JP3892852B2 - 電動射出成形機の負荷検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動射出成形機に関し、射出成形機の可動部にかかる負荷の検出装置に関する。

射出成形機においては、可動部の異常を該可動部にかかる負荷によって判断する方法が多く採用されている。特に電動射出成形機においては、可動部にかかる負荷を負荷センサ等の特別なハードウェアのセンサを用いずに、可動部を駆動するモータにかかる負荷をモータ電流等によって検出し、可動部の異常等を検出している。

例えば、エジェクタを駆動するモータの制御装置内に負荷推定オブザーバを組み込み該オブザーバでエジェクタにかかる負荷を推定し、この推定負荷により異常動作を検出し、エジェクタロッドの突出量の設定誤り等で金型内の部材にエジェクタロッドが衝突し、金型の部材やエジェクタ機構の破損等を未然に防止するようにした発明が知られている。又、この発明では負荷推定オブザーバによって負荷を推定するものとは別に、モータの駆動電流がモータにかかる負荷に比例することから、モータへの指令電流若しくはモータに流れる実電流に基づいて負荷を検出する方法も採用されている（特許文献１参照）。
又、同様にオブザーバによって推定外乱トルクを所定周期毎サンプリングしてその平均値が許容値を越えると異常負荷として検出する方法（特許文献２参照）、金型からノックピンを突き出して成形品を取り出す成形品突き出し工程において、ノックピンを駆動するモータの駆動電流を検出し、この駆動電流のパターンが基準パターンの許容範囲から外れたとき異常発生と判断するようにしたものも公知である（特許文献３参照）。

さらには、エジェクタを駆動するサーボモータにかかる負荷を外乱推定オブザーバ等で推定し、この負荷の大きさによって成形品が金型から離型する離型力を求め、この離型力の大きさから、成形品の状態、品質を検出する発明も知られている（特許文献４参照）。

以上のように、電動射出成形機においては、可動部を駆動するモータの駆動電流値やモータの制御回路に組み込んだオブザーバでモータにかかる負荷を検出し、この負荷によって異常発生さらには成形品の品質判断を行っている。

特開平１０−１１９１０７号公報 特開２００１−３８７７５号公報 特開２００２−１８９２４号公報 特開２００２−１４４３８３号公報

電動射出成形機において、可動部にかかる負荷を、該可動部を駆動するモータの駆動電流やオブザーバによって検出することは、負荷を検出するためのトルクセンサ等のハードウェアを必要とせず安価に構成できるというメリットがある。
しかしながら、電動射出成形機の運転を続けると、時間と共にモータ温度が上昇する。モータ温度が変化すると、該モータにかかる負荷が一定でも、駆動電流は異なり、また、オブザーバで検出する推定トルクも変わることになる。

モータに実際にかかる負荷が一定で、モータ温度と外乱負荷オブザーバで検出される負荷は図４に示す関係にある。モータ温度が上昇すると、外乱負荷オブザーバで検出される負荷も増大し、実際にかかる負荷とかけ離れてくる。
そこで、本発明の目的は、電動射出成形機においても負荷を検出するセンサ等の特別なハードウェアを設けずに、モータ温度の影響を排除して、モータの駆動状態より負荷を検出する負荷検出装置を提供することにある。

本発明は、サーボモータによりエジェクタ等の可動部を駆動して移動させる電動射出成形機において、前記サーボモータの制御系に組み込まれた外乱負荷オブザーバ若しくはモータの駆動電流や電流指令等の電流に基づいて前記可動部にかかる負荷を検出する負荷検出装置であって、連続成形開始時の成形サイクルにおいて負荷変動のないとみなされる点における前記外乱負荷オブザーバ又は電流に基づいて検出された負荷を基準負荷として記憶する手段と、毎成形サイクル毎、前記外乱負荷オブザーバ又は電流に基づいて検出される前記負荷変動のないとみなされる点における負荷を求める手段と、該負荷で前記基準負荷を除した値を前記外乱負荷オブザーバ又は電流で検出される負荷に掛けることによって該検出負荷を補正し、モータ温度の影響を除去した負荷を検出するようにした。前記負荷変動のないとみなされる点は、負荷変動のないとみなされる可動部の移動区間における最大負荷検出点、または、負荷変動のないとみなされる可動部の移動区間における所定位置、若しくは該移動区間の移動開始から所定時間後の点とする。

外乱負荷オブサーバやモータの駆動電流、電流指令に基づいて該モータで駆動される可動部にかかる負荷を検出する場合、モータ温度によって、一定の負荷であるにも拘わらず、検出負荷は変動するが、本発明は、このモータ温度による影響を除去して負荷を検出できるので、可動部の負荷を検出するために特別なセンサ等を必要とせず、安価に構成することができる。

図１は、本発明の一実施形態の要部ブロック図である。この実施形態は電動射出成形機の可動部としてのエジェクタ機構に本発明を適用した例である。

符号１は電動射出成形機を制御する制御装置であって、本発明の負荷検出装置も該制御装置１内に組み込まれているものである。制御装置１には、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣ用ＣＰＵ１８、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ＣＰＵ１５、サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボ用ＣＰＵ１２を有し、バス２４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。

ＰＭＣ用ＣＰＵ１５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、本発明の検出負荷の補正処理のプログラム等を記憶したＲＯＭ１６、および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１７が接続され、ＣＮＣ用ＣＰＵ１８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ＲＯＭ１９および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２０が接続されている。

また、サーボ用ＣＰＵ１２には、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ＲＯＭ１３やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。更に、サーボ用ＣＰＵ１２には、該ＣＰＵ１２からの指令に基づいて型締用，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Ｍを駆動するサーボアンプ１１が接続され、各軸のサーボモータＭに取付けられた位置・速度検出器Ｐからの出力がサーボＣＰＵ１２に帰還されるようになっている。図１においてはエジェクタ軸（エジェクタ機構）を駆動するサーボモータＭと該サーボモータＭに取り付けられ、該サーボモータの回転位置によって、エジェクタピンの位置等を検出する位置・速度検出器Ｐについてのみ示している。

ディスプレイ付手動データ入力装置２３はＣＲＴ表示回路２２を介してバス２４に接続されている。なお、表示装置としては液晶を用いたものでもよい。

不揮発性メモリで構成されるデータ保存用ＲＡＭ２１は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である。

固定プラテン２と可動プラテン３にはそれぞれ固定側、可動側金型４ａ，４ｂが取り付けられ、可動プラテン３はタイバー７に沿って図示しない駆動機構によって駆動され、型閉じ、型締め、型開き動作を行う。エジェクタ軸を駆動するモータＭは、プーリとベルトからなる伝動手段４によってボールねじ／ナット機構５を駆動してエジェクタ機構を駆動し突き出しピン６を可動側金型４ｂから出没させて可動金型に付着した成形品８を取り出すようにしている。

以上の構成により、ＰＭＣ用ＣＰＵ１５が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣ用ＣＰＵ１８がＲＯＭ１９の運転プログラムやデータ保存用ＲＡＭ２１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に対して移動指令の分配を行い、サーボ用ＣＰＵ１２は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器Ｐ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電動式射出成形機の制御装置と変わりはなく、本発明の負荷検出装置はこの制御装置１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、サーボ用ＣＰＵ１２によるモータ制御にモータ負荷を推定する外乱負荷オブザーバが組み込まれていること、及び外乱負荷オブザーバに基づいてエジェクタにかかる負荷を検出するＰＭＣ用ＣＰＵ１５の後述する処理がＲＯＭ１６中に組み込まれている点にある。

図２は、この制御装置１のＰＭＣ用ＣＰＵ１５が負荷検出装置として行う処理を含む成形動作処理のフローチャートである。

連続成形が開始されると、まず、フラグＦを「０」にセットし（ステップ１００）、連続成形終了指令が入力されたか判断し（ステップ１０１）、連続成形終了でなければ、型閉じ、射出・保圧・計量、型開きの工程を実行し（ステップ１０２〜１０４）、エジェクト動作を開始する（ステップ１０５）。すなわち、サーボ用ＣＰＵ１２からサーボアンプ１１を介してエジェクト用のサーボモータＭを駆動し、エジェクタ機構を駆動して突き出しピン６を可動側金型４ｂ内から突き出して成形された成形品８を可動側金型４ｂから突き落とす動作を開始する。

次にフラグＦが「０」か判断し、最初は「０」にステップ１００でセットされているから、ステップ１０７に移行してエジェクタの後退中（突き出しピン６を可動側金型４ｂ内に引き込む動作中）におけるエジェクタにかかる負荷の最大値を基準値Ｌr0として記憶するレジスタに「０」を格納する。そして、エジェクタ動作サイクルでエジェクタの後退動作が開始されるまで待ち（ステップ１０８）、後退が開始されると、サーボ用ＣＰＵ１２によって実行される外乱負荷オブザーバの処理によって求められるエジェクタ負荷Ｌａを読み取り（ステップ１０９）、該負荷Ｌａと基準値Ｌr0を比較し（ステップ１１０）、検出されたエジェクタ負荷Ｌａの方が基準値Ｌr0よりも大きいときは、この検出負荷Ｌａを基準負荷Ｌr0としてレジスタに記憶すると共に、前成形サイクルにおけるエジェクタ負荷の最大値Ｌraを記憶するレジスタに該検出負荷Ｌａを格納する（ステップ１１１）。次にエジェクタ後退完了か判断し（ステップ１１２）、エジェクタが後退完了するまでステップ１０９〜１１２の処理を繰り返し実行する。その結果、エジェクタ後退動作中の検出されたエジェクタ負荷の最大値が、基準値Ｌr0及び前成形サイクルにおけるエジェクタ負荷の最大値Ｌraとして記憶されることになる。エジェクタ後退動作区間では、エジェクタ負荷は突き出しピン６等を移動させるときの摩擦程度であり基本的には負荷はかからない状態での負荷であり、通常、毎回のエジェクタ動作において同じ負荷であるとみなせる区間である。そして、エジェクタ後退が完了すれば、フラグＦを「１」にセットして、ステップ１０１に戻る。

次の成形サイクルでは、ステップ１０１〜１０６の処理を行い、ステップ１０６でフラグＦが「１」にセットされていることから、ステップ１１４に移行して、エジェクタ前進開始を待って、指標ｎを「０」にセットし（ステップ１１５）、外乱負荷オブザーバで求められたエジェクタ負荷Ｌａを読み取る（ステップ１１６）。この読み取ったエジェクタ負荷Ｌａに基準値Ｌr0と前サイクルにおけるエジェクタ後退時の最大負荷Ｌraの比（Ｌr0／Ｌra）を乗じて、補正されたエジェクタ前進中の負荷Ｌfx(n)を求め、ＲＡＭ１７に記憶する（ステップ１１７）。次に、指標ｎを１インクリメントし（ステップ１１８）、エジェクタ前進完了か判断し（ステップ１１９）、前進完了でなければ、ステップ１１６に戻り、ステップ１１６〜ステップ１１９の処理を所定周期で繰り返し実行することでエジェクタ前進動作中においてエジェクタにかかる負荷の補正された負荷波形がＲＡＭ１７に記憶されることになる。

エジェクタの前進が完了すると、エジェクタ後退時の最大負荷Ｌraを記憶するレジスタを「０」にクリア（Ｌra＝０）し（ステップ１２０）、エジェクタ後退開始を待って、外乱負荷オブザーバで求められたエジェクタ負荷Ｌａを読み出し、該負荷Ｌａとレジスタに記憶するエジェクタ後退時の最大負荷Ｌraとを比較し（ステップ１２３）、外乱負荷オブザーバで求められたエジェクタ負荷Ｌａが大きいときには、この負荷Ｌａをエジェクタ後退時の最大負荷Ｌraとして記憶し（ステップ１２４）、エジェクタ後退完了が検出されるまで（ステップ１２５）、ステップ１２２〜１２５の処理を所定周期毎実行する。その結果、レジスタには、エジェクタ後退動作中において、外乱負荷オブザーバで求められたエジェクタ負荷Ｌａの最大負荷Ｌraがレジスタに記憶されることになり、この値が次のサイクル時におけるステップ１１７の処理で前サイクルのエジェクト後退時の最大負荷Ｌraとして利用されるものである。

エジェクタが後退完了すると、ステップ１２５からステップ１０１に戻り、ステップ１０１以下の処理を実行することになる。フラグＦが「１」にセットされているから、以後の処理ではステップ１０１〜１０６，１１４〜１２５の処理が各成形サイクル毎実行され、ステップ１０１で連続成形終了が確認されるとこの連続成形動作処理は終了する。

図３は、エジェクタ負荷の波形を示すもので、連続成形開始後最初の成形サイクルでは、図３の基準波形Ａのエジェクタ負荷が外乱負荷オブザーバで検出されるものとしている。この場合、エジェクタ後退動作中のエジェクタ負荷を検出し、ステップ１１１で検出した負荷Ｌａの最大値Ｌr0をレジスタに記憶すると共に、前サイクル後退動作時の負荷最大負荷Ｌraとしてこの最大値が記憶されることになる（Ｌr0＝Ｌra）。

次の２回目の成形サイクルにおいては、検出エジェクタ負荷Ｌａに乗じられる比（Ｌr0／Ｌra）は「１」であるから、ステップ１１７で求められる補正されたエジェクタ前進時のエジェクタ負荷Ｌfx(n)は、ほぼ図３の基準波形Ａと同じとなる。しかし、エジェクタ後退時の最大負荷Ｌraはステップ１２３，１２４の処理によって、毎成形サイクル毎、現在記憶している最大負荷Ｌraより、検出した負荷Ｌａの方が大きいときは、その検出負荷Ｌａがエジェクタ後退時の最大負荷Ｌraとして記憶される。そのため、連続成形を続けていくと、エジェクタ駆動用のサーボモータＭの温度が上昇し、該サーボモータＭにかかる負荷が同一でも、外乱負荷オブザーバで検出されるエジェクタ負荷は変化し上昇する。すなわち、エジェクタ後退動作においては、発生する負荷はエジェクタ機構における摩擦程度であり、毎成形サイクル毎変わりはないとみなされる。しかし、モータ温度が上昇すると、この温度の影響により、外乱負荷オブザーバで検出されるエジェクタ負荷は図３の波形Ｂのように変化する。モータにかかる負荷が同じでも、エジェクタ後退時の最大負荷が、最初の成形サイクル時における後退時の最大負荷である基準値Ｌr0であったものが、図３に示すようにＬraと変化する。すなわち同一負荷がＬra／Ｌr0の倍率で増大していることを意味している。

一方、エジェクタ前進時では、突き出しピン６により成形品を可動側金型４ｂから突き出すものであることから、毎成形サイクル毎、サーボモータに加わる負荷は変化するが、モータ温度による負荷変動の影響は、エジェクタ前進時も後退時も同じ影響を与えるもので、同じ倍率で増加しているものと想定できるから、前記倍率（Ｌra／Ｌr0）の逆数（Ｌr0／Ｌra）を外乱負荷オブザーバで検出されるエジェクタ負荷Ｌａに乗じた値Ｌfx(n)をステップ１１７で求めれば、モータ温度上昇の影響を排除した、モータにかかる負荷、すなわちエジェクタに加わる負荷を検出することができる。

以上のようにして、射出成形機の可動部であるエジェクタにかかる負荷を外乱負荷オブザーバで検出した推定負荷より、モータの温度上昇による影響を排除して検出できるものである。その結果、この検出負荷によって、衝突等の異常負荷を検出する場合には、ステップ１１７で求めた補正された負荷Ｌfx(n)により正確に検出することができる。同様に、エジェクタにかかる負荷より成形品の品質、離型力等を判断する場合でも、モータ温度上昇による影響を除去してより正確に負荷が検出できるから正確な判断をすることが可能になる。

なお、上述した実施形態では、エジェクタを駆動するサーボモータの制御系に外乱負荷オブザーバを組み込み、該オブザーバによってエジェクタにかかる負荷を検出したが、外乱負荷オブザーバの代わりに、サーボモータＭを駆動する駆動電流（電流フィードバック）、もしくは、該サーボモータＭを駆動するトルク指令である電流指令に基づいて、エジェクタにかかる負荷を求めるようにしてもよい。この場合も、モータの温度上昇による影響があるから、上述した実施形態と同様の処理を行い、補正されたエジェクタ負荷を求めるようにする。

上述した実施形態では、補正した負荷を求めるために検出負荷Ｌａに乗じる比をエジェクタ後退時の最大負荷によって求めた。しかし、最大負荷でなくてもよいものであり、各成形サイクルにおいて負荷が一定とみなされる個所において、基準となる負荷Ｌr0を求め、かつ各成形サイクル毎に同一個所における負荷を求めＬraとして、検出負荷Ｌａに乗じる比（Ｌr0／Ｌra）を求めるようにしてもよい。例えば、エジェクタ後退時における特定の位置、又はエジェクタ後退開始から所定時間経過した時点において、基準負荷Ｌr0、及び前成形サイクルの対応する負荷Ｌraを求めればよいものである。

また、上述した実施形態では、射出成形機の可動部として、エジェクタに本発明を適用した例を示したが、射出成形機の他の可動部にかかる負荷の検出においても、本発明は適用できるものであり、毎成形サイクルにおいて、負荷一定の位置、又は時間において、基準負荷Ｌr0と前サイクルにおける負荷Ｌraを求めて、補正比率を求め、外乱負荷オブザーバ又は駆動電流等によって検出される負荷を補正するようにすればよいものである。

本発明の一実施形態の要部ブロック図である。 同実施形態における主にエジェクタ負荷を補正して検出する処理のフローチャートである。 同実施形態における検出負荷と補正の関係を説明する説明図である。 負荷一定において、モータ温度と外乱負荷オブザーバによる検出推定負荷との関係を表す図である。

符号の説明

１ 制御装置
４ａ 固定側金型
４ｂ 可動側金型
６ 突き出しピン
Ｍ エジェクタ用サーボモータ

Claims (5)

1. サーボモータにより可動部を駆動して移動させる電動射出成形機において、前記サーボモータの制御系に組み込まれた外乱負荷オブザーバで前記可動部にかかる負荷を検出する負荷検出装置であって、連続成形開始時の成形サイクルにおいて負荷変動のないとみなされる点における前記外乱負荷オブザーバで検出された負荷を基準負荷として記憶する手段と、毎成形サイクル毎、前記外乱負荷オブザーバで検出される前記負荷変動のないとみなされる点における負荷を求める手段とを備え、該負荷で前記基準負荷を除した値を前記外乱負荷オブザーバ又は電流で検出される負荷に掛けることによって該検出負荷を補正することを特徴とする負荷検出装置。
2. 前記外乱負荷オブザーバの代わりに前記サーボモータの駆動電流若しくは電流指令に基づいて前記可動部にかかる負荷を検出する請求項１に記載の負荷検出装置。
3. 負荷変動のないとみなされる点は、負荷変動のないとみなされる可動部の移動区間における最大負荷検出点とする請求項１又は請求項２に記載の負荷検出装置。
4. 負荷変動のないとみなされる点は、負荷変動のないとみなされる可動部の移動区間における所定位置若しくは該移動区間の移動開始所定時間後の点である請求項１又は請求項２に記載の負荷検出装置。
5. 前記可動部はエジェクタである請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の負荷検出装置。
   

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