JPH0815751B2 - 射出成形機のフィードバック制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、射出速度等をフィードバック制御するよう
にした射出成形機のフィードバック制御装置に係り、特
に、専用のアナログフィードバック制御回路を設けるこ
となく、ソフトウエアによってフィードバック制御を行
うようにした射出成形機のフィードバック制御装置に関
する。

［従来の技術］ 射出成形機においては、射出速度条件は良品を成形す
る上で重要なファクターであり、この射出速度をフィー
ドバック制御するようにした射出成形機は公知である。

この種フィードバック制御機能をもつ従来の射出成形
機においては、射出用駆動源としての射出シリンダ（油
圧シリンダ）駆動制御用のサーボバルブを制御するため
に、専用のアナログフィードバック制御回路が付設され
ていた。そして、マシンの出荷前にボリューム調整等に
より、フィードバック制御回路のフィードバック定数
（ゼロ、ゲイン、スパンなど）を、あらゆる成形条件に
対処できるような無難な値（最大公約数的な値）に調整
・固定するようにされていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように、従来の射出成形機はマシンの出荷段
階で、フィードバック定数が調整されるが、このフィー
ドバック制御回路の調整作業は熟練した作業者が行わな
ければならず、且つ、個々の調整要素が互いに関連し合
うことも多いため、煩雑で時間のかかるものであった。
また、調整・固定されたフィードバック定数は汎用性の
ある無難な値とされるため、個々の成形条件に対しては
必ずしも最適値にあるとは言えないものであった。すな
わち例えば、薄肉成形品のように射出速度の鋭い上りが
望まれる成形品においては、ゲインなどが不足してこの
ような成形品の成形条件に対してはフィードバック制御
系の応答性が鈍すぎる傾向にあり、あるいは、アクリル
樹脂によってレンズ等の光学部品を成形する場合のよう
に、射出速度を極めてゆるやかに立上げたい時には、逆
にフィードバック制御系の応答性が鋭すぎる傾向にある
という問題があった。

一方、専用のアナログフィードバック制御回路を設け
ることなく、ソフトウェア（フィードバック制御用プロ
グラム）によってフィードバック制御を行うことも考え
られたが、プログラムのプロセス制御に比して油圧回路
の応答が遅いにもかかわらず、この油圧の応答より速
く、高速・高精度で射出速度を測定する手法が見出せな
かったので、ソフトウェアによる実効的なフィードバッ
ク制御が実現できなかたったのが現状であった。

従って、本発明の解決すべき技術的課題は上記した従
来技術のもつ問題点を解消することにあり、その目的と
するところは、高速・高精度で射出速度を測定してソフ
トウェアによるフィードバック制御を実現すると共に、
個々の成形品別（個々の成形条件別）に最適のフィード
バック制御系の応答特性が設定可能な射出成形機のフィ
ードバック制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記した目的を達成するため、少なくとも射
出速度を測定し、測定値の設定指令値とを比較して測定
値が設定指令値に一致するように少なくとも射出速度を
フィードバック制御するようにした射出成形機のフィー
ドバック制御装置において、成形条件を制御するマイク
ロコンピュータ（以下マイコンと称す）と、該マイコン
からの指令により射出用の油圧駆動源を駆動制御する高
速比例電磁弁と、前記射出用の油圧駆動源の駆動部の位
置を検出するためのエンコーダよりなる射出ストローク
センサと、前記マイコンに一体的に組み込まれてクロッ
クを計数するプログラマブルタイマーモジュールとを具
備し、前記マイコンは、前記プログラマブルタイマーモ
ジュールの計数内容から時間を計測すると共に、この計
測時間と前記射出ストロークセンサの出力とから実射出
速度を測定し、測定した実射出速度値が前記設定指令値
に一致するように前記高速比例電磁弁をフィードバック
制御するように、構成される。

［作 用］ 例えば、2MHzのクロックが入力されるプログラマブル
タイマーモジュール内のカウンタは、0.5μsec単位の時
間を計数しており、マイコンの演算部は現在のカウント
値から最前にサンプリングしたカウント値を減算するこ
とにより、所定サンプリング周期毎の時間を、例えば４
〜５桁の有効桁で計測する。一方また、マイコンは、分
解能の高い（例えば分解能0.003mm程度の）パルスエン
コーダよりなる射出ストロークセンサからの出力の計数
値から、同一サンプリング周期内のストローク値を、例
えば３桁の有効桁で計測する。そして、マイコンは、所
定サンプリング周期毎に得られたストローク値を時間で
割り算することで、射出速度を有効桁３桁の精度で算出
・認知する。斯様な速度測定法を採ることによって、最
大射出速度の場合においても、射出速度を約1.6msecの
短時間で、しかも有効桁３桁の精度で測定することがで
きる。

そして、マイコンは所定サンプリング周期毎に計測し
た実射出速度値と、予め設定されている設定指令値とを
対比して、PID（比例・積分・微分）動作に基づくフィ
ードバック制御を実行し、実射出速度を設定指令値に一
致させるように、高速比例電磁弁を駆動制御する。

なお、このようなソフトウェアによるフィードバック
制御を行うようになすと、設定指令値と測定値とを常時
対比しているマイコンにより、応答特性を判別させ、測
定特性が安定していない場合や、多数の成形品別（多数
の成形条件別）に予めケーススタディした最適応答特性
の記憶データを参照して、現在運転されている成形条件
に不適なフィードバック定数が設定されていると判断さ
れる場合には、現在設定されているフィードバック定数
が最も好適な応答特性を満たすものとなるような修正値
を算出する演算処理を実行し、これに基づきフィードバ
ック定数を変更する処理が実行できる。

［実施例］ 以下、本発明を第１図〜第４図に示した１実施例によ
って説明する。

第１図は射出成形機のフィードバック制御装置の概略
を示す説明図である。

同図において、１は加熱シリンダ、２は該加熱シリン
ダ１内に前後進並びに回転可能に配設されたスクリュ
ー、３は原料供給用のホッパー、４はスクリュー２の後
端が連結されたスクリュー回転駆動用のモータ、５は射
出用の油圧駆動源たる射出シリンダ（油圧シリンダ）で
ある。図示した例では、射出シリンダ５のピストンロッ
ド5aの先端にモータ４のケーシングが固着されており、
ピストンロッド5aの前後進によって、モータ４と一体と
なってスクリュー２が前後進するようになっている。上
記構成において公知のように、ホッパー３から供給され
た樹脂材料は、モータ４の駆動によるスクリュー２の回
転によって混練・可塑化されつつスクリュー２の先端側
に移送され、溶融樹脂がスクリュー２の先端側に貯えら
れるに従ってスクリュー２が背圧を制御されつつ後退
し、１ショット分の溶融樹脂がスクリュー２の先端側に
貯えられた時点でスクリュー回転は停止される。そし
て、所定秒時を経た後、射出開始タイミングに至ると、
スクリュー２が射出シリンダ２によって前進駆動され
て、溶融樹脂が図示せぬ金型のキャビティに射出・充填
されるようになっている。本実施例では、上記したスク
リュー２の前進過程（射出行程）時の射出速度が、後で
詳述するようにマイコン10によるプログラム化された処
理によって、フィードバック制御されるようになってい
る。

６は、前記射出シリンダ５のピストンロッド5aと一体
となって前後進するラック体で、該ラック体６に歯車結
合された図示せぬギヤと同期回転するように、光学式エ
ンコーダよりなる射出ストロークセンサ７の回転部が上
記ギヤと結合されている。従って、ピストンロッド5a
（スクリュー２）が前後進すると、射出ストロークセン
サ７がこれに見合った数の検出パルスを出力し、これが
後記マイコン10に送出されるようになっている。なお本
実施例においては、射出ストロークセンサ７は、ピスト
ンロッド5a（スクリュー２）のストローク0.003mmにつ
き、１パルスの検出信号を発生するようになっている。

10は、射出成形機全体の制御を司るマイコンで、各種
I/Oインターフェース、主制御プログラムや各種固定デ
ータなどを格納したROM、各種フラグや測定データなど
を読み書きするRAM、全体の制御を司どるCPU（マイクロ
プロセッサ）等々を具備しており、予め作成された各種
プログラムに従って各種処理を実行するも、本実施例に
おいては説明の便宜上、カウンタ11、プログラマブルタ
イマーモジュール（以下PTMと称す）12、演算処理部1
3、成形条件設定記憶部14、フィードバック制御部15、
成形シーケンス制御部16、出力処理部17等を具備してい
るものとして、以下の説明を行う。

カウンタ11には、前記射出ストロークセンサ７の検出
パルスが入力され、該カウンタ11はこれを加算もしくは
減算してカウントする。PTM12は、そのクロック入力端
に2MHzのクロックが入力され、内部のカウンタはこのク
ロックを加算（もしくは減算）して、0.5μsec単位の時
間を計数する。

演算処理部13は、所定のサンプリングタイム（周期）
で、前記カウンタ11の計数値、並びに前記PTM12の計数
値を読み出し、当該サンプリング期間内のスクリュース
トロークSnを、 Sn＝（カウンタ11の前回計数値） −（カウンタ11の現計数値） として測定し、また、当該サンプリング期間内の時間Tn
を、 Tn＝（PTM12の前回計数値） −（PTM12の現計数値） として測定し、これに基づき当該サンプリング期間内の
射出速度Vnを、Vn＝Sn/Tnとして算出する。

なお、演算処理部13によるサンプリングタイムは測定
精度を上げるために、高速時には自動的に短くなり、低
速時には自動的に長くなるように予め設定されており、
本実施例では、例えばサンプリングタイムは約３〜約30
msecの間の適宜の値が選択されるようになっている。ま
た、測定精度を同一精度に維持するため、スクリュース
トローク並びに時間を、所定数だけ足し込む処理を行
い、射出速度Ｖを、 Ｖ＝（ΣSn）／（ΣTn） として算出することも可能であるようになっている。何
れにせよ、本実施例では、射出速度は３桁の有効桁で算
出されるようになっており、SnもしくはΣSnは３桁の有
効桁の値が、また、TnもしくはΣTnは４乃至５桁以上の
有効桁の値が用いられて射出速度が算出される。そし
て、斯様な速度測定手法を採ることによって、最大射出
速度の場合においても、射出速度を約1.6msecの短時間
で、しかも有効桁３桁の精度で測定することが可能とな
る。

前記成形条件設定記憶部14には、公知の各種成形条件
値が、書き替え可能な形で記憶されている。この成形条
件としては、例えば、チャージ行程時のスクリュー位置
とスクリュー回転数及び背圧との関係、サックバック制
御条件、射出開始点（位置）から保圧切替点（位置）ま
での細分化された射出速度条件、保圧切替時点から保圧
終了時点までの細分化された２次射出圧力（保圧圧力）
条件、各部のバンドヒータ温度、型閉じストロークと速
度、型締め力、型開きストロークと速度、エジェクト制
御条件等々が挙げられるが、ここでは、射出速度条件を
除き、その説明は割愛する。

第２図は、成形条件設定記憶部14に設定・記憶された
射出速度条件の１例を示す説明図で、同図に示すよう
に、チャージ完了点（位置）から保圧切替点（位置）ま
での射出速度が、スクリュー前進位置に対応して設定さ
れている。

前記成形ケーシング制御部16は、予め作成された成形
プロセス制御プログラムと成形条件設定記憶部14に格納
された設定条件値とに基づき、マシンの各部に配設した
図示せぬセンサからの計測情報及びマイコン10に内蔵さ
れた時計手段からの計時情報を参照しつつ、出力処理部
17を介してシーケンス制御信号を送出し、前記射出シリ
ンダ５を含む多数の駆動源を駆動制御し、一連の成形行
程を実行させる。

前記フィードバック制御部15は、前記演算処理部13で
算出された実射出速度値と、前記成形条件設定記憶部14
に格納された対応する位置における設定射出速度値と
を、リアルタイムで比較し、設定射出速度値に対し実射
出速度値がずれ込んでいる場合には、実射出速度値を設
定射出速度値に一致させるための修正値を算出し、これ
に基づく速度制御信号が出力処理部17で生成・出力され
る。出力処理部17の出力は、D/A変換器18、ドライバ回
路19を介して、前記射出シリンダ５を駆動制御するため
の高速比例電磁弁（DFPバルブ）20に送出され、これに
よって射出シリンダ５による射出速度が、設定指令値に
一致するよう制御される。

上記したフィードバック制御部15で行われる演算制御
処理は、所謂PID（比較・積分・微分）動作に基づくも
ので、Ｐ動作で単位ステップ入力に対し大きさＫ倍の出
力とし、Ｉ動作で単位ステップ入力に対し出力を積分作
用によって直線的に増減させたものとし、Ｄ動作で微分
作用により時間進みを生じさせ、これらP,I,D動作を同
時に行わせることにより、フィードバック制御を行うよ
うになっている。このようなPID制御を行うと、油圧の
応答遅れを見越した（カバーした）フィードバック制御
が可能となり、立上りが鋭すぎることによるオーバーシ
ュートや発振を可及的に抑止できる上、立上りが鋭すぎ
ることによる目標までの到達時間遅れをなくすことがで
き、好適な立上り特性を得ることが可能となる。

また、マイコン10によって、設定指令値（設定射出速
度パターン）と実射出速度パターンとを対比することに
より応答特性を判別させ、測定特性が安定していない場
合や、多数の成形品別（多数の成形条件別）に予めケー
ススタディした最適応答特性の記憶データを参照して、
現在運転されている成形条件に不適なフィードバック定
数が設定されていると判断される場合には、現在設定さ
れているフィードバック定数が最も好適な応答特性を満
たすものとなるような修正値を算出する演算処理を実行
し、これに基づきフィードバック定数を変更させるよう
にもなっている。例えば、第３図（ａ）に示す如き発振
を起している測定パターンを、同図（ｂ）に示すような
安定したパターンとなるようにフィードバック定数を変
更する処理、あるいは第４図（ａ）に示す如き測定パタ
ーンを、その成形条件（成形品）に合わせた最も好適な
パターンとするようなフィードバック定数の変更処理を
行わせることができ、ソフトウェアによるフィードバッ
ク制御を行った場合に、このようなフィードバック定数
の変更処理が、予め作成されたフィードバック定数変更
処理プログラムで容易に実現されるのは、当業者には自
明である。

以上のように、本実施例においては、高速・高精度で
射出速度を測定し、これに基づきマイコン10によるプロ
グラム化したフィードバック制御が実現できるので、従
来のように、出荷段階で個々のマシンに対して行ってい
た煩雑なフィードバック定数の調整作業を必要とせず、
また、オーバーシュートや発振等の異常事態を容易に検
知してこれを可及的に抑止できる上、フィードバック定
数の変更も簡単・容易となる。

なお、上述した実施例においては、射出速度のフィー
ドバック制御を例にとったが、本発明は、この他にも例
えば、型開閉速度、イジェクト速度、チャージ回転速度
等のフィードバック制御にも適用可能である。

［発明の効果］ 叙上のように本発明によれば、高速・高精度で射出速
度を測定してソフトウェアによる射出速度のフィードバ
ック制御が実現できると共に、個々の成形品別（個々の
成形条件別）に最適のフィードバック制御系の応答特性
が設定可能な射出成形機のフィードバック制御装置が提
供でき、該種射出成形機にあって、その産業的価値は大
きい。

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明の１実施例に係り、第１図は射出成
形機のフィードバック制御装置の概略を示す説明図、第
２図は設定・記憶された射出速度条件の１例を示す説明
図、第３図及び第４図はフィードバック定数の変更前の
射出速度パターンとフィードバック定数変更後の射出速
度パターンとの関係をそれぞれ示す説明図である。 １……加熱シリンダ、２……スクリュー、３……ホッパ
ー、４……モータ、５……射出シリンダ（油圧シリン
ダ）、5a……ピストンロッド、７……射出ストロークセ
ンサ、10……マイクロコンピュータ（マイコン）、11…
…カウンタ、12……プログラマブルタイマーモジュール
（PTM）、13……演算処理部、14……成形条件設定記憶
部、15……フィードバック制御部、16……成形シーケン
ス制御部、17……出力処理部、18……D/A変換器、19…
…ドライバ回路、20……高速比例電磁弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも射出速度を測定し、測定値と設
   定指令値とを比較して測定値が設定指令値に一致するよ
   うに少なくとも射出速度をフィードバック制御するよう
   にした射出成形機において、成形条件を制御するマイク
   ロコンピュータと、該マイクロコンピュータからの指令
   により射出用の油圧駆動源を駆動制御する高速比例電磁
   弁と、前記射出用の油圧駆動源の駆動部の位置を検出す
   るためのエンコーダよりなる射出ストロークセンサと、
   前記マイクロコンピュータに一体的に組み込まれてクロ
   ックを計数するプログラマブルタイマーモジュールとを
   具備し、前記マイクロコンピュータは、前記プログラマ
   ブルタイマーモジュールの計数内容から時間を計測する
   と共に、この計測時間と前記射出ストロークセンサの出
   力とから実射出速度を測定し、測定した実射出速度値が
   前記設定指令値に一致するように前記高速比例電磁弁を
   フィードバック制御するようにしたことを特徴とする射
   出成形機のフィードバック制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載において、前記マイクロコン
   ピュータは、比例・積分・微分（PID）動作によりフィ
   ードバック制御を行うことを特徴とする射出成形機のフ
   ィードバック制御装置。