KR20010021314A - 위치 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보 모터의 속도와 토크를 감시하여, 서보 모터의 로크(lock)가 검출되면 토크를 제한하여 서보 모터 구동부로의 위치 지령 값의 갱신을 정지하도록 구성된다.

Description

위치 제어 장치{POSITION CONTROL APPARATUS}

본 발명은 전동 사출 성형기에 있어서, 서보 모터에 의해 구동되는 가동부, 예컨대 가동 금형의 현재 위치와 목표 위치와의 위치 오차 및 서보 모터의 속도를 감시하여 가동 금형의 위치를 제어하는 위치 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 전동 사출 성형기에서는, 정기적으로 출력되는 지령 위치에 따른 전류를 서보 모터에 공급하여 서보 모터에 의해 구동되는 가동부의 위치를 제어하고 있다.

그러나 이 종래의 방법에서는, 가동부와 고정부와의 사이에 제품이 끼인 경우 또는 저토크 지령에 비해 부하가 커 서보 모터가 회전하지 않고 있는 경우에, 가동부의 현재 위치와 목표 위치 사이에 위치 오차가 발생함에 따라 이어서, 그 위치 오차를 해소하기 위한 새로운 위치 지령 값이 출력된다. 이 새로운 위치 지령 값은 서보 모터의 구동 전류를 서서히 증대시키는 지령을 포함하고 있다.

이 상태가 오래 계속되면, 서보 모터에 과전류가 흘러 모터가 타버릴 우려가 있기 때문에, 내장되어 있는 제어부에서 이것을 에러 발생으로 판단하여 전동 사출 성형기의 운전을 정지시켜 버린다. 운전이 한번 정지되면, 미완성 제품은 불량품으로서 폐기되고, 운전 재개시까지 다수의 절차를 수행하여야 하므로 수율 또는 작업 효율이 저하되어 버린다. 또한, 끼여 있던 제품이 도중에 빠지는 경우에는, 서보 모터에 많은 전류가 흐르고 있기 때문에 서보 모터가 고속으로 회전하여 작업자가 위험해질 수도 있으며 기계가 손상될 우려도 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 제품이 끼이는 등의 이유로 인해 서보 모터가 로크되는 경우 서보 모터에 과다한 전류가 흐르지 않도록 하여, 수율 및 작업 효율이 저하되는 것을 방지하고, 작업원이 위험해지거나 기계가 손상되는 것을 방지하도록 구성된 위치 제어 장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적은 본 발명에 따라, 제어 대상물에 제품이 끼이는 등의 이유로 인해 서보 모터의 회전이 중지된 경우에 위치 제어 처리에 의해 위치 지령 값이 진행되지 않도록 하여, 위치 오차가 축적되지 않도록 함으로써 달성할 수 있다.

본 발명의 위치 제어 장치는 전동 사출 성형기의 가동부를 구동시키는 서보 모터와, 상기 가동부의 현재 위치와 목표 위치와의 위치 오차에 따라 소정 주기로 출력되는 가동부의 위치 지령 값을 갱신하는 위치 지령 수단과, 상기 위치 오차가 소정 값 이상인 경우 또는 상기 서보 모터의 속도가 소정 값 이하인 경우에 상기 서보 모터에 공급되는 전류 값을 제한하는 전류 값 제한 수단과, 전류 값이 제한된 때에 상기 위치 지령 값의 갱신을 정지시키거나 그 갱신 주기를 연장시키는 수단으로 구성된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 전동 사출 성형기의 전체 기구를 보여주는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 전동 사출 성형기의 제어 계통을 보여주는 블럭도.

도 3은 도 2에 도시된 제어 계통의 세부 구성을 보여주는 블럭도.

도 4는 종래 기술과 상기 실시예에서의 위치 지령 값 및 속도 피드백을 비교하여 보여주는 도면.

도 5는 서보 모터의 로크 시의 토크 리미트 ON 플래그의 변화를 보여주는 그래프.

도 6은 종래 기술과 상기 실시예에서의 토크 변화를 보여주는 그래프.

도 7은 실시예의 처리 플로우 차트.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

13 : 고정 금형

17 : 가동 금형

23 : 서보 모터

41 : 서보 모터 구동부

42 : 지령 위치 제어부

43 : 지령 위치 설정부

44 : 인코더

도 1은 본 발명의 일 실시예의 전동 사출 성형기의 전체 기구를 개략적으로 도시한 구성도로서, 받침대(11) 상에 연직 방향으로 고정되는 프레임(12)의 일 측면에는 고정 금형(13)이 고정된다.

프레임(12)에 대하여 소정 거리를 두고 별도의 프레임(14)이 설치되고, 이들 프레임의 사이에는 전체적으로 활주 봉(15, 16)이 수평으로 설치된다. 이 활주 봉(15, 16) 상에는 가동 금형(17)이 활주 가능하게 유지된다.

가동 금형(17)의 중심부에는 수나사(18)의 일단이 고정되고 이 수나사(18) 상에는 베어링(19)의 중심부에 형성된 암나사가 나사 결합된다. 베어링(19)은 프레임(14) 내에 회전 가능하게 장착되고 그 측면에는 제1 기어(20)가 형성된다.

이 베어링(19)의 제1 기어(20)는 프레임(14)의 동일한 측면에 회전 가능하게 장착된 제2 기어(21)와 맞물리고, 이 제2 기어(21)는 링크 기구(22)를 통해 프레임(24) 상에 고정된 서보 모터(23)의 회전축에 결합된다. 상기 수나사(18)와, 제1 기어(20) 및 제2 기어(21)에 의해 나사 너트형 결합 장치(25)가 형성된다. 이러한 구성에 의해 서보 모터(23)가 구동되면, 링크 기구(22)를 통해 제1 기어(20)와 제2 기어(21)가 구동되고 베어링(19)이 회전되며, 그 결과 수나사(18)가 좌우로 이동된다.

프레임(12)의 반대쪽 측면에는 파이프 형상의 사출 외장(26)의 일단이 고정되고, 이 사출 외장의 타단은 프레임(24) 상에 고정된다. 사출 외장(26)의 측벽에는 구멍이 형성되어 이 구멍에 호퍼(27)가 부착됨으로써 사출 외장(26) 내에 사출 성형 재료, 예컨대 열가소성 플라스틱이 투입된다.

사출 외장(26) 내에는 이송 나사(28)가 삽입되고, 그 후단은 복수 개의 기어로 형성되는 기어 기구(29)를 통해 상기 서보 모터(23)의 회전축에 결합된다. 또, 사출 외장(26)의 외측에는 가열 히터(31)가 부착되어 사출 성형 재료를 가열하여 용융 상태로 설정한다.

이러한 기구부의 구성을 갖는 본 발명의 실시예의 전동 사출 성형기의 제어계의 구성을 도 2와 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에서, 서보 모터(23)는 서보 모터 구동부(41)에 의해 구동되고, 이 서보 모터 구동부(41)는 지령 위치 제어부(42)로부터의 위치 지령에 기초하여 소정의 구동 전류를 서보 모터(23)에 공급한다. 또한 지령 위치 제어부(42)는 지령 위치 설정부(43)에 의해 설정된 위치 지령에 기초하여 동작한다. 또, 서보 모터(23)에는 인코더(44)가 설치되어 회전 속도를 검출할 수 있음과 동시에, 가동부로서의 가동 금형(17)의 현재 위치도 검출할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 상세히 후술하겠지만, 가동 금형(17)은 최종적으로는 파선으로 나타낸 바와 같이 고정 금형(13)을 가압하는 위치(지령 위치 또는 목표 위치)까지 이동된다.

다음에, 도 3을 참조하여 도 2에 나타낸 서보 모터 구동부(41)의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

지령 위치 설정부(43)에서는 상기 가동 금형(17)의 지령 위치와, 서보 모터(23)의 속도 및 서보 모터(23)에 공급되는 전류 값이 설정된다.

지령 위치 제어부(42)는 이 지령 위치 설정부(43)에서의 설정 값에 따라서 서보 모터 구동부(41)를 제어한다.

서보 모터 구동부(41)는 인코더(44)로부터의 가동 금형(17)의 현재 위치와 지령 위치 제어부(42)로부터의 위치 지령과의 위치 오차를 검출하는 수단으로서의 위치 제어부(41A)와, 이 위치 제어부(41A)로부터의 서보 모터(23)의 속도 지령과 인코더(44)로부터의 현재 속도와의 속도차를 검출하는 수단으로서 기능함과 동시에 상기 위치 오차가 소정 값 이상이고 속도차가 소정 값 이하일 때에 제한 토크 지령을 출력하여 지령 위치 제어부(42)로 공급하는 속도 피드백 제어부(41B)를 구비한다.

서보 모터 구동부(41)는 또한, 속도 피드백 제어부(41B)로부터의 전류(토크) 지령에 기초하여 서보 모터(23)에 소정의 전류를 공급함과 동시에, 제한 토크 지령이 출력된 때에 흐르는 서보 모터(23)의 전류 값이 소정 값을 초과하면 서보 모터(23)에 토크 제한 전류를 공급하는 전류 피드백 제어부(41C)를 구비한다. 이 전류 피드백 제어부(41C)에서 서보 모터(23)에 공급하는 전류 값은 출력 전류 검출 센서(41D)에 의해 검출되고, 그 검출 출력이 전류 피드백 제어부(41C)로 피드백된다.

상세히 후술하겠지만, 이 실시예에서는 서보 모터(23)에 토크 제한 전류가 공급되는 경우에 지령 위치 설정부(43)로부터 지령 위치 제어부(42)를 통해 서보 모터 구동부(41)로 공급되는 위치 지령 값의 갱신이 정지된다.

즉, 지령 위치 제어부(42)는 서보 모터 구동부(41) 중의 속도 피드백 제어부(41B)로부터의 제한 토크 출력 신호에 의해 단위 시간마다의 지령 위치의 갱신을 정지시키는 수단을 구비한다. 이 경우, 속도 피드백 제어부(41B)는 제한 토크 값으로 출력 전류를 제한함과 동시에, 제한 토크 출력 신호를 출력한다.

또한, 속도 피드백 제어부(41B)는 전류 피드백 제어부(41C)에 전류 지령을 제한 토크로 제한하여 지령하기 위한 제한 토크 전류 출력 신호를 출력하는 수단을 갖는다.

또한, 상기 속도 피드백 제어부(41B)는 제한 토크 지령 값으로부터 산출되는 전류 피드백 제어부(41C)로의 제한 전류 지령 값을 지령하기 위해서, 상기 전류 피드백 제어부(41C)에 제한 전류 지령 값으로서의 제한 토크 전류 출력 신호를 출력한다.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 도 1 내지 도 3에 나타낸 구성을 갖는 실시예의 전동 사출 성형기의 위치 제어 동작을 설명한다.

위치 제어 처리에는 크게 나누어,

1. 도 7의 스텝(S1)의 현재 위치 계산 처리(현재 위치를 계산하는 처리)와,

2. 스텝(S2)의 속도 지령 계산 처리(현재 위치와 위치 지령으로부터 위치 오차를 구하여 속도 지령을 계산하는 처리. 여기서 계산된 속도 지령은 스텝(S3)의 속도 제한 처리에 사용되고, 속도 제한 처리에서는 모터 토크 지령을 계산함)와,

3. 스텝(S7)의 위치 지령 분배 처리(위치 지령을 계산하는 처리)의 3가지의 처리가 있다.

여기서, 위치 제어 처리에 새롭게 스텝(S5)의 모터 토크 감시 처리와 스텝(S8)의 위치 지령 분배 일시 정지 처리를 추가함으로써 제어를 행한다.

스텝(S5)의 모터 토크 감시 처리는 모터 토크 지령이 토크 리미트(출력 모터 토크의 상한 : 서보 모터, 서보 앰프, 기계 등의 내구성을 고려하여 결정함)에 도달하였는지 여부를 감시하는 처리이다.

스텝(S6)의 토크 리미트 ON 체크 처리는 모터 토크 감시 처리의 결과, 모터 토크 지령이 토크 리미트에 도달하지 않았으면 위치 지령 계산 처리를 행하고, 모터 토크 지령이 토크 리미트에 도달하였으면 위치 지령 계산 처리를 하지 않도록 하는 처리이다.

이러한 처리를 추가함으로써, 제어 대상물인 가동 금형(13)과 고정 금형(17)의 사이에 제품이 끼여 있는 등의 이유로 인해 서보 모터(23)가 회전하지 않고 있는 경우에는 위치 지령 값이 산출되지 않아 위치 오차가 축적되지 않게 되어 위치 오차가 커지는 등의 에러가 발생하지 않으므로 기계가 정지되는 일도 없다.

또한, 끼여 있던 제품이 도중에 빠진 경우에도 위치 오차가 축적되지 않게 되므로, 위치 제어 처리에서 잘못된 속도를 출력하는 일이 없이 안전하게 기계를 가동시킬 수 있다.

예컨대, 서보 모터(23)의 속도 곡선을 나타내는 도 4의 시점(F)에서, 제품이 제어 대상물의 사이에 끼여 있음으로 인해 서보 모터(23)가 회전할 수 없게 되면 도 6에서와 같이 출력 토크가 커지게 되며 도 5에서와 같이 시점(H)에서 토크 리미트에 걸린다.

종래 기술에서는 토크 리미트에 걸리더라도 위치 지령이 상관 없이 산출되지만, 본 발명에서는 위치 지령 값의 분배가 일시 정지된다.

그 후, 도 4의 지점(G)에서 그 끼여 있던 제품이 빠지고 서보 모터(23)가 회전할 수 있게 되면, 종래 기술에서는 도 4의 위치 오차(D)로 인해 도 4에 점선으로 나타낸 바와 같이 서보 모터가 일시적으로 고속으로 가동된다.

그러나, 본 발명에서는 위치 지령이 산출되지 않기 때문에 오차(D)가 없다. 따라서, 서보 모터가 고속으로 회전하는 일이 없이 통상적으로 제어될 수 있다.

보다 상세한 후술이 계속된다. 우선, 도 1에 나타낸 바와 같이 고정 금형(13)과 가동 금형(17)을 분리하여 설치하고, 호퍼(27)에 열가소성 플라스틱을 투입한 다음 히터(31)에 전류가 통하도록 한다. 플라스틱이 녹아 사출 외장(26)과 나사(28)의 사이에 유입된다.

이 상태에서, 예컨대 도시하지 않은 시작 버튼을 조작하면, 위치 제어부(41A)가 도 7의 스텝(S1)에서 인코더(44)의 출력을 수신하여 가동 금형(17)의 현재 위치를 계산한다. 또한, 지령 위치 설정부(43)로부터 출력되는 속도에 의해 스텝(S2)에서 지령 위치 제어부(42)로부터 단위 시간마다 출력되는 위치 지령이 결정되고, 위치 제어부(41A)에서 직전에 계산한 현재 위치와의 차이로부터 속도 지령이 출력된다.

이 속도 지령은 스텝(S3)의 속도 제한 행정에서 처리되어 대응하는 토크 지령이 출력된다. 이 토크 지령에 따라 스텝(S4)에서는 전류에 의해 서보 모터가 구동된다.

이와 동시에 스텝(S5)에서 모터 토크 감시 처리가 실행되고, 모터 토크가 소정의 리미트 값을 넘었는지 여부가 체크된다.

가동 금형(17)이 정상 이동하고 있을 때에는 모터 토크가 소정 값 이하이며, 이 때 스텝(S8)에서 위치 지령 값의 분배 일시 정지 처리는 행해지지 않고, 스텝(S7)으로 이행되어 위치 지령 값의 분배 처리가 행해지며, 1사이클의 위치 제어 처리가 종료한다. 이 1사이클의 처리 시간은, 예컨대 1초 이하이며, l m초 간격의 인터럽트 처리마다 도 7의 플로우의 선두 스텝(S1)으로부터 실시 처리가 반복된다.

한편, 가동 금형(17)이 고정 금형(13)을 향해서 이동하고 있을 때에, 예컨대 이들 사이에 제품이 끼인 경우에는 가동 금형(17)의 이동이 정지한다. 가동 금형(17)과 고정 금형(13)의 사이의 간격이 아직 넓은 경우에는 서보 모터(23)에 공급되는 속도 지령도 커지고 공급 전류도 커지기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이 시점(H)에서 큰 토크가 발생한다. 이 토크가 도 6의 리미트 값을 초과하면 토크 리미트 ON 플래그가 온(ON)으로 되고, 스텝(S6)에서 스텝(S7)으로 이행하지 않고 스텝(S8)으로 이행하여 위치 지령 분배 일시 정지 처리가 행해지고 처리는 종료된다.

이 때, 도 4의 시점(F)에서는 서보 모터(23)가 로크되어 속도가 제로로 되고, 위치 지령 값은 파선으로 나타내는 종래와는 달리 그 시점(F)에서 위치 지령 값의 갱신은 행해지지 않고 정지된다. 모터 토크도 도 6에 나타낸 바와 같이 일정하게 유지되고, 과대 전류가 흐르는 일은 없이 그 때의 전류가 일정 시간 유지된다.

이 상태로 소정 시간이 경과하더라도 복구 가능성이 없을 때는, 에러 처리가 행해져 기계가 정지하지만, 도 4의 시점(G)에서 어떤 이유로 끼여 있던 제품이 빠지는 일이 있다. 이 때 본 발명에서는 모터 토크가 과대하게 커지지 않기 때문에, 모터 속도가 점선으로 나타낸 종래와 같이 급격하게 상승하는 일이 없이 통상의 속도로 복귀할 뿐이며, 작업원이 위험해지거나 기계가 파손될 우려도 없다.

이와 같이 하여, 정상적인 상태로 가동 금형(17)이 고정 금형(13)에 가압되는 위치까지 이동하면, 나사(28)가 구동되어 용융 상태의 플라스틱이 나사(28)의 나선에 눌려 사출 외장(26) 내에서 이송되어, 선단의 인젝션 노즐로부터 고정 금형(13)과 가동 금형(17)의 사이에 형성된 사출 성형 공간에 주입되어 사출 성형이 행해진다. 이 동작은 통상의 사출 성형기와 동일하고 이 이상의 설명은 생략한다.

이상의 실시예에서는 고정 금형과 이동 금형의 상대 위치 제어를 설명하였지만, 전동 사출 성형기에는 복수의 서보 모터가 이용되고 있고, 상기의 실시예와 마찬가지로 이들 서보 모터에 의한 위치 제어 장치로서 본 발명을 실시할 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 위치 제어 장치에 따르면 가동 금형과 고정 금형의 사이에 제품이 끼이는 등의 원인으로 서보 모터가 로크된 경우에 서보 모터에 과대 전류가 흐르지 않도록 되어, 수율, 작업 효율이 저하되거나 작업원이 위험해지며 기계가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 전동 사출 성형기의 가동부를 구동시키는 서보 모터와,

   상기 가동부의 현재 위치와 목표 위치와의 위치 오차에 따라 소정 주기로 출력되는 가동부의 위치 지령 값을 갱신하는 위치 지령 수단과,

   상기 위치 오차가 소정 값 이상이거나, 상기 서보 모터의 속도가 소정 값 이하인 때에 상기 서보 모터에 공급되는 전류 값을 제한하는 전류 값 제한 수단과,

   상기 전류 값이 제한된 때에 상기 위치 지령 값의 갱신을 정지시키거나 그 갱신 주기를 연장시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
2. 전동 사출 성형기의 고정 금형에 대하여 가동 금형을 이동시키는 서보 모터와,

   이 서보 모터의 구동부와,

   상기 가동 금형의 지령 위치와, 서보 모터의 속도, 그리고 서보 모터에 공급되는 전류 값을 지령하는 지령 위치 설정부와,

   이 지령 위치 설정부의 지령에 따라서 상기 서보 모터의 구동부를 제어하는 지령 위치 제어부를 구비하는 위치 제어 장치에 있어서,

   상기 서보 모터 구동부는,

   가동 금형의 현재 위치와 위치 지령과의 위치 오차를 검출하는 위치 오차 검출 수단과,

   상기 서보 모터의 속도 지령과 현재 속도와의 속도 오차를 검출하는 속도 오차 검출 수단과,

   상기 위치 오차가 소정 값 이상이고 속도 오차가 소정 값 이하인 때에 제한 토크 지령을 출력하는 속도 피드백 제어부와,

   상기 제한 토크 지령이 출력된 때에 흐르는 서보 모터의 전류 값이 소정 값을 초과하는 경우 서보 모터에 토크 제한 전류를 공급하는 전류 제어부

   를 포함하며, 상기 서보 모터에 토크 제한 전류가 공급되면 상기 지령 위치 설정부로부터 서보 모터 구동부로의 위치 지령의 갱신이 정지되는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
3. 사출 성형용 고정 금형에 대하여 가동 금형을 이동시키는 서보 모터와,

   이 서보 모터의 구동부와,

   상기 가동 금형의 이동 속도 및 현재 위치를 기초로 가동 금형의 목표 이동 위치를 단위 시간마다 갱신하여 상기 서보 모터의 구동부로 지령하는 지령 위치 제어부와,

   상기 가동 금형의 이동 위치와 이동 속도 그리고 제한 토크 값을 상기 지령 위치 제어부에 공급하는 지령 위치 설정부

   를 포함하며,

   상기 서보 모터 구동부는 전류 출력부, 출력 전류 값 검출 센서, 전류 지령 값과 출력 전류 값이 일치하도록 전류 출력부를 제어하는 전류 피드백 제어부, 서보 모터의 회전 속도 검출 센서, 서보 모터의 속도 지령 값과 회전 속도가 일치하도록 전류 피드백 제어부를 제어하는 속도 피드백 제어부, 가동 금형의 위치 센서, 위치 지령 값과 가동 금형의 위치가 일치하도록 속도 피드백 제어부를 제어하는 위치 제어부로 구성되고,

   상기 서보 모터에 토크 제한 전류가 공급되면 상기 지령 위치 제어부로부터 상기 서보 모터 구동부로의 위치 지령의 갱신을 정지하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 지령 위치 제어부는 상기 서보 모터 구동부로부터의 제한 토크 출력 신호에 의해 단위 시간마다 이루어지는 위치 지령의 갱신을 정지시키는 수단을 포함하고,

   상기 서보 모터 구동부는 제한 토크 값에 의해 출력 전류를 제한하는 수단과, 출력 전류를 제한 토크 값에 의해 제한하여 출력한 경우에 제한 토크 출력 신호를 출력하는 수단을 포함하고, 상기 가동 금형의 이동 시에 서보 모터의 출력 토크가 제한 토크 값인 경우에 서보 모터 구동부로의 위치 지령의 갱신을 정지하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 속도 피드백 제어부는 상기 전류 피드백 제어부로의 전류 지령을 제한 토크로 제한하여 지령하기 위한 제한 토크 출력 신호를 출력하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 속도 피드백 제어부는 제한 토크 지령 값으로부터 산출되는 전류 피드백 제어부로의 제한 전류 지령 값을 지령하기 위해서, 상기 지령 위치 제어부에 제한 토크 출력 신호를 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 지령 위치 제어부는 서보 모터 구동부로부터 전달된 토크 지령이 일치하는 경우 단위 시간마다의 지령 위치의 갱신을 정지시키는 수단을 포함하고, 상기 서보 모터 구동부는 출력 전류를 토크로 환산하여 지령 위치 제어부에 전달하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.