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

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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)PFB<Plim1であれば第1制御モードを実行
(2)PFB≧Plim1であれば第2制御モードを実行
(3)PFB≧Plim2であれば第3制御モードを実行
ただし、PFB: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、ωFB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PLIM(Plim1,Plim2)および、ロードセル24の出力信号である圧力検出値(PFB)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PLIM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)PFB<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)PFB≧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)PFB≧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、PFB: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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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JP2009096076A (ja) * 2007-10-17 2009-05-07 Nissei Plastics Ind Co 射出成形機の射出制御方法
JP7421964B2 (ja) 2020-03-13 2024-01-25 東洋機械金属株式会社 射出成形機およびその制御方法

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