KR20130024876A

KR20130024876A - 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20130024876A
Application number: KR1020127004093A
Authority: KR
Inventors: 고이치로 우에다; 기요시 하세가와; 히데마사 오기; 유키히코 고바야시
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-03-08
Also published as: JP4889835B1; KR101294478B1; TW201307031A; US20130032961A1; WO2013018189A1; CN103038048B; TWI426991B; DE112011105485T5; CN103038048A; US8882486B2; JPWO2013018189A1

Abstract

안정된 압력제어를 실행하기 위한 사출 성형기의 제어 장치에 있어서, 충전／보압 판정부는 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하고(단계 ST3), 탄성 정수 동정부는 충전／보압 판정부가 보압동작을 실행중으로 판정했을 때에(단계 ST3, Yes), 압력 검출치와 모터의 동작 정보로서의 위치 검출치를 취득하고(단계 ST4), 취득한 압력 검출치 및 위치 검출치에 근거하여 탄성 정수 K를 동정하고(단계 ST7), 압력제어 제어 파라미터 설정부는 압력 제어부의 비례 게인 Ka와 탄성 정수 K의 곱이 속도 제어부의 속도 제어 대역 ωsc 보다 작은 값이 되도록 압력 제어부의 비례 게인 Ka를 산출하고(단계 ST8), 산출한 비례 게인 Ka를 압력 제어부에 설정한다(단계 ST9).

Description

사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 사출 성형기를 제어하는 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

종래에 모터를 이용하여 스크류(screw)를 구동시키고, 용융한 수지를 당해 스크류의 동작에 의해 금형 내로 충전·보압(保壓)함으로써 플라스틱 성형품을 얻는 사출 성형기가 있다. 사출 성형기는 스크류에 로드 셀 등의 압력 센서를 구비하며, 당해 압력 센서에 의한 압력 검출치를 이용한 제어 루프에 근거하여 수지의 압력이 외부로부터 주어진 압력 지령치에 추종하도록 수지의 압력제어를 수행하고 있다.

여기서, 상기의 압력제어에 있어서, 게인 등의 제어 파라미터를 적절한 값으로 설정할 필요가 있다. 특히, 보압동작에 있어서는, 제어 파라미터가 적절한 값보다 큰 경우, 압력의 응답(시간 응답 파형)이 목표로 하는 압력 지령에 대해 오버슛(overshot) 하거나 압력 응답이 진동하게 되는 문제가 있다.

보압동작에 대해 압력 응답이 오버슛 하거나 진동하게 되면, 의도한 압력보다 큰 압력이 가해지게 되어 결과적으로 성형품의 치수가 너무 커지거나 버(burr) 또는 이형(離型) 불량이 발생하는 경우가 있다. 또한, 최악의 경우에는 압력 응답에 진동이 지속적으로 발생하여 제어계가 불안정하게 될 가능성도 있다.

압력 응답에 오버슛이나 진동을 발생시키지 않으면서 한편, 압력 지령치에 대한 추종성을 어느 정도 확보하기 위해서는, 압력 응답을 확인하면서 시행 착오적으로 압력제어의 제어 파라미터를 손으로 조정할 필요가 있기 때문에 조정에 필요한 시간이 증가하는 과제가 있다.

또한, 적절한 제어 파라미터는 금형의 형상이나 수지의 종류에 따라 달라, 적절한 제어 파라미터를 금형의 형상이나 수지의 종류별로 조정해야 하는 과제도 있다.

이것에 대해, 특허 문헌 1에는 압력 지령치라고 하는 동작 패턴을 미분하여 얻을 수 있는 미분치가 영인 때를 기저(基底)로 하여 연속적으로 압력제어의 제어 파라미터를 결정하는 사출 성형기의 제어 장치가 공개되어 있다.

특개평 6－55598호 공보

압력의 응답은 압력제어의 제어 파라미터에만 의존하여 정해지는 것은 아니며, 압력제어 루프 내의 마이너(minor) 루프(예컨대, 속도 제어 루프)의 응답에도 의존한다. 특허 문헌 1에 공개되어 있는 사출 성형기의 제어 장치는 압력제어 루프 내의 마이너 루프의 제어 파라미터를 고려하여 압력제어의 제어 파라미터를 조정하고 있지 않기 때문에 여전히 압력 응답이 진동하게 되는 우려가 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하고자 하는 것으로, 안정된 압력제어를 실행할 수 있는 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 모터를 구동하여 스크류를 배럴 내에서 전진시킴으로써 상기 배럴에 채워진 용융 수지를 금형의 캐비티(cavity) 내로 사출하는 사출 성형기에 구비되며, 상기 모터의 동작 정보와 상기 용융 수지의 압력 검출치에 근거하여 상기 모터를 구동하는 전류 지령을 생성하는 사출 성형기의 제어 장치로서, 소정의 압력 지령과 상기 압력 검출치의 편차에 대해 적어도 비례 게인(gain)을 작용시키는 연산 요소를 구비하는 전달 특성 연산을 수행하여 속도 지령을 산출하는 압력 제어부와, 상기 모터의 속도가 상기 압력 제어부가 산출한 속도 지령에 추종하도록 상기 전류 지령을 산출하는 속도 제어부와, 상기 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하는 보압동작 판정부와, 상기 보압동작 판정부가 보압동작을 실행중이라고 판정했을 때에 상기 압력 검출치와 상기 모터의 동작 정보를 취득하고, 상기 취득한 압력 검출치 및 상기 모터의 동작 정보에 근거하여 상기 모터의 위치 변위에 대한 상기 압력 검출치의 변화 비율인 탄성 정수를 동정(同定)하는 탄성 정수 동정부와, 상기 압력 제어부의 비례 게인과 상기 탄성 정수 동정부가 동정한 탄성 정수의 곱이 상기 속도 제어부의 속도 제어 대역보다 작은 값이 되도록 상기 압력 제어부의 비례 게인을 산출하고, 상기 산출한 비례 게인을 상기 압력 제어부에 설정하는 제어 파라미터 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 대한 사출 성형기의 제어 장치는 보압동작시의 탄성 계수와 압력제어 루프 내에 구비되는 속도 제어 루프의 속도 제어 대역에 근거하여 압력제어의 비례 게인을 구함으로써, 보압동작시에 모터의 속도를 속도 지령에 충분한 정밀도로 추종할 수 있으므로 안정된 압력제어를 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태의 제어 장치를 갖는 사출 성형기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 제 1 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법을 설명하는 플로우챠트(flowchart)이다.
도 3a는 보압동작을 설명하는 도면이다.
도 3b는 충전동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 속도 지령 선택부가 내부 속도 지령을 선택하고 있을 때의 사출성형기의 전달 특성을 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태의 제어 장치를 가지는 사출 성형기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 제 2 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법을 설명하는 플로우챠트(flowchart)이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태의 제어 장치를 가지는 사출 성형기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 제 3 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법을 설명하는 플로우챠트이다.

이하에서, 본 발명에 대한 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법의 실시 형태를 도면에 근거하여 자세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

제 1 실시 형태

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태의 제어 장치를 갖는 사출 성형기의 구성을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 사출 성형기는 제어 장치(1000), 모터(1), 엔코더(2), 커플링(3), 볼 나사(4), 스크류(5), 로드 셀(6), 배럴(7) 및 금형(8)을 포함한다.

모터(1)는 제어 장치(1000)로부터 공급되는 전류에 의해서 구동된다. 엔코더(2)는 모터(1)의 위치 및 속도를 검출하고, 검출 결과를 위치 검출치(101) 및 속도 검출치(102)로서 출력한다. 커플링(3)은 모터(1)의 회전축과 볼 나사(4)에 접속되어 있다. 볼 나사(4)에는 배럴(7)에 채워진 수지(9)를 금형(8)에 충전／보압 하기 위한 스크류(5)가 로드 셀(6)을 통하여 접속되고 있다. 로드 셀(6)은 스크류(5)가 수지(9)를 밀어냈을 때의 압력을 검출하고, 검출 결과를 압력 검출치(103)로서 출력한다. 위치 검출치(101), 속도 검출치(102) 및 압력 검출치(103)는 제어 장치(1000)에 입력된다.

제어 장치(1000)는 전류 제어부(11), 속도 제어부(12), 압력 제어부(13), 속도 지령 선택부(14), 압력제어 제어 파라미터 설정부(15), 탄성 정수 동정부(16), 충전／보압 판정부(17), 감산기(18) 및 감산기(19)를 포함하고 있다.

감산기(18)는 외부로부터 입력되는 압력 지령과 압력 검출치(103)의 편차를 계산한다. 압력 제어부(13)는 감산기(18)가 계산한 편차를 이용해 내부 속도 지령(107)을 산출한다.

여기서, 압력 제어부(13)가 실행하는 전달 특성 연산은 감산기(18)가 계산한 편차에 대해 비례 게인을 작용시키는 연산 요소를 갖는 것이면 어떠한 연산이든 괜찮다. 압력 제어부(13)는 예컨대, P 제어(비례 제어)로 구성해도 괜찮다. 그러한 경우, 압력 제어부(13)는 입력된 편차에 비례 게인을 곱하여 내부 속도 지령(107)을 산출한다. 즉, 편차가 작아진 만큼 내부 속도 지령(107)도 작아진다.

속도 지령 선택부(14)는 외부로부터 입력된 속도 지령(외부 속도 지령)과 압력 제어부(13)가 산출한 내부 속도 지령(107) 중 1개를 선택하고 선택한 속도 지령을 속도 지령(106)으로서 출력한다.

속도 지령 선택부(14)는 예컨대, 외부 속도 지령과 내부 속도 지령(107)을 순차적으로 비교하여 작은 값을 선택하도록 해도 괜찮다. 사출 성형기의 오퍼레이터는 소망한 충전 공정에 있어서의 스크류 속도를 외부 속도 지령으로서 입력할 수 있다. 또한, 스크류(5)의 속도를 제어하기 위해 위치 제어 루프를 통합시킴으로써 당해 위치 제어 루프로부터 출력되는 속도 지령을 외부 속도 지령으로 할 수 있다.

감산기(19)는 속도 지령(106)과 속도 검출치(102)의 편차를 계산한다. 속도 제어부(12)는 스크류(5)의 속도가 속도 지령(106)에 추종하도록 전류 제어부(11)에 입력되는 전류 지령(105)을 감산기(19)가 계산한 편차를 이용하여 생성한다. 전류 제어부(11)는 속도 제어부(12)로부터 입력된 전류 지령(105)에 근거하여 모터(1)에 공급하는 전류(104)를 생성한다.

속도 제어부(12)는 속도 지령(106)과 속도 검출치(102)의 편차에 대해 예컨대, PI 제어(비례＋적분 제어)에 따라 연산을 실행해 전류 지령(105)을 생성하도록 할 수 있다.

여기서, 제어 장치(1000)가 실행하는 충전동작에 대한 제어와 보압동작에 대한 제어에 대해서 설명한다. 또한, 여기에서 외부 속도 지령과 압력 지령은 오퍼레이터에 의해 사전에 주어지는 것으로 한다.

충전동작이 개시되기 전에는, 수지(9)가 금형(8) 내로 밀려들어가지 않기 때문에 압력 검출치(103)는 제로값("0") 부근의 값이 된다. 이 때문에, 압력 지령과 압력 검출치(103)의 편차가 크고, 당해 편차에 근거하여 압력 제어부(13)가 출력하는 내부 속도 지령(107)은 외부 속도 지령보다 큰 신호가 된다. 따라서, 속도 지령 선택부(14)는 외부 속도 지령을 속도 지령(106)으로서 선택한다. 제어 장치(1000)가 외부 속도 지령에 근거하여 속도 제어를 실시하면서 충전동작을 개시하면, 스크류(5)가 전진함에 따라 서서히 압력 검출치(103)가 상승한다.

압력 검출치(103)가 목표로 하는 압력(즉, 압력 지령)에 가까워지면, 압력 지령과 압력 검출치(103)의 편차가 작아지며, 당해 편차의 감소에 수반하여 내부 속도 지령(107)도 작아진다. 내부 속도 지령(107)이 외부 속도 지령보다 작아지면, 속도 지령 선택부(14)는 내부 속도 지령(107)을 속도 지령(106)으로서 출력한다.

상술한 과정으로부터, 성형 동작의 개시 직후는, 외부 속도 지령에 의해 스크류(5)가 구동되어 충전동작이 실현되어 충전이 진행됨에 따라 수지(9)가 금형(8) 내에 가득 차게 되며, 이것에 수반하여 압력도 상승하게 된다. 압력이 목표 압력에 가까워지면 압력제어가 출력하는 내부 속도 지령(107)이 사용됨으로써, 미리 설정한 압력 지령에 의해 압력이 가해져 보압동작이 실현된다. 이것에 의해, 사출 성형기의 충전동작과 보압동작이 실현된다.

도 1로 돌아와, 충전／보압 판정부(17)는 사출 성형기가 충전동작을 실행중인지 보압동작을 실행중인지를 판정하고, 판정 결과를 신호(108)로서 탄성 정수 동정부(16)에 출력한다.

탄성 정수 동정부(16)는 충전／보압 판정부(17)가 보압동작을 실행중이라고 판정하게 되면, 모터의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 취득하고, 취득한 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)에 근거하여 모터(1)의 위치의 변위에 대한 압력 검출치(103)의 변화 비율인 탄성 정수 K를 동정(同定)한다. 그리고, 탄성 정수 동정부(16)는 동정된 탄성 정수 K를 신호(109)로서 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)에 입력한다.

압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 동정된 탄성 정수 K를 이용하여 압력 제어부(13)의 제어 파라미터를 산출하고, 산출한 제어 파라미터를 압력 제어부(13)에 설정한다(신호 110). 여기에서, 압력 제어부(13)가 설정하는 제어 파라미터는 비례 게인인 것으로 한다.

도 2는 상술의 제어 장치(1000)를 이용해서 실현되는 제 1 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법을 설명하는 플로우차트이다. 우선, 제어 장치(1000)는 압력 지령 및 외부 속도 지령의 입력을 수신한다(단계 ST1). 입력된 압력 지령 및 외부 속도 지령은 각각 제로값은 아닌 것으로 한다.

속도 지령 선택부(14)는 압력 지령에 근거하여 압력 제어부(13)에 의해서 산출된 내부 속도 지령(107) 및 입력된 외부 속도 지령을 비교하여 절대값이 작은 지령을 속도 지령(106)으로서 선택하며, 제어 장치(1000)는 선택된 속도 지령(106)에 근거하여 모터를 구동한다(단계 ST2). 또한, 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 초기값으로서 압력이나 속도가 발진(發振)하지 않는 정도로 작은 값의 비례 게인을 미리 신호(110)로서 출력하여 당해 비례 게인을 압력 제어부(13)에 설정해둔다.

계속해서, 충전／보압 판정부(17)는 보압동작을 실시하고 있는지 아닌지를 판정한다(단계 ST3). 단계 ST3의 판정에 대한 구체적 방법으로서는 예컨대, 모터(1)의 위치 검출치(101)가 소정의 위치 이상이 되었을 때에 보압동작을 실시하고 있다고 판정하고, 위치 검출치(101)가 상기 소정의 값 미만일 때 보압동작을 실시하지 않는다고 판정하는 것으로 할 수 있다. 이것은 금형(8)의 캐비티의 체적을 미리 알고 있으면, 스크류(5)가 어느 정도 전진함으로써 금형(8)의 캐비티 내에 수지(9)가 가득 차게 되는지를 알 수 있으므로(바꾸어 말하면, 어느 정도 모터(1)가 회전했는지로 캐비티 내에 수지(9)가 가득 차는지를 알 수 있음), 보압상태로 이행하고 있는지 그렇지 않은지를 판별할 수 있다는 것에 근거를 둔다. 또한, 다른 판정 방법으로서는, 압력 검출치(103)가 소정의 압력 이상이 되었을 때에 보압동작을 실시하고 있다고 판정하고, 압력 검출치(103)가 상기 소정의 압력 미만일 때는 보압동작을 실시하지 않는다고 판정하는 것으로 할 수 있다. 또한, 보압동작인지를 판정하는 방법은 이러한 예에 한정되는 것이 아니며, 어떠한 방법이어도 괜찮다.

보압동작을 실행중이 아닌 경우(단계 ST3, No), 제어 장치(1000)는 단계 ST2의 처리를 실행한다.

보압동작을 실행중인 경우(단계 ST3, Yes), 충전／보압 판정부(17)는 보압동작을 실행중임을 알리는 신호(108)를 탄성 정수 동정부(16)에 통지하며, 당해 통지를 받은 탄성 정수 동정부(16)는 압력 검출치(103)의 값 및 위치 검출치(101)의 값을 동일한 타이밍에서 취득하고, 취득한 압력 검출치(103)의 값 및 위치 검출치(101)의 값을 각각 기록한다(단계 ST4). 단계 ST4의 처리에 의해서 기록되는 값을 각각 압력 Pi(i=1, 2, …, N), 위치 Xi(i=1, 2, …, N)로 표기한다. 또한, 단계 ST2 부터 후술의 단계 ST6 까지의 처리는 루프 처리를 구성한다. 당해 루프 처리는 소정의 샘플링 시간마다 실행되며, 인덱스 i는 단계 ST4가 실행될 때마다 후술의 단계 ST6의 처리에 의해서 증가한다.

계속해서, 충전／보압 판정부(17)는 보압동작이 종료되었는지 아닌지를 판정한다(단계 ST5). 스텝 ST5의 판정 처리의 구체적 방법으로서는, 보압동작이 개시되고 나서 타이머 등으로 시간을 카운트하여 사출 성형기의 오퍼레이터가 미리 설정한 시간을 경과 하면 보압동작이 종료한 것으로 판정할 수 있다. 또한, 단계 ST5의 판정 처리 방법은 이것에 한정되지 않는다.

보압동작이 완료되지 않은 경우(단계 ST5, No), 충전／보압 판정부(17)는 인덱스 i를 증가시킨다.(단계 ST6). 그리고, 제어 장치(1000)는 단계 ST2의 처리를 실행한다.

보압동작이 완료된 경우(단계 ST5, Yes), 탄성 정수 동정부(16)는 기록되어 있는 압력 Pi 및 위치 Xi의 시계열 데이터를 압력과 위치 사이의 선형인 관계를 나타내는 식인 다음의 식(1)에 적용하고, 탄성 정수 K를 동정한다(단계 ST7).

Pi = K·Xi ＋ b　　　(1)

여기서, b는 정수이다. 구체적으로, 탄성 정수 동정부(16)는 기록되어 있는 데이터로부터 다음과 같이 벡터 P, X, B를 구성한다.

P = (P1, P2, …, PN)　　　(2)

X = (X1, X2, …, XN)　　　(3)

B = (1, 1, …, 1)　　　 (4)

그리고, 탄성 정수 동정부(16)는 식(2) ～ 식(4)을 식(1)에 대입하여

P = K·X ＋ b·B　　　(5)

를 얻는다. 그리고, 탄성 정수 동정부(16)는 식(5)을 만족하는 K와 b를 최소 제곱법(least square method) 등을 이용하여 동정한다.

즉, 탄성 정수 동정부(16)는 모터(1)의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 동일 타이밍에서 취득하는 것을 복수 회에 걸쳐서 실행하고, 복수 회에 걸쳐서 취득한 모터(1)의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 이용하여 탄성 정수를 동정한다. 탄성 정수의 동정을 위해, 탄성 정수 동정부(16)는 취득한 복수의 위치 검출치(101) 및 복수의 압력 검출치(103)를 최소 제곱법을 이용하여 비례 관계로 피팅(fitting)한다. 또한, 피팅의 방법은 최소 제곱법에 한정되지 않는다.

탄성 정수 동정부(16)는 동정된 탄성 정수 K를 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)에 신호(109)로서 출력한다.

압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 신호(109)에 의해 입력된 탄성 정수 K, 속도 제어 대역 ωsc, 및 정수 α (α≤1)를 이용하여 압력 제어부(13)의 제어 파라미터로서 비례 게인을 산출하고(단계 ST8), 산출한 비례 게인을 압력 제어부(13)에 설정한다(단계 ST9).

여기서, 속도 제어 대역이란 속도 제어부를 이용했을 때에 속도 지령에 대해 속도가 지연되지 않게 추종할 수 있는 주파수대역의 상한을 나타낸다. 속도 제어 대역 ωsc을 구체적으로 구하는 방법으로 미리, FFT 분석기 등에서 속도 지령으로서 정현파 신호를 인가하여, 이때의 속도 응답으로부터 위상의 지연 없이 추종할 수 있는 주파수의 상한을 측정하도록 하는 것을 들 수 있다.

또한, 속도 제어 대역 ωsc은 간단하게 속도 제어부(12)의 비례 전달 특성 Kｖ와 모터(1)의 회전에 수반하여 가동하는 기계 및 모터(1)의 관성의 합을 J로 했을 때

ωsc = Kｖ／J　　　(6)

의 관계식을 이용하여 산출해서 얻을 수도 있다. 또한, 속도 제어부(12)가 PI 제어로 구성되는 경우 즉, 비례 게인을 Kｖ, 라플라스(Laplace) 연산자를 s, 적분 게인을 Kｖi로 하여, 속도 제어부(12)의 전달 특성 V(s)가

V(s) = Kｖ·(1＋Kｖi／s)　　　(7)

로 기술되는 경우, 속도 제어 대역 ωsc은 식(7)의 비례 게인 Kｖ을 식(6)에 대입하여 얻을 수 있다.

압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 압력 제어부(13)의 비례 게인 Ka를 다음의 식(8)을 이용하여 산출한다.

Ka = α×ωsc／K　　　 (8)

예컨대, 압력 제어부(13)가 P 제어(비례 제어)로 구성되는 경우 즉, 압력 제어부(13)의 전달 특성 F(s)가

F(s) = Ka　　 (9)

인 경우, 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 식(9)의 Ka에 식(8)에 의해 산출된 값을 설정한다. 또한, 정수 α가 1 이하이면 어떠한 정수여도 괜찮지만 보다 바람직하게는, 어느 정도의 압력 응답을 확보하기 위해서 α를 0.1 이상에서 1 이하로 할 수 있다.

또한, 압력 제어부(13)가 비례 제어 이외의 제어 규칙으로 구성되는 경우, 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 압력 제어부(13)의 전달 특성에 포함되는 비례 게인에 식(8)을 이용하여 산출한 값을 설정한다. 압력 제어부(13)의 제어 파라미터 중 응답성, 안정성에 가장 영향을 주는 것은 압력 제어부(13)의 전달 특성 중 비례 특성이다. 비례 특성을 결정하는 비례 게인을 식(8)을 이용하여 산출함으로써, 양호한 응답성, 안정성을 실현하는 압력 제어부(13)의 제어 파라미터를 산출하는 것이 가능해진다. 예컨대, 압력 제어부(13)가 PI 제어(비례＋적분 제어)로 구성되어 있는 경우 즉, 적분 게인을 Kai로 하여 전달 특성 F(s)가

F(s) = Ka·(1＋Kai／s)　　　(10)

로 표현되는 경우에도, 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 식(10)의 비례 게인 Ka에 식(8)에 의해서 산출된 값을 설정한다.

또한, 압력 제어부(13)가 위상 앞섬(lead)／지연(lag) 보상으로 구성되는 경우 즉, 압력 제어부(13)의 전달 특성 F(s)가

F(s) = Ka×(1＋T1·s)／(1＋T2·s)　　　(11)

인 경우에, 식(11)은

F(s) = Ka×{1＋(T2－T1)s／(1＋T2·s)｝　　　(12)

로 변형될 수 있다. 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 식(12)의 비례 게인 Ka에 식(8)에 의해서 산출된 값을 설정한다. 또한, T1 및 T2는 제어 파라미터로서 미리 설정된다.

단계 ST9의 처리 후에, 제어 장치(1000)는 압력 제어부(13)에 설정된 비례 게인을 이용하여 실제 제품에 대한 성형 동작을 개시한다(단계 ST10). 구체적으로는, 단계 ST9로 이동될 때 보압동작이 완료되었으므로, 제어 장치(1000)는 스크류(5)를 후퇴시킴과 동시에 수지(9)의 양을 측정하여, 압력 제어부(13)에 단계 ST9의 처리에 의해서 제어 파라미터가 설정된 상태로 충전동작 및 보압동작을 실행한다. 성형 공정 종료 후, 제 1 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법에 대한 동작이 종료된다.

또한, 단계 ST1 ～ 단계 ST9의 처리는, 압력 제어부(13)에는 초기치로서 주어진 이른바, 임시의 비례 게인이 설정된 상태이다. 이때 압력 응답에 오버슛이나 진동이 발생할 가능성이 있다. 그렇지만, 단계 ST10에서 제품의 성형 동작을 개시한 후에는 압력 응답에 오버슛이나 진동을 발생시키는 일이 없으며 또한, 압력 지령에 대한 추종성이 어느 정도 확보되고 있는 상태로 압력제어를 실시할 수 있다. 이것에 의해, 단계 ST10에서는 성형 사이즈 불량이나 수축 등의 성형 불량을 발생시키지 않는 성형 동작을 실현할 수 있다.

도 3a는 보압동작을 설명하는 도면이며, 도 3b는 충전동작을 설명하는 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 보압동작을 실행중에 스크류(5)는 금형(8)의 캐비티 내에 형성되는 성형품에 압력을 준다. 보압동작에서는, 수지(9)가 금형(8) 내에 가득 차있는 상태이기 때문에, 외부로부터 압력이 주어지면 금형(8)의 캐비티 형상이나 수지(9)의 종류에 따라 대체로 수지(9)가 탄성체와 같은 거동을 나타낸다. 즉, 모터(1)가 전진함으로써 수지(9)에 압력이 가해지며, 전술한 바와 같이 수지(9)가 탄성체와 같은 거동을 나타내기 때문에 압력의 크기는 탄성체의 탄성 정수를 비례 정수로 하여 위치에 대체로 비례하게 발생한다.

한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 충전동작은 배럴(7) 내의 수지(9)가 스크류(5)에 의해 금형(8) 내로 사출되어 노즐 선단(先端)으로부터 금형(8) 내로 수지가 사출되고 있는 상태이다. 이 때문에, 모터(1)를 전진시켜 수지(9)에 압력을 가하여도 금형(8)의 캐비티 내는 수지(9)로 가득 차있지 않기 때문에, 압력은 노즐 선단으로부터 금형(8) 내로 수지(9)가 사출되도록 하는 일로 변환되며 이 때문에, 모터(1)의 위치에 비례한 압력은 발생하지 않는다.

도 2의 플로우챠트에 있어서, 탄성 정수 K를 동정할 때에 보압동작 만의 데이터를 이용하고 있지만, 만일 탄성 정수의 동정에 충전동작의 데이터도 이용하면, 충전동작에서는 전술한 바와 같이 위치와 압력 사이에 비례 관계가 성립하지 않기 때문에, 충전동작의 위치와 압력을 이용해도 압력제어시의 제어 파라미터의 조정에 필요한 탄성 정수를 올바르게 동정할 수 없다.

도 4는 속도 지령 선택부(14)가 내부 속도 지령(107)을 선택하고 있을 때의 사출 성형기의 전달 특성을 설명하는 블록도이다. 또한, 여기에서 속도 제어부(12)는 비례 게인을 Kｖ, 적분 게인을 Kｖi로 한 PI 제어로 구성되며, 압력 제어부(13)는 비례 게인을 Ka로 한 P 제어로 구성되는 것으로 한다. s는 라플라스 연산자를 나타내며, 1／s는 적분 특성을 나타낸다. 또한, J는 모터(1)의 관성과 기계 가동부(볼 나사(4), 스크류(5) 및 로드 셀(6))의 관성을 합산한 관성, K는 탄성 정수 동정부(16)가 동정한 탄성 정수이다.

신호(201)는 전류(104)를 흘렸을 때에 모터(1)에 발생하는 토크를 나타내고 있다. 모터(1)의 토크와 속도의 관계는 1／(J·s)로 나타낼 수 있기 때문에, 모터(1)는 1／(J·s)의 전달 특성을 가지는 요소(202)로 변형된다. 즉, 요소(202)는 토크에 따라 속도(속도 검출치(102))를 출력한다.

신호(204)는 모터(1)의 위치를 나타내고 있다. 모터(1)의 위치는 모터(1)의 속도를 적분하여 얻을 수 있다. 요소(203)는 모터(1)의 속도에 대한 특성을 모식적으로 나타낸 것으로서, 속도(속도 검출치(102))가 적분되어 위치가 출력된다.

전술한 바와 같이, 보압동작에 있어서는 위치와 압력 사이에 비례 관계를 가지므로 비례 정수는 탄성 정수 K가 된다. 요소(205)는 수지(9)의 압력에 대한 특성을 모식적으로 나타낸 것으로서, 위치를 나타내는 신호(204)로부터 압력을 나타내는 신호(압력 검출치(103))를 출력한다.

도시한 바와 같이, 보압동작의 실행시에는 압력제어의 마이너 루프에 속도 제어를 가지는 구성이 된다. 바꾸어 말하면, 속도 제어 루프의 메이저(major) 루프가 압력제어가 된다. 압력 제어를 실시하기 위해, 압력 제어부(13)는 압력 지령치와 압력 검출치(103)의 편차에 근거하여 모터(1)가 동작해야 할 속도 지령(106)을 산출하고, 이 속도 지령에 속도 검출치(102)가 추종하도록 함으로써 압력 검출치(103)가 압력 지령치에 추종하는 것이 가능해진다. 반대로, 속도 지령(106)에 대한 속도의 응답이 늦어, 속도 지령(106)에 대해 위상이 크게 지연되어 속도가 추종하면, 큰 위상 지연을 갖은 채 압력제어 루프를 병합함으로써 압력 응답이 오버슛 하거나 진동적인 응답을 나타내게 된다.

압력제어의 응답은 메이저 루프인 압력 제어부(13)의 제어 파라미터 중 비례 성분(도 4에서는 Ka)에 가장 크게 영향을 받는다. 마이너 루프인 속도 제어의 전달 특성(속도 지령(106)으로부터 속도 검출치(102)로의 전달 특성)을 1로 간주하면, 압력 지령으로부터 속도 지령(106)으로의 전달 특성은 Ka·s／(s＋K·Ka)가 된다. 이 전달 특성을 한층 더 변형하면, s／K×{Ka·K/(s＋K·Ka)｝가 된다.

즉, 속도 지령(106)은 압력 지령에 s／K를 작용시킨 신호(미분하고, 탄성 정수 K로 나눈 신호)에, 추가로 컷오프(cutoff) 주파수가 Ka·K 인 로우패스 필터를 통과시킨 신호와 동일하다. 모터(1)의 속도를 이 속도 지령(106)에 추종시키기 위해서는, 속도 제어가 적어도 Ka·K 이상의 주파수 성분을 통과시킬 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 속도 제어 대역은 Ka·K 이상이어야 한다. 속도 제어 대역이 K·Ka 보다 작으면, 위상 지연이 발생하며, 이것이 원인이 되어 압력 응답에 오버슛이 발생하거나 진동적인 압력 응답을 나타내게 된다.

여기서, Ka에 식(8)의 Ka를 대입하면

Ka·K = α×ωsc≤ωsc　　　(13)

된다. 즉, 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)는 압력 제어부(13)의 비례 게인 Ka와 탄성 정수 동정부(16)가 동정한 탄성 정수 K의 곱이 속도 제어부(12)의 속도 제어 대역 ωsc 보다 작은 값이 되도록 압력 제어부(13)의 비례 게인 Ka를 산출한다. 압력 제어부(13)에 상기 산출된 비례 게인 Ka가 설정됨으로써, 속도 지령(106)이 속도 제어 대역 ωsc 보다 낮은 주파수 성분 밖에 포함하지 않게 되므로, 모터(1)의 속도는 속도 지령(106)에 충분한 정밀도로 추종하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 압력에 오버슛이나 진동이 발생하는 일 없이 안정된 압력제어가 실현될 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 의하면, 압력 지령과 압력 검출치(103)의 편차에 대해서 비례 게인 Ka를 작용시키는 연산 요소를 적어도 갖는 전달 특성 연산을 실시하여 내부 속도 지령(107)을 산출하는 압력 제어부와, 상기 모터(1)의 속도가 상기 압력 제어부(13)가 산출한 내부 속도 지령(107)에 추종하도록 전류 지령(105)을 산출하는 속도 제어부(12)와, 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하는 충전／보압 판정부(17)와, 충전／보압 판정부(17)가 보압동작을 실행중인 것으로 판정했을 때 압력 검출치(103)와 모터(1)의 동작 정보로서 위치 검출치(101)를 취득하고, 취득한 압력 검출치(103) 및 위치 검출치(101)에 근거하여 탄성 정수 K를 동정하는 탄성 정수 동정부(16)와, 압력 제어부(13)의 비례 게인 Ka와 탄성 정수 K의 곱이 속도 제어부(12)의 속도 제어 대역 ωsc 보다 작은 값이 되도록 압력 제어부(13)의 비례 게인 Ka를 산출하고, 상기 산출한 비례 게인 Ka를 압력 제어부(13)에 설정하는 압력제어 제어 파라미터 설정부(15)를 포함하도록 구성하여, 보압동작시의 탄성 계수와 압력제어 루프 내에 구비되는 속도 제어 루프의 속도 제어 대역 ωsc에 근거하여 압력제어의 비례 게인을 구함으로써, 보압동작시에 모터(1)의 속도를 속도 지령(106)에 충분한 정밀도로 추종시킬 수 있다. 즉, 안정된 압력제어를 실행할 수 있는 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법을 얻을 수 있다.

제 2 실시 형태.

제 1 실시 형태에 있어서는, 단계 ST4에서 압력과 위치를 기록해 두고, 단계 ST7에서 보압동작 실행중에 성립하는 모터(1)의 위치와 압력 사이의 비례 관계로부터 탄성 정수 K를 동정하도록 했지만, 모터(1)의 위치 대신에 모터(1)의 속도나 모터(1)의 가속도 등 위치 이외의 모터 정보를 이용하도록 할 수 있다.

제 2 실시 형태의 제어 장치는 모터(1)의 위치 대신에 모터(1)의 속도를 이용한다. 또한, 제 2 실시 형태의 제어 장치는 탄성 정수 동정부를 제외하고는 제 1 실시 형태와 같은 구성요소를 구비하고 있다. 여기에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제 2 실시 형태의 제어 장치에 부호 2000, 제 2 실시 형태의 탄성 정수 동정부에 부호 21을 각각 부여하여 제 1 실시 형태와 구별한다.

도 6은 제 2 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법을 설명하는 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이, 단계 ST21 ～ 단계 ST26에 대하여, 제 1 실시 형태에서 설명한 단계 ST1 ～ 단계 ST6와 동일한 처리가 각각 실행된다.

단계 ST25에서, 충전／보압 판정부(17)는 보압동작이 종료했는지 아닌지를 판정한다. 보압동작이 완료된 경우(단계 ST25, Yes), 탄성 정수 동정부(21)는 기록되어 있는 압력 Pi 및 위치 Xi를 이용하여 압력의 미분치 Qi 및 위치의 미분치 Vi를 각각 산출한다(단계 ST27). 인덱스 i는 샘플링 시간마다 증가되므로, 인덱스 i는 실질적으로 i = 0 이후의 경과 시간에 해당한다. 따라서, 탄성 정수 동정부(21)는 예컨대, Pi, Pi－1, Pi－2 등을 이용하여 Qi를 산출할 수 있다. Vi 에 대해서도 마찬가지이다. 이때, 탄성 정수 동정부(21)는 기록되어 있는 압력 Pi와 위치 Xi에 대한 차분(差分)을 샘플링 시간 간격으로 나누는 단순한 미분을 하는 것이 아니라, 근사 미분을 행하도록 할 수 있다. 또한, 압력 Pi와 위치 Xi에 동일한 필터 처리를 행하고 나서 각각 미분 처리해도 괜찮다.

단계 S27의 처리 후, 탄성 정수 동정부(21)는 모터(1)의 속도와 압력의 미분치 사이에 성립하는 비례 관계를 이용하여 탄성 정수 K를 동정한다(단계 ST28). 구체적으로는 예컨대, 탄성 정수 동정부(21)는

Q = (Q1,Q2,…,QN)　　　(14)

V = (V1,V2,…,VN)　　　(15)

라고 정의하고,

Q = K·V　　　(16)

의 관계식에 식(14) 및 식(15)를 대입하고, 최소 제곱법을 이용하여 K를 동정한다.

단계 ST29 ～ 단계 ST31에 있어서는, 단계 ST8 ～ 단계 ST10와 각각 동일한 처리가 실행된다.

이와 같이, 압력 대신에 압력의 미분치를 이용하고 위치 대신에 속도를 이용해도 탄성 정수를 동정할 수 있다.

보압동작의 실행중에 성립하는 식(1)의 양변을 시간에 관해서 미분함으로써, 압력의 미분 신호 q와 위치의 미분 신호인 속도ｖ의 사이에는

q = K·ｖ　　　(17)

가 성립한다. 더욱이, 상기 식(17)의 양변에 대해 동일한 필터 처리를 실행했다고 해도, 압력의 미분 신호 q와 속도ｖ에 동일한 필터 처리를 실행한 신호 qf,ｖf 에 대해서는

qf = K·ｖf 　　(18)

가 성립한다.

보압동작 중에 성립하는 식(1)의 양변을 n차 미분하거나, 또는 양변을 n차 미분하고 추가로 필터 처리를 실행해도 탄성 정수 K를 비례 정수로 하는 비례 관계는 손상되지 않기 때문에, 위치의 1차 미분인 속도와 압력의 1차 미분인 압력 미분치 또는 속도와 압력 미분치에 동일한 필터를 적용한 데이터 대신에, 위치의 n차 미분치와 압력의 n차 미분치(단, n≥1인 정수) 또는 위치의 n차 미분치와 압력의 n차 미분치에 동일 필터를 적용한 데이터를 사용할 수 있다. 여기서, 필터는 어떠한 필터를 이용하든 괜찮지만, 예컨대 미분 작용에 수반하는 노이즈를 제거하는 로우패스 필터를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 미분 처리와 필터 처리는 순서가 달라질 수 있다.

상술한 바와 같이, 탄성 정수 동정부(21)는 복수 회에 걸쳐서 취득한 모터의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 각각 n(n=1)차 미분하고, 상기 n차 미분 한 복수의 위치 검출치(101) 및 복수의 압력 검출치(103)를 비례 관계로 피팅(fitting)함으로써 탄성 정수 K를 동정할 수 있다.

또한, 탄성 정수 동정부(21)는 복수 회에 걸쳐서 취득한 모터의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)에 대해서 각각 n(n=1)차 미분과 소정의 필터 처리를 실행하고, n차 미분 및 필터 처리를 실행한 복수의 위치 검출치(101) 및 복수의 압력 검출치(103)를 비례 관계로 맞춤으로써 탄성 정수 K를 동정할 수 있다.

제 3 실시 형태.

제 1, 2 실시 형태에서는, 보압동작 판정부가 보압동작을 실행중이라고 판정하고 나서 보압동작을 비실행중이라고 판정할 때까지의 1회의 연속적인 기간 동안을 시험 동작시켜, 당해 시험 동작을 실행했을 때의 위치와 압력의 데이터에 근거하여 제어 파라미터를 구하고, 일단 보압동작이 완료하고 나서(즉 상기 연속한 기간이 종료하고 나서) 압력 제어부에 제어 파라미터를 설정한다. 이것에 대해, 제 3 실시 형태의 제어 방법에 의하면, 보압동작이 실행중이라고 판정한 충전／보압 판정부(17)가 보압동작을 실행중이라고 판정하고 있는 연속한 기간 내에 탄성 정수 K를 순차적으로 동정하고, 이 정보에 근거하여 시시각각 압력제어의 제어 파라미터를 갱신한다.

제 3 실시 형태의 제어 장치의 구성은 탄성 정수 동정부 및 압력제어 제어 파라미터 설정부를 제외하고 제 1 실시 형태와 동일하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 실시 형태의 제어 장치에 부호 3000, 제 3 실시 형태의 탄성 정수 동정부에 부호 31, 제 3 실시 형태의 압력제어 제어 파라미터 설정부에 부호 32를 각각 부여하여 제 1 실시 형태와 구별되도록 한다.

도 8은 제 3 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법을 설명하는 플로우챠트이다.

우선, 제어 장치(3000)는 압력 지령 및 외부 속도 지령의 입력을 수신한다(단계 ST41). 입력되는 압력 지령 및 외부 속도 지령은 각각 제로값이 아닌 것으로 한다.

속도 지령 선택부(14)는 압력 지령에 근거하여 압력 제어부(13)에 의해서 산출된 내부 속도 지령(107)과 입력된 외부 속도 지령을 비교하여 절대치가 작은 지령을 속도 지령(106)으로서 선택하고, 제어 장치(3000)는 선택된 속도 지령(106)에 근거하여 모터를 구동시킨다(단계 ST42). 또한, 압력제어 제어 파라미터 설정부(32)는 압력 제어부(13)의 초기치로서 압력이나 속도가 발진하지 않는 정도로 작은 값의 비례 게인을 설정해 둔다.

계속해서, 충전／보압 판정부(17)는 보압동작을 실시하고 있는지 아닌지를 판정한다(단계 ST43). 단계 S43의 판정 처리에 대한 구체적 방법은 제 1 실시 형태의 단계 ST3와 동일하게 하는 것이 좋다. 보압동작을 실행하는 중이 아닌 경우(단계 ST43, No), 제어 장치(3000)는 단계 ST42의 처리를 실행한다.

보압동작을 실행중인 경우(단계 ST43, Yes), 충전／보압 판정부(17)는 보압동작이 실행중임을 알리는 통지를 신호(108)로 출력하며, 당해 통지를 받은 탄성 정수 동정부(31)는 압력 검출치(103)의 값 및 위치 검출치(101)의 값을 동일한 타이밍에서 취득하고, 취득한 압력 검출치(103)의 값 및 위치 검출치(101)의 값을 각각 기록한다(단계 ST44). 단계 ST44의 처리에 의해서 기록되는 값을 각각 압력 Pi(i = 1, 2, …, N), 위치 Xi(i = 1, 2, …, N)로 표기한다. 또한, 단계 ST44로부터 후술하는 단계 ST50까지의 처리는 루프 처리를 구성한다. 당해 루프 처리는 소정의 샘플링 시간마다 실행되며, 인덱스 i는 단계 ST44가 실행될 때마다 후술하는 단계 ST50의 처리에 의해서 증가한다. 이 루프 처리는 소정의 샘플링 시간마다 실행되므로, 인덱스 i는 실질적으로 i = 0 이후의 경과 시간에 해당한다. 이후, 인덱스 i를 샘플링 시각 i로 표기하기도 한다.

계속해서, 탄성 정수 동정부(31)는 기록되어 있는 최신의 압력 Pi 및 최신의 위치 Xi를 이용하여 압력의 미분치 Qi 및 위치의 미분치 Vi를 산출한다(단계 ST45). 또한, 탄성 정수 동정부(31)는 제 2 실시 형태와 같이, 근사 미분을 실행할 수 있으며, 필터 처리를 실행하고 나서 미분 처리를 하도록 할 수도 있다.

계속해서, 탄성 정수 동정부(3)는 압력의 미분치 Qi와 위치의 미분치 Vi에 근거하여 탄성 정수 Ki를 산출한다(단계 ST46). 또한, 단계 ST46의 처리는 단계 ST44 ～ 스텝 ST50의 루프 처리가 실행될 때마다 실행됨으로써 탄성 정수 Ki는 당해 루프 처리가 실행될 때마다 갱신된다.

탄성 정수 동정부(31)는 최신의 압력 Pi 및 최신의 위치 Xi로부터 구한 압력의 미분치 Qi 및 위치의 미분치 Vi를 예컨대, 순차형 최소 제곱법을 이용하여 비례 관계로 피팅함으로써 탄성 정수 Ki를 구할 수 있다. 구체적으로는, 이하에서 나타내는 바와 같이, 탄성 정수 Ki 및 샘플링 시각 i에 있어서의 중간 변수 Ri를 갱신할 수 있다.

[수 1]

… (19)

… (20)

여기서, K_i _－1은 샘플링 시각 i－1에 있어서의 탄성 정수의 동정치이며, R_i _－1은 샘플링 시각 i－1에 있어서의 중간 변수이다. 또한, Ki의 초기치 K0를 0으로 하고, Ri의 초기치 R0를 적당하게 큰 수라고 정한다.

탄성 정수 동정부(31)는 동정된 탄성 정수 Ki를 압력제어 제어 파라미터 설정부(32)에 신호(109)로서 입력한다.

계속해서, 압력제어 제어 파라미터 설정부(32)는 샘플링 시각 i에 있어서의 탄성 정수 Ki, 속도 제어 대역 ωsc, 정수 α(α≤1)를 이용하여 압력 제어부(13)의 비례 게인 Ka를 산출하고(단계 ST47), 산출한 비례 게인 Ka를 압력 제어부(13)에 설정한다(단계 ST48). 또한, 비례 게인 Ka는 다음의 식에 의해 구할 수 있다.

Ka = α×ωsc／Ki　　　(21)

이 식(21)은 제 1 실시 형태에 대해 사용된 식(8)의 K를 Ki로 바꿔놓은 것이다.

계속해서, 충전／보압 판정부(17)는 보압동작이 종료되었는지 그렇지 않은지를 판정한다(단계 ST49). 단계 ST49의 판정 처리의 구체적 방법은 제 1 실시 형태에 있어서의 단계 ST5와 같은 것을 채용할 수 있다.

보압동작이 완료되지 않은 경우(단계 ST49, No), 탄성 정수 동정부(31)는 인덱스 i를 증가시킨다(단계 ST50). 그리고, 탄성 정수 동정부(31)는 단계 ST44의 처리를 다시 실행한다. 보압동작이 완료되었을 경우(단계 ST49, Yes), 제 3 실시 형태의 사출 성형기의 제어 방법에 따른 동작이 종료된다. 이후의 성형 동작에 있어서, 압력 제어부(13)는 i = N 번째의 루프 처리에 대해 설정된 비례 게인을 이용하도록 구성되어도 괜찮으며, 단계 ST41의 처리로부터 실행하도록 구성되어도 괜찮다.

또한, 상술한 설명에서는, 위치의 1차 미분인 속도와 압력의 1차 미분인 압력 미분치를 이용하여 압력과 위치 사이에 성립하는 탄성 정수를 동정했지만, 제 1 실시 형태와 같이 위치와 압력을 이용하여 탄성 정수를 동정할 수 있다. 또한, 제 2 실시 형태와 같이 위치의 n차 미분과 압력의 n차 미분 또는 위치의 n차 미분과 압력의 n차 미분에 동일한 필터를 적용한 데이터를 이용하여 탄성 정수를 동정할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시 형태에서는 탄성 정수 동정부(31)는 충전／보압 판정부(17)가 보압동작을 실행중이라고 판정하고 있는 연속한 기간 내에 샘플링 시간마다 모터(1)의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 취득하고, 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 취득할 때마다 상기 취득한 최신의 위치 검출치(101)와 압력 검출치(103)를 이용하여 탄성 정수 Ki를 순서대로 동정하며, 압력제어 제어 파라미터 설정부(32)는 탄성 정수 동정부(31)가 순서대로 동정한 탄성 정수 Ki를 이용하여 비례 게인 Ka를 순서대로 산출하고, 산출한 비례 게인 Ka를 순서대로 압력 제어부(13)에 덮어쓰기(overwriting) 설정하도록 구성됨으로써 시험 동작을 실시하지 않고도 압력제어의 비례 게인 Ka를 설정할 수 있게 된다.

1 : 모터
2 : 엔코더
3 : 커플링
4 : 볼 나사
5 : 스크류
6 : 로드 셀
7 : 배럴
8 : 금형
9 : 수지
11 : 전류 제어부
12 : 속도 제어부
13 : 압력 제어부
14 : 속도 지령 선택부
15, 32 : 압력제어 제어 파라미터 설정부
16, 21, 31 : 탄성 정수 동정부
17 : 충전／보압 판정부
18, 19 : 감산기
101 : 위치 검출치
102 : 속도 검출치
103 : 압력 검출치
104 : 전류
105 : 전류 지령
106 : 속도 지령
107 : 내부 속도 지령
108, 109, 110, 201 : 신호
202, 203, 204, 205 : 요소
1000, 2000, 3000 : 제어 장치

Claims

모터를 구동하여 스크류를 배럴 내에서 전진시킴으로써 상기 배럴에 채워진 용융 수지를 금형의 캐비티 내로 사출하는 사출 성형기에 구비되며, 상기 모터의 동작 정보와 상기 용융 수지의 압력 검출치에 근거하여 상기 모터를 구동하는 전류 지령을 생성하는 사출 성형기의 제어 장치로서,
소정의 압력 지령과 상기 압력 검출치의 편차에 대해 적어도 비례 게인을 작용시키는 연산 요소를 구비하는 전달 특성 연산을 수행하여 속도 지령을 산출하는 압력 제어부;
상기 모터의 속도가 상기 압력 제어부가 산출한 속도 지령에 추종하도록 상기 전류 지령을 산출하는 속도 제어부;
상기 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하는 보압동작 판정부;
상기 보압동작 판정부가 보압동작을 실행중이라고 판정했을 때에 상기 압력 검출치와 상기 모터의 동작 정보를 취득하고, 상기 취득한 압력 검출치 및 상기 모터의 동작 정보에 근거하여 상기 모터의 위치 변위에 대한 상기 압력 검출치의 변화 비율인 탄성 정수를 동정하는 탄성 정수 동정부; 및
상기 압력 제어부의 비례 게인과 상기 탄성 정수 동정부가 동정한 탄성 정수의 곱이 상기 속도 제어부의 속도 제어 대역보다 작은 값이 되도록 상기 압력 제어부의 비례 게인을 산출하고, 상기 산출한 비례 게인을 상기 압력 제어부에 설정하는 제어 파라미터 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 모터의 동작 정보는 상기 모터의 위치 검출치이며,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 모터의 위치 검출치와 상기 압력 검출치를 동일 타이밍에서 취득하는 것을 복수 회에 걸쳐서 실행하고, 상기 복수 회에 걸쳐서 취득한 모터의 위치 검출치와 상기 압력 검출치를 이용하여 상기 탄성 정수를 동정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 보압동작 판정부가 보압동작을 실행중이라고 판정하고 있는 연속한 기간 내에서 상기 모터의 위치 검출치와 상기 압력 검출치를 복수 회에 걸쳐서 취득하고, 상기 연속한 기간이 종료한 후에 상기 연속한 기간 내에 취득한 복수 회 분의 위치 검출치와 압력 검출치를 이용하여 상기 탄성 정수를 동정하며,
상기 제어 파라미터 설정부는 상기 탄성 정수에 근거하여 산출한 비례 게인을 상기 기간의 경과 후에 상기 압력 제어부에 설정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 보압동작 판정부가 보압동작을 실행중이라고 판정하고 있는 연속한 기간 내에서 소정의 시간 간격으로 상기 모터의 위치 검출치와 상기 압력 검출치를 취득하고, 상기 위치 검출치와 상기 압력 검출치를 취득할 때마다 상기 탄성 정수를 순서대로 동정하며,
상기 제어 파라미터 설정부는 상기 탄성 정수 동정부가 순서대로 동정한 탄성 정수를 이용하여 비례 게인을 순서대로 산출하고, 상기 산출한 비례 게인을 순서대로 상기 압력 제어부에 덮어쓰기(overwriting) 설정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 복수 회에 걸쳐서 취득한 모터의 위치 검출치와 압력 검출치를 각각 n(n≥1)차 미분하고, 상기 n차 미분한 복수의 위치 검출치 및 복수의 압력 검출치를 비례 관계로 피팅(fitting)함으로써 상기 탄성 정수를 동정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 복수 회에 걸쳐서 취득한 모터의 위치 검출치와 압력 검출치에 대해 각각 n(n≥1)차 미분과 소정의 필터 처리를 실행하고, 상기 n차 미분 및 상기 필터 처리를 실행한 복수의 위치 검출치 및 복수의 압력 검출치를 비례 관계로 피팅함으로써 상기 탄성 정수를 동정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 취득한 모터의 최신의 위치 검출치와 최신의 압력 검출치를 각각 n(n≥1)차 미분하고, 상기 n차 미분한 위치 검출치 및 압력 검출치를 순차형 최소 제곱법을 이용하여 비례 관계로 피팅함으로써 상기 탄성 정수를 산출하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 탄성 정수 동정부는 상기 취득한 모터의 최신의 위치 검출치와 최신의 압력 검출치에 대해 각각 n(n≥1)차 미분과 소정의 필터 처리를 실행하고, 상기 n차 미분 및 상기 필터 처리를 실행한 위치 검출치 및 압력 검출치를 순차형 최소 제곱법을 이용하여 비례 관계로 피팅함으로써 상기 탄성 정수를 동정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보압동작 판정부는 상기 모터의 위치가 소정 위치에 도달했는지 아닌지에 근거하여 상기 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보압동작 판정부는 상기 압력 검출치가 소정 압력에 도달했는지 아닌지에 근거하여 상기 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 속도 제어부는 상기 모터의 속도와 상기 압력 제어부가 산출한 속도 지령의 편차에 대해 적어도 비례 게인을 작용시키는 연산 요소를 구비한 전달 특성 연산을 실행하며,
상기 속도 제어 대역은 상기 속도 제어부의 비례 게인을 상기 모터의 관성과 상기 모터의 가동에 수반하여 동작하는 기계의 관성을 합한 값으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
모터를 구동하여 스크류를 배럴 내에서 전진시킴으로써 상기 배럴에 채워진 용융 수지를 금형의 캐비티 내로 사출하는 사출 성형기에 구비된 제어 장치가 소정의 압력 지령과 상기 용융 수지의 압력 검출치의 편차에 대해 적어도 비례 게인을 작용시키는 연산 요소를 구비한 전달 특성 연산을 실행하여 속도 지령을 산출하고, 상기 모터의 속도가 상기 산출한 속도 지령에 추종하도록 상기 모터를 구동하는 전류 지령을 산출하는, 상기 사출 성형기의 제어 방법으로서,
상기 사출 성형기가 보압동작을 실행중인지 비실행중인지를 판정하는 보압동작 판정 단계;
상기 사출 성형기가 보압동작을 실행중으로 판정했을 때에 상기 압력 검출치와 상기 모터의 동작 정보를 취득하고, 상기 취득한 압력 검출치 및 상기 모터의 동작 정보에 근거하여 상기 모터의 위치 변위에 대한 상기 압력 검출치의 변화 비율인 탄성 정수를 동정하는 탄성 정수 동정 단계; 및
비례 게인과 상기 탄성 정수 동정부가 동정한 탄성 정수의 곱이 속도 제어부의 속도 제어 대역보다 작은 값이 되도록 비례 게인을 산출하고, 상기 산출한 비례 게인을 상기 속도 지령을 산출하기 위한 비례 게인으로 설정하는 제어 파라미터 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 방법.