JP2009241535A5 - - Google Patents

Description

多軸機械装置及びその制御方法並びに成形品取出機

本発明は、複数の軸を駆動する複数の駆動用モータを、設定された動作タイミングに従って制御する多軸機械装置及びその制御方法並びに成型品取出機に関するものである。

特開２０００−１４１４４０号公報（特許文献１）には、駆動源としてのモータの減速期間に発生する回生電力を蓄電手段に蓄え、蓄電手段に蓄えた電力（電荷）を、モータの加速期間にモータの駆動電力の一部として放電する射出成形機のモータ駆動装置が開示されている。
特開２０００−１４１４４０号公報

従来、成形品取出機のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のように複数の軸を複数の駆動用モータで動かす場合に、駆動用モータの駆動電力の一部として蓄電手段に蓄えた電力（電荷）を利用することは考えられる。しかしながら蓄電手段に蓄電する過程及び蓄電手段から電荷を放電する過程のいずれにおいても、回生電力は抵抗損となって損失する。そのため蓄電手段からのエネルギを利用する場合には、回生電力を必ずしも有効に活用しているとは言えなかった。

本発明の目的は、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を従来よりも有効に活用することができる多軸機械装置及びその制御方法を提供することにある。

具体的な本発明の目的は、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を従来よりも有効に活用することができる成形品取出機を提供することにある。

本発明は、複数の軸を駆動する複数の駆動用モータを、設定された動作タイミングに従って制御する多軸機械装置の制御方法を対象とする。本発明の方法では、動作タイミングを、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成する。そして重合期間において、回生状態にある駆動用モータが発生する回生電流を力行状態にある駆動用モータに負荷電流（有効電流）として供給する。すなわち回生電流を、加速状態にある他の駆動用モータに直接供給して、回生電流の一部を他の駆動用モータを駆動するために利用する。したがって本発明によれば、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を有効利用することができる。特に、本発明では、加速時に回生電流を利用するため、回生電流の供給を受ける他の駆動用モータの回転動作に大きな影響が生じることはない。

なお重合期間以外において回生状態にある１以上の駆動用モータが発生する回生電力を利用して、蓄電手段を充電する。このようにすると他の駆動用モータの駆動に利用しない回生電力を熱として消費することなく、有効利用することができる。

本発明の方法を実施する本発明の多軸機械装置は、複数の軸を駆動する複数の駆動用モータと、複数の駆動用モータを動作タイミングに基づいてそれぞれ制御する複数のモータ制御回路と、設定された動作タイミングを記憶部に記憶して複数のモータ制御回路に動作タイミングを出力する動作タイミング出力部とを備えている。本発明の多軸機械装置では、電源と複数のモータ制御回路との間に、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある駆動用モータの駆動用電力として回生電力を利用するように複数のモータ制御回路相互と電源との間の接続関係を切り換える接続関係切換回路を備えている。そして動作タイミングは、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成されている。接続関係切換回路は、重合期間において、回生状態にある駆動用モータが発生する回生電流を力行状態にある駆動用モータに負荷電流として供給するように切換動作をする。接続関係切換回路は、複数の半導体スイッチング素子を利用して構成することができる。

なお蓄電手段と、回生電力を利用して蓄電手段を充電する充電回路とをさらに備えていてもよい。これらの手段を用いる場合には、接続関係切換回路は重合期間以外において回生状態にある１以上の駆動用モータが発生する回生電力を利用して、充電回路が蓄電手段を充電するように充電回路と複数のモータ制御回路との接続関係を切り換えるように構成する。このようにすると回生電力を有効利用することができる。例えば、蓄電手段を少なくとも動作タイミング出力部の駆動用電源として用いてもよい。また本発明は、成形品を取り出すために複数のモータを備えた成型品取出機に適用することができるのは勿論である。

本発明によれば、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を有効利用することができ、特に、加速時に回生電流を利用するため、回生電流の供給を受ける他の駆動用モータの動作に大きな影響が生じることがないという利点が得られる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の方法を実施する本発明の多軸機械装置の具体例としての成形品取出機の動作制御回路の主要部の構成を概略的に示す図である。また図２は、動作タイミングの一部を示す図である。図１の回路構成を説明する前に、本発明を適用する成形品取出機Ａのハードウエアの構成の一例を図３を用いて説明する。図３には、「トラバース」タイプと呼ばれる成形品取出機Ａの斜視図を示してある。「トラバース」タイプと呼ばれる成形品取出機Ａは一般的に、図示しない成形機固定盤に載置され、ＸＹＺ３軸方向に進退移動可能にするＸ軸駆動用モータＭｘ、Ｙ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚを備えている。また成形品取出機Ａは、成形機（金型）から成形品を挟持あるいは吸着により取出す成形品把持部を備える。成形品取出機Ａは、成形機の所定の成形動作に連動して成形品を取出した後、所定の位置に成形品を搬送後開放し、待機位置への移動、待機位置での待機、取出しという所定の動作を反復することで、成形機と連動して自動運転がなされるものである。Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸を進退移動可能にする機器の部位名称は、横行部、引抜部、昇降部と呼ばれる。図３には、昇降部を２本備えるものが示されている。この成形品取出機Ａでは、成形品取出機Ａの横行部を構成する横行フレームＢに沿って引抜フレームＣ（引抜部、昇降部）を直線移動させるための動力源として用いられるＸ軸駆動用モータＭｘを駆動制御する。横行フレームＢ内の一方の端部（Ｘ軸駆動用モータＭｘ側の端部）には、ギヤボックスＤ内に収納された歯車機構を介してＸ軸駆動用モータＭｘによって回転駆動される１つのプーリが設置され、横行フレームＢ内の他端には無端のタイミングベルトＥを張設可能にする別のプーリを備えている。タイミングベルトＥは、横行サーボモータＭを駆動源として横行フレームＢ内にて回動される。タイミングベルトＥの一部が貼設固定される引抜フレームＣの引抜部は、横行フレームＢ内の直動案内機構により（直線的に）往復進退移動可能に構成されている。符号Ｆを付した制御ボックス内にＸ軸駆動用モータＭｘのサーボアンプ（図１のＸ軸モータ制御回路１）が配置されている。また製品側昇降機Ｇとランナ側昇降機Ｈにも、それぞれ引き抜き用サーボモータ（Ｙ軸駆動用モータＭｙ）と昇降用サーボモータ（Ｚ軸駆動用モータＭｚ）とが装着されている。これらのサーボモータ（図１のＹ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚ）についてのサーボアンプ（図１のＹ軸モータ制御回路２及びＺ軸モータ制御回路３）は制御ボックスＩ内に収納されている。さらにこの成形品取出機Ａには、図示していないが、成形品把持装置が付属しており、この成形品把持装置では、エアーバルブの制御により成形品のエア吸着またはエア把持が実行される。

図１に示すように、前述のＸ軸駆動用モータＭｘの駆動を制御するＸ軸モータ制御回路１、Ｙ軸駆動用モータＭｙの駆動を制御するＹ軸モータ制御回路２及びＺ軸駆動用モータＭｚの駆動を制御するＺ軸モータ制御回路３は、制御部４内のＣＰＵ５によって構成される動作タイミング出力部６から出力される動作タイミングに基づいて各モータを制御する。ＣＰＵ５は第１メモリ７に記憶された動作プログラムによって動作タイミング出力部６を実現している。そし動作タイミング出力部６は、コントローラ９からの入力により第２メモリ８（記憶部）に記憶した動作タイミングデータに基づいて動作タイミングを出力する。

本実施の形態では、電源１０とＸ軸モータ制御回路１、Ｙ軸モータ制御回路２及びＺ軸モータ制御回路３との間に、少なくとも１つの駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ）が回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ）の駆動用電力として回生電力を利用するようにＸ軸モータ制御回路１、Ｙ軸モータ制御回路２及びＺ軸モータ制御回路３間の接続関係を切り換える接続関係切換回路１１を備えている。電源１０とＸ軸モータ制御回路１、Ｙ軸モータ制御回路２及びＺ軸モータ制御回路３に含まれる電力変換回路は、回生電力を回生できる構成になっている。

そして動作タイミング出力部６が出力する動作タイミングは、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間（回生状態と力行状態における加速状態とが重なり合う期間）とを含むように構成されている。そして接続関係切換回路１１は、動作タイミング出力部６が出力する動作タイミングに基づいて、前述の重合期間において、回生状態にある駆動用モータが発生する回生電流を力行状態にある駆動用モータに負荷電流（有効電流）として供給するように切換動作をする。接続関係切換回路１１の具体的な回路構成は任意である。例えば、複数の電力用半導体スイッチング素子を利用して構成することができる。

図２には、動作時におけるあるときのＸ軸駆動用モータＭｘ、Ｙ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚの動作タイミングを示してある。この例では、Ｘ軸駆動用モータＭｘが減速状態にある期間（時刻ｔ２と時刻ｔ３の間）において、Ｙ軸駆動用モータＭｙが力行状態における加速状態になる期間（時刻ｔ４と時刻ｔ５の間）が重なっている。両期間が重なる期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ３）が重合期間である。この期間では、Ｘ軸駆動用モータＭｘが発生する回生電流が、Ｙ軸駆動用モータＭｙの加速のための駆動電流（負荷電流）として利用される。またＹ軸駆動用モータＭｙが減速状態にある期間（時刻ｔ６と時刻ｔ７の間）において、Ｚ軸駆動用モータＭｚが力行状態における加速状態になる期間（時刻ｔ８と時刻ｔ９の間）が重なっている。両期間が重なる期間（時刻ｔ８〜時刻ｔ７）が重合期間である。この期間では、Ｙ軸駆動用モータＭｙが発生する回生電流が、Ｚ軸駆動用モータＭｚの加速のための駆動電流（負荷電流）として利用される。

本実施の形態では、蓄電手段１２と、回生電力を利用して蓄電手段１２を充電する充電回路１３とをさらに備えている。そのため接続関係切換回路１１は、前述の重合期間以外において回生状態にある１以上の駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ）が発生する回生電力を利用して、充電回路１３が蓄電手段１２を充電するように充電回路１３とＸ軸モータ制御回路１、Ｙ軸モータ制御回路２及びＺ軸モータ制御回路３との接続関係を切り換えるように構成されている。図２の例でみれば、Ｚ軸駆動用モータＭｚが減速している期間（時刻ｔ９〜時刻ｔ１０）にＺ軸駆動用モータＭｚが発生する回生電流が、接続関係切換回路１１の切換動作により、充電回路１３を通して蓄電手段１２に供給されて、蓄電手段１２が充電される。なお充電回路１３は、接続関係切換回路１１の切換動作により、回生時以外は電源１０に接続されている。したがって本実施の形態によれば、回生電力を有効に利用することができる。なお蓄電手段１２を何の電源として利用するかは任意であり、例えば制御部４の電源として用いることができる。

上記実施の形態では、本発明を成形品取出機に適用したが、本発明はその他の多軸機械装置にも当然にして適用できる。

発明の方法を実施する本発明の多軸機械装置の具体例としての成形品取出機の動作制御回路の主要部の構成を概略的に示す図である。 動作タイミングの一部を示す図である。 成形品取出機の一例を射出成形機に設置する場合の成形機射出ノズル側から見たときの斜視図である。

１ Ｘ軸モータ制御回路
２ Ｙ軸モータ制御回路
３ Ｚ軸モータ制御回路
４ 制御部
５ ＣＰＵ
６ 動作タイミング出力部
７ 第１メモリ
８ 第２メモリ
９ コントローラ
１０ 電源
１１ 接続関係切換回路
１２ 蓄電手段
１３ 充電回路

Claims (5)

1. 複数の軸を駆動する複数の駆動用モータと、前記複数の駆動用モータを動作タイミングに基づいてそれぞれ制御する複数のモータ制御回路と、設定された前記動作タイミングを記憶部に記憶して前記複数のモータ制御回路に前記動作タイミングを出力する動作タイミング出力部とを備えた多軸機械装置であって、
   電源と前記複数のモータ制御回路との間に設けられて、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある前記駆動用モータの駆動用電力として回生電力を利用するように前記複数のモータ制御回路相互と前記電源との間の接続関係を切り換える接続関係切換回路を備え、
   前記動作タイミングは、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの前記駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成され、
   前記接続関係切換回路が、前記重合期間において、前記回生状態にある前記駆動用モータが発生する回生電流を前記力行状態にある前記駆動用モータに負荷電流として供給するように切換動作をすることを特徴とする多軸機械装置。
2. 複数の軸を駆動する複数の駆動用モータを、設定された動作タイミングに従って制御する多軸機械装置の制御方法であって、
   前記動作タイミングを、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの前記駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成し、
   前記重合期間において、前記回生状態にある前記駆動用モータが発生する回生電流を前記力行状態にある前記駆動用モータに負荷電流として供給することを特徴とする多軸機械装置の制御方法。
3. 成形品を取り出す際に動作する複数の軸を駆動する複数の駆動用モータと、前記複数の駆動用モータを動作タイミングに基づいてそれぞれ制御する複数のモータ制御回路と、設定された前記動作タイミングを記憶部に記憶して前記複数のモータ制御回路に前記動作タイミングを出力する動作タイミング出力部とを備えた成形品取出機であって、
   電源と前記複数のモータ制御回路との間に設けられて、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある前記駆動用モータの駆動用電力として回生電力を利用するように前記複数のモータ制御回路相互と電源との間の接続関係を切り換える接続関係切換回路を備え、
   前記動作タイミングは、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの前記駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成され、
   前記接続関係切換回路が、前記重合期間において、前記回生状態にある前記駆動用モータが発生する回生電流を前記力行状態にある前記駆動用モータに負荷電流として供給するように切換動作をすることを特徴とする成形品取出機。
4. 蓄電手段と、前記回生電力を利用して前記蓄電手段を充電する充電回路とをさらに備え、前記接続関係切換回路は前記重合期間以外において回生状態にある１以上の前記駆動用モータが発生する回生電力を利用して、前記充電回路が前記蓄電手段を充電するように前記充電回路と前記複数のモータ制御回路との接続関係を切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の成形品取出機。
5. 前記重合期間以外において回生状態にある１以上の前記駆動用モータが発生する回生電力を利用して、蓄電手段を充電することを特徴とする請求項３に記載の成形品取出機。