TWI426991B - 射出成形機的控制裝置及控制方法 - Google Patents

射出成形機的控制裝置及控制方法 Download PDF

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Hidemasa Ogi
Yukihiko Kobayashi
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Description

射出成形機的控制裝置及控制方法
本發明係關於控制射出成形機之控制裝置以及控制方法。
習知之射出成形機，係使用馬達(motor)驅動螺桿(screw)，並藉由該螺桿之動作將已溶融之樹脂充填/保壓於模具內，而得到塑膠(plastic)成形品。射出成形機係於螺桿具備負荷元(load cell)等壓力感測器(sensor)，並根據使用該壓力感測器所檢測之壓力檢測值的控制迴路(loop)，以樹脂的壓力追隨由外部給予之壓力指令值的方式，進行樹脂之壓力控制。
在此。於前述壓力控制中，必須將增益(gain)等控制參數(parameter)設定為適當值。特別是於保壓動作中，當控制參數較適當值為大時，會有壓力的響應(時間響應波形)相對於設為目標之壓力指令過衝(overshoot)，或壓力響應成為振盪性之問題。
當壓力響應於保壓動作中成為過衝或振盪性時，會施加較意圖之壓力更大的壓力，以結果而言，會有成形品的尺寸變為過大，或產生毛邊(burr)及離模不良等情況。此外，最惡劣的情況，亦會有於壓力響應持續地產生振盪，而控制系統變為不穩定之情況。
為不使壓力響應產生過衝或振盪，且將追隨性相對於壓力指令值確保於某種程度，必須一面確認壓力響應，一面反覆試驗地以人力調整壓力控制的控制參數，而會有調整所需要的時間增加的問題。
此外，適當的控制參數會因模具形狀及樹脂種類而不同，亦有必須依模具形狀及每個樹脂種類調整適當的控制參數之問題。
對此，專利文獻1係揭示有一種射出成形機的控制裝置，其係將壓力指令值等動作模式(pattern)微分，並將所得之微分值為零時作為基準連續性地決定壓力控制的控制參數。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平6-55598號公報
壓力的響應並非僅依存於壓力控制之控制參數來決定，亦依存於壓力控制迴路內的次迴路(miner loop)(例如，速度控制迴路)之響應。專利文獻1所揭示之射出成形機的控制裝置，因係未考量壓力控制迴路內之次迴路的控制參數而調整壓力控制的控制參數，故依然有壓力響應成為振盪性之虞。
本發明係為有鑒於前述問題而研創者，目的在於得到能執行穩定的壓力控制之射出成形機的控制裝置以及控制方法。
為解決前述課題，且達成目的，本發明係為一種射出成形機之控制裝置，該控制裝置係設置在驅動馬達而使螺桿在料管(barrel)內前進藉以使充滿在前述料管之溶融樹脂朝模具的模穴(cavity)內射出的射出成形機；且為根據前述馬達的動作資訊與前述溶融樹脂的壓力檢測值，生成驅動前述馬達的電流指令；該控制裝置係具備：壓力控制部，係進行具備至少使比例增益作用於預定的壓力指令與前述壓力檢測值之偏差之運算要素的傳遞特性運算，以算出速度指令；速度控制部，係以前述馬達之速度追隨前述壓力控制部所算出之速度指令的方式，以算出前述電流指令；保壓動作判定部，係判定前述射出成形機是在保壓動作執行中或非執行中；彈性常數識別部，係當前述保壓動作判定部判定保壓動作為執行中時，取得前述壓力檢測值與前述馬達之動作資訊，並根據前述取得之壓力檢測值以及前述馬達之動作資訊，識別出屬於前述壓力檢測值相對於前述馬達位置之變位之變化比例的彈性常數；以及控制參數設定部，係以前述壓力控制部的比例增益與前述彈性常數識別部所識別之彈性常數的乘積成為較前述速度控制部的速度控制帶域為小的值之方式，算出前述壓力控制部的比例增益，並將前述算出之比例增益設定於前述壓力控制部。
有關本發明之射出成形機的控制裝置，因係根據保壓動作時之彈性常數與壓力控制迴路內所具備之速度控制帶域，而求得壓力控制之比例增益，故能於保壓動作時使馬達的速度以充分的精確度追隨速度指令，而能執行穩定的壓力控制。
以下，根據圖式詳細地說明有關本發明之射出成形機的控制裝置以及控制方法之實施形態。再者，本發明並非限定於該實施形態者。
實施形態1
第1圖係為顯示具有本發明之實施形態1之控制裝置的射出成形機之構成圖。如圖所示，射出成形機係具備控制裝置1000、馬達1、編碼器(encoder)2、聯結器(coupling)3、滾珠導桿4、螺桿5、負荷元(load cell)6、料管7、以及模具8。
馬達1係藉由從控制裝置1000供給之電流而驅動。編碼器2係檢測馬達1之位置以及速度，並將檢測結果輸出作為位置檢測值101以及速度檢測值102。聯結器3係將馬達1的轉動軸與滾珠導桿4連接。滾珠導桿4係透過負荷元6，而連接有將充滿料管7的樹脂9充填/保壓於模具8的螺桿5。負荷元6係檢測螺桿5將樹脂9推出時之壓力，並將檢測結果輸出作為壓力檢測值103。位置檢測值101、速度檢測值102以及壓力檢測值103係被輸入至控制裝置1000。
控制裝置1000係具備電流控制部11、速度控制部12、壓力控制部13、速度指令選擇部14、壓力控制控制參數設定部15、彈性常數識別部16、充填/保壓判定部17、減算器18以及減算器19。
減算器18係計算由外部輸入之壓力指令與壓力檢測值103之偏差。壓力控制部13係使用減算器18所計算出之偏差，以算出內部速度指令107。
在此，壓力控制部13所執行之傳遞特性運算，係只要為具備使比例增益作用於減算器18所計算之偏差的運算要素者，則亦可為任何種運算。壓力控制部13係例如亦可以P控制(比例控制)構成。於該情況時，壓力控制部13係對所輸入之偏差乘以比例增益，而算出內部速度指令107。亦即，當偏差越小時，內部速度指令107亦會變越小。
速度指令選擇部14係選擇由外部輸入之速度指令(外部速度指令)與壓力控制部13所算出之內部速度指令107中的任1個，並將所選擇之速度指令輸出作為速度指令106。
速度指令選擇部14係例如亦可將外部速度指令與內部速度指令107逐次比較，並選擇較小一方的值。射出成形機之操作者(operator)係能將期望之充填步驟的螺桿5之速度輸入作為外部速度指令。此外，為控制螺桿5之速度，亦可先將位置控制迴路編入，並將由該位置控制迴路輸出之速度指令作為外部速度指令。
減算器19係計算速度指令106與速度檢測值102之偏差。速度控制部12係以螺桿5的速度追隨速度指令106的方式，使用減算器19計所計算之偏差，以生成輸入至電流控制部11之電流指令105。電流控制部11係根據由速度控制部12所輸入之電流指令105，以生成對馬達1供給之電流104。
速度控制部12係亦可對於速度指令106與速度檢測值102之偏差，而例如執行有關PI控制(比例十積分控制)運算，以生成電流指令105。
在此，就控制裝置1000所執行之有關充填動作之控制與有關保壓動作之控制進行說明。再者，在此，外部速度指令與壓力指令係設為藉由操作者事前給予者。
於充填動作開始前，因尚未進行將樹脂9往模具8內推出，故壓力檢測值103成為零(zero)值附近的值。因此，壓力指令與壓力檢測值103之偏差大，且壓力控制部13根據該偏差而輸出之內部速度指令107，係成為較外部速度指令大之信號。因此，速度指令選擇部14係選擇外部速度指令作為速度指令106。當控制裝置1000一面進行根據外部速度指令之速度控制，並一面開始充填動作時，則壓力檢測值103隨著螺桿5的前進而慢慢地上升。
當壓力檢測值103接近設為目標之壓力(亦即壓力指令)時，壓力指令與壓力檢測值103之偏差變小，且內部速度指令亦伴隨該偏差之減少而變小。當內部速度指令107變為較外部速度指令小時，速度指令選擇部14即將內部速度指令107輸出作為速度指令106。
藉由以上，在成形動作開始之瞬後，螺桿5係藉由外部速度指令被驅動而實現充填動作，且樹脂9隨著充填之進行充滿模具8內，壓力亦隨之不斷上升。當壓力接近目 標壓力時，藉由使用壓力控制部13所輸出之內部速度指令107，且藉由預設之壓力指令施加壓力，而實現保壓動作。藉此，實現射出成形機的充填動作與保壓動作。
回到第1圖，充填/保壓判定部17係判定射出成形機是在充填動作執行中或是在保壓動作執行中，並將判定結果作為信號108，朝彈性常數識別部16輸出。
彈性常數識別部16，係當充填/保壓判定部17判定為在保壓動作執行中時，即取得馬達之位置檢測值101與壓力檢測值103，並根據所取得之位置檢測值101與壓力檢測值103，將壓力檢測值103相對於馬達1之位置的變位而變化之比例的彈性常數K予以識別。而且，彈性常數識別部16，係將已識別之彈性常數K作為信號109，並輸入至壓力控制控制參數設定部15。
壓力控制控制參數設定部15係使用已識別之彈性常數K，以算出壓力控制部13之控制參數，且將所算出之控制參數設定於壓力控制部13(信號110)。在此，壓力控制部13所設定之控制參數，係設為比例增益。
第2圖係為說明使用前述控制裝置1000而實現之實施形態1之射出成形機之控制方法的流程圖(flowchart)。首先，控制裝置1000係接受壓力指令以及外部速度指令之輸入(步驟ST1)。輸入之壓力指令以及外部速度指令係分別設為非為零值者。
速度指令選擇部14，係將根據壓力指令而由壓力控制部13所算出之內部速度指令107、及所輸入之外部速度指令進行比較，並將絕對值小的指令選擇作為速度指令106，且控制裝置1000係根據所選擇之速度指令106而驅動馬達(步驟ST2)。再者，壓力控制控制參數設定部15，係將壓力及速度不產生振盪之程度的較小值的比例增益預先輸出為信號110，以作為初期值，並將該比例增益設定於壓力控制部13。
接著，充填/保壓判定部17，係判定是否在保壓動作進行中(步驟ST3)。以步驟ST3之判定的具體性手法而言，例如可舉例當馬達1的位置檢測值101變為預定的位置以上時，即判定為保壓動作正在進行中，而當位置檢測值101為未滿前述預定值時，則判定為未在保壓動作進行中。此係為根據只要能預先知道模具8之模穴體積，則藉由螺桿5前進多少程度，即能藉此知道樹脂9是否充滿於模具8的模穴內(換言之，藉由了解馬達1轉動多少程度，即能知道樹脂9是否充滿於模具8的模穴內)，而能據以判別是否已轉移至保壓狀態者。此外，以其他判定手法而言，可舉例當壓力檢測值103變為預定的壓力以上時，即判定為在保壓動作進行中，而當壓力檢測值103為未滿前述預定值時，則判定為未在保壓動作進行中。再者，判定是否為保壓動作的手法，並非受限於此等之例者，而亦可為任何手法。
在非為保壓動作執行中的情況(步驟ST3，No)，則控制裝置1000係執行步驟ST2的處理。
在保壓動作執行中的情況(步驟ST3，Yes)，則充填/保壓判定部17係將意旨為保壓動作執行中之信號108通知彈性常數識別部16，而接收到該通知的彈性常數識別部16，係在相同時序(timing)讀取壓力檢測值103的值以及位置檢測值101的值，並分別記錄所讀取之壓力檢測值103的值以及位置檢測值101的值(步驟ST4)。將藉由步驟ST4的處理所記錄的值，分別表記作為壓力Pi(i=1,2,…,N)、及位置Xi(i=1,2,…,N)。再者，由步驟ST2到後述之步驟ST6為止之處理，係構成迴圈處理。該迴圈處理係於每個預定的取樣(sampling)時間被執行，且索引(index)i係當每次步驟ST4被執行時，即藉由後述步驟ST6之處理而增量(increment)。
接著，充填/保壓判定部17，係判定保壓動作是否已結束(步驟ST5)。以步驟ST5之判定處理的具體性手法而言，可舉例在保壓動作開始之後，以計時器(timer)等計數(count)時間，且射出成形機之操作者在預設時間經過之後，即判定保壓動作結束。再者，步驟ST5之判定處理手法並非限定於此。
在保壓動作未完成的情況(步驟ST5，No)，則充填/保壓判定部17係將索引i增量(步驟ST6)。而且，控制裝置1000係執行步驟ST2的處理。
在保壓動作已完成的情況(步驟ST5，Yes)，則彈性常數識別部16係將已有記錄之壓力Pi以及位置Xi的時間序列資料(data)，應用於屬於表示壓力與位置之間之線性關係之式的下式(1)，以識別彈性常數K(步驟ST7)。
Pi=K‧Xi+b　(1)
在此，b係為常數。具體而言，彈性常數識別部16係根據已有記錄之資料，並以如同以下之方式構成向量(vector)P、X、及B。
P=(P1,P2,…,PN)　(2)
X=(X1,X2,…,XN)　(3)
B=(1,1,…,1)　(4)
而且，彈性常數識別部16係將式(2)至式(4)代入式(1)，而得到：
P=K‧X+b‧B　(5)
。而且，彈性常數識別部16係使用最小平方法等，以識別滿足式(5)之K與b。
亦即，彈性常數識別部16係在同一時序取得馬達1之位置檢測值101與壓力檢測值103且橫跨複數次地予以執行，並使用橫跨複數次所取得之馬達1的位置檢測值101與壓力檢測值103來識別彈性常數。為了進行彈性常數之識別，彈性常數識別部16係使用最小平方法，而將所取得之複數個位置檢測值101以及複數個壓力檢測值103擬合(fitting)為比例關係。再者，擬合的手法並非僅限定於最小平方法。
彈性常數識別部16係將已識別之彈性常數K作為信號109，並輸出至壓力控制控制參數設定部15。
壓力控制控制參數設定部15，係使用藉由信號109所輸入之彈性常數K、速度控制帶域ωsc、以及常數α(α≦1)，以算出作為壓力控制部13的控制參數之比例增益(步驟ST8)，並將已算出之比例增益設定於壓力控制部13(步驟ST9)。
在此，所謂速度控制帶域，係表示當使用速度控制部時，速度相對於速度指令不延遲而能追隨之頻率帶域之上限。以具體性求得速度控制帶域ωsc的方法而言，可舉例，預先以快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)分析器(analyzer)等，加入正弦信號作為速度指令，並根據此時之速度響應，以測量沒有相位延遲而能追隨之頻率的上限。
此外，當簡單地將速度控制部12之比例傳遞特性Kv、及伴隨馬達1之轉動而可動之機械以及馬達1的慣量(inertia)合計設為J時，速度控制帶域ωsc亦能用：
ωsc=Kv/J　(6)
之關係式來算出而得到。再者，在速度控制部12以PI控制構成之情況，亦即，將比例增益設為Kv、將拉普拉斯(Laplace)運算子設為s，並將積分增益設為Kvi，而將速度控制部12的傳遞特性V(s)記載為：
V(s)=Kv‧(1+Kvi/s)　(7)
的情況時，係能將式(7)之比例增益Kv代入式(6)而得到速度控制帶域ωsc。
壓力控制控制參數設定部15，係使用下式(8)，而算出壓力控制部13之比例增益Ka。
Ka=α×ωsc/K　(8)
例如，在壓力控制部13以P控制(比例控制)構成之情況，亦即，在壓力控制部13之傳遞特性F(s)為
F(s)=Ka　(9)
的情況，壓力控制控制參數設定部15係將藉由式(8)所算出的值設定於式(9)之Ka。再者，雖常數α只要為1以下，則亦可為任何常數，但較佳係可舉例為，為確保某種程度的壓力響應，而將α設為0.1以上、1以下。
再者，當在壓力控制部13以比例控制以外的控制律構成之情況時，壓力控制控制參數設定部15，係將使用式(8)而算出的值，設定於壓力控制部13之傳遞特性所包含之比例增益。壓力控制部13之控制參數之中，最對響應性、及穩定性帶來影響的係為壓力控制部13之傳遞特性中的比例特性。藉由根據式(8)算出決定比例特性之比例增益，藉以能算出實現良好的響應性、及穩定性之壓力控制部13的控制參數。例如，在壓力控制部13以PI控制(比例+積分控制)構成的情況，亦即，將積分增益設為Kai，則即使在傳遞特性F(s)以
F(s)=Ka‧(1+Kai/s)　(10)
來表示的情況，壓力控制控制參數設定部15亦將藉由式(8)而算出的值設定於式(10)之比例增益Ka。
此外，在壓力控制部13以相位超前/相位延遲補償構成之情況，亦即，壓力控制部13之傳遞特性F(s)為：
F(s)=Ka×(1+T1‧s)/(1+T2‧s)　(11)
的情況時，式(11)能變形為：
F(s)=Ka×{1+(T2-T1)s/(1+T2‧s)}　(12)
。壓力控制控制參數設定部15，係將藉由式(8)而算出的值設定於式(12)之比例增益Ka。再者，T1以及T2係預先設定作為控制參數。
步驟ST9之處理後，控制裝置1000係使用設定於壓力控制部13之比例增益，而開始實際的製品之成形動作(步驟ST10)。具體而言，在轉移至步驟ST9時，因保壓動作已完成，故控制裝置1000係使螺桿5退後，並且計量樹脂9，而在控制參數藉由步驟ST9之處理設定於壓力控制部13的狀態下，執行充填動作以及保壓動作。成形步驟結束後，實施形態1之射出成形機的控制方法之有關動作結束。
再者，步驟ST1至步驟ST9之處理，係成為於壓力控制部13設定譬如暫時的比例增益，以給予作為初始值之狀態。此時的壓力響應有產生過衝或振盪的可能性。然而，於步驟ST10開始製品的成形動作後，不會使壓力響應產生過衝或振盪，此外，能在使追隨性相對於壓力指令確保在某種程度之狀態下而進行壓力控制。藉此，在步驟ST10，能實現沒有產生成形尺寸(size)不良及突起等成形不良之成形動作。
第3-1圖係為說明保壓動作的圖，且第3-2圖係為說明充填動作的圖。如第3-1圖所示，於保壓動作執行中，螺桿5係對形成於模具8之模穴內的成形品給予壓力。在保壓動作中，因樹脂9為充滿於模具8內之狀態，故當由外部給予壓力時，因應模具8之模穴形狀或樹脂9的種類，樹脂9大體上會顯示出類似彈性體的動作。亦即，雖因馬達1前進而對樹脂9給予壓力，但因樹脂9如同前述顯示出彈性體的動作，故壓力的大小係將彈性體的彈性常數大體上與位置成比例而變化作為比例常數。
另一方面，如第3-2圖所示，充填動作係料管7內的樹脂9藉由螺桿5而朝模具8內射出，而成為樹脂9由噴嘴(nozzle)前端朝模具8內射出之狀態。因此，即使藉由使馬達1前進而對樹脂9施加壓力，因模具8之模穴內未被樹脂9充滿，而壓力的作用變換為使樹脂9由噴嘴前端朝模具8內射出，故不會產生與馬達1的位置成比例之壓力。
在第2圖的流程圖中，於識別彈性常數K之際，雖僅使用保壓動作的資料，但當假設亦於彈性常數之識別使用充填動作的資料時，在充填動作中，如同前述，於位置與壓力中，因比例關係不成立，故即使使用充填動作之位置與壓力，亦無法於壓力控制時之控制參數的調整時正確地識別必須的彈性常數。
第4圖係為說明速度指令選擇部14選擇內部速度指令107時之射出成形機的傳遞特性的方塊(block)線圖。再者，在此，速度控制部12係以將比例增益設為Kv、並將積分增益設為Kvi之PI控制所構成，且壓力控制部13係以將比例增益設為Ka之P控制所構成者。s係表示拉普拉斯運算子，而1/s係表示積分特性。此外，J係為將馬達1之慣量與機械可動部(滾珠導桿4、螺桿5、以及負荷元6)之慣量合併計算的慣量，K係為彈性常數識別部所識別之彈性常數。
信號201係表示使電流104流通時，產生於馬達1之轉矩(torque)。馬達1之轉矩與速度之關係，係能表示為1/(J‧s)，故馬達1能置換為具有1/(J‧s)之傳遞特性的要素202。亦即，要素202係因應轉矩而輸出速度(速度檢測值102)。
信號204係表示馬達1的位置。馬達1的位置係將馬達1的速度予以積分而得到。要素203係為將該特性示意性顯示於馬達1之速度者，且速度(速度檢測值102)被積分而輸出位置。
如同前述，於保壓動作中，位置與壓力具有比例關係，而比例常數成為彈性常數K。要素205係為將該特性示意性顯示於樹脂9之壓力者，且將表示壓力之信號(壓力檢測值103)由表示位置之信號204輸出。
如圖所示，於保壓動作執行時，係成為於壓力控制的次迴路具有速度控制之構成。換言之，速度控制迴路的主迴路(major loop)成為壓力控制。為進行壓力之控制，壓力控制部13係根據壓力指令值與壓力檢測值103之偏差，以算出馬達1所應動作之速度指令106，且速度檢測值102追隨該速度指令，壓力檢測值103乃藉此能追隨壓力指令值。反之，當速度相對於速度指令106之響應延遲，而速度追隨速度指令106之相位大幅延遲時，則包含大幅的相位延遲而組合壓力控制迴路，會導致壓力響應成為過衝、或顯示振盪的響應。
壓力控制的響應，係於屬於主迴路之壓力控制部13的控制參數中之比例成分(第4圖中Ka)最受到大的影響。當將屬於次迴路之速度控制的傳遞特性(由速度指令106往速度檢測值102之傳遞特性)視為1時，由壓力指令往速度指令106的傳遞特性，係成為Ka‧s/(s+K‧Ka)。當將此傳遞特性進一步變形時，則成為s/K×{Ka‧K/(s+K‧Ka)}。
亦即，速度指令106係相等於使s/K作用於壓力指令之信號(微分並除以彈性常數K之信號)，進一步，係相等於截止(cutoff)頻率通過屬於Ka‧K之低通過濾器(low pass filter)之信號。為將馬達1之速度追隨於該速度指令106，速度控制必須至少使Ka‧K以上之頻率成分通過。換言之，速度控制帶域必須為Ka‧K以上。當速度控制帶域較K‧Ka為小時，相位延遲產生，且成為於壓力響應產生過衝，或顯示出振盪性的壓力響應之原因。
在此，當將式(8)之Ka代入Ka時，則成為：
Ka‧K=α×ωsc≦ωsc　(13)
亦即，壓力控制控制參數設定部15，係以壓力控制部13之比例增益Ka與彈性常數識別部16所識別之彈性常數K的乘積，成為較速度控制部12的速度控制帶域ωsc為小的值的方式，以算出壓力控制部13之比例增益Ka。因藉由將前述算出之比例增益Ka設定於壓力控制部13，而速度指令106變成僅包含較速度控制帶域ωsc為低之頻率成分，故馬達1的速度指令成為能以充分的精確度追隨速度指令106。藉此，過衝及振盪不會產生於壓力，而能實現穩定的壓力控制。
如同前述，根據本發明之實施形態1，係具備：壓力控制部，係進行至少具備使比例增益Ka作用於壓力指令與壓力檢測值103之偏差之運算要素的傳遞特性運算，以算出內部速度指令107；速度控制部12，係以前述馬達1之速度追隨前述壓力控制部13所算出之內部速度指令107的方式，以算出電流指令105；充填/保壓判定部17，係判定射出成形機是在保壓動作執行中或非執行中；彈性常數識別部16，係當充填/保壓判定部17判定保壓動作為執行中時，即取得壓力檢測值103與作為馬達1之動作資訊的位置檢測值101，並根據所取得之壓力檢測值103以及位置檢測值101，而識別彈性常數K；壓力控制控制參數設定部15，係以壓力控制部13的比例增益Ka與彈性常數K的乘積成為較速度控制部12的速度控制帶域ωsc為小的值之方式，算出壓力控制部13的比例增益，並將前述算出之比例增益Ka設定於壓力控制部13；因此種構成，且根據保壓動作時的彈性常數與壓力控制迴路內所具備之速度控制迴路的速度控制帶域ωsc，以求得壓力控制的比例增益，故能於保壓動作時使馬達的速度以充分的精確度追隨速度指令106。亦即，能得到能執行穩定的壓力控制之射出成形機的控制裝置以及控制方法。
實施形態2
在實施形態1中，雖設為於步驟ST4中記錄壓力與位置，並於步驟ST7中，根據保壓動作執行中所成立之馬達1的位置與壓力之間的比例關係，識別彈性常數K，但亦可使用馬達1之速度或馬達1之加速度等位置以外的馬達資訊，以代替馬達1的位置。
實施形態2的控制裝置，係使用馬達1的速度代替馬達1的位置。再者，實施形態2的控制裝置，係除彈性常數識別部之外，具備與實施形態1同樣的構成要素。在此，如第5圖所示，分別對實施形態2之控制裝置賦予符號2000，並對實施形態2之彈性常數識別部賦予符號21，以與實施形態1做區別。
第6圖係為說明實施形態2之射出成形機的控制方法之流程圖。如圖所示，於步驟ST21至步驟ST26中，係分別執行與在實施形態1所說明之步驟ST1至步驟ST6相同的處理。
於步驟ST25中，充填/保壓判定部17係判定保壓動作是否已結束。在保壓動作已完成之情況(步驟ST25，Yes)，彈性常數識別部21係使用已有記錄之壓力Pi以及位置Xi，分別算出壓力之微分值Qi以及位置之微分值Vi(步驟ST27)。因索引i係於每個取樣時間被增量，故索引i係相當於實質上設為i=0之後之經過時間。因此，彈性常數識別部21係例如能使用Pi、Pi-1、及Pi-2等算出Qi。關於Vi亦為相同。此時，彈性常數識別部21對於已記錄之 壓力Pi及位置Xi之差分，亦可進行近似微分，而非施行以每個取樣時間之間隔進行除法之單純的微分。此外，亦可對壓力Pi與位置Xi進行相同的過濾器(filter)處理之後，分別進行微分處理。
步驟ST27之處理後，彈性常數識別部21係利用馬達1的速度與壓力的微分值之間所成立之比例關係識別彈性常數K(步驟ST28)。具體而言，例如，彈性常數識別部21係定義：Q=(Q1,Q2,…,QN) (14)
V=(V1,V2,…,VN) (15)且於：Q=K‧V (16)之關係式代入式(14)以及式(15)，並使用最小平方法來識別K。
於步驟ST29至步驟ST31，係分別執行與步驟ST8至步驟ST10相同的處理。
如此，即使使用壓力的微分值代替壓力，且使用速度代替位置，亦能識別彈性常數。
藉由將成立於保壓動作之執行中的(1)式的兩邊對時間微分，壓力之微分信號q與屬於位置之微分信號的速度v之間，係成立：q=K‧v (17)進一步，即使對上式(17)的兩邊進行相同的過濾器處理，就已對壓力之微分信號q與速度v進行相同的過濾器處理之信號qf、vf而言，係成立：
qf=K‧vf　(18)
即使將於保壓動作中所成立之(1)式的兩邊做n階微分，或將兩邊做n階微分並進一步進行過濾器處理，也因將彈性常數K作為比例常數之比例關係未被破壞，故亦可使用位置之n階微分值與壓力之n階微分值(但是，n≧1之整數)、或已對位置之n階微分值與壓力之n階微分值施用相同過濾器之資料，以取代屬於位置之1階微分之速度與屬於壓力之1階微分之壓力微分值、或已對速度以及壓力微分值施行相同過濾器之資料。在此，過濾器雖可使用任何種之過濾器，但宜為使用例如伴隨微分作用而去除雜訊(noise)之低通過濾器。此外，微分處理與過濾器處理係亦可非依此順序。
如同以上所述，即使將橫跨複數次而取得之馬達的位置檢測值101與壓力檢測值103分別做n(n≧1)階微分，並將前述已做n階微分之複數個位置檢測值101與複數個壓力檢測值103擬合於比例關係，彈性常數識別部21亦能識別彈性常數K。
此外，即使對橫跨複數次而取得之馬達的位置檢測值101與壓力檢測值103分別執行n(n≧1)階微分與預定的過濾器處理，並將已做n階微分及過濾器處理之複數個位置檢測值101與複數個壓力檢測值103擬合於比例關係，彈性常數識別部21，亦能識別彈性常數K。
實施形態3
在實施形態1、2中，係將保壓動作判定部判定保壓動作為執行中之後，到判定保壓動作非為執行中為止之間之一次的連續期間之間作為試驗運行，並根據該試驗運行執行時之位置與壓力之資料求取控制參數，一旦保壓動作完成之後(亦即上述連續之期間結束之後)，即對壓力控制部設定控制參數。相對於此，根據實施形態3之控制方法，於判定保壓動作為執行中，而判定充填/保壓判定部17為執行保壓動作中之連續期間內，係將彈性係數K逐次地識別，且根據該資訊時時刻刻更新壓力控制之控制參數。
實施形態3之控制裝置之構成，除去彈性常數識別部以及壓力控制控制參數設定部之外，係與實施形態1相等。如第7圖所示，分別對實施形態3之控制裝置賦予符號3000、對實施形態3之彈性常數識別部賦予符號31，並對實施形態3之壓力控制控制參數設定部賦予符號32，以與實施形態1做區別。
第8圖係為說明實施形態3之射出成形機之控制方法的流程圖。
首先，控制裝置3000係接受壓力指令以及外部速度指令之輸入(步驟ST41)。所輸入之壓力指令以及外部速度指令係分別設為非零值者。
速度指令選擇部14係根據壓力指令而將藉由壓力控制部13所算出之內部速度指令107、及所輸入之外部速度指令做比較，並選擇絕對值小之指令作為速度指令106，而控制裝置3000係根據所選擇之速度指令106驅動馬達(步驟ST42)。再者，壓力控制控制參數設定部32係於壓力及速度不振盪之程度設定小值的比例增益，以作為壓力控制部13之初始值。
接著，充填/保壓判定部17係判定保壓動作是否已進行(步驟ST43)。步驟ST43之判定處理的具體性手法，亦可與實施形態1之步驟ST3為相同者。在保壓動作非為執行中之情況(步驟ST43，No)，控制裝置3000係執行步驟ST42之處理。
在保壓動作為執行中之情況(步驟ST43，Yes)，充填/保壓判定部17係將保壓動作為屬於執行中之意旨的通知輸出至信號108，且接受到該通知之彈性常數設定部31，係在相同時序讀取壓力檢測值103的值以及位置檢測值101的值，並分別記錄所讀取之壓力檢測值103的值以及位置檢測值101的值(步驟ST44)。將藉由步驟ST44的處理所記錄的值，分別表記作為壓力Pi(i=1,2,…,N)、及位置Xi(i=1,2,…,N)。再者,由步驟ST44到後述之步驟ST50為止之處理，係構成迴圈處理。該迴圈處理係於每個預定的取樣時間被執行，且索引i係當每次步驟ST44被執行時，藉由後述步驟ST50之處理而增量。因該迴圈處理係於每個預定的取樣時間被執行，故索引i係相當於實質上設為i=0之後之經過時間。以下，索引i會有表記為取樣時刻i之情形。
接著，彈性常數識別部31係使用已記錄之最新的壓力Pi以及最新的位置Xi，以算出壓力之微分值Qi以及位置之微分值Vi(步驟ST45)。再者，彈性常數識別部31係亦可與實施形態2同樣地進行近似微分，亦可進行過濾器處理後做微分處理。
接著，彈性常數識別部31係根據壓力之微分值Qi與位置之微分值Vi而算出彈性常數Ki(步驟ST46)。再者，步驟ST46之處理係於步驟ST44至步驟ST50之迴圈處理每次被執行時而執行，故彈性常數Ki係於該迴圈處理每次被執行時而更新。
彈性常數識別部31係將由最新之壓力Pi以及最新之位置Xi所求得之壓力的微分值Qi以及位置的微分值Vi，例如使用逐次型最小平方法而擬合於比例關係，藉以能求得彈性常數Ki。具體而言，如以下所示，能更新彈性常數Ki以及取樣時刻i之中介變數Ri。
[數1]
Ki =Ki-1 +Ri Vi (Qi -Ki-1 Vi )　‧‧‧(19)
在此，Ki-1係為取樣時刻i-1之彈性常數的識別值，且Ri-1係為取樣時刻i-1之中介變數。再者，將Ki的初始值K0設為0，並將Ri的初始值R0設為適當大的數。
彈性常數識別部31係將已識別之彈性常數Ki作為信號109，輸入壓力控制控制參數設定部32。
接著，壓力控制控制參數設定部32係使用取樣時刻i之彈性常數Ki、速度控制帶域ωsc、及常數α(α≦1)，以算出壓力控制部13之比例增益Ka(步驟ST47)，並將算出之比例增益Ka設定於壓力控制部13(步驟ST48)。再者，比例增益Ka係能藉由下式求得。
Ka=α×ωsc/Ki　(21)
該式(21)係為將實施形態1所使用之式(8)的K置換為Ki者。
接著，充填/保壓判定部17係判定保壓動作是否已結束(步驟ST49)。步驟ST49之判定處理的具體性手法，係能採用與實施形態1之步驟ST5相同者。
在保壓動作未完成之情況(步驟ST49，No)，彈性常數識別部31係將索引i增量(步驟ST50)。而且，彈性常數識別部31係再度執行步驟ST44之處理。在保壓動作已完成之情況(步驟ST49，Yes)，實施形態3之射出成形機的控制方法之該動作結束。於之後的成形動作中，壓力控制部13亦可使用在第i=N次之迴圈處理所設定之比例增益，或亦可由步驟ST41之處理執行。
再者，於以上之說明中，雖使用屬於位置的1階微分之速度與屬於壓力的1階微分之壓力微分值，來識別成立於壓力與位置之間之彈性常數，但與實施形態1同樣地，亦可使用位置與壓力來識別彈性常數。此外，與實施形態2同樣地，亦可使用位置之n階微分與壓力之n階微分，或對位置之n階微分與壓力之n階微分施行同一個過濾器之資料，以識別彈性常數。
如同以上所述，根據本發明之實施形態3，係以下述方式構成：彈性常數識別部31係於充填/保壓判定部17判定保壓動作為執行中之連續期間內，於每個取樣時間取得馬達1之位置檢測值101與壓力檢測值103，且於每次取得位置檢測值101與壓力檢測值103時，使用前述已取得之最新的位置檢測值101與壓力檢測值103，以逐次識別彈性常數Ki；壓力控制控制參數設定部32係使用彈性常數識別部31所逐次識別之彈性常數Ki而逐次算出比例增益Ka，並將所算出之比例增益Ka逐次覆寫設定於壓力控制部13；故能不進行試驗運行而設定壓力控制的比例增益Ka。
1．．．馬達
2．．．編碼器
3．．．聯結器
4．．．滾珠導桿
5．．．螺桿
6．．．負荷元
7．．．料管
8．．．模具
9．．．樹脂
11．．．電流控制部
12．．．速度控制部
13．．．壓力控制部
14．．．速度指令選擇部
15、32．．．壓力控制控制參數設定部
16、21、31．．．彈性常數識別部
17．．．充填/保壓判定部
18、19．．．減算器
101．．．位置檢測值
102．．．速度檢測值
103．．．壓力檢測值
104．．．電流
105．．．電流指令
106．．．速度指令
107．．．內部速度指令
108、109、110、201．．．信號
202、203、204、205．．．要素
1000、2000、3000．．．控制裝置
第1圖係為顯示具有本發明之實施形態1之控制裝置的射出成形機之構成圖。
第2圖係為說明實施形態1之射出成形機的控制方法的流程圖。
第3-1圖係為說明保壓動作圖。
第3-2圖係為說明充填動作圖。
第4圖係為說明速度指令選擇部選擇內部速度指令時之射出成形機的傳遞特性的方塊線圖。
第5圖係為顯示具有本發明之實施形態2的控制裝置之射出成形機之構成圖。
第6圖係為說明實施形態2之射出成形機的控制方法之流程圖。
第7圖係為顯示具有本發明之實施形態3之控制裝置的射出成形機之構成圖。
第8圖係為說明實施形態3之射出成形機的控制方法之流程圖。
該代表圖無元件符號及其代表之意義。

Claims (12)

  1. 一種射出成形機之控制裝置，該控制裝置係設置在驅動馬達而使螺桿在料管內前進藉以使充滿前述料管之溶融樹脂朝模具的模穴內射出之射出成形機；且為根據前述馬達的動作資訊與前述溶融樹脂的壓力檢測值，生成驅動前述馬達的電流指令；該控制裝置係具備：壓力控制部，係進行具備至少使比例增益作用於預定的壓力指令與前述壓力檢測值之偏差之運算要素的傳遞特性運算，以算出速度指令；速度控制部，係以前述馬達之速度追隨前述壓力控制部所算出之速度指令的方式，算出前述電流指令；保壓動作判定部，係判定前述射出成形機是在保壓動作執行中或非執行中；彈性常數識別部，係當前述保壓動作判定部判定保壓動作為執行中時，取得前述壓力檢測值與前述馬達之動作資訊，並根據前述取得之壓力檢測值以及前述馬達之動作資訊，識別出屬於前述壓力檢測值相對於前述馬達位置之變位之變化比例的彈性常數；及控制參數設定部，係以前述壓力控制部的比例增益與前述彈性常數識別部所識別之彈性常數的乘積成為較前述速度控制部的速度控制帶域為小的值之方式，算出前述壓力控制部的比例增益，並將前述算出之比例增益設定於前述壓力控制部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之射出成形機之控制裝 置，其中，前述馬達之動作資訊係為前述馬達之位置檢測值；且前述彈性常數識別部係將在同一時序取得前述馬達之位置檢測值與前述壓力檢測值的動作橫跨複數次地予以執行，並使用前述橫跨複數次所取得之馬達的位置檢測值與前述壓力檢測值來識別彈性常數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述彈性常數識別部係於前述保壓判定部判定保壓動作為執行中之連續期間內，橫跨複數次地取得前述馬達之位置檢測值與前述壓力檢測值，並於前述連續期間結束後，使用前述於連續期間內取得之複數次份量的位置檢測值與壓力檢測值來識別前述彈性常數；且前述控制參數設定部係於前述時間經過後，將根據前述彈性常數所算出之比例增益設定於前述壓力控制部。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述彈性常數識別部係於前述保壓判定部判定保壓動作為執行中之連續期間內，以預定之時間間隔取得前述馬達之位置檢測值與前述壓力檢測值，且於每次取得前述位置檢測值與前述壓力檢測值時，逐次識別前述彈性常數；且 前述控制參數設定部係使用前述彈性常數識別部所逐次識別之彈性常數而逐次算出比例增益，並將前述所算出之比例增益逐次覆寫設定於前述壓力控制部。
  5. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述彈性常數識別部係將前述橫跨複數次而取得之馬達的位置檢測值與壓力檢測值分別做n(n≧1)階微分，並將前述已做n階微分之複數個位置檢測值以及複數個壓力檢測值擬合為比例關係，藉以識別前述彈性常數。
  6. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述彈性常數識別部係對前述橫跨複數次而取得之馬達的位置檢測值與壓力檢測值分別執行n(n≧1)階微分與預定的過濾器處理，並將已執行前述n階微分以及前述過濾器處理之複數個位置檢測值以及複數個壓力檢測值擬合為比例關係，以識別前述彈性常數。
  7. 如申請專利範圍第2項或第4項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述彈性常數識別部係將前述所取得之馬達的最新之位置檢測值與最新之壓力檢測值分別做n(n≧1)階微分，並使用逐次型最小平方法而將前述已做n階微分之位置檢測值以及壓力檢測值擬合為比例關係，藉以識別前述彈性常數。
  8. 如申請專利範圍第2項或第4項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述彈性常數識別部係對前述所取得之馬達的最新之位置檢測值與最新之壓力檢測值分別執行n(n≧1)階微分與預定的過濾器處理，並使用逐次型最小平方法而將已執行前述n階微分以及前述過濾器處理之位置檢測值以及壓力檢測值擬合為比例關係，藉以識別前述彈性常數。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述保壓動作判定部係根據前述馬達之位置是否已到達預定位置，而判定前述射出成形機是否為在保壓動作執行中或非執行中。
  10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述保壓動作判定部係根據前述壓力檢測值是否已到達預定壓力，而判定前述射出成形機是否為在保壓動作執行中或非執行中。
  11. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之射出成形機之控制裝置，其中，前述速度控制部係執行具備至少使比例增益作用於前述馬達的速度與前述壓力控制部所算出之速度指令的偏差之運算要素的傳遞特性運算；且前述速度控制帶域係為將前述速度控制部之比例 增益除以前述馬達之慣量、及伴隨前述馬達之旋轉而動作之機械的慣量所合計之值。
  12. 一種射出成形機之控制方法，係為驅動馬達而使螺桿在料管內前進藉以使充滿前述料管之溶融樹脂朝模具的模穴內射出的射出成形機所具備之控制裝置，該控制裝置進行具備至少使比例增益作用於預定的壓力指令與前述溶融樹脂壓力檢測值之偏差之運算要素的傳遞特性運算，以算出速度指令，並以使前述馬達之速度追隨前述已算出之速度指令的方式，算出驅動前述馬達之電流指令；其中，前述射出成形機之控制方法係具備：保壓動作判定步驟，係判定前述射出成形機是在保壓動作執行中或非執行中；彈性常數識別步驟，係當判定前述射出成形機為保壓動作執行中時，取得前述壓力檢測值與前述馬達之動作資訊，並根據前述所取得之壓力檢測值以及前述馬達之動作資訊，識別出屬於前述壓力檢測值相對於前述馬達位置之變位之變化比例的彈性常數；及控制參數設定步驟，係以比例增益與前述彈性常數識別步驟所識別之彈性常數的乘積成為較前述速度控制部的速度控制帶域為小的值之方式，算出比例增益，並將前述算出之比例增益設定於用以算出前述速度指令之比例增益。
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