JP2005007798A

JP2005007798A - 射出成形機の射出軸制御装置及び射出軸制御方法

Info

Publication number: JP2005007798A
Application number: JP2003176382A
Authority: JP
Inventors: Seishi Ochi; 清史越智
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】圧力制限処理を行う演算部の構成を、射出軸に対するユーザの基本的要求動作に近い構成とすることにより、ユーザの成形条件の最適化作業をより容易に実現できる射出制御装置を提供する。
【解決手段】射出圧力が第１圧力制限値を越えない範囲で動作している場合には、前記射出圧力に基づいて第１制御モードとされ、速度設定値に基づく射出軸の射出速度制御を行う第１制御手段と、前記射出圧力が前記第１圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第２制御モードとされ、前記射出圧力の目標値が前記第１圧力制限値となるように前記射出軸の射出速度制御を行う第２制御手段と、前記射出圧力が前記第１圧力制限値よりも高い第２圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第３制御モードとされ、圧力検出値が下降するように前記射出軸の射出速度制御を行う第３制御手段を備えてなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機の射出軸制御装置、それを備えた射出成形機及び射出成形機の射出軸制御方法に関し、特に、射出圧力の検出値に基づいて、制御モードを変更するようにした射出成形機の射出軸制御装置、及び射出成形機の射出軸制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の発明として、射出軸の圧力／速度の伝達関数を使用することによって、圧力設定値または圧力制限値に対する応答性の向上を追及するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１６８２８９号公報（第３−４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術では、圧力制御の高性能化を図るために、圧力モデルすなわち圧力／速度の伝達関数を定義する必要がある。しかしながら、特殊な成形条件においては、必ずしも想定した圧力モデルに合致しない場合も考えられる。また、成形ユーザとしては、必ずしも設定値に対する応答性だけを追及するのではなく、より柔軟に成形条件を決定できるように制御パラメータの調整を必要とする場合もある。
【０００５】
このようなユーザニーズに対して、上述の従来の技術は、成形機としての圧力制御性能の改善には寄与するものの、成形ユーザが感覚的に成形条件を調整したい場合に、制御パラメータの調整によって、成形条件の微妙な変更を行うことが困難であるという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、制御アルゴリズムをユーザの感覚に近い制御器の構成で実現することにより、成形機ユーザが成形条件を微調整するために、容易に制御パラメータを調整することができる射出成形機の射出軸制御装置、及びそれを備えた射出成形機、並びに射出成形機の射出軸制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、射出成形機の射出軸を制御する射出成形機の射出軸制御装置であって、射出圧力が第１圧力制限値を越えない範囲で動作している場合には、前記射出圧力に基づいて第１制御モードとされ、速度設定値に基づく射出軸の射出速度制御を行う第１制御手段と、前記射出圧力が前記第１圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第２制御モードとされ、前記射出圧力の目標値が前記第１圧力制限値となるように前記射出軸の射出速度制御を行う第２制御手段と、前記射出圧力が前記第１圧力制限値よりも高い第２圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第３制御モードとされ、圧力検出値が下降するように前記射出軸の射出速度制御を行う第３制御手段を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施の形態において、第１制御手段は、速度設定値ω^＊により、速度制御を行う速度制御器３にて構成される。また、第２制御手段は、第１調節器４２と速度制御器３にて構成される。なお、第１制御モードから第２モードへの切り替えは、射出圧力と第１圧力制限値に基づいてモード切替を判別するモード切替判別部４４と、該判別部４４の出力に基づいてスイッチを切り替えるセレクタ４５により実行される。また、第３制御手段は、第２調節器４３と速度制御器３により構成される。なお、第２制御モードから第３制御モードへの切り替えは、射出圧力と第２圧力制限値に基づいてモード切替を判別するモード切替判別部４４と、該判別部４４の出力に基づいてスイッチを切り替えるセレクタ４５により実行される。
【０００９】
また、本発明の射出成形機の射出軸制御装置において、前記第１圧力制限値は任意に設定可能であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の射出成形機の射出軸制御装置において、前記第２圧力制限値は任意に設定可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、上述した射出成形機の射出軸制御装置を備えてなる射出機及び射出成形機が提供される。
【００１２】
また、本発明は、射出成形機の射出軸を制御する射出成形機の射出軸制御方法であって、射出圧力の検出値が第１圧力制限値を越えない範囲で動作している場合には、前記射出圧力に基づいて第１制御モードとされ、速度設定値に基づく射出軸の射出速度制御を行う第１制御ステップと、射出圧力の検出値が前記第１圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第２制御モードとされ、前記射出圧力の目標値が前記第１圧力制限値となるように前記射出軸の射出速度制御を行う第２制御ステップと、前記射出圧力の検出値が前記第１圧力制限値よりも高い第２圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第３制御モードとされ、圧力検出値が下降するように前記射出軸の射出速度制御を行う第３制御ステップを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の実施の形態における基本構成について説明する。
樹脂を金型に充填するという射出軸の動作は、基本的には、充填速度すなわち射出速度を制御することによって行われる。射出成形機のユーザとして成形条件を決定する場合には、射出速度の設定を微妙に調節しながら、最適な成形条件を求めていくものである。しかし、金型が破損しないように圧力制限値を設定し、設定した圧力制限値の範囲内で成形条件が得られなければならない。また、故意に圧力制限値にかかるようにし、一定圧力充填を狙った成形条件もあり得る。これが、射出軸に対するユーザの基本的要求動作であると考えられる。
【００１４】
本実施の形態の基本構成においては、以上のような基本的要求動作を以下の３パターンに集約して制御器の構成を行うことを特徴とする。
（１）第１制御モード（射出圧力が第１圧力制限値を越えない場合）
基本的には速度制御で動作する。従って射出圧力を制限する制御は行わない。
（２）第２制御モード（射出圧力が第１圧力制限値にかかった場合）
圧力制限を実行する。この場合、圧力検出値が圧力制限値に一致するように射出軸の速度が制御される。
（３）第３制御モード（射出圧力が第２圧力制限値である危険圧力に到達した場合）
急激な圧力制限処理を実行する。この場合、直ちに圧力が下降するように射出軸の速度が制御される。
【００１５】
これは、次に示す条件判断をもつセレクタ処理として実現できる。
（１）Ｐ_ＦＢ＜Ｐｌｉｍ１であれば第１制御モードを実行
（２）Ｐ_ＦＢ≧Ｐｌｉｍ１であれば第２制御モードを実行
（３）Ｐ_ＦＢ≧Ｐｌｉｍ２であれば第３制御モードを実行
ただし、Ｐ_ＦＢ：圧力検出値，Ｐｌｉｍ１：第１圧力制限値，Ｐｌｉｍ２：第２圧力制限値（危険圧力）である。また、第１〜第３制御モードは、圧力制限の処理モードを意味する。
以下、各モードの処理内容について説明する。
【００１６】
（第１制御モードの処理）
圧力検出値が圧力制限値以下の場合であるから、圧力制限のための制御動作は行わず、射出速度設定値に対する速度制御が実行されるように制御手段（第１制御手段）が構成される。
【００１７】
（第２制御モードの処理）
圧力検出値が圧力制限値に等しくなるように、圧力制限動作を行う。従って、圧力検出値が圧力制限値を越えた時点の状態をできるだけ維持するよう、動作が急変しないよう制御手段（第２制御手段）が構成される。従って、第２制御手段は、第１制御手段に対して、更に圧力制限動作を行うための圧力制限処理部が備えられて構成され、この圧力制限処理部はＰＩ制御器等の積分器を有するもので構成される。また、圧力制限状態を微妙に調整したい場合には、ユーザが、積分時間を調整することによって、行うことができるようにする。
【００１８】
（第３制御モードの処理）
圧力検出値が危険圧力に到達した場合の処理であるため、圧力制限動作を行う圧力制限処理部において、第２制御手段の場合よりも感度（ゲイン）の高い制御器を備えて第３制御手段を構成する。このモードで制御器は、直ちに圧力を低下させることが最優先の処理となるため、動作の急変はやむを得ないものとなる。
【００１９】
本発明の実施の形態における基本構成の作用について説明する。前述したような制御器の構成とすることによって、ユーザが最適な成形条件を得るための調整が容易になる。
まず、第１制御モードは、圧力制限にかからない場合の処理であり、純粋な速度制御が行われる。従って、圧力制限のパラメータとは無関係であるため、圧力制限処理に影響を与えることはない。
【００２０】
第２制御モードは、圧力制限にかかった場合の処理であるが、成形条件や樹脂の充填状態、金型構造等によって、圧力制限状態の理想形は様々である。そこで、ユーザが圧力制限器の制御パラメータを調整することによって、理想の圧力制限状態に近づけることができるように、制御パラメータをユーザに開放しておく。また、ユーザが自由に制御パラメータを調整した場合、圧力制限が有効に働かず、過大な圧力を発生してしまう場合も想定されるが、その場合には、第３制御モードの動作が働くため、過大な圧力による金型損傷等の問題を気にすることなくユーザは第２制御モードでの成形条件の調整に専念することができる。
【００２１】
第３制御モードは、危険圧力に到達した場合の処理であるが、直ちに圧力が低下するように、射出速度を急変させる処理を組み込んでおく。ユーザは、金型に応じた危険圧力の設定値を設定しておくことで、第２制御モードでの作業に専念することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態についてより具体的に説明する。図１は本発明の一実施形態を示す射出軸制御装置を示すブロック図である。
図１において、まず、破線Ｌより左側が本発明の制御アルゴリズムを演算するコントローラ１を表し、破線Ｌより右側が実際の制御対象２すなわち射出軸を表している。コントローラ１は速度制御器３と圧力制限処理部４とから構成されている。
【００２３】
図１において、制御対象２は射出用モータ２１およびスクリュ／シリンダ２２で構成されている。ここで、動力を伝達する機構すなわちボールネジやベルトプーリ等は、モータ２１の回転速度をスクリュの前進速度に変換するのみであり、制御アルゴリズムを示すブロック図としてはあまり重要な意味をもたないため省略してある。モータ２１への入力は、コントローラ１からの制御出力であるモータ電流（モータトルク）であり、モータ２１の出力はモータの回転速度（射出速度に相当する）としており、その伝達関数をＧｍとして表している。
【００２４】
スクリュ／シリンダ２２への入力は、モータ２１の回転速度、即ち射出速度、出力は射出圧力であり、その伝達関数をＧｐとして表している。また、モータ速度はパルスエンコーダ２３からの信号をコントローラ１によって検出し、ω_ＦＢとして速度制御器３に入力される。射出圧力は、ロードセル２４からの信号をコントローラ１で検出し圧力制限処理部４に入力されている。
【００２５】
圧力制限処理部４は、圧力制限値と、ロードセル出力信号が入力される加算器４１と、加算器４１の出力がそれぞれ入力される第１調節器４２及び第２調節器４３と、圧力制限値とロードセル出力信号が入力され、モード切替判別を行うモード切替判別部４４と、モード切替判別部４４の出力である切替信号が入力され、速度設定値、第１調節器４２、又は第２調節器４３の出力値のいずれかを選択し速度制御器３に出力するセレクタ４５とを備えて構成される。
【００２６】
次に圧力制限処理部４の動作について説明する。動作の基準となるのは、モード切替判別部４４であり、該判別部４４から発生する切替信号に従って、セレクタ４５の状態が選択される。モード切替判別部４４への入力は、圧力制限値Ｐ_ＬＩＭ（Ｐｌｉｍ１，Ｐｌｉｍ２）および、ロードセル２４の出力信号である圧力検出値（Ｐ_ＦＢ）であり、次のアルゴリズムによって切替信号を出力する。ここでＰ_ＬＩＭは、２つの圧力制限値Ｐｌｉｍ１，Ｐｌｉｍ２を同時に示す場合の表現方法とする。
【００２７】
（１）Ｐ_ＦＢ＜Ｐｌｉｍ１であれば第１制御モードを実行（セレクタはセレクタ接点ａを速度制御器に接続）
（２）Ｐ_ＦＢ≧Ｐｌｉｍ１であれば第２制御モードを実行（セレクタはセレクタ接点ｂを速度制御器に接続）
（３）Ｐ_ＦＢ≧Ｐｌｉｍ２であれば第３制御モードを実行（セレクタはセレクタ接点ｃを速度制御器に接続）
【００２８】
ただし、Ｐ_ＦＢ：圧力検出値，Ｐｌｉｍ１：圧力制限値１，Ｐｌｉｍ２：圧力制限値２（危険圧力）である。
【００２９】
次に、各モード毎の動作について説明する。
まず、圧力制限値内で動作している場合、モード切替判別部４４は、セレクタ４５のスイッチを接点ａに接続し、第１制御モードによる制御が実行される。
第１制御モードでは、圧力制限値以内で動作しているため、上位からの速度設定値ω^＊に従って、速度制御が行われる。セレクタスイッチは接点ａに接続されており、速度設定値ω^＊はそのまま速度制御器３への速度指令となる。速度制御器３は実際の速度が速度設定値に一致するように速度制御を行う。圧力制限値にかかった場合には、次の第２制御モードによる圧力制限が実行される。
【００３０】
次に、圧力制限値にかかった場合、モード切替判別部４４は、セレクタ４５のスイッチを接点ｂに接続し、圧力制限を実行する第２制御モードによる制御が実行され、圧力検出値が圧力制限値に一致するように制御される。
第２制御モードでは、圧力制限値と実際の圧力検出値の差に基づいて、第１調節器によるＰＩ制御が行われる。Ｋｐ_１は比例ゲイン、Ｔｉは積分時間である。また、ｓはラプラス変換の演算子である。これらのパラメータをユーザ開放することにより、自由に圧力制限の応答を調整することができるようになる。また、第１制御モードからの切り替わり時には、現在速度指令が引き継がれるように、積分器へバンプレス処理することによって、滑らかな圧力制限モードへの移行も可能である。
【００３１】
また、危険圧力に到達した場合、モード切替判別部４４は、セレクタ４５のスイッチを接点ｃに接続し、急激な圧力制限処理を実行する第３制御モードによる制御が実行され、直ちに圧力が下降するように制御が行われる。
第３制御モードでは、圧力制限値と実際の圧力検出値の差に基づいて、Ｐ制御が行われる。Ｋｐ_２は比例ゲインである。危険圧力を回避するために、急減速を要するモードであるため、第２制御モードでの比例ゲインよりも高感度に設定しておく必要がある。
【００３２】
図２は図１の射出軸制御装置を備えた射出成形機の射出機側を示すと共に図１に示した主要各部の位置づけを示している。図において、図１と同一又は相当物には同一符号を付している。なお、２２ａは射出シリンダ、２２ｂはスクリュ、２５は中間プレート、２６はボールネジ、２７は可塑化用モータである。本発明の射出成形機は図２の射出機に型締装置を備えてなるが、型締装置は従来より周知のものが使用でき、ここでの説明を省略する。
【００３３】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な態様が可能である。例えば、本発明の実施の形態では、第１制御モード〜第３制御モードを備えた場合について説明したが、第１制御モードと第２制御モードのみを備えた場合でも、本発明の目的を奏することができ、本発明は成立する。また、本実施の形態では、特にＰ制御又はＰＩ制御のみで実現する場合を示したが、微分制御を組み込むことや、フィードフォワード制御を組み込むことも有効な方法である。ユーザが設定するパラメータとしては、第１圧力制限値（Ｐｌｉｍ１）や第３制御モードで使用する第２圧力制限値（危険圧力設定値）が必要であり、これらは又可変とされる。
【００３４】
また、本実施の形態では、速度制御器と直列に圧力制限処理部を構成しているが、速度制御器まで含めた圧力制限処理を構成することも可能である。圧力制限処理の出力を直接モータトルク指令に反映させたい場合等には、そのような構成も効果的である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧力制限処理を行う演算部の構成を、射出軸に対するユーザの基本的要求動作に近い構成としたことにより、ユーザの成形条件の最適化作業をより容易に実現できる射出制御装置を提供することができるようになる。
【００３６】
すなわち、金型を破損する恐れのある危険圧力レベルを設定し、そのレベルに到達した場合には、急激な圧力制限処理を行う機能（第３制御モード）を持たせていることから、従来は、ユーザが調整パラメータとして利用するには困難であった圧力制限のフィードバック制御のパラメータをユーザ開放することができるようになり（第２制御モード）、より細かな成形条件の調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における射出軸制御装置を示すブロック図である。
【図２】実施の形態における射出機の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１コントローラ、２射出軸、３速度制御器、４圧力制限処理部、２２スクリュ／シリンダ、２１射出用モータ、２３パルスエンコーダ、２４ロードセル。

Claims

射出成形機の射出軸を制御する射出成形機の射出軸制御装置であって、
射出圧力が第１圧力制限値を越えない範囲で動作している場合には、前記射出圧力に基づいて第１制御モードとされ、速度設定値に基づく射出軸の射出速度制御を行う第１制御手段と、
前記射出圧力が前記第１圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第２制御モードとされ、前記射出圧力の目標値が前記第１圧力制限値となるように前記射出軸の射出速度制御を行う第２制御手段と、
前記射出圧力が前記第１圧力制限値よりも高い第２圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第３制御モードとされ、圧力検出値が下降するように前記射出軸の射出速度制御を行う第３制御手段を備えてなることを特徴とする射出成形機の射出軸制御装置。
請求項１に記載の射出成形機の射出軸制御装置において、
前記第１圧力制限値は任意に設定可能であることを特徴とする射出成形機の射出軸制御装置。
請求項１に記載の射出成形機の射出軸制御装置において、
前記第２圧力制限値は任意に設定可能であることを特徴とする射出成形機の射出軸制御装置。
射出成形機の射出軸を制御する射出成形機の射出軸制御方法であって、
射出圧力の検出値が第１圧力制限値を越えない範囲で動作している場合には、前記射出圧力に基づいて第１制御モードとされ、速度設定値に基づく射出軸の射出速度制御を行う第１制御ステップと、
射出圧力の検出値が前記第１圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第２制御モードとされ、前記射出圧力の目標値が前記第１圧力制限値となるように前記射出軸の射出速度制御を行う第２制御ステップと、
前記射出圧力の検出値が前記第１圧力制限値よりも高い第２圧力制限値に到達した場合には、前記射出圧力に基づいて第３制御モードとされ、圧力検出値が下降するように前記射出軸の射出速度制御を行う第３制御ステップを備えてなることを特徴とする射出成形機の射出軸制御方法。