JPH06297531A - 射出成形機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂の粘性抵抗等の負荷の変動によって射出
成形機の可動部が設定速度以上に駆動されることを防止
する。 【構成】 スクリュー２を移動する射出用サーボモータ
Ｍ１の実速度Ｖｆと設定速度Ｖｓとの大小を比較する。
実速度Ｖｆが設定速度Ｖｓを越えると、速度ループの処
理によって求められた電流指令Ｉから所定量αを減じて
電流指令Ｉとする。この値に基いて射出用サーボモータ
Ｍ１の駆動トルクを制御する。スクリュー２に作用する
樹脂の粘性抵抗の増大等により位置偏差が増大し、射出
用サーボモータＭ２の駆動トルクが増大した状態で外乱
が減少したような場合であってもスクリュー２の移動速
度の急激な変動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機の制御装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータを駆動してスクリュー，エ
ジェクタ，クランプ等を移動させる電動式射出成形機に
おいては、スクリュー等の位置およびその移動速度をフ
ィードバック制御しており、位置ループ制御のマイナー
ループとして速度ループ制御を行っている。移動速度に
対応する所定周期毎の移動量を位置指令として所定周期
毎指令位置に達するまで位置ループの制御手段に入力
し、位置ループ制御では、指令された移動量から実際の
移動量を減じて位置偏差を求め該位置偏差に位置ループ
ゲインを乗じて速度指令を求め該速度指令を速度ループ
への指令とする。速度ループでは該速度指令とフィード
バックされた実際の速度よりＰＩ（比例・積分）制御等
を行いトルク指令（電流指令）を求めてサーボモータを
駆動し、スクリュー，エジェクタ，クランプ等の可動部
を移動させ、位置、速度を制御しながら射出等の成形動
作を行っている。

【０００３】特に、スクリューを軸方向に移動させる射
出用のサーボモータが受ける負荷は、樹脂の粘性抵抗等
によって変動する。樹脂の粘性抵抗が高く、指令に対す
るスクリューの追従が遅れるような場合には、位置偏差
が増大し、その結果速度指令も増大するとともにトルク
指令（電流指令）も増大し、サーボモータは大きな力を
発生してスクリューを駆動し、サーボモータの回転速度
及びスクリューの移動速度が上昇する。そして、スクリ
ューの速度が速くなれば、位置偏差は減少し、速度指
令、トルク指令も減少する。このようにして設定速度で
移動するように制御される。設定された速度でスクリュ
ーが移動している定常状態では、位置偏差の変動は少な
く、ほぼ一定な値であり、その結果、速度指令も一定で
ある。

【０００４】樹脂の粘性抵抗に変動があり、サーボモー
タの追従が遅れ位置偏差が大きくなり速度指令，電流指
令（トルク指令）も大きくなっている状態で、樹脂の粘
性抵抗が低下すると、サーボモータにかかる負荷が低下
することから、サーボモータは、設定速度以上の速度で
回転され設定速度に比べて速い速度でスクリューが移動
するという現象が生じる。

【０００５】スクリューに作用する粘性抵抗等の外乱は
ペレットの状態や射出成形機のシリンダ温度や金型の形
状等により微妙に変化するが、射出中に樹脂の粘性抵抗
が低下するとスクリューが設定速度よりも速い速度で移
動することになる。このように、射出の負荷抵抗が減少
する部分では実射出速度が設定速度を上回るために成形
条件出しが困難になるといった問題が生じる。

【０００６】また、プレートのコアに対する成形品のく
いつき状態等の変化によって突出しに必要とされる力が
変動するエジェクタ軸のサーボモータ、および、潤滑油
の粘性抵抗等の変化により可動盤の開閉に必要とされる
力が変動するクランプ軸のサーボモータ等においても、
負荷抵抗の変動により、やはり同じような現象が生じ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の欠点を解消し、射出成形機の可動部の抵抗が
変動したような場合であっても、スクリュー，エジェク
タ，クランプ等の可動部の移動速度の変動を小さくし、
安定した射出成形作業や成形条件出し作業を行うことの
できる射出成形機の制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の射出成形機の制
御装置は、サーボモータもしくは射出成形機の可動部の
実速度と予め設定された速度との大小を比較し、実速度
が設定速度を越えると、速度ループ制御によって求めら
れた電流指令から所定量を減じて電流指令としてサーボ
モータを制御する構成により前記目的を達成した。

【０００９】

【作用】与えられた目標位置までの移動量と設定された
移動速度とに基いてパルス分配を行い、設定移動速度に
対応する所定時間当りの移動指令を位置指令として所定
周期毎に位置ループの制御手段に入力し、位置ループ制
御、さらに速度ループ制御を行ってサーボモータを制御
してスクリュー等の可動部を駆動させる。可動部の抵抗
が大きい場合には可動部を駆動するサーボモータの負荷
が増大するので、位置偏差が増大する。この結果、速度
指令も増大し速度ループ処理によって求められる電流指
令（トルク指令）も増大し、可動部を駆動するサーボモ
ータの駆動力が増大する。

【００１０】一方、射出成形機の制御装置は、サーボモ
ータもしくは可動部の実速度を常時検出して予め設定さ
れた速度との大小を比較しており、実速度が設定速度を
越えると、速度ループの制御手段によって求められた電
流指令から所定量を減じ、この値を電流指令としてサー
ボモータを駆動制御する。

【００１１】従って、位置偏差が増大した状態、即ち、
可動部を駆動するサーボモータの駆動力が増大した状態
で可動部の抵抗が減少した場合、サーボモータ及び射出
成形機の可動部はその速度を増大しようとするが、サー
ボモータが予め設定された設定速度に漸近収束する方向
にサーボモータの駆動力が修正され、可動部の移動速度
の極端な変動が防止される。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の制御装置を適用した一実施例の射
出成形機の要部を示すブロック図で、符号１は射出成形
機の射出シリンダ、符号２はスクリューである。スクリ
ュー２は、駆動源の軸回転を射出軸方向の直線運動に変
換するための駆動変換機５を介して射出用サーボモータ
Ｍ１により射出軸方向に駆動され、また、歯車機構３を
介してスクリュー回転用サーボモータＭ２により計量回
転されるようになっている。スクリュー２の基部には圧
力検出器４が設けられ、スクリュー２の軸方向に作用す
る樹脂圧力、即ち、射出保圧工程における射出保圧圧力
や計量混練り工程におけるスクリュー背圧が検出され
る。射出用サーボモータＭ１にはスクリュー２の位置や
移動速度（モータＭ１の回転速度）を検出するためのパ
ルスコーダＰ１が配備され（なお、このパルスコーダに
代えて、スクリューの位置・速度を検出する位置・速度
検出器を用いてもよい）、また、スクリュー回転用サー
ボモータＭ２にはスクリュー２の回転速度を検出するた
めのパルスコーダＰ２が配備されている。

【００１３】射出成形機の制御装置１０は、数値制御用
のマイクロプロセッサであるＣＮＣ用ＣＰＵ２５，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ＣＰＵ１８，サーボ制御用のマイクロプ
ロセッサであるサーボＣＰＵ２０および射出保圧圧力や
スクリュー背圧のサンプリング処理を行うための圧力モ
ニタ用ＣＰＵ１７を有し、バス２２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。

【００１４】ＰＭＣ用ＣＰＵ１８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や製品の良
否判別を行うための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ
１３および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ
１４が接続されている。一方、ＣＮＣ用ＣＰＵ２５には
射出成形機を全体的に制御するプログラム等を記憶した
ＲＯＭ２７および演算データの一時記憶等に用いられる
ＲＡＭ２８が接続されている。

【００１５】また、サーボＣＰＵ２０および圧力モニタ
用ＣＰＵ１７の各々には、サーボ制御専用の制御プログ
ラムを格納したＲＯＭ２１やデータの一時記憶に用いら
れるＲＡＭ１９、および、成形データのサンプリング処
理等に関する制御プログラムを格納したＲＯＭ１１やデ
ータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１２が接続されてい
る。更に、サーボＣＰＵ２０には、該ＣＰＵ２０からの
指令に基いてクランプ（型締め）用，エジェクタ用（図
示せず）および射出用，スクリュー回転用等の各軸のサ
ーボモータを駆動するサーボアンプ１５が接続され、射
出用サーボモータＭ１に配備したパルスコーダＰ１およ
びスクリュー回転用サーボモータＭ２に配備したパルス
コーダＰ２等からの出力の各々がサーボＣＰＵ２０に帰
還される。

【００１６】不揮発性メモリ２４は射出成形作業に関す
る成形条件（射出速度，計量混練り時のスクリュー回転
数等）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。

【００１７】インターフェイス２３は射出成形機の各部
に配備したリミットスイッチや操作盤からの信号を受信
したり射出成形機の周辺機器等に各種の指令を伝達した
りするための入出力インターフェイスである。また、デ
ィスプレイ付手動データ入力装置２９はＣＲＴ表示回路
２６を介してバス２２に接続され、モニタ表示画面や機
能メニューの選択および各種データの入力操作等が行え
るようになっており、数値データ入力用のテンキーおよ
び各種のファンクションキー等が設けられている。

【００１８】そして、ＣＮＣ用ＣＰＵ２５がＲＯＭ２７
の制御プログラムに基いて各軸のサーボモータに対して
パルス分配を行い、サーボＣＰＵ２０は各軸に対してパ
ルス分配された移動指令とパルスコーダＰ１，Ｐ２等の
検出器で検出された位置のフィードバック信号および速
度のフィードバック信号に基いて、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。

【００１９】図２は位置ループ，速度ループ，電流ルー
プの各制御を実行するサーボＣＰＵ２０のディジタルサ
ーボ機能の概略を射出用サーボモータＭ１の駆動制御を
例にとって示す機能ブロック図であり、該ＣＰＵ２０
は、不揮発性メモリ２４に成形条件として設定された各
種データ、例えば、射出速度の切替に対応するスクリュ
ー位置や射出各段の設定射出速度等のデータに基いてＣ
ＮＣ用ＣＰＵ２５から出力される所定時間当りの移動指
令、即ち、位置指令となる分配パルスを受け、所定周期
毎に位置ループ，速度ループ，電流ループの各ソフトウ
ェア処理を行って射出用サーボモータＭ１を駆動制御す
る。つまり、位置ループの処理においては、従来と同
様、ＣＮＣ用ＣＰＵ２５から入力される位置指令の分配
パルスを順次積算記憶すると共に、パルスコーダＰ１か
ら帰還される位置の帰還信号をこの値から減じて位置偏
差を求め、この位置偏差に位置ループゲインを乗じて速
度指令Ｖｃを求め速度ループの処理に渡す。また、速度
ループの処理では速度指令ＶｃとパルスコーダＰ１から
帰還される速度の帰還信号Ｖｆとに基いてＰＩ（比例積
分）制御等の処理を行い電流指令（トルク指令）Ｉを求
め、更に、必要に応じてこの値Ｉを補正した後（詳しく
は後述）、電流指令Ｉを電流ループの処理に渡す。電流
ループの処理では、従来と同様、サーボモータＭ１に流
れる実電流に対応する電流帰還と速度ループからの電流
指令Ｉとに基づいてＰＩ制御等を行って各相駆動電流を
求めサーボアンプ１５を介して射出用サーボモータＭ１
の駆動トルクを制御する。

【００２０】設定された速度に基づいて移動指令が分配
され、設定速度に射出用サーボモータＭ１が追従するま
で、位置偏差は増大し、射出用サーボモータＭ１の回転
速度が設定速度に達したときは、そのときの位置偏差に
基づく速度指令が設定速度に対応し、この速度に速度フ
ィードバック値が一致するように電流指令Ｉが出力され
て射出用サーボモータＭ１は回転することになる。この
ように動作している途中において、何等かの理由で樹脂
の粘性抵抗等が大きくなり、サーボモータに加わる負荷
が大きくなると、射出用サーボモータＭ１が出力するト
ルクでは設定速度を維持できなくなり、射出用サーボモ
ータＭ１の速度は低下し、位置偏差が増大し、それに伴
って速度指令，電流指令も増大する。このような状態に
おいて、樹脂の粘性抵抗が低下すると、射出用サーボモ
ータＭ１にかかる負荷が低下するから、サーボモータは
急激に回転し、設定速度以上に回転することになり好ま
しくない。

【００２１】特に、成形条件を決定する途中において
は、加熱シリンダの各加熱体の設定温度、射出速度、ス
クリュー回転数等が最適に決められておらず、設定温度
が低く樹脂の粘性抵抗が高い状態で低い射出速度で射出
を行ったとき等において、上述した現象が生じ、設定速
度以上の速度で射出が行われるような場合には、成形条
件出しに不都合をおよぼす。

【００２２】図３は、このような欠点を解消するために
本実施例が採用した速度ループ処理の概略を示すフロー
チャートであり、この処理はサーボＣＰＵ２０により速
度ループ処理の処理周期毎に実行される（図２に示され
る速度ループのブロックに対応する処理）。

【００２３】速度ループの処理を開始したサーボＣＰＵ
２０は、まず、スクリュー２（射出用サーボモータＭ
１）の実速度Ｖｆに対応する速度ループのフィードバッ
ク信号を読取り（ステップＳ１）、位置ループの処理で
位置偏差に基いて算出されている速度指令Ｖｃと該実速
度Ｖｆとによって従来と同様の速度ループ処理を行い電
流指令（トルク指令）Ｉを求める（ステップＳ２）。次
いで、サーボＣＰＵ２０は、現スクリュー位置に対応す
る射出速度として不揮発性メモリ２４の成形条件に記憶
されている設定速度Ｖｓを読み込み、実速度Ｖｆが設定
速度Ｖｓを越えているか否かを判別し（ステップＳ
３）、実速度Ｖｆが設定速度Ｖｓを越えていれば電流指
令の候補値Ｉから所定値α（但し、α＞０）を減じる補
正操作を行って、この値を電流ループの処理に渡す電流
指令値Ｉとし（ステップＳ４）、また、実速度Ｖｆが設
定速度Ｖｓを越えていなければステップＳ２の処理で算
出した電流指令Ｉをそのまま電流指令値Ｉとする（補正
操作は行わない）。そして、サーボＣＰＵ２０は電流指
令Ｉを電流ループの処理へと引き渡し（ステップＳ
５）、この処理周期における速度ループ制御を終了す
る。なお、電流ループの処理では、射出用サーボモータ
Ｍ１に流れる実電流に対応する電流帰還と速度ループか
らの電流指令Ｉとによって、従来と同様にして、電流ル
ープ制御が行われ、射出用サーボモータＭ１の駆動トル
クが制御される。

【００２４】以下、サーボＣＰＵ２０は、ＣＮＣ用ＣＰ
Ｕ２５のパルス分配処理が終了するまでの間、前記と同
様にして位置，速度，電流の各ループに関するディジタ
ルサーボ制御を繰り返し実行する。

【００２５】従って、樹脂の粘性抵抗等の外乱によりス
クリュー２を駆動する射出用サーボモータＭ１の回転が
阻害されたような場合には、まず、位置ループの制御手
段における位置偏差が徐々に増大することにより速度指
令Ｖｃおよび電流指令（トルク指令）Ｉが共に増大し、
射出用サーボモータＭ１は、スクリュー２の移動速度を
予め設定された射出速度Ｖｓに加速すべく駆動制御され
る。この間、スクリュー２の移動速度が設定速度Ｖｓを
超えなければ実速度の帰還信号Ｖｆの値も増大しないの
でＶｆ＞Ｖｓの条件は成立せず、速度ループからの電流
指令Ｉには制限が加えられない。よって、最終的に、射
出用サーボモータＭ１の駆動トルクは樹脂の粘性抵抗等
の外乱に打ち勝ち、スクリュー２の移動速度を予め設定
された射出速度Ｖｓに向け加速する（位置偏差が増大し
た状態）。この状態で樹脂の粘性抵抗等が変化して外乱
が減少すると、強力な駆動トルクで移動されるスクリュ
ー２の移動速度が設定射出速度Ｖｓの値を越えるような
現象が一時的に生じることもあるが、このような場合に
はＶｆ＞Ｖｓの条件が成立して速度ループから出力され
る電流指令Ｉの値に規制が加えられるため、サーボモー
タＭ１の駆動トルクが減少し、スクリュー２の移動速度
は予め設定された設定速度Ｖｓに向けて漸近収束する。

【００２６】以上、一実施例として射出動作時における
射出用サーボモータＭ１の駆動制御の場合を例にとって
説明したが、樹脂の粘性抵抗等による外乱の影響を受け
るスクリュー回転用サーボモータＭ２を制御する場合に
おいても、この制御を位置・速度ループ制御によって行
う場合には上記方法を適用することができる。また、プ
レートのコアに対する成形品のくいつき状態等の変化に
よって突出しに必要とされる力が変動するエジェクタ軸
のサーボモータ、および、潤滑油の粘性抵抗等の変化に
より可動盤の開閉に必要とされる力が変動するクランプ
軸のサーボモータ等においても同様であって、前記と同
様の方法を適用することによりエジェクタピンや可動盤
等の移動速度を安定化することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明による射出成形機の制御装置は、
サーボモータもしくは射出成形機の可動部の実速度と設
定速度との大小を比較し、実速度が設定速度を越える
と、速度ループ制御によって求められた電流指令から所
定量を減じ、この値を電流指令としてサーボモータを駆
動制御するようにしたから、位置ループ及び速度ループ
制御によりスクリュー等の可動部を駆動するサーボモー
タを制御する射出成形機において、可動部に作用する各
種抵抗等の外乱により位置偏差が増大した状態で外乱が
減少したような場合であっても、可動部の速度の急激な
変動が防止される。よって、抵抗等の外乱に多少の変動
があった場合でも安定した条件で各種の可動部を作動さ
せて射出成形作業を行うことができ、また、射出速度等
に関する微妙な調整を必要とされる条件出し等の作業も
効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置を適用した一実施例の射出成
形機の要部を示すブロック図である。

【図２】同実施例のサーボＣＰＵによるディジタルサー
ボ制御の概略を示す機能ブロック図である。

【図３】同実施例のサーボＣＰＵによるディジタルサー
ボ制御の内、速度ループの処理の概略を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 射出シリンダ ２ スクリュー １５ サーボアンプ ２０ サーボＣＰＵ ２１ ＲＯＭ ２２ バス ２４ 不揮発性メモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置・速度ループ制御を行ってサーボモ
   ータを制御して射出成形機の可動部を駆動する電動式射
   出成形機において、サーボモータもしくは可動部の実速
   度と予め設定された速度との大小を比較し、実速度が設
   定速度を越えると、速度ループ制御によって求められた
   電流指令から所定量を減じて電流指令としてサーボモー
   タを制御することを特徴とした射出成形機の制御装置。