注射模塑机及其控制方法

专利名称：注射模塑机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及带有液压驱动源的注射模塑机，其中包括液压泵的液压驱动源可变地控制驱动马达的转数以获得排放流速的控制，本发明还涉及控制这样的注射模塑机的方法。
背景技术：
通常，含有注射设备和模具夹紧设备的注射模塑机是广为公知的，
如在日本JP-A-H04-79289 (专利文献l)和其它文献中公开的那样。在这种类型的注射模塑机中， 一般，比如小球形的模塑材料被从注射模塑机的料斗输送到加热缸，在加热缸内在旋转的螺杆的作用下被塑化和熔化，然后被计量，接着通过螺杆的前进运动被计量的熔融树脂被注射并填充进由模具夹紧设备夹紧的模具的型腔内。在该情况下，为了提高模塑质量，经由反馈来控制螺杆的速度，而且经由反馈来控制注射压力(树脂压力)。因此，填充进模具型腔内的树脂的量保持恒定，从而避免了成型缺陷，比如由于填充不充分导致的注射不足以及由于填充过量导致的飞边(flash )。
顺便提及，当人们关注模塑材料时，已经出现许多可以使用的模塑材料，特别给予关注的是设计成再循环利用的那些再生材料。再生材料是通过将普通的模塑材料(纯净材料)与废塑料、废材料等(不同类型的材料)进行混合得而得到的，因此，当更多量的不同类型材料与纯净材料混合时，能够提高再循环性能。然而，因为这些不同类型的材料可能为固体材料，比如颗粒状的材料，所以整体上降低了模塑材料的均匀性。因此，当通过反馈传统地控制注射模塑时，与通过控制模塑机相比，模塑材料的特性(模塑材料的不均匀性)会更显著地影响模塑质量。因此，传统的注射模塑机在令人满意的模塑再生材料方面遇到了困难，而且这样的问题在包含更大量的不同类型材料时变得尤其明显。
专门用于再生材料的注射模塑机通过日本JP-A-2004-50427 (专
利文献2)的公开而为人所知。该在专利文献2中公开的用于再生材料的注射模塑机由下列部件组成装有注射活塞的注射设备，布置在所述注射设备附近的装有塑化螺杆的塑化设备，以及与注射缸连通的
并位于塑化缸前方的分配设备。该注射模塑机被这样构造，即通过其中放有金属网过滤器的外来材料清除设备将所述分配设备和塑化缸连接在一起，塑化树脂内的外来材料通过所述过滤器被清除，并且树脂能被输送到注射设备。技术问题
然而，上述传统的注射模塑机(用于再生材料的注射模塑机)还有以下问题待解决。
第 一 ，传统的注射模塑机为被制造用于再生材料的注射模塑机，这导致它具有特殊和复杂的结构，由此成本增加。此外，当传统的注射模塑机被用作模制仅有纯净材料的注射模塑机时，为它添加的另外的机构(功能)使其降低了模塑质量。因此，当模塑既有纯净材料又有再生材料时，有必要，比如购买两种类型的注射模塑机，结果，传统的注射模塑机具有成本、安装空间等方面的缺点。
第二，因为传统的注射模塑机基本上具有清除外来材料的功能，
不可避免地本身就含有不同类型材料的模塑材料，比如再生材料:包括没有必要被清除的外来材料和不能被外来材料清除设备清除的各种材料，比如具有不同熔点的材料和由化学反应产生气体的材料。这就为改进模塑材料的不均匀性和提高模塑质量及模塑材料的均匀性强加了许多限制
发明内容
问题的解决为了克服上述问题，按照本发明的一方面，提供一种设有液压驱
动源2的注射模塑机1，其中该液压驱动源包括可变地控制驱动马达3的转数以获得排放流速的控制的液压泵4，所述注射模塑机1包括能
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H^/ft矛一3:sL市w关^4丄vii ，矛一^:市y，关^4 ivi2 〈i曰J^1迅W地W妖四汁吴^a选择装置8。在所述注射模塑机1中，在第一控制模式Ml中，通过第一控制系统Cf执行控制，其中，由速度检测值Vd和设定的速度目标值Vfc经由反馈来控制螺杆速度，所述速度检测值Vd通过螺杆速度检测装置5进行检测并且与螺杆速度有关，由压力检测值Pid和设定的压力目标值Pic经由反馈来控制注射压力，所述压力检测值Pid通过注射压力检测装置6进行检测并与注射压力相关，相反，在第二控制模式M2中，通过第二控制系统Cs执行控制，其中，由设定的速度目标值Vsc开环控制螺杆速度，以及由压力检测值Ppd和设定的压力目标值Ppc经由反馈来控制泵压，其中所述压力检测值Ppd通过泵压传感器7进行检测并和泵压有关。
为了克服上述问题，按照本发明的另一方面，提供一种控制注射模塑机1的方法，该注射模塑机1带有液压驱动源2，该液压驱动源2包括可变地控制驱动马达3的转数以获得排放流速的控制的液压泵4 。在所述方法中，提供可选择的第一控制模式M1和第二控制模式M2，如果选择第一控制模式Ml，则通过第一控制系统Cf执行控制，其中，通过与被检测的螺杆速度有关的速度检测值Vd和设定的速度目标值Vfc经由反馈来控制螺杆速度，通过与被检测的注射压力相关的压力检测值Pid和设定的压力目标值Pic经由反馈来控制注射压力，相反，如果选择第二控制模式M2，则通过第二控制系统Cs执行控制，其中，由设定的速度目标值Vsc开环控制螺杆速度，并且通过被检测的液压泵4的泵压有关的压力检测值Ppd和设定的压力目标值Ppc经由反馈来控制泵压。
本发明的有益效果
釆用按照本发明的注射模塑机1及其控制方法，可获得下述明显的效果。(1) 由于按照模塑材料选择第一控制模式Ml和第二控制模式M2,即使使用不同类型的模塑材料(状况)，也能够对不同类型的模塑材料的模塑操作共用单个注射模塑机1。因此，没有必要按照不同类型的模塑材料购买两种类型的注射模塑机，从而在成本、安装空间等方面有益，而不同类型的模塑材料通过改变控制方法进行处理。由此，能够防止注射模塑机本身变得专门化和复杂化，这就有助于进一步降低成本。
(2) 由于，即使模塑材料包含不同类型的材料比如再生材料，根据不可避免地含有不同类型的材料的模塑材料的特性和状况，也能够执行最适宜的控制，即使模塑材料是不均勻的，不论其不均匀的程度如何，模塑质量和模塑材料的均匀度都能够得到提高。特别地，当选择第二控制模式M2时，防止了超负荷现象。这有助于改善注射模塑机整体的能量节约。
(3) 按照一个优选的方面，在第二控制系统Cs中关于泵压的伺服增益Ks低于第一控制系统Cf中关于泵压的伺服增益Kf。因此，能够使得第二控制系统Cs的优点(特性)更明显，在所述第二控制系统中，螺杆速度进行开环控制而且泵压经由反馈进行控制。
(4) 按照另一个优选的方面，注射压力检测装置6包括喷嘴树脂压力传感器6a、缸内压传感器6b和模具树脂压力传感器6c中的至少一个，所述喷嘴树脂压力传感器6a用于检测在注射设备li的注射喷嘴ll内的树脂压力(Pid)，所述缸内压传感器6b用于检测注射缸12内的液压(Pid)，所述模具树脂压力传感器6c用于检测模具13内的树脂的压力(Pid)。因此，能够对应操作过程、模塑状况等选择更优选的检测位置。这使得能够精确地执行适合于操作过程、模塑状况等的控制。
(5) 按照另一个优选方面，设置用于驱动马达3的小回路控制系统Cm，其中驱动马达3的转数由旋转编码器14检测，而且基于该检测结果，所述转数经由反馈进行控制。因此，能够使驱动马达3的转数稳定并使液压泵4的排放流速和泵压稳定。(6) 按照另一优选方面，当使用能够手动任意地执行切换的手动选择装置8m作为模式选择装置8时，能够通过操作员的决断选择最适宜的控制模式。
(7) 按照另一优选方面，至少按照材料信息选择第一控制模式Ml或选择第二控制模式M2。因此，能够对应各种模塑材料的不同特性(状况)执行最适宜的控制。
(8 )按照另 一优选方面，所述材料信息至少包括再生材料的信息，该再生材料含有纯净材料和预定比例的或更多比例的废料，对于纯洁材料选择第一控制模式，对于再生材料选择第二控制模式。因此，能够针对纯净材料和再生材料特别地执行最适宜的控制。


图1是如何控制按照本发明优选实施例的注射模塑机的流程图。
图2是表示注射模塑机的结构的示意图。
图3是表示注射模塑机的主要部分的块状系统图。
图4是表示注射模塑机的速度补偿部分的块状系统图。
图5是表示注射模塑机的压力补偿部分的块状系统图。
图6是当在注射模塑机内选择第 一控制模式时的块状系统图。
图7是当在注射模塑机内选择第二控制模式时的块状系统图。
图8是表示当使用第一和第二控制模式时相对于结束阶段中螺杆
的位置，关于螺杆速度和注射压力的数据。
图9表示当使用第一和第二控制模式时，相对于注射填充过程的
所有阶段中螺杆的位置，关于螺杆速度和注射压力的数据。
具体实施例方式
现在参照附图描述本发明的优选实施例。所述附图不限制本发明的范围但是有助于对本发明的理解。为了防止本发明被不清楚地描述，公知部分的详细描述将予以省略。
首先参照图2至5详细地描述该实施例的注射模塑机1的结构。在图2中，参考数字1代表注射模塑机；所述注射模塑机具有注 射设备li和模具夹紧设备。模具夹紧设备没有示出，仅示出了由该模 具夹紧设备支撑的模具13。注射设备li包括在前端具有注射喷嘴11 和在后端具有料斗21的加热缸22。螺杆23被插在加热缸22内，螺 杆马区动部《、24 i更置在力口热釭22的后端。螺杆马区动部《、24具有注射釭 (液压缸)12，注射缸12包括单杆注射活塞25，注射活塞25的向前 突出的活塞杆25r被结合到螺杆23的后端。与注射缸12相连的液压 马达26的轴被花键结合到注射活塞25的后端。注射设备li使注射喷 嘴11接触模具13,这使得熔化树脂被注射并填充进模具13的型腔内。
参考数字31代表液压驱动部分；它具有充当液压驱动源2的液压 泵(可变排放液压泵)4和切换阀回路32。液压泵4具有泵部分33 和用来旋转驱动泵部分33的伺服马达(驱动马达)3。连接到模塑机 控制器51的输出口的交流伺服马达被用作伺服马达3，另外设置了用 来检测伺服马达3的转数的旋转编码器14。该旋转编码器14被连接 到模塑机控制器51的输入口。
泵部分33结合构造有斜板活塞泵的泵体34。因此，泵部分33具 有斜板35。当斜板35的倾斜角(斜板角)增加时，在泵体34内的泵 活塞的沖程增加，而且排放流速增加；当倾斜角降低时，泵活塞的冲 程降低而且排放流速降低。因此，通过设定斜板角处于预定角度，能 够设定固定的排放流速，这时排放流速被固定在预定的水平。斜板35 另外设有控制缸36和复位弹簧37，控制缸36通过切换阀(电磁阀) 38被连接到泵部分33 (泵体34)的排放口。因此，能够通过控制控 制缸36来改变斜板35的角度(斜板角)。
泵部分33的入口连接油罐39，泵部分33的排放口被连接到切换 阀回路32的初级侧，切换阀回路32的次级侧被连接到致动器，构成 致动器的部件包括注射模塑机i中的注射缸12和液压马达26、模具 夹紧缸、伸出缸和注射设备传递缸。因此，切换阀回路32具有多个切 换阀(电磁阀)，每个切换阀至少连接到注射缸12、液压马达26及其 它的致动器上。每个切换阀由一个、两个或更多个阀部件、必须的附加液压部件和其它部件组成，并且具有在工作油的供应、停止和排放
之间至少切换注射缸12、液压马达26等致动器的功能。
因此，当可变地控制伺服马达3的转数时，能够改变液压泵4的 排放流速和泵压。基于此，能够控制注射缸12、液压马达26等致动
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可靠地并更有效地实现该实施例的控制，特别是实现后面所述的第二
控制模式M2 (第二控制系统Cs )。
另外在注射设备li中设置各种传感器。具体地，注射设备li具 有检测螺杆23的位置并结合线性编码器等的螺杆位置传感器5x，用 来检测关于注射压力的压力检测值Pid的注射压力检测装置6，和用 来检测关于液压泵4的泵压(排放压力)的压力检测值Ppd的泵压传 感器(泵压检测装置)7。在该情况下，注射压力检测装置6具有用来 检测注射设备li的注射喷嘴ll内树脂压力(Pid)的喷嘴树脂压力传 感器6a，和用来检测注射缸12的后油室12r内液压(Pid )的缸内压 传感器6b。替代通过喷嘴树脂压力传感器6a检测注射喷嘴11内树脂 的压力，可以检测加热缸22内树脂的压力或者可通过模具树脂压力传 感器6c检测模具13内的树脂压力。传感器5x、 6a(6c)、 6b和7被 连接到模塑机控制器51的输入口。如上所述，当注射压力检测装置6 包括用来检测注射设备li的注射喷嘴11内树脂压力的喷嘴树脂压力 传感器6a、用来检测注射缸12内液压的缸内压传感器6b和用来检测 模具13内树脂压力的模具树脂压力传感器6c中的至少一个时，能够 选择相应于操作过程、模塑状况等的更优选的检测位置。因此，能够 适应操作过程、模塑状况等精确地执行控制。
图3是表示模塑机控制器51的主要部分的块状系统图。在图3 中，参考数字52代表速度转换器；参考数字53v代表速度补偿部分； 参考数字53p代表压力补偿部分；参考数字54代表速度限制器；参考 数字55代表转速补偿部分；参考数字56代表速度转换器；参考数字 57代表扭矩补偿部分；参考数字58代表电流检测器；参考数字59代 表开关。参考数字8代表模式选择装置；所述模式选择装置使用能够手动 切换的手动选择装置8m。因此，手动选择装置8m具有在图3中示出 的速度选择开关SWv和压力选择开关SWp，以及在图2中示出的模 式切换部分8ms，该模式切换部分以相互配合的方式在速度选择切换 功能部分SWv和压力选择切换功能部分SWp之间进行切换。该模式 切换部分8ms是手动操作部分；能够使用在模塑机控制器51等的显 示屏上显示的触摸面板选择键。因此，操作员手动操作模式切换部分 8ms以允许速度选择切换功能部分SWv和压力选择切换功能部分 SWp同时被切换，并允许任意选择后面要描述的第一和第二控制模式 M1和M2。即，能够通过操作员的决定来选择最适宜的控制模式。
如图3所示，上述泵压力传感器7被连接到压力选择切换功能部 分SWp，上述树脂压力传感器6a (6c)和缸内压传感器6b通过开关 59被连接到压力选择切换功能部分SWp。因此，从缸内压传感器6b (树脂压力传感器6a (6c))和泵压传感器7获得的压力检测值Pid和 Ppd通过压力选择切换功能部分SWp进行选择，并被输送给压力补偿 部分53p。上述螺杆位置传感器5x被连接到速度转换器52。因此，从 螺杆位置传感器5x获得的位置检测值Xd由速度转换器52转换为速 度检测值Vd，并被输送给速度补偿部分53v。因此，螺杆位置传感器 5x和速度转换器52组成检测关于螺杆速度的位置检测值Vd的螺杆速 度检测装置5。从旋转编码器14获得的转数检测值Xe由速度转换器 56转换为转数检测值Ve，并被输送给转速补偿部分55。由此，形成 伺服马达3用的小回路控制系统，而且经由反馈控制伺服马达3的转 数(转速)。因此，能够使伺服马达3的转数稳定，以及使液压泵4 的排放流速和泵压稳定。
预定的速度目标值(速度设定值)Vfc和Vsc被输送给速度补偿 部分53v，预定的压力目标值(压力设定值)Pic和Ppc被输送给压力 补偿部分53p。该压力补偿部分53p具有后面要描述的VP切换控制 功能部分Fc和积分项控制功能部分Fk。速度目标值Vfc和Vsc也被 输送给速度选择切换功能部分SWv和压力补偿部分53p。从速度补偿部分53v输出的速度指令值Vco或速度目标值Vs由速度选择切换功 能部分SWv进行选择，被输送给速度限制器54并设定成速度限制值。 从压力补偿部分53p输出并且被压力补偿的速度指令值Vpo也被输送 给速度限制器54。从速度限制器54输出的速度指令值Vca被输送给 转速补偿部分55。从转速补偿部分55输出的扭矩指令值被输送给扭 矩补偿部分57。从扭矩补偿部分57输出的马达驱动电流被输送给伺 服马达3以驱动伺服马达3。马达驱动电流的大小由电流检测器58检 测，并且被输送给扭矩补偿部分57。因此，马达驱动电流通过小回路 上的反馈进行控制。
在图4中，特别示出了上述速度补偿部分53v的块状系统图；在 图5中，特别示出了上述压力补偿部分53p的块状系统图。
图4所示的速度补偿部分53v主要地由偏移运算单元65和PID 控制系统53vc组成。该PID控制系统53vc包^"加法器66、积分器 67、输出1/积分值(积分值的倒数)的运算单元68、积分限制器69、 减法器70、加减器71、加法器72、延迟单元73、微分器74、比例增 益设定单元75和前馈回路76。因此，在速度补偿部分53v中，在速 度目标值Vfc和速度检测值Vd之间的偏差，即速度偏差值Ev是从偏 差运算单元65获得的，该速度偏差值Ev通过PID控制系统53vc进 行速度补偿，因此获得速度指令值Vco，而且该速度指令值Vco作为 速度补偿部分53v的输出被输送给速度选择切换功能部分SWv。在 PID控制系统53vc中，执行I-PD控制。因为该实施例的注射模塑机 1包括具有对速度反馈控制系统相对较慢反应的液压回路，因此这种 I-PD控制是适当的。这有利地允许控制系统的轻松调整和成本降低。
在图5所示的压力补偿部分53p中，基础电路53px主要地由偏 差运算单元81和PID控制系统53pc组成。该PID控制系统53pc包 括加法器82、积分器83、输出1/积分值(积分值的倒数)的运算单元 84、积分限制器85、减法器86、加减器87、延迟单元88、微分器89 和比例增益设定单元卯。因此，在基础电路53px中，压力目标值Pic 和压力检测值Pid之间的偏差，或者压力目标值Ppc和压力检测值Ppd之间的偏差，即压力偏差值Ep是由偏差运算单元81获得的，而且该 压力偏差值Ep是通过PID控制系统53pc进行压力补偿的，由此获得 速度指令值Vcg。该速度指令值Vcg从基础电路53px输出。在PID 控制系统53pc中，执行PI-D控制。因为该实施例的注射模塑机1包 括对压力反馈控制系统的响应相对较慢的液压回路，所以这样的PI-D 控制是适当的。这有利地实现控制系统的轻松调整(编码)和成本降 低。
压力补偿部分53p不但具有基础电路53px，而且还有VP切换控 制功能部分Fc和积分项控制功能部分Fk。作为VP切换控制功能部 分Fc，使用在比例增益设定单元90和速度限制器54之间连接的速度 设定单元91和加法器92。从偏差运算单元81输出的压力偏差值Ep 和上述速度目标值Vfc ( Vsc )被输入速度设定单元91。在速度设定单 元91中，设定预定的控制模式，该模式输出对应于该压力偏差值Ep 的补偿指令值Va。因此，作为速度设定单元91的输出，获得相应于 压力偏差值Ep的补偿指令值Va，即，利用通过预定控制模式被输入 的速度目标值Vfc (Vsc)的转换而获得的补偿指令值Va。该补偿指 令值Va被输送给加法器92，在加法器处它被加上从比例增益设定单 元90获得的速度指令值Vcg，并且从加法器92获得的补偿后速度指 令值Vpo被输送给速度限制器54。当压力偏差值Ep到达预定切换确 定值或更低时，该VP切换控制功能部分Fc从速度控制区转为压力控 制区，并且在这样的转换时通过预定模式控制处于速度控制区的速度 目标值Vfc (Vsc),然后将其转为压力控制区，结果，它能够稳定地 和更理想地执行控制。特别的，当在远离实际控制目标的位置检测压 力和速度时，被检测的压力和速度检测值就是所谓的假定值。因此， 当速度控制区被切换为压力控制区时，预定的切换确定值必然被设定 在大值。因此，通过设定在高值的压力偏差值Ep，执行在反馈系统上 的切换，这导致执行切换时不稳定的操作和操作中的显著变动。相应 地，速度迅速减小。然而，通过VP切换控制功能部分Fc,能够消除 这些问题。积分预置单元92被用作积分项控制功能部分Fk。在速度控制区 被切换为压力控制区时，该积分预置单元92执行这样的操作，即将包 含在压力补偿部分53p的PID控制系统53pc的积分项预置在新的积 分项，该新的积分项被确定成使得切换后的速度指令值Vcg与切换之 前的速度指令值Vcg相一致。因此，从比例增益设定单元90输出的 旧的速度指令值Vcgr、比例增益i殳定单元90的旧的比例增益Gpr、 微分器89的旧的微分输出Dr、新的压力偏差值Ep和从运算单元84 获得的新的积分增益Gi都被输送到积分预置单元92，通过用下面的 等式(100)执行运算处理，获得新的积分项。
新积分项={ ( Vcr/Gpr ) +Dr-Ep}'Gi ( 100 )
如上所述，通过在切换之前用等式(100)执行关于旧速度指令值 Vcgr的反向计算来确定新积分项，而且新积分项，即运算结果(解答) 被预置在积分器83内。结果，当速度控制区被切换为压力控制区时， 切换后的速度指令值Vcg与切换前的速度指令值Vcg —致。在该情况 下，旧速度指令值Vcgr、旧的比例增益Gpr和旧的微分输出Dr被临 时储存在积分预置单元92内。通过提供如上操作的积分项控制功能部 分Fk，能够防止不稳定的变化，比如超过目标或者未达目标，这些变 化是在速度控制区被切换为压力控制区时由震动引起的。
现在参照图1至7，对根据该实施例的控制方法作出说明，该控 制方法包括具有这样的结构的注射模塑机1的操作，特别是注射过程 的操作。
在注射模塑机1中，设定两种控制模式，即第一控制模式Ml和 第二控制模式M2。此处，第一控制模式Ml是使用第一控制系统Cf 的模式，其中如图6所示，螺杆速度由速度检测值Vd和设定的速度 目标值Vfc经由反馈进行控制，所述速度检测值Vd是通过螺杆速度 检测装置5检测并且与螺杆速度有关，其中，注射压力由压力检测值 Pid和设定的压力目标值Pic经由反馈进行控制，所述压力检测值Pid 通过注射压力检测装置6检测并与注射压力相关。因此，当使用第一 控制模式Ml时，模式选择装置8的速度选择开关SWv和压力选择开关SWp如图6所示被切换到选择第一控制模式Ml的位置。
相反，第二控制模式M2是使用第二控制系统Cs的模式，其中如 图7所示，螺杆速度是由设定的速度目标值Vsc开环控制的，并且其 中泵压是由液压泵4的压力检测值Ppd和设定的压力目标值Ppc经由 反馈控制的，所述压力检测值Ppd是通过泵压传感器7检测并和泵压 有关。因此，当使用第二控制模式M2时，模式选择装置8的速度选 择开关SWv和压力选择开关SWp被切换到如图7所示的选择第二控 制模式M2的位置。在第二控制模式M2中，关于第二控制系统Cs 的泵压的伺服增益Ks被设定成低于关于第 一控制系统Cf的泵压的伺 服增益Kf。该伺服增益Kf能够设定在标准水平。当以这种方式将第 二控制系统Cs的伺服增益Ks设定成低于第一控制系统Cf的伺服增 益Kf时，能够使得其中螺杆速度是开环控制且泵压经由反馈控制的 第二控制系统Cs的优点(特性)变得更明显。
现在按照图1所示的流程图说明使用第一控制模式Ml和第二控 制模式M2的注射过程(注射填充过程和压力保持过程)的操作。
在开始生产之前，操作员首先在第一控制模式Ml和第二控制模 式M2之间选择。此处，能够根据至少材料信息选择第一控制模式 M1和第二控制模式M2 (步骤S1)。更优选地，当模塑材料为通常的 模塑材料(纯净材料)时，能够选择第一控制模式Ml,当模塑材料 是含有预定比例的废料或更多时，'能够选择第二控制模式M2。因此， 通过在第一控制模式Ml和第二控制模式M2之间进行选择，能够执 行适合各种模塑材料的不同特性(状况)的最适宜的控制。特别地， 能够执行关于纯净材料和再生材料的最适宜的控制。操作员能够手动 操作模式切换部分8ms以在第一控制模式Ml和第二控制模式M2之 间进行选择。
现在假设操作员选择了第一控制模式Ml来模塑纯净材料(步骤 S2和S3)。因此，在注射过程中，执行完整的闭环控制(步骤S4)。 该完整的闭环控制是通过上述第 一控制系统Cf执行的，在该第 一控制 系统Cf中，如图6所示，螺杆速度由速度检测值Vd和预置的速度目标值Vfc经由反馈进行控制(步骤S41)，所述速度检测值Vd通过螺 杆速度检测装置5检测并和螺杆速度相关，并且其中，注射压力由压 力检测值Pid和预置的压力目标值Pic经由反馈进行控制(步骤S42 )， 所述压力检测值Pid通过缸内压传感器6b检测并和注射压力相关。与 泵压相关的伺服增益Kf被设定成相对高于与第二控制系统Cs中的泵 压相关的伺服增益Ks (步骤S43)。因为第二控制系统Cs的伺服增益 Ks被设定为低于标准值，所以伺服增益Kf能够设定为标准值。
然后，在第一控制模式Ml中，在生产中控制注射过程(步骤S7 )。 在此情况下，在注射填充过程中，通过模塑机控制器51控制伺服马达 3被驱动，而且通过液压泵4的操作使加压油输送进注射缸12的后油 室12r。结果，加热缸22内被计量的熔融树脂(纯净材料)通过注射 活塞25和螺杆23的向前运动经由注射喷嘴11被注射并填充进模具 13的型腔。此处，从螺杆位置传感器5x获得的位置检测值Xd通过速 度转换器52被转换成速度检测值Vd，而且被输送给偏差运算单元65。 在偏差运算单元65内，获得速度目标值Vfc和速度检测值Vd之间的 偏差，即速度偏差值Ev，而且还获得由速度偏差值Ev通过PID控制 系统53vc进行速度补偿后作为结果获得的速度指令值Vco。该速度指 令值Vco经过速度选择切换功能部分SWv被输送给速度限制器54。
从缸内压传感器6b获得的压力检测值Pid经过压力选择切换功能 部分SWp被输送到偏差运算单元81。在偏差运算单元81内，获得压 力目标值Pic和压力检测值Pid之间的偏差，即压力偏差值Ep，而且 还获得由压力偏差值Ep通过PID控制系统53pc进行压力补偿后作为 结果获得的速度指令值Vcg，作为比例增益设定单元90的输出。在加 法器92内，速度指令值Vcg和来自速度设定单元91的补偿指令值Va 被加在一起，得到的值输送给速度限制器54。在速度限制器54内， 从速度补偿部分53v输出的速度指令值Vco被设定为速度限制器值。 在注射填充过程中，因为注射压力(压力检测值Pid)低，压力偏差 值Ep高。因此，速度指令值Vco即速度限制器值作为速度指令值Vca 从速度限制器54输出，而且经由反馈控制螺杆速度，使得注射速度成为速度目标值Vfc。
当注射填充过程继续时，注射压力逐渐增加，即，压力检测值Pid
逐渐增加。因此，压力目标值Pic和压力检测值Pid之间的压力偏差
值Ep(速度指令值Vcg)降低。当速度指令值Vcg变为小于速度指令 /f古Vp 加；去；t昭在'l哭/吉. 氣太卜iir J+"tr7i& " 7T, *沐后，当从
螺杆位置传感器5x获得的位置检测值Xd达到预定位置(VP切换位 置)或者压力目标值Pic (VP切换压力)时，该过程被转换为压力保 持过程。在压力保持过程(压力控制区)中，压力偏差值Ep(速度指 令值Vcg)低于速度指令值Vco,从压力补偿部分53p获得的速度指 令值Vcg作为速度指令值Vca从速度限制器54输出，而且压力经由 反馈进行控制，使得压力检测值Pid等于压力目标值Pic。
当在如上所述的第一控制模式Ml中执行控制时，螺杆速度经由 反馈进行控制，使得更精确地控制该速度，而且注射压力(树脂压力) 也经由反馈进行控制，使得更精确地控制该压力。因此，对模塑机高 度精确的控制就反应在高度均勾的纯净材料上。这使得对纯净材料能 够执行最适宜的控制。在完成注射过程后，执行除注射过程外的模塑 过程(步骤S8和S9)。在除了注射过程外的模塑过程中，取消第一控 制模式M1。
现在假设操作员选择第二控制模式M2来模塑再生材料(步骤 S5)。从而，在注射过程中，执行半闭环控制(步骤S6)。所述半闭环 控制通过上述第二控制系统Cs执行，而且如图7所示，螺杆速度用 设定的速度目标值Vsc进行开环控制(步骤S61 )，泵压通过压力检测 值Ppd和预置压力目标值Ppc经由反馈进行控制(步骤S62)，其中 所述压力检测值Ppd通过泵压传感器7检测并和液压泵4的泵压有关。 关于在第二控制系统Cs中泵压的伺服增益Ks被设定为低于关于第一 控制系统Cf中泵压的伺服增益Kf (步骤S63)。
然后，在第二控制模式M2中，在生产中控制注射过程(步骤S7 )。 在该情况下，在注射填充过程中，伺服马达3通过模塑机控制器51 被控制成被驱动，并且通过液压泵4的操作将加压油被输送进注射缸12的后油室12r内。然后，加热缸22内^皮计量的熔融树脂(再生材 料)通过注射活塞25和螺杆23的向前运动经由注射喷嘴11被注射并 填充进模具13的型腔。在该情况下，速度目标值Vsc绕过速度补偿部 分53v，并被直接输送给速度限制器54,对螺杆速度进行开环控制。
从泵压传感器7获得的而且与泵压有关的压力检测值Ppd经过压 力选择切换功能部分SWp被输送给偏差运算单元81。因此，在压力 目标值Ppc和压力检测值Ppd之间的压力偏差值Ep从偏差运算单元 81获得，接着执行反馈控制，使得液压泵4的泵压(排放压力)等于 压力目标值Ppc。因此，高度精确和稳定的油压从液压驱动源2输送 到注射缸12的后油室12r。考虑到是再生材料，将压力目标值Ppc设 定为不会由于飞边等引起缺陷。
当在如上所述的第二控制模式M2中执行控制时，螺杆速度进行 开环控制，而且液压泵4的泵压经由反馈进行控制，从而更精确地控 制泵压。因此，即使再生材料非常不均勾，也能够按照再生材料的特 性和状况在模塑机上执行控制。具体地，因为螺杆速度进行开环控制， 而且高度精确和稳定的油压从液压泵4输出，即使由于再生材料的特 性，再生材料存在没有充分地填充模具13的型腔内的可能性，也能够 防止这种不充分的填充(注射不足的缺陷等)，而且即使由于再生材料 的特性，存在再生材料过量填充进模具13的型腔内的可能性，也能够 防止过量填充(由于飞边的缺陷等)。因此，在第二控制模式M2中， 即使包含30。/。或以上的不同类型材料，也能够特别针对再生材料执行 适宜的控制并且令人满意地执行模塑。在完成注射过程后，执行除了 注射过程外的模塑过程(步骤S8和S9 )。在除了注射过程之外的模塑 过程中，取消第二控制模式M2。
图8和图9表示第一控制模式Ml和第二控制模式M2之间的对 比数据，特别是当再生材料在第一控制模式Ml和第二控制模式M2 中被模塑时获得的对比数据。图8表示在注射填充过程的结束阶段时 对应于螺杆位置X的螺杆速度V和注射压力Pi。由于执行注射填充 过程的结束阶段，模具13的型腔几乎被树脂完全填满。在第一控制模式Ml中，优先考虑速度控制，从而连续执行速度控制(图8中的V (Ml))，直到在注射填充过程的结束阶段完成速度控制区为止(当达 到VP切换位置时)。由此，注射压力Pi (图8中的Pi (Ml))根据速 度控制而增加。因此，可够发生由于飞边的缺陷等。与此相反，在第 二控制模式M2中，在注射填充过程的结束时，注射压力Pi(图8中 的Pi (M2))根据树脂的状况降低，而且当注射压力Pi降低时，螺杆 速度V (图8中的V (M2))降低。因此，根据树脂的状况以及稳定 的泵压的大小调整填充树脂的量，结果防止出现由于飞边的缺陷等。
图9表示在注射填充过程的所有阶段相应于螺杆位置X的螺杆速 度V和注射压力Pi。在第二控制模式M2中，注射压力Pi (图9中的 Pi (M2))根据树脂的状况减小，相应地，螺杆速度V (图9中的V (M2))逐渐降低。特别的，在图9中，期间Vna指的是螺杆速度V 根据注射压力Pi (填充压力)逐渐降低的期间，并且在该期间内，根 据树脂的状况执行模塑。在图9中，V (Ml)代表第一控制模式Ml 中的螺杆速度V， Pi (Ml)代表第一控制模式M1中的注射压力Pi。
如上所述，通过根据该实施例的注射模塑机1及控制它的方法， 因为第一控制模式Ml和第二控制模式M2能够按照模塑材料进行选 择，即使使用不同类型的模塑材料(状况)，也能够为不同类型的模塑 材料的模塑操作共享单个注射模塑机1。因此，没有必要根据不同类 型的模塑材料购买两种类型的注射模塑机，这在成本、安装空间等方 面有益，而且不同类型的模塑材料通过改变控制方法来处理。由此， 能够防止注射模塑机本身变得专门化和复杂化，这有助于进一步降低 成本。即使模塑材料包含不同类型的材料如再生材料，根据不可避免 含有不同类型材料的模塑材料的特性和状况，也能够执行最适宜的控 制，所以即使模塑材料是不均匀的，不论不均匀的程度如何，都能够 提高模塑材料的模塑质量和均匀度。特别地，当选择第二控制模式 M2时，防止了超负荷。这有助于改进注射模塑机整体的能量节约。
尽管以上已经详细地描述了优选实施例，但是本发明不限于这些 实施例。在不脱离本发明的精神的情况下，对回路结构、方法、数值等方面能够做出修改、添加和删除。
例如，尽管上述说明涉及这样的情况，即其中被手动切换的手动
选择装置8ms用作模式选择装置8，但是相反可以使用自动选择装置， 该自动选择装置至少基于设定模塑状况时输入的材料代码自动地做出 选择。尽管上述说明涉及这样的情况，即按照材料信息，特别是含有 纯净材料和预定比例或更多比例的废料的再生材料，选择第一控制模 式Ml或第二控制模式M2,但是本发明不限于这样的选择要素。特 别地，由操作员用模式选择装置8任意地做出选择，这允许按照各种 模塑材料、模塑材料的组合和模塑产品的形状等、或者除了模塑材料 之外的因素做出选择，而且当使用未知的模塑材料时，能够先试用控 制模式Ml和M2中的一个，然后如果没有令人满意地执行模塑，则 试用另一个控制模式M2或Ml。尽管通过举例的方式将伺服马达3 用作驱动马达3,但也可以使用具有和伺服马达3 —样功能的任何其 它驱动马达3。 工业应用性
本发明可适用于带有液压驱动源的注射模塑机，其中包括液压泵 的液压驱动源可变地控制驱动马达的转数，以获得排放流速的控制。
参照标记列表
1:注射模塑机，li:注射单元，2:液压驱动源，3:驱动马达， 4:液压泵，5:螺杆速度检测装置，6:注射压力检测装置，6a:喷嘴 树脂压力传感器，6b:缸内压传感器，6c:模具树脂压力传感器，7: 泵压传感器，8:模式选择装置，8m:手动选择装置，11:注射喷嘴， 12:注射缸，13:模具，14:旋转编码器，Vd:位置检测值，Vfc: 速度目标值，Vsc:速度目标值，Pic:压力目标值，Ppc:压力目标值， Pid:压力检测值，Ppd:压力检测值，Ml:第一控制模式，M2:第 二控制模式，Cf:第一控制系统，Cs:第二控制系统，Cm:小回路 控制系统
21引文列表 专利文献1
日本JP-A-H04-79289 专利文献2
日本JP画A画2004-50427 。
权利要求
1. 一种设有液压驱动源的注射模塑机，该液压驱动源包括可变地控制驱动马达的转数以获得排放流速的控制的液压泵，所述注射模塑机包括能够在第一控制模式和第二控制模式之间有选择地切换的模式选择装置，其中，在第一控制模式中，通过第一控制系统执行控制，其中，通过速度检测值和设定的速度目标值经由反馈来控制螺杆速度，所述速度检测值通过螺杆速度检测装置进行检测并且与螺杆速度有关，并且通过压力检测值和设定的压力目标值经由反馈来控制注射压力，所述压力检测值通过注射压力检测装置进行检测并与注射压力相关，相反，在第二控制模式中，通过第二控制系统执行控制，其中，由设定的速度目标值开环控制螺杆速度，并且通过压力检测值和设定的压力目标值经由反馈来控制泵压，所述压力检测值通过泵压检测装置进行检测并和液压泵的泵压有关。
2. 如权利要求l所述的注射模塑机，其中，在第二控制模式中关 于泵压的伺服增益设定为低于第一控制模式中关于泵压的伺服增益。
3. 如权利要求1所述的注射模塑机，其中，所述注射压力检测装 置包括喷嘴树脂压力传感器、缸内压传感器和模具树脂压力传感器中 的至少一个，所述喷嘴树脂压力传感器用于检测在注射设备的注射喷 嘴内的树脂压力，所述缸内压传感器用于检测注射缸内的液压，所述 模具树脂压力传感器用于检测模具内的树脂的压力。
4. 如权利要求1所述的注射模塑机，还包括 用于驱动马达的小回路控制系统，其通过旋转编码器检测所述驱动马达的转数并且基于检测结果经由反馈控制所述转数。
5. 如权利要求4所述的注射模塑机，其中伺服马达被用作驱动马达。
6. 如权利要求1所述的注射模塑机，其中，能够手动和任意地执行切换的手动选择装置被用作模式选择装置。
7. 如权利要求1所述的注射模塑机，其中，至少基于在设定模塑 状况时输入的材料编码自动做出选择的自动选择装置被用作模式选择 装置。
8. 如权利要求7所述的注射模塑机，其中至少根据材料信息选择 第一控制模式或第二控制模式。
9. 如权利要求8所述的注射模塑机，其中，所述材料信息至少包 括再生材料的信息，该再生材料含有普通的模塑材料(纯净材料)和 预定比例的或更多比例的废料，对纯净材料选择所述第一控制模式， 对于再生材料选择第二控制模式。
10. —种控制注射模塑机的方法，该注射模塑机包括液压泵作为 液压驱动源，该液压泵可变地控制驱动马达的转数以获得排放流速的 控制，其中，提供可选择的第一控制模式和第二控制模式，如果选择第 一控制模式，则通过第一控制系统执行控制，其中，通过与被检测的 螺杆速度有关的速度检测值和设定的速度目标值经由反馈来控制螺杆 速度，通过与被检测的注射压力相关的压力检测值和设定的压力目标 值经由反馈来控制注射压力，相反，如果选择第二控制模式，则通过 第二控制系统执行控制，其中，通过设定的速度目标值开环控制螺杆 速度，并且通过与液压泵的被检测的泵压有关的压力检测值和设定的 压力目标值经由反馈来控制泵压。
11. 如权利要求IO所述的控制注射模塑机的方法，其中，至少根 据材料信息选择第一控制模式或第二控制模式。
12. 如权利要求11所述的控制注射模塑机的方法，其中，所述材 料信息至少包括再生材料的信息，该再生材料含有普通的模塑材料(纯 净材料)和预定比例的或更多比例的废料，对纯净材料选择第一控制 模式，对于再生材料选择第二控制模式。
13. 如权利要求IO所述的控制注射模塑机的方法，其中在注射过 程中使用第 一 控制模式和第二控制模式。
14. 如权利要求IO所述的控制注射模塑机的方法，其中，在驱动 马达用的小回路控制系统中，通过旋转编码器检测驱动马达的转数， 并且基于检测结果经由反馈控制所述转数。
15. 如权利要求14所述的控制注射模塑机的方法，其中伺服马达 被用作驱动马达。
16. 如权利要求10所述的控制注射模塑机的方法，其中，在第二控制模式中关于泵压的伺服增益被设定为低于在第一控制模式中关于 泵压的伺服增益。
全文摘要
注射模塑机(1)包括能够在第一控制模式M1和第二控制模式M2之间有选择地切换的模式选择装置(8)。在第一控制模式M1中，通过第一控制系统(Cf)执行控制，其中，通过由螺杆速度检测装置(5)检测的速度检测值Vd和速度目标值Vfc经由反馈来控制螺杆速度，通过由注射压力检测装置(6)检测的压力检测值Pid和压力目标值Pic经由反馈控制注射压力，相反，在第二控制模式M2中，通过第二控制系统(Cs)执行控制，其中，通过速度目标值Vsc开环控制螺杆速度，并且通过压力检测值Ppd和压力目标值Ppc经由反馈控制泵压，其中所述压力检测值Ppd通过泵压检测装置(7)进行检测并和液压泵(4)的泵压有关。
文档编号B29C45/76GK101518938SQ20091000834
公开日2009年9月2日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年2月29日
发明者中村清, 加藤利美, 村田博文, 海野义元, 箱田隆 申请人:日精树脂工业株式会社