JP2006281536A - 成形品取出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形品取出装置におけるアーム機構の動作特性を考慮し、アーム機構の電動モータが持つ最大能力を最大限引き出させる。
【解決手段】 成形品取出装置１に具備する制御部５は、上記電動モータＭ３に規定された定格トルクＸを超えない範囲内で一定幅を有したトルク許容幅Ｂを設定し、成形品取出装置１の自動運転中に電動モータＭ３にかかる負荷のトルクを常時監視してその電動モータＭ３の駆動時間と停止時間とを含む一定時間内における平均トルク値Ａを演算し、平均トルク値Ａがトルク許容幅Ｂの上限値Ｂ１を超えていた場合は次の取出動作のときにその電動モータＭ３を駆動するに際して加減速時のトルクを小さくし、平均トルク値Ａがトルク許容幅Ｂの下限値Ｂ２よりも下回っていた場合は次の取出動作のときにその電動モータＭ３を駆動するに際して加減速時のトルクを大きくするように電動モータＭ３をトルク制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、取出ヘッドを移動させるアーム機構の駆動源として電動モータを用いた成形品取出装置に関するものである。

この種成形品の取出装置としては、例えば、図６に示すように、成形品を保持するための取出ヘッド３と、この取出ヘッド３を移動させるためのアーム２１〜２３およびこのアーム２１〜２３の駆動源となる電動モータＭ１〜Ｍ３を有するアーム機構２と、このアーム機構２を動作制御する制御部５とを備える。そして、この成形品取出装置１は、成形機４に付設され、アーム機構２を起動させて取出ヘッド３を成形機４の金型４０内に進入させて成形品を取出す。
この取出動作の基本動作としては、上記制御部５からの指令に基づいて次のように行われる。図７を参照して、成形機４の金型４０の型開時に、金型４０外の待機位置（Ａ）で待機する取出ヘッド３を金型４０内の所定の進入位置（Ｂ）に移動させ（進入工程）、次いで金型面に接近した取出位置（Ｃ）に移動させる（取出工程）。この取出位置（Ｃ）において取出ヘッド３によって成形品７が保持される。そして、この成形品７を保持した取出ヘッド３を所定の引抜位置（Ｄ）まで後退させ（引抜工程）、次いで金型４０外に退出させた後（退出工程）、所定の開放位置まで移動させてこの開放位置で成形品７を回収させる（移送工程、開放工程）。その後、この取出ヘッド３を再び待機位置（Ａ）に復帰移動させ（復帰工程）、次の取出しサイクルスタートに備える。

一方、成形機４は、成形品取出装置１によって成形品７が取出されるまでの間は金型４０の型開き状態を維持し、そして、成形品７が取出されると金型４０を型締めした後、この金型４０内に溶融樹脂を充填し樹脂が冷却して成形が完了すると再び金型４０を型開きするという成形動作を繰り返し行う。
ところで、上記成形品取出装置１におけるアーム機構２の各アーム２１〜２３には駆動源としてサーボモータ等の電動モータＭ１〜Ｍ３が多く採用されており、各電動モータＭ１〜Ｍ３は、制御部５によってティーチング時に設定された各アーム２１〜２３の移動速度に応じてそれぞれ駆動制御される。この電動モータＭ１〜Ｍ３の駆動制御に際しては、アーム２１〜２３の駆動時間内における電動モータＭ１〜Ｍ３にかかる負荷の平均トルク値がその電動モータＭ１〜Ｍ３に規定された定格トルク値を超えない範囲で加減速の時間や大きさが調整される。なお、このようなサーボモータに対する制御は、工作機械において実行されていることとほぼ同様である。
特開平５−２６０７９７号公報 特開平１１−５３０２１号公報

しかしながら、成形品取出装置は、例えば、運転中にそのアーム軸が常時駆動されてワークを加工等する工作機械等とは異なり、その運転中にアーム機構２を構成するアーム２１〜２３のすべてが常時駆動されている訳ではなく、約１０秒程度の１取出サイクル時間内に駆動と停止とが繰り返されるという独特の動作特性を有するものである。従って、上記成形品取出装置１におけるアーム機構２の各電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動制御するに際して、工作機械等の場合と同様に電動モータＭ１〜Ｍ３にかかる負荷をその駆動時間中だけで管理していたのでは、必ずしも電動モータＭ１〜Ｍ３が出し得る最大能力を最大限に利用することにならない。その結果、成形品取出装置１においては成形機４の金型４０内から成形品７を取出す時間の更なる短縮を困難にし、ひいては成形機４の金型４０の型開き時間の更なる短縮を困難にして成形品７の生産効率の更なる向上を困難にしていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、成形品取出装置におけるアーム機構の動作特性を考慮し、このアーム機構の駆動源として電動モータが持つ最大能力を最大限引き出させるように電動モータを駆動制御して更なる取出時間の短縮を可能とする成形品取出装置を実現することを課題とする。

（１）本発明に係る成形品取出装置は、
成形機の金型内の成形品を保持する取出ヘッドと、この取出ヘッドを移動させるためのアームおよびこのアームの駆動源の電動モータを有するアーム機構と、このアーム機構を動作制御する制御部とを備えた成形品取出装置において、
上記制御部は、
上記電動モータに規定された定格トルクを超えない範囲内で一定幅を有したトルク許容幅を設定し、
成形品取出装置の自動運転中に上記電動モータにかかる負荷のトルクを常時監視してその電動モータの駆動時間と停止時間とを含む一定時間内における平均トルク値を演算し、
上記平均トルク値が上記トルク許容幅の上限値を超えていた場合は次の取出動作のときにその電動モータを駆動するに際して加減速時のトルクを小さくし、上記平均トルク値が上記トルク許容幅の下限値よりも下回っていた場合は次の取出動作のときにその電動モータを駆動するに際して加減速時のトルクを大きくするように上記電動モータをトルク制御する制御構成としたことを特徴とするものである。
これにより、自動運転中の一定時間内における電動モータの平均トルク値が常にトルク許容幅の範囲内に維持されるように自動制御することができる。従って、アーム機構の電動モータが出し得る最大能力を最大限に引き出すことができ、取出時間の更なる短縮を実現可能とすることができる。
なお、上記トルク許容幅として、その上限値は、取出ヘッドから成形品が振り落とされることがない最大のアームの加減速度が出せるトルク値を実験等で求めて設定することができ、また、下限値は、次の成形品取出動作に間に合う最小のアームの移動速度が出せるトルク値を実験等で求めて設定することができる。

（２）また、上記アーム機構は、複数のアームと各アームに対応してそれぞれ設けられた複数の電動モータとを有し、
上記制御部は、少なくとも上記取出ヘッドを成形機の金型内に進入および退出させるアームの電動モータに対して上記トルク制御を行うようにしてもよい。
これにより、成形機の金型内に進入および退出させるアームの電動モータについて、これが出し得る最大能力を最大限に引き出して、このアームの移動速度を速くすることで、金型への進入および退出にかかるアームの移動時間を短縮することができる。従って、成形機の金型内に取出ヘッドが進入している時間を短くすることができ、その結果として、成形機の金型の型開き時間の更なる短縮を可能として成形品の生産効率の更なる向上を実現することができる。

以上のように、本発明の成形品取出装置によれば、上記トルク制御によってアーム機構の電動モータが出し得る最大能力を最大限に引き出させるので、取出時間の更なる短縮を実現可能とすることができる。その結果、ひいては成形機の金型の型開き時間の更なる短縮を可能として成形品の生産効率の更なる向上を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態による成形品取出装置の外観構成としては、従来と同様に図６に示すとおりである。この図６に示す成形品取出装置１は、トラバース形式のものであって、成形機４の金型４０内の成形品７を保持する取出ヘッド３と、この取出ヘッド３を移動させるためのアーム機構２と、この取出装置１の動作全般（アーム機構２の動作制御を含む。）を制御する制御部５と、この制御部５に接続されたタッチパネル式の操作端末装置６とを備える。そして、この成形品取出装置１は、成形機４に付設されて金型４０内から成形品７の取出しを行うものであり、その取出し動作の基本動作は、従来のものと同様である（図７参照。）。

上記アーム機構２は、成形機４の固定プラテン４１に載置固定されて成形機４の幅方向（図６中のＹ方向）に延びる第１アーム２１と、この第１アーム２１に取り付けられて成形機４の長手方向（図６中のＸ方向）に延びる第２アーム２２と、この第２アーム２２に取り付けられて成形機４の上下方向（図６中のＺ方向）に延びる第３アーム２３とを備える。なお、この第３アーム２３の下端に上記取出ヘッド３が取り付けられている。
また、このアーム機構２は、第２アーム２２を成形機４の幅方向（図６中のＹ方向）に進退移動させる駆動源としての第１電動モータＭ１と、第３アーム２３を成形機４の長手方向（図６中のＸ方向）に進退移動させる駆動源としての第２電動モータＭ２と、またこの第３アーム２３を成形機４の上下方向（図６中のＺ方向）に昇降移動させる駆動源としての第３電動モータＭ３とを備える。

上記制御部５は、ＣＰＵ等で構成されて、アーム機構２の動作制御を含むこの取出装置１の動作全般を制御するものである。この制御部５によるアーム機構２の動作制御としては、図１に示すように、自動運転前のティーチング時に操作端末装置６にて設定されたティーチングデータ（アームの移動速度など）に応じて各電動モータＭ１〜Ｍ３のサーボアンプＡ１〜Ａ３に指令信号を送出して各電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動制御する。これによって、アーム機構２の各アーム２１〜２３は、１取出サイクルにおける、進入工程→取出工程→引抜工程→退出工程→移送工程→開放工程→復帰工程に応じて（背景技術の説明を参照）、所定タイミングで所定の動作を行うように動作制御される。

すなわち、制御部５からの指令によって、取出ヘッド３を金型４０内に進入（進入工程）および退出（退出工程）させる際は第３電動モータＭ３を駆動させて第３アーム２３を昇降移動させ、取出ヘッド３を金型面に接近（取出工程）および後退（引抜工程）させる際は第２電動モータＭ２を駆動させて第２アーム２２を進退移動させ、取出ヘッド３を金型４０外に移送（移送工程）および復帰（復帰工程）させる際は第１電動モータＭ１を駆動させて第２アーム２２を横行移動させ、さらに、取出ヘッド３を開放位置に移動（開放工程）および後退（復帰工程の一部）させる際は第３電動モータＭ３を駆動させて第３アーム２３を昇降移動させる。このようにアーム機構２の各アーム２１〜２３は、約１０秒程度の１取出サイクル時間内で常時駆動されることなく適時に駆動と停止とが行われるように上記制御部５によって制御指令される。

また、この制御部５は、自動運転中にはアーム機構２の電動モータＭ１〜Ｍ３がその最大能力を最大限に引き出させるようにトルク制御する。以下に、この電動モータのトルク制御について説明する。
図２は、制御部５による電動モータの最大能力を引き出させるためのトルク制御動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、上記取出ヘッド３を成形機４の金型４０内に進入および退出させる第３アームの第３電動モータＭ３に対するトルク制御動作とする。
図２を参照して、この成形品取出装置１の自動運転スタートにより第３電動モータＭ３にかかる負荷のトルクが常時監視される（Ｓ１）。すなわち、第３電動モータＭ３におけるトルク値を累積させて制御部５内の所定のメモリに一時記憶させて行く。なお、このトルクは、第３電動モータＭ３に印加される電流値に基づいて求められる。

そして、図３（ａ）（ｂ）のグラフの実線で示すように、第３電動モータＭ３が駆動されているときのトルク分布Ｔは、加減速時に大きなトルクが発生する。また、図３（ｃ）（ｄ）のグラフの実線で示すように、このときの第３アーム２３の速度分布Ｓは、第３電動モータＭ３における加減速時のトルクの大きさに応じてこの第３アーム２３の加減速の大きさ（図３（ｃ）（ｄ）中の台形曲線の傾き）が決まる。
そして、上述の１取出サイクルが行われると、メモリに記憶された第３電動モータＭ３のトルクの累積値について、この１取出サイクルが行われる約１０秒程度の一定時間内における単位時間当りの平均トルク値Ａが演算される（Ｓ２）。なお、１取出サイクルの中で第３電動モータＭ３は、第３アーム２３が昇降移動される工程（進入工程、退出工程など）のときにだけ駆動されて他の工程のときは停止されているので、上記一定時間内には第３電動モータＭ３の停止時間も含まれる。従って、ここでの平均トルク値Ａは、第３電動モータＭ３の実際の駆動時間に対する平均トルク値よりも小さい。

次いで、上記平均トルク値Ａが所定のトルク許容幅Ｂと比較される（Ｓ３、Ｓ５）。このトルク許容幅Ｂは、図４に示すように、上記第３電動モータＭ３に規定された定格トルクＸを超えない範囲内で一定幅に設定されたトルク値である。すなわち、このトルク許容幅Ｂとして、その上限値Ｂ１は、取出ヘッド３から成形品７が振り落とされることがない最大のアームの加減速度が出せるトルク値を実験等で求めて設定することができ、また、その下限値Ｂ２は、次の成形品取出動作に間に合う最小のアームの移動速度が出せるトルク値を実験等で求めて設定することができる。例えば、このトルク許容幅Ｂとして、上記定格トルクＸの７０％〜９０％の範囲として設定される。

そして、上記平均トルク値Ａが上記トルク許容幅Ｂの上限値Ｂ１を超えていた場合は（Ｓ３で「ｙ」）、次の取出動作における進入工程や退出工程のときに第３電動モータＭ３を駆動するに際して、この第３電動モータＭ３の加減速時のトルクを小さくする（Ｓ４、図３（ｂ）のグラフの一点鎖線で示すトルク分布Ｔ’を参照。）。
すなわち、第３電動モータＭ３に対する加減速時の単位時間当りの負荷電流値を小さくしてその加減速度を遅くする。すると、第３アーム２３の加減速の大きさが小さくなる（図３（ｄ）のグラフの一点鎖線で示す速度分布Ｓ’を参照。）。これにより、第３アーム２３が急激に加減速されることがなく、第３アーム２３の急加速や急停止等に伴って取出ヘッド３から成形品７が振り落とされる等の不具合を防止することができる。また、第３電動モータＭ３にかかる負荷のトルクが定格トルクＸをオーバーするような事態をも確実に防止でき、第３電動モータＭ３への過剰負荷による故障を確実に防止することができる。

一方、上記平均トルク値Ａは上記トルク許容幅Ｂの上限値Ｂ１以内であるが（Ｓ３で「ｎ」）、この平均トルク値Ａがトルク許容幅Ｂの下限値Ｂ２よりも下回っていた場合は（Ｓ５で［ｙ］）、次の取出動作における進入工程や退出工程のときに第３電動モータＭ３を駆動するに際して、この第３電動モータＭ３の加減速時のトルクを大きくする（Ｓ６、図３（ａ）のグラフの一点鎖線で示すトルク分布Ｔ’を参照。）。
すなわち、第３電動モータＭ３に対する加減速時の単位時間当りの負荷電流値を大きくしてその加減速度を速くする。すると、第３アーム２３の加減速の大きさが大きくなり、第３アーム２３の移動時間が短縮される（図３（ｃ）のグラフの一点鎖線で示す速度分布Ｓ’を参照。）。これにより、取出動作における進入工程や退出工程を実行するに必要な所定時間に間に合うように第３アーム２３を移動させることができる。また、この第３電動モータＭ３が出し得る最大能力を最大限に引き出して、第３アーム２３の移動速度を速くすることで、金型４０への進入および退出にかかる第３アーム２３の移動時間を短縮することができる。

そして、上記平均トルク値Ａが上記トルク許容幅Ｂの範囲内にある場合は（Ｓ５で「ｎ」）、次の取出動作のときも前回の取出動作のときと同様のトルクで第３電動モータＭ３の加減速制御を行う。その後、この成形品取出装置１の自動運転が継続されている場合は上記制御動作（Ｓ２〜Ｓ６）を継続して行い、自動運転が停止された場合は上記制御動作を終了させる（Ｓ７、Ｓ８）。
以上のように、本実施の形態による成形品取出装置１によれば、第３電動モータＭ３の駆動と停止とが行われる自動運転中の一定時間内において、その間の第３電動モータＭ３の平均トルク値Ａが常に所定のトルク許容幅Ｂの範囲内に維持されるように自動制御される。従って、約１０秒程度の１取出サイクル時間内に駆動と停止とが繰り返される成形品取出装置１のアーム機構２に使用される第３電動モータＭ３として、これが出し得る最大能力を最大限に引き出すことができる。その結果、成形品取出装置１による取出時間のうち第３電動モータＭ３によって駆動される第３アーム２３の移動時間（進入工程および退出工程に要する時間）を一層短縮することができ、成形機４の金型４０内に取出ヘッド３が進入している時間の一層の短縮が可能となる。このことは、成形機４の金型４０の型開き時間の更なる短縮を可能とするから、成形品７の生産効率の更なる向上を実現することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更を施すことが可能である。
例えば、上記実施の形態では、電動モータ（第３電動モータＭ３）のトルク制御として、平均トルク値Ａがトルク許容幅Ｂから外れていた場合は、電動モータに対する加減速時の単位時間当りの負荷電流値の大きさを増減させるが、図５（ａ）（ｂ）の一点鎖線Ｔ’で示すように、単位時間当りの負荷電流値の大きさはそのままにしてこの負荷電流の印加時間を長短させることで加減速時のトルクを増減させてその加減速時間を長短させるようにしてもよい。
また、上記制御部５における電動モータのトルク制御は、第３アーム２３における第３電動モータＭ３に対するものとするが、他の第１電動モータＭ１や第２電動モータＭ２に対して実行してもよい。
その他、成形品取出装置１の型式としては、図６に示すトラバース型のみならず、金型の側方から成形品の取出しを行うサイドエントリー型や、アームを旋回移動させて金型の成形品を取出す旋回型等のものでもよい。

本発明の実施の形態による成形品取出装置１の制御部５による制御ブロック図である。 制御部５による電動モータの最大能力を引き出させるためのトルク制御動作を示すフローチャートである。 電動モータのトルク制御を説明するため電動モータのトルク分布とアームの速度分布とを併記したグラフである。 トルク許容幅Ｂと平均トルクＡとの関係を示すグラフである。 電動モータの他のトルク制御を説明するため電動モータのトルク分布とアームの速度分布とを併記したグラフである。 成形品取出装置１の外観構成を示す側面図である。 成形品取出装置１の取出動作の基本動作を示す模式図である。

符号の説明

１ 成形品取出装置
２ アーム機構
３ 取出ヘッド
４ 成形機
５ 制御部
６ 操作端末装置
２１ 第１アーム
２２ 第２アーム
２３ 第３アーム
４０ 金型
Ａ 平均トルク
Ｂ トルク許容幅
Ｂ１ トルク許容幅上限値
Ｂ２ トルク許容幅下限値
Ｍ１ 第１電動モータ
Ｍ２ 第２電動モータ
Ｍ３ 第３電動モータ
Ｓ アームの移動分布
Ｔ トルク分布
Ｘ 定格トルク

Claims (2)

1. 成形機の金型内の成形品を保持する取出ヘッドと、この取出ヘッドを移動させるためのアームおよびこのアームの駆動源の電動モータを有するアーム機構と、このアーム機構を動作制御する制御部とを備えた成形品取出装置において、
   上記制御部は、
   上記電動モータに規定された定格トルクを超えない範囲内で一定幅を有したトルク許容幅を設定し、
   成形品取出装置の自動運転中に上記電動モータにかかる負荷のトルクを常時監視してその電動モータの駆動時間と停止時間とを含む一定時間内における平均トルク値を演算し、
   上記平均トルク値が上記トルク許容幅の上限値を超えていた場合は次の取出動作のときにその電動モータを駆動するに際して加減速時のトルクを小さくし、上記平均トルク値が上記トルク許容幅の下限値よりも下回っていた場合は次の取出動作のときにその電動モータを駆動するに際して加減速時のトルクを大きくするように上記電動モータをトルク制御する制御構成としたことを特徴とする成形品取出装置。
2. 請求項１に記載の成形品取出装置において、
   上記アーム機構は、複数のアームと各アームに対応してそれぞれ設けられた複数の電動モータとを有し、
   上記制御部は、少なくとも上記取出ヘッドを成形機の金型内に進入および退出させるアームの電動モータに対して上記トルク制御を行うようにした成形品取出装置。
   

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