JP2009251804A - 機械可動部の加減速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの移動指令での移動中において、モータの位置に応じて加速度を変更して加減速制御できる加減速制御方法を得る。
【解決手段】移動指令による目標位置までの移動中のモータの位置（０〜Ｐ（０）、Ｐ（０）〜Ｐ（１）、Ｐ（１）以上）に対応する加速度（ａ（０）、ａ（１）、ａ（２））を加速度パターンとして予め制御装置に設定しておく。モータ駆動中、前記加速度パターンに基づいて、モータの位置に応じて加速度を変更し加減速制御して速度を制御する。
【選択図】図９

Description

本発明は、サーボモータによって位置、速度が制御される機械の可動部の加減速制御方法に関する。

産業機械等の各種機械においては、機械の可動部をサーボモータで駆動し、該サーボモータの速度、位置を制御することによって、可動部の位置、速度を制御している。
この可動部の位置、速度の制御には、数値制御装置等の制御装置によって、可動部が移動開始する始点から終点までの移動距離と設定速度に基づいて、加減速制御して所定周期毎の移動指令を生成し、該移動指令でサーボモータを駆動し、可動部を駆動制御している。この加減速制御は一般に、設定された時定数に基づいて、速度を指令速度まで加速し、又、減速停止させる制御が行われている。

又、設定された時定数により決まる一定の加速度で速度制御するのではなく、加速度を変化させてモータの速度を制御する方法として、機械の摩擦、重力値、モータの出力トルク性能等によって決まる出力可能な加速度を速度の関数で表した制限加速度曲線を求め、該制限加速度曲線に一致又は近似するように速度―加速度曲線を設定し、該速度―加速度曲線に基づいて、速度に応じた加速度でモータの速度を制御する方式が公知である（特許文献１参照）。

さらに、ロボットの各関節軸の駆動制御において、関節軸の座標値に対する加減速度をテーブルに記憶しておき、移動開始時に、移動始点で関節軸の始点座標値と目標位置から関節軸の終点座標値に対応する加速度をテーブルより求めて、始点での加速度、終点での減速度として設定し、さらに、各関節軸の設定加速度、減速度の中から最小の加速度、減速度を選択して、速度を制御するようにした発明も知られている（特許文献２参照）。

また、溶融樹脂を金型内に射出するスクリュ等の可動部をモータで駆動する電動式射出成形機においては、射出工程をスクリュ位置に応じて複数の段数に区分して各段の射出速度（モータ回転速度）を変えて射出を行う方法がとられており、この場合、金型内を流れる樹脂の速度を制御するため、樹脂の粘性、金型形状、金型内における樹脂の充填状態に応じて射出速度の急激な変化を避けることが必要なことから、各段の速度や次段への速度に切り替わるときの加速度を各段毎に設定し、各段の加速、減速時の加速度を変えるようにして、例えば、樹脂が成形品のゲートを流れる場合には急激に減速し、樹脂がゲートから製品部に入る際にはゆっくり加速し樹脂の流れが乱れることがないようにする成形方法が知られている。

また、モータと機械可動部の間にトルクや速度を増幅する機構を設けて、機械可動部を、これら機構を介して駆動する方式も一般的である。例えば、電動式射出成形機や電動式プレス機械等の産業機械では、モータの回転力をトグル機構・クランク機構などの増幅機構を使用して増速して使用することが多い。

特開２００２−１３２３４９号公報 特開平４−３５２０１３号公報

トグル機構・クランク機構等の速度増幅機構を使用した場合、可動部を駆動するモータの速度より可動部の速度が速くなり、機械動作サイクル時間の短縮効果が図れる。しかし、速度増幅機構の位置によっては可動部の速度変動が大きくなるという問題があり、モータの回転速度が一定でも速度増幅機構の位置によって、可動部の速度が急激に増加したり、急激に減少したり、速度が大きく変動し、大きな加速度が発生する。そのため、可動部に対して最適な速度制御を行うには、モータの位置（速度増幅機構の位置）に応じて加速度や速度を変化させる必要がある。

上述した特許文献１に記載された発明は、速度の関数として加速度を設定するものである。又、射出成形機における射出工程の速度制御の例や特許文献２に記載された発明では、位置によって加速度を変えるものであるが、各移動指令毎に加速度を変更して速度制御を行うものである。移動位置を複数の移動指令に区分し、各移動指令による移動開始と終了時点での加速度を制御するものであるから、複数の移動指令に分ける必要がある。

そこで、本発明の目的は、一つの移動指令での移動中において、モータの位置に応じて加速度を変更できる加減速制御方法を提供することにある。

本発明は、制御装置からの移動指令に基づいて機械の可動部をサーボモータによって駆動制御し、可動部の位置、速度を制御する加減速制御方法であって、前記移動指令による目標位置までの移動中のサーボモータの位置に対応する加速度を加速度パターンとして予め前記制御装置に設定しておき、サーボモータ駆動中、前記加速度パターンに基づいて、サーボモータの位置に応じて加速度を変更し速度を制御する機械可動部の加減速制御方法である。
前記加速度パターンの設定は、サーボモータの位置に対応する加速度がテーブルに設定記憶される態様と、位置に対応する加速度の関係を示す関数を設定する態様がある。

又、前記加速度パターンは前記機械の可動部の駆動系に用いられる速度増幅機構の速度増幅率から求めるようにした。若しくは、速度増幅機構を介して前記サーボモータで駆動される可動部の位置に応じて速度を測定して求めるようにした。

本発明は、加速度パターンによって、加速途中、減速途中でも、該加速、減速中の加速度とは異なった加速度で加速、減速を行うことができるので、サーボモータの位置に応じて、最適な加速、減速制御ができる。又、トグル機構やクランク機構等の速度増幅機構を用いている場合には、駆動源のサーボモータの速度、加速度と該速度増幅機構を介して駆動される可動部の速度、加速度が異なることになるが、加速度パターンを設定することによって、可動部の速度、加速度も所望のものに制御することが容易となる。

以下、本発明の機械可動部の加減速制御方法を電動式射出成形機の可動プラテン（可動部）の駆動制御に適用した一例で説明する。

図１は、本発明の加減速制御方法を適用した一実施形態としての電動式射出成形機の概要図である。
射出シリンダ１の先端にはノズル部２が取り付けられ、該射出シリンダ１内には、射出スクリュ３が挿通されている。射出スクリュ３には該射出スクリュ３にかかる圧力により樹脂圧力を検出するロードセル等の圧力センサ５が設けられ、該射出スクリュ３は、スクリュ回転用サーボモータＭ２により、プーリ、ベルト等で構成された伝動手段６を介して回転させられる。又、射出スクリュ３は、射出用サーボモータＭ１によって、プーリ、ベルト、ボールねじ／ナット機構等の回転運動を直線運動に変換する機構を含む伝動手段７を介して駆動され、該射出スクリュ３の軸方向に移動させられる。なお、符号Ｐ１は、サーボモータＭ１の位置、速度を検出することによって、射出スクリュ３の軸方向の位置、速度を検出する位置・速度検出器であり、符号Ｐ２は、サーボモータＭ２の位置、速度を検出することによって、射出スクリュ３の回転位置、速度を検出する位置・速度検出器である。又、符号４は、射出シリンダ１に樹脂を供給するホッパである。

金型１１は、固定プラテン８と可動プラテン９に取り付けられ、可動プラテン９とリアプラテン１０の間にはトルクや速度を増幅する増幅機構であるトグル機構１３が設けられている。又、可動プラテン９には、金型内の成形品を突き出すための突出用サーボモータＭ３が設けられ、プーリ、ベルト等で構成された伝動手段１６を介して金型内に突出ピンを突出させて金型内の成形品を取り出す。又、リアプラテン１０には型開閉用サーボモータＭ４が設けられ、プーリ、ベルト等で構成された伝動手段１５を介して、リアプラテン１０に回転自在に軸受されたボールネジ１４を駆動する。該ボールネジ１４は、トグル機構１３のクロスヘッド１３ａに設けられたナットと螺合し、型開閉用サーボモータＭ４の回転によってボールネジ１４が回転することによってナットと一体のクロスヘッド１３ａが図１において左右に移動し、トグル機構１３のリンクを伸縮させて可動プラテン９を移動させ、金型の開閉、型締めを実行する。又、Ｐ３、Ｐ４は位置・速度検出器であり、サーボモータＭ３、Ｍ４の回転位置、速度が検出される。

射出成形機の制御装置３０は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ４０、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ３９、及びサーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ３７を有し、バス４８を介して相互の入出力を選択することにより各マイクロプロセッサ間での情報伝達が行えるようになっている。

サーボＣＰＵ３７には、位置ループ、速度ループ、電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ３５やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ３６が接続されている。また、サーボＣＰＵ３７は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３８を介して射出成形機本体側に設けられた射出圧等の各種圧力を検出する圧力センサ５からの圧力信号を検出できるように接続されている。更に、サーボＣＰＵ３７には、該ＣＰＵ３７からの指令に基づいて、射出用、スクリュ回転用、製品突出用、型開閉用の各サーボモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を駆動するサーボアンプ３４、３３、３２、３１が接続され、各サーボモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に取付けられた位置・速度検出器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４からの出力がサーボＣＰＵ３７に帰還されるようになっている。

ＰＭＣＣＰＵ３９には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ４３および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ４４が接続され、ＣＮＣＣＰＵ４０には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラム等を記憶したＲＯＭ４５および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ４６が接続されている。

不揮発性メモリで構成される成形データ保存用ＲＡＭ４１は射出成形作業に関する成形条件と各種設定値、パラメータ、マクロ変数等を記憶する成形データ保存用のメモリである。

ＣＲＴ／ＭＤＩ（手動データ入力装置）４７はＣＲＴ表示回路４２を介してバス４８に接続され、グラフ表示画面や機能メニューの選択および各種データの入力操作等が行えるようになっており、数値データ入力用のテンキーおよび各種のファンクションキー等が設けられている。なお、表示装置としては液晶表示装置を用いたものでもよい。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ３９が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣＣＰＵ４０がＲＯＭ４５の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ４１に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ３７は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、従来と同様に位置ループ制御、速度ループ制御さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆるディジタルサーボ処理を実行し、各サーボモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を駆動制御する。

上述した構成は従来の電動式射出成形機の制御装置と変わりはなく、この実施形態は、可動プラテン９を駆動して金型を開閉させる型閉じ工程、型開き工程に本発明の加減速制御方法を適用するものである。又、射出工程にも適用してもよいものである。

可動部である可動プラテン９は、トグル機構１３を介して型開閉用サーボモータＭ４で駆動されるものであるから、型開閉用サーボモータＭ４の速度、加速度と可動プラテン９の移動速度、加速度は比例関係にはなく、異なったものである。一方、可動プラテン９には金型１１の可動側が固定されているものであり、この金型１１の開閉、型締め動作を制御することが目的であることから、可動プラテン９の位置、速度、加速度を制御する必要がある。

この可動プラテン９は、型開閉用サーボモータＭ４で駆動されるものであるから、可動プラテン９の位置、速度、加速度の制御は型開閉用サーボモータＭ４の位置、速度、加速度の制御を行うことによって制御されることになる。しかし、型開閉用サーボモータＭ４と可動プラテン９の位置、速度、加速度は比例関係にないので、型開閉用サーボモータＭ４を一定の回転速度で回転させたとしても、可動プラテン９の速度、加速度は型開閉用サーボモータＭ４の位置によって変化する。なお、型開閉用サーボモータＭ４とクロスヘッド１３ａは所定の比例関係で動作するので、クロスヘッド１３ａの位置、速度、加速度が決まれば、型開閉用サーボモータＭ４の位置、速度、加速度も決まることになる。

図２は、トグル機構１３のリンクを伸ばしきった状態を示す図であり、図２に示すように、該トグル機構１３の各リンク枢着点をＱ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4、各枢着点間のリンクの長さをＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4とする。
図３〜図５は、クロスヘッド１３ａの位置、速度と可動プラテン９の位置、速度を解析するための説明図である。図３はリンクを伸ばしきった状態のトグル機構１３の状態を示し、トグル機構１３の構成が決まれば、図３に示すリンクを伸ばしきった状態における、図３に示す各長さＬ11、Ｌ12、角度ａ、ｂ、ｃも決まる定数である。又、リアプラテン１０からクロスヘッド１３ａまでの距離ＸＣＨ０、リアプラテン１０から可動プラテン９までの距離ＸＰ０も決まる定数である。これら定数の関係は次の関係にある。
Ｌ2＝√（Ｌ11²＋Ｌ12²）
ａ＝ｔａｎ^-1（Ｌ12／Ｌ11）
ｂ＝ｓｉｎ^-1（Ｂ／（Ｌ1＋Ｌ3））
ｃ＝ｓｉｎ^-1（（Ａ＋Ｌ2＊ｓｉｎ（ａ−ｂ））／Ｌ4）
ＸＣＨ０＝Ｌ2＊ｃｏｓ（ａ−ｂ）−Ｌ4＊ｃｏｓ（ｃ）
ＸＰ０＝（Ｌ1＋Ｌ3）＊ｃｏｓ（ｂ）
となり、リアプラテン１０からクロスヘッド１３ａまでの距離ＸＣＨ０、リアプラテン１０から可動プラテン９までの距離ＸＰ０もトグル機構の構成で決まる定数となる。

そこで、トグル機構１３のリンクを伸ばしきった図２、図３の状態からクロスヘッド１３ａをＸＣＨだけ移動させたときの状態を図４に示す。又、各リンクの角度を図４に示すようにψ1〜ψ3とする。
この時のリアプラテン１０の位置からクロスヘッド１３ａまでの距離をＹとすると、
Ｙ＝ＸＣＨ０−ＸＣＨ
となる。
図５は、枢着点Ｑ1と枢着点Ｑ2間のリンク（Ｌ2）と可動プラテン９の進行方向の線（図１〜図５における水平線であり、以下この可動プラテン９の進行方向の線を水平線という）とのなす角θ2を求めるための説明図である。クロスヘッド１３ａの枢着点Ｑ5を水平方向に伸ばしてリアプラテン１０の面と交差する点をＱ6とすると、点Ｑ1と点Ｑ6間の距離はＡであり、点Ｑ6と点Ｑ5の間の距離はＹである。点Ｑ1と点Ｑ5を結んだ線と点Ｑ1と点Ｑ2を結んだ線（リンクＬ2の線）とのなす角をβとすると、点Ｑ1，Ｑ5，Ｑ2で形成される三角形に対して第二余弦定理を適用して該角度βは
β＝ｃｏｓ^-1((Ａ²＋Ｙ²＋Ｌ2²−Ｌ4²)／(２＊Ｌ2＊√(Ａ²＋Ｙ²)))
として求められる。

よって、角θ2は以下のようにあらわされる。又、各リンクの角度ψ1〜ψ3も以下のように表される。
θ2＝(π/２)−β1−ｔａｎ^-1(Ｙ/Ａ)
ψ2＝θ2＋ａ
ψ3＝ｓｉｎ^-1((Ｌ1＊ｓｉｎψ2−Ｂ)／Ｌ3)
ψ1＝ｓｉｎ^-1((Ａ−Ｌ2＊ｓｉｎ(ψ2−ａ))／Ｌ4)
一方、図４に示すように、
クロスヘッド１３ａからトグル機構１３のリンクＬ4に与えられる力をＦ1、
該力Ｆ1のクロスヘッド移動方向成分をＦch、
可動プラテン９がトグル機構１３のリンクＬ3に作用する反力をＦ3、
反力Ｆ3の可動プラテン９の移動方向成分をＦp、
リンクＬ4に係る力Ｆ1によってリンクＬ4とリンクＬ2の枢着点Ｑ2にかかるリンクＬ2に対して垂直方向の力をＦ1’、
リンクＬ3に係る力Ｆ3によってリンクＬ3とリンクＬ1の枢着点Ｑ3にかかるリンクＬ1に対して垂直方向の力をＦ3’、
とすると、次の関係が成立する。
Ｆ3＝Ｆp／ｃｏｓψ3
Ｆ3'＝Ｆ3＊ｓｉｎ(ψ2＋ψ3)
Ｆ1＝Ｆch／ｃｏｓψ1
Ｆ1'＝Ｆch＊ｓｉｎ(ψ1＋ψ2-a)
＝Ｆch＊ｓｉｎ(ψ1＋ψ2-a)／ｃｏｓψ１
そこで、リアプラテン１０にトグル機構１３を取り付けた枢着点Ｑ1のまわりのモーメントを考えると、可動プラテン側のモーメントＭp、クロスヘッド側のモーメントＭchは、次のようになる。
Ｍp＝Ｌ1＊Ｆ3'
Ｍch＝Ｌ2＊Ｆ1'
モーメントはバランスがとれ等しいため、Ｍp＝Ｍchである。
Ｌ1＊Ｆ3'＝Ｌ2＊Ｆ1'
よって、
Ｌ1＊Ｆp＊ｓｉｎ(ψ2+ψ3)/ｃｏｓψ3＝Ｌ2＊Ｆch＊ｓｉｎ(ψ1+ψ2-a)/ｃｏｓψ1
Ｆch/Ｆp＝(Ｌ1*ｃｏｓψ1*ｓｉｎ(ψ2+ψ3))/(Ｌ2*ｃｏｓψ3*ｓｉｎ(ψ1+ψ2-a))
クロスヘッド１３ａがΔＹch移動したとき可動プラテン９がΔＹp移動したとすると、クロスヘッド１３ａの運動エネルギーは可動プラテン９に伝達されるために、
Ｆch＊ΔＹch＝Ｆp＊ΔＹp
である。
従って、速度増幅率ＧはΔＹp/ΔＹchであるから、
Ｇ＝ΔＹp/ΔＹch＝Ｆch/Ｆp
＝(Ｌ1*ｃｏｓψ1*ｓｉｎ(ψ2+ψ3))／(Ｌ2*ｃｏｓψ3*ｓｉｎ(ψ1+ψ2-a))
となり、Ｌ1、Ｌ2、ａは既定の定数であり、ψ1〜ψ3はクロスヘッドの移動量（位置）の関数であるから、速度増幅率Ｇはクロスヘッドの位置の関数である。

速度増幅率Ｇは角度ψ1〜ψ3の関数である。上述したように、角度ψ１、角度ψ３は角度ψ２の関数であり、かつ角度ψ2は角度θ2の関数で、角度θ2はクロスヘッドの位置を表すＹの関数である。よって、速度増幅率Ｇはクロスヘッドの位置、結局はクロスヘッドを駆動する型開閉用サーボモータＭ４の回転位置の関数である。

図６は、クロスヘッド１３ａの位置に対して、こうして求められた速度増幅率Ｇと、その速度増幅率の逆数１／Ｇを加速度パターンとして表した図である。

クロスヘッド１３ａの位置、速度、加速度と型開閉用サーボモータＭ４の回転位置、速度、加速度は比例関係にあるから、図６において横軸で表されるクロスヘッド１３ａの位置は縮尺は異なるが型開閉用サーボモータＭ４の位置とすることができるので、この加速度パターンで型開閉用サーボモータＭ４の加速度を制御することによって、可動プラテン９の急激な速度変動、大きな加速度を抑制することができる。

例えば、型開閉用サーボモータＭ４が速度Ｖｍで移動しているとき、可動プラテン９は、この速度Ｖｍに速度増幅率ＧをかけたＧ＊Ｖｍで移動している。この状態で加速度パターンを考慮せず、従来と同じようにΔＶｍだけ型開閉用サーボモータＭ４を増速させたとする。この場合、可動プラテン９の速度はＧ＊（Ｖｍ＋ΔＶｍ）となる。
型開閉用サーボモータＭ４の速度は、
Ｖｍから（Ｖｍ＋ΔＶｍ）に変化し、変化量はΔＶｍ、
可動プラテン９の速度は、
Ｇ＊ＶｍからＧ＊（Ｖｍ＋ΔＶｍ）に変化し、変化量はＧ＊ΔＶｍ、
となり、型開閉用サーボモータＭ４がΔＶｍの速度変化であるにもかかわらず、可動プラテン９はＧ＊ΔＶｍの速度変化量となり、速度増幅率Ｇが大きければ大きく変化する。すなわち可動プラテン９の加速度が大きく変化する場合が生じる。

一方、加速度パターン（１／Ｇ）を用いて型開閉用サーボモータＭ４を増速させたとすると、
型開閉用サーボモータＭ４の速度は、
Ｖｍから（Ｖｍ＋ΔＶｍ／Ｇ）に変化し、変化量はΔＶｍ／Ｇ、
可動プラテン９の速度は、
Ｇ＊ＶｍからＧ＊（Ｖｍ＋ΔＶｍ／Ｇ）に変化し、変化量はΔＶｍ、
となり、速度変化量は、意図した変化量ΔＶｍと等しくなる。すなわち、意図した加速度で可動プラテン９の速度を変化させることができるものとなる。

上述した例では、速度増幅率を求めその逆数として加速度パターンを求めたが、単純に型開閉用サーボモータＭ４又はクロスヘッド１３ａの位置に対する可動プラテン９の速度を実測して、可動プラテン９の速度パターンとし、この速度パターンの逆数を加速度パターンとしてもよい。ただしこの場合は、単に逆数をとると負になることから、速度を所定量オフセットし、その（速度＋オフセット）のパターンの逆数を加速度パターンとする。図７が、この測定速度に基づいて加速度パターンを求めたときの、クロスヘッド１３ａの位置に対する実測速度のパターンと、（速度＋オフセット）のパターンの逆数である加速度パターンを表す図である。

こうして求められた型開閉用サーボモータＭ４（又はクロスヘッド１３ａ）の位置に対する加速度パターン曲線を近似式で近似し、この近似関数に基づいて型開閉用サーボモータＭ４（又はクロスヘッド１３ａ）の位置に対する加速度を求めて型開閉用サーボモータＭ４の加速、減速を制御するようにすればよい。

本実施形態では、この加速度パターン曲線に対応する型開閉用サーボモータＭ４の位置に対する加速度を加速度パターンテーブルとしてテーブル形式で設定しておき、この加速度パターンテーブルに基づいて型開閉用サーボモータＭ４の加速度を制御するようにした。図８は、この加速度パターンテーブルの一例であり、加速度パターン曲線を３つの領域に分けて、各領域の加速度を設定記憶させている。型開閉用サーボモータＭ４の位置Ｐが０からＰ（０）までは加速度をａ（０）、位置がＰ（０）からＰ（１）までを加速度ａ（１）、位置Ｐ（１）から位置Ｐ（２）まで、すなわち位置Ｐ（１）を超えたときは加速度をａ（２）と設定して、加速度パターン曲線を３つの加速度領域で近似させている。

この加速度パターンテーブルに記憶した加速度パターンで型開閉用サーボモータＭ４を制御したとき、該型開閉用サーボモータＭ４へ指令される各サンプリング周期（移動指令の分配周期）毎の移動量の例を図９に示す。
移動開始時には、加速度をａ（０）で速度を加速し、指令されるサンプリング周期での移動量は、「０」から、サンプリング周期の時間と加速度をａ（０）によって求められる移動量が順次増加しながら型開閉用サーボモータＭ４へ指令されることになる。そして、この加速中に加速度パターンテーブルに設定された加速度をａ（０）からａ（１）に切り換える加速度切り換え点Ｐ（０）に型開閉用サーボモータＭ４の位置が達すると、加速度をａ（１）によって、加速される。そして、この例では、この加速度ａ（１）で加速して指令された目標速度に達し、サンプリング周期で指令される移動量は一定（指令速度に対応する移動量）となりその後、加速度ａ（１）で減速が開始され、その減速途中で加速度切り換え点Ｐ（１）に型開閉用サーボモータＭ４の位置が達すると、加速度はａ（２）に切り換えられ、指令された目標位置に減速停止させるようサンプリング周期の移動量が求められ指令されることになる。

図１０は、本実施形態における制御装置（数値制御装置）３０のＣＮＣＣＰＵ４０が実施する加減速制御処理のフローチャートである。このフローチャートと共に図８に示す加速度パターンテーブル、図９に示すサンプリング周期（分配周期）毎の移動量を参照しながら、本実施形態の加減速制御処理について説明する。

指令速度Ｖｃ、指令位置Ｐｅが指令されると、例えば、本実施形態において、型閉じ指令として型締め完了位置が指令位置Ｐｅ、型閉じ工程における指令速度Ｖｃが指令される。型開閉用サーボモータＭ４が駆動され、型閉じ工程が開始されることになる。ＣＮＣＣＰＵ４０は、まず、加速度パターンテーブルより位置、加速度を読み出すポイントを示す指標ｊを「０」に設定すると共に、現在位置Ｐ、速度Ｖを「０」にセットし（ステップＳ１）、加速度パターンテーブルより指標ｊに示される位置に記憶された加速度ａ（ｊ）（＝ａ（０））を読み出し（ステップＳ２）、以下ステップＳ３以降の処理をサンプリング周期（分配周期）毎実行する。

指令された目標位置Ｐｅから現在位置Ｐを減じて残り移動量Ｐｒを求め（ステップＳ３）、該残り移動量Ｐｒが「０」か判断し（ステップＳ４）、「０」でなければ、現在速度Ｖから現在の加速度ａ（ｊ）で速度が０になるまで減速するのに要する移動量「Ｖ²／２ａ（ｊ）」を求め、該移動量がステップＳ３で求めた残り移動量Ｐｒより大きいか判断する（ステップＳ５）。残り移動量Ｐｒが、現時点での加速度で減速し速度が０となるまでに要する移動量「Ｖ²／２ａ（ｊ）」より小さいときは、ステップＳ１７に移行して減速を開始するが、残り移動量Ｐｒが、速度が０となるまでに要する移動量「Ｖ²／２ａ（ｊ）」より大きいときは、ステップＳ６に移行し加速を行う。最初は、速度Ｖは「０」であることから、速度が０となるまでに要する移動量は「Ｖ²／２ａ（ｊ）＝０」であり、ステップＳ６に移行し、現在速度Ｖに現在読み出している加速度ａ（ｊ）を加算し、加速した速度Ｖを求める。求めた速度Ｖが指令速度Ｖｃを超えたか判断し、超えていなければ、ステップＳ９に移行し、求めた速度Ｖにサンプリング周期時間ｓを乗じて、サンプリング周期（分配周期）における移動量ΔＰ（＝Ｖ＊ｓ）を求め、該移動量ΔＰがステップＳ３で求めた残り移動量Ｐｒより大きいか判断し、大きくなければステップＳ１２に移行し、大きければ（ΔＰ＞Ｐｒとなるのは、指令位置Ｐｅに達する直前のサンプリング周期に発生する）、移動量ΔＰを残り移動量Ｐｒにセットし（ステップＳ１１）、ステップＳ１２では、この移動量ΔＰを移動指令量として型開閉用サーボモータＭ４のサーボ制御部へ指令する（ステップＳ１２）。

そして、現在位置Ｐにこの指令した移動量ΔＰを加算して、現在位置Ｐを更新する（ステップＳ１３）。更新された現在位置Ｐが加速度パターンテーブルの指標ｊの値で示される位置Ｐ（ｊ）より大きいか判断し、大きくなければ、ステップＳ３に戻り、サンプリング周期毎にこのステップＳ３以下の処理を実行する。

図８、図９で示した例で説明すると、最初はｊ＝０、Ｐ＝０、Ｖ＝０であり、ステップＳ２でａ（０）の加速度が読み取られ、ステップＳ６でＶ＝Ｖ＋ａ（０）＝ａ（０）の速度が求められ、ステップＳ９で移動量ΔＰ＝Ｖ＊ｓ＝ａ（０）＊ｓの移動量が求められ、図９に示すように出力されることになる。速度０より加速度分増加した移動量が１回目のサンプリング周期に出力される。以下ステップＳ３以降の処理を行い、順次、加速度ａ（０）分の移動量が順次増加されて、各サンプリング周期毎に出力されることになる。そして、出力した移動量ΔＰをステップＳ１３で積算して得られる位置Ｐが、加速度パターンテーブルに設定されている現在の指標ｊの値（最初はｊ＝０）の加速度切り換え点Ｐ（ｊ）（最初はＰ（ｊ）＝Ｐ（０））を超えたかステップＳ１４で判断し、超えたときには、指標ｊを１インクリメントし（ステップＳ１５）、加速度パターンテーブルより該指標ｊに対応する加速度ａ（ｊ）を読み取り（ステップＳ１６）、ステップＳ３に移行する。図８、図９に示す例では、加速度ａ（０）で加速している途中で、加速度切り換え位置Ｐ（０）に達したことが検出され、次の（ｊ＝１）の加速度ａ（１）が読み出され、ステップＳ３以下の処理がなされる。このことから、サンプリング周期で速度が加速度ａ（１）だけ増加され、ステップＳ９では順次加速度ａ（１）の分（ａ（１）＊ｓ）だけ増加した移動量が求められ、出力されることになる。

加速度分速度を順次増加して速度Ｖが指令されている速度Ｖｃを超えたと判断（ステップＳ７）されたときは、速度Ｖを指令速度Ｖｃとし制限する（ステップＳ８）。
図８、図９で示す例では、加速度パターンテーブルの指標ｊが「１」で、加速度ａ（１）で速度を増加しているときに、速度Ｖが指令速度Ｖｃに達した場合を示しており、指令速度Ｖｃに達した後は、該指令速度Ｖｃに対応する移動量ΔＰ＝Ｖ＊ｓ＝Ｖｃ＊ｓが各サンプリング周期毎に出力される。

こうして、移動指令が出力されていき、ステップＳ５で、残り移動量Ｐｒが、現在速度Ｖから現在の加速度ａ（ｊ）で減速し、速度が０になるまで減速するのに要する移動量「Ｖ²／２ａ（ｊ）」以下となったとき、すなわち、残り移動量Ｐｒでは、現在の速度、加速度で減速して停止させるまで必要な移動量と等しいか足りなくなったときは、ステップＳ１７に移行して、現在の速度Ｖから現在の加速度ａ（ｊ）を減じて減速した速度Ｖを求めステップＳ９に移行する。

図８、図９に示す例では、指標ｊ＝１、加速度ａ（ｊ）＝ａ（１）で、かつ速度が指令速度Ｖｃに制限されて移動量を求めているときに、残り移動量Ｐｒが、現在の速度、加速度で減速して停止させるまで必要な移動量より小さくなったときの例を示しており、移動指令として出力される移動量は、各サンプリング周期毎、加速度ａ（ｊ）＝ａ（１）の分だけ少なくなった移動量が出力されている。

更に、ステップＳ１４で、現在位置Ｐが加速度切り換え位置Ｐ（ｊ）＝Ｐ（１）を超えたことが判別されると、指標ｊを１インクリメントし（この場合２とし）、加速度パターンテーブルより加速度ａ（ｊ）（この場合ａ（２））を読み出し、この加速度で以下減速されることになる。そして、残り移動量Ｐｒが０と判別されると（ステップＳ４）、この処理を終了する。

以上のように、本発明は、ある加速度で速度を増加している途中、さらにはある加速度で減速している途中でも、他の加速度に切り換えて、速度の増加率、減少率を変えることができ、又、速度が一定でモータが駆動されているときでも指定した加速度で速度を変更することもできるものである。

なお、速度Ｖが指令速度Ｖｃに達する前に、モータの速度を一定に保持するような場合は、加速度ａ（ｊ）を「０」とすれば、速度は変化せず、現在の速度が保持されることになる。この場合、ステップＳ５の判断は「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ１７で現在速度Ｖから０の加速度を減じて、速度Ｖを変化せず移動量が求められるが、残り移動量で減速できるかという判断ができなくなることから、加速度を「０」と設定する区間は、残り移動量が保証されている区間で行う必要がある。

上述した実施形態では、本発明を射出成形機の型締機構の型閉じ工程で実施した例として述べたが、型開き工程の場合も同様な本願発明の加減速制御方法を適用して制御してもよいものである。トグル機構のような速度増幅機構を介して、機械可動部（可動プラテン）をサーボモータで駆動する場合、上述したような加速度パターンに基づいて、加速度を
サーボモータの位置に応じて変えて加減速処理することによって、機械可動部（可動プラテン）の速度加速度、速度変動を意図するものに制御できることになる。

又、トグル機構やクランプ機構等の速度増幅機構を用いない場合でも、機械可動部の位置に応じて、加速度を変えて加減速制御を行うことが望ましい場合にも、本発明は適用できるものである。
例えば、前述したように、射出成形機の射出工程においては、金型内の樹脂の流れを制御するために、射出を行う可動部の射出スクリュ位置に応じて、射出スクリュを駆動する射出用サーボモータの加速度を変えて加速、減速を行うように本発明の加減速制御を適用してもよいものである。この場合は、樹脂の粘性、金型形状、金型内における樹脂の充填状態に応じて、射出速度（金型内への樹脂充填速度）の増減を考慮して、射出スクリュ位置（射出用サーボモータＭ１）に応じた加速度の加速度パターンを設定して、該パターンに基づいて、上述した実施形態と同様に、射出用サーボモータＭ１の速度を制御して射出速度を制御するようにする。特に、ある加速度で射出速度を加速中、又は減速中においても、別の加速度で加速又は減速させることができるから、速度制御をきめ細かくすることができ、最適な射出制御ができるようになる。

本発明の加減速制御方法を適用した一実施形態としての電動式射出成形機の概要図である。 同実施形態においてトグル機構のリンクを伸ばしきった状態を示す図である。 同実施形態においてトグル機構のクロスヘッドの位置、速度と可動プラテンの位置、速度を解析するための説明図である。 同じくトグル機構のクロスヘッドの位置、速度と可動プラテンの位置、速度を解析するための説明図である。 同じくトグル機構のクロスヘッドの位置、速度と可動プラテンの位置、速度を解析するための説明図である。 同実施形態において、トグル機構による速度増幅率と、加速度パターンとして表した図である。 同実施形態において、トグル機構のクロスヘッドの位置に対する可動プラテンの速度を実測して、可動プラテンの速度パターンとし、この速度パターンの逆数を加速度パターンとて求めたときのクロスヘッドの位置に対する実測速度のパターンと加速度パターンを表す図である。 同実施形態における型開閉用サーボモータの位置に対する加速度を設定記憶した加速度パターンテーブルの一例である。 図８に示した加速度パターンテーブルに記憶した加速度パターンで型開閉用サーボモータを制御したとき、各サンプリング周期（移動指令の分配周期）毎の移動量の例を説明する説明図である。 本実施形態におけける加減速制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 射出シリンダ
２ ノズル部
３ 射出スクリュ
８ 固定プラテン
９ 可動プラテン
１０ リアプラテン
１１ 金型
１３ トグル機構
１３ａ クロスヘッド
３０ 制御装置
Ｍ１ 射出用サーボモータ
Ｍ２ スクリュ回転用サーボモータ
Ｍ３ 突出用サーボモータ
Ｍ４ 型開閉用サーボモータ

Claims (5)

1. 制御装置からの移動指令に基づいて機械の可動部をサーボモータによって駆動制御し、可動部の位置、速度を制御する加減速制御方法において、前記移動指令による目標位置までの移動中のサーボモータの位置に対応する加速度を加速度パターンとして予め前記制御装置に設定しておき、サーボモータ駆動中、前記加速度パターンに基づいて、サーボモータの位置に応じて加速度を変更し速度を制御する機械可動部の加減速制御方法。
2. 前記加速度パターンは位置に対応する加速度がテーブルに設定記憶されている請求項１に記載の機械可動部の加減速制御方法。
3. 設定された前記加速度パターンは位置に対応する加速度の関係を示す関数であることを特徴とする請求項１に記載の機械可動部の加減速制御方法。
4. 前記加速度パターンは前記機械の可動部の駆動系に用いられる速度増幅機構の速度増幅率から求められることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の機械可動部の加減速制御方法。
5. 前記加速度パターンは速度増幅機構を介して前記サーボモータで駆動される可動部の位置に応じて速度を測定して求められることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の機械可動部の加減速制御方法。

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