KR102277106B1

KR102277106B1 - 사출성형기의 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR102277106B1
Application number: KR1020150169213A
Authority: KR
Inventors: 이선우
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2021-07-14
Also published as: KR20170063164A

Abstract

사출성형기의 제어장치 및 방법이 개시된다.
사출성형기의 제어장치는 가열실린더 내의 스크류를 회전시켜 용융수지를 계량하는 제1 구동부; 계량시에 스크류를 후진시키는 제2 구동부; 스크류의 위치를 감지하는 위치 감지부; 및 제어부를 포함한다. 제어부는 제1 구동부의 속도와 제2 구동부의 속도를 비교하여 비교결과를 기초로 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 제1 위치 및 제2 위치를 설정하고, 위치 감지부로부터 스크류의 위치를 수신하여, 스크류의 위치가 제1 위치에 도달하면 제1 구동부에 정지명령을 출력하고, 스크류의 위치가 제2 위치에 도달하면 제2 구동부에 정지명령을 출력한다.
이에 따라, 계량완료시의 동작을 정밀 제어하여 정확하고 안정적인 계량을 이룰 수 있고, 계량완료시의 비정상적인 압력 변화를 방지할 수 있다.

Description

사출성형기의 제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 사출성형기의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 계량완료시의 동작을 정밀 제어하여 정확하고 안정적인 계량동작이 이루어질 수 있도록 하는 사출성형기의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

사출성형기는 원료수지를 가열실린더에 공급하여 가열실린더에서 수지를 용융시켜 계량하며, 해당 계량된 용융수지를 가열실린더 내 스크류에 의해 가열실린더 전방에 구비된 노즐 측으로 이송/사출시켜 금형에 주입함으로써 성형품을 제작한다.

이러한 사출성형기의 성형사이클은 크게 수지를 용융 및 계량하는 가소화/계량공정, 용융수지를 금형 내에 적절한 속도와 압력으로 사출하는 사출공정 및 금형 내의 수지에 정해진 시간 동안 정해진 압력을 가하는 보압공정으로 구성된다. 보압공정 이후에는 가소화/계량공정으로 되돌아가 다음 성형사이클로 진입한다.

이중, 계량공정에 있어서는, 사출성형기가 계량용 서보모터를 구동하여 가열실린더 내에 있는 스크류를 회전시킨다. 가열실린더 내에 있는 스크류가 회전하면, 호퍼로부터 공급되는 수지가 가열실린더 내에서 용융되면서 스크류의 회전에 의해 가열실린더의 선단부로 보내져 쌓이게 된다.

아울러, 용융수지가 가열실린더의 전방에 쌓여감에 따라 스크류는 축적되는 용융수지에 의해 반력(배압)을 받게 되고, 이 배압에 의해 스크류가 조금씩 후퇴한다.

또한, 스크류의 후단부에 구성되어 스크류를 전/후진시키는 사출용 서보모터에 의해 이 후퇴거리를 조절함으로써 사출량을 결정할 수 있으므로, 이 가소화동작이 곧 계량동작이 된다.

용융수지로 인한 스크류의 배압은 로드셀에 의해 실시간 검출되어 피드백 제어에 사용되고, 그에 의해 계량용 서보모터 및 사출용 서보모터의 rpm이 제어되어 정확하게 계량된 용융수지를 가열실린더의 선단부에 축적할 수 있다.

도 1은 한 성형사이클 동안의 스크류 배압(로드셀 압력값)을 예시한 그래프이다.

도 1에서 T는 한 성형사이클 중 계량공정이 수행되는 계량구간(t₀ ~ t₁), t₀는 계량시작시점, t₁는 계량완료시점을 나타낸다. RA는 계량완료시의 스크류 배압 변화를 예시한다.

계량공정 동안 스크류는 계량시작위치로부터 계량완료위치까지 회전하면서 후퇴하게 되며, 계량완료위치에 도달하면 계량용 서보모터와 사출용 서보모터가 모두 정지되면서 계량이 완료된다.

그런데, 도 1에 예시된 바와 같이, 기존 계량공정에서는 계량완료시에 급격한 압력 변화가 발생하는 것을 알 수 있다. 즉, 계량완료시에 대부분 RA 부분에 도시된 것처럼 비정상적인 압력 상승이 발생하게 된다.

이는 계량용 서보모터와 사출용 서보모터로 동시에 정지명령을 주더라도 모터별 사양이나 동작특성 등에 따라 두 서보모터가 실제로 정지하는데 걸리는 시간이 서로 다르기 때문이다.

이와 같이 종래에는 계량완료시에 정밀 제어가 구현되지 않고, 불안정한 압력 변화로 인해 정확하고 안정적인 계량(가소화)이 이루어지지 않으며, 이는 중량편차 등의 불량을 발생시켜 최종 생산되는 성형품의 품질 저하로 이어지게 되는 문제점이 있다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0042701호 (공개일: 2014.04.07.)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 계량완료시의 동작을 정밀 제어하여 정확하고 안정적인 계량동작이 이루어질 수 있도록 하고, 계량완료시의 비정상적인 압력 상승으로 인해 야기될 수 있는 중량편차 등의 문제를 방지하여 성형품의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 사출성형기의 제어장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치는 가열실린더 내의 스크류를 회전시켜 용융수지를 계량하는 제1 구동부; 계량시에 상기 스크류를 후진시키는 제2 구동부; 상기 스크류의 위치를 감지하는 위치 감지부; 및 상기 제1 구동부의 속도와 상기 제2 구동부의 속도를 비교하여 비교결과를 기초로 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 제1 위치 및 제2 위치를 설정하고, 상기 위치 감지부로부터 스크류의 위치를 수신하여, 상기 스크류의 위치가 상기 제1 위치에 도달하면 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하고, 상기 스크류의 위치가 상기 제2 위치에 도달하면 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치에서, 상기 제어부는 비교결과 두 속도가 동일한 경우, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 모두 기 설정된 계량완료위치와 동일한 값으로 설정하여, 상기 계량완료위치에서 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부 양측에 정지명령을 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치에서, 상기 제어부는 비교결과 상기 제1 구동부의 속도가 상기 제2 구동부의 속도보다 빠른 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제2 위치로 설정하고, 상기 제1 위치를 상기 제2 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하고 난 후, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치에서, 상기 제어부는 비교결과 상기 제1 구동부의 속도가 상기 제2 구동부의 속도보다 늦는 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제1 위치로 설정하고, 상기 제2 위치를 상기 제1 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하고 난 후, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치에서, 상기 제어부는 상기 제1 구동부의 평균속도 및 감속시간으로부터 제1 정지시간을 연산하고, 상기 제2 구동부의 평균속도 및 감속시간으로부터 제2 정지시간을 연산하며, 상기 제1 정지시간 및 상기 제2 정지시간 간의 차이를 기초로 상기 오프셋을 연산할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치에서, 상기 제1 구동부의 최대속도 및 가감속시간, 상기 제2 구동부의 최대속도 및 가감속시간을 포함하는 기본사양이 미리 주어질 수 있다.

상기 제1 구동부의 평균속도는 사용자 설정값이고, 상기 제1 구동부의 감속시간은 평균속도와 기본사양에 따른 가감속시간으로부터 연산된 값일 수 있다.

상기 제2 구동부의 평균속도는 상기 스크류가 후진하는 계량시작위치로부터 계량완료위치까지의 계량구간 중 중간지점에서의 속도를 검출한 값이고, 상기 제2 구동부의 감속시간은 평균속도와 기본사양에 따른 가감속시간으로부터 연산된 값일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법은 가열실린더 내의 스크류를 회전시키는 제1 구동부 및 상기 스크류를 후진시키는 제2 구동부가 구동되어 용융수지를 계량하는 제1 단계; 상기 제1 구동부의 속도와 상기 제2 구동부의 속도를 얻는 제2 단계; 상기 제1 구동부의 속도와 상기 제2 구동부의 속도를 서로 비교하여 비교결과를 기초로 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 제1 위치 및 제2 위치를 설정하는 제3 단계; 상기 스크류의 위치를 감지하는 제4 단계; 및 상기 감지된 스크류의 위치가 상기 제1 위치에 도달하면 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하고, 상기 감지된 스크류의 위치가 상기 제2 위치에 도달하면 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하는 제5 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법에 있어서, 상기 제3 단계에서, 비교결과 두 속도가 동일한 경우, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 모두 기 설정된 계량완료위치와 동일한 값으로 설정하여, 상기 계량완료위치에서 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부 양측에 정지명령이 출력되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법에 있어서, 상기 제3 단계에서, 비교결과 상기 제1 구동부의 속도가 상기 제2 구동부의 속도보다 빠른 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제2 위치로 설정하고, 상기 제1 위치를 상기 제2 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령이 출력되고 난 후, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령이 출력되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법에 있어서, 상기 제3 단계에서, 비교결과 상기 제1 구동부의 속도가 상기 제2 구동부의 속도보다 늦는 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제1 위치로 설정하고, 상기 제2 위치를 상기 제1 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령이 출력되고 난 후, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령이 출력되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법에서, 상기 제1 구동부의 평균속도 및 감속시간으로부터 제1 정지시간을 연산하고, 상기 제2 구동부의 평균속도 및 감속시간으로부터 제2 정지시간을 연산하며, 상기 제1 정지시간 및 상기 제2 정지시간 간의 차이를 기초로 상기 오프셋을 연산할 수 있다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어방법에서, 상기 제1 구동부의 최대속도 및 가감속시간, 상기 제2 구동부의 최대속도 및 가감속시간을 포함하는 기본사양이 미리 주어질 수 있다.

본 발명에 의한 사출성형기의 제어장치 및 방법에 따르면, 계량완료시의 동작을 정밀 제어하여 정확하고 안정적인 계량동작이 이루어질 수 있고, 계량완료시의 비정상적인 압력 상승으로 인해 야기될 수 있는 중량편차 등의 문제를 방지하여 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 한 성형사이클 동안의 스크류 배압(로드셀 압력값)을 예시한 그래프이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 사출성형기의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기 제어장치의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기 제어장치를 적용한 경우 계량구간에서의 스크류 배압을 예시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어방법을 나타낸 흐름도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사출성형기의 제어장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 사출성형기의 개략적인 구성도이다.

도 2에서는 전동 토글식 사출성형기를 도시하고 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명이 적용되는 사출성형기의 종류가 전동 토글식에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 직압식, 유압식 등 다른 종류의 사출성형기에도 적용 가능함은 물론이다.

도 2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 사출성형기(10)는 사출장치(20) 및 형체장치(30)로 구성된다.

사출장치(20)는 가열실린더(21a)을 구비하고, 가열실린더(21a)에는 고체 수지의 유입 통로인 호퍼(21d)가 설치된다. 가열실린더(21a)의 내부에는 스크류(21b)가 전후진 또는 회전 가능하게 설치된다. 스크류(21b)의 후단은 지지부재(28)에 장착된 계량용 서보모터(24a)를 통해 벨트풀리의 동력 전달에 의하여 회전 가능하게 지지된다.

또한 사출장치(20)는 스크류(21b)와 평행하게 배치되는 나사축(27)을 가진다. 나사축(27)의 후단은 타이밍벨트에 의해 사출용 서보모터(26a)의 출력축과 연결된다. 따라서 사출용 서보모터(26a)에 의해 나사축(27)이 회전될 수 있다. 나사축(27)의 전단은 지지부재(28)에 고정된 너트와 맞물려 있다. 이에 따라 타이밍벨트를 통해 나사축(27)을 회전시키면, 지지부재(28)가 전진 또는 후진이동하고, 그 결과 스크류(21b)의 전후진 이동이 가능하게 된다.

형체장치(30)는 고정형판(31)과, 이동 가능한 이동형판(32)을 가진다. 고정형판(31)과 이동형판(32)에는 각각 고정금형(33), 이동금형(34)이 장착된다. 여기서 고정금형(33)과 이동금형(34)은 금형(35)이라 이름할 수 있다. 또한 금형(35)은 형체장치(30)에 의해 형폐 및 형개가 이루어지고, 형폐 시에 성형품에 대응하는 캐비티(Cavity)가 형성된다.

이동형판(32)과 고정형판(31)은 타이 바(36)에 의해 연결된다. 이동형판(32)은 타이 바(36)를 따라 슬라이딩 또는 직선 왕복 운동이 가능하다.

또한, 형체장치(30)는 이동형판(32)에 연결되는 토글기구(37)를 가진다. 토글기구(37)의 후단에는 토글기구(37)의 위치를 잡아주는 서포터부(Rear Platen)(38)가 형성된다. 토글기구(37)는 복수의 링크를 가지고, 복수의 링크 사이의 상호 이동에 따라 금형(35)의 형폐 또는 형개가 수행될 수 있다.

형체장치(30)에 있어서, 구동부인 형체용 서보모터(39)를 구동하면, 형체용 서보모터(39)의 회전이 타이밍벨트를 통하여 볼나사축으로 전달된다. 그리고, 볼나사축 및 너트에 의하여, 회전운동이 직선운동으로 변환되어 토글기구(37)가 작동한다. 또한, 토글기구(37)의 작동에 의해 이동형판(32)은 타이 바(36)를 따라 이동하여, 고정형판(31)과의 형폐 및 형개 동작이 행하여진다.

사출장치(20)와 형체장치(30) 사이에는 수지의 이동경로를 제공하는 노즐(21c)이 설치된다. 호퍼(21d)를 통해 가열실린더(21a) 내부로 이동된 고체 수지는 가열실린더(21a) 내에서의 가열 및 스크류(21b)의 마찰열에 의해 용융된다. 용융된 수지는 스크류(21b)의 전단에 쌓여 일정량 계량되고, 가열실런더(21a) 선단의 노즐(21c)을 통해 사출되어 형체장치(30)의 금형(35) 캐비티 내부로 충진된다.

전술한 계량동작시, 계량용 서보모터(24a)는 가열실린더(21a) 내의 스크류(21b)를 회전시켜 용융수지를 스크류(21b)의 선단부로 보내고, 사출용 서보모터(26a)는 용융수지가 가열실린더(21a)의 선단부로 이동됨에 따라 조금씩 후퇴하게 되는 스크류(21b)의 후퇴거리를 조절한다.

용융수지로 인한 스크류(21b)의 배압은 스크류(21b)의 후방에 설치된 로드셀(23)에 의해 실시간 검출되고, 로드셀(23)에서 검출되는 압력값에 의해 계량용 서보모터(24a) 및 사출용 서보모터(26a)의 rpm이 피드백 제어되어 일정량의 용융수지가 가열실린더(21a)의 선단부에 축적/계량된다.

이후에는, 스크류(21b) 후방에 설치된 사출용 서보모터(26a)로 스크류(21b)를 전진시켜 이와 같이 계량된 용융수지를 노즐(21c)에서 금형(35)의 내부로 사출한다.

이후 금형(35) 내로 충진된 용융수지를 냉각 고화시켜 사출성형을 완료하고 형체용 서보모터(39)를 통해 토글기구(37)를 작동시켜 금형(35)을 열고 이젝터를 이용하여 금형에서 성형품을 배출하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기 제어장치의 개략적인 구성도이다.

제1 구동부(24)는 가열실린더(21a) 내의 스크류(21b)를 회전 구동하기 위한 것이다. 제1 구동부(24)는 전술한 계량용 서보모터(24a)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 사출성형기의 종류에 따라 유압 액츄에이터 등 다른 형태로 구현될 수도 있다.

제2 구동부(26)는 가열실린더(21a) 내의 스크류(21b)를 전후진 구동하기 위한 것이다. 제2 구동부(26)는 전술한 사출용 서보모터(26a)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 사출성형기의 종류에 따라 유압 액츄에이터 등 다른 형태로 구현될 수도 있다.

전술한 제1 구동부(24)는 가열실린더(21a) 내의 스크류(21b)를 회전시켜 용융수지를 스크류(21b)의 선단부로 보내 축적/계량한다. 제2 구동부(26)는 이와 같은 계량동작시 스크류(21b)를 계량시작위치로부터 계량완료위치까지의 소정 계량구간 동안 후진시켜 가열실린더(21a)의 선단부에 일정량만큼의 용융수지가 축적되도록 한다.

위치 감지부(29)는 가열실린더(21a) 내 스크류(21b)의 위치를 감지하여 제어부(50)로 전달한다.

일례로, 전술한 위치 감지부(29)는 제2 구동부(26)로 사용되는 사출용 서보모터(26a)의 엔코더(rpm 감지)에 의해 스크류(21b)의 위치를 연산/측정할 수 있다.

혹은, 가열실린더(21a)의 전방에 용융수지가 채워지면 그의 반력(배압)에 의해 스크류(21b)는 후방으로 후퇴하는데, 위치 감지부(29)가 그 후퇴거리를 전기적으로 검출(근접 스위치, 리미트 스위치, 포텐션 메타 등)하여, 스크류(21b)의 위치를 감지할 수도 있다.

제어부(50)는 위치 감지부(29)로부터 얻어지는 스크류(21b)의 위치에 따라 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)로 정지명령을 출력한다.

제어부(50)가 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)에 정지명령을 출력하여 이들 구동부(24, 26)를 정지시키면, 스크류(21b)의 회전 및 후퇴가 중지되고, 1 쇼트분의 용융수지가 가열실린더(21a)의 선단부에 축적되어 계량이 완료된다.

이때, 전술한 바와 같이 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)로 동시에 정지명령을 인가하더라도 두 구동부(24, 26)의 사양이나 동작특성 등에 따라 이들 구동부(24, 26)의 정지시점이 달라질 수 있다.

여기서 정지시점이라 함은 작동 중이던 구동부(서보모터나 유압 액유에이터 등)가 제어부(50)로부터의 정지명령에 응답하여 실제로 완전히 정지되는 시점, 즉 구동부의 정지가 완료되는 시점으로 정의할 수 있다.

제1 구동부(24)의 정지시점에 스크류(21b)의 회전이 멈추고, 제2 구동부(26)의 정지시점에 스크류(21b)의 후퇴가 중지된다.

이러한 관점에서, 제어부(50)는 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)의 정지시점을 동기화하기 위해, 먼저 제1 구동부(24)의 속도와 제2 구동부(26)의 속도를 얻고, 얻어진 두 속도를 서로 비교하여 비교결과를 기초로 두 구동부(24, 26)에 대한 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 기준이 되는 제1 위치 및 제2 위치를 설정한다.

이후, 제어부(50)는 위치 감지부(29)로부터 감지되는 스크류(21b)의 위치를 인가받아 스크류(21b)의 위치에 따라 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)에 정지명령을 출력하되, 스크류(21b)의 위치가 제1 위치에 도달하면 제1 구동부(24)로 정지명령을 출력하고 스크류(21b)의 위치가 제2 위치에 도달하면 제2 구동부(26)로 정지명령을 출력한다.

즉 스크류(21b)의 위치를 기준으로 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26) 각각에 대한 정지명령 출력시점을 조정함으로써 두 구동부(24, 26)의 정지시점을 동기화시키는 것이다.

일 실시예에서, 전술한 제어부(50)는 제1 구동부(24)의 속도와 제2 구동부(26)의 속도를 비교한 결과에 따라 아래와 같은 세 가지 동작을 수행할 수 있다.

첫째, 비교결과 두 속도 값이 동일한 경우, 제어부(50)는 제1 위치 및 제2 위치를 모두 기 설정된 계량완료위치와 동일한 값으로 설정할 수 있다.

이 경우 제어부(50)는 스크류(21b)가 계량완료위치에 도달함에 따라 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26) 양측으로 동시에 정지명령을 출력하게 된다.

둘째, 비교결과 제1 구동부(24)의 속도가 제2 구동부(26)의 속도보다 빠른 경우, 제1 구동부(24)의 정지시간이 더 길어지게 되므로, 제어부(50)는 기 설정된 계량완료위치를 제2 위치로 설정하고, 정지시간이 더 긴 제1 구동부(24)에 정지명령을 먼저 출력하기 위해 제1 위치를 상기 제2 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정할 수 있다.

여기서 제1 구동부(24)의 정지시간은 제1 구동부(24)가 제어부(50)로부터의 정지명령에 응답하여 정지상태가 되기까지의 시간을 의미하고, 제2 구동부(26)의 정지시간은 제2 구동부(26)가 제어부(50)로부터의 정지명령에 응답하여 정지상태가 되기까지의 시간을 의미한다.

이때 제어부(50)는 제1 구동부(24)의 평균속도 및 감속시간으로부터 제1 정지시간을 연산하고, 제2 구동부(26)의 평균속도 및 감속시간으로부터 제2 정지시간을 연산한 후, 제1 정지시간 및 상기 제2 정지시간 간의 차이를 기초로 전술한 오프셋을 연산하고 이를 적용하여 지정된 제2 위치로부터 제1 위치를 구할 수 있다.

이 경우 제어부(50)는 스크류(21b)가 계량시작위치로부터 후퇴하여 제1 위치에 도달하면 제1 구동부(24)에 정지명령을 먼저 출력하고 난 후, 스크류(21b)가 계속 후퇴하여 계량완료위치인 제2 위치에 도달하면 제2 구동부(26)에 정지명령을 출력함으로써, 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)의 정지시점을 동기화하게 된다.

셋째, 비교결과 제1 구동부(24)의 속도가 제2 구동부(26)의 속도보다 늦는 경우, 제2 구동부(26)의 정지시간이 더 길어지게 되므로, 제어부(50)는 기 설정된 계량완료위치를 제1 위치로 설정하고, 정지시간이 더 긴 제2 구동부(24)에 먼저 정지명령을 출력하기 위해 제2 위치를 제1 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정할 수 있다.

이때 제어부(50)는 제1 구동부(24)의 평균속도 및 감속시간으로부터 제1 정지시간을 연산하고, 제2 구동부(26)의 평균속도 및 감속시간으로부터 제2 정지시간을 연산한 후, 제1 정지시간 및 상기 제2 정지시간 간의 차이를 기초로 전술한 오프셋을 연산하고 이를 적용하여 지정된 제1 위치로부터 제2 위치를 구할 수 있다.

이 경우 제어부(50)는 스크류(21b)가 계량시작위치로부터 후퇴하여 제2 위치에 도달하면 제2 구동부(26)에 정지명령을 먼저 출력하고 난 후, 스크류(21b)가 계속 후퇴하여 계량완료위치인 제1 위치에 도달하면 제1 구동부(24)에 정지명령을 출력함으로써, 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)의 정지시점을 동기화하게 된다.

일 실시예에서, 제1 구동부(24)의 최대속도(V1_MAX)와 이에 따른 가감속시간(ts1), 제2 구동부(26)의 최대속도(V2_MAX)와 이에 따른 가감속시간(ts2) 등은 기본사양으로서 미리 주어질 수 있다.

이 경우 제1 구동부(24)의 평균속도(V1)는 사용자 설정값일 수 있다.

또한, 구동부의 가감속시간 값은 속도 값에 비례하는 선형성을 가지므로, 사용자에 의해 설정된 제1 구동부(24)의 평균속도(V1)를 기준으로 제1 구동부(24)의 최대속도에 따른 가감속시간(ts1)로부터 제1 구동부(24)의 감속시간(t1)을 연산할 수 있다.

또한, 스크류(21b)가 후진하는 계량시작위치로부터 계량완료위치까지의 계량구간 중 중간지점에서의 속도를 검출하여 해당 값을 제2 구동부(26)의 평균속도(V2)로 사용하고, 제2 구동부(26)의 최대속도에 따른 가감속시간(ts2)과 검출한 제2 구동부(26)의 평균속도(V2)로부터 제2 구동부(26)의 감속시간(t2)을 연산할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기 제어장치를 적용한 경우 계량구간에서의 스크류 배압(로드셀 압력값)을 예시한 그래프이다.

도 4에서 T는 계량구간(t₀ ~ t₁)이고, t₀는 계량시작시점, t₁는 계량완료시점이다. RE는 계량완료시의 스크류 배압 변화를 예시한다.

도 4에서는 아래와 같은 기본사양을 갖는 계량용 서보모터(24a)/사출용 서보모터(26a)가 구비된 18톤 사출성형기를 적용하여 계량구간 동안 로드셀(23)에 의해 측정되는 압력 변화를 예시하였다.

- 계량용 서보모터(24a): 최대속도(V1_MAX) 720rpm, 가감속시간(ts1) 100ms.

- 사출용 서보모터(26a): 최대속도(V2_MAX) 500mm/s, 가감속시간(ts2) 25ms.

이와 같은 사출성형기를 이용한 계량시 사용자에 의해 설정된 실제 계량조건(배압 30, rpm 100)으로 계량동작을 수행하게 되면, 다음과 같은 값을 얻을 수 있다.

- 계량용 서보모터(24a): 평균속도(V1) 100rpm, 감속시간(t1) 13.88ms

- 사출용 서보모터(26a): 평균속도(V2) 5mm/s, 감속시간(t2) 0.25ms

여기서 계량용 서보모터(24a)의 평균속도(V1)=100rpm은 사용자 설정값이다.

감속시간(t1)=13.88ms는 기본사양으로 주어진 최대속도(V1_MAX)와 가감속시간(ts1), 그리고 사용자 설정값인 평균속도(V1)를 이용해 "V1_MAX:ts1 = V1:t1"으로부터 연산한 값이다.

또한, 사출용 서보모터(26a)의 평균속도(V2)=5mm/s는 계량구간 중 중간지점에서의 속도를 검출한 값이다.

감속시간(t2)=0.25ms는 기본사양으로 주어진 최대속도(V2_MAX)와 가감속시간(ts2), 그리고 검출된 평균속도(V2)를 이용해 "V2_MAX:ts2 = V2:t2"로부터 연산한 값이다.

이 경우 계량완료위치에서 계량용 서보모터(24a) 및 사출용 서보모터(26a)에 동시에 정지명령을 주면 사출용 서보모터(26a)와 계량용 서보모터(24a) 간에 13.63ms(=13.88ms-0.25ms)의 정지시점 차이가 발생한다. 이러한 차이는 고스란히 스크류 배압의 급격한 상승으로 나타난다(도 1에 예시된 RA 참조).

이러한 압력 변화를 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어장치는 전술한 바와 같이 계량완료동작 시에 제1 구동부(24)와 제2 구동부(26)로의 정지명령 출력시점을 조정하여 제1 구동부(24)와 제2 구동부(26)의 정지시점을 동기화한다.

즉 계량완료시에 정밀 제어를 수행하여 제1 구동부(24)와 제2 구동부(26)를 동기화 개념으로 정지시키는 것이다.

이와 같이 동기화 개념으로 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)를 동시에 정지시키게 되면, 도 1의 RA 부분과 대비되는 도 4의 RE 부분을 통해 알 수 있는 바와 같이 계량완료동작 시의 압력 변화가 최소화되어 계량동작이 안정화됨을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 가열실린더(21a) 내의 스크류(21b)를 회전시키는 제1 구동부(24)와, 스크류(21b)를 후진시키는 제2 구동부(26)가 구동되어 스크류(21b)를 회전 및 후퇴시키면서 용융수지를 계량하는 계량(가소화)동작을 수행한다(S10).

계량동작시 제어부(50)는 제1 구동부(24)의 속도와 제2 구동부(26)의 속도를 얻는다(S20).

일 실시예의 경우, 상기한 S20 단계에서 얻어지는 제1 구동부(24)/제2 구동부(26) 각각의 속도는 평균속도(V1, V2)이며, 제1 구동부(24)/제2 구동부(26) 각각의 감속시간(t1, t2)이 평균속도(V1, V2)와 함께 설정되어 후술하는 S51 또는 S61 단계에서 오프셋(ΔL)의 산출에 이용될 수 있다.

또한, 제어부(50)에는 제1 구동부(24)의 최대속도(V1_MAX) 및 가감속시간(ts1), 제2 구동부(26)의 최대속도(V2_MAX) 및 가감속시간(ts2) 등을 포함하는 사출성형기의 기본사양이 미리 주어져 저장된다.

이때 제1 구동부(24)의 평균속도(V1)는 사용자 설정값이고, 감속시간(t1)은 제1 구동부(24)의 평균속도(V1)와 기본사양으로 주어진 최대속도(V1_MAX) 및 가감속시간(ts1)으로부터 연산된 값이다.

또한, 제2 구동부(26)의 평균속도(V2)는 스크류(21b)가 후진하는 계량시작위치로부터 계량완료위치까지의 계량구간 중 중간지점에서의 속도를 검출한 값이고, 감속시간(t2)은 제2 구동부(26)의 평균속도(V2)와 기본사양으로 주어진 최대속도(V2_MAX) 및 가감속시간(ts2)으로부터 연산된 값이다.

일례로, 제1 구동부(24)가 최대속도(V1_MAX) 720rpm, 가감속시간(ts1) 100ms의 계량용 서보모터(24a)이고, 제2 구동부(26)가 최대속도(V2_MAX) 500mm/s, 가감속시간(ts2) 25ms의 사출용 서보모터(26a)이며, 사용자가 배압 30, rpm 100의 계량조건을 설정한 경우를 가정하자.

이 경우, 계량용 서보모터(24a)의 평균속도(V1)는 사용자 설정값인 100rpm, 감속시간(t1)은 13.88ms[평균속도(V1)를 고려해 가감속시간(ts1) 100ms로부터 선형적으로 연산한 값]이다.

그리고, 사출용 서보모터(26a)의 평균속도(V2)는 계량시작위치로부터 계량종료위치까지의 계량구간 중 중간지점의 속도를 추출한 값인 5mm/s, 감속시간(t2)은 0.25ms[평균속도(V2)를 고려해 가감속시간(ts2) 25ms로부터 선형적으로 연산한 값]이다.

전술한 제1 구동부(24)의 평균속도(V1)와 감속시간(t1), 제2 구동부(26)의 평균속도(V2)와 감속시간(t2)은 기본사양과 함께 미리 저장된 후 로딩될 수 있다.

혹은 계량동작 중에 실시간으로 측정되어 제어부(50)로 인가되거나 제어부(50)가 실시간 측정값을 가공/연산하는 방식으로 얻어질 수도 있다.

이후 제어부(50)는 상기한 S20 단계에서 얻어진 제1 구동부(24)의 속도와 제2 구동부(26)의 속도를 서로 비교한다(S30). 이때 전술한 제1 구동부(24)의 평균속도(V1)와 제2 구동부(26)의 평균속도(V2)를 동일 단위(rpm 또는 mm/s)로 환산하여 서로 비교할 수 있다.

이후 제어부(50)는 상기한 S30의 비교결과를 기초로 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 제1 위치(L1) 및 제2 위치(L2)를 설정한다(S41, S51, S61).

구체적으로, 상기한 S30의 비교결과 두 구동부(24, 26)의 속도(V1, V2)가 동일한 경우(V1=V2), 제어부(50)는 제1 위치(L1) 및 제2 위치(L2)를 모두 주어진 계량완료위치(LT)와 동일한 값으로 설정할 수 있다(S41).

또한, 상기한 S30의 비교결과 제1 구동부(24)의 속도(V1)가 제2 구동부(26)의 속도(V2)보다 빠른 경우에는(V1>V2), 제어부(50)가 기 설정된 계량완료위치(LT)를 제2 위치(L2)로 설정하고, 제1 위치(L1)를 제2 위치(L2)보다 오프셋(ΔL)만큼 작은 값으로 설정할 수 있다(S51).

상기한 S51 단계에서, 제어부(50)는 제1 구동부(24)의 평균속도(V1) 및 감속시간(t1)으로부터 제1 정지시간을 연산하고, 제2 구동부(26)의 평균속도(V2) 및 감속시간(t2)으로부터 제2 정지시간을 연산한 후, 제1 정지시간 및 제2 정지시간 간 차이에 따라 오프셋(ΔL)을 결정하고, 해당 오프셋(ΔL)을 적용하여 지정된 제2 위치(L2)로부터 제1 위치(L1)를 구할 수 있다.

또한, 상기한 S30의 비교결과 제1 구동부(24)의 속도(V1)가 제2 구동부(26)의 속도(V2)보다 늦는 경우에는(V1<V2), 제어부(50)가 기 설정된 계량완료위치를 제1 위치(L1)로 설정하고, 제2 위치(L2)를 제1 위치(L1)보다 오프셋(ΔL)만큼 작은 값으로 설정할 수 있다(S61).

상기한 S61 단계에서, 제어부(50)는 제1 구동부(24)의 평균속도(V1) 및 감속시간(t1)으로부터 제1 정지시간을 연산하고, 제2 구동부(26)의 평균속도(V2) 및 감속시간(t2)으로부터 제2 정지시간을 연산한 후, 제1 정지시간 및 제2 정지시간 간 차이에 따라 오프셋(ΔL)을 결정하고, 해당 오프셋(ΔL)을 적용하여 지정된 제1 위치(L1)로부터 제2 위치(L2)를 구할 수 있다.

이후 제어부(50)는 위치 감지부(29)를 통해 계량구간 동안 스크류(21b)의 위치를 감지한다(S42, S52, S62).

이후 제어부(50)는 상기한 S42, S52, S62에서 감지된 스크류(21b)의 위치에 따라 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)로 정지명령을 출력하며, 제어부(50)로부터의 정지명령에 응답하여 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)의 구동이 정지되고 계량이 완료된다(S44, S54, S64).

이때 제어부(50)는 스크류(21b)의 위치를 기준으로 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26) 각각에 대한 정지명령 출력시점을 조정한다. 즉 제어부(50)는 스크류(21b)의 위치가 제1 위치(L1)에 도달하면 제1 구동부(24)에 정지명령을 출력하고, 스크류(21b)의 위치가 제2 위치(L2)에 도달하면 제2 구동부(26)에 정지명령을 출력한다.

상기한 S41에서와 같이 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26)의 속도 편차가 없어 제1 위치(L1)와 제2 위치(L2)가 모두 주어진 계량완료위치(LT)와 동일한 값으로 설정되는 경우에는, 제어부(50)가 계량완료위치(LT)에서 제1 구동부(24) 및 제2 구동부(26) 양측으로 동시에 정지명령을 출력하게 된다(S43, S44).

또한, 상기한 S51에서와 같이 제1 구동부(24)의 속도가 제2 구동부(26)의 속도보다 빨라서 계량완료위치(LT)가 제2 위치(L2)로 설정되고, 제1 위치(L1)가 제2 위치(L2)보다 작은 값으로 설정된 경우에는, 제어부(50)가 제1 위치(L1)에서 제1 구동부(24)에 정지명령을 먼저 출력하고 난 다음, 제2 위치(L2)에서 제2 구동부(26)에 정지명령을 출력한다(S53, S54).

이때 제1 위치(L1)와 제2 위치(L2) 간 오프셋(ΔL)은 제1 정지시간 및 제2 정지시간 간의 차이에 상응하는 값일 수 있다.

또한, 상기한 S61에서와 같이 제1 구동부(24)의 속도가 제2 구동부(26)의 속도보다 늦어서 계량완료위치(LT)가 제1 위치(L1)로 설정되고, 제2 위치(L2)가 제1 위치(L1)보다 작은 값으로 설정된 경우에는, 제어부(50)가 제2 위치(L2)에서 제2 구동부(26)에 정지명령을 먼저 출력하고 난 다음, 제1 위치(L2)에 도달하면 제2 구동부(26)에 정지명령을 출력한다(S63, S64).

이때 제1 위치(L1)와 제2 위치(L2) 간 오프셋(ΔL)은 제1 정지시간 및 제2 정지시간 간 차이에 상응하는 값일 수 있다.

이와 같이, 제1 구동부(24)와 제2 구동부(26)의 속도 편차에 따라 제1 위치(L1)와 제2 위치(L2)를 적절히 설정하여 이를 기준으로 제1 구동부(24)와 제2 구동부(26)의 정지명령 출력시점을 조정함으로써, 제1 구동부(24) 및 제2 구동부 간 정지시점 동기화를 이룰 수 있게 된다.

본 발명에 따른 사출성형기의 제어장치 및 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

21a: 가열실린더
21b: 스크류
24: 제1 구동부
24a: 계량용 서보모터
26: 제2 구동부
26a: 사출용 서보모터
29: 위치 감지부
50: 제어부

Claims

가열실린더 내의 스크류를 회전시켜 용융수지를 계량하는 제1 구동부;
계량시에 상기 스크류를 후진시키는 제2 구동부;
상기 스크류의 위치를 감지하는 위치 감지부; 및
상기 제1 구동부의 평균속도에 기초하여 연산된 제1 구동부의 제1 정지시간과 상기 제2 구동부의 평균속도에 기초하여 연산된 제2 구동부의 제2 정지시간을 비교하여 비교결과를 기초로 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 제1 위치 및 제2 위치를 설정하고, 상기 위치 감지부로부터 스크류의 위치를 수신하여, 상기 스크류의 위치가 상기 제1 위치에 도달하면 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하고, 상기 스크류의 위치가 상기 제2 위치에 도달하면 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간과 상기 제2 구동부의 제2 정지시간이 동일한 경우, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 모두 기 설정된 계량완료위치와 동일한 값으로 설정하여, 상기 계량완료위치에서 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부 양측에 정지명령을 출력하고,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간이 상기 제2 구동부의 제2 정지시간보다 긴 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제2 위치로 설정하고, 상기 제1 위치를 상기 제2 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하고 난 후, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하고,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간이 상기 제2 구동부의 제2 정지시간보다 짧은 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제1 위치로 설정하고, 상기 제2 위치를 상기 제1 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하고 난 후, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하는 사출성형기의 제어장치.
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제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1 구동부의 제1 정지시간이 상기 제2 구동부의 제2 정지시간보다 길거나 짧은 경우,
상기 제1 구동부의 제1 정지시간 및 상기 제2 구동부의 제2 정지시간 간의 차이와 상기 스크류를 후진시키는 상기 제2 구동부의 평균속도를 기초로 상기 오프셋을 연산하는 사출성형기의 제어장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 구동부의 최대속도 및 가감속시간, 상기 제2 구동부의 최대속도 및 가감속시간을 포함하는 기본사양이 미리 주어지며,
상기 제1 구동부의 제1 정지시간은 상기 제1 구동부의 감속시간이며, 상기 제2 구동부의 제2 정지시간은 상기 제2 구동부의 감속시간이고,
상기 제1 구동부의 평균속도는 사용자 설정값이고, 상기 제1 구동부의 감속시간은 평균속도와 기본사양에 따른 최대속도 및 가감속시간으로부터 연산된 값이며,
상기 제2 구동부의 평균속도는 상기 스크류가 후진하는 계량시작위치로부터 계량완료위치까지의 계량구간 중 중간지점에서의 속도를 검출한 값이고, 상기 제2 구동부의 감속시간은 평균속도와 기본사양에 따른 최대속도 및 가감속시간으로부터 연산된 값인 사출성형기의 제어장치.
가열실린더 내의 스크류를 회전시키는 제1 구동부 및 상기 스크류를 후진시키는 제2 구동부가 구동되어 용융수지를 계량하는 제1 단계;
상기 제1 구동부의 평균속도와 상기 제2 구동부의 평균속도를 얻는 제2 단계;
상기 제1 구동부의 평균속도에 기초하여 연산된 제1 구동부의 제1 정지시간과 상기 제2 구동부의 평균속도에 기초하여 연산된 제2 구동부의 제2 정지시간을 서로 비교하여 비교결과를 기초로 정지명령 출력시점을 조정하기 위한 제1 위치 및 제2 위치를 설정하는 제3 단계;
상기 스크류의 위치를 감지하는 제4 단계; 및
상기 감지된 스크류의 위치가 상기 제1 위치에 도달하면 상기 제1 구동부에 정지명령을 출력하고, 상기 감지된 스크류의 위치가 상기 제2 위치에 도달하면 상기 제2 구동부에 정지명령을 출력하는 제5 단계를 포함하고,
상기 제3 단계에서,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간과 상기 제2 구동부의 제2 정지시간이 동일한 경우, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 모두 기 설정된 계량완료위치와 동일한 값으로 설정하여, 상기 계량완료위치에서 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부 양측에 정지명령이 출력되도록 하고,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간이 상기 제2 구동부의 제2 정지시간보다 긴 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제2 위치로 설정하고, 상기 제1 위치를 상기 제2 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령이 출력되고 난 후, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령이 출력되도록 하고,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간이 상기 제2 구동부의 제2 정지시간보다 짧은 경우, 기 설정된 계량완료위치를 상기 제1 위치로 설정하고, 상기 제2 위치를 상기 제1 위치보다 오프셋만큼 작은 값으로 설정하여, 상기 제2 위치에서 상기 제2 구동부에 정지명령이 출력되고 난 후, 상기 제1 위치에서 상기 제1 구동부에 정지명령이 출력되도록 하는 사출성형기의 제어방법.
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제7항에 있어서,
상기 제3 단계에서,
비교결과 상기 제1 구동부의 제1 정지시간이 상기 제2 구동부의 제2 정지시간보다 길거나 짧은 경우,
상기 제1 구동부의 제1 정지시간 및 상기 제2 구동부의 제2 정지시간 간 차이와 상기 스크류를 후진시키는 상기 제2 구동부의 평균속도에 따라 상기 오프셋을 연산하는 사출성형기의 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 구동부의 최대속도 및 가감속시간, 상기 제2 구동부의 최대속도 및 가감속시간을 포함하는 기본사양이 미리 주어지며,
상기 제1 구동부의 제1 정지시간은 상기 제1 구동부의 감속시간이며, 상기 제2 구동부의 제2 정지시간은 상기 제2 구동부의 감속시간이고,
상기 제1 구동부의 평균속도는 사용자 설정값이고, 상기 제1 구동부의 감속시간은 평균속도와 기본사양에 따른 최대속도 및 가감속시간으로부터 연산된 값이며,
상기 제2 구동부의 평균속도는 상기 스크류가 후진하는 계량시작위치로부터 계량완료위치까지의 계량구간 중 중간지점에서의 속도를 검출한 값이고, 상기 제2 구동부의 감속시간은 평균속도와 기본사양에 따른 최대속도 및 가감속시간으로부터 연산된 값인 사출성형기의 제어방법.