JP5093750B2

JP5093750B2 - Control method of electric injection molding machine

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Publication number: JP5093750B2
Application number: JP2007187710A
Authority: JP
Inventors: 松田哲男; 岡崎芳紀
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP2009023185A

Description

本発明は、溶融樹脂をスクリュにより金型キャビティ内へ射出充填するための射出成形機において、サーボモータをスクリュの駆動源として使用する制御装置の制御に関する。 The present invention relates to control of a control device that uses a servo motor as a drive source of a screw in an injection molding machine for injecting and filling molten resin into a mold cavity with a screw.

スクリュを搭載した射出成形機の射出機構において、駆動源にサーボモータを採用した装置は既に周知である。その射出機構部は樹脂に可塑化に必要な熱を与えるためのバレルヒータと溶融樹脂を射出、計量するためのスクリュと計量時にスクリュの先端方向に溶融樹脂を貯留するためにスクリュを回転させるためのサーボモータとスクリュの先端部に蓄えられた溶融樹脂を金型キャビティへ射出充填するためのサーボモータとそれぞれのサーボモータの駆動力を駆動部へ動力伝達するための動力伝達機構より構成されている。 In an injection mechanism of an injection molding machine equipped with a screw, an apparatus using a servo motor as a drive source is already well known. The injection mechanism part is a barrel heater for applying heat necessary for plasticization to the resin, a screw for injecting and measuring molten resin, and a screw for rotating the screw to store the molten resin in the direction of the tip of the screw at the time of measurement. Servo motor and servo motor for injecting and filling molten resin stored in the tip of the screw into the mold cavity and power transmission mechanism for transmitting the driving force of each servo motor to the drive unit .

射出機構部の構造を図１に従ってより詳しく説明する。電動射出成形機の射出機構部１００は金型１０１の樹脂導入部（ゲート部）に射出ノズル１０３の先端が当接しており、ホッパー１０５から供給される樹脂がバレルヒータ１０４とスクリュ１０６の回転により溶融され、スクリュ先端部に蓄えられる。所定量の溶融樹脂１０７がスクリュ１０６の先端部に蓄えられるとスクリュ１０６が前進し、金型キャビティ１０２へ射出充填される。スクリュ１０６はバレル内にて回転、前後進自在に設置されている。スクリュ１０６の回転はスクリュ軸端に固設したプーリー１０８と可塑化用サーボモータ１１１の回転軸に固設したプーリー１０９を伝達ベルト１１０で掛架し、可塑化用サーボモータ１１１の回転駆動により行われる。スクリュ１０６の前後進はスクリュの軸端を固定プレート１１２に内設されたスラスト、ラジアル軸受けで軸受けし、更に固定プレート１１２にボールナット機構（１１３、１１４）を埋設する。ボールねじ１１３の軸端にプーリー１１５を固設し、射出用サーボモータ１１８の回転軸にプーリー１１６を固設する。各プーリーを伝達ベルト１１７で掛架し、射出用サーボモータ１１８の回転駆動によりボールねじ１１３を回転させる。ボールナット１１４に螺合したボールねじ１１３の回転に伴って固定プレート１１２に軸支されたスクリュ１０６が前後進する。 The structure of the injection mechanism will be described in more detail with reference to FIG. In the injection mechanism 100 of the electric injection molding machine, the tip of the injection nozzle 103 is in contact with the resin introduction part (gate part) of the mold 101, and the resin supplied from the hopper 105 is melted by the rotation of the barrel heater 104 and the screw 106. And stored at the tip of the screw. When a predetermined amount of molten resin 107 is stored at the tip of the screw 106, the screw 106 moves forward and is injected and filled into the mold cavity 102. The screw 106 is installed so as to be able to rotate and move forward and backward within the barrel. The screw 106 is rotated by a pulley 108 fixed to the end of the screw shaft and a pulley 109 fixed to the rotation shaft of the plasticizing servo motor 111 by a transmission belt 110 and driven by the rotation of the plasticizing servo motor 111. Is called. When the screw 106 moves back and forth, the shaft end of the screw is supported by a thrust or radial bearing provided in the fixed plate 112, and a ball nut mechanism (113, 114) is embedded in the fixed plate 112. A pulley 115 is fixed to the shaft end of the ball screw 113, and a pulley 116 is fixed to the rotation shaft of the injection servo motor 118. Each pulley is hung by a transmission belt 117, and the ball screw 113 is rotated by the rotational drive of the injection servo motor 118. As the ball screw 113 screwed with the ball nut 114 rotates, the screw 106 pivotally supported by the fixed plate 112 moves forward and backward.

可塑化用サーボモータ１１１と射出用サーボモータ１１８はそれぞれサーボアンプ１１９、１２０に接続されている。各サーボモータにはエンコーダ１２１、１２２が設置されており、サーボモータの位置及び／又は回転数がコントローラ１２３で検出される。固定プレートには射出圧力を検出するためのロードセル１２２が配設されており、ロードセル１２２で検出される圧力情報はコントローラ１２３に伝達される。射出動作の各段階において、予め設定された充填条件、保圧条件、計量条件とエンコーダ１２１、１２２及びロードセル１２３により検出された情報に基づいて、コントローラ１２４から各サーボアンプ１１９、１２０にトルク指令が出力される。 The plasticizing servo motor 111 and the injection servo motor 118 are connected to servo amplifiers 119 and 120, respectively. Each servo motor is provided with encoders 121 and 122, and the position and / or rotation speed of the servo motor is detected by the controller 123. A load cell 122 for detecting injection pressure is disposed on the fixed plate, and pressure information detected by the load cell 122 is transmitted to the controller 123. At each stage of the injection operation, a torque command is sent from the controller 124 to each of the servo amplifiers 119, 120 based on preset filling conditions, pressure holding conditions, weighing conditions, and information detected by the encoders 121, 122 and the load cell 123. Is output.

上記の構成の射出装置において、圧力の制御をばね系として制御することが知られている。（特許文献１）本制御では樹脂圧制御の閉ループ制御と射出速度制御の閉ループ制御により構成し、樹脂圧の閉ループをメインループとし、射出速度の閉ループをマイナーループとし、非線形要素や圧力損出を無くし、樹脂の充填状態と無関係に圧力を制御している。しかし、フィードバック制御においてはＰＩ制御で行われており、ゲインを経験的に決める必要がある。 In the injection apparatus having the above configuration, it is known to control the pressure as a spring system. (Patent Document 1) This control consists of closed loop control for resin pressure control and closed loop control for injection speed control. The closed loop for resin pressure is the main loop, the closed loop for injection speed is the minor loop, and nonlinear elements and pressure loss are reduced. The pressure is controlled regardless of the resin filling state. However, feedback control is performed by PI control, and the gain must be determined empirically.

特開平１０−０４４２０６JP 10-044206 A

一般的に図１で示される電動射出成形機の射出装置を制御する場合、電動射出成形機の制御モデルは式（１）から（６）で表される。
ここで、式（１）は成形機のモータ回転のモデル式、式（２）は樹脂圧のモデル式、式（３）はモータ回転角を射出位置に変換する係数、式（４）は樹脂圧をモータ軸トルクに変換する式、式（５）はモータ角速度を樹脂スクリューの速度に変換する係数、式（６）はモータ回転数を樹脂スクリューの速度に変換する式である。

ここで、
J:（モータ単体＋負荷のモータ軸換算値）慣性モーメント
ω：モータ角速度 T^CMD：モータトルク指令
γ：モータ台数（モータ複数台で樹脂スクリューを起動する場合）
P_P：樹脂圧 δ：外乱 K_P：樹脂体積弾性係数 V：樹脂体積
A_S：スクリュー断面積 L：モータ軸換算のボールねじピッチ
T_P：モータ軸換算の樹脂圧 ν：樹脂スクリューの速度

上記制御モデル式で樹脂圧制御を行うには一般的にＰＩ制御で行われる。しかし、ＰＩ制御のゲイン設定は経験的に最適な値を設定するために経験と勘が必要となる。また、ＰＩ制御では速度制御から圧力制御に切り替わる時に積分項の処理が難しくタイミングが悪いと切り替え後、樹脂圧力が振動する原因となる。 In general, when the injection device of the electric injection molding machine shown in FIG. 1 is controlled, the control model of the electric injection molding machine is expressed by equations (1) to (6).
Here, equation (1) is a model equation for motor rotation of the molding machine, equation (2) is a model equation for resin pressure, equation (3) is a coefficient for converting the motor rotation angle to the injection position, and equation (4) is resin. An expression for converting the pressure into the motor shaft torque, Expression (5) is a coefficient for converting the motor angular speed into the speed of the resin screw, and Expression (6) is an expression for converting the motor rotational speed into the speed of the resin screw.

here,
J: (Motor unit + load motor shaft conversion value) Moment of inertia ω: Motor angular velocity T ^CMD : Motor torque command γ: Number of motors (when starting multiple plastic screws)
P _P : Resin pressure δ: Disturbance K _P : Resin volume modulus V: Resin volume
A _S : Screw cross section L: Ball screw pitch in terms of motor shaft
T _P : Resin pressure in terms of motor shaft ν: Resin screw speed

In general, PI control is used to perform resin pressure control using the above control model equation. However, the gain setting for PI control requires experience and intuition in order to set an optimal value empirically. Also, in PI control, when switching from speed control to pressure control, processing of the integral term is difficult, and if the timing is bad, the resin pressure vibrates after switching.

上記の課題を解決する手段として、サーボモータを駆動源として金型のキャビティに溶融樹脂を射出充填する射出成形機の制御方法において、指令生成部からの速度指令と射出成形機のモニタ情報とによりトルク指令値を演算し、指令生成部からの圧力指令と射出成形機のモニタ情報とによりトルク指令値を演算し、速度指令から演算したトルク指令と圧力指令から演算したトルク指令とを射出成形機のモニタ情報により自動的に切り替え、切り替えられたトルク指令値とサーボモータへのトルク指令値と射出成形機のエンコーダ入力と樹脂圧入力からなるモニタ情報から推定される外乱値とを加算することによりサーボモータへのトルク指令値を演算する射出成形機の制御方法とする。
As a means for solving the above problems, in a method of controlling an injection molding machine in which molten resin is injected and filled into a cavity of a mold using a servo motor as a driving source, a speed command from a command generation unit and monitor information of the injection molding machine are used. The torque command value is calculated, the torque command value is calculated from the pressure command from the command generation unit and the monitor information of the injection molding machine, and the torque command calculated from the speed command and the torque command calculated from the pressure command are injected into the injection molding machine. By automatically switching according to the monitor information, the torque command value to be switched, the torque command value to the servo motor, and the disturbance value estimated from the monitor information consisting of the encoder input and resin pressure input of the injection molding machine are added. A control method of an injection molding machine that calculates a torque command value to a servo motor is provided.

また、上記の速度指令又は／及び圧力指令と射出成形機のモニタ情報とによるトルク指令値の演算方法は、サーボモータの回転速度と計測された樹脂圧を構成要素とする制御モデル式を樹脂体積弾性係数を使用したばね系に置き換えて制御する射出成形機の制御方法とする。 In addition, the calculation method of the torque command value based on the speed command or / and the pressure command and the monitor information of the injection molding machine is based on the control model formula including the rotational speed of the servo motor and the measured resin pressure as the constituent elements. A control method of an injection molding machine that controls by replacing with a spring system using an elastic coefficient.

上記の速度指令と射出成形機のモニタ情報とによるトルク指令値の演算方法は、速度指令をボールねじピッチで換算した値にエンコーダからの速度フィードバック信号を加算し、加算結果を慣性モーメントで換算したトルク値に計測した樹脂圧をボールねじピッチの体積で換算した値を加算してトルク指令値を生成する射出成形機の制御方法とする。 The calculation method of the torque command value based on the speed command and the monitor information of the injection molding machine is as follows. The speed feedback signal from the encoder is added to the value obtained by converting the speed command by the ball screw pitch, and the addition result is converted by the moment of inertia. A control method for an injection molding machine that generates a torque command value by adding a value obtained by converting a measured resin pressure to a volume of a ball screw pitch.

上記の圧力指令と射出成形機のモニタ情報とによるトルク指令値の演算方法は、圧力指令を計測された樹脂圧でフィードバック加算し、この加算結果を樹脂体積弾性係数でトルク値に演算し、同演算値にエンコーダからの速度信号を一時遅れ分を考慮してフィードバック加算し、トルク指令値を生成する射出成形機の制御方法とする。 The calculation method of the torque command value based on the above pressure command and the monitor information of the injection molding machine is the feedback addition of the pressure command with the measured resin pressure, and the addition result is calculated to the torque value with the resin bulk elastic modulus. A control method for an injection molding machine that generates a torque command value by adding a feedback signal to a speed value from an encoder in consideration of a temporary delay.

上記の外乱推定部はサーボモータの回転数とキャビティ内の樹脂圧とにより外乱値を演算する射出成形機の制御方法とする。 The disturbance estimation unit is a control method for the injection molding machine that calculates the disturbance value based on the rotation speed of the servo motor and the resin pressure in the cavity.

さらに、サーボモータを駆動源とする金型のキャビティに溶融樹脂を射出充填する射出成形機の制御装置において、指令生成部からの速度指令に基づいてトルク指令を演算する射出速度制御部と、指令生成部からの圧力指令とサーボモータの回転リミット値とに基づいてトルク指令を演算する樹脂圧力制御部と、射出速度制御部のトルク指令値と樹脂圧力制御部のトルク指令値とを自動的に切り替える自動切換器と、サーボモータのエンコーダからの位置情報と樹脂圧力とから射出中の外乱を演算する外乱推定部とから構成される射出成形機の射出制御装置とする。 Further, in an injection molding machine control device for injecting and filling molten resin into a mold cavity using a servo motor as a drive source, an injection speed control unit for calculating a torque command based on a speed command from a command generation unit, and a command The resin pressure control unit that calculates the torque command based on the pressure command from the generator and the rotation limit value of the servo motor, the torque command value of the injection speed control unit, and the torque command value of the resin pressure control unit are automatically An injection control device for an injection molding machine includes an automatic switching device that switches, and a disturbance estimation unit that calculates a disturbance during injection from position information and resin pressure from an encoder of a servo motor.

本発明によると、射出速度制御部と樹脂圧制御部を完全に分離し、外乱成分が推定可能であることより、速度制御のモデル式と樹脂圧制御のモデル式とが構築でき、レギュレータ理論により、成形機の機械パラメータと成形する樹脂の体積弾性係数とレギュレータの極からゲインの設定が計算でき、経験と勘に頼らずゲイン設定が可能となる。 According to the present invention, since the injection speed control unit and the resin pressure control unit are completely separated and the disturbance component can be estimated, a model equation for speed control and a model equation for resin pressure control can be constructed. The gain setting can be calculated from the machine parameters of the molding machine, the bulk modulus of the resin to be molded and the pole of the regulator, and the gain can be set without depending on experience and intuition.

以下図面により本発明の実施の形態を説明する。図１は射出成形機の射出部の主要部品と制御装置との関係を示している。図２は射出部の制御装置の構造を示す。図３は図２の制御装置中の射出速度制御部の詳細を示すもので、図４は同様に樹脂圧力制御部の詳細を説明するブロック図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the relationship between the main parts of the injection part of the injection molding machine and the control device. FIG. 2 shows the structure of the control device of the injection unit. FIG. 3 shows details of the injection speed control unit in the control apparatus of FIG. 2, and FIG. 4 is a block diagram for explaining details of the resin pressure control unit.

式（１）で示したモータ回転の制御モデル式と、式（２）、（３）で示した樹脂圧を樹脂体積弾性係数を使用したばね系で表した制御モデル式を用いることにより、急激な圧力変動に対しても安定して再現性良く、応答性の高い圧力制御を実現させることができる。
図２はコントローラの内部の構成を示しており、指令生成部の速度指令、圧力指令、及びωリミット値が制御部へ出力される。制御部では各入力に基づいて、射出速度制御部、樹脂圧力制御部でトルク指令値を演算する。それぞれのトルク指令値を制御部に入力されたエンコーダからのモータの回転速度とロードセルからの樹脂圧とによってＡＵＴＯ切替器で切り替え、さらに外乱推定部においてエンコーダからのモータの回転速度とロードセルからの樹脂圧とにより、外乱を推定し、ＡＵＴＯ切替器で選択されたトルク指令値に外乱成分を加えたものをサーボアンプへトルク指令として出力する。サーボアンプでは、このトルク指令をもとに、トルク制御を行い、サーボモータに電圧を供給している。
射出速度制御部と樹脂圧力制御部は指令生成部からの指令とエンコーダ及びロードセルからの情報に基づいてそれぞれ独立してトルク指令値を演算しているので、溶融樹脂の金型キャビティへの充填が完了に近づき、速度から圧力の制御に切り替わる際に全く切れ目のない樹脂圧制御を実現している。 By using the control model expression of the motor rotation expressed by the expression (1) and the control model expression expressing the resin pressure expressed by the expressions (2) and (3) by a spring system using the resin bulk modulus, It is possible to realize pressure control that is stable with good reproducibility and high responsiveness even for various pressure fluctuations.
FIG. 2 shows the internal configuration of the controller, and the speed command, pressure command, and ω limit value of the command generation unit are output to the control unit. Based on each input, the control unit calculates a torque command value at the injection speed control unit and the resin pressure control unit. Each torque command value is switched by the AUTO switch according to the motor rotation speed from the encoder and the resin pressure from the load cell input to the control unit, and further, the motor rotation speed from the encoder and the resin from the load cell at the disturbance estimation unit The disturbance is estimated based on the pressure, and the torque command value selected by the AUTO switch is added to the disturbance component and output as a torque command to the servo amplifier. The servo amplifier performs torque control based on this torque command and supplies voltage to the servo motor.
Since the injection speed control unit and the resin pressure control unit independently calculate the torque command value based on the command from the command generation unit and the information from the encoder and the load cell, it is possible to fill the mold cavity with molten resin. When approaching completion and switching from speed to pressure control, resin pressure control is achieved without any breaks.

射出速度制御の制御モデルは、式（１）のみで表される。外乱成分が推定可能ならば、レギュレータ理論より式（７）、（８）が算出される。

ここで、

T_W ^CMD：速度制御時のトルク指令値、 κ_V：フィードバック係数、
ω_ｒｅｆ：速度指令値、 ω：モータ角速度Ｔ_Ｐ：モータ軸換算の樹脂圧、

従って、レギュレータの極μ_Ｖを決めれば、速度制御のサーボモータのトルク指令値T_W ^CMDは式（７）で求められる。このとき、フィードバック係数κ_Vは射出装置により全て既知の数値であるから、射出成形機が組み上がってからの試運転においてパラメータ調整は不要である。レギュレータの極μ_Ｖは系の速応性を示す数値であるから、１００（１０ｍＳ）程度としておく。
式（７）をブロック図で示すと図３のようになる。速度制御部３０の第１の加え合わせ点３４には、速度指令ν_ｒｅｆを加算器３１で角速度指令に単位変換したω_ｒｅｆとフィードバック量であるエンコーダ５３から検出される速度検出値とが入力される。第２の加え合わせ点３５には、第１の加え合わせ点３４の算出結果にゲイン３２を加算した値とロードセル５４の計測樹脂圧を加算器３３でトルク値に単位変換したＴ_Ｐとが入力され、トルク指令T_W０ ^CMDが算出される。トルク指令T_W０ ^CMDは、その後ＡＵＴＯ切替器により、速度制御のトルク指令か樹脂圧制御のトルク指令のどちらを使用するか判断され、外乱推定値を加算してサーボアンプのトルク指令T_W ^CMDとなる。 A control model of injection speed control is expressed only by equation (1). If the disturbance component can be estimated, equations (7) and (8) are calculated from the regulator theory.

here,

T _W ^CMD : Torque command value for speed control, κ _V : Feedback coefficient,
ω _ref : Speed command value, ω: Motor angular speed T _P : Resin pressure converted to motor shaft,

Therefore, if determined the pole mu _V regulator, the torque command value T _W ^CMD of speed control servo motor is calculated by Equation (7). At this time, since the feedback coefficient κ _V is all known values by the injection apparatus, parameter adjustment is not necessary in the trial operation after the injection molding machine is assembled. Since pole mu _V regulator is a number indicating the quick response of the system, keep the 100 (10 mS) degree.
Expression (7) is shown in a block diagram as shown in FIG. The first addition point 34 of the speed controller 30 receives ω _{ref obtained} by unit conversion of the speed command ν _ref into an angular speed command by the adder 31 and a speed detection value detected by the encoder 53 as a feedback amount. The The second summing point 35, and T _P which is a unit converted into a torque value in the adder 33 to measure the resin pressure of the first added value of the gain 32 were added to the calculation result of the summing point 34 and the load cell 54 is input The torque command T _W0 ^CMD is calculated. The torque command T _W0 ^CMD is then judged by the AUTO switcher whether to use the torque command for speed control or the torque command for resin pressure control, and the estimated disturbance value is added to the torque command T _W ^CMD of the servo amplifier. Become.

樹脂圧力制御の制御モデルは式（１）、（２）、（３）であり、外乱成分が推定可能であれば、レギュレータ理論より式（９）、（１０）、（１１）が算出される。

ここで、
Ｔ_Ｐ ^ＣＭＤ：圧力制御時のトルク指令値、 κ_Ｐ１：フィードバック係数１、
κ_Ｐ２：フィードバック係数２、Ｔ_Ｐｒｅｆ：圧力指令値、 ω：モータ角速度、
ω_ＬＰＦ：ωの一時遅れ、Ｔ_Ｐ：モータ軸換算の樹脂圧、

Ｋ_Ｐは樹脂の体積弾性係数であり、樹脂の種類が分かれば既知の値であり、レギュレータの極（μ_Ｐ）を決めれば、フィードバック係数（κ_Ｐ１、κ_Ｐ２）は、式（１０）、（１１）で計算可能となり樹脂圧制御の電動モータトルク指令値Ｔ_Ｐ ^ＣＭＤは式（９）で求められる。式（９）をブロック図で表すと図４のようになる。樹脂圧制御部４０の第１の加え合わせ点４７には、圧力指令値を加算器４１でトルク指令値に単位変換したＴ_Ｐｒｅｆとフィードバック量であるロードセル５４の計測樹脂圧を加算器４３でトルク値に単位変換したＴ_Ｐとが入力される。第２加え合わせ点４７には、第１の加え合わせ点４７の算出結果にゲイン４２を加算した値とフィードフォワード量である圧力指令値を加算器４１でトルク指令値に単位変換したＴ_Ｐｒｅｆとフィードバック量であるエンコーダ５３で検出される速度検出値ωにゲイン４４を加算した値とフィードフォワード量であるエンコーダ５３で検出される速度検出値ωに速度リミッタ４５にてリミッタされた値をローパスフィルタ４６に通した値とが、入力されトルク指令Ｔ_Ｐ０ ^ＣＭＤを算出する。
式（１）（２）の制御モデルは、不安定な系なため、第２点加え合わせ点４８にフィードバック量であるエンコーダ５３で検出される速度検出値ωにゲイン４４を加算した値を追加することにより安定化をはかり、応答性をアップさせている。但し、上記フィードバック量は、角速度ω＝０に安定するように働き、角速度ωが一定速度で安定する場合は圧力の指令値に対して、偏差が発生する。よって、フィードフォワード項であるエンコーダ５３で検出される速度検出値ωに速度リミッタ４５にて上下限値を制限し、更にローパスフィルタ４６に通した値を追加し、圧力の目標値追従を行っている。トルク指令Ｔ_Ｐ０ ^ＣＭＤは、その後ＡＵＴＯ切替器により、速度制御のトルク指令か樹脂圧制御のトルク指令のどちらを使用するか判断され、外乱推定値を加算してサーボアンプのトルク指令Ｔ^ＣＭＤとなる。 The control models for resin pressure control are formulas (1), (2), and (3). If the disturbance component can be estimated, formulas (9), (10), and (11) are calculated from the regulator theory. .

here,
T _P ^CMD : Torque command value at the time of pressure control, κ _P1 : Feedback coefficient 1,
κ _P2 : feedback coefficient 2, T _Pref : pressure command value, ω: motor angular velocity,
ω _LPF : Temporary delay of ω, T _P : Resin pressure in terms of motor shaft,

K _P is the bulk modulus of the resin, and is a known value if the type of the resin is known. When the pole (μ _P ) of the regulator is determined, the feedback coefficients (κ _P1, κ _P2 ) are expressed by the equation (10), The electric motor torque command value T _P ^{CMD for} resin pressure control can be calculated by Equation (9). Expression (9) is represented in a block diagram as shown in FIG. At the first addition point 47 of the resin pressure control unit 40, T _{Pref obtained} by converting the pressure command value into a torque command value by the adder 41 and the measured resin pressure of the load cell 54 as the feedback amount are torqued by the adder 43. and T _P which is the unit into a value is entered. The second summing point 47 includes a value obtained by adding the gain 42 to the calculation result of the first summing point 47 and a pressure command value that is a feedforward amount converted into a torque command value by the adder 41 as a unit T _Pref . A value obtained by adding a gain 44 to the speed detection value ω detected by the encoder 53 that is the feedback amount and a value that is limited by the speed limiter 45 to the speed detection value ω that is detected by the encoder 53 that is the feedforward amount are low-pass filters. The value passed through 46 is input to calculate the torque command T _P0 ^CMD .
Since the control model of equations (1) and (2) is an unstable system, a value obtained by adding a gain 44 to the speed detection value ω detected by the encoder 53 as a feedback amount is added to the second point addition point 48. By doing so, it stabilizes and improves responsiveness. However, the feedback amount works so as to stabilize the angular velocity ω = 0, and when the angular velocity ω is stabilized at a constant speed, a deviation occurs with respect to the pressure command value. Therefore, the upper / lower limit value is limited by the speed limiter 45 to the speed detection value ω detected by the encoder 53 which is the feedforward term, and the value passed through the low-pass filter 46 is added to follow the target value of the pressure. Yes. The torque command T _P0 ^CMD is then judged by the AUTO switcher whether to use the speed control torque command or the resin pressure control torque command, and the estimated disturbance value is added to become the torque command T ^{CMD of the} servo amplifier. .

保圧時は、スクリューを後退させて樹脂圧制御を行い、樹脂圧安定時（樹脂圧＝目標値）は、角速度ω＝０か、樹脂の収縮により前進することがある。よって、角速度ωのリミット値は、最小値を０とし、最大値は、任意の角速度とし、フィードフォワード値を算出し、圧力安定時には、ω＝ω_ＬＰＦで、圧力値のオフセットがなくなり、目標樹脂圧制御が可能となる。 At the time of holding pressure, the screw is moved backward to control the resin pressure, and when the resin pressure is stable (resin pressure = target value), the angular velocity ω = 0 or the resin may contract due to contraction. Therefore, the limit value of the angular velocity ω is set to the minimum value 0, the maximum value is set to an arbitrary angular velocity, and the feedforward value is calculated. When the pressure is stable, the offset of the pressure value disappears at ω = ω _LPF , and the target resin Pressure control is possible.

ＡＵＴＯ切替器において、射出速度制御部のトルク指令値か樹脂圧力制御部のトルク指令値のどちらかを使用するか選択することになるが、切り替え制御について以下に詳しく説明する。射出速度制御のトルク指令値の式（７）と樹脂圧力制御のトルク指令値の式（９）から速度制御／樹脂圧制御トルク指令切替面の式（１２）を算出し、式（１２）ののｂｄ値とモータ軸トルク換算の樹脂圧Ｔ_Ｐとの大小関係によりサーボアンプへの指令を切り替える。切り替える条件は式（１３−１）及び式（１３−２）により行う。

より詳しくは、射出速度制御のトルク指令値の式(７)と樹脂圧力制御のトルク指令値式（９）が等しいときを切替面とし、Ｔ_Ｐ＝ｂｄとして速度制御／樹脂圧制御トルク指令切替面の式（１２）を算出する。射出速度制御（ω＝ω_ＬＰＦ）で、金型のキャビティに溶融樹脂が充填される場合、徐々に樹脂圧が増加し、射出速度制御トルク指令値式（７）と樹脂圧力制御トルク指令値式（９）の値が等しくなったとき、Ｔ_Ｐ（樹脂圧検出値のトルク換算値）＝Ｔ_Ｐｒｅｆ（圧力指令値のトルク換算値）となる。又、樹脂圧検出値のトルク換算値Ｔ_Ｐ＞ｂｄの場合は、圧力指令値のトルク換算値Ｔ_Ｐｒｅｆより、樹脂圧検出値のトルク換算値Ｔ_Ｐが大きくなり、射出速度制御から樹脂圧力制御に変更する必要があり、樹脂圧制御のトルク指令を選択する。速度制御の場合は、Ｔ_Ｐ（樹脂圧検出値のトルク換算値）＜Ｔ_Ｐｒｅｆ（圧力指令値のトルク換算値）であり、そのときは、樹脂圧検出値のトルク換算値Ｔ_Ｐ＜ｂｄのため、速度制御の指令トルクを選択する。 In the AUTO switch, it is selected whether to use the torque command value of the injection speed control unit or the torque command value of the resin pressure control unit. The switching control will be described in detail below. The speed control / resin pressure control torque command switching surface expression (12) is calculated from the injection speed control torque command value expression (7) and the resin pressure control torque command value expression (9). switching the command to the servo amplifier the magnitude relation between the resin pressure T _P of bd value and motor shaft torque conversion. The conditions for switching are performed according to equations (13-1) and (13-2).

More specifically, when the torque command value equation (7) of the injection speed control is equal to the torque command value equation (9) of the resin pressure control, the switching surface is set, and the speed control / resin pressure control torque command switching is set as T _P = bd. The surface equation (12) is calculated. When the mold cavity is filled with molten resin by injection speed control (ω = ω _LPF ), the resin pressure gradually increases, and injection speed control torque command value formula (7) and resin pressure control torque command value formula When the values of (9) are equal, T _P (torque conversion value of the resin pressure detection value) = T _Pref (torque conversion value of the pressure command value). In the case of the resin pressure torque corresponding value T _P> bd the detection value, than the torque corresponding value T _Pref pressure command value, a torque corresponding value T _P of the resin pressure detection value becomes large, the resin pressure control from the injection velocity control The torque command for resin pressure control is selected. In the case of speed control, T _P (torque conversion value of the resin pressure detection value) <T _Pref (torque conversion value of the pressure command value), and in that case, the torque conversion value T _P <bd of the resin pressure detection value Therefore, the command torque for speed control is selected.

外乱推定方法及び外乱のキャンセルについて説明する。式（１）のδは外乱項であり、この外乱を推定することができれば外乱をキャンセルすることが可能となる。外乱を定数と推定すると外乱δの微分項はゼロとなり、式（１）のωが測定可能なため、オブザーバ理論により外乱の推定値δが推定可能となる。その際の演算式を式（１４）に示す。

ここで、（κ_ｏ１、κ_ｏ２）はオブザーバのゲインで、オブザーバの極（μ_０）を決めれば、式（１５）、（１６）で計算可能である。このように算出された外乱推定値を図２に示すようにＡＵＴＯ切替器の後のトルク指令値に加算することで外乱をキャンセルすることができる。 A disturbance estimation method and disturbance cancellation will be described. In Expression (1), δ is a disturbance term. If this disturbance can be estimated, the disturbance can be canceled. If the disturbance is estimated as a constant, the derivative term of the disturbance δ becomes zero and ω in the equation (1) can be measured, so that the estimated value δ of the disturbance can be estimated by the observer theory. An arithmetic expression at that time is shown in Expression (14).

Here, (κ _o1, κ _o2 ) is the gain of the observer, and can be calculated by equations (15) and (16) if the pole (μ ₀ ) of the observer is determined. Disturbance can be canceled by adding the estimated disturbance value calculated in this way to the torque command value after the AUTO switch as shown in FIG.

以上に説明した実施形態により電動射出成形機の射出制御は、射出速度制御部と樹脂圧制御部を完全に分離し、外乱成分が推定可能であることより、速度制御のモデル式と樹脂圧制御のモデル式とが構築でき、レギュレータ理論により、成形機の機械パラメータと成形する樹脂の体積弾性係数とレギュレータの極からゲインの設定が計算でき、経験と勘に頼らずゲイン設定が可能となる。 According to the embodiment described above, the injection control of the electric injection molding machine can completely separate the injection speed control unit and the resin pressure control unit and estimate the disturbance component. With the regulator theory, the gain setting can be calculated from the machine parameters of the molding machine, the bulk elastic modulus of the resin to be molded, and the pole of the regulator, and the gain can be set without depending on experience and intuition.

本発明の射出成形機射出部の主要部品の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the main components of the injection part of the injection molding machine of this invention. 本発明の射出制御装置の構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the injection control apparatus of this invention. 本発明の射出制御装置における射出速度制御部の詳細ブロック図である。It is a detailed block diagram of the injection speed control part in the injection control device of the present invention. 本発明の射出制御装置における樹脂圧力制御部の詳細ブロック図である。It is a detailed block diagram of the resin pressure control part in the injection control apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０指令生成部
２０制御部
２１ＡＵＴＯ切替器
２２外乱推定部
３０射出速度制御部
４０樹脂圧制御部
５１サーボアンプ
５２サーボモータ
５３エンコーダ
５４ロードセル
１００出機構部
１０１金型
１０６スクリュ
１１１、１１８サーボモータ
１１２固定プレート
１２１、１２２エンコーダ
１２３ロードセル
１２４コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Command production | generation part 20 Control part 21 AUTO switching device 22 Disturbance estimation part 30 Injection speed control part 40 Resin pressure control part 51 Servo amplifier 52 Servo motor 53 Encoder 54 Load cell 100 Output mechanism part 101 Mold 106 Screw 111, 118 Servo motor 112 Fixed plate 121, 122 Encoder 123 Load cell 124 Controller

Claims

サーボモータを駆動源として金型のキャビティに溶融樹脂を射出充填する射出成形機の制御方法において、指令生成部からの速度指令と射出成形機のモニタ情報とによりトルク指令値を演算する速度制御方法と、指令生成部からの圧力指令と射出成形機のモニタ情報とによりトルク指令値を演算する樹脂圧制御方法と、速度指令から演算したトルク指令と圧力指令から演算したトルク指令とを射出成形機のモニタ情報により自動的に切り替え、切り替えられたトルク指令値とサーボモータへのトルク指令値と射出成形機のエンコーダ入力と樹脂圧入力からなるモニタ情報から推定される外乱値とを加算することによりサーボモータへのトルク指令値を演算することを特徴とする射出成形機の制御方法。 Speed control method for calculating torque command value based on speed command from command generation unit and monitor information of injection molding machine in injection molding machine control method in which molten resin is injected and filled into mold cavity using servo motor as drive source A resin pressure control method for calculating a torque command value based on the pressure command from the command generator and the monitor information of the injection molding machine, and a torque command calculated from the speed command and a torque command calculated from the pressure command. automatically switching, by adding the disturbance value estimated from the monitor information consisting of a torque command value is switched and the encoder input and the resin pressure input torque command value and the injection molding machine to the servo motor by the monitoring information A method for controlling an injection molding machine, comprising: calculating a torque command value for a servo motor.

請求項１記載の速度指令又は／及び圧力指令と射出成形機のモニタ情報とによるトルク指令値の演算方法は、サーボモータの回転速度と計測された樹脂圧とを入力要素とし、モータ回転のモデル式と樹脂圧を樹脂体積弾性係数を使用したばね系で表したモデル式とを制御対象としたことを特徴とする射出成形機の制御方法。 A method for calculating a torque command value based on a speed command or / and a pressure command and monitor information of an injection molding machine according to claim 1 uses a rotational speed of a servo motor and a measured resin pressure as input elements, and a motor rotation model. A control method for an injection molding machine, characterized in that an equation and a model equation in which a resin pressure is represented by a spring system using a resin bulk modulus are controlled.

請求項１記載の速度指令と射出成形機のモニタ情報とによるトルク指令値の演算方法は、速度指令をボールねじピッチで換算した値にエンコーダからの速度フィードバック信号を加算し、加算結果にゲインをかけた値に計測した樹脂圧をボールねじピッチの体積で換算した値を加算してトルク指令値を生成することを特徴とする射出成形機の制御方法。 The torque command value calculation method based on the speed command and the injection molding machine monitor information according to claim 1 adds a speed feedback signal from the encoder to a value obtained by converting the speed command by the ball screw pitch, and adds a gain to the addition result. A control method for an injection molding machine, wherein a torque command value is generated by adding a value obtained by converting a measured resin pressure by a volume of a ball screw pitch to a multiplied value.

請求項１記載の圧力指令と射出成形機のモニタ情報とによるトルク指令値の演算方法は、圧力指令を計測された樹脂圧でフィードバック加算し、該加算結果にゲインをかけた加算値と、エンコーダからの速度信号をフィードバック値と、エンコーダからの速度信号にリミットをかけ一時遅れを考慮したフィードフォワード値と、圧力指令値とを加算してトルク指令値を生成することを特徴とする射出成形機の制御方法。 The calculation method of the torque command value based on the pressure command and the monitor information of the injection molding machine according to claim 1 is a feedback addition of the pressure command with the measured resin pressure, an added value obtained by multiplying the addition result by a gain, and an encoder An injection molding machine characterized in that a torque command value is generated by adding a speed command value from a feedback value, a feed forward value by limiting the speed signal from the encoder and considering a temporary delay, and a pressure command value Control method.