JP6426651B2 - 金型内にて組立作業を行う射出成形システム - Google Patents

Description

本発明は、複数種類の成形品を成形する射出成形システムに関する。

従来から、金型で成形した成形品をロボットにより取り出して他の部品と組み合わせる技術が知られている。この種の技術を開示するものとして特許文献１や特許文献２がある。特許文献１には、複数の成形品Ａ ・Ｂを同一の金型で成形し、型開き後にロボットで一方の成形品Ａを金型から取り出し、他方の成形品Ｂの上に位置合わせして成形品Ａと成形品Ｂを組み立てる技術が示されている。特許文献２には、予め製造された部品（可動ピン）を型開き後の成形品に位置合わせし、成形品をエジェクタピンで押し出すことによって成形品に部品を組み付ける技術が示されている。

特開２０００−２３８０９０号公報 特開平６−１５６８２号公報

金型で成形した成形品の組付を自動化することにより、生産性を向上させることができるものの、ロボット等の自動組付において適切に位置合わせされないことに起因して組付不良が生じる場合がある。組付品の不良は生産性の観点から速やかに検出されることが好ましい。しかし、特許文献１及び特許文献２に開示される技術においても、金型内で組み立てを行っており、組付不良の迅速かつ正確な検出という観点では改善の余地があった。

本発明は、成形品の自動組付を行う射出成形システムにおいて、成形品の組付状態を評価し、組付不良を速やかに検出して生産性を向上させる構成を提供することを目的とする。

本発明は、第１成形品（例えば、後述の第１成形品２１）及び第２成形品（例えば、後述の第２成形品２２）を同時に成形可能な金型（例えば、後述の金型１１）と、前記第１成形品を前記金型から押し出す第１押出部材（例えば、後述の第１押出部材６１）と、前記金型から押し出された前記第１成形品を前記金型内における前記第２成形品との組付位置まで移動させる成形品移動装置（例えば、後述のロボット１４）と、前記成形品移動装置によって前記組付位置で保持された前記第１成形品に対して前記金型から前記第２成形品を押し出して前記第１成形品に前記第２成形品を組み付ける第２押出部材（例えば、後述の第２押出部材６２）と、前記第２押出部材又は前記成形品移動装置又はその両方が受ける負荷を検出する負荷検出部（例えば、後述の負荷検出部１１０）と、を備え、前記第１成形品に前記第２成形品を組み付けるときに前記負荷検出部が検出した負荷に基づいて前記第１成形品、前記第２成形品又は前記第１成形品と前記第２成形品の組付状態の良否判別を行う射出成形システムに関する。

前記射出成形システムは、前記第１押出部材と前記第１押出部材よりも短く形成される前記第２押出部材を支持するベース（例えば、後述のベース６０）を備え、前記第１押出部材及び前記第２押出部材は、前記ベースとともに一体的に移動し、第１押出動作により、前記第１成形品が前記第１押出部材によって前記金型から押し出される第１押出位置まで移動し、第２押出動作により、前記第１押出位置から前記第２成形品が前記第２押出部材によって前記金型から押し出される前記組付位置まで前記ベースが段階的に移動するようにしてもよい。

前記負荷検出部は、前記第２押出部材を駆動する押出部材用モータ（例えば、後述のサーボモータ５２）の負荷トルク、前記押出部材用モータの電流値、前記押出部材用モータの外乱を推定した外乱推定値、前記第２押出部材に設けられる歪みセンサ（例えば、後述の歪みセンサ２５０）の検出値、前記成形品移動装置を駆動する移動装置用モータ（例えば、後述のサーボモータ５３）の負荷トルク及び前記移動装置用モータの電流値のうち、少なくとも１つを検出してもよい。

前記成形品移動装置は、多関節ロボットであってもよい。

前記射出成形システムは、前記良否判別で異常と判別されると作動する警告装置（例えば、後述のアラーム装置１５０）を備えてもよい。

前記成形品移動装置は、前記良否判別で異常と判別されると、前記第１成形品、前記第２成形品又は前記第１成形品に前記第２成形品を組み付けたものを前記金型の外側の廃棄位置まで移動させてもよい。

本発明によれば、成形品の自動組付を行う射出成形システムにおいて、成形品の組付状態を評価し、組付不良を速やかに検出して生産性を向上させる構成を提供できる。

本発明の一実施形態に係る射出成形システム１の要部を示す模式図である。 本実施形態の射出成形システム１のブロック図である。 第１押出位置でロボット１４によって第１成形品２１が把持される様子を模式的に示す図である ロボット１４によって組付位置で第１成形品２１を保持する様子を模式的に示す図である。 第２押出部材によって第１成形品２１に第２成形品２２が組み付けられる様子を模式的に示す図である。 制御装置１００による良否判別の流れを示すフローチャートである。 変形例の射出成形システム２０１のブロック図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る射出成形システム１の要部を示す模式図であり、型開き後の状態が示されている。図２は、本実施形態の射出成形システム１のブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の射出成形システム１は、第１成形品２１及び第２成形品２２を同時に成形可能な金型１１と、第１成形品２１を移動させるロボット１４と、を備える。

金型１１は、溶融樹脂の導入部（図示省略）が接続される固定型３１と、固定型３１に対して移動可能な可動型３２と、を備える。固定型３１と可動型３２により、第１成形品２１を形成するキャビティ及び第２成形品２２を形成するキャビティが形成される。なお、成形機としては、１種類の材料で成形を行う１材成形でもよいし、色や材料の異なる成形品を同時に得ることができる多材成形に対応した成形機を用いてもよい。

金型１１の型締め及び型開きは、型駆動装置１２によって行われる（図１において図示省略）。図２に示すように、型駆動装置１２は、後述する制御装置１００に制御されるサーボモータ５１を備えており、該サーボモータ５１の駆動制御によって可動型３２を固定型３１に合わせる型締め位置と、固定型３１から離間させる型開き位置と、の間を移動させる。

なお、可動型３２を移動させる機構としては、適宜の方式を採用することができる。例えば、固定プラテンと可動プラテンの背後に配置されたリアプラテンを複数のタイバーによって結合し、タイバーに沿って可動プラテン及びリアプラテンが移動する構造とし、固定プラテンと可動プラテンの対向面に固定型３１及び可動型３２をそれぞれ取り付ける構成とすることもできる。

また、可動型３２には、第１成形品２１及び第２成形品２２を金型１１から離間させるエジェクタ装置１３が配置される。エジェクタ装置１３は、金型１１で成形された第１成形品２１を可動型３２のキャビティから離間させるとともに、第２成形品２２を可動型３２のキャビティから時間差で離間させる機能を有する。

図１に示すように、本実施形態のエジェクタ装置１３は、第１押出部材６１及び第２押出部材６２が取り付けられるベース６０と、ベース６０に取り付けられる連結軸６３と、連結軸６３に連結されるボールネジ機構６４と、ボールネジ機構６４を駆動するサーボモータ５２と、備える。

ベース６０は、その一側の面に第１押出部材６１及び第２押出部材６２が同じ方向に突出するように配置される。第１押出部材６１は第１成形品２１を成形するキャビティの位置に対応し、第２押出部材６２は第２成形品２２を成形するキャビティの位置に対応している。第１押出部材６１は、その長さが第２押出部材６２に比べて長く形成されている。

ベース６０は、その他側の面に連結軸６３が接続されており、この連結軸６３を介してボールネジ機構６４に連結される。

ボールネジ機構６４は、サーボモータ５２の駆動によって連結軸６３を介してベース６０を移動させる。第１押出部材６１及び第２押出部材６２は、ベース６０と一体的に移動するので、ベース６０から突出する突出量の大きい第１押出部材６１が第１成形品２１に接触した後に突出量の小さい第２押出部材６２が第２成形品２２に接触する位置関係となっている。

ロボット１４は、多関節型のアームロボットであり、その先端に保持機構３５を備える。保持機構３５は、第１成形品２１を保持するためのエンドエフェクタであり、第１成形品２１を挟んで保持する把持ハンド又は第１成形品２１を吸着して保持する吸着部等からなる。

図２に示すように、ロボット１４は、制御装置１００によって制御される。ロボット１４は、駆動部としてサーボモータ５３を備え、このサーボモータ５３によってロボット１４の位置制御が行われる。

制御装置１００は、型駆動装置１２、エジェクタ装置１３、ロボット１４等の各装置に電気的に接続されており、これらの制御を行うコンピュータである。

次に、第１成形品２１及び第２成形品２２の組付動作の流れについて説明する。まず、型締め状態の金型１１に材料を充填して固化させ、第１成形品２１及び第２成形品２２を成形する。第１成形品２１及び第２成形品２２が成形された後、型駆動装置１２のサーボモータ５１により可動型３２が型開き状態となる（図１に示す状態）。

図３は、第１押出位置でロボット１４によって第１成形品２１が把持される様子を模式的に示す図である。図３に示すように、制御装置１００は、型開き後にエジェクタ装置１３のサーボモータ５２を駆動してベース６０を距離Ｌ１移動させて第１押出位置に位置させる。第１押出位置では、可動型３２のキャビティから第１成形品２１が第１押出部材６１によって持ち上げられた状態となる。この状態では、第２成形品２２と第２押出部材６２は接触していない。そして、第１押出部位置にある第１成形品２１をロボット１４によって把持する。

図４は、ロボット１４によって組付位置で第１成形品２１を保持する様子を模式的に示す図である。図４に示すように、制御装置１００は、第１押出位置で把持した第１成形品２１を第２成形品２２に組み付ける組付位置まで移動させる。本実施形態の組付位置は、型開き状態の金型１１の内側であって、可動型３２のキャビティにある第２成形品２２に対応する位置となっている。

図５は、第２押出部材によって第１成形品２１に第２成形品２２が組み付けられる様子を模式的に示す図である。図５に示すように、制御装置１００は、第１成形品２１が組付位置で保持されるようにロボット１４のサーボモータ５３を制御する。そして、制御装置１００は、組付位置で保持された第１成形品２１に第２成形品２２を押し付けるようにサーボモータ５２を制御する。距離Ｌ１よりも長いＬ２までベース６０が移動することにより、第２押出部材６２によって第２成形品２２が第２押出位置まで突き上げられる。

第２押出位置が組付位置となっているので、組付位置まで移動した第２成形品２２は、第１成形品２１に押し付けられて嵌合状態となる。第１成形品２１と第２成形品２２の嵌合は、例えば、スナップフィット形式の嵌合構造を用いることもできる。以上の処理によって第１成形品２１に第２成形品２２が組み付けられた組付品が製造される。

本実施形態の制御装置１００は、第１成形品２１と第２成形品２２の組付状態の良否判別を行う。図２に示すように、本実施形態の制御装置１００は、組付状態の良否判別を行う構成として、負荷検出部１１０と、良否判別部１２０と、記憶部１３０と、を備える。

負荷検出部１１０は、第１成形品２１に第２成形品２２を組み付けるときの反力を負荷として検出する。本実施形態では、負荷トルクを示す指標としてサーボモータ５２の電流値を監視する。なお、後述するように、負荷検出部１１０によって検出される負荷トルクは、エジェクタ装置１３のサーボモータ５２の電流値に限られず、反力を示す指標として他のパラメータを利用することもできる。

良否判別部１２０は、負荷検出部１１０によって検出された電流値に基づいて第１成形品２１、第２成形品２２及び組付状態の良否を判別する。組付時において、成形不良が生じていたり、第１成形品２１の位置が適正位置から外れていたり、第２成形品２２の位置が適正位置から外れていたりしている場合には、エジェクタ装置１３の第２押出部材６２に加わる反力が正常時の範囲から外れたものとなる。本実施形態では、第２押出部材６２に加わる反力を示す指標としてサーボモータ５２の負荷トルク（電流値）を利用し、正常時にサーボモータ５２に加わる反力との比較を行って組付状態の良否を判別する。嵌合構造を有する成形品の場合、正常時と異常時で組付時に生じる反力（負荷）の違いも判別し易い。

記憶部１３０は、良否判別を行うためのプログラムやデータ等の各種情報が記憶される。本実施形態では、第１成形品２１及び第２成形品２２が何れも良品であり、適切に組付作業が行われたときの電流値に基づいて設定された許容値が記憶部１３０に記憶されている。許容値は、所定の幅として記憶部１３０に記憶されており、良否判別を行う基準となる。

本実施形態の射出成形システム１は、良否判別部１２０によって不良品と判別されたことを操作者に報知する報知部としてアラーム装置１５０を備える。アラーム装置１５０は、制御装置１００によってその動作が制御されており、良否判別部１２０で不良品と判別された場合にアラーム音又は警告灯を表示するように動作する。

図６は、本実施形態の制御装置１００による良否判別の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、制御装置１００は、良否判別モードが始まると負荷トルクの監視を行う（ステップＳ１０１）。本実施形態では、負荷トルクとして電流値が監視対象となる。

良否判別部１２０は、負荷検出部１１０の検出値が許容値を超えると組付品が不良であると判別する（ステップＳ１０２）。上述のように、許容値は所定範囲として設定されており、検出値の偏差が予め設定された許容値の幅を超えると組付不良や成形不良と判断する。ステップＳ１０２の処理において許容値を超えていない場合は監視を継続する。このように、反力を示すパラメータとして負荷トルクが組付作業で逐次比較される。

ステップＳ１０２の処理で、許容値を超えており、組付不良又は成形不良と判別された場合はアラーム装置１５０を作動させ、不良品が発生したことを操作者に報知する（ステップＳ１０３）。次に、第１成形品２１に第２成形品２２を組み付けた組付品をロボット１４によって金型１１から取り出して所定の廃棄場所に移動し、廃棄する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、第１成形品２１又は第２成形品２２を別々に廃棄場所に移動させる構成としてもよい。

以上説明した実施形態の射出成形システム１によれば、以下のような効果を奏する。
即ち、本実施形態の射出成形システム１は、第１成形品２１及び第２成形品２２を同時に成形可能な金型１１と、第１成形品２１を金型１１から押し出す第１押出部材６１と、金型１１から押し出された第１成形品２１を金型１１内における第２成形品２２との組付位置まで移動させるロボット１４と、ロボット１４によって組付位置で保持された第１成形品２１に対して金型１１から第２成形品２２を押し出して第１成形品２１に第２成形品２２を組み付ける第２押出部材６２と、第２押出部材６２が受ける負荷を検出する負荷検出部１１０と、を備え、第１成形品２１に第２成形品２２を組み付けるときに負荷検出部１１０が検出した負荷に基づいて良否判別を行う。

これにより、第１成形品２１と第２成形品２２の組付作業と嵌合状態（組付状態）や強度の検査（評価）を兼ねることができる。組付時の負荷に基づいて第１成形品２１、第２成形品２２又は第１成形品２１と第２成形品２２の組付状態の良否を判別するので、第１成形品２１、第２成形品及び組付品の不良を即座に見つけることができ、不良品がそのまま下流工程に搬送される事態を防いで生産性を向上させることができる。

また、本実施形態の射出成形システム１は、第１押出部材６１と第１押出部材６１よりも短く形成される第２押出部材６２を支持するベース６０を備え、第１押出部材６１及び第２押出部材６２は、ベース６０とともに一体的に移動する。そして、第１押出動作により、第１成形品２１が第１押出部材６１によって金型１１から押し出される第１押出位置まで移動し、第２押出動作により、第１押出位置から第２成形品２２が第２押出部材６２によって金型１１から押し出される組付位置までベース６０が段階的に移動する。

これにより、第１押出部材６１と第２押出部材６２を駆動する駆動部をサーボモータ５２に共通化することができる。従って、装置構成及びエジェクタ制御をシンプルにまとめることができる。

また、本実施形態の負荷検出部１１０は、第２押出部材６２を駆動するサーボモータ５２の負荷トルクとして電流値を検出する。

また、本実施形態の成形品移動装置としてのロボット１４は、多関節ロボットである。

これにより、複雑な金型１１及び金型１１のキャビティの形状に対応することができるとともに、柔軟かつ精度の高い成形品の移動動作が可能となる。

また、本実施形態の射出成形システム１は、良否判別で異常と判別されると作動するアラーム装置１５０を備える。

これにより、アラーム装置１５０によって異常の発生を操作者に即座に報知することができ、金型１１の異常も速やかに検出することができる。

また、本実施形態のロボット１４は、良否判別で異常と判別されると、第１成形品２１、第２成形品２２又は第１成形品２１に第２成形品２２を組み付けたものを金型１１の外側の廃棄位置まで移動させる。

これにより、良否判別で不良と判別された組付品が不良品として廃棄場所に自動的に排出されるので、金型１１から不良品を取り出す手間が省け、不良品が生じたときに必要な作業を効率化することができる。

上記実施形態では、第１押出部材６１及び第２押出部材６２を駆動するサーボモータ５２の電流値を負荷検出部１１０の検出対象の負荷としたが、良否判別に用いる検出値は事情に応じて適宜変更できる。次に、負荷検出部１１０の検出対象の負荷が上記実施形態と異なる例について説明する。なお、以下の説明において上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略することがある。

図７は、変形例の射出成形システム２０１のブロック図である。図７に示すように、変形例の射出成形システム２０１は、第２押出部材６２の軸状部分に配置される歪みセンサ２５０を備える。歪みセンサ２５０は、第２押出部材６２のひずみを測定するための力学的なセンサであり。歪みセンサ２５０の検出値に基づいて第２押出部材６２が受ける負荷を検出する。

変形例の負荷検出部１１０は、正常時の歪みセンサ２５０の検出値に基づいて設定された許容値と、組付時に検出される歪みセンサ２５０の検出値に基づいて良否判別を行う。なお、良否判別の流れについては上記実施形態と同様である。

また、変形例の射出成形システム２０１が備える制御装置２００は、サーボモータ５２の外乱を推定するための外乱推定部１６０を備える。本実施形態の外乱推定部１６０は、サーボモータ５２の回転速度及びトルクのいずれか一方又は両方を用いて外乱推定値を算出する。例えば、サーボモータ５２の指令値とフィードバック値（実測値）に基づいて外乱推定値を算出する。

また、負荷検出部１１０は、この外乱推定値を第２押出部材６２が受ける負荷として検出し、この外乱推定値に基づいて良否判別を行うこともできる。即ち、組付作業が正常に行われたときに算出された外乱推定値に基づいて許容値を設定し、この許容値と組付時に外乱推定部１６０で算出された外乱推定値とを比較して良否判別を行う。外乱推定値は、回転速度又はトルクによって算出されているので、この方法によっても組付異常を検出することができる。

また、負荷検出部１１０は、ロボット１４のサーボモータ５３の負荷トルクを示す電流値を負荷として検出し、この電流値に基づいて良否判別を行うことができる。即ち、第１成形品２１と第２成形品２２の組付時におけるロボット１４が受ける負荷（反力）によっても組付品の良否判別を行うことができる。

また、エジェクタ装置１３のサーボモータ５２の負荷トルク又はロボット１４のサーボモータ５３の負荷トルクは、電流値に基づいて算出する構成に限られない。例えば、サーボモータ５２の負荷トルクを直接的に検出するトルク検出装置を配置し、該トルク検出装置によって検出された負荷トルクを監視対象としてもよい。

更に、負荷検出部１１０は、以上例示してきた負荷検出部１１０の負荷を複数組み合わせて良否判別を行うことができる。即ち、射出成形システム２０１は、サーボモータ５２の電流値、サーボモータ５２の外乱を推定した外乱推定値、第２押出部材６２に設けられる歪みセンサ２５０の検出値、ロボット１４を駆動するサーボモータ５３の負荷トルク及びロボット１４の電流値のうち、少なくとも１つを検出し、良否判別に用いる。

これにより、第２押出部材６２又はロボット１４又はその両方が受ける負荷を検出して良否判別を精度良く行うことができる。複数のパラメータを組み合せることで良否判別の精度をより一層向上させることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、成形品移動装置としてのロボット１４に多関節型のものを用いたが、この構成に限定されず成形品移動装置の構成は適宜変更できる。例えば、取り出し機と呼ばれる直交形のロボットに変更することもできる。

上記実施形態では、アラーム装置１５０による警告を行う構成であるが、この構成に限定されない。発音、音声、発光、画像表示等、操作者に報知する方法は事情に応じて適宜変更できる。また、アラーム装置１５０及びアラーム装置１５０を動作させる制御を省略することもできる。

上記実施形態では、良否判別で不良となった場合はロボット１４によって廃棄場所に組付品を移動させる構成であるが、この処理を省略して人手によって不良品を取り除く構成としてもよい。

上記実施形態では、第１押出部材６１及び第２押出部材６２は、いずれもベース６０に支持されており、共通のサーボモータ５２によって駆動される構成であるが、この構成に限定されない。例えば、第１成形品２１と第２成形品２２を突き出すための構成をそれぞれ独立したものとすることもできる。また、成形品の落下や金型構造の複雑化を回避する観点から上記実施形態及び変形例の構成を適宜変更することができる。

１ 射出成形システム
１１ 金型
１４ ロボット（成形品移動装置）
２１ 第１成形品
２２ 第２成形品
５２ サーボモータ（押出部材用モータ）
５３ サーボモータ（移動装置用モータ）
６１ 第１押出部材
６２ 第２押出部材
１１０ 負荷検出部
１５０ アラーム装置（警告装置）
２０１ 射出成形システム
２５０ 歪みセンサ

Claims (5)

1. 第１成形品及び第２成形品を同時に成形可能な金型と、
   前記第１成形品を前記金型のキャビティから押し出す第１押出部材と、
   前記金型のキャビティから押し出された前記第１成形品を保持する保持機構を有し、前記保持機構で保持した前記第１成形品を前記金型内における前記第２成形品との組付位置まで移動させる成形品移動装置と、
   前記成形品移動装置の前記保持機構によって前記金型内の前記組付位置で保持された前記第１成形品に対して前記金型のキャビティから前記第２成形品を押し出して前記第１成形品に前記第２成形品を組み付ける第２押出部材と、
   前記第２押出部材又は前記成形品移動装置又はその両方が受ける負荷を検出する負荷検出部と、
   を備え、
   前記金型内で、前記第１成形品に前記第２成形品を組み付けるときに前記負荷検出部が検出した負荷に基づいて前記第１成形品、前記第２成形品又は前記第１成形品と前記第２成形品の嵌合状態の良否判別を行う射出成形システム。
2. 前記負荷検出部は、
   前記第２押出部材を駆動する押出部材用モータの負荷トルク、前記押出部材用モータの電流値、前記押出部材用モータの外乱を推定した外乱推定値、前記第２押出部材に設けられる歪みセンサの検出値、前記成形品移動装置を駆動する移動装置用モータの負荷トルク及び前記移動装置用モータの電流値のうち、少なくとも１つを検出する請求項１に記載の射出成形システム。
3. 前記成形品移動装置は、多関節ロボットである請求項１又は２に記載の射出成形システム。
4. 前記良否判別で異常と判別されると作動する警告装置を備える請求項１から３の何れかに記載の射出成形システム。
5. 前記成形品移動装置は、
   前記良否判別で異常と判別されると、前記第１成形品、前記第２成形品又は前記第１成形品に前記第２成形品を組み付けたものを前記金型の外側の廃棄位置まで移動させる請求項１から４の何れかに記載の射出成形システム。

Images