KR20160060363A - 사출성형기의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

사출성형기의 제어장치 및 제어방법이 개시된다.
사출성형기의 제어장치는 사출성형기의 토글식 형체장치에 구비된 형체모터를 구동하여 형개폐를 제어하는 것으로서, 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터에 기초하여 위치 프로파일 및 속도 프로파일을 생성하되, 위치 프로파일의 생성 시에 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하며, 생성한 위치 프로파일 및 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 형체모터를 구동한다.
이에 따라, 고속 형개폐 동작시 진동 및 충격량을 감소시켜 정밀, 정확한 고속 위치 제어를 구현할 수 있고 결과적으로 사이클 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

사출성형기의 제어장치 및 제어방법{CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 사출성형기의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 특히 토글식 형체장치를 구비한 사출성형기의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 사출 성형기는 크게 성형재료인 수지를 녹인 후 용융수지를 금형 내로 사출하는 사출장치와 금형을 개폐하는 형개/형폐 동작을 수행하는 형체장치로 구성된다.

형체장치의 경우 토글의 기구학적 원리를 이용해 금형을 체결하는 토글식과, 형판에 유압력을 직접 가하여 형체력을 발생시킴으로써 금형을 체결하는 직압식의 2가지 방식이 주로 사용되고 있다.

이중, 토글식 형체장치는 고정된 고정형판과 이에 대응하면서 이동 가능하게 구비되는 이동형판, 크로스헤드를 전/후진시키는 토글기구 및 토글기구의 동작시 이동형판을 지지해 주는 형후판 등을 구비하며, 크로스헤드의 전후진 동작에 의해 링크구조를 갖고 있는 토글기구가 작동하여 이동형판을 이송시킴으로써 금형을 형개 및 형폐시키도록 구성되어 있다.

토글기구의 운동특성은 비선형적으로 이루어지므로 각 구간(이송거리)에 대한 가속도가 달라지게 되어 금형의 형개 또는 형폐가 개시되는 시점으로부터 금형이 완전히 열리거나 닫혀 형개 또는 형폐 동작이 완료되는 종점까지의 정확한 위치 제어가 어렵다.

종래 토글식 형체장치를 제어하는 제어장치는 크로스헤드를 구동하는 서보모터로 위치 제어를 수행하되 크로스헤드가 이동을 개시하는 시점에서 이동을 완료하는 종점까지의 이송거리와 속도설정값에 기초하여 동작지령을 생성하여 출력한다. 이때, 가속 및 감속제어는 제어장치에서 제공하는 이동평균 필터를 사용하여 제어하는 방안이 제시되어 있다.

그러나, 이와 같은 방안에서는 고속으로 형개폐 동작을 수행할 경우 형폐 완료시와 형개 완료시 형후판에 과도한 진동 및 충격량이 발생되어 정밀, 정확한 고속 위치 제어를 구현하기 어렵고 결과적으로 사이클 시간(cycle time)의 단축이 불가능한 문제점이 있다.

KR 10-1261711 B1, 공고일: 2013. 05. 07, 명칭: 토글식 사출 성형기의 형 조정 방법

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 고속 형개폐 동작시 진동 및 충격량을 감소시켜 정밀, 정확한 고속 위치 제어를 구현하고 결과적으로 사이클 시간을 단축시킬 수 있는 사출성형기의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치는 사출성형기의 토글식 형체장치에 구비된 형체모터를 구동하여 형개폐를 제어하는 제어장치로서, 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터에 기초하여 위치 프로파일 및 속도 프로파일을 생성하되, 상기 위치 프로파일의 생성 시에 상기 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하는 제어부; 및 상기 제어부에서 제공하는 위치 프로파일 및 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 상기 형체모터를 구동하는 구동부를 포함한다.

상기 설정 파라미터는 상기 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 구간별 위치설정값과 구간별 속도설정값, 가감속시간을 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 전 구간 이송거리와 매 스캔마다 증가하는 위상을 상기 다항식에 적용하여 스캔당 단위이송량을 산출하며 상기 스캔당 단위이송량을 순차적으로 더하여 스캔당 목표위치 변화를 나타내는 상기 위치 프로파일을 생성하는 위치 조정부를 포함할 수 있다.

상기 위치 조정부는 다음의 수학식으로 정의되는 사이클로이드 다항식을 사용하여 스캔당 단위이송량을 산출할 수 있다.

여기서, L은 전 구간 이송거리, x는 현 스캔의 위상, y는 현 스캔의 단위이송량이다.

상기 제어부는 상기 구간별 속도설정값 및 상기 가감속시간에 기초하여 상기 속도 프로파일을 생성하되, 상기 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 각 구간의 이송거리를 기준으로 구간별 제한속도를 산출하고 상기 구간별 제한속도에 따라 상기 속도 프로파일을 제한 처리하는 속도 조정부를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법은 사출성형기의 토글식 형체장치에 구비된 형체모터를 구동하여 형개폐를 제어하는 제어방법으로서, 제어장치가 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터를 입력받는 단계; 상기 제어장치가 상기 설정 파라미터에 기초하여 위치 프로파일을 생성하되, 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하여 상기 위치 프로파일을 생성하는 단계; 상기 제어장치가 상기 설정 파라미터에 기초하여 속도 프로파일을 생성하는 단계; 및 상기 제어장치가 상기 위치 프로파일 및 상기 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 상기 형체모터를 구동하는 단계를 포함한다.

상기 설정 파라미터는 구간별 위치설정값, 구간별 속도설정값 및 가감속시간을 포함할 수 있다.

상기 위치 프로파일 생성 단계는 상기 구간별 위치설정값으로부터 전 구간 이송거리를 산출하는 단계; 매 스캔마다 위상을 증가시키는 단계; 상기 이송거리에 대한 스캔이 완료될 때까지 상기 매 스캔마다 증가하는 위상을 상기 다항식에 적용해 가며 스캔당 단위이송량을 반복 산출하는 단계; 및 상기 스캔당 단위이송량을 순차적으로 더하여 스캔당 목표위치 변화를 나타내는 상기 위치 프로파일을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 위치 프로파일 생성 단계에서, 상기 제어장치는 다음의 수학식으로 정의되는 사이클로이드 다항식을 사용하여 상기 스캔당 단위이송량을 산출할 수 있다.

여기서, L은 전 구간 이송거리, x는 현 스캔의 위상, y는 현 스캔의 단위이송량이다.

상기 속도 프로파일 생성 단계에서, 상기 제어장치는 상기 구간별 속도설정값 및 상기 가감속시간에 기초하여 상기 속도 프로파일을 생성하되 상기 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 각 구간의 이송거리를 기준으로 제한속도를 산출하고 상기 구간별 제한속도에 따라 상기 속도 프로파일을 제한 처리할 수 있다.

본 발명에 의한 사출성형기의 제어장치 및 제어방법에 따르면, 고속 형개폐 동작시 진동 및 충격량을 감소시켜 정밀, 정확한 고속 위치 제어를 구현할 수 있고 결과적으로 사이클 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기를 나타낸 개략적 구성도.
도 2는 도 1에 나타난 형체장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어장치를 나타낸 개략적 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치를 통해 생성되는 위치 프로파일을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어방법을 나타낸 흐름도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사출성형기의 제어장치 및 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기를 나타낸 개략적 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사출성형기(1)는 사출장치(2) 및 형체장치(3)로 구성된다.

사출장치(2)는 배럴(16)을 구비하고, 배럴(16)에는 고체 수지의 유입 통로인 호퍼(12)가 설치된다. 배럴(16)의 내부에는 스크류(13)가 전후진 또는 회전 가능하게 설치된다. 스크류(13)의 후단은 지지부재(14)에 장착된 계량모터(15)를 통해 벨트풀리의 동력전달에 의하여 회전 가능하게 지지된다.

또한, 사출장치(2)는 스크류(13)와 평행하게 배치되는 나사축(17)을 가진다. 나사축(17)의 후단은 타이밍 벨트에 의해 사출모터(19)의 출력축과 연결된다. 따라서 사출모터(19)에 의해 나사축(17)이 회전될 수 있다. 나사축(17)의 전단은 지지부(14)에 고정된 너트와 맞물려 있다. 이에 따라 타이밍 벨트를 통해 나사축(17)을 회전시키면, 지지부재(14)가 전진 또는 후진 이동하고, 그 결과 스크류(13)의 전후진 이동이 가능하게 된다.

형체장치(3)는 링크구조를 갖고 있는 토글기구(28)를 작동시켜 금형(9)의 개폐 동작을 제어하는 토글식 형체장치이다.

구체적으로, 형체장치(3)는 고정형판(24)과, 금형의 두께만큼 이동 가능한 이동형판(22)을 가진다. 고정형판(24)과 이동형판(22)에는 각각 고정금형(11), 이동금형(10)이 장착된다. 여기서 고정금형(11)과 이동금형(10)은 금형(9)이라 이름할 수 있다. 또한, 이동금형(10)과 고정금형(11)이 서로 체결/조합되어 금형장치(9) 내에 성형품에 대응하는 성형공간이 형성된다.

이동형판(22)과 고정형판(24)은 타이 바(tie bar)(29)에 의해 연결된다. 이동형판(22)은 타이 바(29)를 따라 슬라이딩 또는 병진 운동이 가능하다.

또한, 형체장치(3)는 이동형판(22)에 연결되는 토글기구(28)를 가진다. 토글기구(28)의 후단에는 토글기구(28)의 위치를 잡아주는 형후판(rear platen)(26)이 형성된다. 토글기구(28)는 복수의 링크를 가지고, 복수의 링크 사이의 상호 이동에 따라 금형(9)의 형폐 또는 형개가 수행될 수 있다.

형체장치(3)에 있어서, 구동부인 형체모터(25)를 구동하면, 형체모터(25)의 회전이 타이밍 벨트를 통하여 볼나사축으로 전달된다. 그리고, 볼나사축 및 너트에 의하여, 회전운동이 직선운동으로 변환되어 토글기구(28)가 작동한다. 또한, 토글기구(28)의 작동에 의해 이동형판(22)은 타이 바(29)를 따라 이동하여, 고정형판(24)과의 형폐 및 형개 동작이 행하여진다.

사출장치(2)와 형체장치(3) 사이에는 수지의 이동경로를 제공하는 노즐(32)이 설치된다.

호퍼(12)를 통해 배럴(16) 내부로 이동된 고체 수지는 스크류(13)의 전진 이동 및 배럴(16) 내에서의 가열에 의해 용융된다. 용융된 수지는 스크류(13)의 전단에 쌓이게 되고, 노즐(32)을 통해 형체장치(3)의 금형(9) 내로 사출된다.

사출 공정은 형체장치(3)의 형폐 동작이 완료된 상태에서 이루어진다. 이후, 냉각 공정이 진행되어 금형(9) 내에 충전된 수지가 성형품으로 고화되며 성형품을 취출하기 위해 형체장치(3)가 금형(9)을 개방하여 형개상태로 전환하게 된다.

형개/형폐 동작시에 형체장치(3)는 이동형판(22)을 좌우방향으로 구동하여 금형(9)을 열거나 닫는다. 이동형판(22)이 형폐위치로부터 좌측, 즉 형후판(26)을 향하는 형개방향으로 구동되어 형개위치까지 도달하면 금형(9)을 개방한 형개상태가 된다. 또한, 이동형판(22)이 형개위치로부터 우측, 즉 고정형판(24)을 향하는 형폐방향으로 구동되어 형폐위치까지 도달하면 금형(9)을 밀착시켜 닫은 형폐상태가 된다.

도 2는 도 1에 나타난 형체장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

형체장치(3)는 도시된 바와 같이, 고정형판(24), 이동금형(10)을 취부하여 이동하는 이동형판(22), 필요한 형체력을 발생시키는 타이 바(29)와, 타이 바(29)를 고정시키면서 토글기구(28)의 동작시에 이동형판(22)을 지지해 주는 형후판(26) 등을 포함한다.

고정형판(24)과 이동형판(22)이 서로 대향하여 배치되며, 고정형판(24)과 이동형판(22)의 마주보는 면상에는 각각 고정금형(11)과 이동금형(10)이 설치된다.

고정형판(24)과 이동형판(22)은 타이 바(29)를 매개로 연결된다.

이동형판(22)의 일단은 토글기구(28)와 연결된다.

이동형판(22)의 중앙에는 이동금형(10)에서 성형된 성형품을 취출하기 위한 압출핀(36)이 설치되고, 그 일측에는 압출핀(36)을 구동시키기 위한 압출모터(34)가 구비된다.

이러한 토글식 형체장치(3)에서 크로스헤드(27)가 전/후진하는 경우 크로스헤드(27)에 연결된 토글기구(28)의 굴곡/신장 작용에 의해 이동형판(22)이 좌우방향으로 직선 이동(전진/후퇴)하여 형폐상태(금형을 밀착시켜 닫은 상태)나 형개상태(금형을 개방한 상태)를 이루게 된다.

제어장치(100)는 이와 같은 형체장치(3)에 구비되어 크로스헤드(27)를 전/후진시키는 형체모터(25)를 구동하여 토글기구(28)의 굴곡/신장 상태를 변화시키고 토글기구(28)에 연결된 이동형판(22)이 이송되게 함으로써 형개 또는 형폐 공정의 진행을 제어한다.

구체적으로, 전술한 제어장치(100)는 형조정 공정, 즉 형개 또는 형폐 공정의 구동 사이클을 이루는 전 구간을 소정의 스캔단위로 세분하고 매 스캔마다 목표위치의 산출을 반복 처리함으로써 스캔당 목표위치 변화를 나타내는 위치 프로파일을 생성하고 매 스캔마다 이에 기반한 동작지령을 생성하여 형개폐를 제어한다.

이에 따르면, 보다 정밀, 정확한 위치 제어를 구현하고 급격한 위치 변화를 유연화시켜 고속 형개폐 동작시 진동 및 충격량을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 사이클 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어장치를 나타낸 개략적 구성도이다.

전술한 바와 같은 사출성형기의 토글식 형체장치에서 형체모터(25)를 구동하여 형개폐를 제어하는 제어장치(100)는 도 3에 도시된 것처럼 제어부(110) 및 구동부(120)를 포함하여 구성할 수 있다.

형개/형폐 공정은 원하는 성형조건 등에 따라 일단 또는 여러 단계의 다단 공정으로 수행될 수 있으며, 구동 사이클은 공정 단계(단수)에 따라 하나 또는 복수 개의 구간으로 이루어질 수 있다.

다단 공정의 경우에는 그 구동 사이클이 복수 단계의 구간으로 나뉘며, 각 구간의 경계에서 위치, 속도, 가속도 연속성 등의 특성이 달라진다.

예를 들어, 형개나 형폐 공정의 구동 사이클을 가속/등속/감속구간으로 나누어 이동형판(22)에 대한 다단(3단) 속도제어를 수행할 수 있다. 이 경우 각 구간의 경계에서 속도절환이 이루어진다.

제어부(110)는 형개 또는 형폐 공정의 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터를 입력받고 이에 기초하여 구동 사이클의 전 구간에 대한 위치 프로파일 및 속도 프로파일을 생성한다.

설정 파라미터에는 사용자 입력에 따라 정의되는 구간별 위치설정값과 구간별 속도설정값, 가감속시간 등이 포함될 수 있다.

전술한 제어부(110)는 스캔단위의 정밀, 정확한 위치 제어를 구현하기 위하여 위치 프로파일의 생성 시에 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하여 스캔단위의 위치 프로파일을 생성한다.

이를 위한 제어부(110)는 전처리부(111), 위치 조정부(112) 및 속도 조정부(113)를 포함할 수 있다.

전처리부(111)는 설정 파라미터를 입력받아 이로부터 스캔단위의 위치 프로파일을 생성하는데 필요한 동작 파라미터를 산출한다.

예를 들어, 전처리부(111)는 사용자가 설정하는 구간별 위치설정값(각 구간의 초기위치/목표위치), 구간별 속도설정값(각 구간의 초기속도/목표속도) 및 가감속시간 등을 설정 파라미터로서 입력받아 이로부터 각 구간의 이송거리 및 이송시간, 전 구간 이송거리 및 이송시간, 전 구간 최대속도, 가감속시간에 따른 가감속 기울기 등의 동작 파라미터를 산출할 수 있다.

여기서, 전 구간 이송거리는 구간별 이송거리를 모두 합산한 값으로서, 형개 또는 형폐 공정이 실행되는 한 구동 사이클 동안 이동형판(22)의 총 이송거리(위치변화)를 의미한다.

일례로, 1 구동 사이클 동안 이동형판(22)이 제1 위치(예컨대, 형개위치)로부터 제2 위치(예컨대, 형폐위치)로 이동하는 경우, 제1 위치로부터 제2 위치까지의 총 거리가 전 구간 이송거리가 된다.

사용자 설정 등에 따라 구간별 위치설정값(각 구간의 초기위치/목표위치)이 주어지므로, 전처리부(111)는 이로부터 각 구간의 이송거리(위치변화)를 구할 수 있고, 구간별 이송거리를 모두 합산하여 전 구간 이송거리를 산출할 수 있다.

일 실시예에서, 전처리부(111)는 구간별 위치설정값으로부터 전 구간 이송거리를 산출하고 매 스캔(예컨대 2ms)마다 위상을 증가시켜 전 구간 이송거리 및 매 스캔마다 증가하는 위상을 동작 파라미터로서 위치 조정부(112)에 제공한다.

위치 조정부(112)는 전처리부(111)로부터 입력되는 이송거리 및 위상을 미리 정의된 다항식 위치 프로파일 함수에 적용하여 스캔별 목표위치를 산출한다.

일 실시예에서, 위치 조정부(112)는 연산부(112_1) 및 가산부(112_2)를 포함한다.

위치 조정부(112)의 연산부(112_1)는 전처리부(111)로부터 전 구간 이송거리와 매 스캔마다 증가하는 위상을 제공받고 이들을 미리 정의된 다항식에 적용하여 스캔당 단위이송량을 산출한다.

이때, 연산부(112_1)는 고속 위치 제어에 적합한 사이클로이드(cycloid) 다항식을 사용하여 스캔당 단위이송량을 산출할 수 있다. 사이클로이드 다항식은 수학식 1과 같이 정의된다.

여기서, L은 전 구간 이송거리, x는 현 스캔의 위상, y는 현 스캔의 단위이송량이다.

형개/형폐 공정이 실행되는 한 구동 사이클 동안, 해당 구동 사이클의 위상은 0 내지 180 사이의 범위에서 가변되며 매 스캔마다 일정 단위씩 순차적으로 증가한다.

이후, 위치 조정부(112)의 가산부(112_2)는 매 스캔마다 산출되는 스캔당 단위이송량을 순차적으로 더하여 스캔당 목표위치 변화를 나타내는 위치 프로파일을 생성한다. 가산부(112_2)는 매 스캔마다 해당 스캔의 단위이송량을 산출하고, 산출한 단위이송량을 현재위치에 합산하여 목표위치를 갱신한다.

이때, 위치 조정부(112)는 목표위치가 전 구간 이송거리에 도달하여 전 구간 이송거리에 대한 스캔이 완료될 때까지 스캔별 위상을 증가/갱신해 가며 스캔별 목표위치를 생성하는 작업을 반복하게 된다.

나아가, 전처리부(111)는 구간별 제한속도를 산출하여 사용자가 설정하는 구간별 속도설정값의 상한/하한을 제한할 수 있다.

예를 들어, 전처리부(111)는 전 구간 이송거리 및 이송시간을 고려할 때 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 각 구간의 이송거리를 기준으로 설정 가능한 제한속도(상한/하한)를 산출하고 이를 동작 파라미터로서 속도 조정부(113)에 제공함으로써 사용자가 설정하는 구간별 속도설정값에 대한 제한(limit) 처리가 실시될 수 있게 한다.

속도 조정부(113)는 사용자가 설정하는 각 구간에 대한 구간별 속도설정값 및 가감속시간에 기초하여 속도 프로파일을 생성한다. 이때, 가감속시간이 동일하게 설정된 경우에는 대칭형 속도 프로파일이 생성되고 가속시간 및 감속시간이 상이하게 설정된 경우에는 비대칭 속도 프로파일이 생성된다.

더불어, 속도 조정부(113)는 전처리부(111)에서 산출한 구간별 제한속도에 따라 속도 프로파일을 제한 처리하여 제한 처리된 속도 프로파일을 구동부(120)에 제공한다.

구동부(120)는 제어부(110)에서 제공하는 위치 프로파일 및 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 형체모터(25)를 구동함으로써 행개 또는 형폐 공정을 실행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치를 통해 생성되는 위치 프로파일을 예시한 도면이다.

도 4에는 원 위치 프로파일(G1)과 이를 보정한 스캔단위 위치 프로파일(G2)이 비교 예시되어 있다.

원 위치 프로파일(G1)은 주어진 구간별 위치 설정값에 따라 생성한 것이고, 스캔단위 위치 프로파일(G2)은 스캔단위로 세분화된 목표위치를 산출하고 산출결과를 적용하여 원 위치 프로파일(G1)을 보정해 생성한 것이다.

도 4에 예시된 바와 같이, 원 위치 프로파일(G1)은 각 구간(T1, T2, T3)의 위치변화(각 구간의 시작위치/목표위치)만을 포함하는 러프한 형태의 그래프로 나타난다. 이에 반해, 보정된 위치 프로파일(G2)은 스캔단위(점선으로 구획) 위치변화를 포함하는 보다 정밀한 형태의 그래프로서, 형개 또는 형폐 공정이 수행되는 소정의 구동 사이클이 개시되는 시점으로부터 종료되는 시점까지의 전 구간(T)에 대한 스캔당 목표위치 변화를 나타낸다.

일 실시예에서, 제어장치(100)는 먼저 주어진 설정 파라미터 중 구간별 위치설정값(각 구간의 초기위치/목표위치)으로부터 구동 사이클을 이루는 각 구간(T1, T2, T3)의 이송거리(L1, L2, L3)를 구하고 이들을 취합/합산하여, 구동 사이클의 전 구간(T)에 대한 원 위치 프로파일(G1)을 생성하고 전 구간 이송거리(L)를 산출한다.

이후, 제어장치(100)는 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 세분하고 매 스캔마다 위상을 갱신해 가며 다항식 위치 프로파일 함수를 사용해 목표위치의 산출을 반복 처리한다.

또한, 제어장치(100)는 스캔당 목표위치 산출결과를 적용하여 원 위치 프로파일(G1)을 보정함으로써 도 4에 예시된 바와 같이 스캔별 목표위치 변화를 나타내는 스캔단위 위치 프로파일(G2)을 생성하고 이에 따라 스캔별 동작지령을 생성함으로써 형개폐를 제어한다.

이와 같이, 고속 위치 제어에 적합한 다항식, 일례로 사이클로이드 다항식을 형체모터(25)의 제어에 적용하면 구동 사이클의 전 구간 혹은 각 구간을 제어 단위로 하여 고속 형개폐 동작을 행하는 경우에 비해 정밀, 정확한 위치 제어가 가능해져 급격한 위치 변화를 유연화시킬 수 있고 형후판(26)의 진동 및 충격량을 감소(충격 완화)시켜 사이클 시간의 단축을 유도할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 제어장치(100)는 사용자에 의해 형개/형폐 공정의 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터를 입력받는다(S110). 일 실시예에 따른 설정 파라미터는 구간별 위치설정값, 구간별 속도설정값 및 가감속시간 등을 포함한다.

이후, 제어장치(100)는 S110에서 사용자가 설정한 설정 파라미터 중 구간별 위치설정값에 기초하여 위치 프로파일을 생성하되, 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하여 위치 프로파일을 생성한다(S120).

위치 프로파일을 생성하는 S120 단계는 S121 단계 내지 S126 단계로 세분화될 수 있다.

스캔이 개시되면(S121), 제어장치(100)는 사용자가 설정한 구간별 위치설정값으로부터 전 구간 이송거리를 산출(S122)하고 스캔당 목표위치를 산출할 수 있도록 매 스캔마다 위상을 증가시킨다(S123).

전 구간 이송거리에 대한 스캔이 완료될 때까지(S126), 제어장치(100)는 S122에서 산출한 전 구간 이송거리와 매 스캔마다 증가하는 위상을 미리 정의된 다항식 위치 프로파일 함수에 적용해 가며 스캔당 단위이송량을 반복 산출한다(S124). 이때, 전술한 수학식 1의 사이클로이드 다항식을 사용하여 스캔당 단위이송량을 계산할 수 있다.

계속해서, 제어장치(100)는 S124에서 산출되는 스캔당 단위이송량을 순차적으로 더하여 스캔별 목표위치 변화를 나타내는 위치 프로파일을 생성하게 된다(S125).

또한, 제어장치(100)는 S110에서 사용자가 설정한 설정 파라미터 중 구간별 속도설정값 및 가감속시간에 기초하여 속도 프로파일을 생성한다(S130).

속도 프로파일을 생성하는 S130 단계는 S131 내지 S133 단계로 세분화될 수 있다.

여기에서, 제어장치(100)는 기본적으로 사용자가 설정한 구간별 속도설정값 및 가감속시간에 따라 전 구간에 대한 속도 프로파일을 생성(S131)하되 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 각 구간의 이송거리를 기준으로 제한속도를 산출(S132)하고 산출한 구간별 제한속도에 의해 기 생성한 속도 프로파일을 제한 처리(S133)한다.

이후, 제어장치(100)는 S125에서 생성한 위치 프로파일과 S130에서 생성한 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 형체모터(25)를 구동하게 된다(S140).

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치 및 제어방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

1: 사출성형기, 2: 사출장치,
3: 형체장치, 24: 고정형판,
22: 이동형판, 29: 타이 바,
25: 형체모터, 26: 형후판,
27: 크로스헤드, 28: 토글기구,
100: 제어장치, 110: 제어부,
111: 전처리부, 112: 위치 조정부,
112_1: 연산부, 112_2: 가산부,
113: 속도 조정부, 120: 구동부

Claims (10)

1. 사출성형기의 토글식 형체장치에 구비된 형체모터를 구동하여 형개폐를 제어하는 제어장치로서,
   구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터에 기초하여 위치 프로파일 및 속도 프로파일을 생성하되, 상기 위치 프로파일의 생성 시에 상기 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하는 제어부; 및
   상기 제어부에서 제공하는 위치 프로파일 및 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 상기 형체모터를 구동하는 구동부를 포함하는 사출성형기의 제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 설정 파라미터는 상기 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 구간별 위치설정값과 구간별 속도설정값, 가감속시간을 포함하는 사출성형기의 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 전 구간 이송거리와 매 스캔마다 증가하는 위상을 상기 다항식에 적용하여 스캔당 단위이송량을 산출하며 상기 스캔당 단위이송량을 순차적으로 더하여 스캔당 목표위치 변화를 나타내는 상기 위치 프로파일을 생성하는 위치 조정부를 포함하는 사출성형기의 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 위치 조정부는,
   다음의 수학식으로 정의되는 사이클로이드 다항식을 사용하여 스캔당 단위이송량을 산출하는 사출성형기의 제어장치.
   

   

   
   여기서, L은 전 구간 이송거리, x는 현 스캔의 위상, y는 현 스캔의 단위이송량이다.
5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 구간별 속도설정값 및 상기 가감속시간에 기초하여 상기 속도 프로파일을 생성하되, 상기 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 각 구간의 이송거리를 기준으로 구간별 제한속도를 산출하고 상기 구간별 제한속도에 따라 상기 속도 프로파일을 제한 처리하는 속도 조정부를 포함하는 사출성형기의 제어장치.
6. 사출성형기의 토글식 형체장치에 구비된 형체모터를 구동하여 형개폐를 제어하는 제어방법으로서,
   제어장치가 구동 사이클을 이루는 각 구간에 대한 설정값을 포함하는 설정 파라미터를 입력받는 단계;
   상기 제어장치가 상기 설정 파라미터에 기초하여 위치 프로파일을 생성하되, 구동 사이클의 전 구간을 스캔단위로 분할하고 미리 정의된 다항식을 이용해 스캔당 목표위치를 산출하여 상기 위치 프로파일을 생성하는 단계;
   상기 제어장치가 상기 설정 파라미터에 기초하여 속도 프로파일을 생성하는 단계; 및
   상기 제어장치가 상기 위치 프로파일 및 상기 속도 프로파일에 기초하여 매 스캔마다 동작지령을 생성하여 상기 형체모터를 구동하는 단계를 포함하는 사출성형기의 제어방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 설정 파라미터는 구간별 위치설정값, 구간별 속도설정값 및 가감속시간을 포함하는 사출성형기의 제어방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 위치 프로파일 생성 단계는,
   상기 구간별 위치설정값으로부터 전 구간 이송거리를 산출하는 단계;
   매 스캔마다 위상을 증가시키는 단계;
   상기 이송거리에 대한 스캔이 완료될 때까지 상기 매 스캔마다 증가하는 위상을 상기 다항식에 적용해 가며 스캔당 단위이송량을 반복 산출하는 단계; 및
   상기 스캔당 단위이송량을 순차적으로 더하여 스캔당 목표위치 변화를 나타내는 상기 위치 프로파일을 생성하는 단계를 포함하는 사출성형기의 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   다음의 수학식으로 정의되는 사이클로이드 다항식을 사용하여 상기 스캔당 단위이송량을 산출하는 사출성형기의 제어방법.
   

   

   
   여기서, L은 전 구간 이송거리, x는 현 스캔의 위상, y는 현 스캔의 단위이송량이다.
10. 제7항에 있어서, 상기 속도 프로파일 생성 단계에서,
    상기 제어장치가 상기 구간별 속도설정값 및 상기 가감속시간에 기초하여 상기 속도 프로파일을 생성하되 상기 구간별 위치설정값으로부터 얻어지는 각 구간의 이송거리를 기준으로 제한속도를 산출하고 상기 구간별 제한속도에 따라 상기 속도 프로파일을 제한 처리하는 사출성형기의 제어방법.

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