JP3315837B2 - 押出成形装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両用窓ガラス
の周縁部にフレーム状の成形品を一体に形成したり、単
体のモール製品を製造する押出成形装置により成形され
る成形品の断面形状を高精度に管理する押出成形装置の
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用窓ガラスのようなパネル類
の周縁部には、図１７（Ａ），（Ｂ）に示すような枠形
の成形品１が一体に形成される場合がある（特開平４−
２６１８２２号公報参照）。上記成形品１の形成には、
該成形品１となる押出物をノズル先端部４より吐出する
押出成形機と、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、車
両用窓ガラス２（以下、ワークという）を保持して上記
ノズル先端部４に対し直線と旋回とからなる複合運動さ
せるロボットとの協動システムが用いられる。押出成形
機は、例えばモータ等の回転アクチュエータ（以下、成
形機アクチュエータという）により溶融樹脂等の押出物
を繰出しノズル先端部４より連続的に吐出するもので、
ノズル先端部４を上記複合運動するワークの周縁部が移
動するように設置される。ノズル先端部４には、後述す
るように押出物の押出し形状を成形品１の断面形状とす
る口金が取付けられている。

【０００３】従って、ロボットを所定の速度で運転する
と、ノズル先端部４に対しワークが移動し、その周縁部
に図１７（Ａ），（Ｂ）に示すような成形品１が一体に
形成されるのである。なお、ワークの周縁部には図１７
（Ｂ）に示すようにプライマー５を塗り、押出物の熱と
圧力でプライマー５が反応して接着層を形成するように
している。

【０００４】この種の押出し成形では、成形品の断面形
状精度を連続的に得るため、ノズル先端部における単位
時間当たりの押出物吐出量とワーク移動速度、この場
合、ワーク周縁速度Ｖとを一定に保つことが固有技術で
ある。これによれば、ワーク周縁速度Ｖを一定に保つた
め、ワーク直線状部のワーク周縁速度をＶとするときの
ロボット運転速度ｖ_A は、ワークコーナ状部の周縁速度
をＶとする時のロボット運転速度より制限されてしま
い、１枚のワークに成形品を形成する時間（以下、サイ
クルタイムという）を長くする欠点がある。

【０００５】即ち、ワークのコーナ状部と直線状部とで
同じ周縁速度Ｖとするためには、ワーク直線状部を移動
させるときのロボットの運転速度ｖ_A を、コーナ状部を
移動させるときのロボットの運転速度ｖ_B より小さくせ
ざるを得ず、結果、サイクルタイムは、ワークの周縁移
動量(mm)／コーナ状部の移動速度(mm/sec)で決定されて
しまい、ロボットの速度性能上計画されるサイクルタイ
ムより長くなって、量産の要請に柔軟性がない。

【０００６】そこで、直線状部でサイクルタイムを稼ぐ
ように、直線状部とコーナ状部で周縁速度Ｖを変化さ
せ、その変化に追随して押出物吐出量が相対的に変化す
るように押出成形機におけるアクチュエータの動作速度
（例えばスクリュー回転数）を制御することが考えられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ノズル先端部
における押出物吐出量は成形機アクチュエータによって
押出される押出物の圧力に依存する物理量であり、成形
機アクチュエータの動作速度とノズル先端部における押
出物圧力（以下、単に押出物圧力という）との関係を表
す回帰式は、非線形差分要素と時間差分要素とをもつ。

【０００８】従って、一般的な比例動作、微分動作、積
分動作を基調としたフィードバック制御をあてはめて、
成形機アクチュエータの動作速度の変化に押出物圧力を
追従させようとすると、その回帰式の設定に多大な検討
時間を要するとともに、上記一般的な制御では、上記時
間差分要素を記憶して先読み補正する動作がないため、
制御の遅れが顕著になって成形品の断面形状精度を保て
なくなる。

【０００９】また、押出物圧力は外気温度等の外乱因子
によって目標値とのずれがおこりやすく、連続生産の場
合の自動制御化を困難なものとしている。この発明は上
記問題点に鑑みてなされたもので、ロボットの運転速度
を成形品の形状にかかわらず能力速度で運転できるよう
にしてサイクルタイムを短縮し得るとともに、これによ
りワークの移動速度が変化する場合でも成形品の断面形
状のばらつきを小さくし、かつ、成形前の回帰式の設定
等の準備作業を容易とすることを解決すべき課題とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は、ノズル先端部に対するワークの移動速
度の変化を許容し、成形品の形状によってロボット運転
速度が制限されないようにしたものである。即ち、請求
項１の発明は、フレーム状成形品となる押出物をノズル
先端部に繰出す成形機アクチュエータを有した押出成形
機と、上記成形品が形成されるワークを直線及び旋回か
らなる複合運動させつつ保持するとともに、上記ノズル
先端部に対するワーク移動速度に関し、上記成形品のコ
ーナ状部と上記旋回の中心との距離によって制約される
上記コーナ状部のワーク移動速度より直線状部のワーク
移動速度が速くなるように運転速度を設定したロボット
とからなる押出成形装置において、上記押出成形機の成
形機アクチュエータを制御する押出成形装置の制御装置
であって、特許請求の範囲に記載した構成を採り、一般
的なＣＰＵ機能を有したコントローラを主体に実現され
る。速度データ入力手段は、ＣＰＵによってアクセスさ
れるＲＡＭ、或いはレジスタで構成される。差分要素演
算手段は、上記ワーク移動速度、上記ノズル先端部にお
ける押出物圧力及び上記成形機アクチュエータの動作速
度のうち任意の二つの関係を表す回帰式の一つを書き込
み可能なＲＯＭ若しくはＲＡＭと、これと協動して上記
ワーク移動速度を基準とする上記押出物圧力と上記成形
機アクチュエータの動作速度との非線形差分要素及び時
間差分要素のうち少なくとも一つを演算するＡＬＵとか
ら構成する。操作手段は、上記成形機アクチュエータを
駆動する電力出力回路を含み、該電力出力回路へ制御信
号によって駆動信号を生成して供給する電気回路によっ
て構成することができる。

【００１１】

【００１２】請求項２の発明は、請求項１において、上
記ワーク移動速度と上記ノズル先端部における押出物圧
力との関係を表す回帰式を用いるとともに、ノズル先端
部における押出物圧力を検出する圧力検出手段を設け、
該圧力検出手段の検出圧力と回帰式から求まる押出物圧
力との差を非線形差分要素として求める構成を採る。ま
た、請求項１の発明に、さらに、基本データ作成手段に
ワーク移動速度が変化する時系列点と該時系列点で必要
な成形機アクチュエータへの動作速度指令値（基本デー
タ）を作成するとともに、１サイクル分のワーク移動速
度の変化波形を読込み、この変化波形を微分して得られ
るワーク速度変化率とワーク移動速度とから、上記時系
列点での押出物圧力と上記成形機アクチュエータの動作
速度との時間差分要素を演算し、該時間差分要素に基づ
いて基本データの時間軸を、上記ワーク移動速度の変化
する時系列点より前にシフトする構成を加えることもで
きる。

【００１３】請求項３の発明は、上記押出成形機の成形
機アクチュエータを制御する押出成形装置の制御装置で
あって、１サイクル分のワーク移動速度を予め読込むと
ともに、このワーク移動速度のワーク速度変化率が変わ
る時系列点に基本データを設定し、更に、上記基本デー
タで成形中、１サイクル分の検出圧力の波形より圧力変
化率が変わる時系列点と上記ワーク移動速度に基づく時
系列点との時間差分を演算し、該時間差分により上記基
本データを修正し、順次入替える構成を採る。

【００１４】ここで、非線形差分要素とは、ワーク移動
速度の変化特性と押出物圧力の変化特性の差分をいう。
なお、請求項１〜請求項３に係る発明は、例えば画面上
にワーク移動速度の変化点を示すグラフを表示し、この
変化点の手前で成形機アクチュエータの動作速度を変更
する手動操作を行いつつ成形する実施を妨げるものでは
ない。

【００１５】

【作用】本発明の押出し成形装置の制御装置によれば、
例えばワークの周縁部に成形品を形成する場合、ワーク
移動速度となるワーク周縁速度がコーナ状部で低下する
場合でも、直線状部のワーク周縁速度をそれに合わせて
低下させる必要がなく、ロボットを能力速度で運転する
ことが可能となる。

【００１６】請求項１の発明によれば、ワーク周縁速度
を成形前に読込むとともに、ワーク周縁速度の波形と押
出物圧力の波形との非線形差分要素若しくは時間差分要
素を演算により求めることにより、これら差分要素に基
づいて成形機アクチュエータの動作速度を指令する制御
信号をワーク周縁速度が変化する前に補正する。請求項
２の発明によれば、ワーク周縁速度を成形前に読込むと
ともに、ワーク移動速度の波形と押出物圧力の波形との
非線形差分要素を演算するので、非線形差分要素に起因
した断面形状のばらつきを防止することができる。

【００１７】また、請求項１の発明に、さらに、ワーク
移動速度の変化する時系列点に、成形機アクチュエータ
の動作速度を指令する基本データを設定し、ワーク移動
速度とこれを微分して得られるワーク速度変化率とから
求めた上記時系列点での押出物圧力と上記成形機アクチ
ュエータの動作速度との時間差分要素に基づいて、上記
基本データの時間軸を上記ワーク移動速度の変化する時
系列点より前に上記基本データを操作手段に出力する構
成を加えることもできる。これによりワーク移動速度の
変化を先読みして押出物圧力を追従させる制御が可能と
なる。

【００１８】請求項３の発明によれば、ワーク周縁速度
が変化する時系列点と押出物圧力が変化する時系列点の
時間差分を１サイクル毎に演算し、該時間差分よりワー
ク周縁速度の変化に対して成形機アクチュエータに動作
速度を指令する制御信号の前出し時系列点を求め、か
つ、前回の制御信号を上記前出し時系列点に必要な制御
信号に修正する。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、この発明を実施例により詳
細に説明する。 基本構成 先ず、この発明を適用するための押出成形装置の１例を
図１に示す。図１において、ロボット１１は、ロボット
制御盤１４によって運転指令がなされる多自由度のアー
ム１２をもち、該アーム１２の先端にはワーク２を保持
するアタッチメント１３が取付けられている。アタッチ
メント１３に保持されたワーク２は、図３（Ａ），
（Ｂ）に示すように、保持中心３が直線と旋回とからな
る複合運動されるようになっている。

【００２０】押出成形機１５は、ホッパ１６に供給され
る押出物をモータ１０によってノズル先端部４へ繰出
し、該ノズル先端部４より吐出するようになっており、
モータ１０へは成形機制御盤１７から通信ケーブル１８
を介して制御信号２０が送出されている。この制御信号
２０は、この発明によりモータ１０の回転速度Ｎを指令
するための制御信号に相当するものである。

【００２１】また、上記ロボット制御盤１４から成形機
制御盤１７へは通信ケーブル１９を介してワーク移動速
度、ここではワーク周縁速度Ｖを指示する速度指示信号
２１が送出されている。更に、ノズル先端部４には、図
２に示すように、ワークの周縁部に嵌合する切込み４ａ
が形成されるとともに、該切込み４ａと連通した吐出口
２２ａをもつ口金２２が装着されている。該吐出口２２
ａは押出物の断面形状を規制している。

【００２２】更に、以下の第１実施例と第３実施例で
は、ノズル先端部４に圧力センサ２３を設置し、吐出口
２２ａにおける押出物圧力を検出した制御を行うように
なっている。この場合も圧力センサ２３の検出圧力Ｐ_d
は通信ケーブル２４を介して成形機制御盤１７へ送出さ
れる。圧力センサ２３は、例えば機械的歪みを検出する
半導体膜を直接にノズル先端部４に設置したり、該半導
体膜で定圧室を仕切ったものを用いることができる。

【００２３】上記押出成形装置の特徴は、ワークのコー
ナ状部によって制約されるワーク周縁速度に合わせ全周
縁等速度移動させることなく、ロボットの運転速度をワ
ークの直線状部におけるワーク周縁速度が単独で高速と
なるように調整したものである。即ち、従来、図１８
（Ａ），（Ｂ）において、ワーク周縁速度を全周縁にお
いて定速度となるように、保持中心３とコーナ部との距
離によってワーク移動速度が低下するコーナ状部成形時
のロボットの運転速度ｖ_B に対し、速度低下を生じない
直線状部成形時のロボットの運転速度ｖ_A を制限するこ
となく、図３（Ａ）と図１８（Ａ）とを対比してわかる
ように、ワーク直線状部の成形時のロボット運転速度ｖ
_A ′を、ｖ_A ′＞ｖ_A に設定して、Ｖ₁ ＞Ｖ₂ としたも
のである。

【００２４】従って、ワーク２は、図４（Ａ）に示すよ
うに、ノズル先端部４に対し直線状部の移動区間Ｌ_A で
は高速度Ｖ₁ で移動し、コーナ部の移動区間Ｌ_B では低
速度Ｖ₂ で移動する。そこで、上記のようにワーク周縁
速度が直線状部で大きくなるワークに対し、この発明
は、既述した固有技術を適用するために、押出物の吐出
量（流量）をＶ₁ →Ｖ₂ →Ｖ₁ ……の変化に対応して制
御する必要が生じる。以下の実施例は、この制御方式の
幾つかを提供するものである。

【００２５】制御装置の第１実施例 この発明の第１実施例は、上記基本構成を具備したもの
において、この発明の押出成形装置の制御装置を構成す
る成形機制御盤１７の構成が図５のブロック図に示すよ
うに以下の如く構成される。即ち、成形機制御盤１７に
は、上記ワーク周縁速度Ｖを示す速度指示信号２１を成
形前に読込む速度データ入力手段２５と、上記圧力セン
サ２３からの検出圧力Ｐ_d を入力し、上記速度データ入
力手段２５で読込んだワーク周縁速度Ｖの各速度値のと
きに上記ノズル先端部４で必要な押出物圧力Ｐ_i を上記
ワーク周縁速度Ｖと上記押出物圧力Ｐとの関係を表す回
帰式により算出し、該算出した押出物圧力Ｐ_i と上記検
出圧力Ｐ_d とを比較して上記速度データ入力手段２５に
読込んだワーク周縁速度Ｖを基準とする上記押出物圧力
Ｐと上記モータ１０の回転速度Ｎとの非線形差分要素を
求める差分要素演算手段２６と、上記非線形差分要素を
パラメータとして上記ノズル先端部４における押出物圧
力ｐが上記ワーク周縁速度Ｖの変化に追従するように制
御信号２０を生成し上記モータ１０の回転速度Ｎを制御
する操作手段２７とを具備する。

【００２６】次に、上記構成の動作を図４乃至図７を参
照して説明する。先に、ワーク２は、ノズル先端部４に
対し直線状部の移動区間Ｌ_A では高速度Ｖ₁ で移動し、
コーナ部の移動区間Ｌ_B では低速度Ｖ₂ で移動すること
を説明した。図４（Ａ）はこのコーナ部と直線状部で変
化するワーク周縁速度Ｖを示す波形である。このワーク
周縁速度Ｖを示す波形は、例えば所定のワーク周縁部位
置に速度センサを取付け、該速度センサから送出される
信号或いは、ロボットの運転速度ｖ_A ′，ｖ_B から計算
して得られる信号を用いる。

【００２７】さて、成形機制御盤１７は、作業開始スイ
ッチの投入により、ステップＳ₁ を実行し、差分要素演
算手段２６の演算過程で使用するワーク周縁速度Ｖと押
出物圧力Ｐとの関係を表す回帰式Ｖ＝ｆ〔Ｐ〕を所定の
メモリに登録する。このとき同時にロボット制御盤１４
はステップＳａを行い、ワークの形状に応じたロボット
プログラム（コーナ部ではｖ_B 、直線状部ではｖ_A ′の
運転速度指示、運動内容指示等）を設定する。

【００２８】回帰式Ｖ＝ｆ〔Ｐ〕は、押出し断面形状が
一定に保たれるワーク周縁速度Ｖと押出物圧力Ｐとの関
係を実験により測定し、その特性を最も近似する関数を
試行錯誤して特定したものである。その結果、回帰式Ｖ
＝ｆ〔Ｐ〕は、図６に示すように、ほぼ直線となった。
従って、ワーク周縁速度Ｖの変化波形と押出物圧力Ｐの
変化特性は図４（Ａ）と図４（Ｂ）の実線波形を比較し
てわかるように、理想の成形が行われる場合は相似形に
ほぼ一致するものである。

【００２９】上記準備処理の後、成形機制御盤１７とロ
ボット制御盤１４とは、ステップＳ₂ 〔成形開始〕によ
りスタート動作する。このステップＳ₂ の段階で、ロボ
ット１１はアーム１２にワーク２を保持し、該ワーク２
の所定の周縁部を押出成形機１５におけるノズル先端部
４の切込み４ａに嵌合させ、ワーク２を移動させる寸前
にある。そして、押出成形機１５は、ホッパ１６に投入
される押出物をノズル先端部４より吐出可能な態勢にあ
る。

【００３０】今、成形開始直後の成形位置がワーク直線
状部であるとすると、ステップＳ₂の後のステップＳ₃
において、ロボット制御盤１４から送出される速度指示
信号２１は、高速度ｖ₁ を指示し、速度データ入力手段
２５を構成する所定レジスタに読込まれる。ここで、重
要な点は、高速度ｖ₁ を指示する速度指示信号２１が実
際にワーク２が移動する前（成形前）に読込まれること
である。この先読みのタイミングは少なくとも１プログ
ラムステップ前が望ましい。

【００３１】続いて成形機制御盤１７はステップＳ₄ に
おいて、登録した回帰式Ｖ＝ｆ〔Ｐ〕を用いて差分要素
演算手段２６による演算を実行し、算出押出物圧力Ｐ_i
を得る。算出押出物圧力Ｐ_i は、ワーク周縁速度Ｖ_i の
ときに必要な押出物圧力である。更に成形機制御盤１７
は、操作手段２７によるステップＳ₅ →Ｓ₆ →Ｓ₇ →Ｓ
₈ →Ｓ₅ のループを実行する。即ち、圧力センサ２３か
らの検出圧力Ｐ_d を入力し、算出押出物圧力Ｐ_i と検出
圧力Ｐ_d との差分（Ｐ_i −Ｐ_d ）を計算し、その結果を
ステップＳ₇ で判断し、差分（Ｐ_i −Ｐ_d ）が所定の有
限値を示す場合（ＮＯ）に、ステップＳ₈ に進みノズル
先端部４における押出物圧力ｐがワーク周縁速度Ｖの変
化に追従するようにモータ１０の回転速度Ｎを指令する
ための制御信号を生成する。このステップＳ₈ で行って
いる操作手段２７の動作は、一般的なＰＩＤ制御であ
る。

【００３２】上記ＰＩＤ制御を行う操作手段２７は、差
分（Ｐ_i −Ｐ_d ）がほぼ零に収束するまで上記ループを
繰り返す。この間に、モータ１０の回転速度Ｎが制御さ
れ、ノズル先端部４における押出物圧力が回帰式によっ
て決定される押出物圧力に一致してワーク周縁速度Ｖ_i
のときに必要な押出物圧力Ｐ_i で押出物が吐出される。

【００３３】差分（Ｐ_i −Ｐ_d ）がほぼ零の状態の場合
は、ステップＳ₉ で１サイクルの終了が否かを判断し、
成形途中の場合は速度指示信号２１の読込みステップＳ
₃ に戻り、ステップＳ₄ 〔必要圧力演算〕以下の処理を
繰り返す。即ち、直線状部からコーナ部へ変わるときの
指令値ｖ₂ へ追従する制御及びコーナ部から直線状部に
変わるときの制御を同様にして行う。

【００３４】このように上記第１実施例では、ワーク周
縁速度Ｖを直線状部ではコーナ部の速度Ｖ₂ より高速度
Ｖ₁ となるようにしたので、ワークの全周縁を通じてロ
ボットを能力速度で運転させることができ、サイクルタ
イムの短縮を図ることができる。また、上記第１実施例
の成形機制御盤１７ではワーク周縁速度Ｖの変化を成形
前に認識し、変化後の押出物圧力を先に演算してモータ
１０に先行制御をかけるようにしているので、この実施
例による制御を行わない場合の押出物圧力波形（図４
（Ｂ）の点線波形）に示す非線形差分要素が補正され、
ワーク周縁速度Ｖの高速度Ｖ₁ から低速度Ｖ₂ に変化す
る期間Ｔ_a 及び低速度Ｖ₂ から高速度Ｖ₁ に変化する期
間Ｔ_b の各特性に、押出物圧力Ｐの高圧力Ｐ₁ から低圧
力Ｐ₂ に変化する特性及び低圧力Ｐ₂ から高圧力Ｐ₁ に
変化する特性をほぼ一致させることができ、成形品の断
面形状を連続的に保った成形が可能となる。

【００３５】また、回帰式Ｖ＝ｆ〔Ｐ〕は、簡単な一次
式を用いることができるので、係数の設定も外乱の影響
を考えて多少変更するだけで済み極めて容易に行うこと
ができる。 制御装置の第２実施例 次にこの発明の第２実施例を図８乃至図１１を参照して
説明する。

【００３６】図８に示すように第２実施例は、ノズル先
端部４に対するワーク２の周縁速度を成形前に１サイク
ル分読込む速度データ入力手段２５と、該速度データ入
力手段２５で読込んだ移動速度よりモータ１０に必要な
回転速度を与えるための基本データを作成する基本デー
タ作成手段２８と、上記速度データ入力手段２５に読込
んだ移動速度データに基づいて上記モータ１０の回転速
度が変化してから押出物圧力が変化する時間差分要素の
回帰式を算出する差分要素演算手段２９と、上記基本デ
ータ作成手段２８に作成した基本データを上記回帰式よ
り求めた時間差分によって時間軸方向に修正して最終の
制御信号とする操作手段３０とから構成される。

【００３７】上記第２実施例の制御装置は図９のような
動作となる。図９において、ステップＳ₁₁乃至Ｓ₁₆は成
形前の準備処理である。ステップＳ₁₁はワーク移動速度
とモータ１０の回転速度、ここでは角速度との関係を表
す回帰式Ｖ＝ｆ〔ω〕を登録している。回帰式は基本デ
ータ作成手段２８でアクセスされる所定メモリに書込ま
れる。

【００３８】ステップＳ_a ，Ｓ_b はロボット制御盤１４
が行う処理であり、とりわけ、ステップＳ_b は、ワーク
２を保持した状態でロボットを１サイクル動作させてい
る。これにより、続くステップＳ₁₂ではワーク周縁速度
を成形前に１サイクル分所定レジスタに読み込み、速度
データ入力手段２５の作用を行っている。この場合、ワ
ーク周縁速度Ｖは図１０（Ａ）の波形データとして読み
込まれる。

【００３９】ステップＳ₁₃では、ステップＳ₁₁で登録し
た回帰式Ｖ＝ｆ〔ω〕により各ワーク周縁速度Ｖの時系
列点ｔ₁ 乃至ｔ₄ ごとに必要なモータ１０の各角速度ω
を算出している（基本データ作成手段２８）。この各角
速度ωは制御信号の元になる基本データであり、連続し
た角速度変化を示す波形データとして保存する。この波
形データは、図１０（Ｃ）における点線で示す波形で示
される。

【００４０】ステップＳ₁₄では、ステップＳ₁₂で読み込
んだワーク周縁速度Ｖの波形データを微分し、時系列点
ｔ₁ 乃至ｔ₄ ごとのワーク速度変化率Ｖ′を求めてい
る。ステップＳ₁₅では、上記時系列点ｔ₁ 乃至ｔ₄ ごと
のワーク周縁速度Ｖとワーク速度変化率Ｖ′とを変数と
して上記モータ１０の回転速度が変化してから押出物圧
力が変化する時間差分ｓを表す回帰式Ｓ＝ｆ〔Ｖ′，
Ｖ〕求め、時系列点ｔ ₁ 乃至ｔ₄ 毎の時間差分ｓの変化
波形（図示略）とする（差分要素演算手段２９）。

【００４１】これは、図１１に示すように、ｆ〔Ｖ′，
Ｖ〕の値から算出されるもので、ｆ〔Ｖ′，Ｖ〕は、例
えばＶ／Ｖ′の多項式で表される。即ち、例えば時系列
点ｔ ₁ 近傍の各ワーク周縁速度Ｖ_i をそのときの各ワー
ク速度変化率Ｖ_i ′で除算した各項（時間要素となる）
を合計する。時系列点ｔ₁ 近傍とは、ワーク速度変化率
Ｖ_i ′が一定となるまでの期間である。これにより求ま
る時間要素ｓ₁ 等は、ワーク周縁速度がある値から他の
値に変化するときの初期と終期における時定数を表し、
この時定数を押出物圧力の変化に当てはめると同時にモ
ータ１０の角速度を先読み制御に要する時間に換算して
いるのである。

【００４２】換言すれば、ワーク移動速度とモータ１０
の角速度との関係は線形で、かつ、押出物圧力はワーク
移動速度に追従させるものと定義すると、モータ１０の
角速度が変化してから押出物圧力が変化する遅れ時間ｓ
は、ワーク移動速度が変化する時定数に比例するものと
考えられるからである。続く、ステップＳ₁₆では、ステ
ップＳ₁₃で求めた角速度ωの波形データを上記差分要素
Ｓの変化特性で変調する。つまり、ワーク周縁速度が変
化する時系列点ｔ₁ 乃至ｔ₄ 毎に差分要素Ｓだけ時間軸
をシフトする。これによって、基本データは図１０
（Ｃ）の実線波形に示すように修正される。この修正後
のデータを制御として後の成形過程においてモータ１０
の速度指令に用いる（操作手段３）。

【００４３】こうして１枚のワークについての上記準備
処理が終了したら、ステップＳ₁₇〔成形開始〕以降の成
形作業処理に進み、以下この成形作業処理を繰り返す。
即ち、ステップＳ₁₈では、１つのワーク毎にステップＳ
₁₆で得た制御信号を出力してモータ１０を駆動してお
り、ステップＳ₁₉では１つのワークの成形終了か否かを
判断している。

【００４４】上記第２実施例の制御装置によれば、１サ
イクル分のワーク周縁速度を読込み、モータ１０の回転
速度と押出物圧力との間に、成形断面形状を維持できな
い程の大きな時間差分がある場合に、この時間差分の前
に回転速度を補正する制御信号が得られる。 制御装置の第３実施例 次にこの発明の第３実施例を図１２乃至図１６を参照し
て説明する。

【００４５】図１２に示すように第３実施例は、ノズル
先端部４における押出物圧力を検出する圧力センサ２３
と、ノズル先端部４に対するワークの１サイクル分の移
動速度を予め読込む速度データ入力手段２５と、該速度
データ入力手段２５に読込んだ移動速度データより基本
データを得る基本データ作成手段３１と、該基本データ
によってモータ１０をロボット１１と協動して１サイク
ル作動させる操作手段３２と、上記圧力センサ２３から
出力される１サイクル分の検出圧力Ｐ_d の波形の圧力変
化率が変わる時系列点を設定する圧力波形処理手段３３
と、ワーク速度変化率に関する時系列点と上記圧力変化
率に関する時系列点との時間差分により上記基本データ
を修正する基本データ修正演算手段３４と、該基本デー
タ修正手段３３で修正したデータを上記基本データ作成
手段に格納するデータ入替え手段３５とを具備する。

【００４６】上記第３実施例の制御装置は図１３のよう
な動作となる。図１３のステップＳ₂₁乃至Ｓ₂₅（Ａ）は
成形前の準備処理、図１３のステップＳ₂₆乃至Ｓ
₃₂（Ｂ）は成形作業処理である。この第３実施例は、成
形作業処理を行いつつデータを修正するニューロネット
形の制御を行っているが、基本的には第２実施例と同等
の制御を行っている。

【００４７】ステップＳ₂₁ではモータ１０の角速度ωと
ワーク周縁速度Ｖとの関係を表す回帰式ω＝ｆ〔Ｖ〕
（図１４）を登録している。ステップＳ₂₂乃至Ｓ₂₄は、
速度データ入力手段２５と基本データ作成手段３１の作
用を行っている。即ち、ステップＳ_b により１サイクル
運転されたロボット１１によりワーク周縁速度Ｖを読み
込み（ステップ）、読込んだ移動速度データ（図（１
５（Ａ）に示す波形データ）を微分して図１５（Ｂ）に
示すワーク速度変化率Ｖ′の波形を作成（ステップ）
し、更に上記移動速度データより上限速度 Ｖ₁ （直線
状部速度）、下限速度Ｖ₂ （コーナ部速度）を決め（ス
テップ）、上記回帰式ω＝ｆ〔Ｖ〕より上限速度
Ｖ₁ 、下限速度Ｖ₂ 及びその平均速度（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）／
２に対応する角速度ω₁ 〜ω₃ を設定（ステップＳ₂₃）
するとともに、上記ワーク速度変化率Ｖ′の波形の正負
各半サイクルと閾値±ａ（任意に設定）との交点をワー
ク速度変化率Ｖ′が変わる時系列点Ｔ₁ 〜Ｔ₃ ，Ｔ₄〜
Ｔ₆ として設定（ステップ）する。これらの予備処理
の後、ステップＳ₂₄において、図１５（Ｃ）に示すよう
に、上記時系列点Ｔ₁ 〜Ｔ₃ ，Ｔ₄ 〜Ｔ₆ に上記ω₁ 〜
ω₃ と、該ω₁ 〜ω₃ より演算した角速度変化率φ₁ 〜
φ₃ とφ₄ 〜φ₆ （φ₃ ，φ₆ は零）のデータを組合わ
せる。

【００４８】ここで、Ｔ₂ ＝（Ｔ₁ ＋Ｔ₃ ）／２ Ｔ₅ ＝（Ｔ₄ ＋Ｔ₅ ）／２であり、 また、φ₁ ＝（Ｔ₂ −Ｔ₁ ）／（ω₂ −ω₁ ） φ₂ ＝（Ｔ₃ −Ｔ₂ ）／（ω₃ −ω₂ ） φ₃ ＝（Ｔ₅ −Ｔ₄ ）／（ω₂ −ω₃ ） φ₄ ＝（Ｔ₆ −Ｔ₅ ）／（ω₁ −ω₂ ）である。

【００４９】こうして、モータ１０に必要な１サイクル
分の指令速度と指令速度変化率が設定される。上記ω₁
〜ω₃ 及び角速度変化率φ₁ 〜φ₃ ，φ₄ 〜φ₆ からな
るデータ群は、ステップＳ₂₅で初期１サイクル分の成形
作業処理に用いられて、ワーク１枚の成形がなされるこ
とになる。

【００５０】ステップＳ₂₆，Ｓ₂₇は、２枚目からのワー
クの成形の第１ステップとなる圧力波形処理手段３３を
構成している。先ずステップ₂₆において、１枚目のワー
クで上記圧力センサ２３からの検出圧力Ｐ_d を入力して
いるので、上記検出圧力Ｐ_dの波形（図１６（Ａ）参
照）を作成し、続くステップＳ₂₇で検出圧力Ｐ_d の波形
を微分した圧力変化率Ｐ′の波形（図１６（Ｂ）参照）
をデータ化する。

【００５１】ステップＳ₂₈では、角速度の場合と同様
に、任意の閾値±ｂを設定して各時系列点ｕ₁ 〜ｕ₃ ，
ｕ₄ 〜ｕ₆ を設定する（図１６（Ｂ）参照）。ここで、
上記時系列点ｕ₁ 〜ｕ₃ ，ｕ₄ 〜ｕ₆ （ｕ_n ）は、ステ
ップＳ₂₂で設定した時系列点Ｔ₁ 〜Ｔ₃ ，Ｔ₄ 〜Ｔ
₆ （ｕ_n ）に対して、１枚目のワークの時に設定したデ
ータ群によるモータ１０の回転速度に対しての押出物圧
力Ｐの各時間差分要素をもつ。この関係を図１６（Ｃ）
に示す。図１６（Ｃ）において、Ｘ₁ はＴ₁ に対しての
ｕ₁ の時間差分、Ｘ₂ はＴ₂ に対してのｕ₂ の時間差
分、等々…である。

【００５２】そこで、ステップＳ₂₉において、Ｔ_n −ｕ
_n の時間差分より時系列点Ｔ_n の修正、即ち、時間差分
Ｘ_n を前出し時間として算出し、Ｔ_n をＴ_n −Ｘ_n の時
系列点に修正する（基本データ修正演算手段３４）。続
くステップＳ₃₀では、図１６（Ｄ）に示すように、上記
修正後の時系列点Ｔ_n −Ｘ_n に修正後の角速度変化率φ
_n ′を組合わせる（データ入替手段３５）。修正後の角
速度変化率φ_n ′は、以下のように時間差分Ｘ_n で修正
する。 φ₁ ′＝｛( Ｔ₂ −Ｘ₂ ）−（Ｔ₁ −Ｘ₁ ) ｝／（ω₂ −ω₁ ） ＝〔｛( Ｔ₂ - ( ｕ₂ - Ｔ₂)｝−｛（Ｔ₁ -(ｕ₁ −Ｔ₁)｝〕/(ω₂ −ω₁) ＝（２Ｔ₂ −ｕ₂ −２Ｔ₁ ＋ｕ₁)／（ω₂ −ω₁ ） ＝｛２（Ｔ₂ −Ｔ₁ ）−（ｕ₂ −ｕ₁ ）｝／（ω₂ −ω₁ ） φ₂ ′＝｛２（Ｔ₃ −Ｔ₂ ）−（ｕ₃ −ｕ₂ ）｝／（ω₃ −ω₂ ） φ₃ ′＝｛２（Ｔ₅ −Ｔ₄ ）−（ｕ₅ −ｕ₄ ）｝／（ω₂ −ω₃ ） φ₄ ′＝｛２（Ｔ₆ −Ｔ₄ ）−（ｕ₆ −ｕ₅ ）｝／（ω₁ −ω₂ ） 更にステップＳ₃₁で修正後のデータ群により成形を行
う。そして、成形後、終了が否かを判断し（ステップ
Ｓ₃₂）、全てのワークを成形したときは、プログラムを
終了する。

【００５３】上記第３実施例では、成形品毎の成形中に
時間差分要素Ｓを自動調整して制御信号が修正される点
で、温度環境等の外乱や樹脂材料物性値の変化に対して
も成形断面形状のばらつきを小さくする効果がある。な
お、上記第３実施例の変形態様として、圧力検出手段２
３からの１サイクル分の検出圧力より上記圧力変化率に
関する時系列点を得る代わりに、上記ノズル先端部４に
おける押出物圧力と上記ワーク移動速度との関係を表す
回帰式を用いて圧力変化率に関する時系列点ｕ_n を得る
ようにしてもよい。

【００５４】また、この発明は、ワークの表面に押出物
を押出し、成形後に成形品をワークからはぎ取ってモー
ルド品とする場合にも適用でき、成形品の直線状部とコ
ーナ状の曲線部とで、ロボットの速度能力を最大限に発
揮した成形が可能となる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の押出し成
形装置の制御装置によれば、ワーク移動速度がコーナ状
部で低下する場合でも、直線状部のワーク周縁速度をそ
れに合わせて低下させる必要がなく、ロボットを能力速
度で運転でき、サイクルタイムを大幅に短縮することが
できる。

【００５６】請求項１の発明によれば、ワーク移動速度
に押出物圧力が常に追尾するように成形機アクチュエー
タの動作速度を制御することができ、ワーク移動速度が
コーナ部と直線状部で変化しても、固有技術に基づく断
面形状のばらつきの抑制の効果を維持することができ
る。また、回帰式が簡単な一次式を用いることができる
ので、係数の設定も外乱の影響を考えて多少変更するだ
けで済む。

【００５７】請求項２の発明によれば、ワーク移動速度
の波形と押出物圧力の波形との非線形差分要素に起因し
た断面形状のばらつきを防止することができる。また、
押出物圧力と上記成形機アクチュエータの動作速度との
時間差分要素に起因した断面形状のばらつきを防止する
ことができる。請求項３の発明によれば、成形中の１サ
イクル毎に成形機アクチュエータへの制御信号を補正
し、温度環境等の外乱や樹脂材料物性値の変化に対して
も成形断面形状のばらつきを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のに係る押出成形装置を示す構成図
である。

【図２】 ノズル先端部の構成を示す分解構成図であ
る。

【図３】 この発明により移動されるワークの運動を説
明する説明図であり、（Ａ）は直線状部の運動を示し、
（Ｂ）はコーナ部の運動を示している。

【図４】 この発明の押出成形装置の制御装置に関し、
ワーク移動速度（Ａ）と押出物圧力（Ｂ）の変化を示す
各波形図である。

【図５】 この発明に係る押出成形装置の制御装置の第
１実施例を示す構成図である。

【図６】 上記第１実施例で用いる回帰式のグラフであ
る。

【図７】 同第１実施例の動作を示すフローチャートで
ある。

【図８】 この発明に係る押出成形装置の制御装置の第
２実施例を示す構成図である。

【図９】 上記第２実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図１０】 上記第２実施例の動作を示すタイムチャー
トであって、（Ａ）はワーク移動速度の波形図、（Ｂ）
は押出物圧力の波形図、（Ｃ）は成形機アクチュエータ
の制御信号を示す波形図である。

【図１１】 上記第２実施例で設定する回帰式のグラフ
である。

【図１２】 この発明に係る押出成形装置の制御装置の
第３実施例を示す構成図である。

【図１３】 上記第３実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【図１４】 上記第３実施例で設定する回帰式のグラフ
である。

【図１５】 上記第３実施例の動作を説明するタイムチ
ャートに係り、ワーク移動速度波形（Ａ）とその微分波
形であるワーク速度変化率波形（Ｂ）及び基本データを
示す波形図である。

【図１６】 上記第３実施例の動作を説明するタイムチ
ャートに係り、（Ａ）は検出圧力の波形図、（Ｂ）は上
記検出圧力の波形を微分した圧力変化率の波形図、
（Ｃ）はワーク移動速度に関する時系列点とし検出圧力
に関する時系列点の関係を示す時間軸図、（Ｄ）は修正
後の基本データを示す波形図である。

【図１７】 この発明の押出成形品を説明する説明図で
ある。

【図１８】 従来の押出成形装置におけるワークの運動
を説明する説明図である。

【符号の説明】

２はワーク、４はノズル先端部、１４はロボット制御
盤、１５は押出成形機、１７は成形機制御盤、２５は速
度データ入力手段、２６は差分要素演算手段、２７は操
作手段であり、各図において共通の構成要素には共通の
符号を付す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 和範 愛知県大府市長根町山口９の２ 株式会 社豊田自動織機製作所長草工場内 (72)発明者 満田 建一 福岡県福岡市中央区大名２の６の36千代 田火災福岡ビル２Ｆ 株式会社ＢＰＡ研 究開発室内 (72)発明者 平井 洋一 愛知県大府市長根町４丁目１番地 東海 興業株式会社内 (72)発明者 新井 淳嗣 愛知県大府市長根町４丁目１番地 東海 興業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−87146（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/92 B60J 1/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム状成形品となる押出物をノズル
   先端部に繰出す成形機アクチュエータを有した押出成形
   機と、 上記成形品が形成されるワークを直線及び旋回からなる
   複合運動させつつ保持するとともに、上記ノズル先端部
   に対するワーク移動速度に関し、上記成形品のコーナ状
   部と上記旋回の中心との距離によって制約される上記コ
   ーナ状部のワーク移動速度より直線状部のワーク移動速
   度が速くなるように運転速度を設定したロボットとから
   なる押出成形装置において、 上記ノズル先端部に対する上記ワーク移動速度を成形前
   に読込む速度データ入力手段と、 上記ワーク移動速度、上記ノズル先端部における押出物
   圧力及び上記成形機アクチュエータの動作速度のうち任
   意の二つの関係を表す回帰式の一つを用いて上記速度デ
   ータ入力手段に読込んだ上記ワーク移動速度を基準とす
   る上記押出物圧力と上記成形機アクチュエータの動作速
   度との非線形差分要素及び時間差分要素のうち少なくと
   も一つを算出する差分要素演算手段と、 上記差分要素をパラメータとして上記ノズル先端部にお
   ける押出物圧力が上記ワーク移動速度の変化に追従する
   ように生成した制御信号によって上記成形機アクチュエ
   ータの動作速度を制御する操作手段と、を具備したこと
   を特徴とする押出成形装置の制御装置。
2. 【請求項２】 上記ノズル先端部における押出物圧力を
   検出する圧力検出手段を有し、 上記差分要素演算手段は、上記圧力検出手段からの検出
   圧力を入力し、上記速度データ入力手段で読込んだワー
   ク移動速度の各速度値のときに上記ノズル先端部におい
   て必要な押出物圧力を上記ワーク移動速度と上記押出物
   圧力との関係を表す回帰式により算出し、該算出した押
   出物圧力と上記検出圧力とを比較して上記非線形差分要
   素を求めることを特徴とする請求項１記載の押出成形装
   置の制御装置。
3. 【請求項３】 フレーム状成形品となる押出物をノズル
   先端部に繰出す成形機アクチュエータを有した押出成形
   機と、 上記成形品が形成されるワークを直線及び旋回からなる
   複合運動させつつ保持するとともに、上記ノズル先端部
   に対するワーク移動速度に関し、上記成形品のコーナ状
   部と上記旋回の中心との距離によって制約される上記コ
   ーナ状部のワーク移動速度より直線状部のワーク移動速
   度が速くなるように運転速度を設定したロボットとから
   なる押出成形装置において、 上記ノズル先端部における上記押出物圧力を検出する圧
   力検出手段と、 上記ノズル先端部に対する上記ワークの１サイクル分の
   ワーク移動速度を予め読込む速度データ入力手段と、 該速度データ入力手段に読込んだワーク移動速度の変化
   波形を微分し、得られるワーク速度変化率が変わる時系
   列点を設定するとともに、上記時系列点毎に上記成形機
   アクチュエータに必要な動作速度を与える指令速度と指
   令速度変化率を設定する基本データ作成手段と、 該基本データ作成手段に作成された１サイクル分の上記
   指令速度及び指令速度変化率とその時系列点からなるデ
   ータ群によって上記成形機アクチュエータをロボットと
   協動して１サイクル作動させる操作手段と、 上記圧力検出手段から出力される１サイクル分の検出圧
   力の波形より圧力変化率を求め、該圧力変化率が変わる
   時系列点を設定する圧力波形処理手段と、 上記ワーク速度変化率に関する時系列点と上記圧力変化
   率に関する時系列点との時間差分を演算し、該時間差分
   により上記基本データ作成手段に設定した上記データ群
   を修正する基本データ修正演算手段と、 次回サイクルの成形を行うため上記基本データ修正手段
   で修正したデータ群を上記基本データ作成手段に格納し
   上記制御信号とするデータ入替え手段と、を具備したこ
   とを特徴とする押出成形装置の制御装置。