JP2013203029A - 圧力制御パラメータを調整する機能を有する射出成形機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂の種類や特性に応じて適切な圧力制御ゲインとなるように調整し、制御帯域によらず、また樹脂の種類や特性によらず常に適切な圧力制御応答を得ることが可能な圧力制御パラメータを調整する機能を有する射出成形機の制御装置を提供すること。
【解決手段】圧力制御を実行し（ＳＡ０１）、圧力制御の閉ループ周波数特性を測定し（ＳＡ０２）、閉ループ周波数特性が基準特性と一致するか否か判断し（ＳＡ０３）、一致する場合には処理を終了し、一致していない場合には、圧力制御ゲイン、圧力制御フィルタ係数を調整し（ＳＡ０４）、ステップＳＡ０１に戻る。
【選択図】図４

Description

本発明は射出成形機に関し、特に、射出成形機の圧力制御ループにおける圧力制御パラメータの調整に関する。

射出成形機の圧力制御は、スクリュを軸方向に前後進させて制御対象としての樹脂を加圧し、その圧力を制御する方法が一般的に知られている。このとき、スクリュを前後進させたときの樹脂圧力の応答性は、樹脂の種類や特性によって異なることが知られている。例えば、特許文献１では、圧力制御部による圧力制御を行うことなく、加圧対象物に対する機械負荷の位置を変化させる加圧動作を行わせ、位置信号と圧力信号からなる複数のデータに基いて前記加圧対象物の弾性定数を同定し、同定した弾性定数に基いて圧力制御パラメータを算出する技術が開示されている。

特開２０１１−２５１３０１号公報

しかしながら、背景技術で説明した特許文献１では、加圧対象物の弾性定数という静的な定数を同定しているにすぎず、制御帯域（周波数）毎の圧力の応答速度が最適になるように圧力パラメータを算出することは難しいという問題があった。そのため、制御帯域によっては、ゲイン値が適正値より高く圧力制御系が不安定になったり、逆にゲイン値が適正値より低く圧力制御応答が鈍くなってしまうという問題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、樹脂の種類や特性に応じて適切な圧力制御パラメータとなるように調整し、制御帯域によらず、また樹脂の種類や特性によらず適切な圧力制御応答を得ることが可能な圧力制御パラメータを調整する機能を有する射出成形機の制御装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、前記圧力制御部の閉ループ周波数特性を測定する周波数特性測定部と、基準となる閉ループ周波数特性を記憶する基準周波数特性記憶部を有し、圧力制御工程において圧力制御ループの閉ループ周波数特性を測定し、前記測定した閉ループ周波数特性が前記基準となる閉ループ周波数特性と略一致するように前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置である。
請求項２に係る発明は、圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、前記圧力制御部の閉ループ周波数特性を測定する周波数特性測定部を有し、圧力制御工程において圧力制御ループの閉ループ周波数特性を測定し、前記測定した閉ループ周波数特性のゲイン余裕または位相余裕が基準値と一致するように前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置である。
請求項３に係る発明は、圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、前記圧力制御部のステップ応答またはインパルス応答のうち少なくとも一つを測定する応答測定部を有し、圧力制御工程において圧力制御ループのステップ応答またはインパルス応答のうち少なくとも一つを測定し、前記測定したステップ応答またはインパルス応答の整定時間が基準値と一致するように前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置である。
請求項４に係る発明は、圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、制御対象である樹脂を加圧したときの開ループ周波数特性を測定する周波数特性測定部を有し、可動部の位置制御または圧力制御工程において樹脂の開ループ周波数特性を測定し、前記測定した開ループ周波数特性の応答性に応じて前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置である。

本発明により、制御帯域によらず、また樹脂の種類や特性によらず適切な圧力制御応答を得ることが可能な圧力制御パラメータを調整する機能を有する射出成形機の制御装置を提供することができる。

射出成形機および該射出成形機を制御する制御装置の概略構成図である。 圧力制御の閉ループ周波数特性測定の説明図である。 樹脂の開ループ周波数特性測定の説明図である。 本発明の実施形態１の処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態２の処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態３の処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態４の処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、射出成形機および該射出成形機を制御する制御装置の概略構成図である。スクリュ３が挿入されたシリンダ１の先端にはノズル２が装着され、シリンダ１の後端部には樹脂ペレットをシリンダ１に供給するホッパ４が取り付けられている。スクリュ３は、スクリュ３をその軸方向に駆動する駆動手段としての射出用サーボモータＭ１、伝動機構７及びボールネジ／ナット等の回転運動を直線運動に変換する変換機構８によって軸方向に駆動され、射出及び背圧制御がなされるように構成されている。また、スクリュ３は、スクリュ３を回転させるための回転駆動手段としてのサーボモータＭ２と、ベルト、プーリ等で構成される伝動機構６により回転駆動されるようになっている。

射出用サーボモータＭ１、スクリュ回転用サーボモータＭ２には、それぞれ、その回転位置・速度を検出する位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１、位置・速度検出器Ｐｅｎｃ２が取り付けられている。これら位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２によって、スクリュ３の位置（スクリュ軸方向の位置）、移動速度（射出速度）、スクリュ３の回転速度を検出できる。また、スクリュ３に加わる溶融樹脂からのスクリュ軸方向の圧力を検出するロードセル等の圧力センサ５が設けられている。

ＰＭＣＣＰＵ１７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ＲＯＭ１８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１９が接続されている。ＣＮＣＣＰＵ２０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ＲＯＭ２１および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２２が接続されている。

サーボＣＰＵ１５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ＲＯＭ１３やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。更に、サーボＣＰＵ１５には、サーボＣＰＵ１５からの指令に基づいて、スクリュ回転用サーボモータＭ２を駆動するサーボアンプ１２や、射出用サーボモータＭ１を駆動するサーボアンプ１１が接続されている。

各サーボモータＭ１，Ｍ２には、前述したように、それぞれ位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２が取り付けられている。これら位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２からの出力が、サーボＣＰＵ１５にフィードバックされる。サーボＣＰＵ１５は、ＣＮＣＣＰＵ２０から指令される各軸（射出用サーボモータＭ１、または、スクリュ回転用サーボモータＭ２）への移動指令と位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１、位置・速度検出器Ｐｅｎｃ２からフィードバックされる検出位置と検出速度に基づいて、位置、速度のフィードバック制御を行うとともに、電流フィードバック制御も実行して、各サーボアンプ１１，１２を駆動制御する。

また、位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１からの位置フィードバック信号により、スクリュ３の前進位置（軸方向位置）を求める現在位置レジスタが設けられており、該現在位置レジスタによりスクリュ位置を検出できるように構成されている。また、サーボＣＰＵ１５には、圧力センサ５での検出信号をＡ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換した樹脂圧力（スクリュにかかる樹脂圧力）が入力されている。

液晶表示装置などで構成される表示装置を有する表示装置付き入力装置２５は、表示回路２４を介してバス２６に接続されている。さらに、不揮発性メモリで構成される成形データ保存用ＲＡＭ２３もバス２６に接続されている。この成形データ保存用ＲＡＭ２３に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。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ１７が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣＣＰＵ２０がＲＯＭ２１の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３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Ｍ１，Ｍ２に対して移動指令の分配を行ない、サーボＣＰＵ１５は、各軸（射出用サーボモータＭ１やスクリュ回転用サーボモータＭ２）に対して分配された移動指令と、位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２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のサーボ制御を行い、いわゆるデジタルサーボ処理を実行する。

射出成形機における成形動作工程には、大きく分けて、金型を閉じ型締めを行う型閉工程、スクリュを前進させて溶融樹脂を金型内に射出し充填させる射出工程、溶融樹脂が金型内に充填された後、金型内の樹脂の圧力を制御する保圧工程、金型内の樹脂を冷却する冷却工程、スクリュに背圧をかけながら回転させて樹脂を溶融させ、該溶融樹脂を計量する計量工程、金型を開く型開工程、金型内から成形品を突き出して取り出す突出工程（エジェクト工程）等がある。そして、一般に、射出成形機の射出保圧の制御方法として、射出開始から所定のスクリュ位置に到達するまではスクリュ位置・速度制御を行い、所定のスクリュ位置（射出保圧切替位置）に到達した後は圧力制御に切替えて、保圧を行う制御方法が広く採用されている。

次に本発明に係る、樹脂の種類や特性に応じて適切な圧力制御パラメータとなるように調整し、制御帯域によらず、また樹脂の種類や特性によらず適切な圧力制御応答を得ることが可能な圧力制御パラメータを調整する機能を説明する。

（周波数特性について）
可動部の圧力制御による駆動制御において、制御帯域によらず、また樹脂の種類や特性によらず適切な圧力制御応答を得るため、まず、周波数特性を測定する。周波数特性として、圧力制御の閉ループ周波数特性と、樹脂を加圧した時の開ループ周波数特性を測定する。
圧力制御の閉ループ周波数特性の測定方法としては、圧力制御ル―プの指令値に正弦波状の外乱信号を重畳しながら周波数を掃引し、前記重畳した外乱信号に対する応答を求める方法や、圧力制御ループの指令値にホワイトノイズを重畳し、前記重畳したホワイトノイズに対する応答を求める方法などが周知である。
図２は圧力制御の閉ループ周波数特性測定の説明図である。圧力指令を入力とし該圧力指令に外乱信号を重畳しながら外乱信号の周波数を掃引し、前記重畳した外乱信号に対する応答である圧力検出値を出力として、入出力の伝達関数、即ち圧力制御の閉ループ周波数特性を求めることができる。

また、樹脂を加圧した時の開ループ周波数特性の測定方法としては、制御対象である樹脂に対して入力としての可動部の位置が正弦波状に変動するように、位置制御ループや圧力制御ル―プの指令値に正弦波状の外乱信号を重畳しながら周波数を掃引し、出力としての圧力の変動を測定する方法や、入力としての可動部の位置がホワイトノイズ状に変動するように、位置制御ループや圧力制御ル―プの指令値にホワイトノイズを重畳し、出力としての圧力の変動を測定する方法などが周知である。
図３は樹脂の開ループ周波数特性測定の説明図である。スクリュ位置を入力とし、圧力指令に外乱信号を重畳しながら外乱信号の周波数を掃引し、スクリュ位置の変動に対する応答である圧力検出値を出力として、入出力の伝達関数、即ち樹脂を加圧した時の開ループ周波数特性を求めることができる。また、上記では圧力制御中にスクリュ位置を変動させ、樹脂の開ループ周波数特性を測定する場合について記載したが、位置制御中にスクリュ位置を変動させ、樹脂の開ループ周波数特性を測定するようにしてもよい。

（可動部の種類について）
本発明において、可動部はスクリュ前後進動作によって圧力制御を行うスクリュ前後進軸であってもよいし、エジェクタ中子の動作によって金型キャビティ部の圧力制御を行うエジェクタ軸であってもよいし、型盤の圧縮動作によって金型キャビティ部の圧力制御を行う型開閉軸であってもよい。

（圧力制御工程、位置制御工程について）
周波数特性を測定するための圧力制御工程または位置制御工程について説明する。可動部がスクリュの前後進軸の場合は、圧力制御工程として、成形サイクル中の保圧、計量などの工程としてもよいし、圧力制御を伴うパージ動作中としてもよい。位置制御工程としては、成形サイクル中の射出、減圧などの工程としてもよいし、スクリュ位置制御を伴うパージ動作中としてもよい。また、可動部がエジェクタ軸の場合は、圧力制御工程または位置制御工程として、成形サイクル中のエジェクタ圧縮工程としてもよい。また、可動部が型開閉軸の場合は、圧力制御工程または位置制御工程として、成形サイクル中の型盤圧縮工程としてもよい。また、可動部がスクリュ前後進軸、エジェクタ軸、型開閉軸のいずれの場合でも、圧力制御工程または位置制御工程として、成形サイクルの合間に周波数特性の測定工程を設けるようにしてもよい。

以下、本発明の各実施形態について説明する。
＜実施形態１＞
圧力制御工程において、圧力制御ループの閉ループ周波数特性を測定し、前記閉ループ周波数特性が基準となる閉ループ周波数特性と略一致するように、圧力制御パラメータを調整する。前記基準となる閉ループ周波数特性は、あらかじめ標準的な応答の樹脂を成形した場合の閉ループ周波数特性を記憶しておくようにする。
前記圧力制御パラメータは、圧力制御ループの比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン、圧力制御系のローパスフィルタにおけるカットオフ周波数、ダンピング係数、圧力制御系の帯域制限フィルタにおける中心周波数、帯域幅、ダンピング係数の少なくとも一つを含むものとする。

基準となる閉ループ周波数特性と測定した閉ループ周波数特性とが略一致したかどうかの判定には、例えば最小二乗法を用いて行うようにしても良い。具体的には、基準となる閉ループ周波数特性のゲイン特性と測定した閉ループ周波数特性のゲイン特性との平均二乗偏差を算出し、平均二乗偏差が所定値より小さくなったかどうかに基づいて略一致したかどうかの判定を行ったり、平均二乗偏差が最小になるように圧力制御パラメータを調整するようにしてもよい。

圧力制御パラメータの調整は、例えば、基準となる閉ループ周波数特性に対して測定した閉ループ周波数特性の応答性が低い場合は、応答性が高くなるように圧力制御ループの比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを大きくし、基準となる閉ループ周波数特性に対して測定した閉ループ周波数特性の応答性が高い場合は、応答性が低くなるように圧力制御ループの比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを小さくするようにしてもよい。また、基準となる閉ループ周波数特性に対して測定した閉ループ周波数特性の特定の帯域において、共振などによって特性が一致しない場合には、圧力制御系のローパスフィルタにおけるカットオフ周波数、ダンピング係数、圧力制御系の帯域制限フィルタにおける中心周波数、帯域幅、ダンピング係数を調整して、共振などによる特性の不一致を解消するようにしてもよい。

＜実施形態２＞
圧力制御工程において、圧力制御ループの閉ループ周波数特性を測定し、前記閉ループ周波数特性のゲイン余裕または位相余裕が基準値と一致するように、圧力制御パラメータを調整する。前記ゲイン余裕または位相余裕は、機械毎に適切な値を予め設定しておいてもよいし、成形品の特性に応じてオペレータが設定するようにしてもよい。例えば、導光板など高い応答性が求められる成形品に対しては、ゲイン余裕または位相余裕を小さくして圧力制御応答を高めてもよいし、光学レンズなど応答性よりも安定性が求められる成形品に対しては、ゲイン余裕または位相余裕を大きくして安定性を重視するようにしてもよい。

＜実施形態３＞
圧力制御工程において、圧力制御ループのステップ応答またはインパルス応答を測定し、前記ステップ応答またはインパルス応答の整定時間が基準値と一致するように、圧力制御パラメータを調整する。前記整定時間の基準値は、機械毎に適切な基準値を予め設定しておいてもよいし、成形品の特性に応じてオペレータが基準値を設定するようにしてもよい。例えば、導光板など高い応答性が求められる成形品に対しては、基準値を小さくして圧力制御応答を高めてもよいし、光学レンズなど応答性よりも安定性が求められる成形品に対しては、基準値を大きくして安定性を重視するようにしてもよい。

＜実施形態４＞
可動部の位置制御または圧力制御工程において、制御対象である樹脂を加圧した時の開ループ周波数特性を測定し、前記開ループ周波数特性の応答性に応じて圧力制御パラメータを調整する。ここで、樹脂を加圧した時の開ループ周波数特性とは、制御対象である樹脂に対して可動部の位置の変動を入力とし圧力の変動を出力としたときの入出力特性（伝達関数）のことである。

前記周波数特性の応答性が高い樹脂に対しては、圧力制御ゲインを低い値とし、応答性が低い樹脂に対しては、圧力制御ゲインを高い値とし、樹脂の種類や特性によらず適切な圧力制御応答を得られるようにしてもよい。また、前記開ループ周波数特性の固有振動数が高い樹脂に対しては、ローパスフィルタのカットオフ周波数や帯域制限フィルタの中心周波数を高い周波数とし、固有振動数が低い樹脂に対しては、ローパスフィルタのカットオフ周波数や帯域制限フィルタの中心周波数を低い周波数として、樹脂の固有振動数に起因する共振を抑制するようにしてもよい。

次に、各実施形態における処理をフロ−チャートを用いて説明する。
図４は本発明の実施形態１の処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］圧力制御を実行する。
●［ステップＳＡ０２］圧力制御の閉ループ周波数特性を測定する。
●［ステップＳＡ０３］閉ループ周波数特性が基準特性と一致するか否か判断し、一致する場合には処理を終了し、一致していない場合にはステップＳＡ０４へ移行する。
●［ステップＳＡ０４］圧力制御ゲイン、圧力制御フィルタ係数を調整し、ステップＳＡ０１に戻る。

図５は本発明の実施形態２の処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］圧力制御を実行する。
●［ステップＳＢ０２］圧力制御の閉ループ周波数特性を測定する。
●［ステップＳＢ０３］閉ループ周波数特性のゲイン余裕を算出する。
●［ステップＳＢ０４］ゲイン余裕が基準値と一致しているか否か判断し、一致している場合は処理を終了し、一致していない場合にはステップＳＢ０５へ移行する。
●［ステップＳＢ０５］圧力制御ゲイン、圧力制御フィルタ係数を調整し、ステップＳＢ０１に戻る。

図６は本発明の実施形態３の処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＣ０１］圧力制御を実行する。
●［ステップＳＣ０２］圧力制御のステップ応答を測定する。
●［ステップＳＣ０３］ステップ応答の整定時間を算出する。
●［ステップＳＣ０４］整定時間が基準値と一致するか否か判断し、一致する場合には処理を終了し、一致しない場合にはステップＳＣ０５へ移行する。
●［ステップＳＣ０５］圧力制御ゲイン、圧力制御フィルタ係数を調整し、ステップＳＣ０１に戻る。

図７は本発明の実施形態４の処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＤ０１］スクリュ位置制御または圧力制御を実行する。
●［ステップＳＤ０２］樹脂の開ループ周波数特性を測定する。
●［ステップＳＤ０３］樹脂の応答性に応じて圧力制御ゲイン、圧力制御フィルタ係数を調整し、処理を終了する。

１ シリンダ
２ ノズル
３ スクリュ
４ ホッパ
５ 圧力センサ
６，７ 伝動機構
８ 変換機構
１０ 制御装置
１１ サーボアンプ
１２ サーボアンプ
１３ ＲＯＭ
１４ ＲＡＭ
１５ サーボＣＰＵ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ ＰＭＣＣＰＵ
１８ ＲＯＭ
１９ ＲＡＭ
２０ ＣＮＣＣＰＵ
２１ ＲＯＭ
２２ ＲＡＭ
２３ 成形データ保存用ＲＡＭ
２４ 表示回路
２５ 表示装置付き入力装置
２６ バス
Ｐｅｎｃ１ 位置・速度検出器
Ｐｅｎｃ２ 位置・速度検出器
Ｍ１ 射出用サーボモータ
Ｍ２ スクリュ回転用サーボモータ

Claims (4)

1. 圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、
   前記圧力制御部の閉ループ周波数特性を測定する周波数特性測定部と、
   基準となる閉ループ周波数特性を記憶する基準周波数特性記憶部を有し、
   圧力制御工程において圧力制御ループの閉ループ周波数特性を測定し、前記測定した閉ループ周波数特性が前記基準となる閉ループ周波数特性と略一致するように前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置。
2. 圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、
   前記圧力制御部の閉ループ周波数特性を測定する周波数特性測定部を有し、
   圧力制御工程において圧力制御ループの閉ループ周波数特性を測定し、前記測定した閉ループ周波数特性のゲイン余裕または位相余裕が基準値と一致するように前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置。
3. 圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、
   前記圧力制御部のステップ応答またはインパルス応答のうち少なくとも一つを測定する応答測定部を有し、
   圧力制御工程において圧力制御ループのステップ応答またはインパルス応答のうち少なくとも一つを測定し、前記測定したステップ応答またはインパルス応答の整定時間が基準値と一致するように前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置。
4. 圧力検出部と、可動部の位置検出部と、圧力制御パラメータに基いて可動部を駆動して圧力制御を行う圧力制御部とを有する射出成形機の制御装置において、
   制御対象である樹脂を加圧したときの開ループ周波数特性を測定する周波数特性測定部を有し、
   可動部の位置制御または圧力制御工程において樹脂の開ループ周波数特性を測定し、前記測定した開ループ周波数特性の応答性に応じて前記圧力制御パラメータを調整することを特徴とする射出成形機の制御装置。

Images