JP4002563B2

JP4002563B2 - 圧力フィードバック制御系とその制御方法

Info

Publication number: JP4002563B2
Application number: JP2004225270A
Authority: JP
Inventors: 啓二郎岡
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: JP2006043933A

Description

本発明は、圧力フィードバック制御系において複数のフィードバックセンサを切換える制御に関するものである。

射出成形機の射出保持圧を閉ループ制御できる手段と、射出シリンダ内油圧による圧力制御手段と、射出工程中に金型内圧制御から射出シリンダ内油圧制御へ制御対象を切換える制御手段とを有する圧力のフィードバック制御系は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１は、射出工程の金型内圧制御から射出シリンダ内油圧制御に制御対象を切換えても、切換時の圧力制御に変節点を発生させないよう、金型内圧制御終了時の射出シリンダ内油圧を次工程の圧力指令値に置換できる演算制御手段を有し、金型内圧制御から射出シリンダ内油圧制御への移行は連続的、かつ自動的に行われるものである。

金型内の樹脂圧を検出する樹脂圧検出器と，射出シリンダの油圧を検出する油圧検出器と，前記樹脂圧検出器による計測値と目標値とを比較して樹脂圧を制御する樹脂圧閉ループ制御手段と，前記油圧検出器による計測値と目標値とを比較して油圧を制御する油圧閉ループ制御手段とを有する圧力のフィードバック制御系は、さらに、特許文献２に開示されている。特許文献２は、前記樹脂圧力閉ループ制御手段における制御のための操作量の経時的変化を示す樹脂圧制御操作量曲線と，前記油圧閉ループ制御手段における制御のための操作量の経時的変化を示す油圧制御操作量曲線とに基づいて，保圧工程の開始時点t₁から所定時間が経過した時点t₂における樹脂圧制御操作量曲線の点と，時点t₂から所定時間が経過した時点t₃における油圧制御操作量曲線の点とを結ぶ曲線で示される切換区間における操作量を演算する切換区間制御操作量演算手段と，これにより求められた切換区間制御操作量曲線で示すように操作量を制御する切換区間制御手段と，保圧工程の開始時点t₁から時点t₂までの時間において樹脂圧閉ループ制御手段により操作量を制御し，次に時点t₂から時点t₃までの時間において切換区間制御手段により操作量を制御し，かつ，次に時点t₃以後の時間において油圧閉ループ制御手段により操作量を制御する制御切換手段を具備する射出成形機の保圧制御装置に関する。特許文献２も、樹脂圧閉ループ制御手段から油圧閉ループ制御手段に切換える際に、操作量に変節点が生じないように操作量を制御するものである。

上記特許文献１および特許文献２は、いずれも、それぞれの目標値を有する異なった制御系を切換えて制御する場合の制御安定性を求めるものである。したがって、本発明のような制御系におけるフィードバックセンサの切換えに伴う不安定な制御の課題は解決していない。
特公平６―４５１６２号公報特開平３−４５３２７号公報

本発明は、上記した事情に基づいて提案されたものであって、圧力フィードバック制御系におけるフィードバックセンサの切換えに伴う不安定な制御を安定化する制御系と制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、一の目標値と、制御対象の圧力を検出する複数のセンサと、該センサそれぞれのフィードバック量を調節する演算部と、該複数の演算部を相互に関連付けて制御する切換手段とを有する圧力フィードバック制御系に関する。

本発明の圧力フィードバック制御によれば、制御対象における異なる個所に設けたフィードバックセンサを切換えるときでも、検出値の相違に基づく切換え時の不安定な制御を回避することができる。

図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の圧力フィードバック制御系を示すブロック図である。図２は、本発明を射出成形機に適用したときの概略構成図である。図３は、本発明の作用をグラフと式で示したものである。

本発明を実施する射出成形機１についてまず説明する。射出成形機１は、図２に示すように、射出装置２と、金型６を取付けそれを開閉・圧締する図示しない型締装置とからなる。射出装置２は、材料を可塑化して流動性を有する溶融材料となし、溶融材料を射出駆動部４の前進駆動力により押出し、金型６に形成されたキャビティ７へノズル３を介して射出・充填して成形品を成形する。

射出・充填は、その速度、圧力、および位置決めが成形品の品質に大きく影響を及ぼすので、フィードバック制御により行うことが好ましい。特に、キャビティ７における溶融材料の圧力すなわちキャビティ内圧は最終的な成形品そのものの状態を的確に表すので、キャビティ内圧センサ１０からのフィードバックによる圧力フィードバック制御は最も精度の高いものとされている。

しかしながら、キャビティ内圧は、溶融材料が粘弾性を有し圧力損失が大きく、溶融材料はキャビティ７に射出されるや否や冷却・固化が始まるので、キャビティ７の場所によるキャビティ内圧の差はかなり大きなものである。当然、ノズル３に近い個所ほどキャビティ内圧は高く、スプル８、ゲート９、成形品部へとノズル３から遠い個所ほど低くなる。また、キャビティ内圧は、溶融材料がキャビティ７へ射出・充填開始されてからの時間に応じて冷却・固化が進行するので、時間とともに前記圧力差は拡大する。さらに、キャビティ内圧センサ１０は、キャビティ７面積の数％以下の狭い部分のみの圧力しか計測出来ないので、一点での制御結果がキャビティ７全体にフィードバックされることとなり、成形品によっては問題となる。

これらの課題を解決するため、溶融材料の全体の圧力を検出するものとして射出装置２内の溶融材料貯留部の圧力かまたはそれと略等値である射出駆動部４の前進駆動油圧を油圧センサ５で検出することが行われている。また、スプル８部分やスプル８近傍のキャビティ７にキャビティ内圧センサ１０を設けるかまたは射出装置２の溶融材料貯留部に樹脂圧力センサを設けてもよい。なお、射出駆動部４は油圧シリンダとピストンを用いた油圧式で例示したが、サーボモータとボール螺子等を用いた電気―機械式としてもよく、その場合のセンサはロードセルや電流検出器となる。

そして、成形品の形状や材料の種類に応じて、制御対象であるキャビティ内圧を上記のような様々な個所で検出するセンサのうちから最適なものが選択される。しかし、射出・充填の状況によっては、一のセンサでは制御が困難な場合がある。例えば、キャビティ内圧センサ１０を、図２に示すように、キャビティ７の末端部に設けて、溶融材料のキャビティ７への充填の完了状況を重点的に制御する場合、この個所でのキャビティ内圧は最も低く、固化も速いので溶融材料の充填完了後のフィードバック制御は殆ど不可能となる。

そのため、射出・充填の後半は油圧シリンダに設けた油圧センサ５に基づく圧力フィードバック制御に切換える必要がある。ところが、この切換時において、キャビティ内圧フィードバック量Ｃは、前記した理由により、油圧フィードバック量Ｈより小さいので、切換え直後に制御量Ｅが大きく変化し、射出駆動力は振動的になり不安定となる。

上記の課題を解決するため、本発明では図１に示すような圧力フィードバック制御系１２としたのである。目標値Ｓは、制御装置１１で設定され、キャビティ内圧または射出駆動部４の油圧の時間的変化を規定するものである。調整部１３は、目標値Ｓをフィードバック量Ｆと付き合せて得た偏差をＰＩＤ演算して制御量Ｅを出力する。ＰＩＤは、それぞれ比例演算、積分演算、微分演算のことであり、フィードバック制御をそれが適用される制御系に最適に作用させるため、それぞれに任意に調整可能なゲインを有する。特に、比例演算はフィードバック制御に必須であり、通常、ゲインといえば比例ゲインを示す。

増幅部１４は、制御量Ｅを増幅・変換して射出駆動部４を駆動し得る信号や電流にする。第１演算部１５は、キャビティ内圧センサ１０からのキャビティ内圧フィードバック量Ｃを、切換手段１７の指令に基づいて次のように演算して変換出力する。第１演算部１５は、二のセンサのうちの一方のセンサとしてのキャビティ内圧センサ１０のキャビティ内圧フィードバック量Ｃを、図３に示すように演算・変換する。切換手段１７から切換開始時間Ｔ１にセンサの切換え指令がでると、第１演算部１５は、切換開始時間Ｔ１のときのキャビティ内圧フィードバック量Ｃを所定の切換制御スキャン数Ｎで除算した量に制御スキャン数ｎを乗算したものを、切換開始時間Ｔ１のときのキャビティ内圧フィードバック量Ｃから制御スキャン毎に減算する。したがって、制御スキャン数ｎのときの値は、（Ｃ−ｎ・Ｃ／Ｎ）となる。

一方、第２演算部１６は、油圧センサ５からの油圧フィードバック量Ｈを、切換手段１７の指令に基づいて次のように演算して変換出力する。第２演算部１６は、二のセンサのうちの他方のセンサとしての油圧センサ５の油圧フィードバック量Ｈを、図３に示すように演算・変換する。切換手段１７から切換開始時間Ｔ１にセンサの切換え指令がでると、第２演算部１６は、フィードバック量切換えが終了する切換終了時間Ｔ２のときの目標値Ｓに相当する油圧フィードバック量Ｈまたは切換開始時間Ｔ１のときの油圧フィードバック量Ｈを切換制御スキャン数Ｎで除算した量に制御スキャン数ｎを制御スキャン毎に乗算した値（ｎ・Ｈ／Ｎ）を演算し出力する。なお、上記のように、切換終了時間Ｔ２のときの油圧フィードバック量Ｈは、それ以前の切換開始時間Ｔ１のときに求めなければならない。そのため、目標値と等値のものとするか、切換時間は十分の数秒であるから誤差は少ないので切換開始時のものを切換終了時のものとして代用するのである。

上記二の演算値（Ｃ−ｎ・Ｃ／Ｎ）と（ｎ・Ｈ／Ｎ）が加算されてフィードバック量Ｆとなる。ここで、制御スキャン数ｎは０からＮまで制御装置１１の制御スキャン毎に連続的に増加する係数である。また、切換時間は、（Ｔ２−Ｔ１＝Ｎ・ｔ）で示されるように、時間Ｔ１から時間Ｔ２までスキャン時間ｔの時間間隔で切換制御スキャン数Ｎの回数だけ、上記演算を行ってフィードバック量Ｆを更新してゆく。なお、実施例では、ｔは数ミリ秒であり、Ｎは５０である。

このように、キャビティ内圧フィードバック量Ｃと油圧フィードバック量Ｈに差があった場合、従来はステップ状に切換えたので、制御量Ｅが急激に変化して射出駆動部４は不安定な制御となった。本発明によれば、図３に示すように、キャビティ内圧フィードバック量Ｃは、油圧フィードバック量Ｈに至るまで一点鎖線に示すような切換時間で滑らかに切り換るので、安定な制御が継続できる。なお、切換手段１７は、調整部１３へも信号を伝送し、切換時間中にＰＩＤの演算値を各々のセンサに適合した所定値にセンサの切換えと同様な手段で切換えることもある。

この発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。例えば、切換える二のセンサをキャビティ内圧センサ１０から油圧センサ５としたが、取付け位置が互いに異なる二のキャビティ内圧センサ１０としてもよいし、キャビティ内圧センサ１０に代えて射出装置２の溶融材料貯留部に設けた樹脂圧力センサとしてもよい。さらに、それら二のセンサの切換えに関して順序は問わず、いずれから切換えてもよい。また、上記センサを取付け位置を問わず複数準備し、それらのうちから任意の二のセンサを選択して切換えるようにしてもよい。さらに、この発明の制御対象は、射出成形機のキャビティ内圧に限定したものではなく、他の圧力制御対象に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の圧力フィードバック制御系を示すブロック図である。本発明を射出成形機に適用したときの概略構成図である。本発明の作用をグラフと式で示したものである。

符号の説明

１射出成形機
２射出装置
３ノズル
４射出駆動部
５油圧センサ
６金型
７キャビティ（成形品）
８スプル
９ゲート
１０キャビティ内圧センサ
１１制御装置
１２圧力フィードバック制御系
１３調整部
１４増幅部
１５第１演算部
１６第２演算部
１７切換手段
Ｃキャビティ内圧フィードバック量
Ｅ制御量
Ｆフィードバック量
Ｈ油圧フィードバック量
Ｎ切換制御スキャン数
ｎ制御スキャン数
Ｓ目標値
ｔスキャン時間
Ｔ１切換開始時間
Ｔ２切換終了時間

Claims

一の目標値で制御される制御対象の圧力を複数のセンサで検出し、該センサのフィードバック量のいずれか一のフィードバック量でフィードバック制御する圧力フィードバック制御系において、
前記複数のセンサのフィードバック量のうち任意の二のセンサのフィードバック量をフィードバック制御中に一方のものから他方のものへ切換えてフィードバック制御する際、切換え開始時の一方のセンサのフィードバック量を所定の切換制御スキャン数で除算した量に制御スキャン数を乗算した量をフィードバック量切換え開始時の一方のセンサのフィードバック量から制御スキャン毎に減算した値と、フィードバック量切換え後の目標値に相当する他方のセンサのフィードバック量またはフィードバック量切換え開始時の他方のセンサのフィードバック量を切換制御スキャン数で除算した量に制御スキャン数を制御スキャン毎に乗算した値とを制御スキャン毎に加算して得たフィードバック量に基づいて制御することを特徴とする圧力フィードバック制御系の制御方法。
前記フィードバック量の一方のものから他方のものへの切換え制御に連動して、調整部におけるゲインも切換えられる請求項１に記載の圧力フィードバック制御系の制御方法。
前記圧力フィードバック制御系における制御対象は、射出成形機のキャビティ内圧である請求項１又は２に記載の圧力フィードバック制御系の制御方法。