(57)【要約】【課題】  小ストロークで高速な射出成形条件においても所望の射出速度を安定して発生することができ、安定な射出成形を行う。【解決手段】  射出工程の射出制御時に、射出速度の検出値と設定値を比較し、その偏差が零となるように射出軸の制御を行なう射出成形機の射出軸制御方法であって、速度偏差に応じて射出速度の偏差が零になるようにフィードバック補償を行い、負荷トルクオブザーバにより推定された負荷トルク推定値に応じたモータトルクが発生するようにフィードフォワード補償を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出工程の射出制御時に、射出速度の検出値と設定値を比較し、その偏差が零となるように制御を行なう射出成形機において、
速度偏差に応じて射出速度の偏差が零になるように動作するフィードバック補償器と、
負荷トルクオブザーバの負荷トルク推定値に応じたモータトルクが発生するように動作するフィードフォワード補償器と、
を備える射出成形機。
【請求項２】
射出工程の射出制御時に、射出速度の検出値と設定値を比較し、その偏差が零となるように射出軸の制御を行なう射出成形機の射出軸制御方法であって、
速度偏差に応じて射出速度の偏差が零になるようにフィードバック補償を行い、負荷トルクオブザーバにより推定された負荷トルク推定値に応じたモータトルクが発生するようにフィードフォワード補償を行う射出成形機の射出軸制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータで駆動される射出成形機及びその射出軸の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ（サーボモータ）を駆動機構に使用した射出成形機の射出軸の制御は、主に射出速度を制御する場合（射出工程）と、射出圧力を制御する場合（保圧工程及び背圧制御）に分けられる。射出速度の制御は、射出用モータの回転数を検出する速度センサを設け、この検出値に基づいて射出速度設定値に対するフィードバック制御を行なうことによってなされている。
【０００３】
また、射出圧力の制御は、射出用スクリュが受ける反力を検出するロードセルまたはノズル先端に樹脂圧センサを設けることによって圧力検出を行い、この検出値に基づいて射出圧力設定値に対するフィードバック制御を行なうことによってなされている。（例えば下記特許文献１参照）。
【０００４】
従来の制御装置は、図３に示すように、射出圧力を制御する場合には、スクリュ６１に作用する圧力を検出するロードセル６２から得る検出値と保圧力設定器６３又は背圧力設定器６４から与えられる設定値をコンパレータ６５により比較し、その偏差を圧力補償器６６及びアンプ６７からなる圧力補償回路６８に供給して駆動制御信号を得ると共に、この駆動制御信号を射出モータ駆動部６９に供給して、前記偏差が零となるように制御するフィードバック制御系を備えていた。
【０００５】
また、射出速度を制御する場合には、スクリュを射出または軽量方向に駆動する射出用モータ７１の回転速度を検出する速度検出器１０２（タコメータ、パルスジェネレータ等）から得る検出値と射出速度設定器１００から与えられる設定値をコンバレータ１０１により比較し、その偏差を速度補償器１０３及びアンプ１０４からなる速度補償回路１０５に供給して駆動制御信号を得ると共に、この駆動制御信号を射出モータ駆動部６９に供給して、前記偏差が零となるように制御するフィードバック制御系を備えていた。
【特許文献１】特開平１−２６３０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、肉厚の薄い成形品のニーズが高まり、射出速度の高速化および、射出時間の短時間化が進んでいる。特に高速のものでは、数百ｍｓで射出工程が完了する。この様な場合、射出中の圧力変化も数百ｍｓの間で大きく変化し、この圧力変化は射出モータへの外乱となり、射出モータの速度すなわち射出速度を変動させる要因になる。
【０００７】
上述した図３に示す制御装置の制御方法では、射出用モータ７１の回転速度を検出する速度検出器１０２から得る検出値と射出速度設定器１００から与えられる設定値をコンバレータ１０１により比較し、その偏差を速度補償器１０３及びアンプ１０４からなる速度補償回路１０５に供給して駆動制御信号を得ると共に、この駆動制御信号を射出モータ駆動部６９に供給して、前記偏差が零となるように制御するフィードバック制御を行なうことによって、外乱に対して射出速度が変動しないように制御していた。
【０００８】
しかし、射出速度が高速となり、射出時間が短時間となることによって外乱の変化が高速になるため、図３のような制御構成で速度変動を抑圧しようとすると、速度補償器１０３のゲインを非常に大きくする必要があり、そのためには機械駆動系の剛性を非常に高いものにする必要があった。
【０００９】
この発明は、前述したように、射出速度の高速化および短時間化によって射出圧力変化が高速になることによって、速度変動が発生し、それを抑制するためには速度補償器（フィードバック補償器）のゲインを大きくする必要があり、そのためには機械剛性の高い駆動機構にしなければならないという問題を解決するためになされたもので、機械剛性を向上させることなく制御アルゴリズムの改良によって、高速射出に対応した射出成形機及びその射出軸制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した従来の技術に存在する問題点を解決した射出成形機の制御方法を提供することを目的とするもので、以下に示す制御方法によって達成される。
【００１１】
本発明に係る射出成形機の制御方法は、射出工程の射出制御時に、射出速度の検出値を比較し、その偏差が零となるように制御を行なう制御装置及び方法において、速度偏差に応じて動作するフィードバック補償器と、負荷トルクオブザーバの負荷トルク推定値に応じて動作するフィードフォワード補償器を備えることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、射出工程中の圧力変動は、射出モータへの外乱（負荷トルク）として作用し、射出速度を変動させるため、射出工程中に検出される負荷トルクの大きさに応じたモータトルクを発生するように、フィードフォワード補償器を設けることにより、射出工程中の速度変動を抑制することを可能としたものである。
【００１３】
射出工程における射出速度制御時において、射出圧力の変化は、射出速度の変動の要因となる。これは、次の運動方程式によって示される。
τM  ＝  Ｊｄω／ｄｔ＋τL      （１）
τM  ：  モータトルク
τL  ：  負荷トルク（射出圧力）
Ｊ   ：  射出軸慣性モーメント（モータ軸換算）
ω   ：  モータ回転数（射出速度相当）
【００１４】
式（１）で、モータ速度が一定の時、すなわちｄω／ｄｔ＝０の時、
τM  ＝  τL
が成立している。
ところが、負荷トルクが急変した場合、
τM  ≠  τL
となるため、
ｄω／ｄｔ  ≠  ０
となり、
速度変動が発生する。
【００１５】
従って、本発明では、負荷トルクオブザーバにより負荷トルクτLを推定し、射出軸に外乱として加えられる負荷トルクτLに相当する量をモータトルクτMにフィードフォワードすることによって、τLの変化による影響を理論上キャンセルすることができるため、速度変動を抑制することができる。従って、速度補償器のゲインを必要以上に大きくする必要がないため、機械剛性を向上させることなく高速射出成形に対応した性能を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述したように本発明によれば、射出工程中に急峻に負荷圧力が変化したとしても、射出速度が大きく変動しないという効果を奏する。そして、これにより小ストロークで高速な射出成形条件においても所望の射出速度を安定して発生することができるため、安定な射出成形が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における電動射出成形機のブロック図である。以下、図１に基づいて説明する。
【００１８】
スクリュ２はシリンダ１の内部で回転し、樹脂を混錬溶融（可塑化）し、溶融した樹脂をシリンダ先端から押し出す（射出する）動作を行なう。図１では、スクリュが回転するための駆動機構は省略している。
【００１９】
スクリュの射出動作は、サーボモータ９が回転することによってサーボモータに直結された駆動プーリ８を回転し、駆動プーリ８にタイミングベルト１１によって結合された従動プーリ７が回転する。従動プーリにはボールネジのネジ部４が結合されており、ボールネジのネジ部４が回転することによって、ボールネジのナット部６が直線運動する。ナット部６に発生した直線方向の推力はスライドプレート５に作用し、スライドプレートは圧力センサを介してスクリュを射出方向に移動させる推力を伝達する。
【００２０】
一方、射出軸の駆動制御は、サーボモータ９の回転速度をサーボコントローラで制御することにより行なわれる。
【００２１】
上位にある指令発生コントローラ（上位コントローラ）２５より、射出速度指令がサーボコントローラに与えられ、一方、サーボモータ９の回転軸に取り付けられたパルスジェネレータ１０からは、モータの回転変位に応じたパルスが発生し、速度信号処理器１６によって速度検出信号に変換される。
【００２２】
加算器１８では、指令発生コントローラ２５から与えられた射出速度指令と速度検出信号との差（速度偏差）を演算し、速度制御器１７に入力する。速度制御器１７では、入力された速度偏差に応じて、比例・積分または微分等の演算を行い、サーボモータ９の電流指令を発生する。
【００２３】
電流指令とサーボモータ９の動力線に取り付けられた電流センサ１４からの電流検出値は、加算器２０に入力される。
【００２４】
また、負荷トルクのオブザーバ（負荷トルクオブザーバ）１２は、速度検出値と電流検出値に基づいて、負荷トルクの推定を行い、推定した負荷トルクに応じたモータトルクを発生するように電流指令加算器２０へ入力する。
【００２５】
具体的なオブザーバの構成方法としては、他にも様々な構成方法が考えられるが、基本的には図２に示すような演算手段によって構成される。図２において、ｄ／ｄｔは微分演算子、Ｊは可動部慣性モーメント、ＫTはトルク定数、ＫGはフィードフォワードゲイン、τLは負荷トルク推定値を示している。
【００２６】
図１に戻り、加算器２０では、速度制御器１７からの電流指令とオブザーバ１２からの電流指令とを加算し、電流検出値を減算することによって、電流偏差を演算する。電流制御器１９では、演算された電流偏差に対して比例・積分・微分等の演算を行い電圧形インバータ１５の電圧指令を発生する。電圧形インバータ１５では、電流制御器１９から与えられた電圧指令を増幅しサーボモータ９を駆動する電圧を発生する。これにより、サーボモータ９は上位コントローラからの速度指令に一致するような速度で回転制御され、サーボモータに結合された射出軸の速度が制御される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における演算部を示すブロック図である。
【図３】従来の射出成形機の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  シリンダ、２  スクリュ、３  圧力センサ、４  ボールネジ、５  スライドプレート、６  ボールネジ、９  サーボモータ、１０  パルスジェネレータ、１１  タイミングベルト、１２  オブザーバ（負荷トルクオブザーバ）、１４  電流センサ、１５  電圧形インバータ、１６  速度信号処理器、１７  速度制御器、１８、２０  加算器、１９  電流制御器、２５  指令発生コントローラ（上位コントローラ）。
【図１】
2007021888.tif 000003
【図２】
2007021888.tif 000004
【図３】
2007021888.tif 000005