專利名稱：注模機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在材料樹脂測量工序中高精度控制配置在注模模加熱筒中螺桿速度、位置和背壓的注模機(jī)，而且還涉及一種控制同樣用途的注模機(jī)的方法。
在設(shè)計(jì)注模機(jī)時(shí)，特別在考慮各種步驟的控制或自動化操作時(shí)，必須注意產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)、節(jié)能和生產(chǎn)效率的提高，特別在材料樹脂測量工序中尤其要注意這些問題。從產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)這一點(diǎn)出發(fā)，由于其質(zhì)量主要受注射速度、壓力、樹脂溫度、注入量等的影響，就需要測量高精度注入樹脂的精確量。從節(jié)能這一點(diǎn)出發(fā)，由于以顆粒形狀喂入注模機(jī)加熱筒的材料樹脂是在注模機(jī)中加熱，由螺桿剪切和攪拌以獲得均勻熔融的樹脂的，因此樹脂測量過程的能量可根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)速(下面稱為轉(zhuǎn)數(shù))和背壓、要熔融的樹脂的溫度和種類及形式有效地控制螺桿操作而減至最小，而且，模制產(chǎn)品的生產(chǎn)效率能由減少測量工序所需時(shí)間間隔而提高。
一般地說，在注模機(jī)中，材料樹脂通過料斗喂入加熱筒，喂入加熱筒的樹脂由螺桿旋轉(zhuǎn)向前喂入。在這一操作過程中，樹脂由加熱器，如安置在加熱筒外圓周的加熱線圈加熱，然后，由螺桿的旋轉(zhuǎn)剪切，攪拌。當(dāng)喂入在加熱筒前端部分形成的空間中的樹脂通過在加熱筒前端部分形成的噴嘴注入模具。注入模具的樹脂壓力將螺桿稍微回縮，由此防止熔融的樹脂向外流出。這時(shí)，由有效地聯(lián)接螺桿的驅(qū)動機(jī)構(gòu)向螺桿施加背壓，由此防止從噴嘴和料斗把空氣引入加熱筒并精確測量樹脂量。因此，螺桿靠樹脂壓力和由傳動機(jī)構(gòu)所加背壓之間的壓差逐漸拉回。螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)和背壓是根據(jù)所用樹脂的類型及溫度憑經(jīng)驗(yàn)予定。用于確定樹脂注射量的螺桿在加熱筒中的位置是由檢測裝置，如限位開關(guān)，(檢測裝置配置在傳動機(jī)構(gòu)中)以及推動螺桿旋轉(zhuǎn)的裝置和向螺桿提供背壓的裝置確定。
由于上述通用型注模機(jī)的結(jié)構(gòu)，螺桿的位置是由限位開關(guān)檢測，然后間接地由螺桿轉(zhuǎn)數(shù)和其背壓之間相對關(guān)系控制。這樣就產(chǎn)生這樣一個(gè)問題由于限位開關(guān)動作后，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，使螺桿停在偏離所要求位置的位置上，在先有技術(shù)中為了克服這一缺點(diǎn)，只能在螺桿接近限位開關(guān)時(shí)逐漸降低螺桿的轉(zhuǎn)動，或在考慮螺桿過度向后運(yùn)動后，在理論操作點(diǎn)之前確定限位開關(guān)的操作點(diǎn)。出于上述原因，很有必要在樹脂測量過程反復(fù)試探及修正來確定實(shí)際螺桿位置。而且，由于外部因素或干擾，如所用樹脂的種類、模具形狀、溫度變化、樹脂濕度和從料斗喂入加熱筒的樹脂量的變化，精確的確定限位開關(guān)的操作點(diǎn)是很復(fù)雜的，這樣，獲得樹脂注入量以及限位開關(guān)操作點(diǎn)是很困難的。因此，不可能均勻地注入樹脂，也不可能防止模制產(chǎn)品質(zhì)量的下降，而且，在這種通常的技術(shù)中，即使在正常操作過程中，也得不必要地降低螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，使螺桿停在準(zhǔn)確位置，才能在短時(shí)間內(nèi)測量樹脂量并獲得較高的能源效率以及改進(jìn)生產(chǎn)率。由于上述干擾，在樹脂測量工序中螺桿的振動或過調(diào)在樹脂測量工序有害地向樹脂施加不必要地壓縮或壓力減少引起熔融的樹脂從噴嘴流出，或相反地流入料斗。因此，就需要適當(dāng)?shù)馗鶕?jù)螺桿的速度和位置控制注模機(jī)而甚至在注模機(jī)控制系統(tǒng)可變化操作過程中也不影響螺桿的特性。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種能夠控制其傳動機(jī)構(gòu)的改進(jìn)的注模機(jī)，以便精確地對機(jī)器單獨(dú)的或與螺桿裝置的轉(zhuǎn)數(shù)和背壓一起進(jìn)行測量工序。
本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供一種由適當(dāng)?shù)乜刂瓢輻U和螺桿傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制系統(tǒng)，精確地控制上述形式注模機(jī)測量工序的方法。
一方面根據(jù)本發(fā)明，提供了一種形式的注模機(jī)，在該注模機(jī)中供入中空加熱筒的材料樹脂被加熱并由螺桿向前喂入。該螺桿靠傳動機(jī)構(gòu)使其旋轉(zhuǎn)并在加熱筒中往復(fù)運(yùn)動。在加熱筒中熔融并塑化的樹脂注入模具，螺桿的位置及其轉(zhuǎn)數(shù)由檢測裝置檢測。該注模機(jī)的特征在于傳動機(jī)構(gòu)包括使螺桿旋轉(zhuǎn)的第一電動機(jī)和使螺桿往復(fù)運(yùn)動的第二電動機(jī)。其特征還在于檢測裝置包括檢測螺桿轉(zhuǎn)數(shù)并發(fā)出螺桿轉(zhuǎn)數(shù)反饋信號的有效聯(lián)接在第一電動機(jī)的第一傳感器以及檢測螺桿位置并發(fā)出螺桿位置反饋信號的有效聯(lián)接在第二電動機(jī)的第二傳感器。第一和第二電動機(jī)由控制系統(tǒng)控制，螺桿位置的指令信號，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)的反饋信號以及螺桿位置的反饋信號輸入該控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)向第一電動機(jī)發(fā)出螺桿旋轉(zhuǎn)信號以及向第二電動機(jī)發(fā)出螺桿背壓信號，使位置指令信號和位置反饋信號差值基本為零，該控制系統(tǒng)能夠修改使其具有各種控制方式。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明提供了一種在樹脂測量工序中控制注模機(jī)的方法，其中，螺桿速度調(diào)整輸入值和螺桿速度輸出值之間的差值輸入到速度回路放大元件，控制包括螺桿和螺桿傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制系統(tǒng)，而且螺桿速度指令和螺桿輸出值輸入到和放大元件聯(lián)接的適當(dāng)?shù)目刂圃?。該方法的特征是把來自放大元件的輸出值加在速度指令上，螺桿速度輸出值即輸入該放大元件，以獲得螺桿速度調(diào)整輸入值，并且放大元件的放大值根據(jù)匹配的控制元件輸出值而變化。
還有一個(gè)方面，根據(jù)本發(fā)明提供了一種在樹脂測量工序中控制注模機(jī)的方法，其中包括配備速度回路放大元件的速度控制系統(tǒng)，螺桿速度調(diào)整輸入值和螺桿速度輸出值之間的差值輸入速度控制系統(tǒng)，還配備一個(gè)受控的運(yùn)動控制系統(tǒng)，包括一個(gè)螺桿和一個(gè)螺桿傳動機(jī)構(gòu)以及放大元件。該方法特征還在于提供一種觀測單元，螺桿速度指令就輸入該觀測單元。觀測單元具有和速度控制系統(tǒng)同樣的特性，予定放大值被一個(gè)常數(shù)相乘，使其等于螺桿速度輸出值和觀測單元輸出值之間差值，而相乘后的輸出值和螺桿速度指令的差值作為螺桿速度調(diào)整輸出值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，加熱筒中的樹脂能夠針對外部因素或干擾，如所用樹脂的種類、模具形狀、樹脂之溫度、濕度等改變控制螺桿傳動系統(tǒng)的信號而精確地得到測量，完成測量所需的時(shí)間也可以減少，而且高質(zhì)量模制產(chǎn)品的生產(chǎn)率可以大大地提高。
本發(fā)明的特性、原理及應(yīng)用在參照附圖閱讀了下面詳細(xì)說明后將更清楚。
附圖中

圖1是通常形式注模機(jī)的原理縱剖視圖;
圖2是本發(fā)明注模機(jī)的原理縱剖視圖;
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明注模機(jī)控制系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的方框圖;
圖4是表示圖3中注模機(jī)螺桿轉(zhuǎn)數(shù)和背壓之間特性的曲線圖;
圖5是本發(fā)明注模機(jī)縱剖視圖;
圖6是表明圖3中位置控制元件產(chǎn)生作用的一個(gè)實(shí)施例的曲線圖;
圖7是表示位置控制元件操作的流程圖;
圖8、圖9和圖11是表示圖3速度控制元件產(chǎn)生作用的一個(gè)實(shí)例的曲線圖;
圖10和圖12是速度控制元件操作的流程圖;
圖13是表示圖3中背壓控制元件產(chǎn)生作用的一個(gè)實(shí)例的曲線圖;
圖14是表示背壓控制元件操作的流程圖;
圖15是表示圖3中轉(zhuǎn)數(shù)控制元件產(chǎn)生作用的一個(gè)實(shí)例的曲線圖;
圖16是轉(zhuǎn)數(shù)控制元件操作流程圖;
圖17是表示本發(fā)明控制系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖;
圖18是表示圖17中實(shí)施例相似于圖14的特性的曲線圖;
圖19是表示由圖17背壓控制元件產(chǎn)生作用的一個(gè)實(shí)例的曲線圖;
圖20是背壓控制元件操作流程圖;
圖21是本發(fā)明控制系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的方框圖;
圖22是表示圖21中實(shí)施例相似于圖4或圖18的特性曲線圖;
圖23是根據(jù)本發(fā)明解釋控制原理的動力學(xué)系統(tǒng)模型圖;
圖24是表示圖3所示控制系統(tǒng)以速度為基準(zhǔn)的方框圖;
圖25是解釋本發(fā)明控制方法的一個(gè)實(shí)施例的方框圖;
圖26用于圖25所示控制系統(tǒng)特性測量的階躍響應(yīng)曲線圖;
圖27是在本發(fā)明的控制方法用在圖3所示控制系統(tǒng)時(shí)控制系統(tǒng)的方框圖。
圖28是解釋本發(fā)明控制方法的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
為了更好地理解本發(fā)明的準(zhǔn)確特性，將參照圖1討論通用注模機(jī)的一般情況和已知類型注模機(jī)所遇到的各種問題。
圖1表示一個(gè)通用類型注模機(jī)原理縱剖面，其中，材料樹脂4通過料斗3喂入加熱筒2，然后由加熱筒2中螺桿1旋轉(zhuǎn)向前喂入，即，圖1中向左喂入，加熱筒2中的樹脂4由加熱器，如安裝在加熱筒2外圓周上的加熱線圈;加熱并由螺桿剪切和攪拌以塑化樹脂。這樣獲得的熔融樹脂6貯存在加熱筒2前端部分形成的空間，然后通過加熱筒2噴嘴部分5注入模具30的模腔。在這一過程中，由于噴嘴5的前端對著模具30的開口加壓，只要熔融的樹脂填滿模腔就使螺桿由于熔融樹脂的壓力向后，即Y方向移動。為了向螺桿1提供背壓以防止熔融樹脂6流出以及噴嘴5和料斗3中的空氣進(jìn)入加熱筒2并且在樹脂測量工序中精確地測量樹脂量，傳動機(jī)構(gòu)7有效地與螺桿連接。這樣，螺桿由于螺桿的旋轉(zhuǎn)和傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的背壓之間的壓差逐漸地向后移動。上述類型注模機(jī)中，決定要注入的樹脂量的螺桿位置在考慮了所用樹脂類型，溫度等后由檢測裝置如裝在傳動機(jī)構(gòu)7中的限位開關(guān)確定。
但是，由限位開關(guān)檢測并確定測量過程螺桿位置的系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)有上述在測量工序中精確檢測螺桿位置的各種問題。因此，就需要提供一種解決這些問題的改進(jìn)的機(jī)構(gòu)或裝置及方法。
圖2表示一個(gè)注模機(jī)原理方框圖，其中參考數(shù)字所指的元件與圖1所示元件相同。圖2中，電動機(jī)21通過傳動軸有效地和加熱筒2中螺桿1聯(lián)接。電動機(jī)21裝在傳動臺24上，該傳動臺24與球螺桿22嚙合的球螺母聯(lián)接，球螺桿22通過電動機(jī)20傳動軸有效地和電動機(jī)20聯(lián)接。
控制單元10分別通過傳感器26和25與電動機(jī)20和21聯(lián)接。螺桿1位置的指令信號Si輸入控制單元10并在控制單元10中運(yùn)算。運(yùn)算后的螺桿背壓信號Pi被傳送到變換螺桿位置的電動機(jī)20。運(yùn)算后的螺桿1轉(zhuǎn)數(shù)信號Ri同樣被傳送到使螺桿1旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)21。
當(dāng)電動機(jī)根據(jù)信號Ri運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿開始旋轉(zhuǎn)，材料樹脂從料斗3喂入加熱筒2。然后樹脂由于螺桿的運(yùn)動而受到剪切和攪拌由此塑化樹脂。當(dāng)加熱筒2充滿由此塑化或熔融的樹脂6時(shí)，螺桿1由貯存的熔融樹脂的壓力向后即以N的方向移動。在這一過程中，背壓便作用在螺桿上使能夠精確地測量樹脂量而不會把空氣吸入加熱筒2。在方向?yàn)镸的背壓頂著使螺桿回縮的力的同時(shí)，裝在傳動臺24上電動機(jī)21以N方向向后，因此，由與球螺桿22嚙合的球螺母23產(chǎn)生扭矩，球螺桿22與根據(jù)來自控制單元10發(fā)來的信號Pi運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)20聯(lián)接。聯(lián)接在電動機(jī)21的傳感器25檢測螺桿1的轉(zhuǎn)數(shù)n并向控制單元發(fā)出以螺桿轉(zhuǎn)數(shù)反饋信號Rf。聯(lián)接在電動機(jī)20的傳感器26檢測球螺母23的位置，即;螺桿1的位置，并向控制單元10發(fā)出相應(yīng)于背壓P的螺桿位置信號Sf。
圖3是控制單元10的結(jié)構(gòu)方框圖。參照圖3，指令產(chǎn)生裝置70發(fā)出的位置指令信號Si和螺桿位置反饋信號Sf之間壓差Se的信號輸入構(gòu)成指令值操作元件11的位置控制元件11A，以補(bǔ)償閉環(huán)控制器特性操作的信號So輸入同樣構(gòu)成操作元件11的速度控制元件11B，控制螺桿1的背壓指令信號Hi和轉(zhuǎn)數(shù)指令信號Ki從速度控制元件11B輸出，背壓指令信號Hi輸入背壓控制元件12，為補(bǔ)償閉環(huán)控制器特性操作的信號Ho從背壓控制元件12輸入功率放大器13，電功率由放大器13放大，螺桿背壓信號Pi輸入電動機(jī)20以控制該電動機(jī)20。同時(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)指令信號Ki輸入減法器14，信號Ki和轉(zhuǎn)數(shù)反饋信號Rf之間差值形成有關(guān)壓差的信號Ke，該來自減法器14的信號輸入轉(zhuǎn)數(shù)控制元件15，補(bǔ)償閉環(huán)控制器特性操作的輸出信號Ko輸入電功率放大器16以放大電功率，螺桿旋轉(zhuǎn)信號Ri被送入電動機(jī)21。
圖4表示解釋具有上述結(jié)構(gòu)的注模機(jī)操作過程的特性曲線。該曲線中橫軸代表螺桿1的轉(zhuǎn)數(shù)n，縱軸代表螺桿1的背壓P，字母V0到V4代表螺桿1的運(yùn)動速度(V0低速;V4高速)。
下面參照附圖2說明模具或成型機(jī)30在樹脂測量工序的一系列操作過程。
由于要測量的熔融樹脂6量是根據(jù)螺桿1的停止位置決定的，因此，輸入控制單元10的位置指令信號Si就代表樹脂6的量。當(dāng)位置傳感器26相應(yīng)于位置指令信號Si發(fā)出螺桿位置反饋信號Sf時(shí)，測量過程即可完成。完成測量過程的工序?qū)⒄請D3加以說明。當(dāng)差值Se輸入位置控制元件11A時(shí)，壓差Se被控制以由其予定的頻率特性補(bǔ)償閉環(huán)特性，產(chǎn)生輸入速度控制元件11b的信號So。速度控制元件產(chǎn)生控制螺桿的背壓指令Hi和轉(zhuǎn)數(shù)指令Ki，把螺桿速度減至為零并完成測量過程。這一過程將參照圖4曲線得以解釋，在樹脂測量過程開始時(shí)。指令Hi和Ki指示背壓P和轉(zhuǎn)數(shù)n，使螺桿1獲得盡可能高的轉(zhuǎn)數(shù)n4以增加測量效率。換句話說，螺桿1的速度V4是由圖2所示螺桿1以N方向運(yùn)動和以M方向的背壓之間相對差決定。圖4中虛線表明轉(zhuǎn)數(shù)n和背壓P之間組合關(guān)系，轉(zhuǎn)數(shù)n和背壓P在測量過程中是變化的，而斜線L1可以是隨意選擇確定的，樹脂測量工序是在螺桿轉(zhuǎn)數(shù)n4和背壓P4開始，隨后變?yōu)閚3P3、n2P2、n1P1最后在螺桿速度為Vo時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)為ns，背壓為ps，然后螺桿停止運(yùn)動以完成樹脂測量工序，而且，在螺桿速度接近V0時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)ns和背壓Ps基本上為零，在測量過程完了時(shí)，螺桿根據(jù)位置指令平滑地停在予定正確位置而不會轉(zhuǎn)過該正確位置。這樣，就能獲得要測量的正確樹脂量，而這時(shí)背壓P則選擇為一個(gè)需要值ps以準(zhǔn)備下一次測量過程。此外，在測量工序選定較高值的轉(zhuǎn)數(shù)n，樹脂和螺桿之間的摩擦熱就能增大，即減少了加熱筒2的能量。
圖5表示了在上述控制原理基礎(chǔ)上受控的注模機(jī)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
參照圖5，電動機(jī)20和21和固定在注模機(jī)上的殼40聯(lián)接。齒輪41和42裝在電動機(jī)20的轉(zhuǎn)軸20A上，齒輪43和44安裝在電動機(jī)21的轉(zhuǎn)軸21A。齒輪41到44通過聯(lián)接在轉(zhuǎn)軸20A和21A各自端部的離合機(jī)構(gòu)45和46傳遞驅(qū)動力。殼40可旋轉(zhuǎn)地支撐傳動軸47A和48A，該傳動軸47A和48A則通過離合機(jī)構(gòu)47和48傳遞驅(qū)動力，齒輪49和50以及齒輪51和52分別安裝在傳動軸47A和48A上。齒輪49和50由聯(lián)接在軸30A端部的離合機(jī)構(gòu)60與裝在傳動軸30A上的齒輪61、62和63嚙合或脫開，該傳動軸30A可旋轉(zhuǎn)地由殼40一端部支撐，把驅(qū)動力傳遞到成型機(jī)，即圖5中模具30的模具夾緊元件39。傳動軸30A的另一端由模具30的殼35可旋轉(zhuǎn)地支撐著。在位于殼35中的傳動軸30A上裝有齒輪36。該齒輪36與齒輪37嚙合，把驅(qū)動力傳遞到傳動軸38，移動或滑動軸38A和38B上的模具夾緊元件39。傳動軸1A安裝在殼40內(nèi)并在一端與注模機(jī)加熱筒2中的螺桿1聯(lián)接并且在軸1A上裝有齒輪53。齒輪53還安裝在通過軸承聯(lián)接在齒輪53內(nèi)的傳動軸54上。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，注模機(jī)就能完成各種操作，如靠向前移動模具夾緊元件39即可夾緊模具的兩半，增加夾緊壓力，向模具30注入和填入熔融樹脂，測量和冷卻被塑化的樹脂，向后移動加熱筒2的噴嘴部分5，減少模具夾緊壓力，向后移動夾緊元件，打開模具兩半，從模具腔推出模制的產(chǎn)品，這種樹脂注入和模制操作可以反復(fù)以便連續(xù)地獲得模制產(chǎn)品。
參照表示在注模操作前，注模機(jī)狀態(tài)的附圖5，當(dāng)需要夾緊模具的兩半并需要增加壓力時(shí)電動機(jī)20首先被驅(qū)動，通過驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸20A齒輪50和齒輪62的順序把電動機(jī)20的驅(qū)動力傳遞到傳動軸30A，傳動軸30A的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過齒輪36和37傳遞到傳動軸38并使其旋轉(zhuǎn)，由此，向前移動模具夾緊部件39，即圖5中向右移動，當(dāng)模具夾緊元件39停在予定停止位置，夾緊壓力達(dá)到予定點(diǎn)時(shí)，離合機(jī)構(gòu)64換向，切斷通過齒輪62到齒輪36動力的傳遞，而離合機(jī)構(gòu)45和47換向，只使軸47A旋轉(zhuǎn)，向前移動殼40，即圖5中向左移動，使加熱筒2的噴嘴部分5接近或接觸模具30的開口。噴嘴部分5即殼40，由電動機(jī)20反向驅(qū)動而回縮。
當(dāng)需要把熔融樹脂注入模具時(shí)，電動機(jī)20和21被驅(qū)動由離合機(jī)構(gòu)45和46換向，通過齒輪(圖中未示)把齒輪41和42的旋轉(zhuǎn)分別傳遞到齒輪62和63。因此，由離合機(jī)構(gòu)60換向把齒輪62和63的旋轉(zhuǎn)傳遞到齒輪55。電動機(jī)20和21的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過齒輪55傳遞到傳動軸54和1A，由此，向前移動螺桿1，這樣就把加熱筒2的熔融樹脂通過噴嘴部分注入模具30。當(dāng)需要進(jìn)行樹脂的測量時(shí)，只有電動機(jī)21被驅(qū)動，使電動機(jī)21的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過齒輪43和另一個(gè)齒輪(圖中未示)及齒輪52、軸48A、齒輪51、齒輪49、齒輪61和齒輪53傳遞到螺桿1。與電動機(jī)21這一操作過程同步，電動機(jī)20同樣也被驅(qū)動，電動機(jī)20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動同樣通過齒輪42和另一個(gè)齒輪(圖中未示)、齒輪62、離合機(jī)構(gòu)60、齒輪55、軸54和軸1A傳遞到螺桿1，向螺桿1提供背壓并測量樹脂量。
模具裝置30的模具兩半由以上模具夾緊操作相反的方式驅(qū)動電動機(jī)20，使模具夾緊元件39回縮而打開。
圖3中控制單元10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作在下面參照附圖6至附圖16加以說明。
由位置控制元件11A產(chǎn)生的信號So在圖6中有所表示，在圖6中GP1、GP2和GP3代表位置控制回路的增益而位置控制元件根據(jù)圖7的流程進(jìn)行操作，信號So輸入到速度控制元件11B，然后轉(zhuǎn)換為圖8所示的轉(zhuǎn)數(shù)指令信號Ki以及具有圖9所示關(guān)系的背壓指令信號Hi。在這種情況下，速度控制元件11B根據(jù)圖16流程進(jìn)行操作。圖11表示轉(zhuǎn)數(shù)指令信號Ki和背壓指令信號Hi之間另一種關(guān)系。圖12表示速度控制元件11B的操作。圖13是表示當(dāng)背壓控制元件12產(chǎn)生作用時(shí)信號Ho的一種曲線的例子，背壓控制元件12的操作表示在圖14的流程中，在圖13和圖14中，GB代表背壓控制增益，Homax和Homin分別代表背壓最大值和最小值。此外，轉(zhuǎn)數(shù)控制元件15的響應(yīng)表示在圖15中，其操作過程表示在圖16的流程中，在圖15和16中，A、B、C和D分別為參數(shù)，而且參數(shù)D的值為D＝｛A(B+C)｝/(A+C)，C1和C2為變量，Komax和Komin代表相當(dāng)于轉(zhuǎn)數(shù)最大值和最小值的指令信號。
圖17表示本發(fā)明控制單元10的另一個(gè)實(shí)施例。其中相同的參考數(shù)字代表的元件同圖3中所示那些元件相同。位置指令Si和螺桿位置反饋信號Sf之間的差值Se直接輸入背壓控制元件12，然后螺桿背壓信號Pi從有效地和控制元件12聯(lián)接的電功率放大器13發(fā)出，驅(qū)動電動機(jī)20并控制螺桿位置。轉(zhuǎn)數(shù)指令Ki獨(dú)立地指示一個(gè)常數(shù)值。指令Ki和螺桿轉(zhuǎn)數(shù)反饋信號Rf之間差值Se輸入轉(zhuǎn)數(shù)控制元件15。電功率放大器16發(fā)出響應(yīng)來自控制元件15的信號Ko的螺桿轉(zhuǎn)數(shù)信號Ri，驅(qū)動電動機(jī)21。
圖18表示一個(gè)相似于圖4的圖17中實(shí)施例的曲線圖。根據(jù)圖18，螺桿1的轉(zhuǎn)數(shù)n表示為一個(gè)數(shù)值ns，這是由于轉(zhuǎn)數(shù)指令Ki為一個(gè)常數(shù)值。對于背壓P，位置指令Si和螺桿位置反饋信號Sf之間差值信號Se在樹脂測量工序開始點(diǎn)取較大值，背壓控制元件12以和差值信號Se反比產(chǎn)生增益，并由此產(chǎn)生頻率特性，以補(bǔ)償閉環(huán)特性。出于這一原因，測量過程首先以相對較低的背壓P4并在相對較高速度V4開始以加速測量工序。由于差值Se的數(shù)值逐漸減小，螺桿1的背壓P由此增加，如P3→P2→P1，螺桿運(yùn)動速度V逐漸減小，如V3→V2→V1(如圖18所示)。當(dāng)背壓達(dá)到PS螺桿運(yùn)動速度接近零值，螺桿達(dá)到由位置指令Si予定的實(shí)際位置，在此位置，螺桿停止運(yùn)動，測量過程則即完成。因此，由于螺桿速度逐漸減小，螺桿即能以高精度停在確切位置，這樣，就能精確地測量樹脂量。
圖21表示根據(jù)本發(fā)明參考數(shù)字為10B的控制單元的另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，相同的參考數(shù)字代表的元件與圖3中的那些元件相同。位置指令Si和螺桿位置反饋信號Sf之差值信號Se以上述圖3中方式基本相同的方式輸入位置控制元件11B，但來自控制元件11B的輸出信號So被從螺桿轉(zhuǎn)數(shù)反饋信號Sf中減去，其間差值信號Ke直接輸入轉(zhuǎn)數(shù)控制元件15，然后把來自控制元件15的輸出信號Ko輸入電動機(jī)20，作為通過電功率放大器16的輸出信號Ri，使螺桿1旋轉(zhuǎn)，然后根據(jù)位置指令Si使螺桿1停在予定位置。在螺桿樹脂測量過程中，背壓指令Hi總是保持常數(shù)值。背壓指令Hi輸入背壓控制元件12，然后通過電功率放大器13輸入電動機(jī)20作為其輸出信號Pi，向螺桿1給出扭矩，以產(chǎn)生常數(shù)值的背壓Ps。
圖22表示和圖4或圖18所示相似的曲線。根據(jù)圖18，背壓P在樹脂測量工序中表示一個(gè)常數(shù)壓力值Ps，螺桿1根據(jù)較大的位置差值Se初始時(shí)以較高轉(zhuǎn)數(shù)n4旋轉(zhuǎn)，然后由于差值Se減小促使轉(zhuǎn)數(shù)n減小，如n3→n2→n1，當(dāng)螺桿1根據(jù)位置指令Si接近予定位置，轉(zhuǎn)數(shù)減至n3，螺桿運(yùn)動速度同樣減少至接近零值的V0，螺桿1就準(zhǔn)確地停在予定位置，這樣測量工序即可完成。因此，轉(zhuǎn)數(shù)n確定為在測量過程初始時(shí)取高值，然后逐漸減小，使螺桿準(zhǔn)確地停在由位置指令Si確定的位置，這樣就使測量工序所要求的時(shí)間減小，螺桿也能由此停在予定位置，精確地測量樹脂量。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的注模機(jī)，樹脂測量工序可以由改變與外部因素或干擾(如所用樹脂類型或形式，模具的形狀、溫度變化、樹脂溫度等)無關(guān)的設(shè)定信號完成。此外，由于樹脂測量時(shí)間間隔可以減小，模制產(chǎn)品的生產(chǎn)效率即能以節(jié)省能源之方式提高，而且，模制產(chǎn)品的質(zhì)量同樣也可以得到改善。
如上所述，盡管螺桿1的位置由螺桿轉(zhuǎn)數(shù)和其背壓控制，但由于在樹脂測量工序中各種操作情況，如溫度變化、濕度、塑化情況和樹脂喂入量構(gòu)成外部干擾，螺桿的動態(tài)特性可能偏離予先確定的狀態(tài)特性，即使螺桿的位置最終控制在由位置指令Si確定的位置，但螺桿在測量工序中可能發(fā)生振動或過度沖擊。這些現(xiàn)象可能有害地引起樹脂不必要的壓縮，樹脂壓力減少，樹脂從噴嘴5流出，或樹脂反向流入料斗3。因此，就需要控制螺桿的速度和位置而在測量過程中即使各種操作參數(shù)改變或變化也不影響螺桿1的動態(tài)特性。
這些要求在以圖23和24表示的控制原理的基礎(chǔ)上的本發(fā)明即可滿足。參照圖23，假設(shè)螺桿40向左以V在筒41中移動(這種移動是由于從螺桿左側(cè)向左側(cè)向螺桿40施加的力Fs和Fr之間力的差值f所引起的)，此時(shí)，運(yùn)動的方程由拉普拉斯變換而改變，以在控制系統(tǒng)獲得變換函數(shù)V(f)，該函數(shù)表示為V(f)＝ (V)/(f) ＝ 1/(Ms+D) ……(1)其中M慣性質(zhì)量;
D樹脂的粘度系數(shù)。
圖24是表示速度控制回路系統(tǒng)的方框圖，如圖3所示，它包括上述類型(函數(shù)V(f))的運(yùn)動控制單元43和速度回路增益器42(增益器G)。本系統(tǒng)的反饋信號由螺桿位置傳感器26發(fā)出的信號微分而獲得，因此，圖24所示控制系統(tǒng)在螺桿速度為該系統(tǒng)基礎(chǔ)時(shí)構(gòu)成。圖24中速度輸入指令Ni和速度輸出指令No之間關(guān)系由如下把方程(1)用在運(yùn)動控制系統(tǒng)43而計(jì)算(No)/(Ni) ＝ (G)/(Ms+D+G) ……(2)圖25是表示圖3控制系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的方框圖，其中，輸出信號No相對于螺桿速度調(diào)整輸入信號NA，被反饋到輸入信號，輸出信號No和輸入信號NA之間的差值Ne輸入到速度回路增益器42，然后該速度輸入到運(yùn)動控制單元43。輸出信號No同樣通過增益元件44反饋到輸入信號，增益元件的增益K由適當(dāng)?shù)目刂圃?5產(chǎn)生，速度指令Ni和輸出信號No輸入該控制元件45以取得適當(dāng)?shù)目刂啤τ趫D25所示的控制系統(tǒng)，速度指令Ni和速度輸出信號No呈以下關(guān)系并進(jìn)行計(jì)算(No)/(Ni) ＝ (G)/(Ms+D+G-G·K) ……(3)當(dāng)予定螺桿速度指令Ni輸入時(shí)，螺桿1以速度No運(yùn)動，但在熔融樹脂6的粘度系數(shù)改變到D+△D時(shí)，方程(3)的分母改變?yōu)镸S+D+G+(△D-G·K)……(4)因此，在△D＝G·K時(shí)，即K＝ (△D)/(G) ……(5)方程(3)等于方程(2)并且由某種原因引起的粘度變量△D能夠被抵消。這樣，當(dāng)有變量△D存在時(shí)，增益元件44的增益K由方程(5)確定，由此，補(bǔ)償在螺桿單元中粘度系數(shù)的變化，由于變量△D是隨外部因素，如溫度，變化的，變量△D應(yīng)當(dāng)由任何特殊方法或適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ苯訙y量。在實(shí)際測量基礎(chǔ)上獲取變量△D的一種方法將在下面敘述。階躍響應(yīng)且并由輸入階躍信號作為方程(2)的速度輸入信號而獲得，而且獲得的響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蠢绽棺儞Q作為如下面方程g(t)g(t)＝α-1｛ 1/(S) - (No)/(Ni) ｝＝α-1｛ (G)/(S(Ms+D+G)) ｝＝ (G)/(D+G) ｛1-指數(shù)(- (D+G)/(M) )t｝ ……(6)這一方程g(t)由圖26所示曲線表示。在考慮圖26中曲線的時(shí)間常數(shù)時(shí)，字母M代表慣性質(zhì)量，字母G代表速度回路增益。由于慣性質(zhì)量和回路增益為已知值，粘度系數(shù)D即能由取得階躍響應(yīng)的實(shí)際測量中的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，而且，由于階躍響應(yīng)數(shù)值能夠方便地由時(shí)間序列處理階躍響應(yīng)而獲得。因此，粘度系數(shù)D也是能夠方便地設(shè)定，換句話說，方程(6)是由圖25所示適當(dāng)?shù)目刂圃?5設(shè)定和計(jì)算的，以計(jì)算在注模機(jī)各自元件或部分在開始時(shí)間得到適當(dāng)調(diào)整的情況下的粘度系數(shù)D。在予定時(shí)間過后由再次測量和計(jì)算方程(6)，即可針對以前測量的粘度系數(shù)D得出變量△D，然后以方程(5)獲得增益元件44的增益K。由方程(2)代表的特性由采用增益元件44的增益K即可獲得，而且測量工序在和上述注模機(jī)開始時(shí)間相同的情況下得以完成。
圖27表示根據(jù)上述圖3所示控制系統(tǒng)方框圖的增益K計(jì)算和測量的匹配。參照圖27，增益K首先相應(yīng)于相配的控制元件45以上述方法獲得，增益K的數(shù)據(jù)輸入指令值操作元件11、背壓控制元件12和轉(zhuǎn)數(shù)控制元件15。在指令操作元件11，背壓控制元件12和轉(zhuǎn)數(shù)控制元件15中各種定值根據(jù)輸出的增益K變化。
根據(jù)這一實(shí)施例的控制方法，樹脂測量工序要求的各種情況即使樹脂的溫度和濕度以及其塑化情況改變都能自動地調(diào)整或確定為最適合的狀態(tài)，這樣就消除了在樹脂測量工序中要對測量的樹脂進(jìn)行不必要的加壓或減壓，并防止樹脂從加熱筒噴嘴部分流出和反向流入料斗。這就提供了一種能夠令人滿意的樹脂測量工序的注模機(jī)。
圖28仍然表示另一個(gè)實(shí)施本發(fā)明控制方法的控制系統(tǒng)的實(shí)施例。圖28中，在考慮了螺桿速度調(diào)整輸入信號NA和螺桿速度輸出信號No之間關(guān)系后，構(gòu)成速度控制回路Vc，在控制回路Vc中，輸出信號No反饋到輸入信號，輸入的輸出信號No和輸入信號NA之間的差值Ne輸入速度回路增益器42，然后，從回路增益器42輸出的信號輸入運(yùn)動控制系統(tǒng)43。速度輸出信號No和觀測器50之間的差值NN輸入增益元件44，由常數(shù)與增益元件44的增益K相乘的信號NB反饋到螺桿速度指令Ni，信號Ni和NB之間差值的速度調(diào)整輸入信號NA輸入速度控制回路Vc，觀測器50由元件51和52構(gòu)成有和控制回路Vc相同特性的速度控制回路，以由輸入的螺桿速度指令Ni分別計(jì)算和測量速度回路42和運(yùn)動控制系統(tǒng)43。
在具有上述結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)的理論研究中，只有相對于方程(2)中各項(xiàng)的樹脂粘度系數(shù)D隨外部因素如溫度而變化，而有關(guān)增益放大器G的各項(xiàng)和慣性質(zhì)量M為基本不變的確定量?，F(xiàn)在，假定粘度系數(shù)的假設(shè)計(jì)算值為DD，則以DD值為基礎(chǔ)的運(yùn)動控制系統(tǒng)52確定為方程VA(f)，在由于外部條件如溫度變化，而使方程(2)改變的情況時(shí)，方程VA(f)表示為如下VA(f)＝ (G)/(Ms+DD+G) ……(7)在上述情況的基礎(chǔ)上，圖28所示控制系統(tǒng)的螺桿速度指令Ni和輸出速度No之間關(guān)系由下式計(jì)算(NO)/(Ni) ＝ (G)/(Ms+DD+G) · (Ms+DD+G+K·G)/(Ms+D+G+K·G) ……(8)由方程(8)在增益K很大的情況下，如果下式成立K·G＞＞D+G……(9)K·G＞＞DD+G……(10)方程(8)則表示為
(No)/(Ni) ＝ (G)/(Ms+DD+G) ……(11)因此，由于在樹脂測量工序中整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)由方程(11)決定，因此，測量工序并不受螺桿系統(tǒng)中樹脂粘度系數(shù)D的影響。換句話說，由方程(11)，增益G和慣性質(zhì)量M為確定值，不受外部條件影響，粘度系數(shù)DD由假設(shè)值計(jì)算，因而測量工序完全不受外部條件影響而只受確定增益K的影響，以滿足方程(9)和(10)假定的情況。觀測器50不僅能由模擬操作，而且也能由數(shù)字計(jì)算機(jī)操作完成假設(shè)計(jì)算，增益K可以由系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)確定。
在上述實(shí)施例中，螺桿1的轉(zhuǎn)數(shù)n由有效地聯(lián)接在電動機(jī)21的傳感器25檢測，但轉(zhuǎn)數(shù)n可以通過齒輪或電機(jī)電流檢測，螺桿1的位置可以由傳動臺24和球螺母23的位置檢測。此外，直流或交流電動機(jī)都可以使用，螺桿的運(yùn)動可以由結(jié)合使用球螺桿和球螺母或由電動機(jī)驅(qū)動下的導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明下各種改進(jìn)，和變換對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的，下面的附屬權(quán)利要求的范圍就包含這種顯而易見的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種在樹脂測量工序中控制注模機(jī)的方法，在該方法中，螺桿速度指令和螺桿速度信號之間差值輸入一個(gè)速度回路放大元件；一個(gè)包括螺桿和螺桿傳動裝置的運(yùn)動控制系統(tǒng)被控制；上述螺桿速度指令和上述螺桿速度信號輸入一個(gè)匹配的聯(lián)接在增益元件的控制元件；上述方法包括下述步驟把來自上述增益元件的輸出信號加在上述螺桿速度指令上(螺桿速度信號輸入在上述增益元件)；從上述第一步驟加得的結(jié)果獲得螺桿速度控制信號；根據(jù)來自上述匹配的控制元件的輸出信號，重新確定上述增益元件變化的增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，上述增益元件的增益K由公式K＝△D/G確定，在這里，字母D是喂入注模機(jī)的樹脂的粘度系數(shù)，△D是粘度系數(shù)D的變量，字母G是上述速度回路增益元件的增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，上述粘度系數(shù)D由速度輸入信號的階躍響應(yīng)獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，上述變量由在注模機(jī)開始操作時(shí)刻速度輸入信號的階躍響應(yīng)獲得的樹脂粘度系數(shù)和在予定時(shí)刻結(jié)束后再次獲得的樹脂粘度系數(shù)而獲得。
全文摘要
注模機(jī)通常包括一個(gè)加熱筒，一個(gè)在加熱筒中旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動的螺桿和一個(gè)螺桿傳動系統(tǒng)。螺桿傳動系統(tǒng)包括兩臺電動機(jī)和分別與電動機(jī)聯(lián)接的兩個(gè)傳感器，控制系統(tǒng)結(jié)合螺桿轉(zhuǎn)數(shù)和螺桿背壓或單獨(dú)地自動控制兩臺電動機(jī)以便精確地完成樹脂測量工序?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)各種控制方式的螺桿速度指令，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)反饋信號和螺桿位置反饋信號執(zhí)行對包括螺桿和螺桿傳動裝置的運(yùn)動控制系統(tǒng)的適當(dāng)控制。
文檔編號B29C45/76GK1046117SQ90102760
公開日1990年10月17日 申請日期1985年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1985年6月25日
發(fā)明者佐佐木能成, 小田悅司, 栗田直樹, 永田博澄, 前原弘之 申請人:東芝機(jī)械株式會社