JP3859078B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機のアクチュエータの移動をエンコーダにより検出して制御する際に、エンコーダの回転角度信号に異常があっても容易に回避する制御に関する。

特許文献１に示すように、サーボモータを用いた射出成形機はサーボモータに設けたエンコーダからの回転角度データを様々な形態で制御装置に伝送し、制御装置はその回転角度データに基づいてクローズドループ演算してサーボモータの回転やトルクを制御している。このとき、特許文献１に記載はないが、回転角度データには公知のノイズ対策が適用されている。

例えば、回転角度データがシリアル通信で伝送される場合であれば、コントロールフィールドのパリティーとデリミタのチェックを行うコントロールフィールドエラー、スタートビットとデリミタを除く全てのビットを所定の生成式でチェックするＣＲＣエラー、コントロールフィールド以降の全てのフィールドのスタートビットとデリミタの論理をチェックするフォームエラー、コントロールフィールド以降の受信データ長が所定のデータ長に対して不足するショートフォームエラーおよびリクエストを送出しても所定時間または所定回数以内に受信データが戻らないタイムアウトエラー等がある。これらの通信異常が検出されると、制御装置はその回転角度データを用いてクローズドループ演算することはなく、サーボモータの回転やトルクが異常に制御されることはない。

しかしながら、ノイズの重畳する伝送線やノイズが重畳する状況によっては、回転角度データのデータとしての体裁が損なわれることなく回転角度の数値のみ変化してしまう場合がある。そのようなときは前記通信異常の信号は発信されず、制御装置は回転角度信号を正常な値として取込んで演算処理するので、サーボモータが異音を発したりアクチュエータが急停止あるいは暴走することとなる。

特開２００２−３２６２６７号公報（第１−４頁、第１―４図）

本発明は、前記の状況を鑑みてなされたものであり、従来の通信異常チェックでは検出できなかったエンコーダの回転角度信号の異常を的確に検出し、射出成形機の成形運転に影響を与えないようにする制御方法を提供することを目的とする。

すなわち、請求項１の発明は、射出成形機のアクチュエータを駆動するサーボモータと、前記サーボモータに駆動電流を供給するサーボアンプと、前記サーボアンプにサーボモータの回転数及びトルクを指令する指令信号と制御系の状態を指令する制御信号とを伝送するとともに前記サーボモータのエンコーダからの回転角度信号を入力する制御装置を有する射出成形機の制御系において、前記制御装置は、そのスキャン時間毎に連続して取込む前記エンコーダからの各回転角度信号の差の絶対値が所定の閾値を越えた異常時には、異常時直前の回転角度信号に基づいて演算された指令信号により前記サーボモータを制御することを特徴とする射出成形機の制御方法に係る。

請求項２の発明は、前記閾値は、アクチュエータがその最大仕様速度において制御装置の一スキャン時間中に移動するときのエンコーダの回転角度である請求項１に記載の射出成形機の制御方法に係る。

請求項３の発明は、前記異常時が所定回数連続して発生したときには前記アクチュエータの作動を停止させる請求項１または２に記載の射出成形機の制御方法に係る。

請求項４の発明は、前記所定回数は、異常時直前の回転角度信号に基づいた制御であっても前記アクチュエータの作動に実質的な影響を及ぼさない前記アクチュエータの許容距離を、前記アクチュエータの最大仕様速度における制御装置の一スキャン時間中の移動量で除した値である請求項３に記載の射出成形機の制御方法に係る。

請求項１の発明は、前記制御装置は、そのスキャン時間毎に連続して取込む前記エンコーダからの各回転角度信号の差の絶対値が所定の閾値を越えた異常時には、異常時直前の回転角度信号に基づいて演算された指令信号により前記サーボモータを制御するので、回転角度信号に異常が発生してもアクチュエータの作動に悪影響を与えない。

請求項２の発明は、閾値を、アクチュエータがその最大仕様速度において制御装置の一スキャン時間中に移動するときのエンコーダの回転角度としたので、回転角度信号の異常を的確に検出できる。

請求項３の発明は、異常時が所定回数連続して発生したときには前記アクチュエータの作動を停止させるようにしたので、いわゆる「チョコ停」が防止でき成形作業の生産効率が向上する。

請求項４の発明は、所定回数が、異常時直前の回転角度信号に基づいた制御であってもアクチュエータの作動に実質的な影響を及ぼさない前記アクチュエータの許容距離を、前記アクチュエータの最大仕様速度における制御装置の一スキャン時間中の移動量で除した値としたので、許容できる最大の所定回数が設定でき、生産効率がさらに向上する。

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明を実施する射出成形機の制御系を示すブロック図であり、図２は本発明の制御方法を示す流れ図である。

図１に示すように、射出成形機の制御系１は制御装置１０、サーボアンプ１１、サーボモータ１２及びエンコーダ１３からなる。サーボモータ１２は図示しない射出成形機のアクチュエータをボールネジ、ボールナット、ベルト・プーリ等を介しあるいは直接に駆動する。アクチュエータとしては、金型を開閉・圧締する型締装置、原料を可塑化し溶融樹脂とし溶融樹脂を金型キャビティへ射出・充填する射出装置、金型キャビティから成形品を離型させるエジェクタ装置、射出装置を金型に押圧させるノズルシフト装置等がある。

制御装置１０は、マイクロプロセッサに基づいて構成されたプログラマブルなものであり、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、成形条件等を設定入力・表示する操作部と、設定値、定数及びプログラムを格納するＲＡＭ・ＲＯＭと、サーボアンプ１１からの回転角度信号１６等を入力するとともに加熱筒のサーモカップルや各種手動スイッチに接続される入力部と、サーボアンプ１１へサーボモータ１２の回転数及びトルクを指令する指令信号１４及び制御系の状態を指令する制御信号１５を出力するとともに操作部と接続する出力部とからなる。制御装置１０は、操作部で設定されたアクチュエータの速度や力の設定値を回転角度信号１６や図示しない力センサの信号と突合わせてクローズドループ演算し、回転角度信号１６や力センサの信号が設定値に一致するようにサーボモータ１２を制御するための指令信号１４を出力する。

サーボアンプ１１は、指令信号１４に正確に応じてサーボモータ１２を回動させるようにエンコーダ１３からの回転角度データ１９のフィードバックに基づいて駆動電流１７をサーボモータ１２へ供給する。サーボアンプ１１は、微弱な指令信号１４を強大な駆動電流１７に変換する変換器であり、その制御ループのＯＮ、ＯＦＦは制御装置１０から制御信号１５を介して制御される。制御信号１５はこのほかエンコーダ１３の通信異常をリセットするためにも使用される。

サーボモータ１２は同期形であって、ブラシを有するＤＣサーボモータあるいはブラシのないＡＣサーボモータが採用される。サーボモータ１２は駆動電流１７に対する応答が極めて速いことが特徴であり、型締力１８００ｋＮの射出成形機に搭載するサーボモータ１２では停止から最大定格回転数（１２００ｒｐｍ）まで達する時間は数１０ミリ秒である。

エンコーダ１３は、前記サーボモータ１２の反駆動側の軸に直結され、サーボモータ１２の回転角度を多回転で検出可能とした絶対値検出のロータリ式エンコーダである。この実施例ではサーボアンプ１１からのスキャン時間に略同期したリクエスト指令１８に基づいて回転角度データ１９がシリアル通信で発信されるものを示したが、リクエスト指令１８がなく随時発信する回転角度データ１９を任意に取り込む方式でもよい。また、回転角度データ１９がシリアル通信ではなく、パラレル通信によるものであってもよい。なお、エンコーダ１３から出力される回転角度データ１９はサーボアンプ１１に入力され、適宜処理されたデータが回転角度信号１６となるが、回転角度データ１９がそのまま回転角度信号１６となってもよいし、エンコーダ１３から回転角度データ１９を制御装置１０へも直接入力させるように構成してもよい。

次に、図２に基づいて、本発明の制御方法を射出成形機の制御系１における作動とともに説明する。制御装置１０は、そのＣＰＵが数百マイクロ秒程度の固有のスキャン時間毎に一連の処理を行ってゆく。Ｓ１では、制御装置１０に設けられたカウンタがリセットされる。Ｓ２では、制御装置１０はそのスキャン時間毎に連続して取込む前記エンコーダからの前回のスキャン時の回転角度信号と、今回のスキャン時の回転角度信号との差の絶対値Ａを演算する。

Ｓ３では、前記絶対値Ａを所定の閾値と比較演算する。ここで閾値とは、アクチュエータがその最大仕様速度において制御装置の一スキャン時間中に移動するときのエンコーダの回転角度のことである。閾値の具体的な計算式を数１に示す。

数１において、アクチュエータの最大仕様速度とは、サーボモータ１２が最大定格回転数を出力したときのアクチュエータの移動速度である。ボールネジピッチとは、アクチュエータがボールネジとそれに螺合するボールナットを介してサーボモータ１２で駆動されているとき、ボールネジが一回転するとその一ピッチ分アクチュエータは移動するので、サーボモータ１２一回転におけるアクチュエータの移動距離となる。エンコーダ１３のビット数とは、前記エンコーダ１３が一回転したとき出力されるパルスの数であり、この数が大きい程分解能が高いことになる。

Ｓ３において、閾値は通常の制御では有りえないサーボモータ１２の最大回転速度より大きな数値であるから、絶対値Ａが閾値より小さいときは正常な制御であると判断され、制御装置１０は入力した回転角度信号１６に基づいて指令信号１４を演算してサーボアンプ１１へ出力する（Ｓ４）。

Ｓ３において、絶対値Ａが閾値を越える要因としては、回転角度信号１６にノイズが重畳したか、回転角度信号１６のデータが誤って置き換えられたなどが考えられる。

回転角度信号１６のデータが置き換えられる例としては次のようなものがある。制御信号１５の伝送線にノイズが重畳して、アラームリセットの指令が誤ってサーボアンプ１１に入力されたとき、サーボアンプ１１はエンコーダ１３へアラームリセットのリクエスト指令１８を伝送する。すると、エンコーダ１３はアラームリセットの受信を確認するため多回転データエリアのデータをＣＲＣエラーの生成式で計算した値に置き換えて回転角度データ１９として出力する。このような誤って置き換えられた回転角度信号はその前に取込まれた正常な回転角度信号との間に大きな差を生じ、その絶対値Ａは閾値を越えるのである。

Ｓ３において、絶対値Ａが閾値を越え異常時と判断されたとき、カウンタに１を加算する（Ｓ５）。そしてＳ６において、カウンタの計数値が所定回数に達したか否かを判断する。カウンタの計数値が所定回数に達しないときは、Ｓ２に戻って再び絶対値Ａを求める。カウンタの計数値が所定回数に達したときは、アクチュエータの作動を停止させる処理を行うとともに、警報を出力する（Ｓ７）。この制御により、異常時にアクチュエータを即座に停止させず、アクチュエータの作動ひいては成形作業に影響が出ない範囲で正常値になるまで待機するので、いわゆる「チョコ停」を防止することができる。

このように、Ｓ３において絶対値Ａが閾値を越え異常時と判断されたときにはＳ４へ進まないので、制御装置１０は異常時と判断された最新である今回の回転角度信号１６に基づいて指令信号１４を演算することはない。したがって、異常時における一連の処理（Ｓ５−Ｓ６−Ｓ２−Ｓ３）を実行する間、制御装置１０は異常時と判断される直前の回転角度信号１６に基づいて演算された指令信号１４によってサーボモータ１２の制御を継続する。

ここで、前記所定回数の具体的な求め方をその計算式である数２により説明する。

数２において、許容距離とは、異常時直前の回転角度信号１６に基づいた制御であってもアクチュエータの作動に実質的な影響を及ぼさない前記アクチュエータの許容距離のことであり、その数値は前記アクチュエータの種類やサイズにより異なるが概ね１ミリメートルである。このときの所定回数の例は６である。また分母は、前記アクチュエータがその最大仕様速度において制御装置１０の一スキャン時間中に移動する距離を意味する。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

本発明を実施する射出成形機の制御系を示すブロック図である。 本発明の制御方法を示す流れ図である。

符号の説明

１ 射出成形機の制御系
１０ 制御装置
１１ サーボアンプ
１２ サーボモータ
１３ エンコーダ
１４ 指令信号
１５ 制御信号
１６ 回転角度信号
１７ 駆動電流
１８ リクエスト指令
１９ 回転角度データ

Claims (4)

1. 射出成形機のアクチュエータを駆動するサーボモータと、前記サーボモータに駆動電流を供給するサーボアンプと、前記サーボアンプにサーボモータの回転数及びトルクを指令する指令信号と制御系の状態を指令する制御信号とを伝送するとともに前記サーボモータのエンコーダからの回転角度信号を入力する制御装置を有する射出成形機の制御系において、
   前記制御装置は、そのスキャン時間毎に連続して取込む前記エンコーダからの各回転角度信号の差の絶対値が所定の閾値を越えた異常時には、異常時直前の回転角度信号に基づいて演算された指令信号により前記サーボモータを制御することを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 前記閾値は、アクチュエータがその最大仕様速度において制御装置の一スキャン時間中に移動するときのエンコーダの回転角度である請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
3. 前記異常時が所定回数連続して発生したときには前記アクチュエータの作動を停止させる請求項１または２に記載の射出成形機の制御方法。
4. 前記所定回数は、異常時直前の回転角度信号に基づいた制御であっても前記アクチュエータの作動に実質的な影響を及ぼさない前記アクチュエータの許容距離を、前記アクチュエータの最大仕様速度における制御装置の一スキャン時間中の移動量で除した値である請求項３に記載の射出成形機の制御方法。

Images