注射模塑機及其控制方法

專利名稱：注射模塑機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及帶有液壓驅動源的注射模塑機，其中包括液壓泵的液壓驅動源可變地控制驅動馬達的轉數以獲得排放流速的控制，本發明還涉及控制這樣的注射模塑機的方法。
背景技術：
通常，含有注射設備和模具夾緊設備的注射模塑機是廣為公知的，
如在日本JP-A-H04-79289 (專利文獻l)和其它文獻中公開的那樣。在這種類型的注射模塑機中， 一般，比如小球形的模塑材料被從注射模塑機的料斗輸送到加熱缸，在加熱缸內在旋轉的螺桿的作用下被塑化和熔化，然后被計量，接著通過螺桿的前進運動被計量的熔融樹脂被注射并填充進由模具夾緊設備夾緊的模具的型腔內。在該情況下，為了提高模塑質量，經由反饋來控制螺桿的速度，而且經由反饋來控制注射壓力(樹脂壓力)。因此，填充進模具型腔內的樹脂的量保持恒定，從而避免了成型缺陷，比如由于填充不充分導致的注射不足以及由于填充過量導致的飛邊(flash )。
順便提及，當人們關注模塑材料時，已經出現許多可以使用的模塑材料，特別給予關注的是設計成再循環利用的那些再生材料。再生材料是通過將普通的模塑材料(純凈材料)與廢塑料、廢材料等(不同類型的材料)進行混合得而得到的，因此，當更多量的不同類型材料與純凈材料混合時，能夠提高再循環性能。然而，因為這些不同類型的材料可能為固體材料，比如顆粒狀的材料，所以整體上降低了模塑材料的均勻性。因此，當通過反饋傳統地控制注射模塑時，與通過控制模塑機相比，模塑材料的特性(模塑材料的不均勻性)會更顯著地影響模塑質量。因此，傳統的注射模塑機在令人滿意的模塑再生材料方面遇到了困難，而且這樣的問題在包含更大量的不同類型材料時變得尤其明顯。
專門用于再生材料的注射模塑機通過日本JP-A-2004-50427 (專
利文獻2)的公開而為人所知。該在專利文獻2中公開的用于再生材料的注射模塑機由下列部件組成裝有注射活塞的注射設備，布置在所述注射設備附近的裝有塑化螺桿的塑化設備，以及與注射缸連通的
并位于塑化缸前方的分配設備。該注射模塑機被這樣構造，即通過其中放有金屬網過濾器的外來材料清除設備將所述分配設備和塑化缸連接在一起，塑化樹脂內的外來材料通過所述過濾器被清除，并且樹脂能被輸送到注射設備。技術問題
然而，上述傳統的注射模塑機(用于再生材料的注射模塑機)還有以下問題待解決。
第 一 ，傳統的注射模塑機為被制造用于再生材料的注射模塑機，這導致它具有特殊和復雜的結構，由此成本增加。此外，當傳統的注射模塑機被用作模制僅有純凈材料的注射模塑機時，為它添加的另外的機構(功能)使其降低了模塑質量。因此，當模塑既有純凈材料又有再生材料時，有必要，比如購買兩種類型的注射模塑機，結果，傳統的注射模塑機具有成本、安裝空間等方面的缺點。
第二，因為傳統的注射模塑機基本上具有清除外來材料的功能，
不可避免地本身就含有不同類型材料的模塑材料，比如再生材料:包括沒有必要被清除的外來材料和不能被外來材料清除設備清除的各種材料，比如具有不同熔點的材料和由化學反應產生氣體的材料。這就為改進模塑材料的不均勻性和提高模塑質量及模塑材料的均勻性強加了許多限制
發明內容
問題的解決為了克服上述問題，按照本發明的一方面，提供一種設有液壓驅
動源2的注射模塑機1，其中該液壓驅動源包括可變地控制驅動馬達3的轉數以獲得排放流速的控制的液壓泵4，所述注射模塑機1包括能
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H^/ft矛一3:sL市w關^4丄vii ，矛一^:市y，關^4 ivi2 〈i曰J^1迅W地W妖四汁吳^a選擇裝置8。在所述注射模塑機1中，在第一控制模式Ml中，通過第一控制系統Cf執行控制，其中，由速度檢測值Vd和設定的速度目標值Vfc經由反饋來控制螺桿速度，所述速度檢測值Vd通過螺桿速度檢測裝置5進行檢測并且與螺桿速度有關，由壓力檢測值Pid和設定的壓力目標值Pic經由反饋來控制注射壓力，所述壓力檢測值Pid通過注射壓力檢測裝置6進行檢測并與注射壓力相關，相反，在第二控制模式M2中，通過第二控制系統Cs執行控制，其中，由設定的速度目標值Vsc開環控制螺桿速度，以及由壓力檢測值Ppd和設定的壓力目標值Ppc經由反饋來控制泵壓，其中所述壓力檢測值Ppd通過泵壓傳感器7進行檢測并和泵壓有關。
為了克服上述問題，按照本發明的另一方面，提供一種控制注射模塑機1的方法，該注射模塑機1帶有液壓驅動源2，該液壓驅動源2包括可變地控制驅動馬達3的轉數以獲得排放流速的控制的液壓泵4 。在所述方法中，提供可選擇的第一控制模式M1和第二控制模式M2，如果選擇第一控制模式Ml，則通過第一控制系統Cf執行控制，其中，通過與被檢測的螺桿速度有關的速度檢測值Vd和設定的速度目標值Vfc經由反饋來控制螺桿速度，通過與被檢測的注射壓力相關的壓力檢測值Pid和設定的壓力目標值Pic經由反饋來控制注射壓力，相反，如果選擇第二控制模式M2，則通過第二控制系統Cs執行控制，其中，由設定的速度目標值Vsc開環控制螺桿速度，并且通過被檢測的液壓泵4的泵壓有關的壓力檢測值Ppd和設定的壓力目標值Ppc經由反饋來控制泵壓。
本發明的有益效果
釆用按照本發明的注射模塑機1及其控制方法，可獲得下述明顯的效果。(1) 由于按照模塑材料選擇第一控制模式Ml和第二控制模式M2,即使使用不同類型的模塑材料(狀況)，也能夠對不同類型的模塑材料的模塑操作共用單個注射模塑機1。因此，沒有必要按照不同類型的模塑材料購買兩種類型的注射模塑機，從而在成本、安裝空間等方面有益，而不同類型的模塑材料通過改變控制方法進行處理。由此，能夠防止注射模塑機本身變得專門化和復雜化，這就有助于進一步降低成本。
(2) 由于，即使模塑材料包含不同類型的材料比如再生材料，根據不可避免地含有不同類型的材料的模塑材料的特性和狀況，也能夠執行最適宜的控制，即使模塑材料是不均勻的，不論其不均勻的程度如何，模塑質量和模塑材料的均勻度都能夠得到提高。特別地，當選擇第二控制模式M2時，防止了超負荷現象。這有助于改善注射模塑機整體的能量節約。
(3) 按照一個優選的方面，在第二控制系統Cs中關于泵壓的伺服增益Ks低于第一控制系統Cf中關于泵壓的伺服增益Kf。因此，能夠使得第二控制系統Cs的優點(特性)更明顯，在所述第二控制系統中，螺桿速度進行開環控制而且泵壓經由反饋進行控制。
(4) 按照另一個優選的方面，注射壓力檢測裝置6包括噴嘴樹脂壓力傳感器6a、缸內壓傳感器6b和模具樹脂壓力傳感器6c中的至少一個，所述噴嘴樹脂壓力傳感器6a用于檢測在注射設備li的注射噴嘴ll內的樹脂壓力(Pid)，所述缸內壓傳感器6b用于檢測注射缸12內的液壓(Pid)，所述模具樹脂壓力傳感器6c用于檢測模具13內的樹脂的壓力(Pid)。因此，能夠對應操作過程、模塑狀況等選擇更優選的檢測位置。這使得能夠精確地執行適合于操作過程、模塑狀況等的控制。
(5) 按照另一個優選方面，設置用于驅動馬達3的小回路控制系統Cm，其中驅動馬達3的轉數由旋轉編碼器14檢測，而且基于該檢測結果，所述轉數經由反饋進行控制。因此，能夠使驅動馬達3的轉數穩定并使液壓泵4的排放流速和泵壓穩定。(6) 按照另一優選方面，當使用能夠手動任意地執行切換的手動選擇裝置8m作為模式選擇裝置8時，能夠通過操作員的決斷選擇最適宜的控制模式。
(7) 按照另一優選方面，至少按照材料信息選擇第一控制模式Ml或選擇第二控制模式M2。因此，能夠對應各種模塑材料的不同特性(狀況)執行最適宜的控制。
(8 )按照另 一優選方面，所述材料信息至少包括再生材料的信息，該再生材料含有純凈材料和預定比例的或更多比例的廢料，對于純潔材料選擇第一控制模式，對于再生材料選擇第二控制模式。因此，能夠針對純凈材料和再生材料特別地執行最適宜的控制。


圖1是如何控制按照本發明優選實施例的注射模塑機的流程圖。
圖2是表示注射模塑機的結構的示意圖。
圖3是表示注射模塑機的主要部分的塊狀系統圖。
圖4是表示注射模塑機的速度補償部分的塊狀系統圖。
圖5是表示注射模塑機的壓力補償部分的塊狀系統圖。
圖6是當在注射模塑機內選擇第 一控制模式時的塊狀系統圖。
圖7是當在注射模塑機內選擇第二控制模式時的塊狀系統圖。
圖8是表示當使用第一和第二控制模式時相對于結束階段中螺桿
的位置，關于螺桿速度和注射壓力的數據。
圖9表示當使用第一和第二控制模式時，相對于注射填充過程的
所有階段中螺桿的位置，關于螺桿速度和注射壓力的數據。
具體實施例方式
現在參照附圖描述本發明的優選實施例。所述附圖不限制本發明的范圍但是有助于對本發明的理解。為了防止本發明被不清楚地描述，公知部分的詳細描述將予以省略。
首先參照圖2至5詳細地描述該實施例的注射模塑機1的結構。在圖2中，參考數字1代表注射模塑機；所述注射模塑機具有注 射設備li和模具夾緊設備。模具夾緊設備沒有示出，僅示出了由該模 具夾緊設備支撐的模具13。注射設備li包括在前端具有注射噴嘴11 和在后端具有料斗21的加熱缸22。螺桿23被插在加熱缸22內，螺 桿馬區動部《、24 i更置在力口熱釭22的后端。螺桿馬區動部《、24具有注射釭 (液壓缸)12，注射缸12包括單桿注射活塞25，注射活塞25的向前 突出的活塞桿25r被結合到螺桿23的后端。與注射缸12相連的液壓 馬達26的軸被花鍵結合到注射活塞25的后端。注射設備li使注射噴 嘴11接觸模具13,這使得熔化樹脂被注射并填充進模具13的型腔內。
參考數字31代表液壓驅動部分；它具有充當液壓驅動源2的液壓 泵(可變排放液壓泵)4和切換閥回路32。液壓泵4具有泵部分33 和用來旋轉驅動泵部分33的伺服馬達(驅動馬達)3。連接到模塑機 控制器51的輸出口的交流伺服馬達被用作伺服馬達3，另外設置了用 來檢測伺服馬達3的轉數的旋轉編碼器14。該旋轉編碼器14被連接 到模塑機控制器51的輸入口。
泵部分33結合構造有斜板活塞泵的泵體34。因此，泵部分33具 有斜板35。當斜板35的傾斜角(斜板角)增加時，在泵體34內的泵 活塞的沖程增加，而且排放流速增加；當傾斜角降低時，泵活塞的沖 程降低而且排放流速降低。因此，通過設定斜板角處于預定角度，能 夠設定固定的排放流速，這時排放流速被固定在預定的水平。斜板35 另外設有控制缸36和復位彈簧37，控制缸36通過切換閥(電磁閥) 38被連接到泵部分33 (泵體34)的排放口。因此，能夠通過控制控 制缸36來改變斜板35的角度(斜板角)。
泵部分33的入口連接油罐39，泵部分33的排放口被連接到切換 閥回路32的初級側，切換閥回路32的次級側被連接到致動器，構成 致動器的部件包括注射模塑機i中的注射缸12和液壓馬達26、模具 夾緊缸、伸出缸和注射設備傳遞缸。因此，切換閥回路32具有多個切 換閥(電磁閥)，每個切換閥至少連接到注射缸12、液壓馬達26及其 它的致動器上。每個切換閥由一個、兩個或更多個閥部件、必須的附加液壓部件和其它部件組成，并且具有在工作油的供應、停止和排放
之間至少切換注射缸12、液壓馬達26等致動器的功能。
因此，當可變地控制伺服馬達3的轉數時，能夠改變液壓泵4的 排放流速和泵壓。基于此，能夠控制注射缸12、液壓馬達26等致動
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可靠地并更有效地實現該實施例的控制，特別是實現后面所述的第二
控制模式M2 (第二控制系統Cs )。
另外在注射設備li中設置各種傳感器。具體地，注射設備li具 有檢測螺桿23的位置并結合線性編碼器等的螺桿位置傳感器5x，用 來檢測關于注射壓力的壓力檢測值Pid的注射壓力檢測裝置6，和用 來檢測關于液壓泵4的泵壓(排放壓力)的壓力檢測值Ppd的泵壓傳 感器(泵壓檢測裝置)7。在該情況下，注射壓力檢測裝置6具有用來 檢測注射設備li的注射噴嘴ll內樹脂壓力(Pid)的噴嘴樹脂壓力傳 感器6a，和用來檢測注射缸12的后油室12r內液壓(Pid )的缸內壓 傳感器6b。替代通過噴嘴樹脂壓力傳感器6a檢測注射噴嘴11內樹脂 的壓力，可以檢測加熱缸22內樹脂的壓力或者可通過模具樹脂壓力傳 感器6c檢測模具13內的樹脂壓力。傳感器5x、 6a(6c)、 6b和7被 連接到模塑機控制器51的輸入口。如上所述，當注射壓力檢測裝置6 包括用來檢測注射設備li的注射噴嘴11內樹脂壓力的噴嘴樹脂壓力 傳感器6a、用來檢測注射缸12內液壓的缸內壓傳感器6b和用來檢測 模具13內樹脂壓力的模具樹脂壓力傳感器6c中的至少一個時，能夠 選擇相應于操作過程、模塑狀況等的更優選的檢測位置。因此，能夠 適應操作過程、模塑狀況等精確地執行控制。
圖3是表示模塑機控制器51的主要部分的塊狀系統圖。在圖3 中，參考數字52代表速度轉換器；參考數字53v代表速度補償部分； 參考數字53p代表壓力補償部分；參考數字54代表速度限制器；參考 數字55代表轉速補償部分；參考數字56代表速度轉換器；參考數字 57代表扭矩補償部分；參考數字58代表電流檢測器；參考數字59代 表開關。參考數字8代表模式選擇裝置；所述模式選擇裝置使用能夠手動 切換的手動選擇裝置8m。因此，手動選擇裝置8m具有在圖3中示出 的速度選擇開關SWv和壓力選擇開關SWp，以及在圖2中示出的模 式切換部分8ms，該模式切換部分以相互配合的方式在速度選擇切換 功能部分SWv和壓力選擇切換功能部分SWp之間進行切換。該模式 切換部分8ms是手動操作部分；能夠使用在模塑機控制器51等的顯 示屏上顯示的觸摸面板選擇鍵。因此，操作員手動操作模式切換部分 8ms以允許速度選擇切換功能部分SWv和壓力選擇切換功能部分 SWp同時被切換，并允許任意選擇后面要描述的第一和第二控制模式 M1和M2。即，能夠通過操作員的決定來選擇最適宜的控制模式。
如圖3所示，上述泵壓力傳感器7被連接到壓力選擇切換功能部 分SWp，上述樹脂壓力傳感器6a (6c)和缸內壓傳感器6b通過開關 59被連接到壓力選擇切換功能部分SWp。因此，從缸內壓傳感器6b (樹脂壓力傳感器6a (6c))和泵壓傳感器7獲得的壓力檢測值Pid和 Ppd通過壓力選擇切換功能部分SWp進行選擇，并被輸送給壓力補償 部分53p。上述螺桿位置傳感器5x被連接到速度轉換器52。因此，從 螺桿位置傳感器5x獲得的位置檢測值Xd由速度轉換器52轉換為速 度檢測值Vd，并被輸送給速度補償部分53v。因此，螺桿位置傳感器 5x和速度轉換器52組成檢測關于螺桿速度的位置檢測值Vd的螺桿速 度檢測裝置5。從旋轉編碼器14獲得的轉數檢測值Xe由速度轉換器 56轉換為轉數檢測值Ve，并被輸送給轉速補償部分55。由此，形成 伺服馬達3用的小回路控制系統，而且經由反饋控制伺服馬達3的轉 數(轉速)。因此，能夠使伺服馬達3的轉數穩定，以及使液壓泵4 的排放流速和泵壓穩定。
預定的速度目標值(速度設定值)Vfc和Vsc被輸送給速度補償 部分53v，預定的壓力目標值(壓力設定值)Pic和Ppc被輸送給壓力 補償部分53p。該壓力補償部分53p具有后面要描述的VP切換控制 功能部分Fc和積分項控制功能部分Fk。速度目標值Vfc和Vsc也被 輸送給速度選擇切換功能部分SWv和壓力補償部分53p。從速度補償部分53v輸出的速度指令值Vco或速度目標值Vs由速度選擇切換功 能部分SWv進行選擇，被輸送給速度限制器54并設定成速度限制值。 從壓力補償部分53p輸出并且被壓力補償的速度指令值Vpo也被輸送 給速度限制器54。從速度限制器54輸出的速度指令值Vca被輸送給 轉速補償部分55。從轉速補償部分55輸出的扭矩指令值被輸送給扭 矩補償部分57。從扭矩補償部分57輸出的馬達驅動電流被輸送給伺 服馬達3以驅動伺服馬達3。馬達驅動電流的大小由電流檢測器58檢 測，并且被輸送給扭矩補償部分57。因此，馬達驅動電流通過小回路 上的反饋進行控制。
在圖4中，特別示出了上述速度補償部分53v的塊狀系統圖；在 圖5中，特別示出了上述壓力補償部分53p的塊狀系統圖。
圖4所示的速度補償部分53v主要地由偏移運算單元65和PID 控制系統53vc組成。該PID控制系統53vc包^"加法器66、積分器 67、輸出1/積分值(積分值的倒數)的運算單元68、積分限制器69、 減法器70、加減器71、加法器72、延遲單元73、微分器74、比例增 益設定單元75和前饋回路76。因此，在速度補償部分53v中，在速 度目標值Vfc和速度檢測值Vd之間的偏差，即速度偏差值Ev是從偏 差運算單元65獲得的，該速度偏差值Ev通過PID控制系統53vc進 行速度補償，因此獲得速度指令值Vco，而且該速度指令值Vco作為 速度補償部分53v的輸出被輸送給速度選擇切換功能部分SWv。在 PID控制系統53vc中，執行I-PD控制。因為該實施例的注射模塑機 1包括具有對速度反饋控制系統相對較慢反應的液壓回路，因此這種 I-PD控制是適當的。這有利地允許控制系統的輕松調整和成本降低。
在圖5所示的壓力補償部分53p中，基礎電路53px主要地由偏 差運算單元81和PID控制系統53pc組成。該PID控制系統53pc包 括加法器82、積分器83、輸出1/積分值(積分值的倒數)的運算單元 84、積分限制器85、減法器86、加減器87、延遲單元88、微分器89 和比例增益設定單元卯。因此，在基礎電路53px中，壓力目標值Pic 和壓力檢測值Pid之間的偏差，或者壓力目標值Ppc和壓力檢測值Ppd之間的偏差，即壓力偏差值Ep是由偏差運算單元81獲得的，而且該 壓力偏差值Ep是通過PID控制系統53pc進行壓力補償的，由此獲得 速度指令值Vcg。該速度指令值Vcg從基礎電路53px輸出。在PID 控制系統53pc中，執行PI-D控制。因為該實施例的注射模塑機1包 括對壓力反饋控制系統的響應相對較慢的液壓回路，所以這樣的PI-D 控制是適當的。這有利地實現控制系統的輕松調整(編碼)和成本降 低。
壓力補償部分53p不但具有基礎電路53px，而且還有VP切換控 制功能部分Fc和積分項控制功能部分Fk。作為VP切換控制功能部 分Fc，使用在比例增益設定單元90和速度限制器54之間連接的速度 設定單元91和加法器92。從偏差運算單元81輸出的壓力偏差值Ep 和上述速度目標值Vfc ( Vsc )被輸入速度設定單元91。在速度設定單 元91中，設定預定的控制模式，該模式輸出對應于該壓力偏差值Ep 的補償指令值Va。因此，作為速度設定單元91的輸出，獲得相應于 壓力偏差值Ep的補償指令值Va，即，利用通過預定控制模式被輸入 的速度目標值Vfc (Vsc)的轉換而獲得的補償指令值Va。該補償指 令值Va被輸送給加法器92，在加法器處它被加上從比例增益設定單 元90獲得的速度指令值Vcg，并且從加法器92獲得的補償后速度指 令值Vpo被輸送給速度限制器54。當壓力偏差值Ep到達預定切換確 定值或更低時，該VP切換控制功能部分Fc從速度控制區轉為壓力控 制區，并且在這樣的轉換時通過預定模式控制處于速度控制區的速度 目標值Vfc (Vsc),然后將其轉為壓力控制區，結果，它能夠穩定地 和更理想地執行控制。特別的，當在遠離實際控制目標的位置檢測壓 力和速度時，被檢測的壓力和速度檢測值就是所謂的假定值。因此， 當速度控制區被切換為壓力控制區時，預定的切換確定值必然被設定 在大值。因此，通過設定在高值的壓力偏差值Ep，執行在反饋系統上 的切換，這導致執行切換時不穩定的操作和操作中的顯著變動。相應 地，速度迅速減小。然而，通過VP切換控制功能部分Fc,能夠消除 這些問題。積分預置單元92被用作積分項控制功能部分Fk。在速度控制區 被切換為壓力控制區時，該積分預置單元92執行這樣的操作，即將包 含在壓力補償部分53p的PID控制系統53pc的積分項預置在新的積 分項，該新的積分項被確定成使得切換后的速度指令值Vcg與切換之 前的速度指令值Vcg相一致。因此，從比例增益設定單元90輸出的 舊的速度指令值Vcgr、比例增益i殳定單元90的舊的比例增益Gpr、 微分器89的舊的微分輸出Dr、新的壓力偏差值Ep和從運算單元84 獲得的新的積分增益Gi都被輸送到積分預置單元92，通過用下面的 等式(100)執行運算處理，獲得新的積分項。
新積分項={ ( Vcr/Gpr ) +Dr-Ep}'Gi ( 100 )
如上所述，通過在切換之前用等式(100)執行關于舊速度指令值 Vcgr的反向計算來確定新積分項，而且新積分項，即運算結果(解答) 被預置在積分器83內。結果，當速度控制區被切換為壓力控制區時， 切換后的速度指令值Vcg與切換前的速度指令值Vcg —致。在該情況 下，舊速度指令值Vcgr、舊的比例增益Gpr和舊的微分輸出Dr被臨 時儲存在積分預置單元92內。通過提供如上操作的積分項控制功能部 分Fk，能夠防止不穩定的變化，比如超過目標或者未達目標，這些變 化是在速度控制區被切換為壓力控制區時由震動引起的。
現在參照圖1至7，對根據該實施例的控制方法作出說明，該控 制方法包括具有這樣的結構的注射模塑機1的操作，特別是注射過程 的操作。
在注射模塑機1中，設定兩種控制模式，即第一控制模式Ml和 第二控制模式M2。此處，第一控制模式Ml是使用第一控制系統Cf 的模式，其中如圖6所示，螺桿速度由速度檢測值Vd和設定的速度 目標值Vfc經由反饋進行控制，所述速度檢測值Vd是通過螺桿速度 檢測裝置5檢測并且與螺桿速度有關，其中，注射壓力由壓力檢測值 Pid和設定的壓力目標值Pic經由反饋進行控制，所述壓力檢測值Pid 通過注射壓力檢測裝置6檢測并與注射壓力相關。因此，當使用第一 控制模式Ml時，模式選擇裝置8的速度選擇開關SWv和壓力選擇開關SWp如圖6所示被切換到選擇第一控制模式Ml的位置。
相反，第二控制模式M2是使用第二控制系統Cs的模式，其中如 圖7所示，螺桿速度是由設定的速度目標值Vsc開環控制的，并且其 中泵壓是由液壓泵4的壓力檢測值Ppd和設定的壓力目標值Ppc經由 反饋控制的，所述壓力檢測值Ppd是通過泵壓傳感器7檢測并和泵壓 有關。因此，當使用第二控制模式M2時，模式選擇裝置8的速度選 擇開關SWv和壓力選擇開關SWp被切換到如圖7所示的選擇第二控 制模式M2的位置。在第二控制模式M2中，關于第二控制系統Cs 的泵壓的伺服增益Ks被設定成低于關于第 一控制系統Cf的泵壓的伺 服增益Kf。該伺服增益Kf能夠設定在標準水平。當以這種方式將第 二控制系統Cs的伺服增益Ks設定成低于第一控制系統Cf的伺服增 益Kf時，能夠使得其中螺桿速度是開環控制且泵壓經由反饋控制的 第二控制系統Cs的優點(特性)變得更明顯。
現在按照圖1所示的流程圖說明使用第一控制模式Ml和第二控 制模式M2的注射過程(注射填充過程和壓力保持過程)的操作。
在開始生產之前，操作員首先在第一控制模式Ml和第二控制模 式M2之間選擇。此處，能夠根據至少材料信息選擇第一控制模式 M1和第二控制模式M2 (步驟S1)。更優選地，當模塑材料為通常的 模塑材料(純凈材料)時，能夠選擇第一控制模式Ml,當模塑材料 是含有預定比例的廢料或更多時，'能夠選擇第二控制模式M2。因此， 通過在第一控制模式Ml和第二控制模式M2之間進行選擇，能夠執 行適合各種模塑材料的不同特性(狀況)的最適宜的控制。特別地， 能夠執行關于純凈材料和再生材料的最適宜的控制。操作員能夠手動 操作模式切換部分8ms以在第一控制模式Ml和第二控制模式M2之 間進行選擇。
現在假設操作員選擇了第一控制模式Ml來模塑純凈材料(步驟 S2和S3)。因此，在注射過程中，執行完整的閉環控制(步驟S4)。 該完整的閉環控制是通過上述第 一控制系統Cf執行的，在該第 一控制 系統Cf中，如圖6所示，螺桿速度由速度檢測值Vd和預置的速度目標值Vfc經由反饋進行控制(步驟S41)，所述速度檢測值Vd通過螺 桿速度檢測裝置5檢測并和螺桿速度相關，并且其中，注射壓力由壓 力檢測值Pid和預置的壓力目標值Pic經由反饋進行控制(步驟S42 )， 所述壓力檢測值Pid通過缸內壓傳感器6b檢測并和注射壓力相關。與 泵壓相關的伺服增益Kf被設定成相對高于與第二控制系統Cs中的泵 壓相關的伺服增益Ks (步驟S43)。因為第二控制系統Cs的伺服增益 Ks被設定為低于標準值，所以伺服增益Kf能夠設定為標準值。
然后，在第一控制模式Ml中，在生產中控制注射過程(步驟S7 )。 在此情況下，在注射填充過程中，通過模塑機控制器51控制伺服馬達 3被驅動，而且通過液壓泵4的操作使加壓油輸送進注射缸12的后油 室12r。結果，加熱缸22內被計量的熔融樹脂(純凈材料)通過注射 活塞25和螺桿23的向前運動經由注射噴嘴11被注射并填充進模具 13的型腔。此處，從螺桿位置傳感器5x獲得的位置檢測值Xd通過速 度轉換器52被轉換成速度檢測值Vd，而且被輸送給偏差運算單元65。 在偏差運算單元65內，獲得速度目標值Vfc和速度檢測值Vd之間的 偏差，即速度偏差值Ev，而且還獲得由速度偏差值Ev通過PID控制 系統53vc進行速度補償后作為結果獲得的速度指令值Vco。該速度指 令值Vco經過速度選擇切換功能部分SWv被輸送給速度限制器54。
從缸內壓傳感器6b獲得的壓力檢測值Pid經過壓力選擇切換功能 部分SWp被輸送到偏差運算單元81。在偏差運算單元81內，獲得壓 力目標值Pic和壓力檢測值Pid之間的偏差，即壓力偏差值Ep，而且 還獲得由壓力偏差值Ep通過PID控制系統53pc進行壓力補償后作為 結果獲得的速度指令值Vcg，作為比例增益設定單元90的輸出。在加 法器92內，速度指令值Vcg和來自速度設定單元91的補償指令值Va 被加在一起，得到的值輸送給速度限制器54。在速度限制器54內， 從速度補償部分53v輸出的速度指令值Vco被設定為速度限制器值。 在注射填充過程中，因為注射壓力(壓力檢測值Pid)低，壓力偏差 值Ep高。因此，速度指令值Vco即速度限制器值作為速度指令值Vca 從速度限制器54輸出，而且經由反饋控制螺桿速度，使得注射速度成為速度目標值Vfc。
當注射填充過程繼續時，注射壓力逐漸增加，即，壓力檢測值Pid
逐漸增加。因此，壓力目標值Pic和壓力檢測值Pid之間的壓力偏差
值Ep(速度指令值Vcg)降低。當速度指令值Vcg變為小于速度指令 /f古Vp 加；去；t昭在'l哭/吉. 氣太卜iir J+"tr7i& " 7T, *沐后，當從
螺桿位置傳感器5x獲得的位置檢測值Xd達到預定位置(VP切換位 置)或者壓力目標值Pic (VP切換壓力)時，該過程被轉換為壓力保 持過程。在壓力保持過程(壓力控制區)中，壓力偏差值Ep(速度指 令值Vcg)低于速度指令值Vco,從壓力補償部分53p獲得的速度指 令值Vcg作為速度指令值Vca從速度限制器54輸出，而且壓力經由 反饋進行控制，使得壓力檢測值Pid等于壓力目標值Pic。
當在如上所述的第一控制模式Ml中執行控制時，螺桿速度經由 反饋進行控制，使得更精確地控制該速度，而且注射壓力(樹脂壓力) 也經由反饋進行控制，使得更精確地控制該壓力。因此，對模塑機高 度精確的控制就反應在高度均勾的純凈材料上。這使得對純凈材料能 夠執行最適宜的控制。在完成注射過程后，執行除注射過程外的模塑 過程(步驟S8和S9)。在除了注射過程外的模塑過程中，取消第一控 制模式M1。
現在假設操作員選擇第二控制模式M2來模塑再生材料(步驟 S5)。從而，在注射過程中，執行半閉環控制(步驟S6)。所述半閉環 控制通過上述第二控制系統Cs執行，而且如圖7所示，螺桿速度用 設定的速度目標值Vsc進行開環控制(步驟S61 )，泵壓通過壓力檢測 值Ppd和預置壓力目標值Ppc經由反饋進行控制(步驟S62)，其中 所述壓力檢測值Ppd通過泵壓傳感器7檢測并和液壓泵4的泵壓有關。 關于在第二控制系統Cs中泵壓的伺服增益Ks被設定為低于關于第一 控制系統Cf中泵壓的伺服增益Kf (步驟S63)。
然后，在第二控制模式M2中，在生產中控制注射過程(步驟S7 )。 在該情況下，在注射填充過程中，伺服馬達3通過模塑機控制器51 被控制成被驅動，并且通過液壓泵4的操作將加壓油被輸送進注射缸12的后油室12r內。然后，加熱缸22內^皮計量的熔融樹脂(再生材 料)通過注射活塞25和螺桿23的向前運動經由注射噴嘴11被注射并 填充進模具13的型腔。在該情況下，速度目標值Vsc繞過速度補償部 分53v，并被直接輸送給速度限制器54,對螺桿速度進行開環控制。
從泵壓傳感器7獲得的而且與泵壓有關的壓力檢測值Ppd經過壓 力選擇切換功能部分SWp被輸送給偏差運算單元81。因此，在壓力 目標值Ppc和壓力檢測值Ppd之間的壓力偏差值Ep從偏差運算單元 81獲得，接著執行反饋控制，使得液壓泵4的泵壓(排放壓力)等于 壓力目標值Ppc。因此，高度精確和穩定的油壓從液壓驅動源2輸送 到注射缸12的后油室12r。考慮到是再生材料，將壓力目標值Ppc設 定為不會由于飛邊等引起缺陷。
當在如上所述的第二控制模式M2中執行控制時，螺桿速度進行 開環控制，而且液壓泵4的泵壓經由反饋進行控制，從而更精確地控 制泵壓。因此，即使再生材料非常不均勾，也能夠按照再生材料的特 性和狀況在模塑機上執行控制。具體地，因為螺桿速度進行開環控制， 而且高度精確和穩定的油壓從液壓泵4輸出，即使由于再生材料的特 性，再生材料存在沒有充分地填充模具13的型腔內的可能性，也能夠 防止這種不充分的填充(注射不足的缺陷等)，而且即使由于再生材料 的特性，存在再生材料過量填充進模具13的型腔內的可能性，也能夠 防止過量填充(由于飛邊的缺陷等)。因此，在第二控制模式M2中， 即使包含30。/。或以上的不同類型材料，也能夠特別針對再生材料執行 適宜的控制并且令人滿意地執行模塑。在完成注射過程后，執行除了 注射過程外的模塑過程(步驟S8和S9 )。在除了注射過程之外的模塑 過程中，取消第二控制模式M2。
圖8和圖9表示第一控制模式Ml和第二控制模式M2之間的對 比數據，特別是當再生材料在第一控制模式Ml和第二控制模式M2 中被模塑時獲得的對比數據。圖8表示在注射填充過程的結束階段時 對應于螺桿位置X的螺桿速度V和注射壓力Pi。由于執行注射填充 過程的結束階段，模具13的型腔幾乎被樹脂完全填滿。在第一控制模式Ml中，優先考慮速度控制，從而連續執行速度控制(圖8中的V (Ml))，直到在注射填充過程的結束階段完成速度控制區為止(當達 到VP切換位置時)。由此，注射壓力Pi (圖8中的Pi (Ml))根據速 度控制而增加。因此，可夠發生由于飛邊的缺陷等。與此相反，在第 二控制模式M2中，在注射填充過程的結束時，注射壓力Pi(圖8中 的Pi (M2))根據樹脂的狀況降低，而且當注射壓力Pi降低時，螺桿 速度V (圖8中的V (M2))降低。因此，根據樹脂的狀況以及穩定 的泵壓的大小調整填充樹脂的量，結果防止出現由于飛邊的缺陷等。
圖9表示在注射填充過程的所有階段相應于螺桿位置X的螺桿速 度V和注射壓力Pi。在第二控制模式M2中，注射壓力Pi (圖9中的 Pi (M2))根據樹脂的狀況減小，相應地，螺桿速度V (圖9中的V (M2))逐漸降低。特別的，在圖9中，期間Vna指的是螺桿速度V 根據注射壓力Pi (填充壓力)逐漸降低的期間，并且在該期間內，根 據樹脂的狀況執行模塑。在圖9中，V (Ml)代表第一控制模式Ml 中的螺桿速度V， Pi (Ml)代表第一控制模式M1中的注射壓力Pi。
如上所述，通過根據該實施例的注射模塑機1及控制它的方法， 因為第一控制模式Ml和第二控制模式M2能夠按照模塑材料進行選 擇，即使使用不同類型的模塑材料(狀況)，也能夠為不同類型的模塑 材料的模塑操作共享單個注射模塑機1。因此，沒有必要根據不同類 型的模塑材料購買兩種類型的注射模塑機，這在成本、安裝空間等方 面有益，而且不同類型的模塑材料通過改變控制方法來處理。由此， 能夠防止注射模塑機本身變得專門化和復雜化，這有助于進一步降低 成本。即使模塑材料包含不同類型的材料如再生材料，根據不可避免 含有不同類型材料的模塑材料的特性和狀況，也能夠執行最適宜的控 制，所以即使模塑材料是不均勻的，不論不均勻的程度如何，都能夠 提高模塑材料的模塑質量和均勻度。特別地，當選擇第二控制模式 M2時，防止了超負荷。這有助于改進注射模塑機整體的能量節約。
盡管以上已經詳細地描述了優選實施例，但是本發明不限于這些 實施例。在不脫離本發明的精神的情況下，對回路結構、方法、數值等方面能夠做出修改、添加和刪除。
例如，盡管上述說明涉及這樣的情況，即其中被手動切換的手動
選擇裝置8ms用作模式選擇裝置8，但是相反可以使用自動選擇裝置， 該自動選擇裝置至少基于設定模塑狀況時輸入的材料代碼自動地做出 選擇。盡管上述說明涉及這樣的情況，即按照材料信息，特別是含有 純凈材料和預定比例或更多比例的廢料的再生材料，選擇第一控制模 式Ml或第二控制模式M2,但是本發明不限于這樣的選擇要素。特 別地，由操作員用模式選擇裝置8任意地做出選擇，這允許按照各種 模塑材料、模塑材料的組合和模塑產品的形狀等、或者除了模塑材料 之外的因素做出選擇，而且當使用未知的模塑材料時，能夠先試用控 制模式Ml和M2中的一個，然后如果沒有令人滿意地執行模塑，則 試用另一個控制模式M2或Ml。盡管通過舉例的方式將伺服馬達3 用作驅動馬達3,但也可以使用具有和伺服馬達3 —樣功能的任何其 它驅動馬達3。 工業應用性
本發明可適用于帶有液壓驅動源的注射模塑機，其中包括液壓泵 的液壓驅動源可變地控制驅動馬達的轉數，以獲得排放流速的控制。
參照標記列表
1:注射模塑機，li:注射單元，2:液壓驅動源，3:驅動馬達， 4:液壓泵，5:螺桿速度檢測裝置，6:注射壓力檢測裝置，6a:噴嘴 樹脂壓力傳感器，6b:缸內壓傳感器，6c:模具樹脂壓力傳感器，7: 泵壓傳感器，8:模式選擇裝置，8m:手動選擇裝置，11:注射噴嘴， 12:注射缸，13:模具，14:旋轉編碼器，Vd:位置檢測值，Vfc: 速度目標值，Vsc:速度目標值，Pic:壓力目標值，Ppc:壓力目標值， Pid:壓力檢測值，Ppd:壓力檢測值，Ml:第一控制模式，M2:第 二控制模式，Cf:第一控制系統，Cs:第二控制系統，Cm:小回路 控制系統
21引文列表 專利文獻1
日本JP-A-H04-79289 專利文獻2
日本JP畫A畫2004-50427 。
權利要求
1. 一種設有液壓驅動源的注射模塑機，該液壓驅動源包括可變地控制驅動馬達的轉數以獲得排放流速的控制的液壓泵，所述注射模塑機包括能夠在第一控制模式和第二控制模式之間有選擇地切換的模式選擇裝置，其中，在第一控制模式中，通過第一控制系統執行控制，其中，通過速度檢測值和設定的速度目標值經由反饋來控制螺桿速度，所述速度檢測值通過螺桿速度檢測裝置進行檢測并且與螺桿速度有關，并且通過壓力檢測值和設定的壓力目標值經由反饋來控制注射壓力，所述壓力檢測值通過注射壓力檢測裝置進行檢測并與注射壓力相關，相反，在第二控制模式中，通過第二控制系統執行控制，其中，由設定的速度目標值開環控制螺桿速度，并且通過壓力檢測值和設定的壓力目標值經由反饋來控制泵壓，所述壓力檢測值通過泵壓檢測裝置進行檢測并和液壓泵的泵壓有關。
2. 如權利要求l所述的注射模塑機，其中，在第二控制模式中關 于泵壓的伺服增益設定為低于第一控制模式中關于泵壓的伺服增益。
3. 如權利要求1所述的注射模塑機，其中，所述注射壓力檢測裝 置包括噴嘴樹脂壓力傳感器、缸內壓傳感器和模具樹脂壓力傳感器中 的至少一個，所述噴嘴樹脂壓力傳感器用于檢測在注射設備的注射噴 嘴內的樹脂壓力，所述缸內壓傳感器用于檢測注射缸內的液壓，所述 模具樹脂壓力傳感器用于檢測模具內的樹脂的壓力。
4. 如權利要求1所述的注射模塑機，還包括 用于驅動馬達的小回路控制系統，其通過旋轉編碼器檢測所述驅動馬達的轉數并且基于檢測結果經由反饋控制所述轉數。
5. 如權利要求4所述的注射模塑機，其中伺服馬達被用作驅動馬達。
6. 如權利要求1所述的注射模塑機，其中，能夠手動和任意地執行切換的手動選擇裝置被用作模式選擇裝置。
7. 如權利要求1所述的注射模塑機，其中，至少基于在設定模塑 狀況時輸入的材料編碼自動做出選擇的自動選擇裝置被用作模式選擇 裝置。
8. 如權利要求7所述的注射模塑機，其中至少根據材料信息選擇 第一控制模式或第二控制模式。
9. 如權利要求8所述的注射模塑機，其中，所述材料信息至少包 括再生材料的信息，該再生材料含有普通的模塑材料(純凈材料)和 預定比例的或更多比例的廢料，對純凈材料選擇所述第一控制模式， 對于再生材料選擇第二控制模式。
10. —種控制注射模塑機的方法，該注射模塑機包括液壓泵作為 液壓驅動源，該液壓泵可變地控制驅動馬達的轉數以獲得排放流速的 控制，其中，提供可選擇的第一控制模式和第二控制模式，如果選擇第 一控制模式，則通過第一控制系統執行控制，其中，通過與被檢測的 螺桿速度有關的速度檢測值和設定的速度目標值經由反饋來控制螺桿 速度，通過與被檢測的注射壓力相關的壓力檢測值和設定的壓力目標 值經由反饋來控制注射壓力，相反，如果選擇第二控制模式，則通過 第二控制系統執行控制，其中，通過設定的速度目標值開環控制螺桿 速度，并且通過與液壓泵的被檢測的泵壓有關的壓力檢測值和設定的 壓力目標值經由反饋來控制泵壓。
11. 如權利要求IO所述的控制注射模塑機的方法，其中，至少根 據材料信息選擇第一控制模式或第二控制模式。
12. 如權利要求11所述的控制注射模塑機的方法，其中，所述材 料信息至少包括再生材料的信息，該再生材料含有普通的模塑材料(純 凈材料)和預定比例的或更多比例的廢料，對純凈材料選擇第一控制 模式，對于再生材料選擇第二控制模式。
13. 如權利要求IO所述的控制注射模塑機的方法，其中在注射過 程中使用第 一 控制模式和第二控制模式。
14. 如權利要求IO所述的控制注射模塑機的方法，其中，在驅動 馬達用的小回路控制系統中，通過旋轉編碼器檢測驅動馬達的轉數， 并且基于檢測結果經由反饋控制所述轉數。
15. 如權利要求14所述的控制注射模塑機的方法，其中伺服馬達 被用作驅動馬達。
16. 如權利要求10所述的控制注射模塑機的方法，其中，在第二控制模式中關于泵壓的伺服增益被設定為低于在第一控制模式中關于 泵壓的伺服增益。
全文摘要
注射模塑機(1)包括能夠在第一控制模式M1和第二控制模式M2之間有選擇地切換的模式選擇裝置(8)。在第一控制模式M1中，通過第一控制系統(Cf)執行控制，其中，通過由螺桿速度檢測裝置(5)檢測的速度檢測值Vd和速度目標值Vfc經由反饋來控制螺桿速度，通過由注射壓力檢測裝置(6)檢測的壓力檢測值Pid和壓力目標值Pic經由反饋控制注射壓力，相反，在第二控制模式M2中，通過第二控制系統(Cs)執行控制，其中，通過速度目標值Vsc開環控制螺桿速度，并且通過壓力檢測值Ppd和壓力目標值Ppc經由反饋控制泵壓，其中所述壓力檢測值Ppd通過泵壓檢測裝置(7)進行檢測并和液壓泵(4)的泵壓有關。
文檔編號B29C45/76GK101518938SQ20091000834
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月26日 優先權日2008年2月29日
發明者中村清, 加藤利美, 村田博文, 海野義元, 箱田隆 申請人:日精樹脂工業株式會社