JPH08150654A - 押出し成形機の押出し量演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 算出する押出し量の精度を向上することを可
能にする、押出し成形機の押出し量演算装置を提供す
る。 【構成】 押出し成形機の計量ホッパが計測した、原料
の重量変化から押出し量を算出する、押出し成形機の押
出し量演算装置において、計量ホッパが計測した重量変
化の値をサンプリングするサンプリング部１１と、サン
プリング部１１で離散的な値に変換された重量変化の中
の、所定個毎の離散値を平均化して、重量変化の脈動成
分を除去する脈動除去部１２と、脈動除去部１２からの
平均化された重量変化を直線に近似する直線近似部１３
と、直線近似部１３が近似した直線の傾きを押出し量と
して、時間経過後の押し出し量を算出する押出し量算出
部１４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、押出し成形機の押出
し量を算出する、押出し成形機の押出し量演算装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】押出し成形機は、原料を加熱して溶か
し、この溶かした原料の押出し成形をする。この押出し
成形機の一例を図５に示す。この押出し成形機１は、開
閉装置１０２の開閉により、熱溶融をする原料を、貯蔵
用ホッパ１０１から計量ホッパ１０３に送る。計量ホッ
パ１０３は、送られて来た原料を加熱シリンダ１０４に
送ると共に、現在の原料の重量を測定する。

【０００３】加熱シリンダ１０４は、円筒状の空洞にス
クリュ１０４Ａを備える。スクリュ１０４Ａは、駆動装
置１０５により回転し、計量ホッパ１０３からの原料を
スクリュ１０４Ａの長手方向である方向Ａに送る。この
間、原料は、加熱シリンダ１０４が備えるヒータ（図示
を省略）で加熱され、アミ１０６に到達するときには、
溶けた状態になる。

【０００４】溶けた原料は、成形装置１０７を通り、冷
却装置１０８で冷却される。さらに、円筒１０９を通
り、引取り機１１０で送られて巻き取られる。この引取
り機１１０と、先に述べた開閉装置１０２および計量ホ
ッパ１０３とは、制御装置２に接続されている。制御装
置２は、原料の消費量から引取り機１１０の引取り速度
を制御する。

【０００５】このために、制御装置２は次の制御をす
る。制御装置２には、上限設定値と下限設定値とが、あ
らかじめ設けられている。計量ホッパ１０３の測定結果
が下限設定値になると、開閉装置１０２を開状態にし
て、貯蔵用ホッパ１０１から原料を計量ホッパ１０３に
送る。また、原料の重量が上限設定値になると、開閉装
置１０２を閉状態にして、原料を止める。

【０００６】この後、制御装置２は、計量ホッパ１０３
の測定結果が上限設定値から下限設定値になるまでの時
間を測定する。この測定結果である一定量の原料消費時
間を用いて、加熱シリンダ１０４での押出し量を算出す
る。そして、算出した押出し量から、引取り機１１０の
引取り速度やスクリュ１０４Ａの回転速度を決める。こ
の方式を一般にバッチ計量方式と呼ぶ。このような押出
し成形機が特開昭６４−２４７２１号公報に示されてい
る。

【０００７】また、バッチ計量方式の他に、ロスインウ
エイト方式と呼ばれる押出し量算出方法があり、これは
計量ホッパ１０３の測定において常に原料の重量を測定
し、一定時間毎に原料の使用量から押出し量を算出し、
この押出し量から引取り機１１０の引取り速度やスクリ
ュ１０４Ａの回転速度を決める。

【０００８】このように、押出し成形機１の制御装置２
は、一定原料の消費時間もしくは一定時間の消費量から
押出し量を算出し、この押出し量に基づいて、引取り機
１１０の引取りモータやスクリュ１０４Ａの回転制御を
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、先に述べた
押出し成形機１では、計量ホッパ１０３の重量変化は、
圧力センサの一種であるロードセル（図示を省略）によ
り計測される。一方、押出し成形機１の稼働時には、ス
クリュ１０４Ａが回転して原料を送り出す。このとき、
ロードセルは、スクリュ１０４Ａの回転による圧力によ
り、脈動成分を加えたものを出力する。このとき、スク
リュ１０４Ａの１回転が、脈動成分の１周期に相当す
る。

【００１０】しかし、先に述べた押出し成形機１におい
てバッチ計量方式もロスインウエイト方式も正確な押出
し量を算出する必要があるが、重量の計量値に含まれる
脈動成分のために、正確な原料の消費時間または消費量
を測定できず、押出し量を正確に算出することができな
い。

【００１１】また、バッチ計量方式は、上限設定値から
下限設定値にいたる間に発生したアミづまり等による押
出し量変化をとらえられない欠点がある。

【００１２】この発明の目的は、このような欠点を除
き、正確な押出し量を高精度にリアルタイムで算出する
ことを可能にする、押出し成形機の押出し量演算装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、その目的を
達成するため、押出し成形機の計量ホッパが計測した、
原料の重量変化から押出し量を算出する、押出し成形機
の押出し量演算装置において、計量ホッパが計測した重
量変化の値をサンプリングするサンプリング部と、サン
プリング部で離散的な値に変換された重量変化の中の、
所定個毎の離散値を平均化して、重量変化の脈動成分を
除去する脈動除去部と、脈動除去部からの平均化された
重量変化を直線に近似する直線近似部と、直線近似部が
近似した直線の傾きを押出し量として、時間経過後の押
し出し量を算出する押出し量算出部とを有する。

【００１４】

【作用】押出し成形機では、計量ホッパが原料の重量変
化を計測する。計量ホッパが出力する重量変化には、押
出し成形機のスクリュの回転で発生する脈動成分が含ま
れる。この脈動成分が押出し量を算出する際の誤差の一
因となる。

【００１５】この発明は、脈動除去部が、サンプリング
により離散的な値に変換された重量変化の中の、所定個
毎の離散値を平均化する。これにより、脈動除去部は、
重量変化の脈動成分を除去する。

【００１６】この結果、この後に続く直線近似部および
押出し量算出部での演算に際して、脈動成分の影響を除
き、従来に比べて、算出した押出し量の精度を向上する
ことができる。

【００１７】

【実施例】次に、この発明の実施例を、図面を用いて説
明する。

【００１８】図１は、この発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。この押出し成形機の押出し量演算装置は、
図５に示す押出し成形機１の制御装置２の中で用いられ
る。押出し成形機１に用いられる押出し量演算装置は、
サンプリング部１１と、脈動除去部１２と、直線近似部
１３と、押出し量算出部１４と、平滑処理部１５とを備
える。

【００１９】サンプリング部１１は、計量ホッパ１０３
からの、消費されて時間と共に変化する重量値（以下、
重量変化と記す）２０１を、一定の周期でサンプリング
する。計量ホッパ１０３のロードセルのデータ変換時間
が、例えば２５０［msec］の場合、データの取りこぼし
を防ぐために、サンプリング周期を２５０［msec］より
短くする。かつ、データの重複を避けるために、サンプ
リング周期を２５０［msec］／２より長くする。

【００２０】計量ホッパ１０３からの重量変化２０１
は、図２に示すように、脈動成分を含む値２０１であ
る。このために、サンプリングした重量変化２０２は、
脈動成分を含む離散的なものとなる。

【００２１】脈動除去部１２は、サンプリングした重量
変化２０２から脈動成分を除くためのローパスフィルタ
である。脈動除去部１２は、脈動成分を除くために、移
動平均法を用いる。このために、脈動除去部１２は、サ
ンプリングした重量変化２０２の中の、例えばｎ番目の
サンプリング値Ｘnを、次の式を用いて決める。

【００２２】

【数１】 つまり、脈動除去部１２は、ｎ番目のサンプリング値Ｘ
nを、所定個の離散値Ｘ1、Ｘ2、…、Ｘnを用いて、

【数２】 で算出する。式（１）を用いた変換を繰り返すと、各サ
ンプリング値が平均化されるので、図３に示すように、
脈動成分の振幅を小さくすることができる。脈動除去部
１２は、脈動成分を除去した重量変化２０３を直線近似
部１３に送る。

【００２３】直線近似部１３は、重量変化２０３を、最
小二乗法を用いて、直線に近似する。経過時間をＴk［s
ec］とすると、直線近似部１３は、サンプリングした重
量変化２０３の測定データ数ｍを、

【数３】 の式から算出する。測定時間をｘ［msec］、重量変化を
ｙとして、近似する直線を、

【数４】 とする。直線近似部１３は、式（３）で算出した測定デ
ータ数ｍを用いて、式（４）の定数ａ，ｂを、

【数５】 の式と、

【数６】 の式とを用いて決める。なお、 ＸAV、ＹAV は、平均値をそれぞれ表す。直線近似部１３は、これら
の演算をシフト時間Ｔs毎に行い、定数ａ，ｂを算出す
る。これにより、式（４）を用いた直線近似が行われ
る。

【００２４】ここで、経過時間Ｔkがシフト時間Ｔsと等
しい場合、押出し量の算出は、経過時間Ｔk毎になる。
例えば、経過時間Ｔkおよびシフト時間Ｔsをそれぞれ１
５［sec］、サンプリング周期を２００［msec］とする
と、測定データ数ｍが７５個となり、１分間に４回の割
合で押出し量を算出する。これは、直線近似部１３の直
線近似に十分なデータ数である。つまり、経過時間Ｔk
を１５［sec］程度にすることが最適である。

【００２５】また、経過時間Ｔkがシフト時間Ｔsと異な
る場合、経過時間Ｔkを短くすると、測定データ数ｍが
小さくなるので、正確な直線近似をすることができな
い。また、経過時間Ｔｋを長くすると、原料の重量が上
限設定値から下限設定値に変化する時間内で、押出し量
の算出回数が数回になり、押出し量の変動に対する応答
性が悪化する。押出し量によっては、上限設定値から下
限設定値までの時間が１分弱である場合があるので、経
過時間Ｔkを１５［sec］秒、シフト時間Ｔsを、直線近
似部１３の演算処理に影響を与えない範囲で短くする。

【００２６】押出し量算出部１４は、直線近似部１３が
算出した式（４）を用いて、１時間当たりの押出し量を
算出する。つまり、式（４）の傾きｂが押出し量に相当
するので、平滑処理部１５は、１時間当たりの押出し量
Ｑi［kg/h］を、

【数７】 の式を用いてそれぞれ算出する。

【００２７】平滑処理部１５は、移動平均法を用いて、
押出し量算出部１４が算出した押出し量Ｑiを平均化す
る。つまり、平滑処理部１５は、押出し平均量ＱAVを、

【数８】 の式を用いて算出する。

【００２８】次に、この実施例の動作について説明す
る。

【００２９】押出し成形機１の計量ホッパ１０３は、原
料の重量変化を算出し、算出した重量変化をサンプリン
グ部１１に送る。サンプリング部１１は、重量変化をサ
ンプリングする。

【００３０】脈動除去部１２は、サンプリングした重量
変化を、式（１）を用いて移動平均化する。これによ
り、脈動除去部１２は、サンプリングした重量変化に含
まれる脈動成分を除くことができる。

【００３１】この後、直線近似部１３は、最小二乗法を
用いて、脈動成分が除かれた重量変化を直線的に近似す
る。このとき、直線近似部１３がサンプリング部１１か
らの重量変化２０２を、最小二乗法を用いて直接、近似
すると、図４（ａ）に示すように、重量変化２０１の脈
動成分の影響により、最小二乗法で求めた直線２１１
が、重量変化２０１を示す直線２１０とは異なるものに
なる。

【００３２】また、この点を解決するために、サンプリ
ング数を多くすると、図４（ｂ）に示すように、このサ
ンプリング数により求めた直線２１２が、直線２１０の
傾きの変化部分を丸めてしまう。このときにも、最小二
乗法で求めた直線２１２が、重量変化２０１を示す直線
２１０とは異なるものになる。

【００３３】このような点を除くために、直線近似部１
３は、脈動除去部１２で脈動成分を除去した重量変化２
０３を用いて、随時に直線近似をする。

【００３４】この後、押出し量算出部１４は、直線近似
部１３からの直線の傾きを単位時間当たりの押出し量と
して、１時間経過後の押し出し量を算出する。また、平
滑処理部１５は、押出し量算出部１４が算出した押出し
量を移動平均法を用いて平均化する。

【００３５】このように、この実施例により、サンプリ
ング部１１からのサンプリングした重量変化２０２に、
例えば±５０［g］の脈動成分がある場合でも、脈動除
去部１２により、脈動成分を±５［g］に押さえること
ができる。

【００３６】また、脈動除去部１２により、実際の押出
し量に対する、押出し量算出部１４で算出した押出し量
の誤差が±０．５［％］であるので、平滑処理部１５で
は、押出し量の誤差を最終的に±０．３［％］に押さえ
ることができる。

【００３７】したがって、この実施例により、押出し量
を高精度で算出することができる。

【００３８】なお、この実施例では、所定個の離散値と
して、 Ｘ1、Ｘ2、…、Ｘn を用いて（１）の演算をしたが、特にこれに限定されな
い。例えば、 Ｘj、Ｘj+1、…、Ｘn （１＜ｊ＜ｎ） のように、サンプリング値Ｘnの手前の値を用いてもよ
い。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明は、脈
動除去部が、サンプリングにより離散的な値に変換され
た重量変化の中の、所定個毎の離散値を平均化する。こ
れにより、脈動除去部は、重量変化の脈動成分を除去す
る。

【００４０】この結果、この後に続く直線近似部および
押出し量算出部での演算に際して、脈動成分の影響を除
き、従来に比べて、算出した押出し量の精度を向上する
ことができる。つまり、重量変化値に含まれる脈動成分
を除くので、正確な押出し量をリアルタイムで算出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】重量変化を示す図である。

【図３】重量変化を示す図である。

【図４】重量変化を示す図である。

【図５】押出し成形機の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ サンプリング部 １２ 脈動除去部 １３ 直線近似部 １４ 量算出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押出し成形機の計量ホッパが計測した、
   原料の重量変化から押出し量を算出する、押出し成形機
   の押出し量演算装置において、 計量ホッパが計測した重量変化の値をサンプリングする
   サンプリング部と、 サンプリング部で離散的な値に変換された重量変化の中
   の、所定個毎の離散値を平均化して、重量変化の脈動成
   分を除去する脈動除去部と、 脈動除去部からの平均化された重量変化を直線に近似す
   る直線近似部と、 直線近似部が近似した直線の傾きを押出し量として、時
   間経過後の押し出し量を算出する押出し量算出部とを有
   することを特徴とする、押出し成形機の押出し量演算装
   置。