KR100408885B1 - 사출성형방법 및 사출성형기 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 사출성형방법은 가열실린더 내에서 수지를 용융하는 단계와, 용융수지를 금형(金型 ; metal mold) 내로 사출하기 위하여 가열실린더 내에서 스크루를 전진시키는 단계와, 사출의 종료 전에 스크루를 미리 설정된 위치까지 후퇴시키는 단계와, 압력제어 하에서 스크루를 더욱 전진시키는 단계를 포함한다.

Description

사출성형방법 및 사출성형기 제어시스템{Injection Molding Method And Control System For Injection Molding Machines}
본 발명은 사출성형기의 충전공정 제어방법 및 이를 위한 제어장치에 관한것이다.
사출성형기의 성형동작에 대하여 설명한다. 특히, 여기에서는 사출장치의 동작을 중심으로 전동 사출성형기의 경우에 대하여 설명한다.
(A) 스크루 회전구동용 서보모터에 의하여 스크루를 회전시킴으로써, 호퍼(hopper)로부터 스크루의 후방부로 떨어진 수지를 용융시키면서 가열실린더의 선단부(先端部)에 일정량을 보낸다. 이 때, 가열실린더의 선단부에 축적되는 용융수지의 압력을 받으면서 스크루는 후퇴한다.
스크루의 후단부(後端部)에는 드라이브 샤프트(drive shaft)가 직접 연결되어 있다. 드라이브 샤프트는 베어링을 통하여 압력판(壓力板 ; pressure plate)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 드라이브 샤프트는 스크루 회전구동용 서보모터에 의하여 타이밍 벨트를 통하여 구동된다. 압력판은 볼 나사(ball screw)를 통하여 사출용 서보모터에 의하여 구동되고, 가이드 바를 따라 전진, 후진한다. 상술한 용융수지의 압력은 후술하는 바와 같이 로드 셀에 의하여 검출된다. 로드 셀의 검출값은 압력의 피드백 제어 루프로 피드백된다.
(B) 다음으로, 사출용 서보모터의 구동에 의하여 압력판을 전진시키고, 스크루 선단부를 피스톤으로 하여 용융수지를 금형(金型 ; metal mold) 내에 충전한다.
(C) 충전공정의 끝으로, 용융수지가 금형의 캐버티(cavity) 내에 채워진다. 이 때, 스크루의 전진운동은 속도제어로부터 압력제어로 변환된다. 속도제어로부터 압력제어로의 변환은 V-P 변환(V-P conversion)이라고 불리고 있다.
(D) 그 후, 금형의 캐버티 내의 수지는 설정된 압력 하에서 냉각되어 간다.수지압(壓)은 상술한 압력제어와 같이 피드백 제어 루프에서 제어된다.
사출장치에 있어서는, (D)의 공정이 종료되면, (A)의 공정으로 되돌아가서 다음 성형사이클로 이행된다. 한편, 형체장치(型締裝置 ; mold clamping device)에 있어서는 (A)의 공정과 병행하여 금형을 열어서 이젝터(ejector)기구에 의하여, 냉각 ·응고된 성형품을 배출한 후, 금형을 닫고 (B)의 공정으로 들어간다.
다음으로, 도 1을 참조하여 전동 사출성형기의 성형동작을 사출장치를 중심으로 설명한다. 사출장치는 볼 나사, 너트에 의하여 서보모터의 회전운동을 선형 운동(linear motion)으로 변환하여 용융수지의 충전을 행한다. 도 1에 있어서, 사출용 서보모터(10)의 회전은 볼 나사(11)에 전달된다. 볼 나사(11)의 회전에 의하여 전진 또는 후진하는 너트(12)는 압력판(13)에 고정되어 있다. 압력판(13)은 베이스 프레임(base frame ; 도시되지 않음)에 고정된 다수(多數)의 가이드 바(14 ; 도면에는 2개만 도시됨)를 따라 이동 가능하다. 압력판(13)의 전진 또는 후진운동은 로드 셀(15), 베어링(16), 드라이브 샤프트(17)를 통하여 스크루(18)에 전달된다. 드라이브 샤프트(17)는 또한, 스크루 회전구동용 서보모터(19)에 의하여 타이밍 밸트(20)를 통하여 회전구동된다.
서보모터(19)의 회전구동에 의하여 가열실린더(21) 내에서 스크루(18)가 회전하면서 후퇴함으로써, 가열실린더(21)의 선단(先端)에 용융수지가 축적된다. 그리고, 서보모터(10)의 회전구동에 의하여 스크루(18)를 전진시킴으로써 축적된 용융수지를 금형 내에 충전하고 가압함으로써 성형이 행해진다. 이 때 수지를 누르는 힘이 로드 셀(15)에 의하여 반력(反力)으로서 검출된다.
로드 셀(15)의 검출값은 로드셀 증폭기(22)에 의하여 증폭되어 콘트롤러(23)에 입력된다. 압력판(13)에는 스크루(18)의 이동량을 검출하기 위한 위치검출기(24)가 장착되어 있다. 위치검출기(24)의 검출값은 증폭기(25)에 의하여 증폭되어 콘트롤러(23)에 입력된다.
콘트롤러(23)는 작동자의 설정에 따라 각각의 공정에 따른 전류(토크)지령을 서보증폭기(26, 27)에 출력한다. 서보증폭기(26, 27)에서는 서보모터(10, 19)의 구동전류를 제어하여 서보모터(10, 19)의 출력토크를 제어한다.
상기와 같은 사출장치에 있어서, 종래에는 V-P 변환 후에 압력제어가 실행되었는데, 압력제어는 응답이 느리다. 그 결과, 충전압력으로부터 보압력(保壓力)으로 급격하게 압력을 없앨 필요가 있는 성형품에서는 성형품의 중량분산과 오버팩(over pack : 과충전)의 원인이 되고 있다.
도 2는 V-P 변환 전후의 충전속도 및 수지압력의 변화 파형(波形)의 일예를 나타낸다. 도 2에서 명백하듯이, 종래의 기술에서는 V-P 변환 후 압력제어로 변환되므로 응답이 느리고, 급격한 감압(減壓)이 어렵다. 예를 들어, DVD(Digital Video Disc)나 커넥터(connector)와 같은 성형품에서는 보압공정이 매우 짧다. 이 경우, V-P 변환 후의 압력을 없애는 방법은 성형품에 미치는 영향이 크다. 한편, 고속의 사출속도를 필요로 하는 성형품에서는 압력의 변화가 매우 빨라지므로, 압력제어의 응답으로는 압력을 제어할 수 없다.
그래서, 본 발명의 목적은 속도제어로부터 압력제어로 변환되기 직전에 스크루를 후퇴시킴으로써, 필요로 하는 압력파형을 얻어 성형품의 품질의 안정을 도모할 수 있는 사출성형방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 성형방법에 적합한 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 사출성형방법은 가열실린더 내의 수지를 용융하는 단계와, 용융수지를 금형 내로 사출하기 위하여 가열실린더 내에서 스크루를 전진시키는 단계와, 사출의 종료 전에 스크루를 미리 설정된 위치까지 후퇴시키는 단계와, 압력제어 하에서 스크루를 더욱 전진시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 사출성형기 제어시스템은 속도제어계(系)로, 스크루의 위치를 검출하기 위한 위치검출부와, 스크루의 위치 설정값을 제공하기 위한 위치설정부와, 위치검출부로부터의 검출된 값과 위치설정부로부터의 설정값과의 사이의 차(差)에 근거하여 사출모터에 대하여 제1속도지령값을 출력하기 위한 제1피드백회로를 포함하는 속도제어계를 포함한다.
사출성형기 제어시스템은 또한 압력제어계로, 수지충전압력을 검출하기 위한 압력검출부와, 충전압력 및 보압압력의 설정값을 제공하기 위한 압력설정부와, 압력검출부로부터의 검출된 값과 압력설정부로부터의 설정값과의 사이의 차에 근거하여 사출모터에 대하여 제2속도지령값을 출력하기 위한 제2피드백회로를 포함하는 압력제어계를 포함한다.
사출성형 제어시스템은 또한, 제1피드백회로와 제2피드백회로의 출력을 절환(switching)하여 사출모터에 대하여 선택된 속도지령값을 제공하기 위한 절환부를 포함한다. 속도제어계는 충전공정의 동안에 스크루가 미리 설정된 위치까지 전진하면, 미리 설정된 속도로 설정위치까지 스크루를 후퇴시키는 제어동작을 실행하도록 되어, 절환부는 그 후 제2피드백회로로 절환한다.
도 1은 전동식 사출성형기를 그 사출장치를 중심으로 나타낸 구성도,
도 2는 종래의 V-P 변환 전후의 충전속도 및 수지압력의 변화파형(波形)의 예를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명에 의한 사출모터의 구동제어계(系)의 구성을 나타낸 블록선도,
도 4는 본 발명에 의한 V-P 변환 전후의 충전속도 및 수지압력의 변화파형(波形)의 예를 나타낸 그래프,
도 5는 다단(多段) 제어에 의한 충전공정의 스크루위치 - 충전속도의 파형을 나타낸 그래프,
도 6은 다단(多段) 제어에 의한 충전공정에 있어서의 시간 - 충전속도 및 설정압력, 실적파형(實績波形)을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전동식 사출성형기의 제어장치에 대하여 설명한다. 본 발명에 의한 제어장치는 도 1에서 설명한 전동식 사출성형기에 적용될 수 있다. 그러므로, 여기에서는 도 1에서 설명한 사출용 서보모터(10)를 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 본 제어장치는 속도제어를 실행하기 위한 속도제어계(系)(31)와 압력제어를 실행하기 위한 압력제어계(35)를 구비한다. 이들 제어 사이의 변환 즉, V-P 변환(V-P conversion)은 후술하는 바와 같이 스위치(SW1, SW2)에 의하여 행해진다.
속도제어계(31)는 V-P 변환 전의 충전속도제어를 실행하기 위한 것이다. 속도제어계(31)는 스크루위치를 검출하기 위한 위치검출부로부터의 검출값(Sｆb)과, 스크루위치의 설정값을 제공하는 위치설정부(31-1)로부터의 설정값(Srf)의 차에 근거하여 서보모터(10)로의 속도지령값을 출력하는 제1피드백계를 구비한다. 또한, 여기에서 위치검출부는 서보모터(10)의 회전속도를 검출하는 속도센서(31-2)와, 속도센서(31-2)의 검출값(Vfb)을 적분하여 스크루위치(Sfb)를 산출하는 연산부(31-3)로 구성되어 있다. 위치검출부는 도 1에서 설명한 위치검출기(24)에 의하여 구현되어도 된다. 연산부(31-3)에서 산출된 스크루위치(Sfb)를 나타내는 신호는 연산기(31-4: 제1연산기)로 출력되어 설정값(Srf)과의 차가 연산된다. 이 차(差)를 나타내는 신호(이하, 제1 차(差)신호)는 보상기(補償器)(31-5 : 제1보상기)에 입력된다.
보상기(31-5)는 입력된 제1 차(差)신호에 근거하여 서보모터(10)에 속도지령값을 나타내는 신호를 출력한다. 충전속도제어 실행중, 즉 스위치(SW1 : 제1스위치)가 온(ON)일 경우, 연산기(31-6 : 제3연산기)에서는 상기 속도지령값과 속도센서(31-2)로부터의 검출값(Vfb)과의 사이의 차가 연산된다. 이 차(差)신호는 속도제한기(32), 보상기(33)를 경유하여 모터 드라이브(34)에 제공된다. 모터 드라이브(34)는 보상기(33)로부터의 입력에 근거하여 서보모터(10)를 제어한다.
압력제어계(35)는 V-P 변환 후의 압력제어를 실행하기 위한 것이다.
압력제어계(35)는 수지의 충전압력을 검출하기 위한 압력검출기(35-1)로부터의 검출값(Pfb)과 충전압력의 설정값을 제공하는 압력설정부(35-2)로부터의 설정값(Prf)의 차에 근거하여 서보모터(10)로의 속도지령값을 출력하는 제2피드백계를 가진다. 압력검출기(35-1)는 도 1에서 설명한 로드 셀(15)에 의하여 구현될 수 있다. 제2피드백계에 있어서는, 압력검출기(35-1)로부터의 검출값(Pfb)과 압력설정부(35-2)로부터의 설정값(Prf)과의 차가 연산기(35-3 : 제2연산기)에서 연산된다. 이 차를 나타내는 신호(이하, 제2 차(差)신호)는 보상기(35-4 : 제2보상기)에 입력된다. 보상기(35-4)는 제2 차(差)신호에 근거하여 서보모터(10)로 속도지령값을 출력한다. 압력제어 실행중, 즉 스위치(SW2)가 온(ON)인 경우, 연산기(31-6)에서는상기 속도지령값과 속도센서(31-2)로부터의 검출값과의 사이의 차가 연산된다. 이 차(差)신호는 속도제한기(32), 보상기(33)를 경유하여 모터 드라이브(34)에 제공된다. 모터 드라이브(34)는 보상기(33)로부터의 입력에 근거하여 서보모터(10)를 제어한다.
이상과 같은 제어장치에 있어서, 본 실시예는 사출성형의 충전공정에 있어서 스크루가 전진하여 소정의 위치에 도달하면, 스크루를 설정위치까지 설정속도로 되돌림으로써 감압(減壓)을 행하여 필요한 압력파형을 만들 수 있도록 한 점에 특징이 있다. 구체적으로는, 스크루를 상기 설정위치까지 되돌려서 감압을 행하는 제어를, 스위치(SW1)가 온(ON)인 동안에(스위치(SW2)는 오프(OFF)) 서보모터(10)를 속도제어계(31)에 의하여 제어함으로써 행한다. 계속해서, 스크루가 상기 설정위치까지 되돌려진 후의 제어를, 스위치(SW2)를 온(ON)(스위치(SW1)는 오프(OFF))으로 하여 서보모터(10)를 압력제어계(35)에 의하여 제어함으로써 행한다.
도 4는 본 실시예에 있어서의 V-P 변환 전후의 충전속도 및 수지압력의 변화파형의 예를 나타낸다. 도 4에서 명백하듯이, 스크루가 전진하여 소정의 위치에 도달했는지 여부를 검출한다. 스크루가 소정의 위치에 도달하면, 스크루를 설정위치까지 설정속도로 되돌림으로써, V-P 변환 직전에 감압제어를 행하여 바람직한 압력파형을 얻고 있다.
또한, 도 2와 도 4는 모두 간략화를 위하여 충전속도가 1단(段)인 경우에 대하여 나타내고 있다. 실제로, 본 실시예에서는 도 5와 도 6에 나타난 바와 같이, 충전공정이 스크루의 위치에 따라 충전속도를 절환하는 다단(多段) 제어로 실행된다. 도 5는 스크루위치 - 충전속도 파형을 나타내고, 도 6은 시간 - 충전속도 및 설정압력, 실적파형(實績波形)을 나타내고 있다. 이 경우, 스크루가 마지막 단의 위치에 도달한 것을 검출한 후, 스크루를 별도로 설정된 되돌림 설정위치까지 별도로 설정된 되돌림 설정속도로 되돌려서 감압이 행해진다.
또한, 본 발명은 전동식 사출성형기 뿐만 아니라 유압식 사출성형기에도 적용 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 스크루가 전진하여 소정의 충전위치(설정값)에 도달하면, 설정위치까지 설정속도로 스크루를 후퇴시킴으로써 스크루가 속도제어의 응답으로 동작할 수 있기 때문에 급격한 감압이 가능해진다. 그 결과, 필요로 하는 압력파형을 임의로 설정할 수 있음으로써 성형품의 품질을 안정시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 사출성형방법에 있어서,
    가열실린더 내의 수지를 용융하는 단계와,
    용융수지를 금형(金型 ; metal mold) 내에 사출하기 위하여 가열실린더 내에서 스크루를 전진시키는 단계와,
    상기 사출의 종료 전에 상기 스크루를 미리 설정된 위치까지 후퇴시키는 단계와,
    상기 수지의 압력의 검출치와 설정치에 기하여 서보모터의 속도지령치를 출력하는압력제어 하에서, 상기 스크루를 다시 전진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스크루를 전진시키는 단계는,상기 스크루를 상기 설정위치까지 상기 설정속도로 되돌아가게 하는속도제어 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스크루를 전진 및 후퇴시키는 단계는,상기 스크루를 상기 설정위치까지 상기 설정속도로 되돌아가게 하는속도제어 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스크루를 전진시키는 단계는, 상기 스크루가 미리 설정된 위치에 도달할 때까지,충전(充塡)속도를 다수단(多數段)으로 스위칭시키면서,상기 스크루를연속적으로 전진시킴으로써 행해지고, 계속해서, 상기 스크루가 상기다수의 증가단의 마지막 단에도달하면 상기 후퇴단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 스크루를 전진시키는 단계는, 상기 스크루가 미리 설정된 위치에 도달할 때까지,충전속도를 다수단으로 스위칭시키면서,상기 스크루를연속적으로 전진시킴으로써 행해지고, 계속해서, 상기 스크루가 상기다수의 마지막 단에도달하면 상기 후퇴단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전진, 상기 후퇴, 상기 더욱 전진시키는 단계는 수지압력 파형(波形)에 근거하여 행해지는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
  7. 사출성형기 제어시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    속도제어에 의하여 스크루를 제어하기 위한 속도제어수단으로서, 상기 스크루의 위치를 검출하기 위한 위치검출수단과, 상기 스크루위치의 설정값을 제공하기 위한 위치설정수단과, 상기 위치검출수단으로부터의 검출된 값과 상기 위치설정수단으로부터의 설정값과의 사이의 차에 근거하여 사출모터에 대하여 제1속도지령값을 출력하기 위한 제1피드백수단을 포함하는 속도제어수단과,
    압력제어에 의하여 상기 스크루를 제어하기 위한 압력제어수단으로서, 수지충전압력을 검출하기 위한 압력검출수단과, 충전압력 및 보압압력의 설정값을 제공하기 위한 압력설정수단과, 상기 압력검출수단으로부터의 검출된 값과 상기 압력설정수단으로부터의 설정값과의 사이의 차(差)에 근거하여 상기 사출모터에 대하여 제2속도지령값을 출력하기 위한 제2피드백수단을 포함하는 압력제어수단과,
    상기 제1피드백수단과 상기 제2피드백수단의 출력을 절환하여 상기 사출모터에 대하여 선택된 속도지령값을 제공하기 위한 절환수단을 포함하되,
    상기 속도제어수단은 충전공정 동안에 상기 스크루가 미리 설정된 위치까지 전진하면, 미리 설정된 속도로 설정위치까지 상기 스크루를 후퇴시키는 제어동작을 실행하도록 되어, 상기 절환수단은 그 후 상기 제2피드백수단으로 절환하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 충전공정은, 상기 속도제어수단에 의하여충전속도의다수단의스위칭이실행되고, 상기 스크루의 전진이, 상기 스크루의 위치에 근거하여 상기 다수단의스위칭에대응하여 제어되고, 상기 스크루는, 이 스크루가 상기다수단의 마지막 단에서정해진 위치에 도달한 후, 상기 설정위치까지 후퇴하도록 되는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 위치검출수단은 상기 사출모터의 회전속도를 검출하기 위한 속도센서수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 위치검출수단은 또한, 상기 스크루의 위치를 산출하기 위하여 상기 속도센서수단의 검출값을 적분하기 위한 계산수단을 포함하는 것을특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 제1피드백수단은 또한, 상기 위치검출수단으로부터의 검출된 값과 상기 위치설정수단으로부터의 설정값과의 사이의 차를 산출하여 제1 차(差)신호를 출력하기 위한 제1연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1피드백수단은 또한, 상기 제1 차(差)신호에 근거하여 상기 사출모터로 속도지령값을 출력하기 위한 제1보상기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제2피드백수단은 또한, 상기 압력검출수단으로부터의 검출된 값과 상기 압력설정수단으로부터의 설정값과의 사이의 차를 산출하여 제2 차(差)신호를 출력하기 위한 제2연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 또한 상기 제2 차(差)신호에 근거하여 상기 사출모터로 속도지령값을 출력하기 위한 제2보상기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 위치검출수단은 상기 사출모터의 회전속도를 검출하기 위한 속도센서수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 또한 상기 속도센서수단에 접속되어, 상기 스크루의 위치를 산출하기 위하여 상기 속도센서수단의 검출값을 적분하기 위한 계산수단을 포함하는 것을 특징으로 사출성형기 제어시스템.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 절환수단은 상기 제1보상기수단과 모터 드라이브의 사이에 접속된 제1스위치수단과, 상기 제2보상기수단과 모터 드라이브의 사이에 접속된 제2스위치수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 또한 상기 모터 드라이브의 입력 측에 접속된 제3연산수단을 포함하되, 이 제3연산수단은 상기 제1스위치수단이 온 (ON)일 때에는 상기 제1보상기수단으로부터의 속도지령값으로부터 상기 속도센서수단으로부터의 검출된 값을 감산하여 감산결과를 상기 모터 드라이브에 출력하고, 상기 제2스위치수단이 온(ON)일 때에는 상기 제2보상기수단으로부터의 속도지령값으로부터 상기 속도센서수단으로부터의 검출된 값을 감산하여 감산결과를 상기 모터 드라이브에 출력하는 것을 특징으로 하는 사출성형기 제어시스템.
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