JP3801557B2

JP3801557B2 - 電動射出成形機の負荷監視方法

Info

Publication number: JP3801557B2
Application number: JP2002323232A
Authority: JP
Inventors: 和男碓井
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: US20040090202A1; CN1498739A; JP2004155062A; US7088069B2; CN1313259C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動モータ（サーボモータ）を用いた駆動部の負荷を監視する電動射出成形機の負荷監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、駆動部にサーボモータを用いる電動射出成形機では、負荷電流に応じてサーボモータが発熱するため、成形条件や成形環境等により、サーボモータがいわゆるオーバヒートしてサーボモータの動作不良や破損等を招く虞れがある。したがって、この種の電動射出成形機では、通常、サーボモータの発熱量を検出するとともに、発熱量（検出値）が予め設定した停止用設定値に達したなら過負荷状態と判断し、サーボモータを強制的に停止する制御を行うことにより、サーボモータの保護を図っている。
【０００３】
ところで、電動射出成形機の場合、成形中におけるサーボモータの停止は、成形工程が途中で中断することになるため、稼働率を低下させるなどの成形再開後の成形工程に悪影響を及ぼす虞れがあり、成形工程の中断はできるだけ避ける必要がある。このため、従来では、例えば、特開平１１−２３５７４３号公報のように、試運転時において、サーボモータに流れる負荷電流に基づいて過負荷不安領域に入っているか否かを判断し、過負荷不安領域に入っている場合には、運転設定条件が余裕を持つように見直すことにより、実際の成形時に、運転（成形工程）が中断されることがないようにした運転設定条件チェック方法も提案されている。
【特許文献１】
特開平１１−２３５７４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の方法は、次のような問題点があった。
【０００５】
第一に、運転設定条件に余裕を持つように見直す際に、成形サイクルに無駄な時間を含む可能性があり、生産効率及び生産性の低下を招く虞れがある。即ち、成形サイクルは、通常、数秒〜数分であるため、一成形サイクル中に無駄となる僅かな時間が含まれていても、生産全体ではかなりの時間的ロス（生産性低下）を生じる。
【０００６】
第二に、正規の成形を行う前の試運転段階における設定条件の見直しに過ぎないため、実際に成形を行う際の動作状態を反映できず、的確な成形条件を設定できない虞れがあるなど、成形品質の低下を招く虞れがある。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、オペレータが実際の負荷状態をリアルタイムで的確に把握し、成形サイクル時間の最適化などによって成形工程の中断回避や生産効率及び生産性の向上を図ることができるとともに、的確な成形条件を設定維持することにより成形品質の向上を図ることができる電動射出成形機の負荷監視方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る電動射出成形機１の負荷監視方法は、少なくとも射出モータＭａ，計量モータＭｂ，型締モータＭｃ，突出しモータＭｄの一又は二以上を含む駆動モータを用いた駆動部の負荷を監視するに際し、駆動部における成形サイクル毎の平均負荷レベルＸｃを求めるとともに、この平均負荷レベルＸｃを予め設定した基準負荷レベルＸｓまで下降（又は上昇）させるための、無負荷運転時又は停止時の時間を伸長（又は短縮）するサイクル伸長時間ｔｅ（又はサイクル短縮時間ｔｉ）を演算し、このサイクル伸長時間ｔｅ（又はサイクル短縮時間ｔｉ）を直接又は間接的に表示することを特徴とする。
【０００９】
この場合、好適な実施の態様により、二以上の駆動モータＭａ…の平均負荷レベルＸｃ…をそれぞれ求め、最も大きい平均負荷レベルに対するサイクル伸長時間ｔｅ（又はサイクル短縮時間ｔｉ）を演算して表示することができる。なお、平均負荷レベルＸｃが、基準負荷レベルＸｓを越えた際には、アラームにより報知することができる。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
まず、本実施例に係る負荷監視方法を実施できる電動射出成形機１の構成について、図３を参照して説明する。
【００１２】
図３は、電動射出成形機１の概要を仮想線で示すとともに、特に、金型Ｃの型締を行う型締装置１ｃに備える型締機構の駆動部となる型締モータＭｃを制御する制御系を示す。１０はサーボアンプであり、このサーボアンプ１０には、型締モータ（サーボモータ）Ｍｃを駆動するモータドライブ回路１１を備えるとともに、型締モータＭｃに供給される負荷電流Ｉｃから平均負荷レベルＸｃを求める平均負荷レベル演算部１２を備える。このため、モータドライブ回路１１と型締モータＭｃを接続する接続ラインには、型締モータＭｃに供給される負荷電流Ｉｃの大きさを検出する電流検出器１３を付設する。
【００１３】
一方、型締モータＭｃには、当該型締モータＭｃの発熱温度を直接検出し、設定温度に達したなら過負荷検出信号を出力する第一サーモスタット１４を付設するとともに、モータドライブ回路１１には、当該モータドライブ回路１１の発熱温度を直接検出し、設定温度に達したなら過負荷検出信号を出力する第二サーモスタット１５を付設する。そして、第一サーモスタット１４及び第二サーモスタット１５は、制御指令部１６に接続する。
【００１４】
他方、Ｕはコンピュータ処理機能を有するコントローラ本体部であり、このコントローラ本体部Ｕには、コンピュータ処理機能に基づく制御指令部１６及び伸縮時間演算部１７を備えるとともに、表示処理部１８を備える。この場合、伸縮時間演算部１７には、平均負荷レベル演算部１２から平均負荷レベルＸｃが付与されるとともに、伸縮時間演算部１７の演算結果（時間値）は、制御指令部１６及び表示処理部１８にそれぞれ付与される。また、制御指令部１６からモータドライブ回路１１には、型締モータＭｃを制御する制御信号Ｓｃが付与される。さらに、平均負荷レベル演算部１２は、表示処理部１８とモータドライブ回路１１に接続するとともに、表示処理部１８の出力側は、表示部（ディスプレイ）１９に接続する。
【００１５】
以上、型締モータＭｃに対する制御系を示したが、電動射出成形機１は、その他の駆動部に備える駆動モータとして、図３に示すように、型締装置１ｃの金型Ｃにより成形された成形品に対する突出しを行う突出しモータ（サーボモータ）Ｍｄ，射出装置１ｉのスクリュを進退移動させる射出モータ（サーボモータ）Ｍａ，射出装置１ｉのスクリュを回転させる計量モータ（サーボモータ）Ｍｂ等を備えており、各モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｄにも前述したサーボアンプ１０と同様のサーボアンプ（１０…）が接続されている。したがって、各サーボアンプ（１０…）の平均負荷レベル演算部（１２…）から得る射出モータＭａの平均負荷レベルＸａ，計量モータＭｂの平均負荷レベルＸｂ及び突出しモータＭｄの平均負荷レベルＸｄもそれぞれ伸縮時間演算部１７に付与されるとともに、制御指令部１６からは各サーボアンプ（１０…）のモータドライブ回路（１１…）に対して射出モータＭａを制御するための制御信号Ｓａ，計量モータＭｂを制御するための制御信号Ｓｂ及び突出しモータＭｄを制御するための制御信号Ｓｄが付与される。また、各モータＸａ…及び各モータドライブ回路（１１…）には、第一サーモスタット１４と第二サーモスタット１５と同様のサーモスタットを付設し、各サーモスタット１４，１５は制御指令部１６に接続する。
【００１６】
次に、本実施例に係る電動射出成形機１の負荷監視方法について、図３〜図５を参照しつつ図１及び図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００１７】
図５は、射出モータＭａ，計量モータＭｂ，型締モータＭｃ及び突出しモータＭｄの動作状態を示すタイミングチャートである。なお、図５中、「ＯＦＦ」は、必ずしも各モータＭａ…に対する通電停止を意味するものではなく、各モータＭａ…が無負荷の状態で作動している場合も含む。
【００１８】
今、通常の成形工程が行われているものとする。型締モータＭｃは、図５（ｃ）のように、型締工程（型閉工程を含む）及び型開工程で作動（ＯＮ）して負荷電流Ｉｃが流れるとともに、他の工程では停止（ＯＦＦ）する。型締モータＭｃの作動（ＯＮ）区間では、当該型締モータＭｃに負荷電流Ｉｃが流れるため、この負荷電流Ｉｃに基づいて平均負荷レベルＸｃを求める。
【００１９】
この場合、まず、負荷電流Ｉｃの大きさを、電流検出器１３により検出する（ステップＳ１）。そして、この検出結果を平均負荷レベル演算部１２に付与し、演算により平均負荷レベルＸｃを求める。即ち、一成形サイクル区間における負荷の大きさ（負荷電流Ｉｃ）の二乗を時間で積分し、この結果から平均負荷レベルＸｃを求める（ステップＳ２，Ｓ３）。具体的には、連続運転可能な最大負荷電流に対する負荷電流割合をｘ〔％〕，一成形サイクル時間をｔｍ〔秒〕とした場合、一成形サイクル区間の平均負荷レベルＸｃは、〔数１〕式から求めることができる。
【数１】

【００２０】
このような平均負荷レベル（平均負荷率）Ｘｃを、成形サイクルが継続する限り、順次一成形サイクル区間毎に求める（ステップＳ４）。同様に、射出モータＭａは、図５（ａ）のように、射出工程及び計量工程で作動（ＯＮ）するとともに、他の工程では停止（ＯＦＦ）する。また、計量モータＭｂは、図５（ｂ）のように、計量工程で作動（ＯＮ）し、かつ他の工程では停止（ＯＦＦ）する。さらに、突出しモータＭｄは、図５（ｄ）のように、突出し工程で作動（ＯＮ）するとともに、他の工程では停止（ＯＦＦ）する。したがって、図２に示すように、射出モータＭａ，計量モータＭｂ及び突出しモータＭｄ側においても、上述した型締モータＭｃ側と同様に、射出モータＭａの平均負荷レベル（平均負荷率）Ｘａ，計量モータＭｂの平均負荷レベル（平均負荷率）Ｘｂ及び突出しモータＭｄの平均負荷レベル（平均負荷率）Ｘｄを演算により求める（ステップＳ２１．Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４）。
【００２１】
ところで、コントローラ本体部Ｕには、予め基準負荷レベル（基準負荷率）Ｘｓが設定されている。この基準負荷レベルＸｓは、上述した連続運転可能な最大負荷に対して一定の余裕を見込んだレベルを設定することができ、実施例は、９５〔％〕に設定した場合を例示する。これにより、コントローラ本体部Ｕでは、各平均負荷レベルＸａ，Ｘｂ，Ｘｃ，Ｘｄの大きさを監視し、いずれかの平均負荷レベルＸａ…が基準負荷レベルＸｓを越えた際に、アラームにより報知する（ステップＳ２５，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９）。
【００２２】
一方、各平均負荷レベルＸａ，Ｘｂ，Ｘｃ，Ｘｄは、伸縮時間演算部１７に取込まれる（Ｓ３０，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３）。伸縮時間演算部１７では、得られた平均負荷レベルＸａ，Ｘｂ，Ｘｃ，Ｘｄのうち最も大きいもの（最大値）を判別（選択）する（ステップＳ３４）。また、伸縮時間演算部１７では、選択された平均負荷レベルＸａ（又はＸｂ，Ｘｃ，Ｘｄ）に対するサイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉを演算するとともに、この結果を表示処理部１８に付与して表示を行う（ステップＳ３５）。以下、選択された平均負荷レベルＸａ（又はＸｂ，Ｘｃ，Ｘｄ）に対する処理について具体的に説明する。図１に示すフローチャートは、平均負荷レベルＸｃが選択された場合を示している。
【００２３】
まず、伸縮時間演算部１７では、選択された平均負荷レベルＸｃの大きさに基づいて、前述した基準負荷レベルＸｓまで下降又は上昇させるためのサイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉを演算する（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０）。即ち、基準負荷レベルＸｓに対する平均負荷レベルＸｃの大きさを判断し、平均負荷レベルＸｃが基準負荷レベルＸｓを越えている場合（Ｘｃ＞Ｘｓ）には、サイクル伸長時間ｔｅを演算する（ステップＳ６，Ｓ９）。この場合、基準負荷レベルＸｓは９５〔％〕であるため、サイクル伸長時間ｔｅは、ｔｅ＝（Ｐｍ／Ｘｃ²）−（Ｐｍ／０．９５²）の演算式から求めることができる。
【００２４】
他方、平均負荷レベルＸｃが基準負荷レベルＸｓ未満の場合（Ｘｃ＜Ｘｓ）には、サイクル短縮時間ｔｉを演算する（ステップＳ７，Ｓ１０）。この場合、サイクル短縮時間ｔｉは、ｔｉ＝（Ｐｍ／０．９５²）−（Ｐｍ／Ｘｃ²）の演算式から求めることができる。
【００２５】
さらに、平均負荷レベルＸｃが基準負荷レベルＸｓ（９５〔％〕）に略一致する場合（Ｘｃ＝Ｘｓ）には、理想的な負荷状態で動作していることになり、伸縮時間演算部１７は、サイクル伸長時間ｔｅ及びサイクル短縮時間ｔｉのいずれの演算も行わない（ステップＳ８）。
【００２６】
そして、得られたサイクル伸長時間ｔｅは、図４（ａ）に示すように、例えば、赤色のバー表示部３１によりディスプレイにおける伸縮時間表示部３０に表示する（ステップＳ１１）。また、サイクル短縮時間ｔｉは、図４（ｂ）に示すように、例えば、緑色のバー表示部３２によりディスプレイの伸縮時間表示部３０に表示する（ステップＳ１２）。なお、Ｘｃ＝Ｘｓの場合には、無表示、即ち、いずれのバー表示部３１，３２も表示しない（ステップＳ１３）。この表示は、一成形サイクル毎に更新される（ステップＳ１４）。この場合、更新は、図２に示した条件に従う。したがって、他の射出モータＭａ，計量モータＭｂ及び突出しモータＭｄのいずれかの平均負荷レベルＸａ，Ｘｂ又はＸｄが、型締モータＸｃの平均負荷レベルＸｃよりも大きくなった場合には、大きくなった平均負荷レベルＸａ，Ｘｂ又はＸｄに基づくサイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉが表示される。図４中、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、サイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉが表示されている各モータＭａ…を示す駆動モータ表示部であり、上述した、型締モータＭｃに対するサイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉが表示されているときは、「型締」が表示された駆動モータ表示部３３ｃの上側におけるインジケータ３４ｃが点灯する。
【００２７】
一方、オペレータは、サイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉを監視することにより、それに対する対策を講じることができる。例えば、サイクル伸長時間ｔｅが表示された場合、そのサイクル伸長時間ｔｅに基づいて実際のサイクル時間を伸長させることができる。即ち、全ての駆動モータＭａ…が運転を停止している区間又は負荷レベルＸｃ…がきわめて小さい区間の時間が長くなるように設定変更する。具体的には、全モータＭａ…が処理を停止している区間となる冷却時間，型開閉時間の一方又は双方の時間が長くなるように設定変更する。この場合、サイクル時間自動設定キー等を設け、この設定キーをＯＮすることにより、予め設定された工程区間の時間がサイクル伸長時間ｔｅだけ自動的に伸長されるようにしてもよい。また、樹脂の種類等により、オペレータがサイクル時間の変更は好ましくないと判断した場合において、他の条件、例えば、圧力，速度，温度等を点検し、必要により設定条件の変更等によって対策を講じることもできる。
【００２８】
他方、サイクル短縮時間ｔｉが表示された場合も上述したサイクル伸長時間ｔｅの場合と同様に、そのサイクル短縮時間ｔｉに基づいて実際のサイクル時間を短縮させることができるとともに、他の条件、例えば、圧力，速度，温度等を点検し、必要により設定条件の変更等によって対策を講じることもできる。
【００２９】
さらに、第一サーモスタット１４…と第二サーモスタット１５…により、各モータＭａ…と各モータドライブ回路１１…の発熱を直接的に監視する。前述した平均負荷レベルＸａ…に基づく監視は、負荷電流Ｉｃ…に基づく間接的な監視であるため、このような間接的な監視と直接的な監視により二重の保護機能を持たせている。これにより、例えば、外部環境（室温）の変化等により、実際の温度上昇が大きい場合等には、平均負荷レベルＸａ…に基づく間接的な監視では対応できない虞れもあるため、各サーモスタット１４…，１５…のいずれかが、過負荷状態に基づいて検出信号を出力した場合には、過負荷停止処理を行う。この場合、適正な外部環境温度で使用しているときは、最初に、平均負荷レベルＸａ…に基づく間接的な監視により過負荷が検出され、次いで、各サーモスタット１４…，１５…による過負荷検出が行われるように設定する。
【００３０】
このような本実施例に係る負荷監視方法によれば、サイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉを表示させるようにしたため、オペレータは、サイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉを監視することにより、実際の負荷状態をリアルタイムで的確に把握できるため、速やかに、それに対する対策を講じることができる。例えば、サイクル伸長時間ｔｅが表示された際は、サイクル時間を伸長し、冷却時間を長くすることにより、過負荷異常に基づく成形工程の無用な中断を事前に回避することができる。また、サイクル短縮時間ｔｉが表示された際は、サイクル時間を短縮し、サイクル時間の最適化を図ることにより、サイクル時間に含まれる無駄な時間（時間的ロス）を排除して生産効率及び生産性の向上を図ることができる。しかも、実際の動作状態を反映させた的確な成形条件を設定維持することにより、成形品質の向上を図ることができる。
【００３１】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，手法等において本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。
【００３２】
例えば、本発明におけるサイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉは、高度の正確性が要求されるものではなく、オペレータが負荷状態を把握、特に、負荷状態が過負荷側にあるか低負荷側にあるか或いはそのレベルがどの程度になっているかを把握できれば、オペレータは事前の対策に反映することができる。したがって、必要により、サイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉを間接的に表示、例えば、サイクル伸長時間の単位を除き、単なる度合の表示であってもよいし、平均負荷レベルをそのまま表示してもよい。また、サイクル伸長時間ｔｅ又はサイクル短縮時間ｔｉは、数値表示するなど、その表示態様は任意である。
【００３３】
【発明の効果】
このように、本発明に係る電動射出成形機の負荷監視方法は、少なくとも射出モータ，計量モータ，型締モータ，突出しモータの一又は二以上を含む駆動モータを用いた駆動部の負荷を監視するに際し、駆動部における一成形サイクル毎の平均負荷レベルを求めるとともに、この平均負荷レベルを予め設定した基準負荷レベルまで下降（又は上昇）させるための、無負荷運転時又は停止時の時間を伸長（又は短縮）するサイクル伸長時間（又はサイクル短縮時間）を演算し、このサイクル伸長時間（又はサイクル短縮時間）を直接又は間接的に表示するようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３４】
（１）オペレータは、サイクル伸長時間又はサイクル短縮時間を監視することにより、実際の負荷状態をリアルタイムで的確に把握できるため、速やかに、それに対する対策を講じることができる。
【００３５】
（２）サイクル伸長時間が表示された場合、例えば、サイクル時間を伸長し、冷却時間を長くすることにより、過負荷異常に基づく成形工程の無用な中断を事前に回避することができる。
【００３６】
（３）サイクル短縮時間が表示された場合、例えば、サイクル時間を短縮し、サイクル時間の最適化を図ることにより、サイクル時間に含まれる無駄な時間（時間的ロス）を排除して生産効率及び生産性の向上を図ることができる。
【００３７】
（４）実際の動作状態を反映させた的確な成形条件を設定維持することにより、成形品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る負荷監視方法に基づく処理手順を示すフローチャート、
【図２】同負荷監視方法の処理手順を示す各駆動モータに着目したフローチャート、
【図３】同負荷監視方法を実施できる電動射出成形機の制御系のブロック系統図、
【図４】同負荷監視方法により得られるサイクル伸長時間又はサイクル短縮時間の表示態様図、
【図５】同電動射出成形機の駆動部に備える各駆動モータの動作状態を示すタイミングチャート、
【符号の説明】
１電動射出成形機
Ｍａ射出モータ（駆動モータ）
Ｍｂ計量モータ（駆動モータ）
Ｍｃ型締モータ（駆動モータ）
Ｍｄ突出しモータ（駆動モータ）
ｔｅサイクル伸長時間
ｔｉサイクル短縮時間
Ｘｃ… 負荷レベル

Claims

少なくとも射出モータ，計量モータ，型締モータ，突出しモータの一又は二以上を含む駆動モータを用いた駆動部の負荷を監視する電動射出成形機の負荷監視方法において、前記駆動部における一成形サイクル毎の平均負荷レベルを求めるとともに、この平均負荷レベルを予め設定した基準負荷レベルまで下降（又は上昇）させるための、無負荷運転時又は停止時の時間を伸長（又は短縮）するサイクル伸長時間（又はサイクル短縮時間）を演算し、このサイクル伸長時間（又はサイクル短縮時間）を直接又は間接的に表示することを特徴とする電動射出成形機の負荷監視方法。
二以上の駆動モータにおける前記平均負荷レベルをそれぞれ求め、最も大きい平均負荷レベルのサイクル伸長時間（又はサイクル短縮時間）を表示することを特徴とする請求項１記載の電動射出成形機の負荷監視方法。
前記平均負荷レベルが、前記基準負荷レベルを越えた際に、アラームにより報知することを特徴とする請求項１記載の電動射出成形機の負荷監視方法。