JP2007021888A - Injection molding machine and injection shaft controlling method - Google Patents
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本発明は、サーボモータで駆動される射出成形機及びその射出軸の制御方法に関する。 The present invention relates to an injection molding machine driven by a servo motor and a method for controlling an injection shaft thereof.
電気モータ(サーボモータ)を駆動機構に使用した射出成形機の射出軸の制御は、主に射出速度を制御する場合(射出工程)と、射出圧力を制御する場合(保圧工程及び背圧制御)に分けられる。射出速度の制御は、射出用モータの回転数を検出する速度センサを設け、この検出値に基づいて射出速度設定値に対するフィードバック制御を行なうことによってなされている。 The injection shaft of an injection molding machine that uses an electric motor (servo motor) as the drive mechanism is mainly controlled when the injection speed is controlled (injection process) and when the injection pressure is controlled (pressure holding process and back pressure control). ). The injection speed is controlled by providing a speed sensor for detecting the rotation speed of the injection motor and performing feedback control on the injection speed set value based on the detected value.
また、射出圧力の制御は、射出用スクリュが受ける反力を検出するロードセルまたはノズル先端に樹脂圧センサを設けることによって圧力検出を行い、この検出値に基づいて射出圧力設定値に対するフィードバック制御を行なうことによってなされている。(例えば下記特許文献1参照)。 The injection pressure is controlled by detecting the pressure by providing a resin pressure sensor at the load cell or nozzle tip for detecting the reaction force applied to the injection screw, and performing feedback control on the injection pressure set value based on the detected value. It is made by. (For example, refer to Patent Document 1 below).
従来の制御装置は、図3に示すように、射出圧力を制御する場合には、スクリュ61に作用する圧力を検出するロードセル62から得る検出値と保圧力設定器63又は背圧力設定器64から与えられる設定値をコンパレータ65により比較し、その偏差を圧力補償器66及びアンプ67からなる圧力補償回路68に供給して駆動制御信号を得ると共に、この駆動制御信号を射出モータ駆動部69に供給して、前記偏差が零となるように制御するフィードバック制御系を備えていた。
As shown in FIG. 3, in the conventional control device, when controlling the injection pressure, the detected value obtained from the
また、射出速度を制御する場合には、スクリュを射出または軽量方向に駆動する射出用モータ71の回転速度を検出する速度検出器102(タコメータ、パルスジェネレータ等)から得る検出値と射出速度設定器100から与えられる設定値をコンバレータ101により比較し、その偏差を速度補償器103及びアンプ104からなる速度補償回路105に供給して駆動制御信号を得ると共に、この駆動制御信号を射出モータ駆動部69に供給して、前記偏差が零となるように制御するフィードバック制御系を備えていた。
近年、肉厚の薄い成形品のニーズが高まり、射出速度の高速化および、射出時間の短時間化が進んでいる。特に高速のものでは、数百msで射出工程が完了する。この様な場合、射出中の圧力変化も数百msの間で大きく変化し、この圧力変化は射出モータへの外乱となり、射出モータの速度すなわち射出速度を変動させる要因になる。 In recent years, the need for thin molded products has increased, and the injection speed has been increased and the injection time has been shortened. In particular, the injection process is completed in a few hundred ms at high speed. In such a case, the pressure change during injection also changes greatly within a few hundred ms, and this pressure change becomes a disturbance to the injection motor, which causes the speed of the injection motor, that is, the injection speed to fluctuate.
上述した図3に示す制御装置の制御方法では、射出用モータ71の回転速度を検出する速度検出器102から得る検出値と射出速度設定器100から与えられる設定値をコンバレータ101により比較し、その偏差を速度補償器103及びアンプ104からなる速度補償回路105に供給して駆動制御信号を得ると共に、この駆動制御信号を射出モータ駆動部69に供給して、前記偏差が零となるように制御するフィードバック制御を行なうことによって、外乱に対して射出速度が変動しないように制御していた。
In the control method of the control device shown in FIG. 3 described above, the detected value obtained from the
しかし、射出速度が高速となり、射出時間が短時間となることによって外乱の変化が高速になるため、図3のような制御構成で速度変動を抑圧しようとすると、速度補償器103のゲインを非常に大きくする必要があり、そのためには機械駆動系の剛性を非常に高いものにする必要があった。 However, since the injection speed becomes high and the injection time becomes short, the change of the disturbance becomes high. Therefore, when trying to suppress the speed fluctuation with the control configuration as shown in FIG. For this purpose, it was necessary to make the mechanical drive system very rigid.
この発明は、前述したように、射出速度の高速化および短時間化によって射出圧力変化が高速になることによって、速度変動が発生し、それを抑制するためには速度補償器(フィードバック補償器)のゲインを大きくする必要があり、そのためには機械剛性の高い駆動機構にしなければならないという問題を解決するためになされたもので、機械剛性を向上させることなく制御アルゴリズムの改良によって、高速射出に対応した射出成形機及びその射出軸制御方法を提供することを目的としている。 As described above, according to the present invention, a change in speed is caused by an increase in injection pressure change due to an increase in injection speed and a reduction in time, and a speed compensator (feedback compensator) is used to suppress the fluctuation. It was made to solve the problem that the drive mechanism with high mechanical rigidity had to be increased for that purpose, and to improve the control algorithm without improving the mechanical rigidity, the high-speed injection was achieved. It is an object of the present invention to provide a corresponding injection molding machine and an injection axis control method thereof.
本発明は、上述した従来の技術に存在する問題点を解決した射出成形機の制御方法を提供することを目的とするもので、以下に示す制御方法によって達成される。 An object of the present invention is to provide a control method for an injection molding machine that solves the problems existing in the above-described conventional technology, and is achieved by the following control method.
本発明に係る射出成形機の制御方法は、射出工程の射出制御時に、射出速度の検出値を比較し、その偏差が零となるように制御を行なう制御装置及び方法において、速度偏差に応じて動作するフィードバック補償器と、負荷トルクオブザーバの負荷トルク推定値に応じて動作するフィードフォワード補償器を備えることを特徴とする。 The control method of an injection molding machine according to the present invention is a control device and method for comparing the detected values of injection speed during injection control in an injection process and performing control so that the deviation becomes zero, according to the speed deviation. A feedback compensator that operates and a feedforward compensator that operates according to a load torque estimated value of a load torque observer are provided.
すなわち、射出工程中の圧力変動は、射出モータへの外乱(負荷トルク)として作用し、射出速度を変動させるため、射出工程中に検出される負荷トルクの大きさに応じたモータトルクを発生するように、フィードフォワード補償器を設けることにより、射出工程中の速度変動を抑制することを可能としたものである。 That is, the pressure fluctuation during the injection process acts as a disturbance (load torque) to the injection motor, and changes the injection speed, so that a motor torque corresponding to the magnitude of the load torque detected during the injection process is generated. Thus, by providing the feedforward compensator, it is possible to suppress the speed fluctuation during the injection process.
射出工程における射出速度制御時において、射出圧力の変化は、射出速度の変動の要因となる。これは、次の運動方程式によって示される。
τM = Jdω/dt+τL (1)
τM : モータトルク
τL : 負荷トルク(射出圧力)
J : 射出軸慣性モーメント(モータ軸換算)
ω : モータ回転数(射出速度相当)
At the time of injection speed control in the injection process, the change in the injection pressure becomes a factor of fluctuations in the injection speed. This is shown by the following equation of motion.
τ M = Jdω / dt + τ L (1)
τ M : Motor torque τ L : Load torque (injection pressure)
J: Injection shaft inertia moment (motor shaft conversion)
ω: Motor rotation speed (equivalent to injection speed)
式(1)で、モータ速度が一定の時、すなわちdω/dt=0の時、
τM = τL
が成立している。
ところが、負荷トルクが急変した場合、
τM ≠ τL
となるため、
dω/dt ≠ 0
となり、
速度変動が発生する。
In equation (1), when the motor speed is constant, that is, when dω / dt = 0,
τ M = τ L
Is established.
However, if the load torque changes suddenly,
τ M ≠ τ L
So that
dω / dt ≠ 0
And
Speed fluctuation occurs.
従って、本発明では、負荷トルクオブザーバにより負荷トルクτLを推定し、射出軸に外乱として加えられる負荷トルクτLに相当する量をモータトルクτMにフィードフォワードすることによって、τLの変化による影響を理論上キャンセルすることができるため、速度変動を抑制することができる。従って、速度補償器のゲインを必要以上に大きくする必要がないため、機械剛性を向上させることなく高速射出成形に対応した性能を得ることができる。 Therefore, in the present invention, the load torque τ L is estimated by the load torque observer, and an amount corresponding to the load torque τ L applied as a disturbance to the injection shaft is fed forward to the motor torque τ M , thereby changing the τ L. Since the influence can be canceled theoretically, the speed fluctuation can be suppressed. Therefore, since it is not necessary to increase the gain of the speed compensator more than necessary, it is possible to obtain performance corresponding to high-speed injection molding without improving the mechanical rigidity.
上述したように本発明によれば、射出工程中に急峻に負荷圧力が変化したとしても、射出速度が大きく変動しないという効果を奏する。そして、これにより小ストロークで高速な射出成形条件においても所望の射出速度を安定して発生することができるため、安定な射出成形が可能になるという効果を奏する。 As described above, according to the present invention, there is an effect that the injection speed does not fluctuate greatly even if the load pressure changes suddenly during the injection process. As a result, a desired injection speed can be stably generated even under a high-speed injection molding condition with a small stroke, so that the effect of enabling stable injection molding is achieved.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態における電動射出成形機のブロック図である。以下、図1に基づいて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of an electric injection molding machine according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a description will be given based on FIG.
スクリュ2はシリンダ1の内部で回転し、樹脂を混錬溶融(可塑化)し、溶融した樹脂をシリンダ先端から押し出す(射出する)動作を行なう。図1では、スクリュが回転するための駆動機構は省略している。 The screw 2 rotates inside the cylinder 1, kneads and melts (plasticizes) the resin, and pushes out (injects) the melted resin from the tip of the cylinder. In FIG. 1, a drive mechanism for rotating the screw is omitted.
スクリュの射出動作は、サーボモータ9が回転することによってサーボモータに直結された駆動プーリ8を回転し、駆動プーリ8にタイミングベルト11によって結合された従動プーリ7が回転する。従動プーリにはボールネジのネジ部4が結合されており、ボールネジのネジ部4が回転することによって、ボールネジのナット部6が直線運動する。ナット部6に発生した直線方向の推力はスライドプレート5に作用し、スライドプレートは圧力センサを介してスクリュを射出方向に移動させる推力を伝達する。
When the servo motor 9 rotates, the screw injection operation rotates the
一方、射出軸の駆動制御は、サーボモータ9の回転速度をサーボコントローラで制御することにより行なわれる。 On the other hand, the drive control of the injection shaft is performed by controlling the rotation speed of the servo motor 9 with a servo controller.
上位にある指令発生コントローラ(上位コントローラ)25より、射出速度指令がサーボコントローラに与えられ、一方、サーボモータ9の回転軸に取り付けられたパルスジェネレータ10からは、モータの回転変位に応じたパルスが発生し、速度信号処理器16によって速度検出信号に変換される。
An injection speed command is given to the servo controller from a command generation controller (host controller) 25 at the upper level, while a pulse corresponding to the rotational displacement of the motor is sent from the pulse generator 10 attached to the rotation shaft of the servo motor 9. Generated and converted into a speed detection signal by the
加算器18では、指令発生コントローラ25から与えられた射出速度指令と速度検出信号との差(速度偏差)を演算し、速度制御器17に入力する。速度制御器17では、入力された速度偏差に応じて、比例・積分または微分等の演算を行い、サーボモータ9の電流指令を発生する。
The
電流指令とサーボモータ9の動力線に取り付けられた電流センサ14からの電流検出値は、加算器20に入力される。
The current command and the current detection value from the
また、負荷トルクのオブザーバ(負荷トルクオブザーバ)12は、速度検出値と電流検出値に基づいて、負荷トルクの推定を行い、推定した負荷トルクに応じたモータトルクを発生するように電流指令加算器20へ入力する。 The load torque observer (load torque observer) 12 estimates the load torque based on the speed detection value and the current detection value, and generates a motor command according to the estimated load torque. Input to 20.
具体的なオブザーバの構成方法としては、他にも様々な構成方法が考えられるが、基本的には図2に示すような演算手段によって構成される。図2において、d/dtは微分演算子、Jは可動部慣性モーメント、KTはトルク定数、KGはフィードフォワードゲイン、τLは負荷トルク推定値を示している。 As a specific observer configuration method, various other configuration methods are conceivable. Basically, the observer is configured by arithmetic means as shown in FIG. In FIG. 2, d / dt is a differential operator, J is movable unit moment of inertia, K T is a torque constant, K G feedforward gain, the tau L shows a load torque estimate.
図1に戻り、加算器20では、速度制御器17からの電流指令とオブザーバ12からの電流指令とを加算し、電流検出値を減算することによって、電流偏差を演算する。電流制御器19では、演算された電流偏差に対して比例・積分・微分等の演算を行い電圧形インバータ15の電圧指令を発生する。電圧形インバータ15では、電流制御器19から与えられた電圧指令を増幅しサーボモータ9を駆動する電圧を発生する。これにより、サーボモータ9は上位コントローラからの速度指令に一致するような速度で回転制御され、サーボモータに結合された射出軸の速度が制御される。
Returning to FIG. 1, the
1 シリンダ、2 スクリュ、3 圧力センサ、4 ボールネジ、5 スライドプレート、6 ボールネジ、9 サーボモータ、10 パルスジェネレータ、11 タイミングベルト、12 オブザーバ(負荷トルクオブザーバ)、14 電流センサ、15 電圧形インバータ、16 速度信号処理器、17 速度制御器、18、20 加算器、19 電流制御器、25 指令発生コントローラ(上位コントローラ)。 1 cylinder, 2 screw, 3 pressure sensor, 4 ball screw, 5 slide plate, 6 ball screw, 9 servo motor, 10 pulse generator, 11 timing belt, 12 observer (load torque observer), 14 current sensor, 15 voltage type inverter, 16 Speed signal processor, 17 Speed controller, 18, 20 Adder, 19 Current controller, 25 Command generation controller (high-order controller).
Claims (2)
速度偏差に応じて射出速度の偏差が零になるように動作するフィードバック補償器と、
負荷トルクオブザーバの負荷トルク推定値に応じたモータトルクが発生するように動作するフィードフォワード補償器と、
を備える射出成形機。 In the injection molding machine that compares the detected value of the injection speed with the set value at the time of injection control in the injection process and performs control so that the deviation becomes zero,
A feedback compensator that operates so that the deviation of the injection speed becomes zero according to the speed deviation;
A feedforward compensator that operates to generate a motor torque according to a load torque estimated value of a load torque observer;
Injection molding machine.
速度偏差に応じて射出速度の偏差が零になるようにフィードバック補償を行い、負荷トルクオブザーバにより推定された負荷トルク推定値に応じたモータトルクが発生するようにフィードフォワード補償を行う射出成形機の射出軸制御方法。 An injection shaft control method for an injection molding machine that compares a detected value and a set value of an injection speed at the time of injection control in an injection process, and controls the injection shaft so that the deviation becomes zero,
An injection molding machine that performs feedback compensation so that the deviation of the injection speed becomes zero according to the speed deviation, and performs feedforward compensation so that the motor torque according to the estimated load torque estimated by the load torque observer is generated. Injection axis control method.
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