JP2017205881A - 駆動軸が複数のサーボモータにより同期制御される電動射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】射出軸が複数台のサーボモータによって同期制御されるようになっている電動射出成形機において、エンコーダの故障時に安価に交換できる電動射出成形機を提供する。【解決手段】スクリュ（４）を軸方向に駆動する射出軸が、同期制御される複数台のサーボモータ（６、７）によって駆動される電動射出成形機（１）を対象とする。より詳しくは、シリアル方式のエンコーダ（１２、１３）からの回転位置に基づいて、複数台のサーボモータ（６、７）の回転位置の偏差が無くなるように同期制御されるようになっている電動射出成形機（１）を対象とする。電動射出成形機（１）は、運転の開始に先立って、エンコーダ（１２、１３）毎にその機種が判別されるようにする。運転時には、各エンコーダ（１２、１３）から、その機種に基づいて回転位置が読み取られるように構成する。【選択図】 図２

Description

本発明は、射出軸、可塑化軸、型締軸等の駆動軸が２台以上のサーボモータにより同期制御されるようになっている電動射出成形機に関するものである。

射出成形機は、従来周知のように金型を型締めする型締装置、樹脂を溶融して金型に射出する射出装置、等から構成され、電動射出成形機はこれらの装置がモータにより駆動されるようになっている。射出装置は加熱シリンダとこの加熱シリンダ内に設けられているスクリュとから構成され、スクリュは回転方向に駆動する可塑化軸と、軸方向に駆動する射出軸とによって駆動される。電動射出成形機においては可塑化軸も射出軸もモータによって駆動されるが、比較的大型の電動射出成形機、あるいは射出速度が大きい高性能の電動射出成形機においては、射出軸は２台以上のサーボモータによって駆動されるようになっている。これらのサーボモータは同期して制御する必要があり、そのような同期制御の方法が、例えば特許文献１、２等に記載されている。

特開２００２−７９５５６号公報 特開２００８−２１３４１９号公報

特許文献１、２等に記載されている同期制御方法は、端的に言うと、同期制御する複数台のサーボモータにおいて、１台のサーボモータをマスターサーボモータとし、他をスレーブサーボモータとする。そしてこれらのサーボモータに速度指令を与えて駆動し、それぞれのサーボモータに設けられているエンコーダからの位置情報を元にフィードバック制御するとき、スレーブサーボモータについては、マスターサーボモータとの位置のずれがあれば、このずれを吸収するような補正量をフィードバック制御に付加する点に特徴がある。

サーボモータは、インバータ回路と基板とを備えたサーボアンプによって駆動されるが、サーボアンプは上位のコントローラによって制御されるようになっている。特許文献１、２等に記載のような上記の同期制御を実現するためのハードウエアやソフトウエアの構成は色々な構成で実現することができ、例えば、同期制御に必要な複雑な処理は全て上位のコントローラが実施するようにし、サーボアンプは単にコントローラの指令に基づいて三相交流電流を生成するだけにすることもできる。一方、サーボアンプにインテリジェンスを持たせ、サーボアンプにおいて同期制御に必要な処理を実施させることもできる。この場合、上位のコントローラからは速度指令等の基本的な指令のみがサーボアンプに与えられる。

図３には、インテリジェンスを備えたサーボアンプによって同期制御に必要な複雑な処理が実施される従来例が示されている。この従来例では、上位コントローラは、射出成形機に設けられているコントローラ５１であり、コントローラ５１からマスターサーボアンプ５２とスレーブサーボアンプ５３とに速度指令等の指令が送られるようになっている。マスターサーボアンプ５２はサーボモータ５５に三相交流電流を供給し、これに関連して設けられているエンコーダ５６から位置信号を受けるようになっており、スレーブサーボアンプ５２はサーボモータ５７に三相交流電流を供給し、これに関連して設けられているエンコーダ５８から位置信号を受けるようになっている。なお、スレーブサーボアンプ５３にはサーボモータ５５のエンコーダ５６の位置信号もマスターサーボアンプ５２経由で送られるようになっており、これによって同期制御が実現できるようになる。射出装置６０のスクリュ６１は、マスターサーボモータ５５とスレーブサーボモータ５７によって伝達機構６３を介して軸方向に駆動されるようになっている。

このような従来例における制御は、図４に示されているような機能ブロックによって実現される。まずマスターサーボアンプ５２内においては、与えられる速度指令は、加え合わせ点６４を経て速度制御器６５に入力され、電流指令が生成される。電流指令は加え合わせ点６６を経て電流制御器６７に入力されて電流制御器６７がインバータ６８を制御して三相交流電流を生成してサーボモータ５５を駆動する。このとき三相交流電流を電流センサ６９で検出して加え合わせ点６６に戻し、電流指令との偏差が無くなるようにフィードバック制御している。サーボモータ５５に設けられているエンコーダ５６からの位置信号は位置信号処理器７１で処理されて速度信号処理機７２に送られ、ここで得られた速度信号が加え合わせ点６４に戻されて、速度指令との偏差が無くなるようにフィードバック制御している。これに対してスレーブサーボアンプ５３内においても、概ねマスターサーボアンプ５２内における処理と同様に制御される。すなわち、与えられる速度指令は、加え合わせ点７４を経て速度制御器７５に入力され、電流指令が生成される。電流指令は加え合わせ点７６’、７６を経て電流制御器７７に入力されて電流制御器７７がインバータ７８を制御して三相交流電流を生成してサーボモータ５７を駆動する。このとき三相交流電流を電流センサ７９で検出して加え合わせ点７６に戻し、電流指令との偏差が無くなるようにフィードバック制御し、サーボモータ５７に設けられているエンコーダ５８からの位置信号は位置信号処理器８１で処理されて速度信号処理機８２に送られ、ここで得られた速度信号が加え合わせ点７４に戻されて、速度指令との偏差が無くなるようにフィードバック制御している。ところでスレーブサーボアンプ５３にはマスターサーボアンプ５２にはない処理も設けられている。すなわちスレーブサーボアンプ５３においては、マスターサーボアンプ５２の位置信号処理器７１からの位置信号と、自らの位置信号処理器８１からの位置信号との偏差を得る加え合わせ点８４が設けられ、この偏差が位置制御器８５に入力される。位置制御器８５では、この偏差を無くすように所定の補正量を加え合わせ点７６’に与えるようにし、これによってサーボモータ５５、５７が同期制御されるようになっている。

このように射出軸を２台以上の複数台のサーボモータによって同期制御して駆動するようにすると大出力で駆動できるので、大型のスクリュであっても駆動することができるし、高速射出に対応することもできる。そして前記したようなサーボモータの同期制御方法を実施すれば、複数台のサーボモータを正確に同期させることができるので精度良く射出軸を駆動することができる。電動射出成形機においては、射出軸のように複数台のサーボモータで同期制御する他の駆動軸もあり、例えば可塑化軸、型締軸等がある。このような駆動軸においても、前記したようなサーボモータの同期制御方法を実施すれば精度良く同期して駆動することができ、優れているといえる。ところでこのような複数台のサーボモータを同期させるには、サーボモータの特性、例えばトルク、回転子慣性モーメント、最大電流等についてサーボモータ間で揃える必要がある。つまり現実的には、複数個のサーボモータを全て同一の機種から構成する必要がある。またエンコーダについても通信の仕様を揃える必要から全て同一機種から構成する必要がある。これによって同期制御において、サーボモータやエンコーダの機種の違いによって生じる外乱を防止することができる。このため前記した従来例における速度制御器６５、７５や電流制御器６７、７７等は、該当する機種のサーボモータの特性に適合するように内部のパラメータが設定され、位置信号処理器７１、８１は該当する機種のエンコーダの仕様に適合するように設定されている。つまり、マスターサーボアンプ５２と、スレーブサーボアンプ５３は、サーボモータの特性に対する設定と、エンコーダの仕様に対する設定とが、サーボアンプ５２、５３間で完全に同じになっている。従って、もし同期制御している複数台のサーボモータやエンコーダのうち一部が故障した場合には、同一機種により交換する必要がある。しかしながらサーボモータについては同一機種により交換することは仕方が無いとしても、エンコーダについても同一機種から交換しなければならないとするとコストが嵩んでしまう。例えば該当するエンコーダの機種が製造中止になっている場合、他の種類のエンコーダによって交換せざるを得ないが、その場合には一部のエンコーダを交換するだけでは解決ができず、同期制御している全てのサーボモータに設けられているエンコーダを交換し、さらにマスターサーボアンプ５２とスレーブサーボアンプ５３内の位置信号処理器７１、８１の設定を変更しなければならない。

本発明は、上記したような問題点を解決した電動射出成形機を提供することを目的とし、具体的には、射出軸等の駆動軸が複数台のサーボモータによって同期制御されるようになっている電動射出成形機であって、これらのサーボモータに関連して設けられているエンコーダが故障したときにも、安価にこれを交換して対応することができる電動射出成形機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、スクリュを軸方向に駆動する射出軸、スクリュを回転方向に駆動する可塑化軸、型締装置を駆動する型締軸等の駆動軸が、同期制御される２台以上の複数台のサーボモータによって駆動される電動射出成形機を対象とする。より詳しくは、サーボモータが関連して設けられているシリアル方式のエンコーダから得られる回転位置に基づいて制御されようになっており、複数台のサーボモータのそれぞれの回転位置が一致するように同期制御されるようになっている電動射出成形機を対象とする。そして電動射出成形機は、その運転の開始に先立って、エンコーダ毎にその機種が判別されるように構成する。運転時には、各エンコーダからはその機種に基づいて回転位置が読み取られるように構成する。

かくして請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、所定の駆動軸が複数台のサーボモータによって駆動されるとき、前記サーボモータ毎に設けられているシリアル方式のエンコーダから得られる回転位置が一致するように前記複数台のサーボモータが同期制御されるようになっている電動射出成形機であって、前記電動射出成形機は、その運転の開始に先立って、前記エンコーダ毎にその機種が判別され、それぞれの機種に基づいて前記エンコーダから前記回転位置が読み取られるようになっていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動射出成形機において、前記エンコーダの機種の判別は、前記エンコーダに対して複数の異なる種類のプロトコルによって通信を試みて、通信に成功したプロトコルの種類によって判別するようになっていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記エンコーダの機種の判別は、前記サーボモータに三相交流電流を供給するサーボアンプ毎に実施されるようになっていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。

以上のように本発明は、所定の駆動軸が複数台のサーボモータによって駆動されるとき、サーボモータ毎に設けられているシリアル方式のエンコーダから得られる回転位置が一致するように複数台のサーボモータが同期制御されるようになっている電動射出成形機を対象としている。そして電動射出成形機は、その運転の開始に先立って、エンコーダ毎にその機種が判別され、それぞれの機種に基づいてエンコーダから回転位置が読み取られるように構成されている。従って、エンコーダが故障して別の機種のエンコーダに交換しても問題無く使用できることになる。また所定の駆動軸、例えば射出軸において異なる種類のエンコーダが設けられていても、それぞれのエンコーダから読み取られる回転位置はエンコーダの種類に基づいて読み取られるので、制御を司るコントローラにおいてはエンコーダの種類の違いを考慮する必要がないという効果も得られる。エンコーダの機種の自由度が高くなり、エンコーダ交換時のコストは小さい。また他の発明によると、エンコーダの機種の判別は、エンコーダに対して複数の異なる種類のプロトコルによって通信を試みて、通信に成功したプロトコルの種類によって判別するようになっている。つまり通信を試みるだけで、エンコーダの種類を判別でき、その方法はシンプルで安価に実施することができる。他の発明によると、エンコーダの機種の判別は、サーボモータに三相交流電流を供給するサーボアンプ毎に実施されるようになっている。つまりサーボアンプにインテリジェンスを持たせ、このサーボアンプによってエンコーダの機種の判別をさせるようになっている。そうするとサーボアンプに指令を送る上位のコントローラは、エンコーダの機種の違いを考慮する必要がなく、シンプルに構成することができるという効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る電動射出成形機を示す図で、射出軸を駆動する駆動システムを中心に示す図である。 本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の、射出軸を駆動する２台のサーボモータに三相交流電流を供給するマスターサーボアンプとスレーブサーボアンプ内における処理を示す機能ブロック図である。 従来例の電動射出成形機を示す図で、射出軸を駆動する駆動システムを中心に示す図である。 従来例の電動射出成形機の、射出軸を駆動する２台のサーボモータに三相交流電流を供給するマスターサーボアンプとスレーブサーボアンプ内における処理を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機１は、従来の電動射出成形機と同様に、型締装置、射出装置等から構成され、図１には射出装置２が簡略的に示されている。射出装置２は周知のように、加熱シリンダ３と、この加熱シリンダ３内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ４とから構成されている。本実施の形態においては、スクリュ４を軸方向に駆動する射出軸は、第１、２のサーボモータ６、７によって、回転力を軸方向の駆動力に変換する伝達機構８を介して駆動されるようになっている。第１のサーボモータ６にはマスターサーボアンプ１０から、そして第２のサーボモータ７にはスレーブサーボアンプ１１から、それぞれ三相交流電流が供給されるようになっており、これらのサーボアンプ１０、１１には第１、２のサーボモータ６、７に関連して設けられている第１、２のエンコーダ１２、１３が接続され、第１、２のサーボモータ６、７の位置信号が入力されるようになっている。本実施の形態において、第１、２のエンコーダ１２、１３はシリアル式からなり、サーボアンプ１０、１１からの要求に応じて位置信号を送信するようになっている。電動射出成形機１には、電動射出成形機１を構成している各装置を制御するコントローラ１５が設けられ、マスターサーボアンプ１０とスレーブサーボアンプ１１とに速度指令等の指令を送るようになっている。後で説明するが、マスターサーボアンプ１０、スレーブサーボアンプ１１は第１、２のサーボモータ６、７を駆動するとき、これらの位置を同期させる同期制御の機能を備えている。つまりインテリジェンスを備えたサーボアンプになっている。同期制御の機能をコントローラ１５側に設けてサーボアンプをシンプルに構成するようにすることもできるが、本実施の形態においてはそのようには構成されていない。その理由はコントローラ１５の開発コストを小さくするためである。つまり射出軸を駆動するサーボモータが１台のみの小型機に対しても、本実施の形態のようにサーボモータが複数台の大型機に対しても、コントローラ１５を共通化して使用できるようにコントローラ１５の機能をコンパクトにしているからである。

マスターサーボアンプ１０とスレーブサーボアンプ１１には、図２に示されているように、三相交流電流を生成するインバータ２１、２２が設けられている。マスターサーボアンプ１０とスレーブサーボアンプ１１には、インバータ２１、２２を駆動する基板が設けられているが、この基板上で動作するプログラムが制御ブロックとして示されている。まずマスターサーボアンプ１０については、コントローラ１５から送られる速度指令を受け取る速度指令加え合わせ点２４と、この速度指令加え合わせ点２４から速度指令を受けて電流指令を生成する速度制御器２５と、電流指令を受ける電流指令加え合わせ点２６と、電流指令加え合わせ点２６から電流指令を受けてインバータ２１を駆動する電流制御器２８と、インバータ２１から第１のサーボモータ６に供給される三相交流電流を検出する電流センサ２９と、第１のエンコーダ１２から位置信号を受信する位置信号受信器３１と、位置信号受信器３１からの位置信号を速度信号に変換する速度信号処理器３２と、が設けられている。マスターサーボアンプ１０には、本実施の形態に特有の構成であり後で説明する機種判定器３３も設けられている。電流センサ２９で検出される電流は電流指令重ね合わせ点２６に戻されてインバータ２１から出力される三相交流電流がフィードバック制御されるようになっており、速度信号処理器３２で生成される速度信号は速度指令重ね合わせ点２４に戻されて、速度制御器２５によって生成される電流指令がフィードバック制御されるようになっている。

一方スレーブサーボアンプ１１についても、マスターサーボアンプ１０と同様の処理を備えている。すなわちコントローラ１５から送られる速度指令を受け取る速度指令加え合わせ点３４と、この速度指令加え合わせ点３４から速度指令を受けて電流指令を生成する速度制御器３５と、電流指令を受ける２個の電流指令加え合わせ点３６、３７と、電流指令加え合わせ点３７から電流指令を受けてインバータ２２を駆動する電流制御器３８と、インバータ２２から第２のサーボモータ７に供給される三相交流電流を検出する電流センサ３９と、第２のエンコーダ１３から位置信号を受信する位置信号受信器４１と、位置信号受信器４１からの位置信号を速度信号に変換する速度信号処理器４２とが設けられ、本実施の形態に特有の処理である機種判定器４３も設けられている。電流センサ３９で検出される電流は電流指令重ね合わせ点３７に戻されてインバータ２２から出力される三相交流電流がフィードバック制御されるようになっており、速度信号処理器４２で生成される速度信号は速度指令重ね合わせ点３４に戻されて、速度制御器３５によって生成される電流指令がフィードバック制御されるようになっている。スレーブサーボアンプ１１においてはマスターサーボアンプ１０にはない処理も設けられている。すなわち同期制御に関する処理であり、第１、２のエンコーダ１２、１３からの位置信号の偏差を得る位置信号重ね合わせ点４５と、位置信号の偏差を処理する位置制御器４６である。位置制御器４６においては、第１、２のエンコーダ１２、１３からの位置信号の偏差が無くなるような補正量を計算し、この補正量が電流指令加え合わせ点３６に加えられている。これによって第１、２のサーボモータ６、７は精度良く同期することになる。

機種判定器３３、４３について説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機は、第１、２のエンコーダ１２、１３を同一の機種から構成することもできるし、第１のエンコーダ１２と第２のエンコーダ１３を別の機種から構成することもできる。これによって第１、２のエンコーダ１２、１３の故障による交換時に、機種の選択の自由度が大きくなっているが、これを実現しているのが機種判定器３３、４３である。機種判定器３３、４３は、マスターサーボアンプ１０、スレーブサーボアンプ１１に電力が供給されたときに一度だけ作動する。つまり通電直後に一度だけ作動して第１、２のエンコーダ１２、１３の機種を判定し、電動射出成形機１の運転開始に備える。機種判定器３３、４３には、予め複数個のプロトコルが格納されている。エンコーダは機種が異なればプロトコルが変わる。そこで、第１、２のエンコーダ１２、１３として利用可能なエンコーダの機種をいくつか予め選定しておき、それらのエンコーダに対するプロトコルを用意して機種判定器３３、４３に格納しているわけである。なお、利用可能なエンコーダの機種の選定においては、１個のプロトコルに対応する機種は１機種になるようにしておく。機種判定器３３、４３が作動すると、まず所定のプロトコルによって第１、２のエンコーダ１２、１３に通信を試す。通信ができないとき、他のプロトコルによる通信を試す。このようにして通信に成功するプロトコルが見つかるまで試す。機種判定器３３、４３は、通信が成功したプロトコルから第１、２のエンコーダ１２、１３の機種を判定する。そして機種判定器３３、４３は判定した機種を位置信号処理器３１、４１に通知する。位置信号処理器３１、４１は、以後、その機種に適したプロトコルによって第１、２のエンコーダ１２、１３と通信して位置信号を受け取る。

ところでエンコーダは、その機種によって位置信号の仕様が異なる場合がある。具体的には位置信号のビット長が異なる場合があり、例えばある機種では１７ビット、他の機種では２０ビットとなっている。そこで位置信号処理器４１は、異なるビット長の位置信号を同一のビット長に揃える。例えば位置信号が２０ビットの場合には、最下位の３ビットを捨てて１７ビットにする。このように位置信号を正規化して、全てのサーボアンプ１０、１１において同じように扱えるようにする。位置信号重ね合わせ点４５には正規化された位置信号が入力されるので、第１、２のエンコーダ１２、１３の機種がお互いに異なっていても同期制御が実現できる。

本実施の形態に係る電動射出成形機は色々な変形が可能である。上の実施の形態においては、２台のサーボモータ６、７の同期制御により駆動される駆動軸は、射出軸だけであるように説明した。しかしながら、樹脂を可塑化させるための駆動軸つまりスクリュ４を回転方向に駆動する可塑化軸や、型締装置を型開閉する駆動軸つまり型締軸も、同期制御される２台のサーボモータによって駆動することができ、その場合本実施の形態と同様にしてエンコーダの機種を判別してその機種に基づいてエンコーダから回転位置を得、同期制御することができる。

さらに他の変形も可能である。上で説明した実施の形態においては、エンコーダの機種を通信可能なプロトコルの種類によって一意的に判定している。これが実現できるのは、エンコーダとして利用可能な機種の選定において、機種とプロトコルとが一対一に対応するように選定しているからである。しかしながらエンコーダとして利用可能な機種の自由度をさらに大きくするために、これを変形することもできる。例えば、複数の機種のエンコーダについてプロトコルが同一の場合であっても機種を適切に判定するような変形である。シリアル式のエンコーダによっては通信による要求をすると機種情報や、機種に関連する他の情報を返すものもある。このような機種のエンコーダを扱う場合には、機種判定器は通信可能なプロトコルを特定した後に、そのプロトコルによって機種情報等を問い合わせるようにしてエンコーダの機種を判定することができる。

さらに他の変形も可能である。例えば複数台のサーボモータの同期制御を、サーボアンプ内においてではなく、射出成形機のコントローラにおいて実施することもできる。この場合、サーボモータは格別にインテリジェンスは必要とされない。さらには、射出成形機のコントローラとサーボアンプの間にサブコントローラを設け、このサブコントローラにエンコーダの位置信号が入力されるようにして、サブコントローラ内で同期制御を実施するようにしてもよい。本実施の形態に係る電動射出成形機は他の変形も可能であり、射出軸を同期制御される３台以上のサーボモータで駆動するように変形することもでき、このことは他の駆動軸つまり可塑化軸、型締軸等においても同様に変形できる。

１ 電動射出成形機 ２ 射出装置
４ スクリュ ６ 第１のサーボアンプ
７ 第２のサーボアンプ １０ マスターサーボアンプ
１１ スレーブサーボアンプ １２ 第１のエンコーダ
１３ 第２のエンコーダ １５ コントローラ
２１、２２ インバータ
２５、３５ 速度制御器
２８、３８ 電流制御器
３１、４１ 位置信号処理器
３２、４２ 速度信号処理器
３３、４３ 機種判定器
４６ 位置制御器

Claims (3)

1. 所定の駆動軸が複数台のサーボモータによって駆動されるとき、前記サーボモータ毎に設けられているシリアル方式のエンコーダから得られる回転位置が一致するように前記複数台のサーボモータが同期制御されるようになっている電動射出成形機であって、
   前記電動射出成形機は、その運転の開始に先立って、前記エンコーダ毎にその機種が判別され、それぞれの機種に基づいて前記エンコーダから前記回転位置が読み取られるようになっていることを特徴とする電動射出成形機。
2. 請求項１に記載の電動射出成形機において、前記エンコーダの機種の判別は、前記エンコーダに対して複数の異なる種類のプロトコルによって通信を試みて、通信に成功したプロトコルの種類によって判別するようになっていることを特徴とする電動射出成形機。
3. 請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記エンコーダの機種の判別は、前記サーボモータに三相交流電流を供給するサーボアンプ毎に実施されるようになっていることを特徴とする電動射出成形機。

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