CN1872527B - 注射成型机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
在保压工序的压力反馈控制中，设置限制所输出的转矩指令的转矩限制器。通过该转矩限制器，在保压工序开始后，从螺杆开始后退规定区间T，限制注射用伺服电动机的输出转矩。结果是通过限制螺杆后退方向的输出转矩使其减小，降低螺杆的后退速度，施加在树脂上的压力的下降减缓、避免急剧下降。
Description
技术领域
本发明涉及注射成型机的控制装置。特别涉及在保压控制中具有特征的控制装置。
背景技术
在注射成型中，在模具内注射熔融树脂并填充的注射工序之后，执行以规定压力保持该填充树脂的保压工序。在注射工序中，一般进行注射速度控制，保压工序中进行压力控制。
保压过程中，由于以比注射工序结束时的树脂压力低的保压压力进行控制，所以螺杆(screw)后退，控制成达到设定保压压力。在从该注射工序的速度控制向保压工序的压力控制的切换后，由于较大的压力变化易产生气孔或较脆(short)等不良成型。因此，在保压工序中，已知以下方法：限制螺杆的后退速度抑制气孔等产生的方法(参照特开2003-326573号公报(以下称为专利文献1))；根据螺杆后退速度限制值和螺杆后退速度，控制驱动螺杆的电动机转矩，控制成使从注射工序向保压工序切换时树脂内不产生气泡的方法(参照特开平9-220740号公报(以下称为专利文献2))。
另外，在从注射工序向保压工序切换时，由于受到螺杆等的惯性力的影响，从注射工序中的前进方向(注射方向)向后退方向的螺杆移动方向切换较难，并产生过填充等，使成型制品的品质降低。因此，还已知按如下方法进行控制，从注射工序到保压工序的切换时，使注射电动机在制动方向(后退方向)产生最大转矩直到达到保压限制速度为止或者规定时间，使螺杆的前进急速停止，防止树脂的过填充(参照特开平4-329113号公报(以下称为专利文献3)以及特开平8-281729号公报(以下称为专利文献4))。
并且，为了避免使螺杆的前进急速停止导致的惯性能量的影响，在注射工序中，在向保压工序切换时，设定可以无视注射螺杆等的惯性能量程度的较低值的速度，从注射工序的速度控制到保压工序的压力控制切换时，可以不受惯性能量的影响地向压力控制的保压工序过渡，这一方法也是已知的(参照特开昭59-224324号公报(以下称为专利文献5))。
并且，从注射工序过渡到了保压工序的时候，以设定的加速度使柱塞(plunger)的前进速度减速，直到气缸内压达到指定压力为止，然后进行保持指定压力的保压控制，这一方法也是已知的(参照特开平11-188763号公报(以下称为专利文献6))。
在从注射工序到保压工序的过渡中，所述的专利文献3～6中所记载的方法，减少螺杆等的惯性能量导致的切换时的螺杆前进移动量。另外，上述的专利文献1以及2中所记载的方法，在从该注射工序到保压工序的过渡中，在螺杆从前进方向的移动向后退方向开始移动的时候，通过限制此时的后退移动速度，来防止气孔或气泡的产生，并可以抑制螺杆在进入后退动作后的压力急剧减小。但是，不能控制保压开始并且压力开始下降之后的压力，不能充分达到抑制气孔或气泡产生的目的。
图8是，到该保压工序的切换后，应用限制螺杆的后退速度的控制时的螺杆的速度、驱动螺杆的注射电动机的转矩、施加在树脂上的压力的关系的示意图。在图8中分别表示：(a)是螺杆的速度，(b)是驱动螺杆的注射电动机的输出转矩，(c)是施加在树脂上的压力。
在注射工序中，如图8的(a)所示，驱动螺杆控制成设定注射速度。在此期间，在模具内填充树脂，向该模具内的树脂施加的压力(注射压力)如图8的(c)所示上升。当到达从注射工序到保压工序的切换点(时刻t1点)时，切换到压力控制，如图8(b)所示，会使螺杆前进停止并且注射电动机产生逆方向(使螺杆后退的方向)的最大转矩。此外，以后螺杆的前进方向的速度、转矩叫做正速度、正转矩，另外螺杆后退方向的速度、转矩叫做负速度、负转矩。即使注射电动机产生最大负转矩，螺杆也会由于惯性能量而前进(专利文献3～6中所记载的方法减少该前进量)，在该前进期间，施加在树脂上的压力如图8的(c)所示增大。
然后，在时刻t2，速度从正值变为负值，当螺杆开始后退时，施加在树脂上的压力如图8的(c)所示开始下降。此时，在未对螺杆后退速度设定限制时，螺杆的后退速度增大，在图8(c)中，记载了速度限制前的用实线表示的压力(保压)施加在树脂上，压力急剧下降。另一方面，如所述专利文献1、2中所记载的方法，在对螺杆后退速度设定限制值并进行控制时(参照图8的(a))，由于螺杆的后退速度受到限制，如图8的(c)中虚线所示的速度限制后的曲线图，施加在树脂上的压力(保压)的下降减缓，能防止急剧的压力下降并抑制气孔、气泡的产生。
但是，如图8所示，从螺杆的前进动作切换到后退动作、螺杆开始后退，直到达到设定该后退速度的后退速度限制值为止，未进行任何控制，施加在树脂上的压力急剧减小。即，在图8中，在时刻t2到t3之间，施加在树脂上的压力急剧减小(参照图8(c))，没有进行其间的压力控制。因此，由于此期间急剧的压力减小，成为产生气孔或气泡的原因，使成型制品的品质降低。
发明内容
本发明涉及一种注射成型机的控制装置，其通过压力反馈控制，进行保压工序中的压力控制。
本发明的注射成型机的控制装置的第1方式具有：在保压工序开始后的每一经过时间，设定与注射时的螺杆前进方向成逆方向的转矩限制值的转矩限制值设定单元；按照所述转矩限制值设定单元所设定的经过时间和转矩限制值，在每一经过时间限制转矩的单元。
也可以通过所述转矩限制值设定单元，在保压开始后，将螺杆的前进速度成为零为止的所述逆方向的转矩限制值作为最大转速，在螺杆的前进速度成为零以后的每一经过时间，设定所述逆方向的转矩限制值。
也可以通过所述转矩限制值设定单元将所述每一经过时间的转矩限制值预先模式化并设定多个模式(pattren)，将这些所设定的多个模式储存在储存单元中，从该存储单元选择性地取出任意的模式。
也可以在画面上显示所述每一经过时间的转矩限制值的设定值和实际的转矩
本发明的注射成型机控制装置的第2方式具有：对与螺杆的前进方向成逆方向的转矩限制值、用该转矩限制值限制转矩的区间、开始转矩限制的螺杆的移动速度进行设定的单元；检测所述螺杆的移动速度的单元；在用所述螺杆移动速度检测单元检测的速度成为所设定的值时，在所设定的区间，将转矩限制为设定转矩限制值的单元。
根据本发明，在保压开始时，由于可以在螺杆开始后退时限制使螺杆后退方向的转矩并使其变小，螺杆后退速度变缓，能防止施加在树脂上的压力的急剧下降，因此可以防止气孔或气泡的产生并提高成型制品的品质。
附图说明
通过参照附图的以下实施例的说明，可以说明本发明的所述以及其他的目的及特征。其中：
图1是本发明的注射成型机的控制装置的一实施方式的主要部分的框图。
图2是表示图1的控制装置的伺服CPU在保压工序时实施的控制的第一形态的框图。
图3是表示图1的控制装置的伺服CPU在保压工序时实施的控制的第二形态的框图。
图4是表示图1的控制装置在执行压力反馈控制时的、注射工序及其接下来的保压工序中的、螺杆速度(a)、注射用伺服电动机的输出转矩(b)以及施加在树脂上的压力(c)的关系的曲线图。
图5是表示保压工序开始后的转矩限制值模式的例子、和以该转矩限制值模式控制时的实际压力的示意图。
图6是表示在以带有斜度的轮廓(profile)设定保压工序开始后的转矩限制值模式的情况下的、注射工序以及其接下来的保压工序中的螺杆速度(a)、注射用伺服电动机的输出转矩(b)、以及施加在树脂上的压力(c)的关系的曲线图。
图7是表示在以带有曲线的轮廓设定保压工序开始后的转矩限制值模式的情况下的、注射工序以及其接下来的保压工序中的螺杆速度(a)、注射用伺服电动机的输出转矩(b)、以及施加在树脂上的压力(c)的关系的曲线图。
图8是表示在现有技术中，从注射工序到保压工序的切换后，限制螺杆的后退速度时的螺杆速度(a)、注射用伺服电动机的输出转矩(b)、以及施加在树脂上的压力(c)的关系的曲线图。
具体实施方式
图1是将本发明应用于电动式注射成型机上时的一实施方式的主要部分的框图。
在注射成型机的注射气缸1的前端安装喷嘴部2。在该注射气缸1内插入注射螺杆3。在注射螺杆3中设有压力传感器5，该压力传感器是通过施加在该注射螺杆3上的压力来检测施加在树脂上的压力的测力传感器等。螺杆旋转用伺服电动机M2，通过由滑轮、带等构成的传动单元6使注射螺杆3旋转。另外，由注射用伺服电动机M1，经过传送单元7驱动注射螺杆3，并使其向注射螺杆3的轴方向移动，该传送单元7包含把滑轮、带、球状螺钉/螺母机构等的旋转运动变换为直线运动的机构。此外，符号P1是通过检测伺服电动机M1的位置或速度，来检测注射螺杆3的轴方向的位置以及速度的位置/速度检测器。符号P2是通过检测伺服电动机M2的位置或速度，检测注射螺杆3的旋转位置以及速度的位置/速度检测器。另外，符号4是为注射气缸1供给树脂的料斗。
本发明的注射成型机的控制装置10具有：作为数值控制用的微处理器的CNCCPU20、作为可编程机器控制器用的微处理器的PMCCPU17、以及作为伺服控制用的微处理器的伺服CPU15，通过经由总线26选择相互的输入输出，可以在各个微处理器间进行信息传送。
伺服CPU15，与储存伺服控制专用的控制程序的ROM13、用于数据的暂时存储的RAM14连接，该控制程序控制含有在保压工序时所执行的压力反馈控制的各轴的伺服电动机。另外，伺服CPU15与A/D(模拟/数字)转换器16连接，以便可以检测来自设置于注射成型机本身侧的压力传感器5的压力信号。
并且，伺服CPU15，根据来自该CPU15的指令，与驱动分别连接在注射轴、螺杆旋转轴上的注射用、螺杆旋转用的伺服电动机M1、M2的伺服放大器12、11连接，将来自安装于各伺服电动机M1、M2上的位置/速度检测器P1、P2的输出，返回到伺服CPU15。根据来自位置/速度检测器P1、P2的位置反馈信号，通过伺服CPU15计算各伺服电动机M1、M2的旋转位置，并更新储存在各当前位置存储寄存器中。在图1中，仅对分别驱动注射轴、螺杆旋转轴的伺服电动机M1、M2，检测伺服电动机M1、M2的旋转位置以及速度的位置/速度检测器P1、P2以及伺服放大器12、11进行表示，但是把进行模具合模的合模轴、将成型制品从模具中取出的喷射器(ejector)轴等各轴的结构都与此相同，在图1中省略。
PMCCPU17与储存控制注射成型机的动作顺序(sequence)的顺序程序等的ROM18、以及用于计算数据的暂时储存等的RAM19连接。CNCCPU20与储存整体性控制注射成型机的自动运转程序等的ROM21、以及用于计算数据的暂时储存等的RAM22连接。
由非易失性储存器所构成的成型数据保存用RAM23是储存关于注射成型作业的成型条件和各种设定值、参数、宏(macro)变量等的成型数据保存用储存器。带CRT的手动数据输入装置25经过CRT显示电路24与总线26连接，可以进行图形显示画面、功能菜单的选择以及各种数据的设定、输入操作等，特别与本发明的关系是，由于从该带CRT的手动数据输入装置25输入并设定转矩限制值模式，因此设有数值数据输入用的数字键以及各种功能键。此外，作为显示装置，也可以使用液晶。
通过以上的构成，PMCCPU17控制注射成型机整体的动作顺序；CNCCPU20根据在ROM21的运转程序、在成型数据保存用RAM23中储存的成型条件等，对各轴的伺服电动机进行移动指令的分配；伺服CPU15根据对各轴所分配的移动指令和由位置/速度检测器P1、P2检测到的位置以及速度的反馈信号等，进行与现有一样的位置环控制、速度环控制以及电流环控制等伺服控制，并且，与本发明的关系是，通过从压力传感器5反馈的施加在树脂上的实际压力，在保压工序中进行压力反馈控制，驱动控制伺服电动机M1。
所述的构成和现有的电动式注射成型机的控制装置没有变化，与现有技术的不同点在于，在保压工序中，预先设定限制转矩指令值(电流指令值)的转矩限制值模式，储存在成型数据保存用RAM23中，在保压工序时，从该存储的转矩限制值模式，读出在该时刻的转矩限制值，并输出到伺服CPU15，伺服CPU15根据该转矩限制值，限制向注射用伺服电动机M1输出的转矩指令。
图2是表示伺服CPU15在保压工序时实施的控制的第一形态的框图。
伺服CPU15在保压工序时在每一规定周期执行如图2所示的处理，因此，从CNCCPU20输出基于设定保压的压力指令，从该压力指令扣除由压力传感器5检测到的被反馈的施加在树脂上的真实压力，求得压力偏差，根据该压力偏差，用压力补偿器101进行压力补偿处理，求得对应于压力偏差的速度指令。然后，从该速度指令扣除来自位置/速度检测器P1的速度反馈值，求得速度偏差，根据该速度偏差，用速度补偿器102执行速度补偿处理，求得转矩指令。然后，向转矩限制器103输入该转矩指令。
所输入的转矩指令如果超过在转矩限制器103中所设定的转矩限制值，则把该转矩限制值作为转矩指令输出。相反，如果所输入的转矩指令没有超过转矩限制值，则把从速度补偿器102输出的转矩指令原样地作为转矩指令输出。用转矩补偿器104处理该转矩指令(电流指令)与用设在伺服放大器12中的电流检测器(未图示)检测并被反馈的电流的差，求出向电动机的电压指令，经过伺服放大器12驱动控制注射用伺服电动机M1。
该图2所示的保压工序中的压力反馈控制，在设置转矩限制器103，对向逆方向(负方向)移动螺杆的转矩指令进行转矩限制控制这一点上，与现有的保压工序中的压力反馈控制不同。
图3表示伺服CPU15在保压工序时实施的控制的第2形态的框图。与图2所示的第1形态的不同点是，不设置速度补偿器102，从压力补偿器101求得转矩指令值。其余和图2所示的第1形态是一样的。
其次，对于在保压工序中这些各形态中的压力反馈控制的动作，参照图4加以说明。
图4表示在本实施方式中的注射工序、保压工序中螺杆速度、注射用伺服电动机的输出转矩、施加在树脂上的压力的关系，(a)表示螺杆速度、(b)表示注射用伺服电动机M1的输出转矩、(c)表示施加在树脂上的压力(通过压力传感器5检测到的压力)。并且，作为在向保压工序切换时的转矩限制值模式，如图4的(b)所示，将该转矩限制值模式设定于成型数据保存用RAM23中，读入该转矩限制模式并储存在RAM22中，所述转矩限制值模式是，从注射工序向保压工序切换的时刻t1到螺杆前进速度几乎为零的时刻t2，使向负方向(螺杆后退方向)的转矩限制值为最大值转矩(不进行转矩限制)，从时刻t2到规定区间T为止，使负方向(后退方向)的转矩限制值为最大值的70％，此后，为最大转矩(不进行转矩限制)。
在注射工序中，对螺杆的速度，即注射速度如图4(a)所示进行控制，注射用伺服电动机M1的输出转矩，为了获得该注射速度，如图4(b)所示变化。另外，施加在树脂上的压力(通过压力传感器5检测到的实际压力)如图4的(c)所示随着注射进行，由于将树脂填充于模具而顺次增加。当到达从注射工序到保压工序的切换点(t1)时，切换到压力控制，开始如图2以及图3所示的压力反馈控制。CNCCPU20，与压力指令一起，读出转矩限制值模式，把从保压工序开始的当前周期中的转矩限制值输出到转矩限制器103。
如图4的(c)所示，在从注射工序到保压工序的过渡时，用压力传感器5所检测的压力较大。然而，保压工序中的压力指令比向该保压工序切换时的树脂压力低。因此，压力偏差(压力指令值-检测压力值)变为负值，从压力补偿器101输出的值变为负值。在图2的形态中的压力反馈控制中，从该压力补偿器101输出的值，减去速度反馈值，但保压切换后，如图4的(a)所示，螺杆前进，速度反馈值为正。因此，由于从压力补偿器101输出的负值中减去正速度反馈值，负值变大，输入到速度补偿器102，从该速度补偿器102输出的转矩指令成为负的较大值。但是，由于转矩限制器103，到时刻t2为止把最大转矩作为限制值(即，不进行转矩限制)，所以转矩指令(不被限制)增大到负的最大转矩，如图4的(b)所示，注射用伺服电动机M1的输出转矩到达负的最大转矩，螺杆速度急剧减慢。
在图3的形态中的压力反馈控制中也同样，从压力补偿器101输出的较大的负值输入到转矩限制器103中，因为转矩限制器103的转矩限制值是最大转矩，所以输出较大的负的转矩指令，图4的(b)所示，注射用伺服电动机M1的输出转矩(不被限制)到达负的最大转矩，螺杆速度急剧减慢。
并且，当到达螺杆速度变成零，向负方向切换的时刻t2时，从CNCCPU20向转矩限制器103输出变小的负方向的转矩限制值(例如，最大转矩的70％程度的负方向的转矩限制值)，将转矩指令限制成该限制值。其结果是，如图4的(b)所示，注射用伺服电动机M1的负输出转矩成为受限制的值。
注射用伺服电动机M1的负输出转矩受限，由于变得比最大转矩小，已经正在向后退方向(负方向)移动中的螺杆的移动速度比受限制时要慢。其结果是，可以抑制树脂压力的急剧下降。图4的(c)，在时刻t2，用虚线表示进行后退方向(负方向)的转矩限制时的施加在树脂上的压力(用压力传感器5检测的压力)，用实线表示不进行转矩限制的情况(后退方向的限制值为最大转矩)。如该图4的(c)所示，向保压工序的压力控制切换，并且螺杆开始后退时，通过把后退方向的转矩限制值作为比最大转矩还小的值，使螺杆的后退速度下降，使施加在树脂上的压力下降减缓。和限制螺杆的后退速度的图8所示的现有方法作比较，如图8的(c)所示，在现有方法中，在螺杆开始后退之后的时刻t2～t3之间，施加在树脂上的压力急剧下降，然而在本实施形态中，如图4的(c)所示，在螺杆开始后退之后的时刻t2～t3所对应的区间中，压力下降变缓。另外，使该压力下降减缓的区间，也可以使设定的区间T的长度为最适合。由此来防止气孔、气泡的产生。
图5表示，在控制装置10中设定的保压工序开始后的转矩限制值模式的例子，和用该转矩限制值模式进行控制时的实际压力(用压力传感器5所检测出的施加在树脂上的压力)，为了比较，把以转矩限制值的100％作为最大转矩的例子表示为模式A。模式B表示使后退方向的转矩限制值在规定区间T内为最大转矩的70％程度时的例子，模式C表示使后退方向的转矩限制值在规定区间T内为最大转矩30％程度时的例子。
与模式A相比，模式B的实际压力在保压开始之后压力下降缓慢。而且，模式C比模式B压力下降更缓慢。由此，通过选择并设定最合适的该后退方向的转矩限制值模式，可以成型不产生气孔或气泡的高品质成型制品。
所述的实施方式中，螺杆后退时的转矩限制值的模式呈阶段性变化，但该模式也可以是带有斜度的折线图那样的轮廓的转矩限制值模式、或带有曲线轮廓的转矩限制值模式。无论哪个，从螺杆开始后退，为了限制注射用伺服电动机M1的输出转矩都设定转矩限制值模式，CNCCPU20读入该转矩限制值模式，在当前周期把相应的转矩限制值输出到CPU15，如图2以及图3所示，实施包含转矩指令的限制的压力反馈控制。
图6是表示以带斜度的折线图那样的轮廓来设定转矩限制值的模式时的动作状态的图，将模式设定成：保压工序开始后，从螺杆开始后退的时刻t2，负转矩限制值带有斜度地变小到达规定值，从时刻t2经过规定区间T到达的时刻t3开始，带有斜度地增大到最大转矩。根据该转矩限制值模式的转矩限制，由于在螺杆开始后退时负方向(螺杆后退方向)的转矩限制值变小，所以如图6(c)所示，施加在树脂上的压力的下降变缓，防止急剧下降。
图7是表示把转矩限制值模式作为带曲线的轮廓时的动作状态图，将模式设定成：保压工序开始后，螺杆后退开始的时刻t2开始转矩限制值曲线状变小到达规定值，从时刻t2经过规定区间T到达时间t3开始，曲线状地增大到最大转矩。根据该转矩限制值模式的转矩限制，由于螺杆开始后退时负方向(螺杆后退方向)的转矩限制值变小，所以如图7(c)所示，施加在树脂上的压力下降变缓，防止急剧下降。
转矩限制值模式的设定，可以通过从带CRT的手动数据输入装置25输入该模式来进行。例如：在从保压开始的CNCCPU20向伺服CPU15输出指令的每一周期上设定转矩限制值，可以设定如图4以及图5所示的阶段性模式、如图6所示的带有倾斜的轮廓模式、如图7所示的曲线状的轮廓模式。还可以设定各种转矩限制值模式并储存在成型数据保存用RAM23中，把该模式显示在带CRT的手动数据输入装置25的显示器中，进行模式的选择。此外，把选择的转矩限制值模式和用该转矩限制值模式进行保压控制并用伺服放大器12检测到的实际转矩显示在显示器上，可以确认其效果。根据需要，变更模式，选择其他的转矩限制值模式。
另外，在图4以及图5所示阶段的模式中也可以是，由于从螺杆后退开始，开始转矩限制，所以用安装在注射用伺服电动机中的速度检测器的位置/速度检测器P1检测的速度为‘0’或在‘0’附近，在将转矩限制值从最大转矩值切换至所期望的转矩限制值后，设定进行所期望的转矩限制的规定区间T(周期数)，在经过该区间T时切换到最大转矩。
Claims (5)
1.一种注射成型机的控制装置，其通过压力反馈控制进行保压工序中的压力控制，具有：
在保压工序开始后的每一经过时间，设定与注射时的螺杆前进方向成逆方向的转矩限制值的转矩限制值设定单元；和
按照用所述转矩限制值设定单元设定的经过时间和转矩限制值，在每一经过时间限制转矩的单元。
2.根据权利要求1所述的注射成型机的控制装置，其中，
由所述转矩限制值设定单元，在保压开始后，将直到螺杆的前进速度变为零为止的所述逆方向的转矩限制值作为最大转矩，在螺杆的前进速度变为零以后的每一经过时间，设定所述逆方向的转矩限制值。
3.根据权利要求1所述的注射成型机的控制装置，其中，
通过所述转矩限制值设定单元将所述每一经过时间的转矩限制值预先模式化并设定多个模式，将这些所设定的多个模式储存在储存单元中，从该存储单元选择性地取出任意的模式。
4.根据权利要求1所述的注射成型机的控制装置，其中，
在画面上显示所述每一经过时间的转矩限制值的设定值和实际的转矩。
5.一种注射成型机的控制装置，其通过压力反馈控制进行保压工序中的压力的控制，具有：
对与螺杆的前进方向成逆方向的转矩限制值、用该转矩限制值限制转矩的区间、以及开始转矩限制的螺杆的移动速度进行设定的单元；
检测所述螺杆的移动速度的单元；和
在用所述螺杆移动速度检测单元检测的速度成为所设定的值时，在所设定的区间，将转矩限制为设定转矩限制值的单元。
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