JP2004034593A

JP2004034593A - 電動式射出成形機

Info

Publication number: JP2004034593A
Application number: JP2002197220A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Uchiyama; 内山　辰宏; Shingo Komiya; 小宮　慎吾; Motohiro Hase; 長谷　元弘
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05
Also published as: US6902386B2; EP1378806A1; US20040005378A1; CN1470375A

Abstract

【課題】圧力制御ループ内に速度制御ループを備えた圧力制御において、振動を抑え、高い速度ループゲインで圧力制御ができるようにする。
【解決手段】射出圧力制御において、制御対象（射出機構）の共振周波数帯域成分を減衰する帯域消去フィルタで構成された圧力フイルタ１０を圧力センサ７からの圧力フィードバック経路に設ける。指令圧力と圧力フイルタ１０で共振周波数帯域成分が減衰された圧力フィードバック信号との偏差に基づいて圧力補償器１が速度指令を求める。速度指令と速度検出器６からフィードバックされる射出スクリュを駆動するサーボモータ５の実速度との速度偏差から速度補償器２で電流指令を求める。電流指令で電流ループ処理をし、アンプ４を介してサーボモータ５を駆動する。制御対象の共振周波数成分が減衰されているから速度ループゲインを高くしても振動の発生がなく安定した、応答のよい圧力制御ができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式射出成形機に関する。特に、射出圧力の制御や、型締め機構の型締め圧力の制御、エジェクタ機構における製品突き出し圧力制御等のサーボモータの速度を制御することによって圧力を制御する電動式射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機においては、射出圧力や背圧等の圧力制御をフィードバック制御することが一般的に行われている。このような射出成形機の圧力制御において、検出圧力信号に外部からのノイズが重畳し、圧力制御が不安定となる場合がある。そこで、フィルタを用いてこのようなノイズの影響を減衰して安定した制御を得るようにした制御方法が特開２００１−４７４８０号公報、特開２００１−２３９５６４号公報に開示されている。
【０００３】
一方、電動式射出成形機においては、可動部材の駆動源がサーボモータ等の電機モータであることから、該サーボモータで駆動される対象物の圧力の制御も、サーボモータ又は該サーボモータで駆動される可動部材の速度を制御することによって行われる場合が多い。例えば、射出工程において、射出圧力の制御として、加熱シリンダ内の樹脂圧力、又は金型内の圧力、又は加熱シリンダ内の樹脂から射出スクリュに加わる圧力等を圧力センサで検出し、該検出実圧力と設定圧力との偏差を求め、該偏差に基づいて速度指令を求め、該速度指令に速度検出器等で検出される速度（サーボモータ又は射出スクリュの速度）が一致するように速度ループ制御がなされ、最終的には、検出圧力が設定圧力と一致するように圧力ループ制御が行われる制御方式が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような、電動式射出成形機における圧力制御ループ中に速度制御ループを有する圧力制御系において、制御対象の共振周波数の影響により、速度ループゲインは発振を生じない程度の低いゲインに設定する必要があった。そのため、圧力制御中の速度安定性が悪くなり、結果的に圧力が設定通りに安定して制御できないという問題があった。
【０００５】
図９、図１０は、サーボモータで射出スクリュを軸方向に駆動して射出を行う電動式射出成形機において、設定圧力と圧力センサで検出した圧力の偏差に基づいて圧力ループ制御を行って速度指令を求め、該速度指令と速度検出器で検出されるサーボモータの実速度との速度偏差に基づいて速度ループ制御を行いサーボモータへの電流指令（トルク指令）を求め、サーボモータを駆動制御することによって圧力制御する射出圧力制御方式を適用したもので、そのとき測定した検出射出圧力波形、サーボモータ（スクリュ）の実速度波形である。符号ａは設定射出圧力、符号ｂは検出射出圧力、符号ｃはサーボモータの実速度である。
【０００６】
図９は、制御対象の共振を抑制するために速度ループゲインを小さくしたときの検出射出圧力波形ｂ、サーボモータ（スクリュ）の実速度波形ｃを示す図で、図１０は速度ループゲインを高くしたときの、検出射出圧力波形ｂ、サーボモータ（スクリュ）の実速度波形ｃである。
図９に示すように、速度ループゲインが低いと、設定圧力ａが変化したとき、応答が遅く、検出射出圧力ｂ及び検出実速度ｃは共に、長い周期の振動のオーバシュート、アンダーシュートが持続し、安定していない。
又、図１０に示すように、速度ループゲインを高くしたときは、応答性はよくなっているが、検出射出圧力ｂ及び検出実速度ｃは共に、周期が短い振動が発生し安定していない。
【０００７】
本発明の目的は、このような圧力制御ループ中に速度制御ループを有する圧力制御系において、振動を抑え、高い速度ループゲインで圧力制御ができる射出成形機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、指令圧力と圧力センサで検出された実圧力の偏差を処理して速度指令を出力する圧力補償手段と、該圧力補償手段の後段にあって、指令速度と実速度との偏差を処理して電流指令を出力する速度補償手段とで構成される圧力制御ループによってサーボモータを駆動制御して、制御対象を圧力制御する電動式射出成形機において、前記制御対象の共振周波数に基づく圧力制御中の圧力の発振を抑制するための帯域消去フィルタを前記圧力制御ループ内に設けることによって上記課題を解決した。
この前記帯域消去フィルタを設ける具体的な位置としては、前記圧力センサの後段、又は前記圧力補償手段の後段、又は前記速度補償手段の後段にする。又、共振周波数は検出された実圧力、又は検出された実速度、又は検出された実電流に基づいて求める。
特に、本発明を射出成形機の射出機構を制御対象とし、射出圧力を制御する場合に適用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態における、射出成形機の射出スクリュを軸方向に駆動し加熱シリンダ内の樹脂を金型内に射出させるサーボモータの駆動制御系のブロック図である。従来の制御系と比較して相違する点は、圧力フィルタ１０が設けられている点である。
サーボモータ５は、タイミングベルト等の伝動機構、ボールネジ／ナット等の運動変換機構を介して射出スクリュを軸方向に駆動し加熱シリンダ内の溶融樹脂を金型内に射出する射出用サーボモータである。該サーボモータ５には、パルスコーダ等の速度検出器６が取りつけられており、該サーボモータ５の回転速度を検出して射出スクリュの移動速度を検出しフィードバックしている。
【００１０】
又、射出スクリュに加わる樹脂からの圧力を検出することによって樹脂圧（射出圧）を検出する圧力センサ７がサーボモータ５と射出スクリュ間の伝動機構中に設けられている。なお、圧力センサを金型内又は加熱シリンダ内に設けて直接樹脂圧を検出してもよい。この圧力センサ７からの検出圧力信号は帯域消去フィルタで構成された圧力フィルタ１０を通してフィードバックされている。
【００１１】
従来と同様に、この射出成形機を制御する制御装置には射出圧力制御の目標となる圧力指令パターンが記憶装置に記憶されており、該記憶装置から記憶された圧力指令パターンから所定周期毎読み出された圧力指令が指令され、該圧力指令から、圧力センサ７で検出され圧力フィルタ１０を通して所定帯域の周波数成分が減衰された検出圧力が減算されて圧力偏差が求められる。この圧力偏差に対して圧力補償器１で比例又は比例積分等の処理がなされ速度指令が求められ出力される。
【００１２】
圧力補償器１の出力の速度指令から、速度検出器６で検出されフィードバックされてきたサーボモータ５の実速度を減じて速度偏差を求め、該速度偏差に対して速度補償器２によって、比例積分等の処理がなされ電流指令（トルク指令）が求められ出力される。この電流指令から図示しない駆動電流を検出する検出器からの電流フィードバック信号を減じて電流偏差を求め、トルク補償器３で該電流偏差を処理してサーボモータ５への各相への電流指令を求めサーボアンプ４を介してサーボモータ５を駆動制御する。
【００１３】
上述したサーボモータ５の圧力ループ制御、速度ループ制御、電流ループ制御は、従来と同様に、該射出成形機の制御装置のプロセッサで処理する。又、圧力フィルタ１０については、制御装置のプロセッサによりデジタルフィルタ処理を行ってもよく、又は、圧力センサ７に帯域消去フィルタで構成される圧力フィルタを接続し、該圧力フィルタ１０の出力をＡ／Ｄ変換して制御装置のプロセッサに入力するようにしてもよい。
【００１４】
この圧力フィルタ１０の帯域消去フィルタで減衰する周波数帯域は、制御対象の共振周波数帯域とするもので、射出機構の共振周波数を求めこの共振周波数帯域成分を減衰する帯域消去フィルタとする。
【００１５】
図４は、この共振周波数を求めるために、図１において圧力フィルタ１０を除去し、圧力センサ７の出力信号をフィードバックするようにし（従来と同じ圧力制御）、圧力指令を段階的に増加しながら与えて射出圧力を制御したときの圧力センサ７で検出される圧力波形を示す図である。
この図４からわかるように、射出開始から約１．５秒〜４．３秒の間で検出圧力が振動している。この検出された圧力波形をフーリエ解析してフーリエ・スペクトルを求めたものが図５である。この図５から、約７０Ｈｚで共振が発生していることがわかる。
【００１６】
そこで、圧力フィルタ１０を、この７０Ｈｚを中心とした所定幅の帯域の周波数成分を減衰する帯域消去フィルタで構成して、この共振周波数成分を減衰するようにする。
【００１７】
なお、この制御対象の共振周波数を測定する方法としては、上記実施形態では、圧力センサで検出される圧力によって求めたが、速度検出器６で検出される速度に基づいて同様にフーリエ解析等を行い、共振周波数を求めてもよい。さらに、サーボモータ５の駆動電流を検出する検出器からの電流に基づいて同様に共振周波数を求めてもよい。
【００１８】
このようにして測定した共振周波数帯域の周波数を減衰する帯域消去フィルタで構成される圧力フィルタ１０を、図１に示すように圧力センサ７の後段のフィードバック経路に挿入する。そして、図４の圧力波形を得たときと同一の段階的な圧力指令を与えて、検出圧力を測定すると、図６に示すような圧力波形が検出された。又この圧力波形をフーリエ解析してフーリエスペクトルを求めたものが図７である。この図６，図７に示すように、検出圧力の振動はなくなっている。
【００１９】
又、図１に示すように制御対象の共振周波数帯域の周波数を減衰する圧力フィルタ１０を備え、速度ループゲイン（速度補償器２のゲイン）を高くして、図９、図１０に示す例と同じように、段階的に変化する指令圧力ａを与えて射出圧力制御を行い、圧力センサ７、速度検出器６で検出される圧力、速度をグラフとして表したものが図８である。検出された実射出圧力ｂの波形から明らかのように、応答性はよく、かつ振動の発生もなく安定して指令圧力に追従している。又、同様に、サーボモータ５の実速度ｃも振動が発生せず、かつ応答よく変化している。
【００２０】
図２は、本発明の第２の実施形態におけるモータ制御系のブロック図である。図１と相違する点は、圧力フィルタ１０が圧力センサ７からの検出圧力信号のフィードバック経路から取り除かれ、その代わりに圧力補償器１の後段に速度指令フィルタ１１が挿入されている点である。この速度指令フィルタ１１も速度指令から制御対象（射出機構）の共振周波数帯域の周波数成分を減衰する帯域消去フィルタで構成されているものである。
【００２１】
指令圧力と圧力センサ７からの検出圧力フィードバック信号を減じて圧力偏差を求め、この圧力偏差に対して圧力補償器１で比例又は比例積分等の処理を行い速度指令を求め、この速度指令を速度指令フィルタにかけて設定帯域の周波数成分（共振周波数成分）を減衰して、速度ループ処理への速度指令とする。その後の処理は図１で説明した処理と同様である。
【００２２】
この図２に示した第２の実施形態でも、速度指令から共振周波数成分が減衰されて速度ループ制御、電流ループ制御がなされ、全体の制御系としては共振周波数成分が減衰されて制御がなされることになる。これによって、図１に示した実施形態と同様に、速度ループゲインを高くすることができ、振動が発生することなく応答性のよい圧力制御ができる。
【００２３】
図３は、本発明の第３の実施形態におけるモータ制御系のブロック図である。図１、図２に示す第１、第２の実施形態と相違する点は、圧力フィルタ１０、速度指令フィルタ１１の代わりに電流指令フィルタ１２を速度補償器の後段に挿入した点である。この電流指令フィルタ１２も電流指令から制御対象（射出機構）の共振周波数帯域の周波数成分を減衰する帯域消去フィルタで構成されているものである。
【００２４】
指令圧力と圧力センサ７からの検出圧力フィードバック信号を減じて圧力偏差を求め、この圧力偏差に対して圧力補償器１で比例又は比例積分等の処理を行い速度指令を求め、該速度指令から、速度検出器６で検出されフィードバックされてくるサーボモータ５の実速度を減じて速度偏差を求め速度補償器で処理して電流指令を求める。この電流指令を電流指令フィルタ１２にかけて、設定帯域の周波数成分（共振周波数成分）を減衰して、電流ループ処理への電流指令とする。以後の処理は図１で説明した処理と同様である。
【００２５】
この第３の実施形態の場合も、電流指令から共振周波数成分が減衰されることになるから、共振が発生せず、第１、第２の実施形態と同様に、速度ループゲインを高くして応答性のよい安定した圧力制御ができる。
【００２６】
上述した各実施形態では、射出圧力の制御の例を示したが、他の圧力制御に対しても、本発明は適用できるものである。すなわち、制御対象を型締め機構や製品突き出し機構（エジェクト機構）とし、型締め圧力や製品を金型から突き出す際の圧力制御において、指令圧力と検出圧力の偏差を求め該偏差に基づいて速度指令を求める圧力ループ制御を行い、求められた速度指令に基づいて速度ループ制御を行うような、圧力ループ制御系内に速度ループ制御を包含する制御を行う圧力制御の場合に、本発明は適用できるものである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明では、速度ループゲインを高くして圧力制御を行っても、振動が発生しないから、応答性のよい安定した圧力制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における射出機構を駆動するサーボモータの駆動制御系のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における射出機構を駆動するサーボモータの駆動制御系のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における射出機構を駆動するサーボモータの駆動制御系のブロック図である。
【図４】制御対象の共振周波数を測定するために段階的に変化する圧力指令を与えて、測定した実圧力波形を示す図である。
【図５】図４に示す測定した圧力波形をフーリエ解析して求められたフーリエ・スペクトルを表す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、図４に示した例と同じ段階的に変化する圧力指令を与えて、測定した実圧力波形を示す図である。
【図７】図６に示す実圧力波形のフーリエ解析後のフーリエ・スペクトルを表す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における指令圧力変化に対する実射出圧力波形、サーボモータの実速度波形を示す図である。
【図９】従来の制御系において、速度ループゲインを低くして、指令圧力を変化させたときの実射出圧力波形とサーボモータの実速度波形を示す図である。
【図１０】従来の制御系において、速度ループゲインを高くして、指令圧力を変化させたときの実射出圧力波形とサーボモータの実速度波形を示す図である。
【符号の説明】
１　圧力補償器
２　速度補償器
３　トルク補償器
４　アンプ
５　サーボモータ
６　速度検出器
７　圧力センサ
１０　圧力フィルタ
１１　速度指令フィルタ
１２　電流指令フィルタ

Claims

指令圧力と圧力センサで検出された実圧力の偏差を処理して速度指令を出力する圧力補償手段と、該圧力補償手段の後段にあって、指令速度と実速度との偏差を処理して電流指令を出力する速度補償手段とで構成される圧力制御ループによってサーボモータを駆動制御して、制御対象を圧力制御する電動式射出成形機において、前記制御対象の共振周波数に基づく帯域消去フィルタを前記圧力制御ループ内に備えたことを特徴とする電動式射出成形機。
前記帯域消去フィルタを前記圧力センサの後段に設けたことを特徴とする請求項１記載の電動式射出成形機。
前記帯域消去フィルタを前記圧力補償手段の後段に設けたことを特徴とする請求項１記載の電動式射出成形機。
前記帯域消去フィルタを前記速度補償手段の後段に設けたことを特徴とする請求項１記載の電動式射出成形機。
前記共振周波数は検出された実圧力に基づいて求められることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の電動式射出成形機。
前記共振周波数は検出された実速度に基づいて求められることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の電動式射出成形機。
前記共振周波数は検出された実電流に基づいて求められることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の電動式射出成形機。
前記制御対象を射出成形機の射出機構として、射出圧力を制御する請求項１乃至７の内いずれか１項に記載の電動式射出成形機。