JP2006256067A - 電動式射出成形機の圧力制御方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 射出成形機のスクリュー13とこれを駆動するモータ11とがベルトを含む伝達系12を介して結合された電動式射出成形機におけるモータ11の角速度ωMが検出される。この検出されたモータ11の角速度ωMとモータ11に与えられているトルク指令値TCMDとからオブザーバに基づいてスクリュー13の角速度推定値ωL^、伝達系のベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^が求められる。検出されたモータの角速度ωM、並びに求められたスクリューの角速度推定値ωL^、ベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^がフィードバックされて樹脂圧力設定値δREFに追従させるようにモータ11が制御される。
【選択図】 図1
Description
具体的には、例えば射出圧力を制御する場合には、スクリューの根元の部分等にロードセルを配してこのロードセルによりスクリューを押す力(前進力)を圧力の形態で検出し、この検出した圧力に基づいてロードセルで検出される圧力が所望の圧力になるようにフィードバック制御を行うことにより、スクリューの推力を制御するようにしている。
前記オブザーバは、例えば下記数2のように表される。
但し、d1〜d4:所定の係数
JM:モータ側の慣性モーメント
ωM:モータの角速度
RM:モータ側のプーリ半径
F:ベルトの張力
Kb:ベルトのバネ定数
JL:スクリュー側の慣性モーメント
ωL:スクリュー側の角速度
RL:スクリュー側のプーリ半径
Fd(ωL):スクリュー側の動摩擦抵抗
また、本発明では、予め樹脂圧力推定値δ^の算出式に微分を含まないので、ノイズに対する耐性も高い。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動式射出成形機の圧力制御装置の構成を示すブロック図である。
射出機構1を構成する制御対象であるモータ11は、伝達系12を介して図示しない射出シリンダ内でスクリュー13を前後移動させるための射出用モータである。モータ11には、その位置情報(回転角θ)を検出し、モータの角速度ωMを出力するエンコーダ14が連結されている。エンコーダ14からの角速度ωMは制御装置2にフィードバックされている。
モータ11の回転軸121にはプーリ122が結合され、このプーリ122がベルト123を介してロード側のプーリ124と連結され、このプーリ124の回転軸125の回転でスクリュー13を回転させる。ここで、モータ11側の慣性モーメントJM、角速度ωM及びプーリ半径RM、ベルト123の張力F、バネ定数Kb、ロード側の慣性モーメントJL、角速度ωL、プーリ半径RL及び動摩擦抵抗Fd(ωL)を考慮すると、射出機構1の状態方程式は、下記数3のように表される。
エンコーダ14から出力される角速度ωMは、yとして調節器211を通って係数E=(d1,d2,d3,d4)に応じた振幅に調節される。また、1つ前に求められたトルク指令値TCMD −1がuとして調節器212によって係数B=(1/JM,0,0,0)に応じた振幅に調整される。一方、予め求めておいたv(=動摩擦抵抗Fd(ωL))を調節器213によって係数C=(0,1/JL,0,0)に応じた振幅に調整し、この値を加算器214で調節器212の出力に加算する。また、1つ前に求められた推定値X^−1が調節器215によって係数Dに応じた振幅に調整される。そして、加算器216において、加算器214の出力と調節器215の出力とを加算すると共に調節器211の出力を減算することにより、数8で示すXの推定値X^の微分値が得られる。この値は、積分器217で積分されることにより、数5に基づく推定値ωL^、F^及びδ^が求められるようになっている。
ここでは、動摩擦抵抗モデルを速度依存成分と荷重依存成分の和と定義する。速度依存成分は、エアーショット(空打ち)時のモータ速度(又は位置)とトルク値(又は電流値)の関係から求めることができる。また、荷重依存成分は、ノズルをプラグした状態で射出した際のトルク値(又は電流値)と圧力値との関係から求めることができる。
いま、定常状態においては、ωM’=0,ωL’=0であるから、数3の1式及び2式の左辺はそれぞれ0となる。従って、動摩擦抵抗Fd(ωL)は、
次に、圧力計測用センサ(圧力センサや歪みゲージ等)を取り付けた較正治具を用意し、ノズル先端をプラグした状態で射出した際のトルク値と圧力値とを計測することで、図5の左側で示すように、動摩擦抵抗1,2を求める。これを図5の右側のグラフのようにプロットすることで荷重依存成分の特性曲線が求められる。
これら速度依存成分と荷重依存成分とを併せたものを射出機構の動摩擦抵抗モデルとして圧力推定の際に使用することができる。
Claims (7)
- 射出成形機のスクリューとこれを駆動するモータとがベルトを含む伝達系を介して結合された電動式射出成形機の圧力制御方法において、
前記モータの角速度ωMを検出し、
この検出されたモータの角速度ωMと前記モータに与えられているトルク指令値TCMDとからオブザーバに基づいて前記スクリューの角速度推定値ωL^、伝達系のベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^を求め、
モータの角速度ωM、スクリューの角速度推定値ωL^、ベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^をフィードバックさせて樹脂圧力設定値δREFに追従させるように前記モータを制御する
ことを特徴とする電動式射出成形機の圧力制御方法。 - 前記オブザーバが、下記数1で表されることを特徴とする請求項1記載の電動式射出成形機の圧力制御方法。
但し、d1〜d4:所定の係数
JM:モータ側の慣性モーメント
ωM:モータの角速度
RM:モータ側のプーリ半径
F:ベルトの張力
Kb:ベルトのバネ定数
JL:スクリュー側の慣性モーメント
ωL:スクリュー側の角速度
RL:スクリュー側のプーリ半径
Fd(ωL):スクリュー側の動摩擦抵抗 - 前記オブザーバが、下記数2で表されることを特徴とする請求項1記載の電動式射出成形機の圧力制御方法。
但し、d1〜d4:所定の係数
JM:モータ側の慣性モーメント
ωM:モータの角速度
RM:モータ側のプーリ半径
F:ベルトの張力
Kb:ベルトのバネ定数
JL:スクリュー側の慣性モーメント
ωL:スクリュー側の角速度
RL:スクリュー側のプーリ半径
Fd(ωL):スクリュー側の動摩擦抵抗
x−1 :xの処理周期の一つ手前の値 - 前記スクリューの角速度推定値ωL^、ベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^が、それぞれスクリューの角速度ωL、ベルトの張力F及び樹脂圧力δと一致していると仮定して、フィードバックモータの角速度ωM、スクリューの角速度ωL、ベルトの張力F及び樹脂圧力δをそれぞれ下記数3に示す係数k1,k2,k3,k4を掛けてフィードバックさせることを特徴とする請求項1記載の電動式射出成形機の圧力制御方法。
- 動摩擦抵抗Fd(ωL)をエアーショット(空打ち)時のモータの速度又は位置とトルク値又は電流値との関係から求めるようにした請求項1記載の電動式射出成形機の圧力制御方法。
- 動摩擦抵抗Fd(ωL)を速度依存成分と荷重依存成分の和として、前記動摩擦抵抗の速度依存成分をエアーショット(空打ち)時のモータの速度又は位置とトルク値又は電流値との関係から求めると共に、前記動摩擦抵抗の荷重依存成分をノズルをプラグした状態で射出した際のトルク値又は電流値と圧力値との関係から求めるようにしたことを特徴とする請求項1記載の電動式射出成形機の圧力制御方法。
- 射出成形機のスクリューを、ベルトを含む伝達系を介して前進させるモータの角速度ωMと前記モータに与えられているトルク指令値TCMDとからオブザーバに基づいて前記スクリューの角速度推定値ωL^、伝達系のベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^を求めるオブザーバ演算手段と、
前記モータの角速度ωM、前記オブザーバ演算器で求められた前記スクリューの角速度推定値ωL^、伝達系のベルトの張力推定値F^及び樹脂圧力推定値δ^から前記モータのトルク指令値TCMDを算出し、前記モータにフィードバックするトルク演算手段と
を備えたことを特徴とする電動式射出成形機の圧力制御装置。
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