JP2008284705A - Pressure detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に電動式射出成形装置において、加圧成形の際に射出スクリューに印加される圧力を検出するための圧力検出装置に関する。 The present invention relates to a pressure detection device for detecting pressure applied to an injection screw during pressure molding, particularly in an electric injection molding device.
電動式射出成形装置として、サーボモータの回転を、ねじ軸にナット部材を取り付けてなるボールねじ機構等を介して直線運動に変換して、加熱筒内の射出スクリューをその軸方向に駆動して加圧成形を行うものがある(例えば特許文献1参照)。この電動式射出成形装置では、射出スクリューに印加される圧力をボールねじ機構と射出スクリューとの間に設けたロードセルで検出し、その圧力の検出値と予め設定した圧力指令値との偏差を算出し、圧力検出値を圧力指令値に一致させるための制御信号をサーボモータに付与することにより検出圧力値に対するフィードバックを行うことによって、射出工程時の射出圧力等の制御を行っている。 As an electric injection molding device, the rotation of the servo motor is converted into a linear motion via a ball screw mechanism or the like in which a nut member is attached to the screw shaft, and the injection screw in the heating cylinder is driven in its axial direction. Some perform pressure molding (see, for example, Patent Document 1). In this electric injection molding device, the pressure applied to the injection screw is detected by a load cell provided between the ball screw mechanism and the injection screw, and the deviation between the detected pressure value and a preset pressure command value is calculated. Then, the control of the injection pressure and the like in the injection process is performed by giving a feedback to the detected pressure value by giving a control signal for matching the detected pressure value to the pressure command value to the servo motor.
また、射出スクリューに印加される圧力の検出装置としては、特許文献2に示すように、ロードセルと、該ロードセルと一体に取り付けられるとともに、ロードセルの出力を増幅する増幅器、該増幅器のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器、該A/D変換器からの出力信号をシリアルデータ信号として送出するシリアル通信手段及びこれらの制御を行う演算制御部とを備えた箱体とからなるロードセルユニットが配置されたものが開示されている。この圧力検出装置においては、該ロードセルユニットと伝送ケーブルで接続されたコントロール装置が配置され、該コントロール装置がロードセルユニットへの電源供給と制御信号の送出を行うようになっている。そして、この制御信号によって演算制御部が増幅器、A/D変換器及びシリアル通信手段を制御して、ロードセルの出力を制御装置側へ送出する。即ち該圧力検出装置では、ロードセルユニットとコントロール装置とが双方向に通信を行う構成とされている。
ところで、従来の電動式射出成形装置の圧力検出装置においてスクリューに印加される圧力を検出する際には、まずコントロール装置からロードセルユニットにスタート信号を送出し、このスタート信号によってロードセルユニットからコントロール装置に圧力検出信号が送出される構成とされているため、圧力検出信号を得るためには双方向から情報のやり取りを行う一往復の通信が必要となりシステムが複雑化してしまっていた。また、ロードセルユニットとコントロール装置とは、これらを接続する一つの伝送ケーブルを介して双方向に通信を行うため、いずれか一方から信号を送出している場合には他方からは信号を送出することができなくなり、連続した圧力検出信号をサーボモータの制御に反映することができないとい欠点があった。このため、サーボモータの制御精度が低下し、成形品の品質にバラツキが生じてしまうという課題があった。 By the way, when detecting the pressure applied to the screw in the pressure detection device of the conventional electric injection molding device, first, a start signal is sent from the control device to the load cell unit, and this load signal is sent from the load cell unit to the control device. Since the pressure detection signal is transmitted, in order to obtain the pressure detection signal, one-way communication for exchanging information from both directions is required, and the system is complicated. In addition, since the load cell unit and the control device communicate bidirectionally via a single transmission cable connecting them, when a signal is sent from either one, the other sends a signal. There is a drawback that the continuous pressure detection signal cannot be reflected in the control of the servo motor. For this reason, there existed a subject that the control precision of a servomotor fell and the quality of a molded product will vary.
さらに、従来の圧力検出装置においては、上記のように、増幅器、A/D変換器、シリアル通信手段、演算制御部等の電子部品が、ロードセルと一体に取り付けられた箱体内に配置されているため、ロードセルが受ける圧力による衝撃やこの衝撃によって発生する熱がこれらの電子部品に直接伝わってしまい、これにより電子部品が故障するおそれもあり信頼性に欠けていた。 Further, in the conventional pressure detection device, as described above, electronic components such as an amplifier, an A / D converter, a serial communication unit, and an arithmetic control unit are arranged in a box attached integrally with the load cell. For this reason, the impact due to the pressure received by the load cell and the heat generated by the impact are directly transmitted to these electronic components, which may cause the electronic components to fail and lack reliability.
この発明はこのような事情に鑑みて、システムが簡易であってハンドリングが容易であるとともに、連続的に圧力検出信号を得ることによってサーボモータの制御精度を向上させることができ、さらに電子部品の故障のリスクを低減して信頼性を高く維持することが可能な、電動式射出成形装置における圧力検出装置を提供する。 In view of such circumstances, the present invention is simple and easy to handle, and can continuously improve the accuracy of servo motor control by obtaining a pressure detection signal. Provided is a pressure detection device in an electric injection molding apparatus capable of reducing the risk of failure and maintaining high reliability.
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る圧力検出装置は、電動式射出成形装置の射出スクリューに印加される圧力を検出し制御装置へ送出する圧力検出装置において、前記射出スクリューに作用する圧力を検出するロードセルと、前記ロードセルとは別体として設けられるとともに、前記ロードセルの検出出力を増幅する増幅器と、該増幅器のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器からの出力信号を圧力検出信号として送出する送信部とを備えた変換ユニットとが配設され、前記ロードセルが常時圧力を検出するとともに、前記変換ユニットは前記ロードセルの検出出力に基づいて連続的に前記圧力検出信号を前記制御装置へ送出することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, a pressure detection device according to the present invention is a pressure detection device that detects a pressure applied to an injection screw of an electric injection molding device and sends it to a control device, and a load cell that detects a pressure acting on the injection screw; An amplifier that is provided separately from the load cell, amplifies the detection output of the load cell, an A / D converter that converts an analog output signal of the amplifier into a digital signal, and an output from the A / D converter A conversion unit including a transmission unit that transmits a signal as a pressure detection signal, the load cell constantly detects pressure, and the conversion unit continuously detects the pressure based on the detection output of the load cell. A signal is sent to the control device.
本発明の圧力検出装置においては、ロードセルが射出スクリューに印加される圧力を検出し、その検出出力が変換ユニットによって増幅及びデジタル変換され、送信部によって圧力検出信号として制御装置へ送出されるため、信号は変換ユニットから制御装置への一方向にのみ送信されることとなる。従って、圧力検出信号を得るために従来のように一往復の通信が必要とならないためシステムを簡易なものとすることができる。 In the pressure detection device of the present invention, the load cell detects the pressure applied to the injection screw, the detection output is amplified and digitally converted by the conversion unit, and sent to the control device as a pressure detection signal by the transmission unit. The signal is transmitted in only one direction from the conversion unit to the control device. Therefore, since a one-way communication is not required as in the prior art in order to obtain a pressure detection signal, the system can be simplified.
さらに信号が変換ユニットから制御装置へと一方向にのみ送信されることに加えて、ロードセルは常時射出スクリューに印加される圧力を検出しているため、その検出出力は連続的なものとなり、該検出出力に基づく圧力検出信号を途切れることなく連続的に制御装置へ送出することができる。従って、この連続した圧力検出信号をフィードバック制御に反映することができるため、圧力検出値と予め定められた圧力指令値との偏差を連続的に把握することが可能となり、サーボモータの制御精度を向上させることができる。 Furthermore, in addition to the signal being transmitted from the conversion unit to the control device in only one direction, the load cell constantly detects the pressure applied to the injection screw, so the detection output is continuous, The pressure detection signal based on the detection output can be continuously sent to the control device without interruption. Therefore, since this continuous pressure detection signal can be reflected in the feedback control, it becomes possible to continuously grasp the deviation between the pressure detection value and the predetermined pressure command value, and the control accuracy of the servo motor can be improved. Can be improved.
さらにまた、当該圧力検出装置においては、衝撃や熱に弱い電子部品である増幅器、A/D変換器、送信部を備えた変換ユニットは、ロードセルとは別体として設けられているため、ロードセルが受ける圧力による衝撃やこれによって発生する熱が電気部品に直接的に伝わることがないため、故障のリスクを低減させることができるとともにその寿命を延ばすことが可能となる。 Furthermore, in the pressure detection device, the conversion unit including the amplifier, the A / D converter, and the transmission unit, which are electronic components that are vulnerable to shock and heat, is provided separately from the load cell. Since the impact due to the pressure received and the heat generated thereby are not directly transmitted to the electrical component, the risk of failure can be reduced and the lifetime can be extended.
また、本発明に係る圧力検出装置においては、前記変換ユニットに、前記ロードセルと、前記増幅器と、前記A/D変換器と、前記送信部とへ電力供給を行う電源部が備えられたことを特徴としている。 Further, in the pressure detection device according to the present invention, the conversion unit includes a power supply unit that supplies power to the load cell, the amplifier, the A / D converter, and the transmission unit. It is a feature.
変換ユニットに備えられた電源部が、ロードセル及び変換ユニットの各部に一括して電源供給を行う構成とされている。従来は、電源供給は信号を伝送するのと同一のケーブルを介して制御装置側からロードセル側に対して行われていたが、変換ユニット側に電源部を配置することにより、ケーブルを介して伝送されるものは、変換ユニット側から制御装置側に送出される圧力検出信号のみになるため、システムをさらに簡易化することができるとともに、ケーブルを介して電力を伝播することによる信号へのノイズの影響を考慮する必要がないため、信頼性の高い信号伝送が可能となる。 The power supply unit provided in the conversion unit is configured to collectively supply power to each part of the load cell and the conversion unit. Conventionally, power supply was performed from the control device side to the load cell side via the same cable that transmits the signal, but by transmitting the power supply unit on the conversion unit side, it is transmitted via the cable. Since only the pressure detection signal sent from the conversion unit side to the control device side is performed, the system can be further simplified, and noise generated by propagating power through the cable can be reduced. Since there is no need to consider the influence, highly reliable signal transmission is possible.
本発明に係る圧力検出装置によれば、信号は変換ユニットから制御装置への一方向にのみ送信されるためシステムが簡易となりハンドリングが容易となるとともに、ロードセルによって常時射出スクリューに印加される圧力を検出し、その検出信号に基づく圧力検出信号を連続的に得ることができるためサーボモータの制御精度を向上させることができ、成形品の品質のバラツキを防ぐことが可能となる。さらに電子部品を備えた変換ユニットは、ロードセルとは別体として配設されているため、衝撃や熱による故障のリスクを低減して信頼性を高く維持することが可能となる。 According to the pressure detection device of the present invention, since the signal is transmitted only in one direction from the conversion unit to the control device, the system becomes simple and easy to handle, and the pressure applied to the injection screw by the load cell is always applied. Since it is possible to detect and continuously obtain a pressure detection signal based on the detection signal, it is possible to improve the control accuracy of the servo motor and to prevent variations in the quality of the molded product. Furthermore, since the conversion unit including the electronic components is disposed separately from the load cell, it is possible to reduce the risk of failure due to impact or heat and maintain high reliability.
以下、本発明に係る圧力検出装置の一実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る圧力検出装置が用いられる電動式射出成形装置の概略構成図、図2は本実施形態に係る圧力検出装置を示すブロック図である。 Hereinafter, an embodiment of a pressure detection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric injection molding apparatus in which the pressure detection device according to the present embodiment is used, and FIG. 2 is a block diagram showing the pressure detection device according to the present embodiment.
図1において、1は電動式射出成形装置でありその外部には後述する変換ユニット23及び制御装置30が設けられている。電動式射出成形装置1は、支持盤2に取り付けられて先端に射出ノズル3を有する加熱筒4と、この加熱筒4内にその軸方向に移動自在に挿入された射出スクリュー5と、この射出スクリュー5の後端側(図1において右側)をロードセル6を介して支持する支持台7をと備えている。支持盤2及びこれに対向するように後端側に配置された支持盤8には、一対のねじ軸12aが回転自在に支持されており、各ねじ軸12aが支持台7の両端部に固定されたボールナット12bに噛合している。これらねじ軸12aとボールナット12bとでサーボモータ11の回転を直線運動に変換するボールねじ機構12を構成している。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electric injection molding apparatus, which is provided with a
そして、各ねじ軸12aの後端にはプーリ13がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ13とサーボモータ11の回転軸に取り付けられたプーリ14との間にタイミングベルト15が張設されており、これによりサーボモータ11の回転がプーリ13に伝達される構成となっている。
A
また、本実施形態における圧力検出装置10は図2に示すようにロードセル6と変換ユニット23とから構成される。ロードセル6は例えば4つの歪ゲージ21を備えており、該歪ゲージ21は、図2に概略的に示すように、公知のホイートストーンブリッジ回路20を構成するように結線されており、このホイートストーンブリッジ回路20の各辺にそれぞれ一つの歪ゲージ21が配置されている。また、該ホイートストーンブリッジ回路21における対向する二つの端子20a、20bには、後述の電源部27から一定の入力電圧が入力されており、ロードセル6に加えられる圧力による歪ゲージ21の抵抗値の変化に応じて残りの端子20c、20d間の出力電圧が変化するように構成されている。この出力電圧がロードセル6の検出出力として変換ユニット23に送出される。
Moreover, the
変換ユニット23は、その内部に増幅器24、A/D変換器25、送信部26及び電源部27を備えており、該変換ユニット23はロードセル6とは別体として設置されている。増幅器24は、変換ユニット23から送出されたロードセル6の検出出力を増幅し、A/D変換器25は増幅器24が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。また、送信部26は、本実施形態においてはA/D変換器25の出力をシリアルデータ信号として制御装置30に送出するシリアルI/Oであって、該シリアルデータ信号がロードセル6の検出出力に基づく圧力検出信号として制御装置30に入力される。また、電源部27は、ロードセル6のホイートストーンブリッジ回路21の端子20a、20bに入力電圧として電力供給を行うとともに、該電源部27と同じく変換ユニット23内に備えられた増幅器24、A/D変換器25、送信部26に対しても電力供給を行う構成とされている。
The
そして、制御装置30は、変換ユニット23の送信部26から送出された圧力検出信号に基づく圧力検出値と予め設定された圧力指令値との偏差を算出するとともに、サーボモータ11に対して、圧力検出値を圧力指令値に一致させるための圧力フィードバック制御を行う。
Then, the
上記の電動式射出成形装置1が稼動する際には、サーボモータ11が回転し、その回転がタイミングベルト15及び各プーリ13、14を介して各ねじ軸12aに伝えられ、このねじ軸12aの回転によって、これらに取り付けられたボールナット12bを介して支持台7がねじ軸12aの方向に直線運動をする。そして射出スクリュー5の後端側(図1において右側)と支持台7の先端側(図1において左側)との間に挟み込まれるように保持されているロードセル6を介して、射出スクリュー5がその軸方向に前進または後退移動し成形動作を行う構成となっている。
When the electric injection molding apparatus 1 operates, the
この電動式射出成形装置1の稼動の際には、変換ユニット23内に設けられた電源部27によって、ロードセル6のホイートストーンブリッジ回路20の端子20a、20bには常に入力電圧が供給されている。また、端子20c、20dに生じる電位差が出力電圧とされており、射出スクリュー5に圧力が印加されていない際には、ホイートストーンブリッジは平衡状態であるため、端子20c、20d間に電位差は生じない。一方、射出スクリュー5に圧力が印加された際には、該射出スクリュー5と支持台7との間に挟みこまれているロードセル6にもその圧力が及び、その圧力の大きさに応じて歪ゲージ21の抵抗値が変化して端子20c、20d間に電位差が生じる。この電位差がホイートストーンブリッジ20の出力電圧となり、ロードセル6の検出出力として変換ユニット23に送出される。従って、射出スクリュー5に印加される圧力の変化はロードセル6による検出出力として連続的に変換ユニット23に送出される。
When the electric injection molding apparatus 1 is in operation, an input voltage is always supplied to the
このロードセル6による検出出力の値は、歪ゲージ21の抵抗値の微小な変化に基づくものであるため非常に小さなものとなっている。従って、検出出力が変換ユニット23に入力されると、まず増幅器24によりその出力が増幅される。次ぎに、この増幅された検出出力はA/D変換器25によってアナログ出力信号がデジタル信号に変換され、さらにこのデジタル信号が送信部26によってシリアルデータ信号に変換されて、圧力検出信号として制御装置30へ送出される。このようにデジタル化やシリアルデータ化を経て圧力検出信号を送出しているためノイズ等の影響を受けることが少なく、信頼性の高い信号伝送をすることができる。また、ロードセル6による圧力の検出出力は連続的に変換ユニット23に入力されるため、変換ユニット23が制御装置30へ送出する圧力検出信号も連続的なものとなる。そして、この連続した圧力検出信号に基づき、制御装置30が圧力フィードバック制御を行うことによって最適な制御信号がサーボモータ11に付与され、精度の高い成形加工を行うことができる。
The value of the detection output by the load cell 6 is very small because it is based on a minute change in the resistance value of the
また、ロードセル6から変換ユニット23の増幅器24に送出している検出出力の値は、非常に小さくノイズ等の影響を受けやすいが、変換ユニット23をロードセル6の近くに設置し、ケーブル31の長さが例えば50cm以内のシールドケーブル等を用いて、短く結線することで、デジタル化する前段での圧力検出信号が受けるノイズ等の影響を容易に防止できる。
Further, the value of the detection output sent from the load cell 6 to the
本発明の圧力検出装置10においては、ロードセル6が射出スクリュー5に印加される圧力を検出し、その検出出力が変換ユニット23によって増幅、デジタル変換及びシリアルデータ化された後に圧力検出信号として制御装置30へ送出されるため、信号は変換ユニット23側から制御装置30への一方向にのみ送信されることとなる。従って、圧力検出信号を得るために従来のように一往復の通信をする必要はないため圧力検出装置10のシステムを簡易なものとすることができる。
In the
さらに信号が変換ユニット23から制御装置30へと一方向にのみ送信されることに加えて、ロードセル6は常時射出スクリュー5の圧力を検出しているため、その検出出力は連続的なものとなり、該検出出力に基づく圧力検出信号も途切れることなく連続的に制御装置30へ送出される。従って、この連続した圧力検出信号をフィードバック制御に反映することができるため、圧力検出値と予め定められた圧力指令値との偏差を連続的に把握することが可能となり、サーボモータ11の制御精度を向上させることができる。
Furthermore, in addition to the signal being transmitted from the
さらにまた、当該圧力検出装置10においては、衝撃や熱に弱い電子部品である増幅器24、A/D変換器25、送信部26、電源部27を備えた変換ユニット23は、ロードセル6とは別体として設けられているため、ロードセル6が受ける圧力による衝撃やこれによって発生する熱がこれらの電気部品に直接的に伝わることがないため、故障のリスクを低減させることができるとともにその寿命を延ばすことが可能となる。
Furthermore, in the
また、本実施形態では、変換ユニット23に備えられた電源部27が、ロードセル6及び変換ユニット23の各部に一括して電源供給を行う構成とされている。本実施形態では変換ユニット23内に電源部27を配置することにより、変換ユニット23と制御装置30とを接続するケーブルを介して伝送されるものは、変換ユニット23側から制御装置30側に送出される圧力検出信号のみになるため、システムをさらに簡易化することができる。
In the present embodiment, the
以上から、本実施形態に係る圧力検出装置10によれば、信号は変換ユニット23から制御装置30への一方向にのみ送信されるためシステムが簡易となりハンドリングが容易となるとともに、ロードセル6によって常時射出スクリュー5の圧力を検出し、その検出信号に基づく圧力検出信号を連続的に得ることができるためサーボモータ11の制御精度を向上させることができ、成形品の品質を向上させることが可能となる。さらに変換ユニット23は、ロードセル6とは別体として配設されているため、衝撃や熱による故障のリスクを低減して信頼性を高く維持することが可能となる。
From the above, according to the
また、圧力検出信号はデジタル化やシリアルデータ化を経て送出されているため、信頼性の高い信号伝送をすることができる。 In addition, since the pressure detection signal is sent through digitization or serial data, highly reliable signal transmission can be performed.
1 電動式射出成形装置
5 射出スクリュー
6 ロードセル
10 圧力検出装置
23 変換ユニット
24 増幅器
25 A/D変換器
26 送信部
27 電源部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric
Claims (2)
前記射出スクリューに印加される圧力を検出するロードセルと、
前記ロードセルとは別体として設けられるとともに、前記ロードセルの検出出力を増幅する増幅器と、該増幅器のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器からの出力信号を圧力検出信号として送出する送信部とを備えた変換ユニットとが配設され、
前記ロードセルが常時圧力を検出するとともに、前記変換ユニットは前記ロードセルの検出出力に基づいて連続的に前記圧力検出信号を前記制御装置へ送出することを特徴とする圧力検出装置。 In the pressure detection device for detecting the pressure applied to the injection screw of the electric injection molding device and sending it to the control device,
A load cell for detecting the pressure applied to the injection screw;
An amplifier that is provided separately from the load cell, amplifies the detection output of the load cell, an A / D converter that converts an analog output signal of the amplifier into a digital signal, and an output from the A / D converter A conversion unit including a transmission unit that transmits a signal as a pressure detection signal,
The pressure detection device, wherein the load cell constantly detects pressure, and the conversion unit continuously sends the pressure detection signal to the control device based on the detection output of the load cell.
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