KR100648072B1 - 사출성형기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

사출성형기의 사출압력을 스크루(20)의 이동에 의해서 제어한다. 사출공정에 있어서 스크루(20)가 전진이동할 때에 발생하는 사출압력을 검출한다. 사출압력의 검출시점으로부터 미리 설정된 스크루의 감속도로 스크루를 정지시키는 경우의 상승사출압력(ΔP)을 예측한다. 예측한 상승사출압력(ΔP)과 미리 설정된 압력(P)을 비교하여, 비교결과에 근거하여 미리 설정된 감속도로 스크루(20)를 감속시킨다.

Description

사출성형기의 제어방법{Method of controlling injection molding machine}

본 발명은 사출성형기의 제어방법에 관한 것이며, 특히 스크루의 이동에 의해서 용융수지를 금형에 주입하는 사출성형기의 제어방법에 관한 것이다.

사출성형기에 있어서의 성형 사이클에 대하여 간단하게 설명한다.

⑴ 가소화/계량공정에 있어서는, 스크루 회전용 서보모터에 의해서 스크루가 회전된다. 스크루는 가열실린더 내에 배치되어 있다. 호퍼로부터 가열실린더 내의 스크루 후부(後部)에 수지가 공급된다. 스크루 후부에 공급된 수지는, 스크루의 회전에 의해서, 가열용융되면서 가열실린더의 선단부에 일정량 보내어진다. 이때, 가열실린더의 선단부에 저장되어 가는 용융수지의 압력(배압)을 받으면서 스크루는 후퇴한다.

스크루의 후단부에는 사출축이 직결되어 있다. 사출축은 베어링을 통하여 프레셔 플레이트에 회전 가능하게 지지되어 있다. 사출축은 프레셔 플레이트를 이동시키는 사출용 서보모터에 의해서 축방향으로 구동된다. 프레셔 플레이트는, 볼 나사를 통하여 사출용 서보모터에 의해서, 가이드 바를 따라서 전후진한다. 상술한 용융수지의 배압은, 후술하는 바와 같이, 로드셀에 의해서 검출하여, 피드백 제어 루프로 제어한다.

⑵ 다음으로, 충전공정에 있어서는, 사출용 서보모터의 구동에 의해서 프레셔 플레이트를 전진시켜서, 스크루 선단부를 피스톤으로 하여, 용융수지를 금형 내에 충전한다. 이때의 스크루 전부(前部)의 수지압력은 사출압력으로서 검출된다.

⑶ 충전공정의 종료시에는, 용융수지가 금형의 캐비티 내에 충만한다. 그때 스크루의 전진운동은, 속도제어로부터 압력제어로 절환된다. 이 절환은, V(속도) / P(압력)절환이라 불리우고 있고, 성형품의 품질을 좌우한다.

⑷ V/P절환 후, 금형의 캐비티 내의 수지는 설정된 압력 하에 점차 냉각된다. 이 단계는, 보압공정이라고 칭하여진다. 보압공정에 있어서는, 사출압력은 상술한 배압제어와 마찬가지로 피드백 제어 루프로 제어된다.

사출장치에 있어서는, ⑷의 보압공정 이후, ⑴의 가소화/계량공정으로 되돌아가 다음 성형 사이클로 들어간다. 한편, 형체장치에 있어서는 ⑴의 가소화/계량공정의 후, 금형으로부터 냉각고화한 제품을 이젝트하기 위한 이젝트동작을 행한다. 이젝트동작에 있어서는, 금형을 열어 이젝터기구에 의해서 냉각고화한 제품을 배출한 후, 금형을 닫고 ⑵의 충전공정에 들어간다.

다음으로, 도 1을 참조하면서, 서보모터 구동에 의한 사출장치를 구비한 전동식 사출성형기 중, 특히 사출장치 측의 부분에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서, 사출용 서보모터(11)의 회전은 볼 나사(12)에 전달된다. 볼 나사(12)의 회전에 의해서 전후진하는 너트(13)는 프레셔 플레이트(14)에 고정되어 있다. 프레셔 플레이트(14)는, 베이스 프레임(미도시)에 고정된 가이드 바(15, 16)를 따라서 이동 가능하다. 프레셔 플레이트(14)의 전후진운동은, 베어링(17), 로드셀(18), 사출축(19) 을 통하여 스크루(20)에 전달된다. 스크루(20)는, 가열실린더(21) 내에 회전가능하게, 게다가 축방향으로 이동가능하게 배치되어 있다. 스크루(20)의 후부에 대응하는 가열실린더(21)에는, 수지공급용 호퍼(22)가 설치되어 있다. 사출축(19)에는, 벨트나 풀리 등의 연결부재(23)를 통하여 스크루 회전용 서보모터(24)의의 회전운동이 전달된다. 즉, 스크루 회전용 서보모터(24)에 의해서 사출축(19)이 회전구동됨으로써, 스크루(20)가 회전한다.

가소화/계량공정에 있어서는, 가열실린더(21) 속을 스크루(20)가 회전하면서 후퇴함으로써, 스크루(20)의 전부(前部), 즉 가열실린더(21)의 노즐(21-1)측에 용융수지가 저장된다. 충전공정에 있어서는, 스크루(20)의 전방에 저장된 용융수지를 금형 내에 충전하고, 가압함으로써 성형이 행하여진다. 이때, 수지를 미는 힘이 로드셀(18)에 의해서 반력으로서 검출된다. 즉, 스크루 전부(前部)에 있어서의 수지압력이 검출된다. 검출된 압력은, 로드셀 증폭기(25)에 의해서 증폭되어 컨트롤러(26)에 입력된다.

프레셔 플레이트(14)에는, 스크루(20)의 이동량을 검출하기 위한 위치검출기(27)가 장착되어 있다. 위치검출기(27)의 검출신호는 증폭기(28)에 의해서 증폭되어 컨트롤러(26)에 입력된다. 이 검출신호는, 스크루(20)의 이동속도를 검출하기 위해서도 사용된다.

컨트롤러(26)는, 입력장치(35)를 통하여 오퍼레이터에 의해서 미리 설정된 각종 설정치에 따라서 앞에서 서술한 복수의 각 공정에 따른 전류(토크)지령을 서보 증폭기(29, 30)에 출력한다. 서보 증폭기(29)에서는 서보모터(11)의 구동전류를 제어하여 서보모터(11)의 출력토크를 제어한다. 서보 증폭기(30)에서는 서보모터(24)의 구동전류를 제어하여 서보모터(24)의 회전수를 제어한다. 서보모터(11, 24)에는 각각, 회전수를 검출하기 위한 인코더(31, 32)가 구비되어 있다. 인코더(31, 32)에서 검출된 회전수는 각각 컨트롤러(26)에 입력된다.

다만, 도 1에 나타낸 성형기의 구성은 어디까지나 사출성형기의 개략을 설명하기 위한 편의상의 것이고, 사출성형기의 일례에 지나지 않는다.

상술한 바와 같이, 사출성형기에서는, 수지를 가열용융시키면서 계량하고, 그것을 금형 내에 밀어냄으로써 제품을 성형한다. 여기서, 금형 내로 수지를 밀어낼 때에 발생하는 압력을 원하는 압력으로 제어하는 것이, 제품의 좋고나쁨을 결정하는 매우 중요한 요인이 된다.

스크루(20)의 전부(前部)에 계량된 용융수지는, 스크루(20)가 전진함으로써 금형 내로 밀어내어진다. 이때, 스크루(20)의 전부(前部)에 발생하는 압력의 제어방식에는, 주로 이하의 2개의 방식이 알려져 있다.

제1 방식은 압력절환 제어방식이며, 도 1의 사출성형기에 적용한 경우에 대하여 설명한다.

도 2(a)를 참조하면, 압력절환 제어방식에서는, 사출공정에 있어서 처음은 미리 결정된 속도(V1)로 스크루(20)를 전진시킨다. 이때, 컨트롤러(26)는 로드셀(18), 로드셀 증폭기(25)를 통하여 스크루(20)에 작용하고 있는 압력의 검출신호를 받고, 검출압력이 미리 설정된 설정압력(P1)에 도달하면, 스크루(20)를 정지시킴과 함께 검출압력이 설정압력(P1)을 유지하도록 하는 압력제어로 절환한다. 즉, 속도 제어에 의해서 스크루(20)를 전진시키고 있을 때에, 검출압력이 설정압력(P1)에 도달하면, 컨트롤러(26)는 V/P절환을 행하기 위하여 스크루(20)를 정지시킨다.

그러나, 검출압력이 설정압력(P1)에 도달한 다음에 스크루(20)를 정지시키는 것에서는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 그 감속 중에 사출압력이 상승하여 버리는 현상이 일어난다(사출압력의 오버슈트).

이 현상은 스크루(20)의 전진속도가 빨라지면 빨라질수록, 감속을 개시한 후 정지에 이르기까지의 시간이 연장되므로, 그만큼 상승하여 버리는 압력도 커진다. 이 오버슈트가 커지면, 금형 내의 수지는 과충전상태가 되어, 성형품에 버(burr)가 발생하게 된다.

다음으로, 제2 방식의 위치절환 제어방식에 대하여 설명한다.

위치절환 제어방식에서는, V/P절환을 행하는 타이밍을 규정하는 스크루위치가 미리 설정된다. 이로써, 사출공정에 있어서 처음 스크루(20)는 미리 결정된 속도로 전진된다. 컨트롤러(26)는, 위치검출기(27), 증폭기(28)를 통하여 얻어지는 스크루위치의 검출신호를 받고, 스크루(20)가 미리 설정된 위치에 도달하면 압력제어로 절환한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평06-170909호 공보(도 1, 제4쪽)

그러나, 위치결정 제어방식에 의해서도, 결국, 스크루(20)가 감속을 개시하고 나서 정지할 때까지의 시간은 사출압력이 상승하여 버리므로, 제어하고자 하는 압력에 도착할 때까지 의도하지 않은 압력상승이 일어나, 그것이 제품에 악영향을 미친다.

본 발명의 총괄적인 목적은, 상술한 과제를 해결한 개량된 유용한 사출성형기의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 목적은, 용융수지를 금형 내에 밀어넣을 때의 최고압력을 제어할 수 있는 사출성형기의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 용융수지를 금형 내에 밀어넣을 때의 사출압력을 간이하게 모델화한 연산식에 근거하여 예측하여, 사출시의 최고압력을 제어할 수 있는 사출성형기의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 조건에 따라 복잡하게 변화하여 버리는 상승 사출압력의 예측을 적절하게 행할 수 있는 사출성형기의 제어방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 스크루의 이동에 의해서 사출압력을 제어하는 사출성형기의 제어방법으로서, 사출공정에 있어서 스크루가 전진이동할 때에 발생하는 사출압력을 검출하고, 사출압력의 검출시점으로부터 미리 설정된 스크루의 감(減)속도로 스크루를 정지시키는 경우의 상승사출압력(ΔP)을 예측하고, 예측한 상승사출압력(ΔP)과 미리 설정된 압력(P)을 비교하여, 비교결과에 근거하여 미리 설정된 감속도로 스크루를 감속시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법이 제공된다.

상술한 제어방법에 있어서, 상승사출압력(ΔP)의 예측을, ΔP = dPㆍ(V0/k)(단, dP는 단위시간에서의 사출압력변화, V0는 스크루의 전진속도, k는 계수)로 표현되는 연산식에 근거하여 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 제어방법에 있어서, 적어도 1숏(shot)의 성형에 의해서 얻어진 각종 실적치를 상기 연산식에 적용시킴으로써, 상기 연산식에 있어서의 상수부분인 계수(k)를 이상적인 계수(k_model)로서 역산(逆算)하고, 이후의 성형에 있어서 이상적인 계수(k_model)을 반영시켜서 성형을 행하는 것으로 하여도 좋다.

더욱이, 상술한 제어방법에 있어서, 계수(k)의 역산에 있어서 상승사출압력(ΔP)으로서 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 압력을 이용하여, 예측후 상승압력은, 1숏의 성형에 있어서 얻어진 최대사출압력(P_max)으로부터, 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 값이 상기 최대사출압력과 일치하지 않는다고 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)을 감산한 값(P_max - P_fb1)으로 주어지고, 예측지연압력은, 불일치가 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)에, 그 시점에서 예측된 상승사출압력(ΔP)을 가산하고, 이 가산치로부터 설정압력(P_ref)을 감산한 값(P_fb1 ＋ ΔP － P_ref)으로 주어지는 것으로 하여도 좋다. 더욱이, 미리 설정된 압력(P)을 넘었다고 판정했을 때의 검출압력을 이용하여, 계수(k)를 구하는 것으로 하여도 좋다.

또한, 상술한 제어방법에 있어서, 실제 성형을 행하고, 조작자가 성형품을 양부(良否)이다라고 판단했을 때의 계수(k)의 값을 이상적인 계수(K_model)로서 이용하는 것으로 하여도 좋다. 더욱이, 상술한 제어방법에 있어서, 계수(k)는 2ㆍdV(단, dV는 상기 미리 설정된 감(減)속도)인 것으로 하여도 좋다.

또한, 상술한 제어방법에 있어서, 적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치로부터 구해지는 계수(k)를 이용하여 미리 설정된 감속도를 보정하는 것으로 하여도 좋다. 혹은, 적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치로부터 구해지는 계수(k)를 이용하여 감속개시의 시점을 보정하는 것으로 하여도 좋다.

또한, 상술한 제어방법에 있어서, 계수(k)의 역산에 있어서 상기 상승사출압력(ΔP)으로서 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 압력을 이용하여, 예측후 상승압력은, 1숏의 성형에 있어서 얻어진 최대사출압력(P_max)으로부터, 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 값이 상기 최대사출압력과 일치하지 않다고 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)을 감산한 값(P_max － P_fb1)으로 주어지고, 예측지연압력은, 불일치가 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)에, 그 시점에서 예측된 상승사출압력(ΔP)을 가산하고, 이 가산치로부터 설정압력(P_ref)을 감산한 값(P_fb1 ＋ ΔP － P_ref)으로 주어지는 것으로 하여도 좋다.

더욱이, 상술한 제어방법에 있어서, 시험성형을 복수 숏 행하고, 이로써 얻어지는 복수의 계수(k)의 역산치의 평균치를 계수(k_model)로서 이용하는 것으로 하여도 좋다. 이 제어방법에 있어서, 복수 숏의 시험성형을, 전회(前回)의 숏으로 얻어진 계수(k)의 역산치를 반영시키면서 행하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 실제성형에 진입한 다음에도 복수 숏과 동일 복수 숏 만큼의 복수의 계수(k)의 역산치의 이동평균치를 상기 계수(k_model)로서 산출하는 것으로 하여도 좋다.

또한, 상술한 제어방법에 있어서, 상승사출압력(ΔP)의 예측 및 판정을 임의의 시간간격으로 반복하는 것으로 하여도 좋다.

본 발명에 의한 제어방법에 있어서, 적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치를 이용하여 미리 설정된 감속도를 보정하는 것으로 하여도 좋다. 혹은, 적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치를 이용하여 감속개시의 시점을 보정하는 것으로 하여도 좋다. 더욱이, 적어도 1숏의 성형으로 검출된 최대사출압력과 상기 미리 설정된 압력(P)과의 편차를 구하여, 이 구해진 편차를 이용하여 미리 설정된 압력(P)을 보정하는 것으로 하여도 좋다.

상술한 본 발명에 의하면, 용융수지를 금형 내에 밀어넣을 때의 최고압력을 압력의 오버슈트를 억제한 상태에서 설정압력에 가까워지도록 제어할 수 있어서, 과충전에 의한 버(burr)의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 스크루를 일단 정지시키므로, 그 후의 압력제어(보압공정)의 거동을 안정화할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 연산식에 있어서의 상수부분인 계수가 이상적인 값에 가까워지도록 수정함으로써, 상승사출압력의 예측을 적확하게 행할 수 있다.

도 1은, 종래의 전동식 사출성형기의 사출장치측 부분의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2(a)는, 사출공정에 있어서의 스크루의 속도 - 시간특성을 나타낸 그래프이다.

도 2(b)는, 사출공정에 있어서의 사출압력의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3(a)는, 본 발명의 제1실시예에 의한 제어방법에 의해서 제어한 스크루속도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3(b)는, 본 발명의 제1실시예에 의한 제어방법에 의해서 제어한 사출압력의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는, 본 발명의 제1실시예에 의한 제어방법을 행하기 위해서 컨트롤러가 행하는 처리의 플로차트이다.

도 5(a)는, 감속개시 시각이 되어도 예측사출압력이 설정압력에 도달하지 않는 경우에 설정되는 스크루속도를 나타낸 그래프이다.

도 5(b)는, 감속개시 시각이 되어도 예측사출압력이 설정압력에 도달하지 않는 경우를 나타낸 그래프이다.

도 6(a)는, 본 발명의 제2실시예에 의한 제어방법에 의해서 제어한 스크루속도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6(b)는, 본 발명의 제2실시예에 의한 제어방법에 의해서 제어한 사출압력의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 7은, 링 버퍼를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은, 본 발명의 제3실시예에 의한 제어방법에 있어서의 감(減)속도의 변경처리의 플로차트이다.

도 9(a)는, 감속도의 변경을 나타낸 그래프이다.

도 9(b)는, 검출한 최대압력이 설정압력에 도달하지 않은 경우의 사출압력의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은, 본 발명의 제4실시예에 의한 제어방법에 있어서의 설정압력의 보정처리의 플로차트이다.

도 11(a)는, 검출한 최대압력이 설정압력을 넘은 경우의 사출압력의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 11(b)는, 설정압력의 보정을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 본 발명의 제1실시예에 의한 사출성형기의 제어방법에 대하여, 도 3(a), 도 3(b)를 참조하면서 설명한다. 이하의 설명은, 본 실시예에 의한 제어방법이 도 1에 나타낸 사출성형기에 적용된 경우를 상정하고 있지만, 본 실시예에 의한 제어방법은 도 1에 나타낸 전동식 사출성형기에 한정되지 않고, 다른 다양한 성형기에 적용 가능하다.

본 실시예에 의한 제어방법에 있어서, 스크루(20)가 전진하고 있는 동안에, 현시점에서 스크루(20)가 미리 설정된 감(減)속도로 감속을 개시하여 정지하면, 수지압력(즉, 사출압력)은 어느 만큼 상승할지를 예측한다. 그리고, 검출된 사출압력에 예측한 사출압력을 가산한 값이, 미리 설정된 설정압력을 넘는다고 판정되었을 때에 스크루(20)의 작동을 정지한다.

도 3(a), 도 3(b)는 본 실시예에 의한 제어방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3(a)는 스크루속도 - 시간특성을 나타낸 그래프이고, 도 3(b)는 사출압력 - 시간특성을 나타낸 그래프이다. 도 3(a)에 있어서, 변수(P_fb)는 로드셀(18)에서 검출되는 검출압력, 변수(ΔP)는 예측상승압력, 변수(dP/dt)는 사출압력의 미분치를 나타낸다. 또한, 도 3(b)에 있어서, 변수(V0)는 스크루(20)의 전진속도, 변수(a)는 스크루(20)의 정지처리중 가속도(즉, 감속도), 변수(ΔS)는 스크루(20)가 감속을 개시한 다음 정지할 때까지 걸리는 속도면적(도 3(a)에 나타낸 사선부분의 면적 = 스크루(20)의 이동거리)을 나타낸다.

예측상승압력, 즉 압력변화(ΔP)는 속도면적(ΔS)과 상관이 있다. 그 관계는 상수(k)를 이용하여, ΔP = αㆍΔS로 나타낼 수 있다.

속도면적(ΔS)은, ΔS = V0ㆍ(V0 / a) / 2 = V0² / 2a로 나타낼 수 있으므로, 예측상승압력(ΔP)은 이하의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 수학식 1의 예측상승압력(ΔP)을 얻기 위한 복수의 요소 중, 요소(dP)는 단위시간에서의 압력변화이고, 검출압력(P_fb)을 이용하여 산출할 수 있다. 요소(V0)는 스크루(20)의 전진속도로서 검출할 수 있다. 요소(dV)는 단위시간당 스 크루(20)의 속도변화이고, 감속도(a)로서 미리 설정된다.

컨트롤러(26)는, 상기 각 요소를 이용하여 수학식 1의 연산을 행한다. 특히, 컨트롤러(26)는, 스크루(20)의 전진 중에 미소시간(즉, 제어 샘플링시간)간격으로 상기 연산을 행하여 예측상승압력(ΔP)을 산출한다.

상기 연산을 행하기 위한 컨트롤러(26)의 1숏에 있어서의 제어동작에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 컨트롤러(26)의 1숏에 있어서의 제어동작의 플로차트이다.

도 4를 참조하면, 우선, 스텝(S1)의 사출공정에 있어서, 컨트롤러(26)는, 미리 결정된 속도에 의하여 스크루(20)를 전진시킨다. 이로써 수지충전이 개시된다. 다음으로, 스텝(S2)에 있어서, 컨트롤러(26)는, 샘플링시간 간격으로 검출되는 압력검출치를 이용하여, 수학식 1에 근거하여 예측상승압력(ΔP)을 산출한다.

그리고, 스텝(S3)에 있어서, 컨트롤러(26)는, 예측을 행하는 시점에서의 검출압력(P_fb)과 산출한 예측상승압력(ΔP)의 합(P_fb ＋ ΔP)이 미리 설정된 설정압력(P1)을 넘는지 여부를 판정한다. (P_fb ＋ ΔP)가 설정압력(P1)을 넘는다고 판정된 경우에는, 처리는 스텝(S4)으로 진행하고, 컨트롤러(26)는, 미리 설정된 감속도(a)에 의해서 스크루(20)를 감속시켜서 정지시킨다. 한편, (P_fb ＋ ΔP)가 설정압력(P1)을 넘지 않는다고 판정된 경우는, 처리는 스텝(S2)으로 되돌아간다.

다만. 상술한 스텝(S1) 내지 스텝(S3)의 처리는, 미소시간(제어 샘플링시간) 간격으로 반복하여 행하여진다. 또한, 스텝(S3)에 있어서 (P_fb ＋ ΔP)가 설정압력 (P1)을 넘지 않는다고 판정된 경우, 즉, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 스크루의 감속을 개시하는 시각(T1)이 되어도 (P_fb ＋ ΔP)가 설정압력(P1)에 도달하지 않는다고 판정된 경우에는, 도달할 때까지 스텝(S3)과 스텝(S2)을 반복하고, 그 후 (P_fb ＋ ΔP)가 설정압력(P1)에 도달하면 감속이 개시된다. 이 경우, 결과로서, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 감속개시 시각(T1)을 지연시키는 제어가 행하여진다.

이상의 제어동작에 의해서, 본 실시예에 의하면, 용융수지를 금형 내에 밀어넣을 때의 최고압력을 미리 설정된 설정압력(P1)으로 제어할 수 있다.

이상, 본 실시예에 의한 제어방법을 도 1에 나타낸 구성의 사출성형기에 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 실시예에 의한 제어방법은 도 1에 나타낸 사출성형기에 한정되지 않는 것은 상술한 바이다. 예컨대, 검출압력(P_fb)은, 가열실린더의 헤드측에 수지압력센서가 설치되는 경우에는 이 검출치를 이용하여도 좋다. 또한, 스크루의 속도는 사출용 서보모터에 설치된 인코더의 검출신호를 이용하여 산출하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 본 실시예에 의한 제어방법은, 전동식 사출성형기에 한정되지 않고, 유압식 사출성형기에도 적용가능하다. 이 경우, 사출압력은, 예컨대 사출실린더의 유압센서에 의해서 검출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 제어방법에 의하면, 용융수지를 금형 내에 밀어넣을 때의 최고압력을 압력의 오버슈트를 억제한 상태에서 설정압력에 가까워지도록 제어할 수 있어서, 과충전에 의한 버의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 스크루의 속도를 일단 0으로 하는, 즉 스크루를 일단 정지시키므로, 그 후의 압력제어(보압공정)의 거동을 안정화할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2실시예에 의한 성형기의 제어방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 의한 제어방법에서는, 용융수지를 금형에 밀어넣을 때에 발생하는 사출압력, 특히 최고압력을 제어할 수 있도록 하기 위해서, 스크루를 미리 설정한 감속도로 정지시킨다. 이 경우에, 감속개시로부터 정지까지의 사출압력의 상승치를 예측상승압력으로서 예측하고, 예측한 예측상승압력과 현재의 사출압력의 합이, 미리 설정된 압력을 초과하는지를 판정한다. 그리고, 초과한다고 판정된 시점에서, 미리 설정된 스크루의 감속도로 스크루를 감속시키고, 스크루속도제어에 의해서 압력제어를 행한다.

이것은, 이하의 이유에 의한다. 즉, 사출속도가 고속이 되면 리얼타임의 압력검출에 의한 압력 피드백 제어가 곤란해진다. 이것은 압력 피드백 제어의 응답성이 저하하기 때문이다. 그래서, 압력 피드백 제어가 아닌, 속도 피드백 제어를 채용하는 것이 바람직하다. 이것은, 속도 피드백 제어에 의하면 고(高)응답성으로 스크루속도를 제어할 수 있기 때문이다.

특히, 예측상승압력의 예측에는 모델화한 연산식이 이용된다. 이 연산식에는 스크루속도와 사출압력을 연결하기 위한 상수부분인 계수가 존재한다. 본 실시예에서는 이 계수를 이상적인 수치로 수정한다.

본 실시예에 의한 제어방법은, 도 1에 나타낸 사출성형기에 적용 가능하고, 본 실시예에서는 도 1의 구성의 사출성형기에 적용한 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명은 도 1에 나타낸 사출성형기에 한정되는 것이 아니다.

V/P절환에 있어서 미리 설정한 감속도로 스크루를 정지시키는 경우의 예측상승압력(ΔP)은, 이하의 수학식 2에 의해서 모델화할 수 있다.

ΔP = dPㆍ(V0 / 2dV)

수학식 2에 있어서, dP는 단위시간에서의 사출압력변화이고, 이것은 사출압력의 검출치를 이용함으로써 실현할 수 있다. V0는 스크루의 전진속도로 이것도 스크루속도의 검출치를 이용한다. dV는 단위시간에서의 속도변화로서 미리 설정되는 감속도이고, 임의로 설정할 수 있다. 도 1에서 말하자면, 사출압력의 검출치에는 로드셀(18)의 검출치를, 스크루속도의 검출치에는 위치검출기(27)의 검출치 혹은 인코더(31)의 검출치를 각각 이용할 수 있다. 또한, 미리 설정되는 감속도는 입력장치(35)에 의해서 설정되는 것이고, 이하에서 서술되는 각종 설정치도 또한 입력장치(35)에 의해서 설정되는 것이다. 그리고, 컨트롤러(26)가 이들의 값을 이용하여 이하의 처리를 행한다.

단, 수학식 2에서는 dP = kㆍV0 dt 로서, 사출압력과 스크루속도의 결합을 계수(k)에 의해서 행하고 있기 때문에, 파라미터, 즉 미리 설정된 감속도인 2dV와 같이 하여, ΔP를 수학식 3으로 나타낸 것으로 한다.

ΔP = dPㆍ(V0 / k)

컨트롤러(26)는, 사출공정에 있어서 소정 샘플링 주기로 상기의 연산을 반복 하여 행하고, 연산마다 연산결과를 이용하여 후술하는 판정을 행한다.

상기 모델대로 행하면, k = 2dV로 간주하여 수학식 2를 모델화한 연산식으로서 이용하는 것에 문제는 없지만, 실제로는 성형되는 수지의 점탄성(粘彈性)이나 기계의 슬라이딩 저항 등이 관계하여, 모델대로 되는 경우는 적고, 압력의 구배(勾配)는 통상 일정하게 되지 않는다.

그래서, 본 실시예에서는, 실제로 시험성형을 적어도 1숏 행하고, 계량한 수지를 금형에 밀어넣었을 때에 얻어지는 각종 실적치를 이용하여, 컨트롤러(26)에 있어서 계수(k)로서 이상적인 계수(k_model)를 산출하고, 이 계수(k_model)를 수학식 3의 계수(k)와 치환(置換)하여 사용한다.

상기 시험성형에 의해서, 실제로 계량한 수지를 금형 내에 밀어넣었을 때에 발생하는 각종 실적치와, 예측상승압력을 예측하는 모델과는, 도 6(a), 도 6(b)에 나타낸 바와 같은 관계가 된다. 도 6(b)에 있어서, 굵은 실선으로 나타낸 파형은 사출압력의 실적치, 즉 검출압력(P_fb)을 나타낸 파형이다.

1. 초과예측시 검출압력(P_fb1): 예측상승압력(ΔP)을 산출하고, 얻어진 예측상승압력(ΔP)과, 이 예측시에 얻어진 검출압력(P_fb)을 가산한 압력(P_fb ＋ΔP)이 미리 설정된 설정압력(P_ref)을 넘고 있다고 판단했을 때의 검출압력이다.

2. 예측상승압력(ΔP): 수학식 3에 근거하여 산출된다.

3. 예측최대압력(P_fb ＋ΔP): 수학식 3에 근거하는 산출은, 각 숏마다 반드 시 압력구배가 일정하게 되지는 않으므로, (P_fb ＋ΔP)가 설정압력(P_ref)과 일치하였는지 여부를 판별하는 것은 어렵다. 실제로 얻어지는 값은 다음의 압력오차를 고려한 값이 되지 않을 수 없다.

4. 압력오차(P_fb1 ＋ ΔP － P_ref): 예측최대압력이, 설정압력(P_ref)으로부터 어느 정도 벗어나 있는가를 나타낸다.

5. 최대압력(P_max): 상술한 바와 같이 모델대로 되지 않음으로써 상승하여 버리는 경우의 최고압력이다.

6. 설정압력(P_ref)

7. 예측후 상승압력(P_max － P_fb1)

상술한 상관을 이용하여, 컨트롤러(26)는, 1숏 성형시의 각종 실적치를 이용하여, 이하의 수학식 4로부터 이상적인 계수(k_model)를 역산(逆算)한다. 또한, 이때의 예측후 상승압력에는 샘플링에 의한 지연분량 등에 의한 오차를 흡수하므로, 압력오차를 추가한다.

이하에, 작용에 대하여 설명한다.

수학식 3에 있어서, 적당한 계수(k)를 설정한 후에 1숏만큼 시험성형을 행한다. 다만, 계수(k)는, 수학식 2의 모델에 근거하여 k = 2dV 를 설정하여도 좋다.

이 설정에 의한 1숏 성형으로 얻어지는 각종 실적치(dP, V0, P_max, ΔP) 및 설정압력(P_ref)으로부터, 수학식 4에 근거하여 이상적인 계수(k_model)를 산출한다. 산출 후, 이것을 다음회 이후의 실제성형 숏 시(時)의 계수에 반영시킨다.

반영 방법으로서는, 이하의 1 내지 3의 방법을 적용할 수 있다.

1. 얻어진 계수를 바로 다음회 숏 시에 사용한다.

2. 수 숏분량의 시험성형, 혹은 전회(前回) 숏으로 얻어진 계수를 반영시키면서 수 숏분량의 성형을 행하고, 각각에서 얻어진 계수의 평균치를 이용한다(단, 성형조건(설정)이 바뀐 경우에는 제외한다). 이 방법은, 실제성형에 들어간 다음에도 계속하여 이용하는 것으로 하여도 좋다.

3. 전회 숏으로 얻어진 계수를 반영시키면서 수 숏분량의 성형을 행하고, 각각에서 얻어진 계수를 축차(逐次) 링 버퍼에 격납한다. 이후, 실제성형에 있어서도 이동평균치를 계속 산출하여 이것을 실계수로서 이용한다.

링 버퍼라고 하는 것은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 임의의 복수의 변수를 격납할 수 있는 복수의 영역을 가지는 메모리를 준비하여, 그 메모리의 각 영역에 차례로 산출된 계수(k_model)를 격납하고, 가득 차면 또한 최초의 영역에 가장 새로운 계수를 넣는 것이다. 이것을 반복함과 동시에, 하나의 계수가 새롭게 격납될 때마다 복수의 영역 전체에 격납된 계수의 평균치를 구한다. 즉, 도 7에 나타낸 예에서는, 끊임없이 최신 6개 분량의 계수의 평균치를 산출하고, 그것을 다음회 숏에 이용하는 방법이다.

모델과 실적의 괴리(乖離)는 자주 일어나는 것으로, 그것에 대하여 더욱 모델을 추구하는 것에는 어느 정도의 한계가 있다. 하물며, 플라스틱 수지와 같이 점탄성(粘彈性)을 가진 유체에서는, 그 모델화가 매우 어렵다. 단, 한정된 조건 하에서는 확실히 이상적인 계수(k_model)가 존재하므로, 본 발명과 같이 이것을 역산함으로써 다종다양(多種多樣)한 상태로 대응할 수 있도록 된다.

본 실시예에 의한 제어방법에 있어서는, 사출공정에 있어서 스크루가 전진할 때에 발생하는 사출압력(P_fb)을 검출하고, 그 검출시점으로부터 미리 설정된 스크루의 감속도로 스크루를 정지시키는 경우의 상승사출압력(ΔP)을 예측한다. 그리고, 예측한 상승사출압력(ΔP)과 현재의 사출압력(P_fb)의 합이, 미리 설정된 압력(P_ref) 을 초과하는지를 판정하고, 초과한다고 판정된 시점에서, 미리 설정된 스크루의 감속도로 스크루를 감속시킴으로써, 스크루속도 제어에 의해서 압력제어를 행한다. 스크루속도 제어에 의해서 압력제어를 실현하는 구간은, 도 6(a)에 있어서 스크루속도(V0)가 감소하기 시작한 다음 실제의 압력제어로 절환되기까지의 동안에 상당한다.

그 결과, 사출압력의 최고압력을, 도 6(b)와 같이 설정압력(P_ref)을 크게 초과해버리지 않고, 설정압력(Pref)에 가까워지도록 제어할 수 있다.

이상, 본 실시예에 의한 제어방법을 도 1에 나타낸 구성의 사출성형기에 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 실시예에 의한 제어방법은 도 1에 나타낸 사출성형기에 한정되지 않는 것은 상술한 바이다. 예컨대, 검출압력(P_fb)은, 가열실린더의 헤드측에 수지압력센서가 설치되는 경우에는 이 검출치를 이용하여도 좋다. 또한, 스크루의 속도는 사출용 서보모터에 설치된 인코더의 검출신호를 이용하여 산출하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 본 실시예에 의한 제어방법은, 전동식의 사출성형기에 한정되지 않고, 유압식의 사출성형기에도 적용 가능하다. 이 경우, 사출압력은, 예컨대 사출실린더의 유압센서에 의해서 검출된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 용융수지를 금형 내에 밀어넣을 때의 사출압력을 모델화한 연산식에 근거하여 예측함으로써 사출압력의 최고압력을 설정압력에 가까워지도록 제어할 수 있어서, 과충전에 의한 버의 발생을 방지할 수 있다. 이에 더하여, 상기 연산식에 있어서의 상수 부분인 계수를 이상적인 값에 가 까워지도록 수정 가능하게 함으로써 상승사출압력의 예측을 적절하게 행할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3실시예에 의한 제어방법에 대하여 설명한다.

본 실시예에 의한 제어방법에서는, 스크루의 감속개시시점 이후의 스크루의 감속도(dV 또는 k)를 변화시킨다. 도 8은 본 발명에 의한 제어방법에 있어서 스크루의 감속도를 변화시키는 처리의 플로차트이다.

도 8에 있어서, 우선 스텝(S11)에 있어서 실제로 성형기를 작동시켜서 최초의 숏(1회째의 숏)을 행한다. 다음으로, 스텝(S12)에 있어서 사출수지의 예측상승압력(ΔP)과 계수(k)에 의해서 감속개시시점(T1)을 산출한다. 이어서, 스텝(S13)에 있어서, 2회째의 숏을 행한다. 그리고, 스텝(S14)에 있어서, 2회째의 숏에 있어서 감속개시시점(T1)에서의 P_fb ＋ ΔP가 설정압력(P1)을 넘었는지 여부를 판정한다.

스텝(S14)에 있어서는, 도 9(b)에 나타낸 바와 같이, 감속개시시점(T1)에 있어서 P_fb ＋ ΔP로 구하는 설정압력(P1)을 최대압력(P_max)이 넘지 않는다고 판정된 경우는, 처리는 스텝(S15)으로 진행한다. 스텝(S15)에서는, 스크루의 감속도(dV)(또는 k)를 감소시켜서 스크루를 감속한다. 즉, 도 9(a)의 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이, 감속도의 구배를 완만한 구배로 설정하여 스크루를 감속한다. 이로써, 스크루의 감속개시시점(T1) 이후의 수지압력의 상승이 커져서, 실제의 수지의 최대압력을 목표의 설정압력에 가까이 할 수 있다.

한편, 스텝(S14)에 있어서, 감속개시시점(T1)에 있어서 P_fb ＋ ΔP로 구하는 설정압력(P1)을 최대압력(P_max)이 넘었다고 판정된 경우는, 처리는 스텝(S16)으로 진행한다. 스텝(S16)에서는, 스크루의 감속도(dV)(또는 k)를 증대시켜서 스크루를 감속한다. 즉, 도 9(a)의 가는 점선으로 나타낸 바와 같이, 감속도의 구배를 보다 급한 구배로 설정하여 스크루를 감속한다. 이로써, 스크루의 감속개시시점(T1) 이후의 수지압력의 상승이 적어져서, 실제의 수지의 최대압력을 목표의 설정압력에 가깝게 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제4실시예에 의한 제어방법에 대하여 설명한다.

본 실시예에 의한 제어방법에서는, 검출된 수지의 최대압력(P_max)과 설정압력을 비교하여, 설정압력(P1)을 보정함으로써, 수지의 최대압력(P_max)을 제어하여 목표의 설정압력(P1)에 가깝게 한다. 도 10은 본 발명에 의한 제어방법에 있어서 설정압력(P1)을 보정하는 처리의 플로차트이다.

도 10에 있어서, 우선 스텝(S21)에 있어서 실제로 성형기를 작동시켜서 최초의 숏(1회째의 숏)을 행한다. 다음으로, 스텝(S22)에 있어서 사출수지의 예측상승압력(ΔP)과 계수(k)를 산출한다. 이어서, 스텝(S23)에 있어서, 2회째의 숏을 행하고, 실제의 수지의 최대압력(P_max)을 검출한다. 그리고, 스텝(S24)에 있어서, 2회째의 숏에 있어서 최대압력(P_max)이 설정압력(P1)(즉 예측최대압력(P_fb ＋ ΔP))을 넘었는지 여부가 판정된다.

스텝(S24)에 있어서, 도 11(a)에 나타낸 바와 같이, 2회째의 숏에 있어서 실 제로 검출한 최대압력(P_max)이 설정압력(P1)을 넘었다고 판정된 경우에는, 처리는 스텝(S25)으로 진행한다. 스텝(S25)에서는, 설정압력(P1)의 값을 ΔP의 오차(ΔPE)만큼 감소시키는 처리를 행한다. 즉, 실제로 검출한 최대압력(P_max)이 예측최대압력(P_fb ＋ ΔP)을 초과한 분량만큼 ΔP의 값을 감소시켜서, 설정압력(P2)으로 한다. 이로써, ΔPE만큼 보정한 이후의 숏에 있어서의 스크루의 감속개시시점(T1) 이후의 수지압력의 상승이 적어져서, 실제의 수지의 최대압력을 목표의 설정압력에 가깝게 할 수 있다.

한편, 스텝(S24)에 있어서, 실제로 검출한 최대압력(P_max)이 설정압력(P1)을 넘지 않는다고 판정된 경우는, 처리는 스텝(S26)으로 진행한다. 스텝(S26)에서는, 설정압력(P1)의 값을 ΔP의 오차(ΔPE)만큼 증대시키는 처리를 행한다. 즉, 실제로 검출한 최대압력(P_max)이 예측최대압력(P_fb ＋ ΔP)에 부족한 분량만큼, ΔP의 값을 증대시킨다. 이로써, ΔPE만큼 보정한 이후의 숏에 있어서의 스크루의 감속개시시점(T1) 이후의 수지압력의 상승이 커져서, 실제의 수지의 최대압력을 목표의 설정압력(P1)에 가깝게 할 수 있다.

다만, 제2실시예에서 나타낸 ΔP의 보정방법을, 제1, 제3, 제4실시예에서 적용하는 것도 가능하다.

본 발명은 상술한 구체적으로 개시된 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에 있어서 다양한 변형예 및 개량예가 이루어질 것이다.

Claims (17)

1. 스크루의 이동에 의해서 사출압력을 제어하는 사출성형기의 제어방법으로서,

   사출공정에 있어서 상기 스크루가 전진이동할 때에 발생하는 사출압력을 검출하고,

   사출압력의 검출시점으로부터 미리 설정된 스크루의 감속도로 스크루를 감속시키는 경우의 상승사출압력(ΔP)을 예측하고,

   예측한 상승사출압력(ΔP)과 미리 설정된 압력(P)을 비교하고,

   비교결과에 근거하여 미리 설정된 감속도로 상기 스크루를 감속시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 상승사출압력(ΔP)의 예측을, ΔP = dPㆍ(V0/k)(단, dP는 단위시간에서의 사출압력변화, V0는 스크루의 전진속도, k는 계수)로 표현되는 연산식에 근거하여 행하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   적어도 1숏의 성형에 의해서 얻어진 각종 실적치를 상기 연산식에 적용시킴으로써, 상기 연산식에 있어서의 상수부분인 계수(k)를 이상적인 계수(k_model)로서 역산(逆算)하고,

   이후의 성형에 있어서 상기 이상적인 계수(k_model)을 반영시켜서 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 계수(k)의 역산에 있어서 상기 상승사출압력(ΔP)으로서 예측후 상승압과 예측지연압력을 가산한 압력을 이용하고,

   상기 예측후 상승압력은, 상기 1숏의 성형에 있어서 얻어진 최대사출압력(P_max)으로부터, 상기 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 값이 상기 최대사출압력과 일치하지 않는다고 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)을 감산한 값(P_max - P_fb1)으로 주어지고,

   상기 예측지연압력은, 상기 불일치가 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)에, 그 시점에서 예측된 상승사출압력(ΔP)을 가산하고, 이 가산치로부터 상기 설정압력(P_ref)을 감산한 값(P_fb1 ＋ ΔP － P_ref)으로 주어지는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
5. 청구항 2에 있어서,

   실제 성형을 행하고, 조작자가 성형품을 양부(良否)라고 판단했을 때의 상기 계수(k)의 값을 이상적인 계수(K_model)로서 이용하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
6. 청구항 2에 있어서,

   상기 계수(k)는 2ㆍdV(단, dV는 상기 미리 설정된 감속도)인 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치로부터 구해지는 상기 계수(k)를 이용하여 상기 미리 설정된 감속도를 보정하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
8. 청구항 6에 있어서,

   적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치로부터 구해지는 상기 계수(k)를 이용하여 감속개시의 시점을 보정하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
9. 청구항 6에 있어서,

   상기 계수(k)의 역산에 있어서 상기 상승사출압력(ΔP)으로서 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 압력을 이용하고,

   상기 예측후 상승압력은, 상기 1숏의 성형에 있어서 얻어진 최대사출압력(P_max)으로부터, 상기 예측후 상승압력과 예측지연압력을 가산한 값이 상기 최대사출압력과 일치하지 않다고 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)을 감산한 값(P_max － P_fb1)으로 주어지고,

   상기 예측지연압력은, 상기 불일치가 판정된 시점에서의 사출압력(P_fb1)에, 그 시점에서 예측된 상승사출압력(ΔP)을 가산하고, 이 가산치로부터 상기 설정압력(P_ref)을 감산한 값(P_fb1 ＋ ΔP － P_ref)으로 주어지는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
10. 청구항 6에 있어서,

    상기 미리 설정된 압력(P)을 넘었다고 판단했을 때의 검출압력을 이용하여, 상기 계수(k)를 구하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
11. 청구항 2에 있어서,

    시험성형을 복수 숏 행하고, 이로써 얻어지는 복수의 계수(k)의 역산치의 평균치를 상기 계수(k_model)로서 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
12. 청구항 2에 있어서,

    상기 복수 숏의 시험성형을, 전회(前回)의 숏으로 얻어진 상기 계수(k)의 역산치를 반영시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
13. 청구항 2에 있어서,

    실제성형에 진입한 다음에도 상기 복수 숏과 동일 복수 숏 분량의 복수의 계수(k)의 역산치의 이동평균치를 상기 계수(k_model)로서 산출하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
14. 청구항 1에 있어서,

    상기 상승사출압력(ΔP)의 예측 및 상기 판정을 임의의 시간간격으로 반복하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
15. 청구항 1에 있어서,

    적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치를 이용하여 상기 미리 설정된 감속도를 보정하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
16. 청구항 1에 있어서,

    적어도 1숏의 성형으로 얻어진 실적치를 이용하여 감속개시의 시점을 보정하 는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.
17. 청구항 1에 있어서,

    적어도 1숏의 성형으로 검출된 최대사출압력과 상기 미리 설정된 압력(P)과의 편차를 구하여, 이 구해진 편차를 이용하여 상기 미리 설정된 압력(P)을 보정하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 제어방법.

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