JP3854602B2 - Multi-axis drive - Google Patents
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Description
本発明は、多軸駆動装置に関し、特に射出成形機の多軸駆動装置として好適な多軸駆動装置に関する。 The present invention relates to a multi-axis drive device, and more particularly to a multi-axis drive device suitable as a multi-axis drive device for an injection molding machine.
射出成形機においては、平行する複数のボールねじ軸を個別のモータで回転駆動し、このボールねじ軸の回転によって射出スクリューを該ボールねじ軸の軸線方向に進退させるように構成された多軸駆動装置が実用されている。このような多軸駆動装置においては、射出スクリューの目標位置に対する位置偏差を検出し、この位置偏差に基づく速度指令によって上記各モータが駆動される。また、各ボールねじ軸における射出スクリューの移動位置の偏差に基づいて該偏差がなくなるように上記各モータに対する速度指令が補正され、これによって、各ボールねじ軸における射出スクリューの移動位置のずれが防止される。(例えば、特許文献1参照)。
上記のような多軸駆動装置では、位置偏差に基づく速度指令だけでなく、ユーザによって設定される速度指令によっても被駆動体である射出スクリューの送り速度を制御することができるように構成することが望ましい。この場合、射出工程の最終期間においては、上記位置偏差に基づく速度指令によって射出スクリューの送り速度を制御して、該射出スクリューを目標位置に精度良く位置決めする必要がある。 The multi-axis drive device as described above is configured so that the feed speed of the injection screw as the driven body can be controlled not only by the speed command based on the position deviation but also by the speed command set by the user. Is desirable. In this case, in the final period of the injection process, it is necessary to accurately control the injection screw at the target position by controlling the feed speed of the injection screw by the speed command based on the position deviation.
本発明の目的は、ユーザ設定の速度指令に基づく被駆動体の送り速度の制御を実現しながら、該被駆動体を目標位置に精度良く位置決めすることが可能な多軸駆動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a multi-axis drive device capable of accurately positioning a driven body at a target position while realizing control of a feed speed of the driven body based on a speed command set by a user. It is in.
本発明に係る多軸駆動装置は、複数の軸の回転もしくは移動により該軸の軸線方向に移動される被駆動体と、前記各軸をそれぞれ回転もしくは移動させる複数の駆動手段と、前記各駆動手段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、指令された目標位置に対する前記被駆動体の位置偏差に対応した第1速度指令を発生する第1速度指令発生手段と、指令された前記被駆動体の目標速度に対応した第2速度指令を発生する第2速度指令発生手段と、前記第1速度指令と前記第2速度指令の内の小さい方の速度指令を選択する速度指令選択手段と、を備え、前記速度指令選択手段で選択された速度指令を前記各駆動手段の制御に適用するように構成されている。 A multi-axis drive device according to the present invention includes a driven body that is moved in the axial direction of a plurality of shafts by rotation or movement of the plurality of shafts, a plurality of driving means that rotate or move the respective shafts, and the respective driving devices. Control means for controlling the means, and the control means is commanded with first speed command generating means for generating a first speed command corresponding to a positional deviation of the driven body with respect to the commanded target position. A second speed command generating means for generating a second speed command corresponding to the target speed of the driven body, and a speed command for selecting a smaller speed command of the first speed command and the second speed command. Selecting means, and configured to apply the speed command selected by the speed command selecting means to the control of each driving means.
前記制御手段は、前記複数の軸における被駆動体の位置相互のずれを検出するずれ検出手段と、前記ずれがなくなるように前記各駆動手段に適用される前記速度指令を補正する補正手段とを更に備えることができる。
前記位置偏差は、前記複数の軸における前記被駆動体の位置を平均した位置の偏差であっても良い。
The control means includes a deviation detecting means for detecting mutual deviations of the positions of the driven bodies in the plurality of axes, and a correcting means for correcting the speed command applied to each driving means so that the deviation is eliminated. Further, it can be provided.
The position deviation may be a position deviation obtained by averaging the positions of the driven bodies on the plurality of axes.
前記被駆動体は、例えば、射出成形機の可動金型や該射出成形機の射出スクリューである。前記被駆動体が前記射出スクリューである場合、前記制御手段は、指令された目標射出圧力に対する射出圧力の偏差に対応した第3速度指令を発生する第3速度指令発生手段をさらに備えることができ、また、前記速度指令選択手段には、前記第3速度指令が前記第1、第2速度指令よりも小さい場合に該第3の速度指令を前記駆動手段に対する速度指令として選択する手段が設けられる The driven body is, for example, a movable mold of an injection molding machine or an injection screw of the injection molding machine. When the driven body is the injection screw, the control means can further include third speed command generation means for generating a third speed command corresponding to the deviation of the injection pressure with respect to the commanded target injection pressure. The speed command selecting means is provided with means for selecting the third speed command as a speed command for the driving means when the third speed command is smaller than the first and second speed commands.
前記射出圧力の偏差にPI補償処理を施して前記第3速度指令を形成するPI補償手段と、前記速度指令選択手段で前記第3速度指令が選択されたときに前記PI補償手段の積分要素の初期積分値を設定する積分初期化手段と、を備えることができる。
前記積分初期化手段は、例えば、前記速度指令選択手段で選択されている速度指令を前記初期積分値として設定するように構成される。前記積分初期化手段は、前記速度指令選択手段で選択されている速度指令から前記PI補償手段の比例要素の出力を減じたものを前記初期積分値として設定するように構成しても良い。
PI compensation means for performing PI compensation processing on the deviation of the injection pressure to form the third speed command, and an integration element of the PI compensation means when the third speed command is selected by the speed command selection means. Integration initializing means for setting an initial integration value.
The integration initialization unit is configured to set, for example, the speed command selected by the speed command selection unit as the initial integration value. The integral initialization means may be configured to set the initial integral value obtained by subtracting the output of the proportional element of the PI compensation means from the speed command selected by the speed command selection means.
本発明によれば、ユーザ設定の速度指令に基づく被駆動体の送り速度の制御を実現しながら、該被駆動体を目標位置に精度良く位置決めすることができる。 According to the present invention, it is possible to accurately position the driven body at the target position while realizing the control of the feed speed of the driven body based on the speed command set by the user.
図1は、本発明に係る多軸駆動装置の実施の形態を示すブロック図である。この多軸駆動装置は、射出成形機の射出スクリュー移動機構10とこの射出スクリュー移動機構10を制御する制御装置20とを備えている。
射出スクリュー移動機構10において、被駆動体である射出スクリュー11は、支持体12の中央部にその基部が固定支持されている。支持体12には、射出スクリュー11の中心軸線を挟んで対称な位置にボールねじナット13A,13Bがそれぞれ設けられている。ボールねじ軸14A,14Bは、射出スクリュー11の中心軸線に平行する形態で上記ボールねじナット13A,13Bにそれぞれ螺合され、スクリュー移動用電動モータ15A,15Bによってそれぞれ回転駆動される。
この射出スクリュー移動機構10によれば、モータ15A,15Bを同時に回転することによって射出スクリュー11を支持体12と共に進退させることができる。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a multi-axis drive device according to the present invention. The multi-axis drive device includes an injection
In the injection
According to the injection
位置センサ16Aおよび16Bは、射出スクリュー11の移動位置をボールねじ軸14Aおよび14B上におけるボールねじナット13Aおよび13Bの位置(支持体12の位置)としてそれぞれ検出するものであり、例えば、モータ15Aおよび15Bの回転量に対応した数のパルス信号を発生するパルスエンコーダによって構成される。
圧力センサ17Aおよび17Bは、ボールねじナット13Aとボールねじ軸14A間に作用する射出スクリュー11の射出反力およびボールねじナット13Bトボールねじ軸14B間に作用する同反力を射出圧力としてそれぞれ検出するものであり、例えば、ロードセルによって構成される。
The
The
制御装置20は、上位制御部21、サーボ制御部23およびアンプ24A,24Bを備えている。図2は、上位制御部21に含まれる速度指令発生部の構成を示している。この図2において、位置指令設定部210、速度指令設定部211および圧力指令設定部212は、前記射出スクリュー11の目標位置(射出完了位置)を示す指令、該スクリュー11の目標移動速度を示す指令および目標射出圧力を示す指令をそれぞれマニュアルで設定するために設けられている。
The
平均位置演算部213は、上記位置センサ16A,16Bで検出される射出スクリュー11の各移動位置XA0,XB0を平均する演算を実行する。演算部214では、位置指令設定部210で設定された目標位置と上記平均位置演算部213で演算された平均位置(XA0+XB0)/2との偏差が演算され、この位置偏差は、乗算部215でゲイン乗数Kpを乗じられた後、位置偏差に基づく速度指令Vdとして切換部216に入力される。
The average
平均圧力演算部217は、上記圧力センサ17A,17Bで検出される射出圧力を平均する演算を実行する。演算部218では、圧力指令設定部212で指令された目標射出圧力と平均圧力演算部217で演算された平均圧力との偏差が演算され、この圧力偏差は、圧力PI補償部219でPI補償処理を施された後、圧力偏差に基づく速度指令Vpとして低値選択部220に入力される。
The average
低値選択部220は、上記速度指令設定部211で設定される速度指令Vrと上記圧力偏差に基づく速度指令Vpとを比較し、それらのうちの小さい方を速度指令Vmとして選択する。一方、切換部216は、上記位置偏差に基づく速度指令Vdと上記速度指令Vmとを比較し、それらのうちの小さい方を速度指令VCMDとして選択する。この結果、速度指令Vd,Vr,Vpの内の最小の速度指令が速度指令VCMDとして選択されることになる。
The low
次に、図1に示すサーボ制御部23について説明する。このサーボ制御部23において、位置偏差演算部230は、上記位置センサ16A,16Bでそれぞれ検出される射出スクリュー11の位置の偏差(XA0−XB0)、つまり、ボールねじナット13A,13Bの相対位置ずれ量を演算する。また、同期制御部231は、位置偏差演算部230で演算された位置偏差(XA0−XB0)に所定のゲイン乗数K0を乗じて、同期制御用の速度指令補正値K0(XA0−XB0)を作成する。
演算部232は、前記上位制御部21から出力される速度指令VCMDに上記同期制御部231で演算された速度指令補正値K0(XA0−XB0)を加える演算を実行し、また、演算部233は、上記速度指令から上記速度指令補正値K0(XA0−XB0)を減じる演算を実行する。したがって、演算部232,233からは、それぞれボールねじナット13A,13Bの相対位置ずれ量をなくすように補正された速度指令が出力される。
Next, the
The
上記演算部232,233から出力される補正処理済の速度指令は、それぞれ速度PI補償部234A,234BでPI処理を施された後、アンプ24A,24Bに与えられるので、それらの速度指令に対応する速度でボールねじナット13A,13Bが移動されるようにモータ15A,15Bが駆動される。その結果、ボールねじナット13A,13Bの互いの位置が同期されて、射出スクリュー11が円滑に移動されることになる。
なお、モータ15A,15Bの回転軸相互間に同期ベルトを巻き掛けて、該モータ15A,15Bの回転を機械的に強制同期させる場合には、上記のような速度指令の補正処理が不要になる。
The corrected speed commands output from the
When a synchronous belt is wound between the rotating shafts of the
この実施の形態に係る多軸駆動装置を適用した射出成形機によれば、前述したように、前記位置偏差に基づく速度指令Vd、速度指令設定部211でユーザ設定される速度指令Vr、および前記圧力偏差に基づく速度指令Vpの内の最も小さな速度指令が選択される。
射出工程の当初には、前記位置偏差に基づく速度指令Vdおよび圧力偏差に基づく速度指令Vpが共に大きいので、速度指令Vrが選択されてこの速度Vrで射出スクリュー11が射出方向に進行する。そして、射出圧力の増大に伴って速度指令Vrよりも速度指令Vpが小さくなると、この速度指令Vpが選択されることから、射出スクリュー11が該速度Vpで射出方向に進行することになる。
According to the injection molding machine to which the multi-axis drive device according to this embodiment is applied, as described above, the speed command V d based on the position deviation, the speed command V r set by the speed
At the beginning of the injection process, both the speed command V d based on the position deviation and the speed command V p based on the pressure deviation are both large, so the speed command V r is selected and the
射出スクリュー11が停止位置近傍にある射出工程の終了直前においては、位置偏差に基づく速度指令Vdが最も小さくなるので、この速度指令Vdが選択される。したがって、射出スクリュー11は、低速で移動しながらきわめて精度良く目標位置に位置決めされる。
もし、従来のように、位置偏差に基づく速度指令Vdのみで射出スクリュー11の移動速度を制御した場合には、射出圧力の増大に伴って、位置偏差を演算する前記演算部(偏差カウンタで構成される)214の溜まりパルスが増加するため、この溜まりパルスによる過大な速度指令のために射出スクリュー11が予期せぬ速度で移動することがあり、これは、該射出スクリュー11の適正な位置決めを阻害するだけでなく、不良な成形品を発生させる要因となる。
これに対して、上記実施の形態によれば、射出スクリュー11が圧力偏差に基づく速度指令Vpによって停止位置近傍まで移動されるので、上記溜まりパルスを増加させることなく円滑かつ高精度に射出スクリュー11を目標位置に位置決めすることができる。
Immediately before the end of the injection process in which the
If the moving speed of the
On the other hand, according to the above embodiment, the
ところで、前記上位制御装置21は、圧力PI補償部219において例えば下式に基づく演算を実行して速度指令Vpを導出し、この速度指令Vpを低値選択部220において速度指令Vrと比較している。
そこで、図3の実施例では、低値選択部220で現在選択されている速度指令を圧力PI補償部219の積分要素219aに取り込み、ユーザ設定による速度指令Vrから圧力偏差に基づく速度指令Vpへの切り替えの際に、上記取り込んだ速度指令を初期積分値として用いるようにしている。速度指令Vrから速度指令Vpへの切り替え時には、上記PI補償部219の積分要素219aに上記速度指令Vrが取り込まれることになる。したがって、上記のような積分初期化処理を実行すれば速度指令Vrから速度指令Vpに切り替わる際の該速度指令Vpの過渡的な低下を防止して、射出圧力の制御性を向上することができる。
Therefore, in the embodiment of FIG. 3, the speed command currently selected by the low
一方、上記速度指令Vrから速度指令Vpへの切り替えに際して、速度指令Vrが大きな値を有している場合には、上記積分初期化処理に基づく当初の速度指令Vpが過大になって、射出圧力にオーバシュート等の現象を発生させるおそれがある。これに対処するため、図3に点線で示すように、PI補償部219の比例要素219bの出力を演算部219cに入力して、上記現在選択されている速度指令から上記比例要素219bの出力を減じる演算を行い、その演算結果を初期積分値として用いるようにすることができる。このような積分初期化処理を実行すれば、たとえ速度指令Vrが大きな値を有している場合であっても適正な大きさの速度指令Vpが形成されるので、上記オーバシュート等の現象を抑制することができる。
On the other hand, when the speed command V r has a large value when switching from the speed command V r to the speed command V p , the initial speed command V p based on the integral initialization process becomes excessive. This may cause a phenomenon such as an overshoot in the injection pressure. In order to cope with this, as indicated by a dotted line in FIG. 3, the output of the
本発明に係る多軸駆動装置は、射出成形機の型締装置、射出プレス機などの低圧射出成形機の型締装置、その他複数の軸の動作を同期させて対象物を圧縮もしくはプレスする装置の型締装置にも適用可能である。
図4は、射出成形機の型締装置の構成を例示している。この型締装置は、電動モータ41A〜41Dによってそれぞれ回転駆動される4つのボールねじ軸42A〜42Dと、このボールねじ軸42A〜42Dの回転に伴って該ボールねじ軸42A〜42Dの軸線方向に進退する可動金型43とを備えている。なお、実際には、図5に示すように、ボールねじ軸42A,42Bは可動金型43の上部両端部に、またボールねじ軸42C,42Dは該金型43の下部両端部にそれぞれ螺合されている。
The multi-axis drive device according to the present invention includes a mold clamping device for an injection molding machine, a mold clamping device for a low pressure injection molding machine such as an injection press machine, and other devices that compress or press an object by synchronizing the operations of a plurality of shafts. It can also be applied to other mold clamping devices.
FIG. 4 illustrates the configuration of the mold clamping device of the injection molding machine. The mold clamping device includes four
この型締装置のモータ41A〜41Dを制御する制御装置50には、ボールねじ軸42A〜42Dにおける可動金型43の位置を個別に検出する位置センサ45A〜45Dが接続されている。
制御装置50は、図1に示した制御装置20に準じた構成を有する、すなわち、制御装置50は、図6に示すように、上位制御部51、サーボ制御部53、アンプ54A〜54Dを備えている。図7は、上位制御部51に含まれる速度指令発生部の構成を示す。この図7において、位置指令設定部510および速度指令設定部511は、それぞれ可動金型43の目標位置および目標移動速度を示す指令をマニュアルで設定するものである。
The
平均位置演算部513は、上記位置センサ45A〜45Dで検出される可動金型43の移動位置XA〜XDを平均する演算を実行する。演算部514では、位置指令設定部510で指令された目標位置と上記平均位置演算部513で演算された平均位置(XA+XB+XC+XD)/2との偏差が演算され、この位置偏差は、乗算部515でゲイン乗数Kp'を乗じられた後、位置偏差に基づく速度指令Vd'として低値選択部520に入力される。
低値選択部520は、速度指令設定部511で設定された速度指令Vr'と上記位置偏差に基づく速度指令Vd'とを比較し、それらのうちの小さい方を最終的な速度指令として選択する。
The average
The low
次に、図6に示すサーボ制御部53について説明する。このサーボ制御部53において、位置偏差演算部530は、位置センサ45A,45Bの各検出位置(XA,XBの平均値Xavg(XA,XB)と、位置センサ45C,45Dの各検出位置(XC,XDの平均値Xavg(XC,XD)との偏差を演算する。そして、同期制御部531は、偏差演算部530で演算された位置偏差に所定のゲイン乗数KS1を乗じて、同期制御用の速度指令補正値KS1[Xavg(XA,XB)−Xavg(XC,XD)]を作成する。
Next, the
演算部532は、前記上位制御部51から出力される速度指令に上記速度指令補正値KS1[Xavg(XA,XB)−Xavg(XC,XD)]を加える演算を実行し、また、演算部533は、上記速度指令から上記速度指令補正値KS1[Xavg(XA,XB)−Xavg(XC,XD)]を減じる演算を実行する。したがって、演算部532,533からは、ボールねじ軸42A,42Bにおける可動金型43の位置とボールねじ軸42C,42Dにおける可動金型43の位置のずれ量をなくすように補正された速度指令がそれぞれ出力される。
The
上記演算部532から出力される補正処理済の速度指令は、速度PI処理部534,534BでPI補償処理を施された後、アンプ54A,54Bに与えられる。同様に、演算部533から出力される補正処理済の速度指令は、速度PI処理部534C,534DでPI処理を施された後、アンプ54C,54Dに与えられる。したがって、図4に示す可動金型43は、ボールねじ軸42A,42Bにおける位置とボールねじ軸42C,42Dにおける位置とのずれが補正されながら、つまり、上記各位置が同期する形態で移動される。
The corrected speed command output from the
ボールねじ軸42A,42Bにおける可動金型43の位置の相対ずれ、およびボールねじ軸42C,42Dにおける可動金型43の位置の相対ずれを補正する機能を上記制御装置50に更に持たせることも可能である。
この場合、偏差演算部530において、位置センサ45A,45Bで検出される各位置XA,XBの偏差XA−XBと、位置センサ45C,45Dで検出される各位置XC,XDの偏差XC−XDとがさらに演算される。そして、同期制御部531において、位置偏差XA−XBに所定のゲイン乗数KS2を乗じた同期制御用の速度指令補正値KS2(XA−XB)と、位置偏差XC−XDに所定のゲイン乗数KS3を乗じた同期制御用の速度指令補正値KS3(XC−XD)を作成する。さらに、図8に示すように、演算部532と速度PI処理部534A間、演算部532と速度PI処理部534B間、演算部533と速度PI処理部534C間および演算部533と速度PI処理部534D間にそれぞれ演算部535A,535B,535Cおよび535Dを設ける。
The
In this case, in the
演算部535Aにおいては、演算部532の出力に補正値KS2(XA−XB)が加えられ、また、演算部535Bにおいては、演算部532の出力から補正値KS2(XA−XB)が減じられる。一方、演算部535Cにおいては、演算部533の出力に補正値KS3(XC−XD)が加えられ、また、演算部535Dにおいては、演算部533の出力から補正値KS3(XC−XD)が減じられる。
したがって、可動金型43は、ボールねじ軸42A,42Bにおける位置相互のずれが補正されるともに、ボールねじ軸42C,42Dにおける位置相互のずれが補正されることになる。
In the
Therefore, in the
結局、この射出成形機の型締装置に適用した実施の形態によれば、図7に示す速度指令Vr'と速度指令Vd'がVr'<Vd'の状態にある期間において、つまり、型締めが開始されてからその型締めが終了する直前までの期間において、ユーザ設定による速度指令Vr'が選択されて、この速度で可動金型43が進行する。そして、その後、位置偏差に基づく速度指令Vd'が選択されて、可動金型43がきわめて精度良く目標位置に位置決めされて、型締めが完了することになる。
Eventually, according to the embodiment applied to the mold clamping device of this injection molding machine, during the period in which the speed command V r ′ and the speed command V d ′ shown in FIG. 7 are in the state of V r ′ <V d ′, That is, during a period from when mold clamping is started to immediately before the mold clamping is finished, a speed command V r ′ set by the user is selected, and the
しかも、可動金型43の移動中においては、ボールねじ軸42A,42Bにおける該金型43の位置とボールねじ軸42C,42Dにおける該金型43の位置とのずれが補正されるととともに、ボールねじ軸42A,42Bにおける可動金型43の各位置のずれ、およびボールねじ軸42C,42Dにおける可動金型43の各位置のずれが補正されるので、該金型43を各軸42A〜42Dにおける位置の同期をとりながらきわめて円滑に移動させることができる。
In addition, during the movement of the
金型43の位置同期手段は上記の構成に限定されない。すなわち、例えば、図8における演算部532,533を削除して、図9に示すように、演算部535A,535B,535Cおよび535Dに上位制御部51から出力される速度指令を加えるようにしても良い。
The position synchronization means of the
10 射出スクリュー移動機構
11 射出スクリュー
14A,14B ボールねじ軸
15A,15B モータ
16A,16B 位置センサ
17A,17B 圧力センサ
20 制御装置
21 上位制御部
23 サーボ制御部
210 位置指令設定部
211 速度指令設定部
212 圧力指令設定部
216 切換部
220 低値選択部
230 位置偏差演算部
231 同期制御部
41A〜41D モータ
42A〜42D ボールねじ軸
43 可動金型
50 制御装置
51 上位制御部
53 サーボ制御部
510 位置指令設定部
511 速度指令設定部
520 低値選択部
530 位置偏差演算部
531 同期制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記各軸をそれぞれ回転もしくは移動させる複数の駆動手段と、
前記各駆動手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
指令された目標位置に対する前記被駆動体の位置偏差に対応した第1速度指令(V d 、V d ')を発生する第1速度指令発生手段と、
指令された前記被駆動体の目標速度に対応した第2速度指令(V r 、V r ')を発生する第2速度指令発生手段と、
前記第1速度指令(V d 、V d ')と前記第2速度指令(V r 、V r ')の内の小さい方の速度指令を選択する速度指令選択手段と、を備え、
前記第2速度指令(V r 、V r ')は、前記被駆動体が所定の移動開始位置にあるときの前記第1速度指令(V d 、V d ')よりも小さく設定され、
前記速度指令選択手段で選択された速度指令を前記各駆動手段の制御に適用するように構成されていることを特徴とする多軸駆動装置。 A driven body that is moved in the axial direction of the axes by rotation or movement of a plurality of axes;
A plurality of driving means for rotating or moving each of the shafts;
Control means for controlling each of the driving means,
The control means includes
First speed command generating means for generating a first speed command (V d , V d ′) corresponding to the position deviation of the driven body with respect to the commanded target position;
Second speed command generating means for generating a second speed command (V r , V r ′) corresponding to the commanded target speed of the driven body;
A speed command selecting means for selecting a speed command of a smaller one of the first speed command (V d , V d ′) and the second speed command (V r , V r ′) ;
The second speed command (V r , V r ′) is set smaller than the first speed command (V d , V d ′) when the driven body is at a predetermined movement start position ,
A multi-axis drive device configured to apply the speed command selected by the speed command selection means to the control of each drive means.
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