DE102008011695B4 - Inertia detection in an injection molding machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Antreiben eines bewegbaren Teiles einer bzw. für eine Spritzgießmaschine (13), wobei die Trägheit des bewegbaren Teiles direkt oder indirekt ermittelt wird und das Antreiben des bewegbaren Teiles in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit erfolgt, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit Sollverläufe für den Weg und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des bewegbaren Teiles bestimmt und einer Steuer- oder Regeleinrichtung der Antriebseinheit zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Betriebsgrößen oder Sollgrößen der das bewegbare Teil antreibenden Antriebseinheit, nämlich Motorstrom, Hydraulikdruck oder Drehzahl, ermittelt wird. A method for driving a movable part of or for an injection molding machine (13), wherein the inertia of the movable part is determined directly or indirectly and the driving of the movable part in response to the determined inertia, wherein depending on the determined inertia nominal curves for the path and / or the speed and / or the acceleration of the movable part are determined and supplied to a control or regulating device of the drive unit, characterized in that the inertia of the movable part of operating variables or nominal values of the drive unit driving the movable part, namely motor current, Hydraulic pressure or speed, is determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben eines bewegbaren Teiles einer bzw. für eine Spritzgießmaschine.The present invention relates to a method for driving a movable part of or for an injection molding machine.
Das Arbeiten mit Spritzgießmaschinen beinhaltet zwangsläufig die Notwendigkeit bewegbare Teile einer Spritzgießmaschine bzw. für eine Spritzgießmaschine anzutreiben, das heißt zu beschleunigen oder zu bremsen. Erstaunlicherweise geschah dies bisher ohne Berücksichtigung der Tatsache, dass sich die Trägheit der zu bewegenden Teile, das heißt der Widerstand den die Teile einer Änderung ihres Bewegungszustandes entgegensetzen, von Mal zu Mal unterscheiden kann.Working with injection molding machines inevitably involves the need to drive movable parts of an injection molding machine or for an injection molding machine, that is, to accelerate or decelerate. Surprisingly, this has hitherto done without taking into account the fact that the inertia of the parts to be moved, that is, the resistance to which the parts oppose a change in their state of motion, may differ from time to time.
Beispielsweise ist im Zuge eines Spritzgießverfahrens üblicherweise eine bewegbare Formaufspannplatte translatorisch auf eine feststehende Formaufspannplatte hin- und von dieser wegzubewegen. Dabei unterscheidet sich die Trägheit (Masse) der bewegbaren Formaufspannplatte je nachdem, welche Masse die an der bewegbaren Formaufspannplatte angebrachte Formhälfte aufweist.For example, in the course of an injection molding process usually a movable platen translationally on a fixed platen back and move away from this. In this case, the inertia (mass) of the movable platen differs depending on which mass has attached to the movable platen half mold.
Es sind auch Spritzgießmaschinen bekannt, bei denen Drehtische mit aufgebauten Werkzeugen translatorisch hin- und herbewegt sowie gedreht werden müssen. Das Drehen erfolgt dabei in den meisten Fällen zwischen zwei mechanischen Anschlägen. Das heißt, dass die genaue Position nicht über den Antrieb des Drehtisches gewährleistet wird, sondern dass sich der Antrieb mit einer bestimmten Kraft an den jeweiligen Anschlag anlegt und so den Drehtisch in dieser Position beim Schließen der Spritzgießmaschine hält.There are also injection molding machines are known in which turntables with built tools translationally reciprocated and rotated. The turning takes place in most cases between two mechanical stops. This means that the exact position is not ensured by the drive of the turntable, but that the drive applies a certain force to the respective stop and thus keeps the turntable in this position when closing the injection molding machine.
Werkseitig erfolgt dabei eine Voreinstellung der Steuerung des Drehtisches mit fixen Beschleunigungs- bzw. Bremsrampen. Diese voreingestellten Rampen werden dabei im leeren Betrieb des Drehtisches oder bei einem aufgebauten Prüfklotz eingestellt.The factory default setting of the control of the turntable with fixed acceleration or braking ramps. These preset ramps are set when the turntable is empty or when a test block is set up.
Verwendet nun der Benutzer ein Werkzeug mit einem anderen Trägheitsmoment als bei der werkseitigen Einstellung aufgebaut war, kommt es zu einem verfrühten oder verspäteten Anliegen (Anschlagen) an den jeweiligen mechanischen Anschlag.Now uses the user a tool with a different moment of inertia than in the factory setting was established, it comes to a premature or delayed concerns (striking) to the respective mechanical stop.
Im Falle eines vorzeitigen Anschlagens kann es zu einer Deformation des Anschlages bis hin zu einer bleibenden Verformung kommen. Ist das Trägheitsmoment geringer als bei der werkseitigen Einstellung, wird der Anschlag mit sehr langsamer Geschwindigkeit angefahren, was die Zykluszeit des Spritzgießvorganges erhöht.In the case of premature striking, it may lead to a deformation of the stop up to a permanent deformation. If the moment of inertia is lower than in the factory setting, the stop is approached at a very slow speed, which increases the cycle time of the injection molding process.
Das Gleiche gilt natürlich auch für die translatorische Bewegung.The same applies of course to the translatory movement.
Ein anderes Beispiel bezieht sich auf im Handlingbereich eingesetzte Handlingteile, wie beispielsweise hochdynamische lineare Portalroboter. Bei diesen ist es aufgrund der möglichst gewichtssparenden und teilweise auskragenden Bauweise und der Schwingungsneigung notwendig, gewisse Grenzen für Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke einzuhalten.Another example relates to handling parts used in handling, such as highly dynamic linear gantry robots. In these, it is necessary to comply with certain limits for speeds, accelerations and / or jerks due to the weight-saving and partially cantilevered construction and the tendency to oscillate.
Um in Bereichen, in welchen die Bauteile ohnehin weniger belastet werden, keine allzu konservativen Grenzen vorzugeben, existiert im Stand der Technik bereits ein Verfahren, welches die Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke im Wesentlichen abhängig von den Start- und Zielpositionen reduziert. Damit werden die Grenzen der Schwingungsneigung angepasst. Es wird hiefür allerdings eine feste (im Allgemeinen die maximal zulässige) Zuladung zugrunde gelegt.In order not to prescribe overly conservative limits in areas in which the components are already subjected to less stress anyway, a method which reduces the speeds, accelerations and / or jerks substantially dependent on the start and target positions already exists in the prior art. This adjusts the limits of vibration tendency. However, this is based on a fixed (generally the maximum permissible) payload.
Als Stand der Technik sind die
Ferner ist die JP H04- 148 910 A bekannt. In diesem Zusammenhang soll eine Schließ- und Öffnungssteuervorrichtung bereitgestellt werden, mit der ein kleiner dimensionierter Motor verwendet werden kann. Als weitere Dokumente sind die
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass ein ökonomischeres Antreiben ermöglicht wird.The object of the invention is to develop a generic method such that a more economical driving is made possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
So wird bei dem diskutierten Beispiel der bewegbaren Formaufspannplatte die translatorische Bewegung der Formaufspannplatte in Abhängigkeit von der tatsächlichen Gesamtmasse (Formaufspannplatte und Formhälfte) festgelegt.Thus, in the example discussed, the movable platen determines the translational movement of the platen as a function of the actual total mass (mold platen and mold half).
Bei dem diskutierten Beispiel des Drehtisches können die Beschleunigungs- und Bremsrampen für die Rotations- bzw. Translationsbewegung an das jeweilige tatsächliche Trägheitsmoment bzw. an die Masse des Drehtisches samt aufgebautem Werkzeug angepasst werden.In the example of the turntable discussed, the acceleration and deceleration ramps can be used for rotational or translational movement the respective actual moment of inertia or be adapted to the mass of the turntable including built-tool.
Hinsichtlich des diskutierten Beispiels aus dem Handlingbereich, können die aktuellen Lastverhältnisse berücksichtigt werden. Die Handlingteile können dadurch kontrolliert bis an ihre mechanischen Leistungsgrenzen belastet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie durch bestimmte Anwendungen überlastet werden.With regard to the discussed example from the handling area, the current load conditions can be taken into account. The handling parts can thus be controlled to their mechanical performance limits without the risk of being overloaded by certain applications.
Ganz generell kann in der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Antreiben“ sowohl Abbremsen als auch Beschleunigen bedeuten. Unter einer direkten Ermittlung der Trägheit wird eine zahlenmäßige Bestimmung des Wertes der Trägheit verstanden. Bei einer indirekten Ermittlung der Trägheit wird der Wert solcher physikalischer Größen (eine oder mehrere) zahlenmäßig bestimmt, die sich in Abhängigkeit der tatsächlich vorhandenen Trägheit ändern. In diesen Fällen ist der Wert der Trägheit selbst nicht bekannt.More generally, in the present disclosure, the term "driving" may mean both deceleration and acceleration. A direct determination of the inertia is understood to be a numerical determination of the value of the inertia. Indirect determination of inertia numerically determines the value of such physical quantities (one or more) that vary depending on the actual inertia present. In these cases, the value of inertia itself is unknown.
Erfolgt das Antreiben des bewegbaren Teils zumindest über einen Streckenabschnitt translatorisch, so ist als Trägheit des bewegbaren Teiles dessen Masse zu ermitteln.If the driving of the movable part takes place translationally, at least over a distance section, its mass is to be determined as the inertia of the movable part.
Kommt es zum Antreiben des bewegbaren Teiles durch Drehung um eine Drehachse, so ist die Trägheit in Form des Trägheitsmomentes des bewegbaren Teiles bezüglich der Drehachse zu ermitteln.If it comes to driving the movable part by rotation about an axis of rotation, the inertia in the form of the moment of inertia of the movable part with respect to the axis of rotation is to be determined.
Bei einer Kombination von Translation und Rotation kann es notwendig sein, sowohl Masse als auch Trägheitsmoment (also die Gesamtträgheit oder generalisierte Masse) zu ermitteln.In a combination of translation and rotation, it may be necessary to determine both mass and moment of inertia (ie, total inertia or generalized mass).
An sich bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, die Trägheit des bewegbaren Teiles direkt oder indirekt zu ermitteln. Einerseits ist es möglich die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Bewegungsgrößen und/oder antreibenden Größen (zum Beispiel Kraft) zu ermitteln. Dabei bieten sich der zurückgelegte bzw. zurückzulegende Weg, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, der Ruck oder daraus abgeleitete Größen, jeweils isoliert oder in Kombination miteinander an.In itself, there are various ways to determine the inertia of the movable part directly or indirectly. On the one hand, it is possible to determine the inertia of the movable part from movement quantities and / or driving variables (for example force). The distance covered or the distance to be traveled, the speed, the acceleration, the jerk or the quantities derived therefrom can be used in isolation or in combination with each other.
Ebenso ist es denkbar, die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Betriebsgrößen der das bewegbare Teil antreibenden Antriebseinheit zu ermitteln. Je nach Typ der Antriebseinheit kann es sich dabei um den Motorstrom, den Hydraulikdruck, der Drehzahl oder dergleichen handeln.It is also conceivable to determine the inertia of the movable part from operating variables of the drive unit driving the movable part. Depending on the type of drive unit, this may be the motor current, the hydraulic pressure, the speed or the like.
Die Ermittlung der Trägheit des bewegbaren Teiles kann dabei jeweils anhand gesonderter Bewegungen vor dem Antreiben erfolgen. Es ist auch möglich, die Trägheit des bewegbaren Teiles während des Antreibens, zum Beispiel zu Beginn des Antreibens zu ermitteln.The determination of the inertia of the movable part can be carried out in each case by means of separate movements before driving. It is also possible to determine the inertia of the movable part during driving, for example at the beginning of the driving.
Beispielsweise könnte es bei einem Drehtisch im Einrichtbetrieb durch Messung des Hydraulikdruckes am Hydromotor oder des Stromes eines Servomotors in den Beschleunigungsphasen zu einer Ermittlung des Trägheitsmoments des Drehtisches samt aufgebautem Werkzeug bzw. bei bekanntem Trägheitsmoment des Drehtisches des gesonderten Trägheitsmoments des aufgebauten Werkzeuges kommen. Entsprechend können die Beschleunigungs- und Bremsrampen steiler oder flacher eingestellt werden.For example, in a turntable in Einrichtbetrieb by measuring the hydraulic pressure on the hydraulic motor or the flow of a servo motor in the acceleration phases to a determination of the moment of inertia of the turntable including built tool or with known moment of inertia of the turntable of the separate moment of inertia of the built tool. Accordingly, the acceleration and deceleration ramps can be set steeper or flatter.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich in Bezug auf dieses Beispiel sieht eine besonders einfache Ausführung vor (speziell bei elektrisch angetriebenen Drehtischen) die Zeit oder den Weg für den tatsächlichen Beschleunigungsvorgang zu ermitteln. Dies stellt ein Beispiel für eine indirekte Ermittlung der Trägheit des bewegbaren Teiles dar. Unter einer näherungsweisen Vernachlässigung der Reibung wird für den Bremsvorgang dieselbe Zeit bzw. derselbe Weg wie für die Beschleunigung benötigt. Damit kann der rechtzeitige und optimale Zeitpunkt der Einleitung des Bremsvorganges ermittelt werden. Hierdurch ergibt sich die optimale Steilheit der Rampen sozusagen automatisch. Die maximal mögliche Steigung kann natürlich beschränkt werden.In particular, but not exclusively, with respect to this example, a particularly simple design provides (especially for electrically driven turntables) to determine the time or path for the actual acceleration operation. This is an example of indirect determination of the inertia of the movable part. Under an approximate neglect of the friction, the same time or the same way as for the acceleration is required for the braking operation. Thus, the timely and optimal timing of the initiation of the braking process can be determined. This results in the optimal slope of the ramps, so to speak automatically. The maximum possible slope can of course be limited.
Unabhängig von der Art wie die Trägheit des bewegbaren Teiles ermittelt wird, kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit, vorzugsweise laufend, Parameter für eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Antriebseinheit bestimmt werden. Diese oder zusätzlich ermittelte Parameter können dazu verwendet werden, Sollverläufe des Weges und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des bewegbaren Teiles festzulegen. Diese Sollverläufe können von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Bewegung des bewegbaren Teiles verwendet werden.Regardless of the way in which the inertia of the movable part is determined, it can be provided that, depending on the determined inertia, preferably continuously, parameters for a control or regulating device of the drive unit are determined. These or additionally determined parameters can be used to set desired course of the path and / or the speed and / or acceleration of the movable part. These nominal curves can be used by the control device for controlling the movement of the movable part.
Verschiedenste Verfahren zum Ermitteln der Trägheit der bewegbaren Teile sind dem Fachmann natürlich bekannt und müssen daher nicht im Detail erläutert werden. Insbesondere gehören auch Algorithmen zur elektronischen Ermittlung der Trägheit in Abhängigkeit von Messsignalen bereits zum Stand der Technik und können auch bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Derartige Algorithmen können zum Beispiel dem Lehrbuch „Applied Nonlinear Control, J.-J. Slotine, Prentice Hall (1991) entnommen werden.Various methods for determining the inertia of the movable parts are of course known to the person skilled in the art and therefore do not need to be explained in detail. In particular, algorithms for the electronic determination of the inertia as a function of measuring signals already belong to the prior art and can also be used in the present invention. Such algorithms can be found, for example, in the textbook "Applied Nonlinear Control, J.-J. Slotine, Prentice Hall (1991).
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Spritzgießmaschine mit als bewegbare - Formaufspannplatte und Drehtisch ausgebildeten bewegbaren Teilen,
2 ein Handlingteil für eine Spritzgießmaschine in Form eines Portalroboters und -
3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a side view of an injection molding machine with as a movable - Platen and turntable formed movable parts,
2 a handling part for an injection molding machine in the form of a gantry robot and -
3 an embodiment of the method according to the invention.
Der Drehtisch
Sowohl die bewegbare Formaufspannplatte
Die durchgezogene Kurve
Die strichlierte Kurve
Genau entgegengesetzt ist die Situation für den Fall der strichlierten Kurve
Claims (14)
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