JP5811035B2

JP5811035B2 - 電動射出成形機の負荷状況表示方法、及び電動射出成形機の駆動装置

Info

Publication number: JP5811035B2
Application number: JP2012121676A
Authority: JP
Inventors: 英伸小野
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP2013244710A

Description

本発明は、電動射出成形機を駆動させる駆動部の負荷状況を表示部に表示する電動射出成形機の負荷状況表示方法、及び電動射出成形機の駆動装置に関する。

電動射出成形機を駆動させるサーボモータ（駆動部）の容量は、コスト削減のため、小さくすることが望まれる。一方、小さい容量のサーボモータは過負荷によって容易にオーバーヒートし、その復旧に時間を要する。このため、射出成形機の歩留まりに悪影響を及ぼす。そこで、サーボモータのオーバーヒートを回避するため、引用文献１、２の技術が提案されている。

引用文献１に開示された技術は、試運転時においてサーボモータに流れる電流値と電流が流れる時間とを計測し、この計測結果が、予め定められた過負荷不安領域に入っている場合には、サーボモータの運転設定条件の見直を促すようにしたものである。また、引用文献２に開示された技術は、駆動部における成形サイクル毎の平均負荷レベルを求めると共に、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標示するものである。

特開平１１−２３５７４３特許第３８０１５５７号

しかしながら、引用文献１の技術では、サーボモータに過負荷がかかっている旨が警告されるのみである。また引用文献２の技術は、１つの成形品の成形に要するサイクル時間を負荷率によって延長するものであるため、成形品の生産数が計画より極端に悪くなるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、過負荷から駆動部を保護すると共に成形品の生産数の低下を抑えることができる電動射出成形機の負荷状況表示方法、及び電動射出成形機の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電動射出成形機の負荷状況表示方法は、電動射出成形機を複数回のサイクルに亘って駆動する駆動部の負荷状況を表示部に表示する電動射出成形機の負荷状況表示方法であって、１つの前記サイクルが実行される毎に前記駆動部の負荷率を求め、複数回のサイクルに亘り求められた負荷率の変化を示す負荷率トレンドを表示させることを特徴とする。

本発明に係る電動射出成形機の駆動装置は、電動射出成形機を複数回のサイクルに亘って駆動する駆動部と、前記駆動部の温度又は電流値を検出する検出部と、前記検出部からの検出値を入力して前記駆動部の負荷状況を算出する制御部と、前記制御部により算出された前記駆動部の負荷状況を表示する表示部とを備え、前記制御部は、１つの前記サイクルが実行される毎に前記駆動部の負荷率を求め、複数回のサイクルに亘り求められた負荷率の変化を示す負荷率トレンドを前記表示部に表示させることを特徴とする。

本発明によれば、複数回のサイクルに亘り求められた負荷率の変化に基づく負荷状況を表示部に表示させることができるので、負荷状況の予測が可能であり、過負荷から駆動部を保護すると共に成形品の生産数の低下を抑えることができる。

第１の実施の形態に係る射出成形装置を示すブロック図である。第１の実施の形態に係るサーボモータ１５ａ〜１５ｄの動作を示すタイミングチャートである。第１の実施の形態に係る表示部４０に表示される画像を示す図である。連続可能ショット数の算出処理を示すフローチャートである。サイクルタイムＣＴ（１サイクルに要した時間）とサーボモータ１５ａの温度変化を示す図である。熱時定数τと最終温度Ｔｍａｘとの関係を示す図である。連続可能ショット数表示領域４３の表示方法を示す図である。第２の実施の形態に係る過負荷トレンド表示領域４２を示す図である。

以下、添付の図面を参照して実施の形態に係る電動射出成形機の負荷状況表示方法、及び電動射出成形機の駆動装置を詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る射出成形装置を示すブロック図である。射出成形装置（駆動装置）は、図１に示すように、射出成形機１０、サーボアンプ２１ａ〜２１ｄ、コントローラ３０、及び表示部４０を有する。射出成形機１０は電動射出成形機であり、サーボモータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄを有し、これらサーボモータ１５ａ〜１５ｄの駆動力により樹脂を所定圧力で金型１１に充填し、金型内で樹脂を硬化させて成形品を製造する。サーボアンプ２１ａ〜２１ｄは、コントローラ３０からの指令及びサーボモータ１５ａ〜１５ｂからのフィードバック信号に基づき、サーボモータ１５ａ〜１５ｄを駆動する。コントローラ３０は、コンピュータにより構成され、射出成形機１０の状態を監視すると共にサーボアンプ２１ａ〜２１ｄを制御する。表示部４０は、液晶ディスプレイ等により構成され、コントローラ３０の制御の下で、残りショット数等の種々の情報を表示する。

射出成形機１０は、図１に示すように、サーボモータ１５ａ〜１５ｄ及びセンサ１６ａ〜１６ｄを有する。サーボモータ１５ａは射出サーボ用で、ノズル１２内に設けられたスクリュ１３を進退移動させる。サーボモータ１５ｂは計量サーボ用で、スクリュ１３を回転させて樹脂量を計量する。サーボモータ１５ｃは突出し用で、突出し棒１４を移動させて、金型１１から成形品を突き出す。サーボモータ１５ｄは型締サーボ用で、金型１１の型締を行う。センサ１６ａ〜１６ｄは、各々サーボモータ１５ａ〜１５ｄの発熱温度を検出し、検出した温度に関する情報をコントローラ３０に送信する。

サーボアンプ２１ａ〜２１ｄは、各々、コントローラ３０からの指令値と、サーボモータ１５ａ〜１５ｄからフィードバックされるエンコーダ信号との比較値に基づき、例えば３相ＰＷＭ信号によってサーボモータ１５ａ〜１５ｄを駆動させる。すなわち、サーボアンプ２１ａ〜２１ｄ及びサーボモータ１５ａ〜１５ｄは、射出成形機１０を駆動させる駆動部として機能する。また、サーボアンプ２１ａ〜２１ｄは、サーボモータ１５ａ〜１５ｄからフィードバックされたエンコーダ信号に基づき位置フィードバック信号を生成し、その位置フィードバック信号をコントローラ３０に送信する。なお、エンコーダ信号は、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの角速度等の情報を含む。

コントローラ３０は、図１に示すように、記憶部３１、ＣＰＵ（制御部）３２、入力部３３ａ、３３ｂ、及び出力部３４ａ、３４ｂを有する。記憶部３１は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等により構成され、各種プログラム及びデータを格納する。ＣＰＵ３２は、記憶部３１から読み出されたプログラムに基づき、各種動作を実行する。ＣＰＵ３２は、入力部３３ａを介してセンサ１６ａ〜１６ｄからサーボモータ１５ａ〜１５ｄの温度に関する情報を受信し、入力部３３ｂを介してサーボアンプ２１ａ〜２１ｄからの位置フィードバック信号を入力する。ＣＰＵ３２は、出力部３４ａを介してサーボアンプ２１ａ〜２１ｄを制御すると共に、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの温度又は電流値に基づき、残りショット数を計算する。また、ＣＰＵ３２は、出力部３４ｂを介して表示部４０に残りショット数等の種々の情報を表示する。

次に、図２を参照して、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの動作タイミングを説明する。図２は、１つの成形品を形成する１サイクルの動作を示す。図２に示すように、１サイクルにおいては、順番に型締工程、射出工程（ノズルの前進後退も含む。）、計量工程、型開工程、突出し工程、及び待機工程が実行される。

図２に示すように、サーボモータ１５ａは射出工程及び計量工程において駆動される。サーボモータ１５ｂは計量工程において駆動される。サーボモータ１５ｃは型締工程及び型開工程において駆動される。サーボモータ１５ｄは突出し工程において駆動される。

次に、図３を参照して、表示部４０に表示される画像を説明する。図３に示すように、表示部４０には、負荷率表示領域４１、過負荷トレンド表示領域４２、連続可能ショット数表示領域４３、過負荷保護選択領域４４が表示される。図３において、表示部４０は、サーボモータ１５ａ〜１５ｄを複数回のサイクルに亘って駆動させている状態の画像を示す。

負荷率表示領域４１には、直近に求められた各サーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率が表示される。ここで、負荷率においては、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの限界温度（オーバーヒート温度）を１００％とする。負荷率は、１つのサイクルが実行される毎に、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの温度に基づき求められる。例えば、図３に示す例では、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率は、それぞれ、「８９．０％」、「７６．０％」、「２０．０％」、「３１．０％」と表示される。

過負荷トレンド表示領域４２には、複数回のサイクルに亘り求められたサーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率の変化が表示される。図３に示すように、横軸にサイクル数が表示され、縦軸にサーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率が表示される。この過負荷トレンド表示領域４２によって、ユーザは、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率の変化の傾向を知ることができる。したがって、ユーザはその傾向からサーボモータ１５ａ〜１５ｄの焼付き（オーバーヒート）が生じるおそれがあれば、成形条件を変更するなどしてサーボモータ１５ａ〜１５ｄのトルクを制限できる。

連続可能ショット数表示領域４３には、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率の変化に基づき連続可能ショット数が表示される。ここで、連続可能ショット数とは、連続する複数のサイクルに亘ってサーボモータが焼き付きなく駆動可能とされる最大回数であり、サーボモータの負荷率が限界値に達するサイクルの回数である。連続可能ショット数は、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの温度変化（負荷率の変化）に基づき推定される。例えば、図３に示すように、サーボモータ１５ａ〜１５ｄに対して、それぞれ、「２１」、「７５」、「∞」、「９９２」と表示される。この連続可能ショット数表示領域４３によって、ユーザは、連続可能ショット数と生産計画数を比較できる。生産計画数よりも連続可能ショット数が大きければ、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの駆動条件を変更する必要はない。一方、生産計画数よりも連続可能ショット数が小さければ、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの駆動条件を変更（トルク制限等）すればよい。

次に、図４〜図６を参照して、サーボモータ１５ａの連続可能ショット数の算出処理について説明する。図４は、連続可能ショット数の算出処理を示すフローチャートである。図５は、サイクルタイムＣＴ（１サイクルに要した時間）とサーボモータ１５ａの温度変化を示す図である。図６は、熱時定数τと最終温度Ｔｍａｘとの関係を示す図である。図４に示す算出処理は、ＣＰＵ３２によって実行される。また、サーボモータ１５ａの熱時定数τは負荷運転でサーボモータ１５ａの温度を計測することによって予め算出されているものとする。なお、サーボモータ１５ｂ〜１５ｄの連続可能ショット数の算出処理は、サーボモータ１５ａと同様であるため、その説明は省略する。

図４に示すように、先ず、サーボモータ１５ａを駆動前にサーボモータ１５ａの温度Ｔ（ｎ）（但し、ｎ＝０）が計測される（Ｓ１００，Ｓ１０１）。次に、１つのサイクルが実行された後にｎを歩進して（Ｓ１１０）、サイクルタイムＣＴ、及びサーボモータ１５ａの温度Ｔ（ｎ）が計測される（Ｓ１０２）。ここで、図５及び図６に示すように、上記ステップにより計測された温度Ｔ（ｎ−１）、Ｔ（ｎ）により、１つのサイクルによる温度上昇率ΔＴ（ｎ−１）が算出可能となる。よって、図４に示すように、ステップＳ１０２の後に温度上昇率ΔＴ（ｎ−１）が計算される（Ｓ１０３）。温度上昇率ΔＴ（ｎ−１）は「ΔT(n-1)＝（T(n)−T(n-1)）／CT」に基づき算出される。

ステップＳ１０３の後、最終温度Ｔｍａｘが計算される（Ｓ１０４）。最終温度Ｔｍａｘは、「Tmax＝τ・ΔT(n-1)＋T(n-1)」に基づき算出される。続いて、最終温度Ｔｍａｘが警告温度Ｔａより大きい（Ｔｍａｘ＞Ｔａ）か否かが判定される（Ｓ１０５）。ここで、熱時定数τは、図６に示すように、温度Ｔ（ｎ−１）から最終温度Ｔｍａｘの約６３％の温度まで変化させるのに要する時間を表す。この熱時定数τは、サーボモータ１５ａ〜１５ｄ毎に予め計測しておく。サーボモータ１５ａの温度は最終温度Ｔｍａｘを漸近線とするように増加する。図６に示す例は、最終温度Ｔｍａｘが警告温度Ｔａより大きい場合を示す。また、警告温度Ｔａは、サーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率が各モータ固有の限界値に達する温度である。

上記ステップＳ１０５において、最終温度Ｔｍａｘが警告温度Ｔａ以下である場合（Ｔｍａｘ≦Ｔａ）（Ｓ１０５のＮ）、連続可能ショット数表示領域４３に「∞」と表示する（Ｓ１０６）。そして、再びステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理が実行される。

一方、ステップＳ１０５において、最終温度Ｔｍａｘが警告温度Ｔａより大きい場合（Ｔｍａｘ＞Ｔａ）（Ｓ１０５のＹ）、過負荷異常予想時間ＯＶｔが計算される（Ｓ１０７）。過負荷異常予想時間ＯＶｔは、「Ta-T(n)=(Tmax-T(n))・(1-exp(-OVt/τ))」、すなわち「OVt=-τ・log(1-(Ta-T(n))／(Tmax-T(n)))」に基づき算出される。

次に、連続可能ショット数Ｓｒが計算される（ステップＳ１０８）。ここで、連続可能ショット数Ｓｒは「Sr＝OVt／CT」に基づき算出され、端数は切り捨てられる。ステップＳ１０８の後、連続可能ショット数表示領域４３に連続可能ショット数Ｓｒ（例えば、「２１」）を表示する（Ｓ１０９）。そして、再びステップＳ１１０，Ｓ１０２〜Ｓ１０５の処理が実行される。

次に、図７を参照して、連続可能ショット数表示領域４３の表示方法について説明する。図７に示す例では、サーボモータ１５ａの連続可能ショット数のみが１００未満となり、その他のサーボモータ１５ｂ〜１５ｄの連続可能ショット数は１００以上である。このような場合、連続可能ショット数が１００未満であるサーボモータ１５ａの表示領域の配色をその他のサーボモータ１５ｂ〜１５ｄの表示領域の配色と変化させる。これにより、サーボモータ１５ａに関してユーザに注意を促すことができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る射出成形装置について説明する。第２の実施の形態に係る射出成形装置は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。但し、第２の実施の形態においては、図８に示すように、過負荷トレンド表示領域４２に表示される画像が第１の実施の形態と異なる。なお、図８はサーボモータ１５ａに関する画像であるが、サーボモータ１５ｂ〜１５ｄに関しても、サーボモータ１５ａと同様の画像が表示される。

第２の実施の形態においては、推定負荷曲線Ｌが過負荷トレンド表示領域４２に表示される。推定負荷曲線Ｌは、推定されるサーボモータ１５ａの負荷率のサイクルの回数に伴う変化を示す。推定負荷曲線Ｌは、推定されるサーボモータ１５ａの温度変化（負荷率の変化）を表す関数Ｔ（ｔ）に基づき算出される。関数Ｔ（ｔ）は、「T(t)=Tmax・(1-exp(-t/τ)」により求められる。ここで、「ｔ」は経過時間であり、τはサーボモータ１５ａの熱時定数、Ｔｍａｘは第１の実施の形態のステップＳ１０４にて求められた最終温度Ｔｍａｘである。

上記推定負荷曲線Ｌによって、ユーザはサーボモータ１５ａの負荷率の変化の傾向を第１の実施の形態よりも容易に知ることができる。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれら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、追加等が可能である。例えば、第１の実施の形態においてサーボモータ１５ａ〜１５ｄの負荷率はセンサ１６ａ〜１６ｄにより計測されたサーボモータ１５ａ〜１５ｄの温度により求められる。しかし、本発明は、サーボモータ１５ａ〜１５ｄに供給された電流値の積算値に基づき負荷率を求めても良い。また、サーボモータ１５ａ〜１５ｄのエンコーダ信号は、サーボアンプ２１ａ〜２１ｄを介さずに直接コントローラ３０に送信されても良い。

１０…射出成形機、１１…金型、１２…ノズル、１３…スクリュ、１４…突出し棒、１５ａ〜１５ｄ…サーボモータ、１６ａ〜１６ｄ…センサ、２１ａ〜２１ｄ…サーボアンプ、３０…コントローラ、３１…記憶部、３２…ＣＰＵ、３３ａ、３３ｂ…入力部、３４ａ、３４ｂ…出力部、４０…表示部。

Claims

電動射出成形機を複数回のサイクルに亘って駆動する駆動部の負荷状況を表示部に表示する電動射出成形機の負荷状況表示方法であって、
１つの前記サイクルが実行される毎に前記駆動部の負荷率を求め、
複数回のサイクルに亘り求められた負荷率の変化を示す負荷率トレンドを前記表示部に表示させる
ことを特徴とする電動射出成形機の負荷状況表示方法。
前記負荷率の変化に基づき、前記負荷率が限界値に達する前記サイクルの回数を推定し、
推定したサイクルの回数を前記表示部に表示させる
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状況表示方法。
前記負荷率の変化に基づき、前記サイクルの回数に伴う前記負荷率の変化を推定し、
推定した負荷率の変化を前記表示部に表示させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動射出成形機の負荷状況表示方法。
前記駆動部は、サーボモータと、前記サーボモータに電流を供給するサーボアンプとを備え、
前記サーボモータの温度に基づいて前記負荷率を求める
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の電動射出成形機の負荷状況表示方法。
電動射出成形機を複数回のサイクルに亘って駆動する駆動部と、
前記駆動部の温度又は電流値を検出する検出部と、
前記検出部からの検出値を入力して前記駆動部の負荷状況を算出する制御部と、
前記制御部により算出された前記駆動部の負荷状況を表示する表示部とを備え、
前記制御部は、１つの前記サイクルが実行される毎に前記駆動部の負荷率を求め、複数回のサイクルに亘り求められた負荷率の変化を示す負荷率トレンドを前記表示部に表示させる
ことを特徴とする電動射出成形機の駆動装置。