CN1792610B - 射出成型机的计量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于以伺服电机为计量驱动源及射出驱动源的电动式直列螺杆式射出成型机的计量控制的技术。其目的在于避免回抽。本发明的射出成型机的计量控制方法的特征是，通过控制使得在螺杆到达计量结束位置的时刻，由计量用伺服电机所控制的背压的实测值、由射出用伺服电机所控制的螺杆后退速度的实测值及螺杆的实测旋转速度全部同时为零。
Description
技术领域
本发明涉及用于以伺服电机为计量驱动源及射出驱动源的电动式直列螺杆式射出成型机的计量控制的技术。
背景技术
在原有的电动式直列螺杆式射出成型机中，多数场合下，计量行程的控制是对计量用伺服电机进行旋转速度反馈控制，使得螺杆的旋转速度与设定值一致，对射出用伺服电机进行压力反馈控制使得施加在螺杆上的背压(对螺杆后退的抵抗压力)与设定值一致。然而，这样的话，对计量用伺服电机进行旋转速度反馈控制，对射出用伺服电机进行压力反馈控制时，施加在螺杆上的背压虽能很好地与设定值一致，然而，若设定成在计量结束时背压为零，要进行控制使得在计量结束时的背压为零的话，由于射出用伺服电机进行压力优先的反馈控制，所以不能避免螺杆的后退停止位置的误差。
对此，本申请的申请人在日本专利申请特願2003-199230号中对使计量结束位置与设定位置一致的计量控制方法提出了以下方案：对射出用伺服电机进行速度反馈控制以使螺杆的后退速度与设定后退速度模式一致，同时，对计量用伺服电机进行压力反馈控制以使施加在螺杆上的背压与背压设定模式一致(换一句话说，为与背压设定模式一致而对计量旋转速度进行控制的反馈控制)，从而使计量结束位置与设定位置一致。
然而，在上述的在先申请所提出的计量控制方法中，存在计量动作不稳定的问题；这是由于将反馈加到了计量用电机的旋转速度指令中以与背压设定模式一致，所以在计量开始时，源于原料树脂供给的不足，与所期望的背压上升无关，而导致计量动作不稳定。另外，根据原料树脂供给装置的动作状态或树脂的干燥状态的状况也会导致计量动作的不稳定。这是因为，即使计量用电机的旋转速度上升，也并不一定就会增加由螺杆送入的树脂量，因而与所期望的背压上升无关。
对此，考虑了以下结构：从计量开始直到计量行程的途中，以设定旋转速度为恒定的开放控制来控制计量用伺服电机的驱动，同时，通过控制背压实测值使之与背压设定值一致、以对后退速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制射出用伺服电机，从螺杆后退速度稳定了(即背压稳定了)的计量行程的途中，以对依照背压设定模式的旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制计量用伺服电机，来得到由该计量用伺服电机的背压控制的稳定，同时，对射出用伺服电机进行后退速度控制以使得螺杆后退停止位置与计量结束位置一致。若进行这样的控制，能够利用射出用伺服电机进行控制使计量结束位置与设定位置一致，同时，从计量行程的途中利用计量用电机的背压反馈控制也能稳定地进行。
进行如上所述的控制时虽有各种优点，但仍存在以下问题。即，存在的问题是，即使将用于计量行程终期的射出用伺服电机的减速设定模式的后退速度零设定成与所定的计量结束位置一致，进而，以依照与该减速设定模式成比例的值所计算的背压减压设定模式的背压反馈控制，来控制计量用伺服电机的驱动，在螺杆到达计量结束位置的时刻，也不能够保证由射出用伺服电机所控制的螺杆后退速度的实测值、由计量用伺服电机所控制的背压的实测值及螺杆的实测旋转速度全部同时为零；以前对控制螺杆后退速度的实测值、背压的实测值、螺杆的实测旋转速度全部同时为零没有加以考虑。总之，以前，螺杆后退速度的减速设定模式是不适当的，这是因为有设定过于陡峭的倾向，螺杆后退速度控制成急速接近于零，进行背压控制的计量用伺服电机的旋转速度控制的减速跟不上，即使螺杆后退速度接近于零，由于计量用伺服电机的旋转速度还有某种程度的大小(由于树脂的送入还在某种程度上进行)，所以在螺杆后退速度接近零时的背压反而变高，因此，在计量动作结束后，不得不进行众所周知的回抽动作。
发明内容
本发明就是鉴于上述各点而提出的，其目的是通过在螺杆到达计量结束位置的时刻，使螺杆后退速度的实测值、背压的实测值、螺杆(计量用伺服电机)的实测旋转速度全部同时为零，从而不再出现回抽。
为了达到上述目的，本申请的1个发明是以伺服电机为计量驱动源及射出驱动源的直列螺杆式射出成型机的计量控制方法，其特征在于，从计量开始直到计量行程中途的计量控制切换位置，以设定螺杆旋转速度为恒定的开放控制来驱动控制计量用伺服电机，同时，以依照预先设定的背压设定值的对螺杆后退速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制射出用伺服电机；
从所述计量控制切换位置直到计量结束，以具有从所述计量控制切换位置之前的实测后退速度计算出的后退速度的恒定区域，依照后退速度设定模式的开放控制来驱动控制所述射出用伺服电机，同时，首先，以依照预先设定的背压设定值对螺杆旋转速度进行控制的反馈控制来驱动控制所述计量用伺服电机，随后，依照与所述开放控制用的后退速度设定模式的减速模式成比例的值所计算出的背压设定模式，以对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制所述计量用伺服电机；
对从所述计量控制切换位置直到所述计量结束的所述后退速度设定模式的，从后退速度恒定到后退速度为零的所述减速模式进行设定，使得后退速度为零仅与计量结束位置一致，并且在时间轴上所见的螺杆实测旋转速度的减速模式的旋转速度为零仅与螺杆到达所述计量结束位置的时刻一致；
在螺杆到达所述计量结束位置的时刻，通过控制使得由所述计量用伺服电机所控制的背压的实测值、由所述射出用伺服电机所控制的螺杆后退速度的实测值及螺杆的实测旋转速度全部同时为零。
采用本发明，在螺杆到达计量结束位置的时刻，由于控制使得螺杆后退速度的实测值、背压的实测值、螺杆(计量用伺服电机)的实测旋转速度全部同时为零，所以，直到下一次射出，滞留在加热缸内的熔融树脂的剩余压力为零，即使打开模具使成型品与模具分离也不会有产生滴料(ドル一リング)或拉丝之虞，因此，在计量结束后没有必要进行回抽。另外，由于没有必要进行回抽，能够一直从恒定的计量结束位置开始射出动作，所以射出量也稳定，缓冲量也稳定。再有，由于在与螺杆后退的停止的同时，背压及螺杆(计量用伺服电机)的旋转速度为零，所以计量的熔融树脂的密度稳定与上述射出量或缓冲量稳定相辅相成，能尽可能减少成型品的重量波动。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的电动式直列螺杆式射出成型机的计量控制系统的结构的框图。
图2是表示本发明的计量控制方法的螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿位置轴的变化的情况的说明图。
图3是表示本发明的计量控制方法的螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿时间轴的变化的情况的说明图。
图4是表示在图2中距离L3没有被设定在最佳位置时螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿位置轴的变化的情况的说明图。
图5是表示在图2中距离L3没有被设定在最佳位置时螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿时间轴的变化的状态的说明图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是表示本发明的一个实施例(以下称为本实施例)的电动式直列螺杆式射出成型机的计量控制系统的结构框图。
在图1中，1是进行射出成型机的整体控制的系统控制器，这里，为了简化图示，仅画出了在系统控制器1内的计量控制系统的结构。
在图1中，2是进行计量动作的上游控制的计量行程控制部，计量行程控制部2通过控制切换开关24、串行口17通过对放大器4直接输出指令输出的开放控制对作为螺杆的前后驱动源的射出用伺服电机3进行驱动控制，并通过射出用伺服电机反馈控制系统7、控制切换开关24、串行口17、放大器4以反馈控制对射出用伺服电机4进行驱动控制。另外，计量行程控制部2通过控制切换开关25、串行口23对放大器6直接输出指令输出的开放控制对作为螺杆的旋转驱动源的计量用伺服电机5进行驱动控制，通过计量用伺服电机反馈控制系统8、控制切换开关25、串行口23、放大器6以反馈控制对计量用伺服电机5进行驱动控制。还有，计量行程控制部2具备如下功能：根据附设于射出用伺服电机3的未图示的编码器的输出来认知螺杆的位置和后退速度，根据附设于计量用伺服电机5的未图示的编码器的输出来认知螺杆的旋转速度的功能，以及储存各种设定值，基于计算结果来计算出设定值并 将其作为设定值的功能等。另外，计量行程控制部2还具备同步地切换控制切换开关24、25的功能，控制切换开关24直到后述的计量控制切换位置S3之前选择反馈控制系统的输出，在计量控制切换位置S3以后则选择开放控制系统的输出，控制切换开关25直到后述的计量控制切换位置S3之前选择开放控制系统的输出，在计量控制切换位置S3以后选择反馈控制系统的输出。
来自计量行程控制部2的背压设定值(依照预先设定的背压设定模式的背压指令值)和来自背压测定部13的背压实测值被输入到射出用伺服电机反馈控制系统7的偏差检测部14。背压测定部13通过放大器10、串行口12接收对施加在螺杆上的压力进行测定的压力传感器9的输出并测定背压实测值。并且，由偏差检测部14所求得的偏差e被输出到PID计算部15，在PID计算部15用所输入的偏差e基于PID(比例、积分、微分)动作进行为进行反馈控制的计算处理，计算出为使背压实测值与背压设定值一致的操作量，并将此操作量输出到输出计算部16。在输出计算部16中，用所输入的操作量计算出控制输出值，通过控制切换开关24、串行口17、放大器4将其输出到射出用伺服电机3，这样，利用射出用伺服电机3，如后述那样，在计量行程的某个区域，通过进行对螺杆的后退速度进行控制的背压反馈控制，从而使背压实测值与背压设定模式一致。
来自计量行程控制部2的背压设定值(依照预先设定的背压设定模式的背压指令值，或者如后述那样，基于由计量行程控制部2计算所求得的背压设定模式的背压设定值)和来自背压测定部19的背压实测值被输入到计量用伺服电机反馈控制系统8的偏差检测部20。背压测定部19通过放大器11、串行口18接收对施加在螺杆上的压力进行测定的压力传感器10的输出并测定背压实测值。并且，由偏差检测部20所求得的偏差e被输出到PID计算部21，在PID计算部21，用所输入的偏差e基于PID动作进行为进行反馈控制的计算处理，计算出为使背压实测值与背压设定值一致的操作量，并将此操作量输出到输出计算部22。在输出计算部22，用所输入的操作量计算出控制输出值，通过控制切换开关25、串行口23、放大器6将其输出到计量用伺服电机5，这样，利用射出用伺服电机5，如后述那样，在计量行程的某个区域，通过进行对螺杆的旋转速度进行控制的背压反馈控制，从而使背压实测值与 背压设定模式一致。
其次，用表示本实施例的计量行程的情况的图2、图3，对本实施例的计量动作进行说明。图2表示螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿位置轴的变化的情况，图3表示螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿时间轴的变化的情况。此外，在这里，是以成形重量3.5g的成型品(制品)的情况为例子。
计量行程控制部2从设定计量结束位置S2离开预先设定的距离L1以所规定的计量控制切换位置S3为边界对控制进行切换。设定计量结束位置S2从计量开始位置S1离开预定的距离所规定(或者以绝对值规定)。首先，从计量开始位置S1直到计量控制切换位置S3，计量行程控制部2用预先设定的恒定的设定螺杆旋转速度31(例如，在这里为350rpm)，以开放控制对计量用伺服电机5进行驱动控制。这样，控制实测螺杆旋转速度32使其大致与设定螺杆旋转速度31一致。另外，从计量开始位置S1直到计量控制切换位置S3，计量行程控制部2用预先设定的背压设定值33(例如，在这里为180kg/cm2)，以对螺杆后退速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制射出用伺服电机3，从而使根据压力传感器9的输出所检测出的背压实测值34与背压设定值33一致。这样，一边使实测螺杆后退速度35上升，一边是其逐渐稳定，在设定计量结束位置S2之前的规定区域内，实测螺杆后退速度35达到稳定。
在螺杆到达计量控制切换位置S3的时刻，计量行程控制部2在从离开计量控制切换位置S3一个预先设定的规定距离L2之前的位置到计量控制切换位置S3之间，根据多次取样的实测螺杆后退速度35的平均值来计算并设定计量控制切换位置S3以后的螺杆后退速度的设定模式36、37。该螺杆后退速度的设定模式36、37是在计量控制切换位置S3以后用于对射出用伺服电机3进行开放控制的设定值，从计量控制切换位置S3开始所设定的起始的设定模式36与上述的稳定区域的实测螺杆后退速度35的平均值相等，是形成后退速度恒定区域的模式，例如，这里设定为20mm/sec。接着设定模式36直到设定计量结束位置S2，所设定的螺杆后退速度的设定模式37是根据由操作者设定的减速和减压开始位置S4来决定的模式，这是与从设定计量结束位置S2开始的最佳设定距离L3(例如，这里为2.5mm)相应的螺杆后退速 度的最佳减速模式。该螺杆后退速度的设定模式(设定减速模式)37根据以直线连接螺杆后退速度值和螺杆后退结束时刻的零值的沿时间轴的设定模式
(设定减速模式)37’计算出作为沿位置轴的设定模式(设定减速模式)37；上述螺杆后退速度值是从设定模式36的后退速度值和由上述距离L3所规定的时间(例如，这里为0.25sec)求得的，在图3的时间轴上所示的、减速和减压开始时刻的螺杆后退速度值。另外，在螺杆到达计量控制切换位置S3的时刻，计量行程控制部2基于上述螺杆后退速度的设定模式(设定减速模式)37设定与其成比例的值所计算出来的背压减速的设定模式38。该背压减速的设定模式38基于图3的时间轴所示的、根据螺杆后退速度的设定模式(设定减速模式)37’进行比例计算所求得的背压减速的设定模式38’，计算出作为沿位置轴的背压减速的设定模式38。
接下来，对计量控制切换位置S3以后的动作进行说明。从计量控制切换位置S3直到计量结束之前，计量行程控制部2依照螺杆后退速度的设定模式36及设定模式(设定减速模式)37，以开放控制来驱动控制射出用伺服电机3。这样，实测螺杆后退速度35就与设定模式36、37相近，螺杆的后退在与设定计量结束位置S2一致的位置停止。另外，从计量控制切换位置S3直到计量结束，计量行程控制部2开始以依照预先设定的背压设定值33的对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制计量用伺服电机5，在减速和减压开始位置S4以后，以依照背压减速的设定模式38的对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制计量用伺服电机5。这样，控制背压实测值34使之与背压设定值33及背压减速的设定模式38一致。进而，基于进行背压反馈控制的计量用伺服电机5的控制，实测螺杆旋转速度32伴随着背压的减压而下降，在设定计量结束位置S2变为零。
在图3中，与图2的符号31～38相对应的部分以相同的符号加上一撇(′)来表示。在图2、图3所示的例子中，由于上述距离L3被设定为最佳值，所以在螺杆的后退结束的时刻(螺杆的后退停止时刻)，实测螺杆的后退速度35’、实测螺杆的旋转速度32’、背压实测值34’全部同时为零。
这样，为了在时间轴上使实测螺杆的后退速度35’、实测螺杆的旋转速度32’、背压实测值34’全部同时为零，重要的是要确认在时间轴上所见到的实 测螺杆的旋转速度32’的减速模式的旋转速度为零仅与螺杆后退结束了的时刻一致，这样一来，本申请的发明人发现，在螺杆后退结束了的时刻能够保证背压实测值34’为零。上述距离L3的最佳设定是一边适当地改变距离L3一边进行试射出，一直进行到确认在时间轴上所见的实测螺杆旋转速度32’的减速模式的旋转速度为零仅与螺杆后退结束的时刻一致。
其次，用图4、图5对没有对上述距离L3进行最佳设定的场合的缺点进行说明。图4表示螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿位置轴的变化的情况。图5表示螺杆旋转速度和背压及螺杆后退速度沿时间轴的变化的情况。此外，在这里，也是以对形成重量3.5g的成型品(制品)的场合为例子，图4与图2对应，图5与图3对应。
图4所示的例子中，将设定在仅距设定计量结束位置S2的距离L3之前的减速和减压开始位置S4设定成与图2的场合相比在更接近设定计量结束位置S2的地方，在这里，使距离L3约为0.31mm。根据该距离L3的设定，与前面一样，通过计算求得螺杆后退速度的设定模式(设定减速模式)37及背压减速的设定模式38，作为设定模式37、38自动地进行设定。依照该螺杆后退速度的设定模式(设定减速模式)37，以开放控制驱动控制射出用伺服电机3，实测螺杆后退速度35像设定模式37一样迅猛减速，螺杆的后退在与设定计量结束位置S2一致的位置停止。另一方面，虽然是依照背压减速的设定模式38，以对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制计量用伺服电机5，但是即使背压实测值34从设定计量结束位置S2的稍微前面一点开始上升，实测螺杆旋转速度32在设定计量结束位置S2变为零，背压实测值34在设定计量结束位置S2仍为还有背压的状态。
用图5的时间轴的状态变化对此进行说明。从减速和减压开始时刻，实测螺杆后退速度35’迅猛减速，即使实测螺杆后退速度35’接近于零，由于实测螺杆旋转速度32’仍然还有一定的旋转速度，所以，背压实测值34’从螺杆后退结束时刻稍前开始上升。这是因为在螺杆后退停止的状态，因螺杆旋转而送入树脂。并且，相对于实测螺杆后退速度35’，基于以对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制的结果，实测螺杆旋转速度32’的减速不追随实测螺杆后退速度35’的减速，由于实测螺杆的旋转速度32’从超过螺杆后退结束时刻 后变为零，所以即使停止螺杆的旋转，也处于还有背压的状态。因此，在计量结束后，不得不进行回抽。
对此，如前所述，在本实施例中，在螺杆到达计量结束位置的时刻，由于控制螺杆后退速度的实测值、背压的实测值、螺杆(计量用伺服电机)的实测旋转速度全部同时为零，所以，直到下一次射出，滞留在加热缸内的熔融树脂的剩余压力为零，即使打开模具使成型品离开模具也不会有产生滴料或拉丝之虞，因此，在计量结束后没有进行回抽的必要。另外，由于没有必要进行回抽，能够一直从恒定的计量结束位置开始射出动作，所以射出量也稳定，缓冲量也稳定。再有，由于在与螺杆后退的停止的同时，背压及螺杆(计量用伺服电机)的转速为零，所以计量的熔融树脂的密度稳定与上述射出量或缓冲量稳定相辅相成，成型品的重量误差也能够尽可能减少(根据图4、图5的条件导致的重量实测值的波动范围R，对重量为3.5g的成型品(制品)R＝0.07g，与之相对，根据图2、图3的条件，对重量3.5g的成型品(制品)降低到R＝0.03g)。
Claims (1)
1.一种射出成型机的计量控制方法，它是以伺服电机为计量驱动源及射出驱动源的直列螺杆式射出成型机的计量控制方法，其特征在于，
从计量开始直到计量行程中途的计量控制切换位置，以设定螺杆旋转速度为恒定的开放控制来驱动控制计量用伺服电机，同时，以依照预先设定的背压设定值的对螺杆后退速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制射出用伺服电机；
从所述计量控制切换位置直到计量结束，以依照后退速度设定模式的开放控制来驱动控制所述射出用伺服电机，同时，以对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制所述计量用伺服电机；
在螺杆到达所述计量结束位置的时刻，通过控制使得由所述计量用伺服电机所控制的背压的实测值、由所述射出用伺服电机所控制的螺杆后退速度的实测值及螺杆的实测旋转速度全部同时为零，
从所述计量控制切换位置直到计量结束，以具有从所述计量控制切换位置之前的实测后退速度计算出的后退速度的恒定区域，依照后退速度设定模式的开放控制来驱动控制所述射出用伺服电机，同时，首先，以依照预先设定的背压设定值对螺杆旋转速度进行控制的反馈控制来驱动控制所述计量用伺服电机，随后，依照与所述开放控制用的后退速度设定模式的减速模式成比例的值所计算出的背压设定模式，以对螺杆旋转速度进行控制的背压反馈控制来驱动控制所述计量用伺服电机；
对从所述计量控制切换位置直到所述计量结束的所述后退速度设定模式的，从后退速度恒定到后退速度为零的所述减速模式进行设定，使得后退速度为零仅与计量结束位置一致，并且在时间轴上所见的螺杆实测旋转速度的减速模式的旋转速度为零仅与螺杆到达所述计量结束位置的时刻一致。
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