KR100473925B1 - 전동사출성형기에서의 로드셀 원점조정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

사출성형기는 서보모터구동에 의한 사출장치와, 스크루의 전방에 축적된 용융수지의 압력을 검출하기 위한 로드셀을 포함한다. 위치검출기는 스크루의 위치를 검출하고, 제어기는 로드셀 및 위치검출기의 검출치에 대응하여 서보모터를 제어한다.

제어기는 로드셀의 원점조정지령을 받으면 서보모터(1)를 제어해서 스크루(10)의 전진, 후퇴동작을 하여 로드셀로부터 얻어지는 전진시 및 후퇴시의 검출치의 평균치를 산출한다. 또한, 상기한 전진, 후퇴동작을 복수회 행하여 얻어지는 복수의 검출치의 평균을 내는 것에 의해 상기 로드셀의 원점을 조정한다.

Description

전동사출성형기에서의 로드셀 원점조정장치 및 방법{Apparatus and Method For Adjusting Zero Point For Load Cell In A Motor-Driven Injection Molding Machine}

본 발명은 서보모터구동에 의해 구동되는 사출장치를 구비한 전동사출형성기에 관한 것으로서, 특히 서보모터의 제어계를 구성하기 위해 설치된 압력검출용의 로드셀(load cell)의 원점 조정장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 유압액추에어터(actuator) 대신에 서보모터를 사용한 소위 전동사출성형기가 많이 사용되기 시작하고 있다. 이하에서는 서보모터구동에 의한 사출장치의 동작에 대해 간단하게 설명한다.

(1)가소화/계량공정에서는, 스크루회전용 서보모터에 의해 스크루를 회전시킨다. 스크루는 가열실린더 내에 설치되어 있다. 호퍼로부터 가열실린더 내의 스크루 후부에 수지가 공급된다. 스크루의 회전에 의해 공급되는 수지를 용융하면서 가열실린더의 선단부로 일정량 보낸다.

그 때 가열실린더의 선단부에 잔류되어 있는 용융수지의 압력(배압)을 받으면서 스크루는 후퇴한다.

스크루의 후단부에는 사출축이 직접 결합되어 있다. 사출축은 베어링을 매개로 하여 압력플레이트에 회전가능하게 지지되어 있다. 사출축은 압력플레이트상에 지지되어 있는 사출용 서보모터에 의해 축방향으로 구동된다. 압력플레이트는 볼나사를 매개로 사출용 서보모터에 의해 가이드바를 따라 전후진한다.

전술한 용융수지의 배압은 후술하는 바와 같이 로드셀에 의해 검출하여 피드백 제어루프로 제어한다.

(2) 다음에 충전공정에서는, 사출용 서보모터의 구동에 의해 압력플레이트를 전진시키고, 스크루 선단부를 피스톤으로 하여 용융수지를 금형 내에 충전한다.

(3) 충전공정의 종료로 용융수지가 금형의 캐비티 내에 충전된다. 그 때 스크루의 전진운동은 속도제어로부터 압력제어로 바뀐다. 이 변환은 "V-P변환"이라 부르고, 성형품의 품질을 좌우한다.

(4) "V-P변환" 후에 금형의 캐비티 내의 수지는 설정된 압력 이하에 냉각되어 간다. 이것은 "보압공정"이라 부른다. 보압공정에서는 수지압력은 전술한 배압제어와 같이 피드백 제어루프로 제어된다.

사출장치에 있어서는 상기 (4)의 보압공정 이후, (1)의 가소화/충전공정으로 되돌아가서 다음 사이클로 들어간다. 한편, 형체(型締,mold clamping)장치에서는 (1)의 가소화/충전공정과 병행하여 금형을 개방하여 이젝터(ejector)구성에 의해 냉각고화된 제품을 배출한 후, 금형을 폐쇄하고 (2)의 충진공정으로 들어간다.

다음으로, 도 1을 참조하여 본 발명의 이해를 도모하기 위해서 서보모터구동에 의한 사출장치를 구비한 전동사출성형기에 대하여 설명한다.

이 사출장치에서는 볼나사, 너트에 의해 서보모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 스크루를 회전시킨다. 도 1에서 사출용 서보모터(11)의 회전은 볼나사(12)에 전달된다. 볼나사(12)의 회전에 의해 전후진하는 너트(13)는 압력플레이트(14)에 고정되고, 압력플레이트(14)는 프레임(도시하지 않음)에 고정된 가이드바(15)(16)를 따라 이동이 자유롭도록 설치되어 있다. 압력플레이트(14)의 전후진운동은 베어링(17), 로드셀(18), 사출축(19)을 통해서 스크루(20)에 전달된다.

스크루(20)는 가열실린더(21) 내에 회전가능하고, 또한 축방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. 스크루(20)의 후부에 대응하는 가열실린더(21)에는 수지공급용의 호퍼(22)가 설치되어 있다. 사출축(19)에는 벨트나 풀리 등의 연결부재(23)를 통하여 스크루회전용 서보모터(24)의 회전운동이 전달된다. 즉, 스크루회전용 서보모터(24)에 의해 사출축(19)이 회전구동되는 것에 의해 스크루(20)가 회전된다.

가소화/계량공정에서는 가열실린더(21) 내를 스크루(20)가 회전하면서 후퇴하는 것에 의해 스크루(20)의 전방, 즉 가열실린더(21)의 노즐(21-1)측으로 용융수지가 계량된다. 가열실린더(21) 내를 스크루(10)가 전진함으로써 스크루(20)의 전방에 계량된 용융수지를 금형내에 충전하고 가압함으로써 성형이 행해진다. 이 때 수지를 누르는 압력이 로드셀(18)에 의해 반력으로서 검출되고, 검출된 압력은 로드셀증폭기(25)에 의해 증폭되어 제어기(26)에 입력된다.

압력플레이트(14)에는 스크루(20)의 이동량을 검출하기 위한 위치검출기(27)가 설치되어 있다. 위치검출기(27)의 검출신호는 증폭기(28)에 의해 증폭되어 제어기(26)에 입력된다. 제어기(26)는 작업자의 설정에 의해 설정된 설정치에 대응하여 전술한 복수의 각 공정에 대응하는 전류(토크)지령을 서보증폭기(29)(30)에 출력한다. 서보증폭기(29)에서는 서보모터(11)의 구동전류를 제어하여 서보모터(11)의 출력토크를 제어한다. 서보증폭기(30)에서는 서보모터(24)의 구동전류를 제어하여 서보모터(24)의 회전속도를 제어한다. 서보모터(11)(24)에 각각 회전속도를 검출하기 위한 인코더(31)(32)가 구비되어 있다. 인코더(31)(32)에서 검출된 회전속도는 각각 제어기(26)에 입력된다.

또한, 도 1의 구성은 어디까지나 개략을 설명하기 위한 편의상의 것이며, 사출장치의 구체적인 구성은, 예를 들면 일본국 특허공개공보 평9-174626호에 개시되어 있다.

그런데, 상기와 같은 로드셀을 설치한 사출성형기에서는 사출성형기의 작동시에 로드셀의 원점조정이 필요하다. 원점조정도 다음과 같이 행한다.

1회의 스크루 전진,후퇴동작을 하고 로드셀의 검출치의 평균치를 계산하여 그 평균치를 로드셀의 원점으로서 설정하고 있다.

그러나, 상기와 같은 1회의 스크루동작에 의한 원점조정방법에서는 원점을 정확하게 설정할 수 없는 경우가 있다. 이것은 원점조정시의 스크루의 전진, 후퇴동작에 있어서 때때로 스크루와 가열실린더 사이에 고화수지가 끼어있거나, 스크루에 기계적으로 결합되어 있는 이동부분에 이물질이 개재되어 있거나 하는 경우가 있기 때문이다. 이와 같은 경우에는 고화수지나 이물질의 영향으로 정확한 배압을 검출하는 것이 곤란하다. 로드셀의 원점을 정확하게 설정할 수 없게 되면 이후의 성형에서 성형품질에 악영향을 미치는 것은 말할 것도 없다.

그래서 본 발명의 목적은 로드셀의 원점조정을 정확하게 할 수 있는 로드셀의 원점조정장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 서보모터구동에 의한 사출장치와, 스크루의 전방에 계량되는 용융수지의 압력을 검출하기 위한 로드셀과, 상기 스크루의 위치를 검출하기 위한 위치검출기와, 로드셀 및 위치검출기의 검출치에 대응하여 서보모터를 제어하는 제어기를 구비한 전동사출성형기에 적용된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 제어기는 로드셀의 원점조정지령을 받으면 상기 서보모터를 제어하여 상기 스크루의 전진, 후퇴동작을 복수회 행한다. 제어기는 상기 로드셀에서 얻어지는 전진시 및 후퇴시의 복수의 검출치의 평균치를 산출하는 것에 의해 로드셀의 원점을 조정한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 로드셀 원점조정장치 및 방법에 대해 설명한다. 본 발명은 서보모터구동에 의한 사출장치를 구비한 전동사출성형기로서, 서보모터 제어계의 일부로서 압력검출용 로드셀을 갖는 전동사출성형기 전반에 적용된다.

이하에서는 본 발명을 도 1의 제어계에 적용한 경우의 형태에 대해서 설명한다. 원점조정을 할 때에 작업자는 키보드 등의 입력장치(25)를 사용하여 로드셀(18)의 원점조정지령을 제어기(26)에 입력한다. 제어기(26)는 원점조정지령을 받으면 서보모터(11)를 제어하여 스크루(20)의 전진, 후퇴동작을 복수회 행한다. 제어기(26)는 로드셀(18)에서 얻어지는 전진시 및 후퇴시의 복수의 검출치의 평균치를 계산하고, 계산값을 로드셀(8)의 원점으로서 설정한다. 특히, 상기한 전진, 후퇴동작은 후퇴-전진의 순서가 되도록 설정된다. 또한, 스크루(20)의 이동량(통상 수mm)은 첫회가 가장 크고, 그 다음회부터 작게 되도록 설정된다. 이와 같은 설정은 입력장치(35)를 통하여 스크루(20)의 이동량을 부여하는 것에 의해 행한다.

도 2를 참조하여 스크루의 전진, 후퇴동작을 3회 행하는 경우에 대해 설명한다. 1회째의 스크루(20)의 후퇴량 B1과 전진량 F1이 가장 크고, 2회째의 스크루(20)의 후퇴량 B2와 전진량F2는 1회째보다 조금 작게 하고, 3회째의 스크루(20)의 후퇴량 B3과 전진량 F3은 2회째보다 조금 작게 되도록 설정된다.

제어기(26)는 위치검출기(27)로부터의 위치검출신호에 의해 스크루(20)의 이동량을 검출하면서, 상기 전진, 후퇴동작을 실행한다. 1회째에서는, 스크루(20)가 있는 위치 0으로부터 후퇴량 B1만큼 후퇴시킨다. 이 때 로드셀(18)로부터 압력검출치 PB1이 얻어지는 것으로 한다. 상기의 후퇴위치로부터 스크루(20)를 전진량 F1만큼 전진시킨다. 이 때 압력검출치 PF1이 얻어지는 것으로 한다.

2회째에서는, 상기의 전진위치로부터 스크루(20)를 후퇴량 B2만큼 후퇴시킨다. 그 때 압력검출치 PB2가 얻어지는 것으로 한다. 2회째의 후퇴위치로부터 스크루(20)를 전진량 F2만큼 전진시킨다. 이 때 압력검출치 PF2가 얻어지는 것으로 한다.

3회째에서는, 2회째의 전진위치로부터 스크루(20)를 후퇴량 B3만큼 후퇴시키고, 이 때 압력검출치 PB3가 얻어지는 것으로 한다. 3회째의 후퇴위치로부터 스크루(20)를 전진량 F3만큼 전진시키고, 이 때 압력검출치 PF3가 얻어지는 것으로 한다.

제어기(26)는 위와 같이 얻어진 압력검출치 PF1∼PF3, PB1∼PB3를 사용하여 다음의 계산을 하여 평균치 PM을 산출한다.

PM = {(PB1+PF1)/2 + (PB2+PF2)/2 + (PB3+PF3)/2}/3

제어기(26)는 평균치 PM을 원점으로 설정한다. 엄밀히 말하면, 제어기(26)는 이후의 제어에서는 평균치 PM을 오프셋값으로 사용한다. 예를 들어, 스크루(20)의 후퇴동작에서의 압력검출치 PB가 얻어진 때에는 PB-PM을 실제의 후퇴량으로 사용한다.

상기와 같이 원점조정을 복수회의 전진, 후퇴동작에 의해 행함에 의해 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 만약 최초의 전진, 후퇴동작시에 스크루(20)와 가열실린더(21)의 사이에 고화수지가 끼어있는 경우에는 원점으로 될 위치가 정확히 산출되지 않는다. 그러나, 이러한 이상상태가 다음의 전진, 후퇴동작에서도 계속될 가능성은 매우 적기 때문에, 최초의 평균치가 오차를 갖더라도 복수회의 평균처리에 의해 평균화된 값은 정확한 원점에 근접하게 된다. 특히, 복수회의 전진, 후퇴동작에서 전진량과 후퇴량을 점차 감소시키도록 하고 있기 때문에 만약 상기와 같은 이상상태가 있다 하더라도 이것은 최초의 전진, 후퇴동작에서 일어나는 것이며, 이후의 전진, 후퇴동작에서는 일어나지 않기 때문에 정확한 값에 가까운 원점이 산출된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 로드셀의 원점조정장치 및 방법에 의하면 스크루의 전진, 후퇴동작을 복수회 행해서 복수의 검출치의 평균을 내는 것으로써 정확한 원점위치를 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전동사출성형기의 개략적 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 로드셀 원점조정방법을 설명하기 위한 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 볼나사 13 : 너트

14 : 압력플레이트 15,16 : 가이드바

17 : 베어링 18 : 로드셀

20 : 스크루 21 : 가열실린더

Claims (11)

1. 서보모터구동에 의한 사출장치와, 스크루의 전방에 축적된 용융수지의 압력을 검출하기 위한 로드셀과, 상기 스크루의 위치를 검출하기 위한 위치검출기와, 상기 로드셀 및 위치검출기의 검출치에 대응하여 상기 서보모터를 제어를 행하는 제어기를 구비한 전동사출성형기에 있어서,

   상기 제어기는, 상기 로드셀의 원점조정지령을 받으면, 상기 서보모터를 제어하여 상기 스크루의 전진동작, 후퇴동작을 복수회 행하고, 상기 로드셀로부터 얻어지는 전진시 및 후퇴시의 복수의 검출치의 평균치를 산출함으로써, 상기 로드셀의 원점조정을 하는 것을 특징으로 하는 전동사출성형기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전진동작, 후퇴동작은, 후퇴, 전진의 순서로 행하는 것을 특징으로 하는 전동사출성형기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전진동작, 후퇴동작의 이동량은 첫번째가 가장 크고, 그 다음회부터 점차 감소시켜 가도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전동사출성형기.
4. 제1항에 있어서,

   첫번째의 전진동작, 후퇴동작은 제1이동량이고, 2회째의 전진동작, 후퇴동작은, 상기 제1이동량보다 작은 제2이동량이고, 3회째의 전진동작, 후퇴동작은, 상기 제2이동량보다 작은 제3이동량인 것을 특징으로 하는 전동사출성형기.
5. 제4항에 있어서,

   제1, 제2, 제3의 검출치가 상기 첫번째, 2회째, 3회째의 전진동작, 후퇴동작 동안에 얻어지고, 상기 평균치는 상기 제어기로부터 상기 제1, 제2, 제3의 검출치에 기하여 산출되는 것을 특징으로 하는 전동사출성형기.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 사출성형기에 있어서의 로드셀의 원점을 조정하기 위한 방법에 있어서,

    서보모터구동에 의한 사출장치를 구비한 사출성형기, 스크루 전방에 축적된 용융수지의 압력을 검출하기 위한 로드셀, 스크루위치를 검출하기 위한 위치검출기, 상기 로드셀 및 위치검출기의 검출치에 대응하여 상기 서보모터의 제어를 행하는 제어기를 준비하는 공정과,

    상기 스크루를 제1전진이동에 있어서 제1전진위치까지 전진시키는 공정과,

    상기 제1전진위치까지의 상기 제1전진이동에 있어서의 상기 로드셀로부터의 제1전진검출치를 얻는 공정과,

    상기 스크루를 제1후퇴이동에 있어서 제1후퇴위치까지 후퇴시키는 공정과,

    상기 제1후퇴위치까지의 상기 제1후퇴이동에 있어서의 상기 로드셀로부터의 제1후퇴검출치를 얻는 공정과,

    상기 전진공정, 검출공정, 후퇴공정, 검출공정을, 복수의 전진검출치 및 복수의 후퇴검출치가 얻어지도록 반복하는 공정과,

    상기 복수의 전진검출치 및 상기 복수의 후퇴검출치를 이용하여 상기 로드셀의 원점을 위한 평균치를 산출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기에서의 로드셀 원점조정방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 제1전진이동에서는 상기 스크루를 제1최대전진위치까지 전진시키고, 상기 제1후퇴이동에서는 상기 스크루를 제1최대후퇴위치까지 후퇴시키고, 상기 반복공정은 상기 스크루를, 상기 제1전진위치보다도 작은 제2전진위치까지 전진시키는 제2전진공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기에서의 로드셀 원점조정방법.