JP2017170847A - 射出成形機の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部の動作の全区間を監視することが可能であり、可動部の動作が短時間の間は異常の検出時間を短縮可能な射出成形機の異常検出装置を提供すること。
【解決手段】本発明の射出成形機の異常検出装置１は、サーボ用ＣＰＵ１０と、射出成形機が備える可動部を動作させるサーボモータ１３に加わる負荷などの物理量を検出する物理量検出部１００と、サーボ用ＣＰＵ１０から直接読み書き可能な第１の記憶部と、サーボ用ＣＰＵ１０から直接読み書き不可能な第２の記憶部とを備え、第１の記憶部と第２の記憶部には基準物理量が記憶され、サーボ用ＣＰＵ１０は、第１の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第１の物理量偏差と、第２の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第２の物理量偏差のうち何れかが閾値を超えた場合に、可動部を停止または減速させる指令を出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は射出成形機に関し、特に、射出成形機の異常検出装置に関する。

射出成形機を用いて成形品を製造する射出成形サイクルにおける型開閉動作や成形品突き出し動作では、時間または可動部の位置に対応して前記可動部を駆動するモータの負荷を基準負荷として記憶しておき、さらに、記憶された前記基準負荷と実際のモータ負荷を時間または可動部の位置に対応させて順次比較して、その偏差が予め設定された閾値を超えたか否かで型開閉動作や突き出し動作の異常を検出し、射出成形機を瞬時に停止させることで、機構部や金型の破損を防止している。

例えば、特許文献１〜２には上述した破損防止のための異常検出技術であり、正常な型開閉動作や突き出し動作が行われた少なくとも過去１回分の負荷或いは複数回の動作の移動平均値を算出することにより得られた負荷を、基準負荷として設定する技術が開示されている。

特開２００１−０３０３２６号公報 特開２００１−０３８７７５号公報

しかしながら、背景技術で説明した特許文献１，２に開示される技術には次のような問題があった。特許文献１，２に開示の技術では、可動部を駆動するモータの負荷を基準負荷として記憶する際に、サーボ用ＣＰＵを介してデータ保存用ＲＡＭに保存していた。この場合、データ保存用ＲＡＭは保存容量が大きいため、大容量の基準負荷を保存することが可能だが、一方でサーボ用ＣＰＵからデータ保存用ＲＡＭにデータを転送する必要があるため、データ転送の通信遅れが生じる。その場合、異常が発生してから検出するまでに時間遅れが生じるという問題があった。また、サーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭに保存する場合は、データ転送の通信遅れは生じないが、一般的にサーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭは保存容量が小さいため、大容量の基準負荷を保存することが難しい。その結果、可動部の動作が長時間にわたる場合、動作の全区間を監視することが難しいという問題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するために考案されたものであり、異常検出のための基準負荷を大容量のＲＡＭとサーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭの両方に保存することにより、可動部の動作が長時間にわたる場合でも動作の全区間を監視することが可能で、可動部の動作が比較的短時間の場合は異常が発生してから検出するまでの時間遅れを短縮可能な射出成形機の異常検出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、サーボ用ＣＰＵと、該サーボ用ＣＰＵからの指令に基づいてサーボモータを駆動制御して可動部を駆動する駆動部と、前記サーボモータに加わる負荷、前記サーボモータの速度、前記サーボモータに流れる電流または前記サーボモータの位置偏差のうちいずれか一つを物理量として検出する物理量検出部と、前記物理量を前記可動部の動作中の経過時間または前記可動部の動作中の位置に対応させて基準物理量として記憶する第１および第２の記憶部と、記憶された前記基準物理量と現在の検出されている物理量を前記可動部が動作する経過時間あるいは可動部の動作位置に対応させて順次比較し求めた偏差が閾値を超えた場合に異常を検出する射出成形機の異常検出装置であって、前記第１の記憶部は前記サーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能であり、前記第２の記憶部は前記サーボ用ＣＰＵから直接読み書き不可能であり、前記サーボ用ＣＰＵは、前記第１の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第１の物理量偏差と、前記第２の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第２の物理量偏差のうち何れかが閾値を超えた場合に、可動部を停止または減速させる指令を出力する、ことを特徴とする射出成形機の異常検出装置である。

本願の請求項２に係る発明は、請求項１において、前記第１の記憶部は、前記第２の記憶部よりも記憶容量が少ないか、単位記憶容量あたりの単価が高い、ことを特徴とする射出成形機の異常検出装置である。

本願の請求項３に係る発明は、請求項１において、前記第１の記憶部は、サーボ用ＣＰＵの内部ＲＡＭまたはサーボ用ＣＰＵとメモリバスで接続された外部ＲＡＭである、ことを特徴とする射出成形機の異常検出装置である。

本発明によれば、可動部の動作が長時間にわたる場合でも動作の全区間を監視することが可能で、可動部の動作が比較的短時間の場合は異常が発生してから検出するまでの時間遅れを短縮可能な射出成形機の異常検出装置を提供できる。

可動部の動作時間が短い場合の本発明の射出成形機の異常検出装置の反応時間を示す図である。 可動部の動作時間が長い場合の本発明の射出成形機の異常検出装置の反応時間を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の異常検出装置の要部構成図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の異常検出装置の概略的な機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明の射出成形機の異常検出装置は、正常な状態において可動部を駆動させた場合における駆動開始時点からの時間または可動部の位置に応じた可動部を駆動するサーボモータの物理量（サーボモータに加わる負荷、サーボモータの速度、サーボモータの駆動用電流の電流値、サーボモータの位置偏差）を基準物理量として、サーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭと、サーボ用ＣＰＵから直接読み書きできないＲＡＭとに保存して、これら２つのＲＡＭに記憶される基準物理量を用いて可動部の異常検出を行う。

サーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭとは、サーボ用ＣＰＵと内部バスを介して接続されるキャッシュメモリなどの内部ＲＡＭや外部バスを介して接続されるサーボ用ＣＰＵのメインメモリや共有メモリなどの外部ＲＡＭのことであり、サーボ用ＣＰＵ以外のＣＰＵを介することなく読み書き可能なＲＡＭのことである。サーボ用ＣＰＵから直接読み書きが可能なＲＡＭは、サーボ用ＣＰＵがサーボモータを制御している最中に逐次アクセスされることがあるため、サーボモータの制御に応じた高速なデータの読み書きに対応できることが要求され、アクセス速度が比較的速く単位記憶容量当たりの単価が比較的高いメモリチップを用いる必要がある。そのため、コスト面を考慮して必要最低限の記憶容量しか搭載されないことが多い。

一方で、サーボ用ＣＰＵから直接読み書きできないＲＡＭとは、サーボ用ＣＰＵから読み書きをする際にサーボ用ＣＰＵ以外の他のＣＰＵを介して読み書きを行う必要があるメモリのことであり、サーボ用ＣＰＵ上で実行されるロード指令やストア指令のみではデータの読み書きができないＲＡＭのことである。このようなＲＡＭに対してサーボ用ＣＰＵからデータの読み書きを行う際には、サーボ用ＣＰＵは拡張バスなどを介した転送命令を用いてデータを他のＣＰＵとの間でやり取りし、当該データのＲＡＭへの直接的な読み書きはデータをやり取りした他のＣＰＵが行うため、データの読み書きに遅延が発生する。サーボ用ＣＰＵから直接読み書きできないＲＡＭとしては、例えば数値制御を行うＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭなどがある。数値制御用ＣＰＵが直接利用しているＲＡＭは数値制御処理に利用するために比較的大きな記憶容量が用意されており、その一方で単位記憶容量当たりの単価の低いメモリチップが用いられることが多い。

このように、サーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能なＲＡＭ（以下、第１の記憶部とする）とサーボ用ＣＰＵから直接読み書きできないＲＡＭ（以下、第２の記憶部とする）との２種類のＲＡＭに対して過去に検出された物理量を可動部の動作開始からの時間または可動部の位置座標と関連付けて基準物理量として記憶し、該基準物理量を用いて可動部の異常検出を行うようにすることで、以下に示すように可動部の動作時間が短時間である場合と、可動部の動作時間が長時間である場合とで、それぞれのＲＡＭの利点を生かした異常検出処理を行うことができるようになる。

＜可動部の動作時間が短時間の場合＞
可動部の動作時間が短時間の場合、動作中に記憶する基準物理量の点数（サンプリング点数）が少ないため、異常検出用の基準物理量を記憶するために必要なＲＡＭ容量は小容量となる。この場合、図１に示すように、可動部から検出される現在の物理量と第１の記憶部に保存した基準物理量とに基づいて算出した第１の物理量偏差と、可動部から検出される現在の物理量と第２の記憶部に保存した基準物理量とに基づいて算出した第２の物理量偏差の両方を用いて異常検出を行う。第１の物理量偏差は第１の記憶部に保存した基準物理量に基づいて算出されるため、第１の物理量偏差に基づいて異常検出を行う場合は、第２の物理量偏差に基づいて異常検出を行う場合に比べて、異常の発生からほぼ遅延することなく当該異常を検出することが可能となる。

＜可動部の動作時間が長時間の場合＞
可動部の動作時間が長時間の場合、動作中に記憶するべき基準物理量の点数（サンプリング点数）が多いため、異常検出用の基準物理量を記憶するために必要なＲＡＭ容量が大容量となる。この場合、図２に示すように、第１の記憶部では記憶容量が不足する可能性があり、その場合は所定の動作時間（最大記憶時間）以降については第１の物理量偏差に基づいて異常を検出することができないが、第２の記憶部にも基準物理量を保存しているので、ある程度の遅延は発生するものの最大記憶時間以降についても第２の物理量偏差に基づいて異常を検出することが可能となる。

図３は、本発明の一実施形態による射出成形機の異常検出装置１の要部構成図である。異常検出装置１は、サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボ用ＣＰＵ１０、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣ用ＣＰＵ２０、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ＰＭＣ用ＣＰＵ３０、それぞれのＣＰＵから直接読み書きが可能な共有ＲＡＭ４０を有し、バス５０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。

サーボ用ＣＰＵ１０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ＲＯＭ（図示せず）やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１１が接続されている。サーボ用ＣＰＵ１０には、該サーボ用ＣＰＵ１０からの指令に基いて型締用、射出用、スクリュー回転用、エジェクタ用等の各軸のサーボモータ１３を駆動するサーボアンプ１２が接続され、各軸のサーボモータ１３に取付けられた位置・速度検出器１４からの出力がサーボ用ＣＰＵ１０に帰還されるようになっている。各軸の現在位置は位置・速度検出器１４からの位置のフィードバック信号に基づいてサーボ用ＣＰＵ１０により算出され、各軸の現在位置記憶レジスタ（図示せず）に更新記憶される。図１においては型締め機構を駆動するサーボモータ１３と該サーボモータ１３に取り付けられ、該サーボモータ１３の回転位置によって、可動金型の位置等を検出する位置・速度検出器１４についてのみ示しているが、クランプ用，射出用，エジェクタ用等の各軸の構成は皆これと同様である。

また、ＣＮＣ用ＣＰＵ２０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ＲＯＭ（図示せず）および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２１が接続され、ＰＭＣ用ＣＰＵ３０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ＲＯＭ（図示せず）および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ３１が接続されている。

不揮発性メモリで構成される共有ＲＡＭ４０は、サーボ用ＣＰＵ１０と、ＣＮＣ用ＣＰＵ２０と、ＰＭＣ用ＣＰＵ３０とがそれぞれ直接読み書き可能なメモリであり、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として用いられる。

以上の構成により、ＰＭＣ用ＣＰＵ３０が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣ用ＣＰＵ２０が運転プログラムや共有ＲＡＭ４０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１３に対して移動指令の分配を行い、サーボ用ＣＰＵ１０は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器１４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する。

上述した構成は従来の射出成形機の制御装置と変わりはなく、本発明の射出成形機の異常検出装置１はこの制御装置によって構成されている。そして、従来の制御装置と異なる点は、射出成形機の可動部に発生した異常を検出する際に、サーボ用ＣＰＵ１０から直接読み書き可能なＲＡＭ１１などの第１の記憶部と、サーボ用ＣＰＵ１０から直接読み書きできないＲＡＭ２１などの第２の記憶部とに基準物理量を保存して、これら２つの記憶部に記憶される基準物理量を用いて可動部の異常検出を行うようにした点にある。

可動部の異常検出においては、可動部から検出された現在の物理量と第１の記憶部に保存した基準物理量とに基づいて算出した第１の物理量偏差と、可動部から検出された現在の物理量と第２の記憶部に保存した基準物理量とに基づいて算出した第２の物理量偏差との両方に基づいて行われるが、第１の記憶部はサーボ用ＣＰＵ１０から直接読み書き可能なため、サーボ用ＣＰＵ１０が第１の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第１の物理量偏差を算出して異常検出を行うことで、異常の発生からほぼ遅延することなく当該異常を検出することが可能となる。従って、第１の物理量偏差を算出する処理は、サーボ用ＣＰＵ１０が行うことが望ましい。
また、第２の記憶部はサーボ用ＣＰＵ１０から直接読み書きができないため、サーボ用ＣＰＵ１０が第２の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第２の物理量偏差を算出するには、第２の記憶部に対して直接読み書きが可能な他のＣＰＵを介して第２の記憶部から読み出した基準物理量を転送する必要がある。第２の物理量偏差を算出する処理は、サーボ用ＣＰＵ１０が行ってもよいし、他のＣＰＵ（第２の記憶部としてＲＡＭ２１を用いる場合はＣＮＣ用ＣＰＵ２０、第２の記憶部としてＲＡＭ３１を用いる場合はＰＭＣ用ＣＰＵ３０）が行うようにしてもよい。

なお、可動部の負荷を検出する手段としては、サーボ回路の中に周知の外乱負荷オブザーバーを構成して負荷を検出するようにしてもよいし、または可動部に歪みゲージなどの検出部を用意して検出するようにしてもよい。または、サーボモータ１３の駆動電流に基づいて負荷を検出するようにしてもよい。または、可動部の進行方向と逆方向に負荷が加わった場合はサーボモータ１３の速度が低下し、可動部の進行方向と同じ動向に負荷が加わった場合はサーボモータ１３の速度が上昇することに基づいて、負荷を検出するようにしてもよい。または、可動部の進行方向と逆方向に負荷が加わった場合はサーボモータ１３の位置偏差が増大し、可動部の進行方向と同じ動向に負荷が加わった場合はサーボモータ１３の位置偏差が減少することに基づいて、負荷を検出するようにしてもよい。

図４は、図３に示した構成を備えた射出成形機の異常検出装置１において、可動部の異常を検出する動作を説明するための機能ブロック図を示している。図４は、第１の記憶部１１０として図３におけるＲＡＭ１１を用い、第２の記憶部１３０として図３におけるＲＡＭ２１を用いた構成例を示しており、図４の中央点線の左側はサーボ用ＣＰＵ１０側での動作を、中央点線の右側はＣＮＣ用ＣＰＵ２０側での動作をそれぞれ示している。また、図４における物理量検出部１００及び第１の異常検出部１２０は、物理量検出機能のシステムプログラム，異常検出機能のシステムプログラムがそれぞれサーボ用ＣＰＵ１０上で実行されて提供される機能を示す機能手段であり、第２の異常検出部１４０は及びデータ管理部１５０は、異常検出機能のシステムプログラム，データ管理機能のシステムプログラムがそれぞれＣＮＣ用ＣＰＵ２０上で実行されて提供される機能を示す機能手段である。
以下では、図４に従って本実施形態の射出成形機の異常検出装置の動作を説明する。

物理量検出部１００は、サーボモータ１３に取り付けられた位置・速度検出器１４からの位置のフィードバック信号に基づくサーボモータの位置や速度、サーボモータの駆動用電流の電流値などの物理量を検出する。物理量検出部１００が検出した物理量は、第１の記憶部１１０と第２の記憶部１３０に記憶されると共に、第１の異常検出部１２０と第２の異常検出部１４０に通知される。物理量検出部１００からの第２の記憶部１３０への物理量の記憶、および第２の異常検出部１４０への物理量の通知はデータ管理部１５０を介して行われる。第２の異常検出部１４０は、物理量検出部１００から通知された現在の物理量と第２の記憶部１３０から読み出した基準物理量とを、可動部が動作する経過時間あるいは可動部の動作位置に対応させて順次比較し、求めた偏差が閾値を超えた場合に第１の異常検出部１２０に異常を通知する。第１の異常検出部１２０は、第２の異常検出部１４０から異常を通知された場合、または、物理量検出部１００から通知された現在の物理量と第１の記憶部１１０から読み出した基準物理量とを、可動部が動作する経過時間あるいは可動部の動作位置に対応させて順次比較し、求めた偏差が閾値を超えた場合に、可動部を停止または減速させる指令をサーボアンプ１２に対して通知する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態では、１回の可動部の動作において、可動部の動作が開始されてから第１の記憶部１１０に用意された記憶領域に記憶可能な最大記憶時間（最大サンプリング点数）までは物理量検出部１００が検出した物理量を第１の記憶部１１０と第２の記憶部１３０の両方に記憶し、それ以降の可動部の１回の動作が終了するまでの物理量検出部１００が検出した物理量については第２の記憶部１３０に記憶するようにしていたが、例えば、１回の可動部の動作において、可動部の動作が開始されてから第１の記憶部１１０に用意された記憶領域に記憶可能な最大記憶時間（最大サンプリング点数）までは物理量検出部１００が検出した物理量を第１の記憶部１１０にのみ記憶し、それ以降の可動部の動作が終了するまでの物理量検出部１００が検出した物理量については第２の記憶部１３０に記憶するように構成してもよい。このように構成した場合、可動部の動作が開始されてから最大記憶時間（最大サンプリング点数）までの物理量のチェックを第１の異常検出部１２０（サーボ用ＣＰＵ１０）が第１の記憶部１１０から読み出した基準物理量に基づいて行い、それ以降のチェックについては第２の異常検出部１４０（ＣＮＣ用ＣＰＵ２０）が第２の記憶部１３０から読み出した基準物理量に基づいて行うようにすればよい。

また、上記した実施形態において、第１の記憶部１１０と第２の記憶部１３０に記憶する基準物理量は、過去の可動部の動作において検出された物理量を可動部の動作開始からの時間または可動部の位置座標と関連付けたものをそのまま基準物理量としてもよいが、特許文献１，２に開示される技術のように、過去の複数回分の物理量を記憶するようにした上で、その複数回分の物理量から算出される統計量（平均値など）に基づいて基準物理量を算出するように構成してもよい。

更に、上記した図４の例では第２の異常検出部１４０がＣＮＣ用ＣＰＵ側で動作している例を示しているが、第２の異常検出部１４０をサーボ用ＣＰＵ側で動作させるようにしてもよい。

１ 異常検出装置
１０ サーボ用ＣＰＵ
１１ ＲＡＭ
１２ サーボアンプ
１３ サーボモータ
１４ 位置・速度検出器
２０ ＣＮＣ用ＣＰＵ
２１ ＲＡＭ
３０ ＰＭＣ用ＣＰＵ
３１ ＲＡＭ
４０ 共有ＲＡＭ
５０ バス
１００ 物理量検出部
１１０ 第１の記憶部
１２０ 第１の異常検出部
１３０ 第２の記憶部
１４０ 第２の異常検出部
１５０ データ管理部

Claims (3)

1. サーボ用ＣＰＵと、該サーボ用ＣＰＵからの指令に基づいてサーボモータを駆動制御して可動部を駆動する駆動部と、前記サーボモータに加わる負荷、前記サーボモータの速度、前記サーボモータに流れる電流または前記サーボモータの位置偏差のうちいずれか一つを物理量として検出する物理量検出部と、前記物理量を前記可動部の動作中の経過時間または前記可動部の動作中の位置に対応させて基準物理量として記憶する第１および第２の記憶部と、記憶された前記基準物理量と現在の検出されている物理量を前記可動部が動作する経過時間あるいは可動部の動作位置に対応させて順次比較し求めた偏差が閾値を超えた場合に異常を検出する射出成形機の異常検出装置であって、
   前記第１の記憶部は前記サーボ用ＣＰＵから直接読み書き可能であり、前記第２の記憶部は前記サーボ用ＣＰＵから直接読み書き不可能であり、前記サーボ用ＣＰＵは、前記第１の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第１の物理量偏差と、前記第２の記憶部から読み出した基準物理量と現在の物理量との偏差である第２の物理量偏差のうち何れかが閾値を超えた場合に、可動部を停止または減速させる指令を出力する、
   ことを特徴とする射出成形機の異常検出装置。
2. 請求項１において、前記第１の記憶部は、前記第２の記憶部よりも記憶容量が少ないか、単位記憶容量あたりの単価が高い、
   ことを特徴とする射出成形機の異常検出装置。
3. 請求項１において、前記第１の記憶部は、サーボ用ＣＰＵの内部ＲＡＭまたはサーボ用ＣＰＵとメモリバスで接続された外部ＲＡＭである、
   ことを特徴とする射出成形機の異常検出装置。

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