CN102773980B - 注射成型机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种注射成型机，不必使电源变换器大型化，并且在需要时能够将DC链路的能量维持在期望值。一种注射成型机，包括为了在规定的成型周期进行成型而控制变换来自电源的电力以经由DC链路提供给电动机的电源变换器的控制装置，所述电源变换器能够以变换来自所述电源的电力以输出到所述DC链路侧的正向和变换所述电动机的再生电力以输出到所述电源侧的反向这两个方向工作；所述控制装置使所述电源变换器在所述正向上工作，以使得所述DC链路的两极间电压仅在所述成型周期的规定期间成为规定的目标电压。

Description

注射成型机
技术领域
本发明涉及一种注射成型机，其包括为了在规定的成型周期进行成型，而控制变换来自电源的电力以经由DC链路提供给电动机的电源变换器的控制装置。
背景技术
目前，已知这种电源变换器本身(例如，参考专利文献1)。在专利文献1所公开的结构中，电源变换器包括单一的电力变换部(桥电路)，由功率晶体管和与这些功率晶体管反向并联连接的二极管构成。该电源变换器在电动机电力运行时由二极管将三相交流电源进行全波整流而变换成直流电力，另一方面在电动机再生时与三相交流电源的相位同步地驱动功率晶体管，并且使再生电力电源再生到电源中。此外，在电动机再生时，该电源变换器在DC链路超过规定的上限电压时进行电源再生。
专利文献1日本特开2006-54947号公报
但是，在规定的成型周期进行成型的注射成型机中，电动机再生时的能量大小根据成型周期的各工序等而不同。此外，电动机电力运行时所需的能量大小也根据成型周期的各工序等而不同。因此，存在某一工序所需的能量直到其前一工序结束时，也没有收集到DC链路中的情况。
对此，还考虑了一直驱动电源变换器的功率晶体管并基于来自电源的电力提供电动机所需的电力的结构。但是，在这样的结构中，会导致电源变换器大型化。
发明内容
本发明的目的是提供一种不必使电源变换器大型化且在需要时能够将DC链路的能量维持在期望值的注射成型机。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种注射成型机，包括为了在规定的成型周期进行成型而控制电源变换器的控制装置，所述电源变换器变换来自电源的电力而经由DC链路提供给电动机，其特征在于，
所述电源变换器能够以变换来自所述电源的电力以输出到所述DC链路侧的正向和变换所述电动机的再生电力以输出到所述电源侧的反向这两个方向工作；
所述控制装置使所述电源变换器在所述正向上工作，以使得所述DC链路的两极间电压仅在所述成型周期的规定期间成为规定的目标电压。
发明效果：
根据本发明，可获得不必使电源变换器大型化且在需要时能够将DC链路的能量维持在期望值的注射成型机。
附图说明
图1是表示根据本发明一实施例的注射成型机1的主要部分结构的图。
图2是概略地表示在注射成型机1中的包含电源变换器100的电动机驱动用电源电路的一个例子的图。
图3是表示电源变换器100的电路结构的一个例子的图。
图4是控制器26的功能方块图。
图5是表示注射成型机1中的注射成型的一个周期的工序顺序的一个例子的时序图。
图6是表示基于本实施例的电源变换器100的控制方法的一个例子的流程图。
图7是表示基于图6所示的处理的DC链路能量的变化形态的一个例子的图。
图8是表示基于本实施例的电源变换器100的控制方法的另一例子的流程图。
符号的说明：
1注射成型机
11伺服电动机
12滚珠螺杆
13螺母
14压力板
15、16引导棒
17轴承
18测压元件
19注射轴
20螺杆
21加热缸
21-1喷嘴
22料斗
23连接部件
24伺服电动机
25测压元件放大器
26控制器
27位置检测器
28放大器
31、32编码器
35用户界面
42伺服电动机
44伺服电动机
43、45编码器
100电源变换器
102第一电力变换部
104第二电力变换部
190电压检测部
192相位检测部
104电流检测部
200电源
261电源变换器控制部
262工序顺序监视部
263是否需要升压判定部
264目标电压设定部
300DC链路
411、424逆变器
500滤波器电路
具体实施方式
以下，将参考附图，进行用于实施本发明的最佳实施方式的说明。
图1是表示根据本发明一实施例的注射成型机1的主要部分结构的图。
注射成型机1在本实施例中是电动式注射成型机，包括注射用伺服电动机11。注射用伺服电动机11的转动传递到滚珠螺杆12。由滚珠螺杆12的转动而前进后退的螺母13固定在压力板14上。压力板14能够沿着固定在基架(未图示)上的导引棒15、16移动。压力板14的前后运动经由轴承17、测压元件18、注射轴19传递到螺杆20。螺杆20可在加热缸21内转动、且可沿轴向移动地配置。在加热缸21中的螺杆20的后部设置树脂供给用的料斗22。在注射轴19上经由带和滑轮等连接部件23传递螺杆转动用伺服电动机24的转动运动。即，通过由螺杆转动用伺服电动机24转动驱动注射轴19，使螺杆20转动。
在塑化/计量工序中，通过螺杆20在加热缸21中的转动和后退，在螺杆20的前部即加热缸21的喷嘴21-1侧贮备熔融树脂。在注射工序中，在螺杆20的前方贮备的熔融树脂被填充到模具内，并通过加压进行成型。此时，推压树脂的力由测压元件18作为反作用力而被检测。也就是，检测螺杆前部的树脂压力。检测出的压力由测压元件放大器25放大，并输入到用作控制装置的控制器26(控制装置)中。此外，在保压工序中，将填充到模具内的树脂保持在规定的压力下。
在压力板14上安装有用于检测螺杆20的移动量的位置检测器27。位置检测器27的检测信号由放大器28放大而输入到控制器26中。该检测信号也可以用作检测螺杆20的移动速度。
在伺服电动机11、24中分别包括用于检测转速的编码器31、32。由编码器31、32检测出的转速分别被输入到控制器26。
伺服电动机42是模具开闭用伺服电动机，伺服电动机44是成型品顶出(顶出器)用伺服电动机。伺服电动机42例如驱动触发器链接(未图示)来实现模具开闭。此外，伺服电动机44例如经由滚珠螺杆机构使顶出器杆(未图示)移动，从而实现成型品顶出。在伺服电动机42、44中分别包括用于检测转速的编码器43、45。由编码器43、45检测出的转速分别被输入到控制器26中。
控制器26以微计算机为中心而构成，例如具有CPU、存储控制程序等的ROM、存储计算结果等的可读取RAM、计时器、计数器、输入接口和输出接口等。
控制器26将与多个工序中的各工序对应的电流(转矩)指令传送到伺服电动机11、24、42、44。例如，控制器26控制伺服电动机24的转速以实现塑化/计量工序。此外，控制器26控制伺服电动机11的转速以实现注射工序和保压工序。同样地，控制器26控制伺服电动机42的转速以实现模具打开工序和模具关闭工序。此外，控制器26控制伺服电动机44的转速以实现成型品顶出工序。
用户界面35包括可分别对模具开闭工序、注射工序等各成型工序设置成型条件的输入设定部。此外，用户界面35包括为了计算后述的消耗电力，而分别对模具开闭工序、注射工序等各成型工序输入成型条件的输入部。此外，用户界面35包括输入来自用户的各种指示的输入部，并且包括对用户输出各种信息的输出部(例如显示部)。
在注射成型机1中的注射成型的一个周期典型地由以下工序构成，关闭模具的模具关闭工序，紧固模具的模具紧固工序，将喷嘴21-1按压到模具的直浇道(未图示)上、使加热缸21内的螺杆20前进、从而将积存到螺杆20前方的熔融材料注射到模具腔(未图示)内的注射工序，之后，为了抑制气泡、气孔的发生而施加片刻保持压力的保压工序，为了在填充在模具型腔内的熔融材料冷却凝固之前的期间进入到下一个周期、使螺杆20转动而使树脂一边熔融一边将其存入到加热缸21前方的塑化/计量工序，为了从模具中取出固化的成型品而打开模具的模具打开工序，以及将成型品由设置在模具中的顶出销(未图示)顶出的成型品顶出工序。
图2是概略地表示在注射成型机1中的电动机驱动用电源电路的一个例子的图。
电源变换器100连接到电源200上。电源200可以是三相交流电源。此外，电源变换器100经由DC链路300连接到伺服电动机11、24、42、44(在图2中仅图示了伺服电动机11、24)上。电源变换器100将来自电源200的电力变换而经由DC链路300提供给伺服电动机11、24、42、44。电源变换器100经由DC链路300和逆变器连接到伺服电动机11、24、42、44上。逆变器将电源变换器100的输出(直流电力)变换为三相交流电力。逆变器例如可以是由六个功率晶体管和与这些功率晶体管反向并联连接的二极管构成的三相桥电路。逆变器分别相对于伺服电动机11、24、42、44设置。在图2中，仅图示了用于伺服电动机11、24的逆变器411、424。DC链路300由电容器(电容)、母线、电缆等构成。
电压检测部190设置为检测DC链路300的两极间电压。由电压检测部190检测的电压提供给控制器26。相位检测部192检测来自电源200的电流的相位。电流检测部194检测从电源200分支到滤波器电路500的电源线上流动的电流。
图3是表示电源变换器100的电路结构的一个例子的图。图3表示的例子中，电源变换器100包括连接到交流电源上的端子R、S、T，和连接到DC链路300上的端子P、N。电源变换器100包括由六个二极管构成的整流器(第一电力变换部)102，以及由六个功率晶体管和与这些功率晶体管反向并联连接的二极管构成的桥电路(第二电力变换部)104。第二电力变换部104经由滤波器电路500连接到电源200。此外，在图3中，由箭头表示电力运行时电力的流动和再生时电力的流动。
第一电力变换部102用作将来自电源200的电力变换，而使DC链路300的两极间电压不会低于规定的电压下限值VMIN。
第二电力变换部104在电动机再生时基于相位检测部192和电流检测部194的检测结果，与电源200的相位同步地驱动功率晶体管，并且使再生电力电源再生到电源200中。在电动机电力运行时，由于从第一电力变换部102将电力提供给伺服电动机11、24、42、44，所以第二电力变换部104除了规定的情况以外，基本上不工作。在电动机电力运行时工作的情况下，第二电力变换部104驱动功率晶体管，变换来自电源200的电力以输出到DC链路300侧。
此外，电源变换器100可以是任意的结构，只要具有可双方向工作的电力变换部(与第二电力变换部104相对应)就可以。例如，电源变换器100也可以是由如在专利文献1中公开的单独的电力变换部实现的结构(即与第二电力变换部相对应的结构)。此外，第一电力变换部102也可以是能够双方向工作的。
图4是用作电源变换器100的控制装置的控制器26的功能方块图。此外，电源变换器100的控制装置也可以通过与控制器26不同的控制装置实现。
控制器26包含电源变换器控制部261、工序顺序监视部262、是否需要升压判定部263、和目标电压设定部264。控制器26构成为包括一个或两个以上的计算处理装置和用于存储软件(程序)或数据等的RAM或ROM等存储介质等。并且，控制器26的各功能部261、262、263、264以所述计算处理装置为核心部件，用于对输入的数据进行各种处理的功能部由硬件或软件或两者的结合而安装构成。参考图5等说明各功能部261、262、263、264的功能。
图5是表示注射成型机1中的注射成型的一个周期的工序顺序的一个例子的时序图。图5中的箭头表示各伺服电动机11、24、42、44的驱动。工序顺序监视部262基于这样预先设定的工序顺序，监视各工序的开始时刻和结束时刻。
图6是表示基于本实施例的电源变换器100的控制方法的一个例子的流程图。在图6中表示的控制处理由控制器26实现。在图6中表示的控制处理也可以在执行注射成型期间持续地重复执行。
在步骤602中，工序顺序监视部262判定下一工序是否为注射工序。此时，工序顺序监视部262也可以判定是否从当前时刻开始在规定时间ΔT内开始注射工序。在下一工序是注射工序的情况下，进入步骤604，在除此以外的情况下待机直到下一个处理周期。
在步骤604中，目标电压设定部264设定相对于DC链路300的两极间电压的目标电压VT。此外，DC链路300的两极间电压VDC和DC链路能量E的关系由下式表示。
E＝(1/2)CVDC 2
其中，所谓的DC链路能量E是DC链路300中集积的能量。目标电压VT可以是预先设定的设计值。例如，目标电压VT可以基于DC链路300中可蓄积的最大能量(最大DC链路能量)而设定。此时，最大DC链路能量可以是在安全使用DC链路300的能量界限下具有规定裕度的值。或者，目标电压VT可以基于在下一工序的电力运行中使用的能量(伺服电动机11、24、42、44消耗的电力)而设定。此外，目标电压VT例如可以由用户经由用户界面35设定适当的值。
在步骤606中，是否需要升压判定部263基于最新的电压检测部190的检测结果，更新当前的DC链路300的两极间电压VDC。
在步骤608中，是否需要升压判定部263判定在上述步骤606中得到的当前DC链路300的两极间电压VDC是否未达到上述步骤604中设定的目标电压VT。在上述步骤606中得到的当前DC链路300的两极间电压VDC未达到上述步骤604中设定的目标电压VT的情况下，进入步骤610。在当前DC链路300的两极间电压VDC在目标电压VT以上的情况下，进入步骤612。
在步骤610中，电源变换器控制部261控制电源变换器100的输出，以使DC链路300的两极间电压VDC成为上述步骤804中设定的目标电压VT。电源变换器控制部261驱动第二电力变换部104的功率晶体管，控制第二电力变换部104的输出(在变换来自电源200的电力、并输出到DC链路300侧的正向的输出)，以使DC链路300的两极间电压VDC成为上述步骤804中设定的目标电压VT。此外，第二电力变换部104的输出可以通过操作各功率晶体管的开关时间(占空比)而控制。
在步骤612中，是否需要升压判定部263判定注射工序中的螺杆20的加速工作是否结束。该判定可以基于伺服电动机11的设定速度(控制图案)而实现。或者，该判定可以基于检测螺杆20的移动量的位置检测器27的检测值及其时间微分值而实现。在注射工序中的螺杆20的加速工作结束的情况下，就此结束，在注射工序中的螺杆20的加速工作没有结束的情况下，重复从步骤606开始的处理。
图7是表示基于图6中表示的处理的DC链路能量的变化形态的一个例子的图。在图6中，与目标电压VT对应的DC链路能量示为EC2(＝(1/2)CVT 2)，与电压下限值VMIN对应的DC链路能量示为EC1(＝(1/2)CVMIN 2)。此外，在图6中表示的时刻t0、t2、t3、t4模式地表示图5中表示的工序顺序图中对应的时刻。
在图7中表示的例子中，例如，当将时刻t0作为模具打开工序的结束时刻时，由模具打开工序的再生能量导致的增加的DC链路能量在之后伴随着伺服电动机44的电力运行工作直至模具关闭工序，慢慢地减少，在模具关闭工序中，伴随着伺服电动机42的电力运行工作，在时刻t1，与电压下限值VMIN对应的DC链路能量减少到EC1。此外，该期间，伺服电动机44、42的电力运行工作由DC链路能量支持。之后，直到注射成型开始前的时刻t2，伺服电动机42的电力运行工作通过由第一电力变换部102变换来自电源200的电力而支持。即，第一电力变换部102变换来自电源200的电力，而将DC链路300的两极间电压维持在电压下限值VMIN。当到达注射成型开始前的时刻t2时，上述图6中表示的步骤602判定为肯定，并执行步骤604之后的处理。结果，通过在上述图6中表示的步骤610的升压工作，DC链路能量向与目标电压VT对应的DC链路能量EC2增加。图7表示的例子中，在注射成型开始时的时刻t3，DC链路能量达到与目标电压VT对应的DC链路能量EC2。当从时刻t3开始注射工序时，用于实现螺杆20的加速工作的伺服电动机11进行电力运行工作，但此时需要的能量由与目标电压VT对应的DC链路能量EC2和基于来自电源200的电力由第二电力变换部104变换的能量来支持。在时刻t4，注射工序中的螺杆20的加速工作结束，并且与之相随的，第二电力变换部104的升压工作停止。之后，伴随着伺服电动机11等电力运行工作的DC链路能量减少。
在此，如螺杆20加速工作这样的需要较大电力的工作在DC链路300的两极间电压低的情况(例如是电压下限值VMIN的情况)下，存在不能实现期望的形态的情况。对此，也可以将第一电力变换部102中的电压下限值VMIN设定地较高，但在这种情况下，会导致电源变换器100的大型化。
对此，在本实施例中，如上所述，在预测工作需要比较大的电力的情况下，事先，第二电力变换部104被控制为使DC链路300的两极间电压向目标电压VT升压。因此，根据本实施例，即使在注射成型的一个周期中包含需要比较大的电力的工作情况下，也能够以期望的形态实现相关的工作。
此外，如螺杆20加速工作这样的需要持续较长时间且较大电力的工作，即使在工作开始时DC链路能量足够高的情况下，之后，当由该工作使得DC链路能量降低时，存在从该时刻不能实现期望的形态的情况。对此，在本实施例中，用于实现螺杆20加速工作的伺服电动机11电力运行工作，在控制为由第二电力变换部104将DC链路300的两极间电压维持在目标电压VT的状态下而执行。因此，根据本实施例，在螺杆20的加速工作中，能够防止DC链路300的两极间电压降低，并且能够在整个工作期间持续地实现期望形态下的螺杆20的加速工作。
此外，虽然图6表示的处理中，作为进行第二电力变换部104的升压工作的时刻，示例了注射工序中螺杆20的加速工作，但是相对于任意工序的任意工作，都可以进行相同的第二电力变换部104的升压工作。此时，例如在作为对象的工作是仅需较短时间较大电力的工作的情况下，直到开始该工作之前，使得DC链路300的两极间电压达到目标电压VT，并且在该工作中，可以停止第二电力变换部104的升压工作。此时，目标电压VT可以根据作为对象的工作需要的电力而可变地设定(参考图6的步骤604)。
这样，根据本实施例，通过使在向电源200的再生中使用的第二电力变换部104仅限在特定的期间进行升压工作，可以不必使电源变换器100大型化，并且可以在需要时将DC链路能量维持在期望值。
图8是表示基于本实施例的电源变换器100的控制方法的另一例子的流程图。在图8中表示的控制处理由控制器26实现。在图8中表示的控制处理可以在执行注射成型的期间持续地重复执行。
步骤802至806的处理可以与在图6中表示的步骤602至606的处理相同。
在步骤808中，是否需要升压判定部263计算与在上述步骤804中设定的目标电压VT对应的DC链路能量和与在上述步骤806中得到的当前DC链路300的两极间电压VDC对应的DC链路能量之差，作为亏缺能量EL。
在步骤810中，是否需要升压判定部263将在前一工序(在本例中是注射工序的前一工序，当前执行中的工序)中可期待的再生能量与在上述步骤808中计算的亏缺能量EL进行比较，判定亏缺能量EL＞再生能量是否成立。在前一工序中可期待的再生能量可以使用基于预先试验等得到的值。在亏缺能量EL＞再生能量的情况下，进入步骤812。另一方面，再生能量为亏缺能量EL以上的情况下，判断为不需要第二电力变换部104的升压工作，而就此结束。但是，在这种情况下，为了防止伴随工作开始后的DC链路能量的降低的不良情况，可以从注射工序开始时刻执行在图6中表示的步骤606到步骤612的处理(反馈控制)。
在步骤812中，电源变换器控制部261控制电源变换器100的输出，以使得DC链路300的两极间电压VDC成为上述步骤804中设定的目标电压VT。
在步骤814中，工序顺序监视部262判定是否开始注射工序。在开始注射工序的情况下，就此结束，在没有开始注射工序的情况下，返回步骤812。这样，控制电源变换器100的输出，使得开始注射工序之前，DC链路300的两极间电压VDC成为由上述步骤804中设定的目标电压VT。此外，在开始注射工序之前，在DC链路300的两极间电压VDC成为由上述步骤804中设定的目标电压VT的情况下，可以就此结束。此外，在开始注射工序之后，可以执行图6中表示的步骤606到步骤612的处理(反馈控制)。
这样，根据在图8中表示的处理，根据前一工序的再生能量的大小，判断是否进行第二电力变换部104的升压工作，从而可以根据前一工序的再生能量的大小，仅在必要的情况下执行第二电力变换部104的升压工作。
此外，虽然图8表示的处理中，作为判定是否需要第二电力变换部104的升压工作的时刻，示例了在注射工序中的螺杆20的加速工作，但是相对于任意工序的任意工作，都可以判定是否需要相同的第二电力变换部104的升压工作。
以上，虽然详细地说明了本发明的优选实施例，但是本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例增加各种变形和置换。
例如，虽然在上述实施例中，多个伺服电动机11、24、42、44经由DC链路300连接到一个电源变换器100上，但是也可以将包含一个的任意数量的伺服电动机经由DC链路300连接到电源变换器100上。
此外，虽然在本实施例中，采用电压的量纲物理量进行控制，但是也可以采用能量等等价性不同的量纲物理量进行相同的控制。

Claims (3)

1.一种注射成型机，包括为了在规定的成型周期进行成型而控制电源变换器的控制装置，该电源变换器变换来自电源的电力以经由DC链路提供给电动机，所述注射成型机的特征在于，
所述电源变换器能够以变换来自所述电源的电力以输出到所述DC链路侧的正向和变换所述电动机的再生电力以输出到所述电源侧的反向这两个方向工作；
所述控制装置使所述电源变换器以所述正向工作，以使得所述DC链路的两极间电压仅在所述成型周期的规定期间成为规定的目标电压，
所述电源变换器的第一电力变换部以及第二电力变换部并联连接在所述电源和所述电动机之间，其中所述第一电力变换部变换来自所述电源的电力以输出到所述DC链路侧，所述第二电力变换部能够以变换来自所述电源的电力以输出到所述DC链路侧的正向和变换所述电动机的再生电力以输出到所述电源侧的反向这两个方向工作，
所述控制装置使所述第二电力变换部以所述正向工作，以使得所述DC链路的两极间电压仅在所述成型周期的规定期间成为规定的目标电压。
2.根据权利要求1所述的注射成型机，所述第一电力变换部由以变换来自所述电源的电力而使所述DC链路的两极间电压不会低于规定的电压下限值的方式起作用的二极管桥电路构成，
所述规定的目标电压比所述规定的电压下限值大。
3.根据权利要求1或2所述的注射成型机，所述控制装置使所述第二电力变换部以所述正向连续工作，以使得所述成型周期中的规定工序开始之前所述DC链路的两极间电压成为所述规定的目标电压，并且在所述规定工序开始之后所述DC链路的电压维持所述规定的目标电压。
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