施例中，計算設備140基于下式確定螺桿106 的目標速度S畫燈
查看目標速度^，^的另一方式為計算目標速度S，c^，使得螺桿106在與大體 上與轉移階段開始的瞬時一致的瞬時到達背部位置。
步驟206-使螺桿106在目標速度S，^，下旋轉
15在步驟206，計算設備140使螺桿106在目標速度S，c^下旋轉。更具體地說，計 算設備140:
-產(chǎn)生控制信號，所述控制信號用于使螺桿106在目標速度&蘊^下旋轉；
-朝向螺桿致動器108，且更具體地說，朝向螺桿致動器108的控制器(未描繪)， 例如泵控制器(未描繪)釋放控制信號。在特定實例中，經(jīng)由連接142釋放控制信號。
在本發(fā)明的一些實施例中，計算設備140還可實施檢驗例行程序?？衫缭诓襟E206 之后實施檢驗例行程序。更具體來說，可在上述螺桿回收階段的中點處實施檢驗例行程 序。或者，可在已實施回收階段的三分之一之后實施檢驗例行程序。其它替代例當然也 是可能的。舉例來說，可多次執(zhí)行檢驗例行程序。作為另一實例，可在螺桿106的整個 回收周期期間大體上恒定地執(zhí)行使用積分計算(例如，曲線下方面積計算(Area Under Curve calculation))的檢驗例行程序。
一般來說，檢驗例行程序的目的是確定目前^^^是否足以獲得處于熔融狀態(tài)的所 需量的材料112。在本發(fā)明的實施例內(nèi)，處于熔融狀態(tài)的所需量的材料112用以表示對 于給定注射量大小所需的處于熔融狀態(tài)的所需量的材料112的全部。更具體來說，計算 設備140基于下式執(zhí)行計算
S，g五r ak『="A4cxms7r疆x ^
其中
"wo^。sm。w表示螺桿106的當前線性位置與上述背部位置之間的距離； T^m，,mj表示給定回收階段中的剩余時間。
在本發(fā)明的特定實施方案中，可由計算設備140通過傳輸對第一傳感器130的詢問 并從其接收響應來確定"wo^^77。w，所述響應指示螺桿106的當前線性位置。通過從背 部位置值中減去當前線性位置，可確定"wo^^77。w。類似地，可由計算設備140通過從 螺桿106的先前回收周期的總回收時間(r朋coMM)中減去自從給定回收階段的開始經(jīng) 過的時間來確定T^fi^皿e。
如果計算設備140確定Sj^gww^不等于S^gm (將偏差窗(variance window)考慮 在內(nèi))，那么計算設備140可以上文參考步驟206已描述的相同方式將螺桿106的速度 調(diào)整到&，^w^r。在本發(fā)明的一些實施例中，偏差窗可為例如5%偏差或任何其它合適 值。
參看圖3，現(xiàn)將更詳細描述如何可觸發(fā)用于控制螺桿106的方法的非限制實施例。 圖3描繪人機接口 302或(簡寫)HMI 302的非限制實施例，其可適于實施本發(fā)明的實施例。HMI 302可為計算設備140的部分或耦合到計算設備140。 一般來說，HMI 302 的目的是向操作者顯示信息并從操作者接收命令。就此而言，提供第一接口 304，其可 為屏幕。第一接口 304用于向操作者提供信息。或者，第一接口 304可為觸摸屏，且因 而可用于向操作者提供信息以及從操作者接收命令兩者。而且，提供第二接口 308，其 可為對致動器的選擇，例如按鈕、指向裝置等。第二接口 308可用于從操作者接收命令。 第一接口 304可經(jīng)配置以提供致動實體306 (其可為鏈接、按鈕、圖標或任何其它能夠 被選擇的實體)，以使操作者能夠觸發(fā)執(zhí)行控制螺桿106的方法。在特定非限制實施例 中，致動實體306包含具有以下文本"連續(xù)螺桿回收ON"的表示或其任何可想到的變 體的圖標。操作者可通過使用第一接口 304 (如果第一接口 304包含觸摸屏)或第二接 口 308來致動所述致動實體306?；蛘?，操作者可通過使用指向實體310 (其可通過任 何合適已知手段而移動)來致動所述致動實體306。當所述致動實體306被致動時，其 可觸發(fā)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的用于控制螺桿106的操作的方法。
本發(fā)明的實施例的技術效果包括螺桿106的增加的輸出。本發(fā)明的實施例的另一技 術效果可包括減少的熔體降級和/或降低的AA水平。本發(fā)明的實施例的另一技術效果可 包括改進的熔體同質(zhì)性。本發(fā)明的實施例的另一技術效果可包括改進的能量利用，這歸 因于螺桿106的旋轉速度的均衡。本發(fā)明的實施例的另一技術效果可包括注射單元100 的某些組件的改進壽命，這歸因于消除或減少對螺桿驅動馬達的液壓沖擊和/或對螺桿 106的機械撞擊。本發(fā)明的實施例的另一技術效果可包括改進的添加性混合。應明確理 解，在本發(fā)明的每一和每個實施例中，不是所有的技術效果都需要全部實現(xiàn)。
為說明本發(fā)明的實施例的技術效果，參考表l，其描繪螺桿106根據(jù)現(xiàn)有技術以非 連續(xù)方式操作以及通過實施本發(fā)明的實施例以大體上連續(xù)方式操作的操作特性。
操作類型RPM無運動時間總周期通過量
連續(xù)390 S6C13.9 sec526 kg/小時
非連續(xù)452.5 sec13.9 sec456kg/小時
表l
如根據(jù)表1清晰可見，通過使用本發(fā)明的實施例(如在表1的"連續(xù)"行中所說明)
可大體上增加通過量。表l還便利地說明，在本發(fā)明的實施例內(nèi)，螺桿106將以較低 RPM旋轉。
實施例的描述提供本發(fā)明的實例，且這些實例并不限制本發(fā)明的范圍。上述概念可適于特定條件和/或功能，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可進一步擴展到多種其它應用。通過如此描述的示范性實施例，將明白，在不脫離所描述的概念的情況下修改和增強是可能的。因此，通過專利證書保護的內(nèi)容僅受所附權利要求書的范圍限制。
權利要求
1.一種控制二階段注射單元(100)中的螺桿(106)的方法，所述方法可在與所述二階段注射單元(100)相關聯(lián)的計算設備(140)處執(zhí)行，所述方法包含接收與所述二階段注射單元(100)的所述螺桿(106)相關聯(lián)的操作參數(shù)的指示；基于所述操作參數(shù)的所述指示，確定所述螺桿(106)的目標速度(STARGET)，所述目標速度(STARGET)足以使所述螺桿(106)能夠產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量的材料(112)；致使所述螺桿(106)在所述目標速度(STARGET)下旋轉，從而使所述螺桿(106)以大體上連續(xù)方式操作。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述確定所述螺桿(106)的目標速度(5V^c^) 包含確定所述螺桿(106)的速度(S，e盯)，使得當所述螺桿(106)在所述目標速 度(S^C￡r)下旋轉時，其在大體上與轉移階段開始時的瞬時一致的時刻到達背部 位置。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述致使包含產(chǎn)生代表所述目標速度(SMCTr) 的控制信號。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其進一步包含朝向所述螺桿(106)的螺桿致動器(108) 釋放所述控制信號。
5. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述接收操作參數(shù)的指示包含-從內(nèi)部存儲器(141)檢索所存儲操作參數(shù)(141A)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述所存儲操作參數(shù)(141A)包含以下至少一 者所述螺桿的線性位置(戶沉，朋『)的指示； 回收時間(r站co咖》的指示； 閑置時間(77沉￡)的指示； 所述螺桿的當前旋轉速度(&￡re/JHra )的指示； 恒定值(FcOTmOT)的指示。
7. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其進一步包含獲得所存儲操作參數(shù)(141A)的指示 并將所述所存儲操作參數(shù)(141A)的所述指示存儲在所述內(nèi)部存儲器(141)中。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述獲得所存儲操作參數(shù)(141A)的指示包含 從至少第一傳感器(130)接收所存儲操作參數(shù)(141A)的所述指示。
9. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述獲得所存儲操作參數(shù)(141A)的指示包含 依靠控制并入有所述二階段注射單元(100)的模制系統(tǒng)的一個或一個以上功能來 了解所存儲操作參數(shù)(141A)的所述指示。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，所述操作參數(shù)至少包含(i)回收時間Okc。^^的指示； (ii)閑置時間^^^的指示；(iii)所述螺桿的當前旋轉速度C皿;^)的指示；且其中 所述確定包含基于如下表達的公式計算所述目標速度(S^eW:
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包含執(zhí)行檢驗例行程序，所述檢驗例行程序經(jīng)配置以確定所述目標速度fS，cW是否足以獲得處于熔融狀態(tài)的所述所需量的材料 (112)。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，所述操作參數(shù)至少包含(i)所述目標速度P，^^的指示；(ii)當前線性位置與背部位置之間的距離fZ^o^^^W的指示；(iii)當前回收 周期中的剩余時間(7;w^的指示；以及(iv)恒定參數(shù)(Tc。皿,一的指示；其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含基于如下表達的公式計算當前目標速度(S，^7，J:
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包含-如果所述當前目標速度(S J不等于偏差窗內(nèi)的所述目標速度(5V^jW，那么致使所述螺桿(106)在所述當前目標速度f^，^M"下旋轉。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，所述致使所述螺桿(106)在所述當前目標速度f^^w wsj下旋轉包含產(chǎn)生代表所述目標速度^^^n j的控制信號。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，進一步包含朝向所述螺桿(106)的螺桿致動器(108) 釋放代表所述目標速度^^c^^W的所述控制信號。
16. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含在回收階段的中點 處執(zhí)行所述檢驗例行程序。
17. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含在回收階段的三分 之一點處執(zhí)行所述檢驗例行程序。
18. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含在整個回收階段中 大體上連續(xù)執(zhí)行所述檢驗例行程序。
19. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述所需量的材料(112)包含等效于所要注射量大小的量。
20. —種二階段注射單元(100)，其包含-機筒(102)，其中螺桿(106)在操作上安裝在其內(nèi)； 射出罐(122)，其與所述機筒(102)流體連通；計算設備(140)，其在操作上耦合到所述螺桿(106)以用于控制其操作；所述 計算設備(140)經(jīng)配置以接收與所述二階段注射單元(100)的所述螺桿(106)相關聯(lián)的操作參數(shù)的指 示；基于所述操作參數(shù)的所述指示，確定所述螺桿(106)的目標速度0，eW; 朝向所述螺桿(106)傳輸代表所述目標速度f^^^卩的控制信號； 借此所述控制信號致使所述螺桿(106)以大體上連續(xù)方式在所述目標速度 P，eW下旋轉，同時產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量材料(112)。
21. 根據(jù)權利要求20所述的二階段注射單元(100)，其中所述螺桿(106)的所述目標 速度f^^^^經(jīng)確定以使得當所述螺桿(106)在所述目標速度(S;^^^下旋轉時，其 在大體上與轉移階段開始時的瞬時一致的時刻到達背部位置。
22. 根據(jù)權利要求20所述的二階段注射單元(100)，其中所述所需量的材料(112)包 含等效于所要注射量大小的量。
23. —種人機接口 (302)，其包含-第一接口 (304)，其用于至少向操作者提供信息； 第二接口 (308)，其用于至少從所述操作者接收指令；所述第一接口 (304)經(jīng)配置以向所述操作者呈現(xiàn)致動實體(306)，以用于使所 述操作者能夠選擇其中螺桿(106)以大體上連續(xù)方式旋轉的操作模式。
24. 根據(jù)權利要求23所述的人機接口 (302)，其中所述第二接口 (308)是所述第一接 口 (304)的部分。
25. 根據(jù)權利要求24所述的人機接口 (302)，其中所述第一接口 (304)是觸摸屏。
26. 根據(jù)權利要求23所述的人機接口 (302)，其中所述螺桿(106)是二階段注射單元 (100)的部分。
27. 根據(jù)權利要求23所述的人機接口 (302)，其被實施為與二階段注射單元(100)相 關聯(lián)的計算設備(140)的部分。
28. —種計算機可讀存儲媒體，其含有供計算設備(140)執(zhí)行的程序元件，所述程序 元件用于使所述計算設備(140):接收與二階段注射單元(100)的螺桿(106)相關聯(lián)的操作參數(shù)的指示； 基于所述操作參數(shù)的所述指示，確定所述螺桿(106)的目標速度0，cW，所述 目標速度0^c^足以使所述螺桿(106)能夠產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量的材料(112);致使所述螺桿(106)在所述目標速度f^^^卩下旋轉，從而致使所述螺桿(106) 以大體上連續(xù)方式操作。
29. 根據(jù)權利要求28所述的計算機可讀存儲媒體，其中所述螺桿(106)的所述目標速 度(S^c一經(jīng)確定以使得當所述螺桿(106)在所述目標速度(S^c^)下旋轉時，其在 大體上與轉移階段開始時的瞬時一致的時刻到達背部位置。
30. —種控制二階段注射單元(100)中的螺桿(106)的方法，所述方法可在與所述二 階段注射單元(100)相關聯(lián)的計算設備(140)處執(zhí)行，所述二階段注射單元(100) 與回收周期相關聯(lián)，所述回收周期至少具有回收階段和轉移階段，所述方法包含計算所述螺桿(106)的目標速度^，M^，使得當所述螺桿(106)在所述目標 速度f^^j^下旋轉時，其在大體上與所述轉移階段開始時的瞬時一致的時刻到達 背部位置；致使所述螺桿(106)至少在所述回收階段期間在所述目標速度^，c^下旋轉。
31. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所述計算所述螺桿(106)的目標速度^^e^ 包含在每一相應回收階段的開始計算所述螺桿(106)的所述目標速度fS^c^。
32. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其進一步包含執(zhí)行檢驗例行程序。
33. 根據(jù)權利要求32所述的方法，其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含在所述回收階段的 中點處執(zhí)行所述檢驗例行程序。
34. 根據(jù)權利要求32所述的方法，其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含在所述回收階段的 三分之一點處執(zhí)行所述檢驗例行程序。
35. 根據(jù)權利要求32所述的方法，其中所述執(zhí)行檢驗例行程序包含在所述回收階段期 間大體上連續(xù)執(zhí)行所述檢驗例行程序。
全文摘要
本發(fā)明的實施例教示一種控制二階段注射單元中的螺桿的方法和用于實施所述方法的系統(tǒng)。舉例來說，揭示一種控制二階段注射單元(100)中的螺桿(106)的方法，所述方法可在與所述二階段注射單元(100)相關聯(lián)的計算設備(140)處執(zhí)行。所述方法包含接收與所述二階段注射單元(100)的螺桿(106)相關聯(lián)的操作參數(shù)的指示；基于所述操作參數(shù)的所述指示，確定所述螺桿(106)的目標速度(S_TARGET)，所述目標速度(S_TARGET)足以使所述螺桿(106)能夠產(chǎn)生處于熔融狀態(tài)的所需量的材料(112)；致使所述螺桿(106)在所述目標速度(S_TARGET)下旋轉，從而致使所述螺桿(106)以大體上連續(xù)的方式操作。
文檔編號G06F3/00GK101678588SQ200880019783
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權日2007年8月13日
發(fā)明者丹尼絲·達維娜·克雷格, 埃里克·托馬斯·斯科特, 雷蒙德·維平·張 申請人:赫斯基注射器成型系統(tǒng)有限公司