TW483818B - Intelligent hydraulic manifold used in an injection molding machine - Google Patents

Description

483818 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 _ 五、發明說明（丨） 發明背量 1. 發明領域 本發明係有關可控制用於射出模製機之液壓致動器， 且更特別有關以被配置於致動器及/或液壓岐管附近之處理 器來控制此液壓致動器(線性及旋轉)的裝置及方法。 2. 相關現行技術水準 射出模製機係以局速製造大量的產品。舉例而言，廣 泛被使用的PET塑膠飮料容器是以每小時數千個的製造速 率來製造的。在這些高速的操作中，是利用許多液壓致動 器來移動各種射出模製機的元件(例如模製夾鉗組件、射出 器、各種控制開關以及其他機械組件）。使得內隔膜或活塞 移動、進而驅動模製元件的增壓流體係被供應給液壓致動 器。控制閥係控制液壓流體到致動器之流動以控制隔膜的 移動。圖1描述了一種典型的控制閥。圖1中，液壓致動 器2包含了將室分爲兩半部6及8的活塞4。活塞4的移 動驅動了例如可能包含一個模具及夾鉗機構的負載10。活 塞偵測器12係偵測負載10之位置並且提供回授訊號至系 統控制器(以下將討論）。 液壓致動器2擁有兩條分別可使液壓流體進入及流出 室閥6及8的液壓流體管線64及84。壓力轉換器66及86 分別監控管線64及84的壓力及提供輸出訊號至系統控制 器。 來自壓力源(通常爲液壓流體啷筒；圖1中未顯示）的 液壓流體係經由液壓管線74被提供至閥14時，液壓流體 3 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' " —---------t--------訂---------^9. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A7 B7 五、發明說明（>) 可能經由液壓管線94從閥14返回液壓流體儲存槽(圖1中 亦未顯示）。壓力轉換器76及96分別監控管線74及94中 之壓力且提供輸出訊號至系統控制器。 閥14經由液壓致動器2之室來控制液壓流體的流動， 以前後移動活塞4且因此驅動了負載10。閥14擁有如圖 示之分別被耦合至液壓管線64、84、74及94的流體埠A 、B、P及T。閥14擁有分別被螺線管146及148所驅動 以控制閥內之流體流動的直流部件142及交叉流部件144 。舉例而言，當直流部件142被驅動至A、B、P及T埠時 ，被加壓流體將經由管線74及64流至室6，驅動該活塞4 朝向負載10。另一方面，若交叉流部件144被驅動至A、 B、P及T璋時，則被加壓之液壓流體將經由管線74及84 流至室8，驅動該活塞4遠離負載10。 在相關技術中，經由閥14之液壓致動器2的控制係爲 相當直接的過程。舉例而言，美國專利第5,〇62,〇52號(在 此被納I入作爲參考)揭示此致動器可以用遠離射出模製致動 器而放置之類比訊號處理器及/或可程式邏輯控制器來控制 使得處理電路不被機械熱及振動所損害。一般而言，類比 訊號處理器及/或可程式邏輯控制器可進行經由閥14.之液 壓致動器2的封閉迴路控制，以保持負載10於規定之操作 範1S內移動。類比訊號處理器及/或可程式邏輯控制器將接 收從壓力轉換器單元66、76、86及96而來之回授訊號以 及從位置偵測器12而來之位置資訊，以根據事先決定之控 制Jf呈$來控制閥14。類比訊號處理器也可經由可程式邏輯 _ 4 本A 國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐 -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A7 B7 五、發明說明（j ) 控制器所接收之命令訊號來達成致動器2的操作中之操作 改變，例如改變負載10所使用之模製及夾鉗時間。 可程式邏輯控制器儲存了許多使該類比訊號處理器控 制射出模製機之類比裝置之事先決定的控制程序。可程式 邏輯控制器同時也包含可控制射出模製機中之數位裝置之 電路，如數位螺線管閥以及接近(proximity)開關。因此可 程式邏輯控制器可經由類比訊號處理器或直接經由數位裝 置來控制射出模製機之組件。 然而，在’052專利之控制方式中，卻需要類比訊號處 理器以及可程式邏輯控制器來執行所有機器中之各種裝置 之指令及控制操作。此增加了處理上的瓶頸。舉例而言’ 可程式邏輯控制器可能試著於同一時間執行多個不同類比 裝置的封閉迴路控制。一般而言，更快速及更有能力之處 理器已被用來嘗試克服此類問題。然而，此種昂貴之解決 方式卻不能解決已知之致動器控制架構中所遭遇之控制計 時之問題。 已知之控制架構中之另一個問題是類比訊號處理器及 可程式邏輯控制器的可靠性。若這些組件之一有問題，則 整個機器在替代品被設置、安裝以及被設計程式以操作於 特定機器中之前必須停止。因爲每個機器中之每個致動器 均擁有獨特的操作特性，所以新裝設之處理器於可以重新 開始滿載製造之前，必須以相對應的致動器之操作特性而 被重新設計程式及/或重新給予參數。 再者，被用來通訊至每個致動器之類比訊號處理器及 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " AW ^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 A7 B7 五、發明說明（士） 可程式邏輯控制器之間之專用線路的互連產生了許多難以 裝設、維護及修理的線路。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此，存在對於一種提供致動器之快速、有彈性及可 靠的控制於射出模製機之液壓致動器的控制架構之需求。 發明槪要 本發明的目的是藉由提供位於致動器附近之本地處理 器使得控制功能被移近致動器及遠離中央處理器來克服上 述問題。較佳的是，微控制器直接被裝設在每個液壓流體 分佈岐管上，且此微控制器控制了被耦合至此岐管的致動 器。每個液壓致動器可從本地處理器來控制，不需要致動 器及類比訊號處理器及/或如可程式邏輯控制器之機器控制 器之間的大量線路。此使得模組控制子系統得以實現。同 時，任何裝設著岐管之微控制器的失效將僅需要做更換， 而不需更換中央控制器器或其他的岐管微控制器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明第一個特點，使用於射出模製機中的智慧 型液壓致動器也擁有包含一個可於第一及第二位置之間以 線性或旋轉方式移動、或是產生分別回應液壓流體及壓力 之力或力矩之液壓致動器的系統控制器。微控制器被放置 於致動器附近，使得致動器於第一及第二位置之間移動。 微控制器也被耦合至該系統控制器。 根據本發明另一個特點，用來控制射出模製機中之液 壓致動器的裝置，該射出模製機擁有⑴一個被用來供應液 壓流體至液壓致動器的液壓岐管、（Π)—個系統控制處理器 、及(Hi)—個用來偵測液壓致動器之操作情況的偵測器， 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483818 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（<) 該裝置包含可控制致動器之移動之處理器。該處理器擁有 一個可儲存至少一個處理器可運作以控制移動之控制程式 的記憶體。該處理器被裝設在岐管上。一個指令輸入將從 系統控制處理器出來之指令訊號送至本地處理器，且一個 控制輸出將處理器出來之控制訊號送至液壓閥，因而控制 了致動器。 根據本發明再另一個特點，射出模製機係包含多個可 進行射出模製操作的模製裝置，及一個可使多個模製裝置 進行射出模製操作的系統控制處理器。多個液壓致動器被 提供來個別移動多個模製裝置，並且多個閥係分別提供液 壓流體至液壓致動器以移動多個模製裝置。岐管係提供液 壓流體至多個閥。一個處理器係被放置於至少一個⑴岐管 ，以及(Π)至少多個閥中之一的附近。該處理器被耦合至該 多個閥之每個閥以及該系統控制處理器。該處理器係針對 每個被耦合至其之多個液壓致動器儲存了控制程式，並且 該處理器係根據被儲存之控制程式以及從系統控制處理器 接收之指令訊號來控制該多個閥。 根據本發明另一個特點，一種控制從可控制的閥及岐 管來供應液壓流體的液壓致動器之方法係包含步驟⑴將微 控制器放置於該岐管附近、（ii)將控制程式儲存於微控制器 中以控制液壓致動器的移動、（iii)從可偵測液壓致動器之 效能特性的偵測器提供回授訊號至微控制器、（W)從系統控 制處理器提供命令訊號至微控制器、（幻計算微控制器中之 控制訊號以控制閥來引起液壓控制器之移動，該微控制器 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） Αν --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A7 ____B7_ 五、發明說明（L) 可基於一個或一個以上回授訊號、指令訊號以及被儲存之 控制程式來計算控制訊號、以及(vi)傳送控制訊號至可控制 的閥。 根據本發明更進一步的特點，一種用以控制擁有一個 閥及一個回授偵測器之液壓致動器之非線性特性的裝置係 包含一個可儲存有關閥之操作特性之多維資料的記憶體， 及一個處理器。該處理器係接收從回授偵測器而來的回授 訊號、從被接收之回授訊號的基礎上從被儲存於記憶體中 之多維資料來決定操作資料、藉由應用反函數至操作資料 以控制液壓致動器之非線性特性來產生控制訊號，及輸出 控制訊號至閥。 本發明更進一步之特點係牽涉一種可控制液壓致動器 的裝置，其係包含一個被耦合至該致動器且藉由閥來控制 液壓液體之移動來引起致動器之移動的第一閥、被耦合至 第一閥及致動器以藉由第一閥及第二閥來控制液壓流體之 移動來引起致動器之移動的第二閥、以及一個被放置於閥 附近以控制第一閥及第二閥來引起致動器之再生及非再生 的控制之微控制器。 本發明之另一特點係在於至少一個儲存了可使微控制 器得以控制液壓致動器及射出模製機之指令組的可讀式電 腦儲存媒體，其係藉由步驟：⑴儲存一可根據從至少一個 監控致動器之操作參數的偵測器而來之回授訊號，以提供 控制訊號的控制程式，(ii)從該偵測器接收回授訊號，（iii) 從射出模製系統控制處理器接收命令訊號，（iv)根據所接收 8 ^^尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 之命令訊號來修改被儲存的控制程式，（V)根據所儲存的控 制程式以及被修改之所儲存的控制程式之一來產生致動器 之控制訊號’並且(Vi)輸出致動器控制訊號至致動器。 |SI式簡單說明 從以下結合圖式與較佳實施例之詳細說明將更容易了 解本發明： 圖1爲用於射出模製機之典型液壓致動器及閥的槪要 圖示； 圖2爲根據本發明之第一實施例之槪要方塊圖； 圖3爲顯示根據本發明之一實施例之比例閥之流量對 衝程圖； 圖4爲顯示根據本發明之一實施例之流率對需求圖； 圖5爲描繪根據本發明之一實施例之流率對需求圖； 圖6爲描繪根據本發明之一實施例之補償流率對需求 圖； 圖7爲描繪根據本發明之雙閥的實施例之槪要方塊圖 元件符號說明 2液壓致動器 4活塞 6、8室 10負載 12位置偵測器 14閥 64 ' 74 ' 84、94液壓流體監控線 66 ' 76 ' 86、96壓力轉換器 142直流部件 144交叉流部件 9 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 一------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 A7 B7 202岐管 206槽 216系統控制處理器 五、發明說明（》） 146、H8螺線管 204壓力源 ,210微控制器 218場匯流排 較佳實施例之詳細說明 1.介紹 本發明將相關於控制射出模製機中之液壓致動器(線性 及旋轉)來加以說明。然而，本發明並不限於射出模製機， 而將是解決在廣泛的各種應用中的致動器控制問題。舉例 而言’下述的流體可以爲任何已知有助於控制致動器的液 體或氣體。本發明的範圍係從附帶的申請專利範圍中確定 ，而不是較佳實施例之詳細說明。 本發明的特點爲一個電腦、處理器、微控制器、或被 安裝於液壓流體岐管及/或致動器上的微控制器，以在液壓 致動器控制系統中提供本地控制、可靠性的加強以及減少 的線路。因此，於岐管及/或致動器上安裝處理器係將處理 控制單位之處理及控制功能合倂於整合機械組件中，該組 件係包含數位（開關轉換）、成比例及伺服功能之液壓控制 閥，及對應閥驅動器電子裝置，連同用來測量壓力之壓力 轉換器及用於致動器定位的線性/旋轉轉換器。因此，不需 系統控制資源就可本地貫現封閉迴路控制系統。除了提供 上述被處理之控制功能之外，機載電腦還擁有經由離散之 控制訊號（數位及/或類比）或可連結本地微控制器至系統控 制處理器及/或其他製造廠內所配置之處理器的場匯流排的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 483818 A7 _B7 ____ 五、發明說明（7) 通訊能力。對於場匯流排或裝置位階的網路而言，本地微 控制器可經由光纖電纜、絞線對、或其他通訊機構而被分 散。由場匯流排所提供之被分散網路之能力可改善控制系 統的適應性。 於本地岐管及/或致動器上結合處理器之計算及通訊能 力，係使得將智慧處理控制儘量靠近整個系統的致動器來 分配成爲可能的。此擁有整合場匯流排連接性之被安裝岐 管上之處理器可使控制被分散於整個系統。加入本地微控 制器之機載智慧（計算)能力係提供了子系統之本地控制。 此使得專利控制技術及處理知識可被使用，而易與其他系 統整合之子系統做連接。例如流量率線性化(以下討論）及 動態線軸切割適應性（以下也會討論）的專利控制技術可被 移至本地化之機載電腦。除此之外，機載電腦提供額外的 診斷至本地子系統的組件，且提供品質控制及監控的資料 取得。機載電腦降低了系統控制處理器的複雜性且增強了 系統的模組性。現在，當本地子系統中發生問題時，不必 將整個機械移開生產線及重新配置整個控制系統。取而代 之的是，本地微控制器可被替代及/或重新程式化以迅速克 服子系統問題且將機器重回其滿載生產。 ~ 較佳實施例結合了裝設於可供應液壓流體至依序被耦 合至多個液壓致動器之多個閥之液壓岐管上的機載微控制 器。以類比或數位型式之離散的輸入及輸出訊號可實現岐 管及系統控制處理器之間的控制及回授資訊之通訊。標準 化工業場匯流排也可被結合，而以降低的連接來增強通訊 11 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) " '~" •裝--------訂---------^9. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A7 __B7_ 五、發明說明（γ) 。在每個子系統具有單通訊點之下，可大大地降低支援多 個場匯流排裝置的冗餘，此從控制系統產生較高反應控制 。液壓岐管因此可成爲執行其他情況所無法執行之功能的” 智慧型”岐管。因爲從系統控制處理器之處理能力的需求被 降低，所以可實現系統效能及速度的整體改善。當場匯流 排被用來將岐管微控制器連接至系統控制處理器時，多重 裝置之複雜岐管的系統成本可被明顯地降低。岐管子系統 的本地控制因而可使每個各別裝置之製造處校準及效能特 性曲線被儲存於機載微控制器的記憶體中。此可藉由例如 從轉換器及控制組件之測量來線性化回授的先進控制策略 及演算法來達成本地子系統的額外微調。除此之外，可僅 藉由修改儲存於微控制器中之資料來達成組件的更改。此 可藉由將被儲存於一個或一個以上之如磁片、唯讀光碟、 磁帶、預先設定程式之微控制器、電子可抹除可程式化唯 讀記憶體、光磁裝置等之電腦可讀式儲存媒體上之一個或 一個以上之軟體程式載入微控制器來達成。可經由網路連 接或直接載入本地微控制器中將系統控制器而來之程式載 入微控制器。 2.較佳實施例之結構 圖2爲根據以相同參考圖號來描述相同於以上討論有 關圖1之結構之較佳實施例之結構的槪要方塊圖。圖2中 ，液壓岐管202接收從壓力源（如唧筒、或蓄壓器及卿筒 )204而來之加壓液壓流體，且將液壓流體返回槽206。液 壓及返回線係從岐管202延伸至各種可操作不同液壓致動 12 ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ---- -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A7 B7 _ 五、發明說明（丨1 ) 器的閥。圖2中，岐管202提供被加壓及被返回之液壓流 體至上述圖1中之閥14。 微控制器210非常靠近(如一公尺內)岐管202以控制 閥14之操作，且因而控制致動器2。微控制器210也可控 制其他被耦合至岐管202的閥及致動器。當圖2描述被裝 設於岐管202上之微控制器210時，微控制器210可被裝 設於閥14或致動器2附近。只要微控制器本地被裝設，則 可實現由本發明所達成之處理優點。 如圖2所示，微控制器210被耦合至壓力轉換器66， 76，86及96，以監控進出閥14的壓力。微控制器210也 接收從被耦合至負載10之定位偵測器12而得的定位資訊 。微控制器210也可接收從其他監視由微控制器控制之液 壓致動器之各種操作特性之系統偵測器而得之回授訊號。 於是，微控制器210可經由閥14的控制來執行致動器2的 封閉迴路控制。特別是，微控制器210擁有一個唯讀記憶 體(未圖示)及一個隨機存取記憶體(亦未圖示），其係儲存一 個或一個以上之微控制器210得執行以控制閥14之螺線管 驅動器146，148的控制程式。因爲微控制器210包含所有 必要之程式且接收所有必要之回授，所以可不需參考系統 控制處理器216即可執行控制。微控制器210可提供回授 、狀態、及操作資訊至系統控制器216，其可依序指示微 控制器210以轉換控制程式或修改被執行之程式。當預期 要安裝新的控制程式於微控制器210中時，其可本地安裝 於岐管，或可經由系統控制處理器216來安裝。 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "" ~ " ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 A7 B7 五、發明說明（丨>0 較佳的是’微控制器210係包含數位轉換類比及類比 轉換數位電路，使其可藉由子系統液壓致動器來本地控制 所需之數位及類比驅動器。 微控制器210可爲如擁有十億位元組的唯讀記憶體以 及64百萬位元組隨的機存取記憶體之奔騰Π型處理器之 嵌式控制處理器的商業用微控制器。微控制器也可爲微處 理器、電腦、處理器、或其他具有射出模製現行技術者已 知的型式。然而，微處理器之型式是因爲於現行技術水準 中之意義而而較佳的。 系統控制處理器216係執行射出模製機之整體處理控 制及排定被供應至微控制器210之控制訊號。此種訊號可 包含用以根據壓力限制之速度輪廓來計算最小輸出至閥的 信號。系統控制處理器216可接收從微控制器210及/或定 位偵測器12而來之回授資訊。此資訊可包含實際壓力、電 流位置等等。系統控制處理器216也可從人機介面來接收 資訊，例如操作員設定的速度輪廓、壓力限制、溫度設定 點等等。此種資訊被提供至微控制器210且接著決定正確 輸出至螺線管驅動器146，148。 圖2中描述之控制架構對控制射出模製機提供了很大 的彈性。致動器控制功能可存在於微控制器210及/或系統 控制處理器216中。在有大量子系統的機器中，大多數的 控制功能可被移至個別的微控制器210。在有較少子系統 的機器中，系統控制處理器216可執行一些機器控制功能 〇 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- 秦 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A7 B7 五、發明說明（G) 微控制器210可被裝設於一個單閥之相當簡單系統中 ，其微控制器儲存可控制單一致動器之最小控制程式。或 者是，微控制器210可被裝設爲可控制多閥、多軸之控制 的複雜控制，並且爲每個致動器儲存控制程式以及爲所有 子系統致動器可同步操作的控制程式。微控制器210可儲 存的控制程式如：於給定壓力下降量之閥位移對流量；針 對每一致動器之被整合處理及排定的權限；具有整合壓力 轉換器之封閉迴路壓力及/或力量控制；如有關從定位偵測 器12得到之定位資訊之致動器速度之稱做“健全（sanity)” 的檢查；定義之介面協定；個別化之致動器衝程（線性）、 區域(線性）、及幾何位移(旋轉）；被推論出之摩擦、自然頻 率等；及物理限制(位移限制、速度限制、加速限制、急動 限制、施力限制、壓力限制、壓力改變率限制等）。 實際上，微控制器210可被標準化爲如圖2所描述的 任何控制簡單致動器之岐管。不同閥及致動器尺寸的控制 程式可能完全相同，且僅有初始化參數(致動器及閥之資訊 )須於開始期間被輸入。 較佳的是，系統控制處理器216及微控制器210之間 的連接是場匯流排218。此爲包含光學電續、絞線對、或 其他適於通訊之工具的雙向場匯流排。此場匯流排可處理 高速資訊交換且因此可提供系統控制處理器216及微控制 器210之間的即時控制。系統控制處理器216可將如起動 處理訊號、排程訊號、控制程式更新等等的控制訊號傳送 至微控制器210。依序地，微控制器210可將如閥狀態、 15 ^張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) ' — — — — — — — — — ——Aw ·1111111 ^. —------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 A7 B7 五、發明說明（Vl|) 壓力水準、定位偵測器狀態、被儲存之可靠度資訊等之回 授訊號傳送至系統控制處理器216。 線性補償 液壓致動器擁有例如因閥及圓柱形活塞及壓力型流量 間之油量改變而導致之液壓剛性上的變化之非線性特性， 但致動器應於線性區域中操作以做有效之參數控制。舉例 而言，非線性特性可能導致喪失控制或甚至封閉迴路的不 穩定。藉由提供液壓致動器附近之增進的處理能力，其可 以補償每個液壓致動器的非線性特性以確定操作的可靠性 。微控制器210可儲存一個可補償此種非線性特性且確保 閥之線性控制的控制程式。參考以下的圖表A，根據本發 明之補償方法可藉由近似反函數/7來補償主要的非線性/ ，其可被施行於控制器中。根據圖表A，正常的致動器輸 入U接著被“修正”値所替代，使得u及y間之關係近似線 性。在此GA表示控制閥的動態，Gp表示機械系統，且X 表示處理狀態及變數。 — — — — — — — — — — I Aw -HI — — — — ^ « — — — — — — I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

非線性關係/7是從下列而來 uc=u^r\x) …⑴ …(2) 及 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 483818 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ίν) χι=Κ·υ ...(3) 其中K係表示線性化系統的被決定增益且KA表示輸 入系統GA的增益。閥的動態Ga與GP(控制閥對機械系統 動態)的時間常數相較下通常可被忽略。若f(x)可提供精確 的近似値，則可得到良好且健全的補償結果。 流量速率線性化 考量尖緣孔的關係： ql=kv-a(xv)^ps-pl ...(4) 其中： &=負載流量 ^閥係數•展 …⑶ α(χν)=給定閥衝程位置 '的孔面積 Λ =供給壓力 A=負載壓力 閥流量特性 户=流體密度 單閥/單軸/最小自我知識/最小軸知識 在固定壓力下降量之流量對閥衝程之閥特性(見圖3)存 在於智慧型岐管控制器中。此特性藉由決定現行壓力下降 量爲何並且利用以下方程式將閥特性壓力下降量依比例形 成實際壓力下降量來計算經由控制閥的實際流量： 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " -----------AW ^--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（^)

Qactual Qcha ' actual ..(6) \aracterisitc 方程式4可被寫成z q. = kv · ci(xv) · * ps · ——— =1kv · ci(xv) ·」r · ps · f (px) V r'Ps 補償比例 /〇7χ)=線軸位置X之壓力値 Px=Jips,Pl) 且藉由挑選反函數： Γ\ΡΧ) \_ZlPs_ Ps-Pl …⑻ 該補償後的流量會有以下關係：

qci = K * a(xv)hi · /一丨(pX · α(χν) · Vr*A …(9) 參數r提供了可調整閥之流量增益的手段。閥之流量 增益係受限於系統壓力及孔開口之最大面積。以下流量特 性曲線有助於說明在不同的r値基礎下補償的效應。 圖4爲描述未補償流量率對需求的圖形。流量增益可 藉由增加r値而被增加直到到達飽和極限爲止。在r値大 於0.5之下，對於大於供給壓力之一半的Pl，流量增益因 閥之飽和而開始顯現非線性的行爲。爲了適當的執行，r 値被限制爲1。 圖5係描繪r=0.5之補償流量速率對需求。圖6顯示 r=l之補償流量速率對需求。 -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 483818 A7 B7 五、發明說明（^) 4.動熊線軸切割調諧 因爲線軸爲一片，所以控制軸的單閥擁有每個閥璋(亦 良P P、T、A及B)連接間之固定關係。現在，線軸切割(通 往室之孔的切割)通常被調整爲圓筒的比例(亦即2 : 1、10 :1等等）。此種固定開口比例係適用於固定速度的情況， 但現在無法調整在系統被建造後之閥開口的比例。 解決此問題係可利用兩個三向(P、T及A)比例(伺服) 閥（圖7之閥72及閥74)。這些與閥72，74之P、T及A 埠中之壓力轉換器66、76、86及96相連接之閥可顯示出 流入及流出致動器圓筒（亦可爲旋轉致動器）的壓力。此系 統可被用來： 1.於某些情況下再生地操作軸（如將液壓流體從一閥返 回另一個閥）且於其它情況下非再生地操作軸（流體被返回 儲存槽）。 2·顯示出致動器中之壓力以獲得最佳之系統的加速、 速度、力量控制、減速、抖動等等。 -----------農--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表1 :順序表 功能 閥74 閥72 桿延伸(非再生性） 高訊號(P至圓筒） 低訊號(圓筒至槽） 桿延伸(再生性) 高訊號(P至圓筒） 高訊號(圓筒至P) 桿收回 低訊號(圓筒至T) 高訊號(P至圓筒） 本實施例創造了軸控制的額外自由度。本實施例可無 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 483818 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（p) 縫隙地調整從圓筒的每側孔計量入及/或出的液壓流體（油） ，而不論其他閥的動作。額外的控制自由度消除了爲單一 控制閥所特別設計之線軸切割的需要。 本實施例同樣也於所需的流量基礎下動態地調整閥開 口至軸及供給及負載壓力。此控制被本地達成(於岐管微控 制器）且並不產生任何處理上的冗餘至系統控制器。對於系 統之其他部份而言，控制的演算法之複雜性是通透的。結 合後之組件可被認爲具有對於任何應用均爲理想的線軸切 割設計的單一閥。 5.其它的實施例 擁有嵌式微控制器之智慧型岐管可使微控制器學習其 所附接之系統，並且儲存此特性資訊以更精確地控制致動 器。此種被儲存之學習的一些例子包含： •軸之靜態及動態摩擦、以及動態磨擦是如何隨著速 度、位置及/或時間而改變； •與系統上次被操作之摩擦値的改變； •軸摩擦對於時間之改變趨勢；（此可於控制系統中調 整且可用於預期之將使用的維護） •有效軸質量，以及任何隨著時間的改變；以及 •在不同位置上(油量，質量)之軸的自然頻率。 同時，本地微控制器可儲存額外之操作參數以更進一 步增加精確度。這些參數可被提供至系統控制器以使用於 系統廣泛操作控制中。舉例而言，下列參數可藉由本地微 控制器來決定且被儲存於其中及/或被送至系統控制器中： 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483818 A7 B7 五、發明說明（θ) •致動器位移限制； •致動器速度限制； •致動器加速輪廓； •致動器抖動限制； •壓力限制； •壓力改變率輪廓；以及 •壓力改變率限制。 再者，下列本地微控制器所產生之參數可被儲存於微 控制器中及被傳送至系統控制器以被操作者用來操作射出 模製機： •致動器位移； •速度輪廓及力量限制； •力量輪廓及速度限制；以及 •加速輪廓。 下列表Α及Β列出一些可被位於致動器附近之本地微 控制器所控制的致動器及/或系統參數。 表A ··系統參數 -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 何者？ 符號 現行技術水準 問題 位移 X •磁致伸縮裝置 •無 速度(流量） dx •磁致伸縮裝置 •微分產生噪音訊號 dt •位移改變之時間速 • PLC微分產生時間延遲 率的PLC計算 加速 dx2 #磁致伸縮裝置 •微分產生噪音訊號 dt2 •速度改變之時間速 • PLC微分產生時間延遲 率的PLC計算 •線上難以計算 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 11 2 483818 A7 B7 五 發明說明（/) 抖動 dx3 Ite •磁致伸縮裝置 •加速改變之時間速 率的PLC計算 •微分產生噪音訊號 • PLC微分產生時間延遲 •線上難以計算 壓力 P •壓力轉換器 • Μ j\\\ 力量(壓力） 壓力X面積 •壓力轉換器 • PLC計算 •無 力量(摩擦） 質量X// •線上無 N/A 磨損 N/A •線上無 N/A 預防維護 N/A •線上無 N/A 診斷 N/A •線上無 N/A 系統辨識 N/A •線上無 N/A 表B:速度與力量限制 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) a/e 速度(流量) 力量(壓力） 評論 沒有力量限制的位置控制 外力會將軸移至新的位置 〇<F〈系統限制 有力量限制的位置控制 •定水準之上的外力會將軸移至新的位 置 ·裝------- —訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 系統限制 沒有力量限制的位置控制 外力將不會移動軸。位置限制力受軸之 能力所限制 ^ ^ dx ^ ^ 〇 < 了〈系 dt 統限制 〇<F〈系統限制 速度控制 速度控制 尺度適用

尹國國家標準（C NS)A4 規格（210 X 297 公釐） 22 A7 B7 系統限制 速度控制 系統限制 0 力量控制 〇<F<系統限制 力量控制. 系統限制 力量控制 6.結論 483818 五、發明說明（>/ ) 因此，已說明的是具有本地處理器控制之智慧型液壓 岐管以分布控制功能更接近被控制的單位，改善系統處理 效能，加強可靠性，提供更大的系統彈性以升級/修理，及 降低系統停止生產的時間。 當本發明已參照目前認爲是較佳的實施例而加以說明 之後，應了解的是本發明並不限於被揭示之實施例。相反 的，本發明欲涵蓋下列申請專利範圍之精神及範疇內所包 含的各種修改及等同的配置。下列申請專利範圍是要符合 最廣義的解釋以包含所有修改及等同的結構及功能。 -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

Claims (1)

1. 483818 煩請委員明示，本案修it後是否變更原實質内容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 ---- Π D8 7°年,。月43修丑* --- ImJr,- 六、申請專利範圍 --- 1 · 一種與具有一系統控制器以及一液壓岐管的射出模 製機一起運作之智慧型液壓致動器，該致動器係包含： 一個可於第一及第二位置之間以線性或旋轉方式移動 以回應液壓流體、或用以產生所需的力矩或力以移動受控 制之射出模製結構的液壓致動器；以及 一個被放置於該液壓岐管與該致動器中之至少一個的 附近，用於使得該液壓致動器於該第一及第二位置之間移 動的微控制器，該微控制器係被耦合至系統控制器。 2·根據申請專利範圍第1項的致動器，其更進一步包 含該供應液壓流體至該液壓致動器的液壓岐管，該微控制 器係被放置於該岐管附近。 3. 根據申請專利範圍第1項的致動器，其中該液壓致 動器具有一個用於控制液壓流體之流量至該致動器的閥， 該微控制器係被放置於該閥附近。 4. 根據申請專利範圍第1項的致動器，其更進一步包 含一個用於控制液壓流體之流量至該致動器的閥，該閥具 有一個類比式驅動器，該微控制器具有一個提供類比訊號 至該類比式驅動器的數位至類比轉換器。 5·根據申請專利範圍第1項的致動器，其更進一步包 含一個用於偵測該液壓致動器之操作參數的偵測器，該偵 測器係提供了回授訊號至該微控制器。 6·根據申請專利範圍第1項的致動器，其中該微控制 器具有一個用於儲存至少⑴該液壓致動器之控制訊號，（ii) 從該液壓致動器出來之回授訊號之一的記憶體裝置。 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. -線' 483818 月‘

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7.根據申請專利範圍第1項的致動器，其中該微控制 器藉由應用該液壓致動器之非線性特性之反函數來進行該 液壓致動器的封閉迴路控制。 8·根據申請專利範圍第1項的致動器，其更進一步包 含一個用於控制液壓流體之流量至該液壓致動器的閥，且 其中該微控制器於事先決定之壓力下降量之下儲存液壓流 體流量對閥衝程的特性，且其中該微控制器於根據所偵測 之壓力下降量及被儲存特性來判定流過該閥的流量。 9·根據申請專利範圍第1項的致動器，其更進一步包 含用於控制液壓流體至該液壓致動器之流量的第一及第二 比例閥，且其中該微控制器係控制該第一及第二比例閥以 提供該液壓致動器之再生及非再生的控制。 --線· 10. —種用於控制射出模製機中之液壓致動器的裝置， 該射出模製機係具有⑴一個用來供應液壓流體至液壓致動 器的液壓岐管、（ii)一個系統控制處理器、以及(iii)至少〜 個用於偵測相關於液壓致動器之操作情況的偵測器，該裝 置係包含： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一個控制該液壓致動器之移動的處理器，該處理器係 具有用於儲存至少一個該處理器可執行以控制該移動之控 制程式的記憶體，該處理器係被耦合至該岐管； 一個提供來自於該系統控制處理器之命令訊號至該處 理器的命令輸入；以及 一個提供來自於該處理器之控制訊號至該液壓致動器 的控制輸出。 * 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 483818

   六、申請專利範圍1——X»—二1: 一 11. 根據申請專利範圍第項的裝置’其中該處理器 係利用至少一個控制程式來產生該控制訊號。 12. 根據申請專利範圍第10項的裝置’其中該處理器 係利用命令訊號來產生該控制訊號。 13. 根據申請專利範圍第10項的裝置’其中該處理器 係具有一個接收來自於該至少一個偵測器之回授訊號的回 授輸入，且其中該處理器係利用回授訊號來產生該控制訊 號。 14. 根據申請專利範圍第13項的裝置，其中該記憶體 係儲存了複數個控制程式’且其中該處理器係利用回授訊 號來挑選該複數個控制程式之一來控制液壓致動器的移動 〇 15. 根據申請專利範圍第10項的裝置，其中該處理器 係控制複數個液壓致動器的移動’且其中該記憶體係儲存 了每個該複數個液壓致動器的至少一個控制程式。 16. 根據申請專利範圍第10項的裝置，其中該處理器 係具有至少一個接收來自於至少一個偵測器之至少一個回 授訊號的回授輸入，且其中該處理器記憶體係儲存了該至 少一個回授訊號。 17. —種以至少一個儲存指令集的電腦可讀式儲存媒體 藉由執行以下步驟，使微控制器得以控制射出模製機中之 液壓致動器之方法： 配置根據從監控該致動器之操作參數之偵測器出來的 回授訊號來提供控制訊號的控制程式； 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2W x 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483818 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 從該偵測器接收回授訊號； 從一射出模製系統控制處理器接收命令訊號； 根據所接收之命令訊號來修改所配置之控制程式； 根據所配置之控制程式及所修改之被配置的控制程式 之一來產生致動器的控制訊號；並且 將該些致動器的控制訊號輸出至該致動器。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 — — — — — — III — — — — — IIIIIII__________I 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）