阅读说明：本技术 树脂膜制造装置及树脂膜制造方法 (Resin film manufacturing apparatus and resin film manufacturing method ) 是由 前西隆一郎 原本信洋 藤井文武 于 2020-03-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种树脂膜制造装置及树脂膜制造方法,在一种实施方式的树脂膜制造装置中,首先根据从厚度传感器获得的从树脂膜厚度分布中计算出的控制误差,确定每一加热螺栓的当前状态以及针对之前选择的操作的回馈,然后根据该回馈,更新作为状态和条件的组合的控制条件,并从更新后的控制条件中选择与当前状态相应的最恰当操作。随后,根据所述最恰当操作,对加热件进行控制。(In one embodiment, a current state of each heating bolt and a feedback for a previously selected operation are first determined based on a control error calculated from a resin film thickness distribution obtained from a thickness sensor, and then, based on the feedback, a control condition that is a combination of the state and the condition is updated, and an optimum operation corresponding to the current state is selected from the updated control conditions. Subsequently, the heating member is controlled in accordance with the most appropriate operation.)

树脂膜制造装置及树脂膜制造方法

技术领域

本

发明内容

涉及一种树脂膜制造装置及树脂膜制造方法。

背景技术

在一种已知的树脂膜制造装置中，膜状熔融树脂经设于挤出机上的模具模唇之间的间隙挤出。在此类树脂膜制造装置中，需要在树脂膜宽度方向上实现均一膜厚。

因此，公开号为2010-167584、2012-240332、2013-052574的日本未审查专利申请中公开的模具包括沿模唇长边方向(树脂膜宽度方向)设置的多个加热螺栓。通过单独调节由每一加热螺栓的加热器引起的热膨胀程度，可以对模具的模唇间隙进行局部调节。

此外，公开号为2013-039677的日本未审查专利申请公开一种能够在制造过程中测量树脂膜厚度且对模具的模唇间隙实施反馈控制的树脂膜制造装置。

发明内容

本发明的发明人发现，含具有多个加热螺栓的模具且能够对模唇间隙进行反馈控制的树脂膜制造装置的开发当中存在各种问题。

根据本说明书的描述以及附图，其他问题以及本公开内容的新颖特征将变得显而易见。

在一种实施方式的树脂膜制造装置中，首先根据从厚度传感器获得的树脂膜厚度分布中计算出的控制误差，确定每一加热螺栓的当前状态以及针对之前选择的操作的回馈，然后根据该回馈，更新作为状态/条件组合的控制条件，并从更新后的控制条件中选择与当前状态相应的最恰当操作。随后，根据所述最恰当操作，对加热件进行控制。

根据该实施方式，可以提供一种优良的树脂膜制造装置。

根据以下具体描述及附图，可以更加全面地理解本公开内容的上述及其他目的、特征和优点。其中，所述描述和附图仅出于说明目的，并不视为对本公开内容构成限制。

附图说明

图1为第一实施方式树脂膜制造装置和树脂膜制造方法整体结构的截面示意图。

图2为T形模具20的截面图。

图3为T形模具20下部(带模唇)的部分立体图。

图4为第一实施方式控制单元70的结构框图。

图5为第一实施方式树脂膜制造方法中的模唇间隙控制方法流程图。

图6为第二实施方式控制单元70的结构框图。

具体实施方式

以下，参考附图，对本公开内容的具体实施方式进行详细描述。然而，本公开内容并不限于下述实施方式。为了说明的清晰起见，以下描述和附图进行了适当的缩短和简化。

第一实施方式

<树脂膜制造装置的整体结构>

首先，参考图1，描述第一实施方式树脂膜制造装置和树脂膜制造方法的整体结构。图1为第一实施方式树脂膜制造装置和树脂膜制造方法整体结构的截面示意图。

需要注意的是，图1和其他附图中给出右手螺旋xyz笛卡尔坐标系的目的在于方便说明元件之间的位置关系。总体而言，在所有附图中，Z轴正向为垂直向上的方向，XY平面为水平平面。

此外，在本说明书中，树脂膜包括树脂片。

如图1所示，第一实施方式树脂膜制造装置包括挤出机10，T形模具20，冷却辊30，传送辊40，卷绕机50，厚度传感器60以及控制单元70。第一实施方式树脂膜制造装置为一种挤出成型树脂膜制造装置，通过设于挤出机10上的T形模具20的模唇之间的间隙挤出膜状熔融树脂82a。

挤出机10例如可以是螺杆挤出机。在图1所示挤出机10中，沿X轴设置的螺杆12容纳于沿X轴设置的机筒11内。机筒11的X轴负向一侧边缘上设有料斗13，其内放置作为树脂膜83原料的树脂粒81。

经料斗13进料的树脂粒81从旋转的螺杆12根部挤出至其X轴正向一侧端部。机筒11内的旋转的螺杆12将树脂粒81挤压成熔融树脂82。

需要注意的是，虽然图中未示出，但举例而言，作为动力源的电机通过减速器与螺杆12相连。

如图1所示，T形模具20设于挤出机10上述端部的下方(X轴正向一侧边缘)。膜状熔融树脂82a经设于T形模具20下端的模唇之间的间隙向下(沿Z轴负向)挤出。T形模具20的模唇间隙可以调节。具体而言，T形模具20的模唇间隙可在模唇长边方向(Y轴方向)上的多个位置处进行调节，从而使得待制造的树脂膜83沿其宽度方向(Y轴方向)具有均一厚度，以下将对此进行详细描述。

冷却辊30用于冷却从T形模具20挤出的膜状熔融树脂82a，并输出作为膜状熔融树脂82a固化形式的树脂膜83。冷却辊30输出的树脂膜83由传送辊40传送至卷绕机50，并由卷绕机50完成卷绕。在图1示例中，传送辊40包括八个传送辊41～48。传送辊的数量和位置可适当设置。

厚度传感器60为非接触式厚度传感器，并例如测量由冷却辊30排出的且被传递的树脂膜83在其宽度方向上的厚度分布。在图1示例中，厚度传感器60设置为使得在传送辊44和45之间水平传送的树脂膜83处于该传感器的上下两个部分之间。由于厚度传感器60为非接触式传感器，因此其可沿树脂膜83宽度方向(Y轴方向)扫描。如此，允许使用紧凑型的厚度传感器60测量树脂膜83宽度方向上的厚度分布。此外，由于树脂膜83水平传送，因此能够通过厚度传感器60的扫描而精确测量所述厚度分布。

控制单元70根据厚度传感器60获得的树脂膜83厚度分布，对T形模具20的模唇间隙实施反馈控制。具体而言，控制单元70通过控制T形模具20的模唇间隙而使得树脂膜83沿其宽度获得均一厚度。后文，将对控制单元70的结构和操作进行详细描述。

<T形模具20的结构>

参考图2和图3，对T形模具20的结构进行进一步详细描述。图2为T形模具20的截面图。图3为T形模具20下部(带模唇)的部分斜视图。

如图2和图3所示，T形模具20由一对相互抵接的模具块21和22构成。所述一对相互抵接的模具块21和22中的每一模具块均具有锥形部分，该锥形部分的外表面向下朝内表面(相向的表面)方向倾斜。如此，使得模具块21和22分别在其相向的表面的下端具有厚度较薄的模唇21a和22a。

所述一对模具块21和22的相向的表面设有进料口20a，歧管结构20b以及狭缝20c。进料口20a自T形模具20的上表面向下(沿Z轴负向)延伸。歧管结构20b自进料口20a下端朝Y轴正向和Y轴负向延伸。如此，进料口20a和歧管结构20b在T形模具20内共同构成T形形状。

此外，狭缝20c沿Y轴方向从歧管结构20b底部延伸至T形模具20的下表面。熔融树脂82经进料口20a和歧管结构20b从狭缝20c(即模唇21a和22a之间的间隙)中向下挤出。

当模唇21a为不可移动的固定模唇时，模唇22a为与加热螺栓23相连的可移动模唇。模唇22a具有自其外表面向所述相向的表面向上倾斜切入的切槽22b。模唇22a由加热螺栓23被推拉，且因此可相对于切槽22b底部移动。由于仅模唇22a是可移动的模唇，因此能够以简单的结构轻松实现模唇间隙的调节。

加热螺栓23沿模具块22的锥形部分倾斜向上延伸。加热螺栓23由固定于模具块22上的固定器25a和25b支承。更具体而言，加热螺栓23旋入固定器25a的螺孔内。加热螺栓23的拧紧程度能够适当调节。当加热螺栓23穿过固定器25b的通孔时，其并不固定于固定器25b上。需要注意的是，固定器25a和25b并不一定非得与模具块22分离，其也可以与模具块22形成一体。

如图3所示，沿模唇21a和22a的长边方向(Y轴方向)设有多个加热螺栓23。模唇21a和22a的长边方向对应于树脂膜的宽度方向。虽然图3中示意性示出三个加热螺栓23，但是一般情况下设置更多的加热螺栓23。

每一加热螺栓23均设有加热件24，以对该加热螺栓23进行加热。在图2和图3示例中，每一加热螺栓23的加热件24设置为覆盖其位于固定器25a和25b之间的外表面。通过拧紧加热螺栓23，加热螺栓23的下端面将对模唇22a施加推力。此外，加热螺栓23的下端面通过截面为U形且固定于模唇22a上的连接件26与模唇22a连接。如此，通过拧松加热螺栓23，连接件26将向模唇22a施加拉力。

模唇21a和22a之间的可通过加热螺栓23的拧紧程度调节。具体而言，当增大加热螺栓23的拧紧程度时，加热螺栓23推动模唇22a，从而使得模唇21a和22a之间的间隙变窄。与此相反，当减小加热螺栓23的拧紧程度时，模唇21a和22a之间的间隙将变宽。加热螺栓23的拧紧程度例如以手动方式调节。

此外，模唇21a和22a之间的间隙也可通过加热螺栓23在加热件24作用下引起的热膨胀进行精细调节。具体而言，当升高加热件24的加热温度时，加热螺栓23的热膨胀程度变大，从而使得加热螺栓23推动模唇22a，并使得模唇21a和22a之间的间隙变窄。与此相反，当降低加热件24的加热温度时，加热螺栓23的热膨胀程度变小，从而增大模唇21a和22a之间的间隙。每一加热螺栓23的热膨胀程度，即每个加热件24的加热由控制单元70控制。

<比较例控制单元70的结构>

比较例树脂膜制造装置的整体结构与图1所示第一实施方式树脂膜制造装置的整体结构类似。在比较例中，控制单元通过70采用PID控制，根据厚度传感器60获得的树脂膜83厚度分布，对每一加热螺栓23的加热件24实施反馈控制。在PID控制中，每当改变工艺条件时，均需调节参数。一般情况下，操作人员根据反复试错法进行参数调节，因此参数调节工作需要大量时间和大量的树脂材料。

<第一实施方式控制单元70的结构>

以下，参考图4，对第一实施方式控制单元70的结构进行更加详细的描述。图4为第一实施方式控制单元70的结构框图。如图4所示，第一实施方式控制单元70包括状态观测单元71，控制条件学习单元72，存储单元73以及控制信号输出单元74。

需要注意的是，控制单元70的功能模块既可由作为硬件的CPU(中央处理单元)、存储器或其他电路配置，也可由作为软件载入存储器等物的程序实现。由此可见，这些功能模块可由计算机硬件、软件或其组合以各种方式实现。

状态观测单元71根据厚度传感器60获得的树脂膜83厚度分布测量值pv，计算每一加热螺栓23的控制误差。该控制误差为目标值与测量值pv之差。所述目标值为厚度传感器60测量的所有加热螺栓23的树脂膜83厚度分布测量值pv的平均值。

需要注意的是，在计算测量值pv的平均值时，可排除不用做产品的树脂膜83两端的测量值。

此外，每一加热螺栓23的测量值pv均根据该加热螺栓23指定测量点处的厚度测量值pv获得。举例而言，每一加热螺栓23的测量值pv均为该加热螺栓23指定测量点处的厚度测量值pv的平均值。或者，每一加热螺栓23的测量值pv也可以为该加热螺栓23指定测量点处与目标值相差最大的厚度测量值pv。

随后，状态观测单元71根据计算出的控制误差确定每一加热螺栓23的当前状态st及针对之前(如上次)所选择的操作ac的回馈rw。

状态st预先设定，以将控制误差值分为有限数目个组，所述控制误差值可以为无限数目个值。出于说明目的，此处仅举简单一例：当控制误差为err时，-0.9μm≤err<-0.6μm为状态st1，-0.6μm≤err<-0.3μm为状态st2，-0.3μm≤err<0.3μm为状态st3，0.3μm≤err<0.6μm为状态st4，0.6μm≤err≤0.9μm为状态st5，依次等等。在实际应用中，很多情况下会设置更大量的更细分的状态st。

回馈rw为对之前状态st下选择的操作ac进行评估的指数。

具体而言，当计算出的当前控制误差值的绝对值小于之前控制误差的绝对值时，状态观测单元71判断之前选择的操作ac为恰当操作，并例如将回馈rw设置为正值。换句话说，回馈rw被确定，从而之前所选择的操作ac可能在与之前相同的状态下被再次选择。

与此相反，当计算出的当前控制误差值的绝对值大于之前控制误差的绝对值时，状态观测单元71判断之前选择的操作ac不恰当，并例如将回馈rw设置为负值。换句话说，回馈rw被确定，从而之前所选择的操作ac不可能在与之前相同的状态下被再次选择。

后文将会给出回馈rw的具体示例。回馈rw的值可适当确定。举例而言，回馈rw的值可始终为正；或者，回馈rw的值可始终为负。

控制条件学习单元72针对每一加热螺栓23，实施强化学习。具体而言，控制条件学习单元72根据回馈rw更新控制条件(学习结果)，并从更新后的控制条件中选择与当前状态st相应的最恰当操作ac。所述控制条件为状态st和操作ac的组合。表1所示为与状态st1～st5相应的简单控制条件(学习结果)。在图4示例中，控制条件学习单元72将更新后的控制条件cc存入存储单元73(例如，存储器)，并在从存储单元73中读取控制条件cc后对其进行更新。

表1

表1所示为作为强化学习例子的Q-learning的控制条件(学习结果)。表1的最上一行所示为上述五个状态st1～st5。具体而言，第二至第六列所示分别为五个状态st1～st5。此外，表1最左一列所示为四个操作ac1～ac4。具体而言，第二至第五行所示分别为四个操作ac1～ac4。

在表1示例中，将输出至加热件24的输出(如电压)减小1％的操作设为操作ac1(输出变更：-1％)；将维持输出至加热件24的输出的操作设为操作ac2(输出变更：0％)；将输出至加热件24的输出(如电压)增大1％的操作设为操作ac3(输出变更：+1％)；将输出至加热件24的输出(如电压)增大1.5％的操作设为操作ac4(输出变更：+1.5％)。表1示例仅为出于说明目的的简单一例，在实际应用中，很多情况下会设置更大量的更细分的操作ac。

表1中状态st和操作ac的组合所确定的值称为质量Q(st，ac)。对于质量Q，首先赋予其初始值，然后根据回馈rw，并按照已知更新公式循序地更新。质量Q的初始值例如含于图4所示学习条件中。学习条件例如由操作人员输入。举例而言，质量Q的初始值可存储于存储单元73中，而且以往学习结果可用作初始值。此外，图4所示学习条件还例如包含表1所示状态st1～st5和操作ac1～ac4。

通过采用表1中的状态st4，对质量Q进行说明。在状态st4中，控制误差大于或等于0.3μm且小于或等于0.6μm，说明目标加热螺栓23的模唇间隙太宽，因此需要增大输出至用于加热目标加热螺栓23的加热件24的输出，以增大目标加热螺栓23的热膨胀程度。所以，作为控制条件学习单元72的学习结果，用于增大输出值加热件24的输出的操作ac3和ac4的质量Q提升，而用于维持输出至加热件24的输出的操作ac2以及用于减小输出至加热件24的输出的操作ac1的质量Q降低。

在表1示例中，当控制误差例如为0.4μm时，状态st为状态st4。因此，控制条件学习单元72选择状态st4下具有最高质量Q的最恰当操作ac4，并将其输出至控制信号输出单元74。

根据输入的操作ac4，控制信号输出单元74将待输出至加热件24的控制信号ctr增大1.5％。其中，控制信号ctr例如为电压信号。

随后，当下一控制误差的绝对值小于当前控制误差绝对值(0.4μm)时，状态观测单元71判断在当前状态st4下选择操作ac4为恰当的做法，从而输出具有正值的回馈rw。相应地，控制条件学习单元72根据回馈rw更新控制条件，从而增大状态st4下操作ac4的质量(+5.6)。如此，针对状态st4，控制条件学习单元72会再次选择操作ac4。

与此相反，当下一控制误差的绝对值大于当前控制误差绝对值(0.4μm)时，状态观测单元71判断在当前状态st4下选择操作ac4为不恰当的做法，从而输出具有负值的回馈rw。相应地，控制条件学习单元72根据回馈rw更新控制条件，从而减小状态st4下操作ac4的质量(+5.6)。如此，状态st4下操作ac4的质量变得小于操作ac3的质量(+5.4)。因此，针对状态st4，控制条件学习单元72会选择操作ac3，而非操作ac4。

控制条件的更新时刻并不限于后续时刻，而是可在考虑时间延后等因素的基础上恰当选择。此外，在学习过程的早期阶段，可以通过随机选择操作ac而加快学习进程。另外，虽然表1以简单的Q-learning为例对强化学习进行了描述，但是本发明不限于此，Q-learning、Actor-Critic(AC)法、TD-learning或Monte-Carlo法等任何学习算法均可用于本发明。举例而言，学习算法可根据实际情况选择。例如，当状态st和操作ac的数量增大，且存在“组合***”这一情形时，可采用AC法。

此外，AC法常将概率分布函数用作其策略函数。其中，所述概率分布函数并不限于正态分布函数，为了简单起见，还可例如采用Sigmoid、Softmax等函数。Sigmoid函数为神经网络中最常使用的函数，由于强化学习是一种与神经网络一样的机器学习，因此其也可使用Sigmoid函数。Sigmoid函数还具有简单易用的优点。

如上所述，可供使用的学习算法和函数众多，这些算法和函数对进行恰当选择。

如上所述，由于第一实施方式树脂膜制造装置不采用PID控制，因此无需在工艺条件变化时进行参数调节。此外，控制单元70通过强化学习而根据回馈rw更新控制条件(学习结果)，并从更新后的控制条件中选择与当前状态st相应的最恰当操作。如此，与比较例相比，即使当工艺条件发生变化时，也可减少调节所需的时间和树脂材料。

<树脂膜制造方法>

以下，参考图1和图5，详细描述第一实施方式的树脂膜制造方法。图5为第一实施方式树脂膜制造方法中的模唇间隙控制方法流程图。

如图1所示，在第一实施方式树脂膜制造方法中，膜状熔融树脂82a经T形模具20的所述一对模唇21a和22a之间的间隙挤出。

随后，对作为膜状熔融树脂82a固化形式的树脂膜83进行传送，并由厚度传感器60测量树脂膜83宽度方向上的厚度分布。

在此之后，控制单元70根据厚度传感器60测量的厚度分布，对所述模唇间隙实施反馈控制。

以下，参考图5，描述第一实施方式树脂膜制造方法中的模唇间隙控制方法。根据需要，对图5的描述会进一步参考图4。

首先，如图5所示，图4所示控制单元70的状态观测单元71根据树脂膜83的厚度分布，计算每一加热螺栓23的控制误差，然后根据计算出的控制误差，确定当前状态st和针对之前所选择的操作ac的回馈rw(步骤S1)。在最初时刻，由于不存在之前(如上次)所选择的操作ac，因此无法确定回馈rw，而仅确定当前状态st。

随后，控制单元70的控制条件学习单元72先根据回馈rw更新作为状态st和操作ac的组合的控制条件，然后从更新后的控制条件中选择与当前状态st对应的最恰当操作ac(步骤S2)。

在此之后，控制单元70的控制信号输出单元74根据控制条件学习单元72选择的最恰当操作ac，向加热件24输出控制信号ctr(步骤S3)。

当树脂膜83的制造尚未完成时(步骤S4中的“否”)，该方法返回步骤S1，并继续进行控制。相反，当树脂膜83的制造已完成时(步骤S4中的“是”)，该方法结束。由此可见，步骤S1～S3重复执行，直至完成树脂膜83的制造。

如上所述，第一实施方式树脂膜制造方法不采用PID控制，因此无需在工艺条件变化时进行参数调节。此外，该方法通过以计算机进行强化学习而根据回馈rw更新控制条件(学习结果)，并从更新后的控制条件中选择与当前状态st相应的最恰当操作。如此，与比较例相比，即使当工艺条件发生变化时，也可减少调节所需的时间和树脂材料。

第二实施方式

以下，对第二实施方式树脂膜制造装置进行描述。第二实施方式树脂膜制造装置的整体结构与图1至图3所示第一实施方式树脂膜制造装置的整体结构相同，因此不再赘述。第二实施方式树脂膜制造装置与第一实施方式树脂膜制造装置的区别在于控制单元70的结构。

图6为第二实施方式控制单元70的结构框图。如图6所示，第二实施方式控制单元70包括状态观测单元71，控制条件学习单元72，存储单元73以及PID控制器74a。由此可见，第二实施方式控制单元70包括用作图4所示第一实施方式控制单元70中控制信号输出单元74的PID控制器74a。PID控制器74a为一种形式的控制信号输出单元。

与第一实施方式类似，状态观测单元71根据计算出的控制误差err，确定每一加热螺栓23的当前状态st以及针对之前选择的操作ac的回馈rw。随后，状态观测单元71将当前状态st和回馈rw输出至控制条件学习单元72。此外，第二实施方式的状态观测单元71还将所述计算出的控制误差err输出至PID控制器74a。

与第一实施方式一致，控制条件学习单元72也针对每一加热螺栓23实施强化学习。具体而言，控制条件学习单元72根据回馈rw更新控制条件(学习结果)，并从更新后的控制条件中选择与当前状态st相应的最恰当操作ac。在第一实施方式中，控制条件学习单元72所选择的操作ac的内容为对输出至加热件24的输出的直接改动。与此相反，在第二实施方式中，控制条件学习单元72所选择的操作ac的内容为对PID控制器74a参数的改动。

如图6所示，PID控制器74a的参数根据控制条件学习单元72输出的操作ac循序地更新。PID控制器74a根据输入的控制误差err，向加热件24输出控制信号ctr。其中，控制信号ctr例如为电压信号。

其他元件与第一实施方式相同，因此不再赘述。

如上所述，由于第二实施方式树脂膜制造装置采用PID控制，因此当工艺条件变化时，需要进行参数调节。在第二实施方式树脂膜制造装置中，控制单元70通过强化学习而根据回馈rw更新控制条件(学习结果)，并从更新后的控制条件中选择与当前状态st相应的最恰当操作。其中，强化学习中的操作ac为对PID控制器74a参数的改动。如此，与比较例相比，即使当工艺条件发生变化时，也可减少参数调节所需的时间和树脂材料。

根据以上对本公开内容的描述，显而易见的是，本公开内容实施方式可以以多种方式进行改动。此类改动不应视为脱离本公开的精神和范围，而且对于本领域技术人员显而易见的是，所有此类改动均旨在包含于下附权利要求书的范围之内。