JP3691298B2 - 位置制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は電動射出成形機において、サーボモータにより駆動される可動部、例えば可動金型の位置制御を、可動金型の現在位置と目標位置との位置誤差及びサーボモータの速度を監視して行う位置制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動射出成形機で、サーボモータにより駆動される可動部の位置制御は、定期的に出力される指令位置に応じた電流をサーボモータに供給して行っている。
【0003】
しかしながらこの従来の方法では、可動部と固定部との間に製品が挟まった場合や、低トルク指令に比べて負荷が大きいためにサーボモータが回転できずにいる場合でも、可動部の現在位置と目標位置との位置誤差があるために、この位置誤差を埋める為の新しい位置指令値が次々と出されてしまう。この新しい位置指令値はサーボモータの駆動電流を徐々に大きくする指令を含んでいる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この状態が長く続くと、サーボモータに過電流が流れて焼損などのおそれがある為、内蔵されている制御部でエラー発生と判断し、電動射出成形機の運転が停止してしまう。運転が一度停止されると、作りかけの製品は不良品として廃棄され、運転再開までに多くの手順が必要で、歩留まりや作業効率が低下してしまう。また、挟まっていた製品がたまたま途中で外れた場合には、サーボモータに大電流が流れているため、サーボモータが高速で回転し、作業員に危険が及ぶことがあるとともに、機械が損傷するおそれもある。
【0005】
従ってこの発明の目的は、製品の詰まりなどの原因でサーボモータがロックした時にサーボモータに過大電流が流れないようにして、歩留まり、作業効率の低下を防止し、作業員の危険を防止し、機械の損傷も防止できるように構成された、位置制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、この目的は、制御対象物に製品が挟まったなどの理由で、サーボモータが回転できずにいる時には、位置制御処理で位置指令値を進めなくし、位置誤差がたまらないようにすることにより達成できるもので、この発明の位置制御装置は、電動射出成形機の固定金型に対して可動金型を移動させるサーボモータと、このサーボモータの駆動部と、前記可動金型の指令位置とサーボモータの速度とサーボモータに供給される電流値を指令する指令位置設定部と、この指令位置設定部の指令にしたがって前記サーボモータの駆動部を制御する指令位置制御部とを具備する位置制御装置において、前記サーボモータ駆動部は、可動金型の現在位置と位置指令との位置誤差を検知する手段と、前記サーボモータの速度指令と現在速度との速度誤差を検知する手段と、前記位置誤差が所定値以上で速度誤差が所定値以下である時に制限トルク指令を出力する速度フィードバック制御部と、この制限トルク指令が出力された時に流れる前記サーボモータの電流値が所定値を超えている時にこのサーボモータにトルク制限電流を供給する電流制御部とを有し、前記サーボモータにトルク制限電流が供給されたときは前記指令位置設定部から前記サーボモータ駆動部への位置指令の更新を停止することを特徴として構成される。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0008】
図1はこの発明の一実施の形態の電動射出成形機の機構部の概要を示す構成図であり、基礎台11上に垂直に固定されたフレーム12の一方の側面には固定金型13が固定される。
【0009】
フレーム12に対して所定距離を置いて別のフレーム14が設けられ、両者間にまたがってスライド棒15,16が水平に設置される。このスライド棒15,16上には可動金型17が自由にスライドするように保持される。
【0010】
可動金型17の中心部には雄ネジ18の一端が固定され、この雄ネジ18上にはベアリング19の中心部に形成された雌ネジが螺合している。このベアリング19はフレーム14内に回転自在に装着され、その側面には第1のギア20が形成される。
【0011】
このベアリング19の第1のギア20は、同じフレーム14側面に回転自在に装着された第2のギア21と噛み合い、この第2のギア21はリンク機構22を介してフレーム24上に固定されたサーボモータ23の回転軸に結合される。この雄ネジ18と第1、第2のギア20,21によりネジナット型締め装置25が形成される。このような構成により、サーボモータ23が駆動されると、リンク機構22を介してギア21,20が駆動され、ベアリング19が回転される結果、雄ネジ18が左右に移動される。
【0012】
フレーム12の反対側にはパイプ状の射出シース26の一端が固定され、その他の端はフレーム24上に固定される。射出シース26の側壁には穴が形成され、この穴にはホッパ27が取り付けられ、射出シース26内に射出成形材料の例えば熱可塑性のプラスチックが投入される。
【0013】
射出シース26内には移送スクリュー28が挿入され、その後ろ端は複数のギアで形成されるギア機構29を介して前記サーボモータ23の回転軸に結合される。なお、射出シース26の外側には加熱ヒータ31が取り付けられ、射出成形材料を加熱して溶融状態に設定される。
【0014】
このような機構部の構成を有するこの発明の実施の形態の電動射出成形機の制御系の構成を図2、図3を参照して詳細に説明する。
【0015】
図2において、サーボモータ23はサーボモータ駆動部41により駆動され、このサーボモータ駆動部41は指令位置制御部42からの位置指令に基づき所定の駆動電流をサーボモータ23に供給する。また、指令位置制御部42は、指令位置設定部43により設定された位置指令に基づいて動作する。なお、サーボモータ23にはエンコーダ44が設けられて回転速度が検出できるとともに、可動部である可動金型17の現在位置も検知できるように構成されている。
【0016】
なお、後で詳細に説明するが、可動金型17は最終的には破線で示した固定金型13に押し付けられる位置(指令位置または目標位置)まで移動されるものである。
【0017】
次に、図3を参照して図2に示したサーボモータ駆動部41の構成を更に詳細に説明する。
【0018】
指令位置設定部43には、前記可動金型17の指令位置とサーボモータ23の速度とサーボモータ23に供給される電流値が設定される。
【0019】
指令位置制御部42は、この指令位置設定部43の設定値にしたがって前記サーボモータ23の駆動部41を制御する。
【0020】
前記サーボモータ駆動部41は、エンコーダ44から得られた可動金型17の現在位置と指令位置制御部42からの位置指令との位置誤差を検知する手段としての位置制御部41Aと、この位置制御部41Aからの前記サーボモータ23の速度指令とエンコーダ44からの現在速度との速度差を検知する手段として機能し、前記位置誤差が所定値以上で速度差が所定値以下である時に制限トルク指令を出力して指令位置制御部42へ供給する速度フィードバック制御部とを有する。
【0021】
サーボモータ駆動部41は更に、この速度フィードバック制御部41Bからの電流(トルク)指令に基づきサーボモータ23に所定の電流を供給するとともに、この制限トルク指令が出力された時に流れる前記サーボモータ23の電流値が所定値を超えている時に、このサーボモータ23にトルク制限電流を供給する電流フィードバック制御部41Cとを有する。この電流フィードバック制御部41Cからサーボモータ23に供給される電流値は出力電流検知センサ41Dによって検知され、その検知出力が電流フィードバック制御部41Cへフィードバックされる。
【0022】
後で詳細に説明するが、この実施の形態では、前記サーボモータ23にトルク制限電流が供給されたときは、前記指令位置設定部43から指令位置制御部42を介して前記サーボモータ駆動部41へ供給される位置指令値の更新が停止される。
【0023】
即ち、前記指令位置制御部42は、前記サーボモータ駆動部41中の速度フィードバック制御部41Bからの制限トルク出力信号で単位時間毎の指令位置の更新を停止する手段を有する。この場合、速度フィードバック制御部41Bは、制限トルク値で出力電流を制限するとともに、出力電流を制限トルクで制限して出力した場合に制限トルク出力信号を出力する。
【0024】
また、前記速度フィードバック制御部41Bは、前記電流フィードバック制御部41Cへ電流指令を制限トルクに制限して指令するための制限トルク電流出力信号を出力する手段を有する。
【0025】
また、前記速度フィードバック制御部41Bは、制限トルク指令値から算出される電流フィードバック制御部41Cへの制限電流指令値を指令するために、前記電流フィードバック制御部41Cに制限電流指令値として制限トルク電流出力信号を出力する。
【0026】
以下、図4乃至図7を参照して図1乃至図3に示した構成を有する実施の形態の電動射出成形機の位置制御動作を説明する。
【0027】
位置制御処理には大きく分けて3つの処理がある。
【0028】
1.図7のステップS1の現在位置計算処理(現在位置を計算する処理)
2.ステップS2の速度指令計算処理(現在位置と位置指令から位置誤差を求め、速度指令を計算する処理。ここで計算された速度指令はステップS3の速度制御処理に渡し、速度制御処理ではモータトルク指令を計算する)
3.ステップS7の位置指令分配処理(位置指令を計算する処理)
ここで、位置制御処理に新たにステップS5のモータトルク監視処理とステップS8の位置指令分配一時停止処理を追加する事により制御を行う。
【0029】
ステップS5のモータトルク監視処理は、モータトルク指令がトルクリミット(出力モータトルクの上限:サーボモータ、サーボアンプ、機械等の耐久性を考慮して決定する)に達しているかどうかを監視する処理である。
【0030】
ステップS6のトルクリミットONチェック処理は、モータトルク監視処理の結果、モータトルク指令がトルクリミットに達していなければ、位置指令計算処理を行い、モータトルク指令がトルクリミットに達していれば、位置指令計算処理を行わないようにする処理である。
【0031】
これらの処理を追加する事により、制御対象物の可動金型13,固定金型17間に製品が挟まったなどの理由で、サーボモータ23が回転できずにいる時には、位置指令値が進まないため、位置誤差が溜まらなくなり、位置誤差過大などのエラーが発生せず、機械が停止することもない。
【0032】
また、挟まっていた製品が途中で外れた場合にも、位置誤差が溜まっていないため、位置制御処理で、誤った速度を出力する事もなく、安全に機械を動かす事ができる。
【0033】
たとえば、サーボモータ23の速度曲線を示す図4のF点で製品がつまったためサーボモータ23が回転できなくなると、図6の様に出力トルクが大きくなる。やがて、図5のようにH点で、トルクリミットにかかる。
【0034】
トルクリミットにかかっても、従来技術では、位置指令は関係なく進められるが、この発明では位置指令値の分配は一時停止される。
【0035】
やがて、図4のG点で、詰まっていた製品が外れ、サーボモータ23が回転できる様になると、従来技術では、図4のずれDの位置誤差があるため、図4に点線で示すように、一時的に高速で動いてしまう。
【0036】
しかし、この発明では位置指令を進ませないため、ずれDがない。そのため、高速でサーボモータが回転することなく、通常の制御に復帰する事ができる。
【0037】
更に詳細に説明する。まず、図1に示したように、固定金型13、可動金型17を離してセットし、ホッパ27に熱可塑性のプラスチックを投入し、ヒータ31に通電する。プラスチックは融けて射出シース26とスクリュー28との間に流れ込む。
【0038】
この状態で例えば図示しないスタートボタンが操作されると、位置制御部41Aは図7のステップS1においてエンコーダ44の出力を取り込んで可動金型17の現在位置を計算する。
【0039】
又、指令位置設定部43から出力される速度により、ステップS2で指令位置制御部42から単位時間毎に出力される位置指令が決まり、位置制御部41Aにて先程計算した現在位置との差から速度指令が出力される。
【0040】
この速度指令はステップS3の速度制御行程で処理されて、対応するトルク指令が出される。このトルク指令に応じてステップS4では電流によるサーボモータ駆動が行われる。
【0041】
この時、同時にステップS5においてモータトルク監視処理が実行され、モータトルクが所定のリミット値を超えているか否かがチェックされる。
【0042】
可動金型17が正常に移動している時はモータトルクも所定値以下であり、この時はステップS8での位置指令値分配一時停止処理はおこなわれず、ステップS7に移行して、位置指令値分配処理が行われ、1サイクルの位置制御処理が終了する。この1サイクルの処理時間は例えば1m秒以下であり、1m秒間隔の割り込み処理毎に図7のフローの先頭ステップS1から実施処理が繰り返される。
【0043】
一方、この可動金型17が固定金型13に向けて移動しているときに例えば製品が両者の間に挟まってしまった場合には、可動金型17の移動が停止してしまう。可動金型17と固定金型13との間にまだ大きな距離が残っている場合には、サーボモータ23に供給される速度指令も大きくなり、供給電流も大きくなるので、図5に示すようにH時点で大きなトルクが発生する。このトルクが図6のリミット値を超えていると、トルクリミットONフラグがオンとなり、ステップS6からステップS7へ移行せずに、ステップS8に移行して、位置指令分配一時停止処理が行われ、処理は終了される。
【0044】
この時、図4のFの時点ではサーボモータ23がロックされて、速度がゼロとなり、位置指令値は破線で示す従来とは異なり、その時点Fで位置指令値の更新は行われず、停止される。モータトルクも図6に示したように一定に保持され、過大電流が流れることはなく、その時の電流が一定時間保持される。
【0045】
この状態で所定時間が経過しても復旧の見込みがないときは、エラー処理が行われて機械が停止するが、図4のGの時点で何らかの理由で挟まっていた製品が外れることがある。このときには、この発明ではモータトルクが過大になっていないので、モータ速度も点線で示した従来のような急激な速度上昇はなく、通常の速度に復帰するだけであり、作業員に対する危険も無く、機械の破損の恐れもない。
【0046】
このようにして、正常な状態で可動金型17が固定金型13に押し付けられる位置まで移動すると、スクリュウ28が駆動されて、融けたプラスチックがスクリュウ28の螺旋に押されて射出シース26内を移送され、先端のインジェクションノズルから固定金型13と可動金型17との間に形成された射出成形空間に注入され、射出成形が行われる。この動作は通常の射出成形機と同じであり、これ以上の説明は省略する。
【0047】
以上の実施の形態では、固定金型と移動金型との相対位置の制御を行う場合に付いて説明したが、電動射出成形機には複数のサーボモータが用いられており、上記の実施の形態と同様にしてこれらのサーボモータによる位置制御装置としてこの発明を実施できることは勿論である。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、製品の詰まりなどの原因でサーボモータがロックした時にサーボモータに過大電流が流れないようにして、歩留まり、作業効率の低下を防止し、作業員の危険を防止し、機械の損傷も防止できるように構成された、位置制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態の電動射出成形機の全体の機構を示す図。
【図2】図1に示した電動射出成形機の制御系統を示すブロック図。
【図3】図2に示した制御系統の詳細な構成を示すブロック図。
【図4】従来技術と実施の形態での位置指令値、速度フィードバックの様子を比較して示す図。
【図5】サーボモータのロック時のトルクリミットONフラグの変化を表したグラフ。
【図6】従来技術と実施の形態でのトルクの変化を示すグラフ。
【図7】実施の形態の処理フローチャート。
【符号の説明】
13…固定金型、
17…可動金型、
23…サーボモータ、
41…サーボモータ駆動部、
42…指令位置制御部、
43…指令位置設定部、
44…エンコーダ。
Claims (6)
- 電動射出成形機の固定金型に対して可動金型を移動させるサーボモータと、
このサーボモータの駆動部と、
前記可動金型の指令位置とサーボモータの速度とサーボモータに供給される電流値を指令する指令位置設定部と、
この指令位置設定部の指令にしたがって前記サーボモータの駆動部を制御する指令位置制御部とを具備する位置制御装置において、
前記サーボモータ駆動部は、
可動金型の現在位置と位置指令との位置誤差を検知する手段と、
前記サーボモータの速度指令と現在速度との速度誤差を検知する手段と、
前記位置誤差が所定値以上で速度誤差が所定値以下である時に制限トルク指令を出力する速度フィードバック制御部と、
この制限トルク指令が出力された時に流れる前記サーボモータの電流値が所定値を超えている時にこのサーボモータにトルク制限電流を供給する電流制御部とを有し、
前記サーボモータにトルク制限電流が供給されたときは前記指令位置設定部から前記サーボモータ駆動部への位置指令の更新を停止することを特徴とする位置制御装置。 - 射出成形用の固定金型に対して可動金型を移動させるサーボモータと、
このサーボモータの駆動部と、
前記可動金型の移動速度及び現在位置を基に可動金型の目標移動位置を単位時間毎に更新して前記サーボモータの駆動部へ指令する指令位置制御部と、
前記可動金型の移動位置と移動速度と制限トルク値を前記指令位置制御部へ供給する指令位置設定部とを有し、
前記サーボモータ駆動部は、電流出力部、出力電流値検知センサ、電流指令値と出力電流値が一致するように電流出力部を制御する電流フィードバック制御部、サーボモータの回転速度検知センサ、サーボモータの速度指令値と回転速度が一致するように電流フィードバック制御部を制御する速度フィードバック制御部、可動金型の位置センサ、位置指令値と可動金型の位置が一致するように速度フィードバック制御部を制御する位置制御部で構成され、
前記サーボモータにトルク制限電流が供給されたときは前記指令位置制御部から前記サーボモータ駆動部への位置指令の更新を停止することを特徴とする位置制御装置。 - 前記指令位置制御部は、前記サーボモータ駆動部からの制限トルク出力信号で単位時間毎の位置指令の更新を停止する手段を有し、
前記サーボモータ駆動部は、制限トルク値で出力電流を制限する手段
と、出力電流を制限トルクで制限して出力した場合に制限トルク出力信号を出力する手段とを有し、前記可動金型移動の際に前記サーボモータの出力トルクが制限トルク値になった場合にサーボモータ駆動部への位置指令の更新を停止することを特徴とする請求項2に記載の位置制御装置。 - 前記速度フィードバック制御部は、前記電流フィードバック制御部へ電流指令を制限トルクに制限して指令するための制限トルク出力信号を出力する手段を有することを特徴とする請求項2に記載の位置制御装置。
- 前記速度フィードバック制御部は、制限トルク指令値から算出される電流フィードバック制御部への制限電流指令値を指令するために、前記指令位置制御部に制限トルク出力信号を出力する手段を具備することを特徴とする請求項2に記載の位置制御装置。
- 前記指令位置制御部は前記サーボモータ駆動部から伝達されたトルク指令が一致した場合単位時間毎の指令位置の更新を停止する手段を有し、前記サーボモータ駆動部は出力電流をトルク換算して指令位置制御部に伝達する手段を有することを特徴とする請求項2に記載の位置制御装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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