JP5800953B1 - 電圧検出部の異常検出部を有する射出成形機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別途回路を設けるなどの格別の装置を必要とせず、蓄電部の電圧検出部の異常を検出することが可能な射出成形機の制御装置を提供する。【解決手段】射出成形機の制御装置において、電源から蓄電部への供給電力量を検出する電力量検出部を備え、電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量と、蓄電部の電圧検出値と、蓄電部の静電容量とに基づいて、電圧検出部の異常を検出する。これにより、蓄電部の電圧検出部の異常を検出するための装置を別途設ける必要がなくなる。【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形機の制御装置に関し、特に電圧検出部の異常検出部を有する射出成形機の制御装置に関する。

射出成形機における射出装置や型締装置においてはサーボモータを用いて駆動を行っており、サーボモータに対してモータの駆動装置から駆動電力を供給して、スクリュや可動盤等を進退駆動させるようにすることが一般的である。ここで、射出装置においてはスクリュを高速で前後進させたり、型締装置においても金型を支持する可動盤を高速で前後進させたりする必要があるため、大きな電力が必要とされる。

このようなサーボモータを高出力で駆動する場合には、アンプからサーボモータに対して大きな電力を供給する必要がある。特に、薄肉成形を行うための高速射出や、圧縮成形を行うための高速型締の場合には、モータが高速動作する時間が短時間でありながら、一時的にモータに大きな電力を供給するため、電源装置が大型化してしまうというおそれがある。これを解決するため、サーボモータを駆動する駆動装置の直流電圧部に蓄電部を設け、蓄電部の電圧を昇圧して高速動作時に必要なエネルギーを蓄えることで電源装置の大型化を防止する技術が知られている。

特許文献１には、電力を蓄える蓄電部を有し、モータの減速期間にモータにより発生する回生電力を蓄電部に蓄えるとともに、モータの加速期間に蓄電部に蓄えられた蓄電電力を駆動電力に供給する蓄電回路を備える技術が開示されている。
特許文献２には、射出成形機の成形サイクルにおける所定期間だけ、ＤＣリンクの両極間電圧が所定の目標電圧となるように、電源コンバータを順方向で動作させる技術が開示されている。

特開２０００−１４１４４０号公報 特開２０１２−２４０１９９号公報

特許文献１及び２に開示されている技術は、蓄電部の電圧を電圧検出回路により検出し、検出した電圧が目標電圧となるように電源コンバータの出力を制御している。このとき、電圧検出回路の故障により電圧が正常に検出できない場合には、蓄電部の電圧が過電圧となるおそれがあった。例えば、電圧が正常に検出できず、実際よりも低い電圧を検出するような場合、実際の電圧は目標電圧以上になっているにもかかわらず蓄電部への電力供給が継続され、蓄電部の電圧が過電圧となるおそれがあった。

これを防止するために、予備の電圧検出回路を設けたり、過電圧の防止回路を設ける方法もあるが、別途回路を設ける必要があるため、コストアップとなるおそれがあった。

そこで本発明は、別途回路を設けるなどの格別の装置を必要とせず、蓄電部の電圧検出部の異常を検出することが可能な射出成形機の制御装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、軸を駆動するサーボモータと、該サーボモータを駆動する駆動装置と、電源からの電圧を昇圧して前記駆動装置に電力を供給する電源コンバータと、該電源コンバータと前記駆動装置との間に結合される蓄電部と、該蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、前記電源から前記蓄電部への供給電力量を検出する電力量検出部と、前記電圧検出部の異常を検出する異常検出部と、を有する射出成形機の制御装置において、前記異常検出部は、前記電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量と、前記蓄電部の電圧検出値と、前記蓄電部の静電容量と、に基づいて前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置が提供される。

請求項１に係る発明では、電源から蓄電部への供給電力量と、蓄電部の電圧検出値と、蓄電部の静電容量とに基づいて電圧検出部の異常を検出するようにしているため、予備の電圧検出回路といった格別の装置を設けることなく、蓄電部の電圧検出部の異常や故障を検出することが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、請求項１において、前記異常検出部は、前記検出した蓄電部の電圧検出値と前記蓄電部の静電容量とに基づいて前記蓄電部に蓄積される静電エネルギーを算出し、該算出した蓄電部の静電エネルギーと前記電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量とを比較して前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置が提供される。

本願の請求項３に係る発明では、請求項１において、前記異常検出部は、前記電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量と前記蓄電部の静電容量とに基づいて前記蓄電部の電圧推定値を算出し、該算出した蓄電部の電圧推定値と、前記検出した蓄電部の電圧検出値を比較して前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置が提供される。

本願の請求項４に係る発明では、請求項１において、さらに昇圧中の任意の時点から前記電圧検出部が検出した電圧が昇圧電圧に到達するまでの経過時間を計測する経過時間計測部を有し、前記異常検出部は、前記検出した蓄電部への供給電力量と前記蓄電部の静電容量と前記蓄電部の昇圧電圧値とに基づいて前記蓄電部の昇圧時間を算出し、該算出した蓄電部の昇圧時間と前記経過時間計測部で計測した経過時間とを比較して前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置が提供される。

本願の請求項５に係る発明では、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記電力量検出部は、前記電源コンバータから前記蓄電部へ供給する電力、または前記電源コンバータから前記蓄電部へ供給する電力から前記蓄電部の電力を消費するサーボモータの消費電力を減算した電力のいずれかを時間積分して前記蓄電部への供給電力量を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置が提供される。

本発明により、別途回路を設けるなどの格別の装置を必要とせず、蓄電部の電圧検出部の異常を検出することが可能な射出成形機の制御装置を提供することができる。

本発明の射出成形機のサーボモータ駆動回路を示した図である。 本発明の第１の実施形態における蓄電部への電力供給量と蓄電部に蓄積された静電エネルギーとの関係を示した図である。 第１の実施形態における異常検出の流れを示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における蓄電部の電圧推定値と電圧検出値との関係を示した図である。 第２の実施形態における異常検出の流れを示したフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における蓄電部の昇圧時間の計算値と実際の昇圧時間との関係を示した図である。 第３の実施形態における異常検出の流れを示したフローチャートである。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における射出成形機のサーボモータ駆動回路を示した図である。電源部１０には電源コンバータ１２が接続されている。電源コンバータ１２は、電源部１０から供給された３相交流電圧を直流電圧に変換する装置であり、公知のＰＷＭコンバータなどが使用できる。また、電源コンバータ１２において交直流変換を行う前に、電源部１０からの電圧を昇圧トランスによって昇圧した後に、交直流変換を行うこともできる。１４は電源コンバータ制御部であり、電源コンバータ１２に対して動作指令を行っている。電源コンバータ１２には蓄電部１６が接続されている。

蓄電部１６は、本実施形態においては、モジュール化された１つ以上の蓄電器から構成されている。蓄電部１６は、サーボモータを駆動する駆動装置（２２，２４，２６，２８）と接続されている。各駆動装置（２２，２４，２６，２８）は、直流をＰＷＭ変換して３相交流のモータ駆動電力を出力するインバータである。蓄電部１６は、駆動装置（２２，２４，２６，２８）や電源コンバータ１２に内蔵されるコンデンサで構成されてもよいし、内蔵されるコンデンサの他に、別置のコンデンサモジュールやバッテリーモジュールを備えるものであってもよい。なお、蓄電部１６と駆動装置（２２，２４，２６，２８）とは直接結合してもよいし、蓄電部１６と駆動装置（２２，２４，２６，２８）との間に充放電回路を備えるようにすることもできる。
３２はスクリュを軸方向に駆動する射出モータであり、駆動装置２２によって駆動される。３４はスクリュを回転駆動する回転モータであり、駆動装置２４によって駆動される。３６は金型を開閉するために可動盤等を進退駆動する型開閉モータであり、駆動装置２６によって駆動される。３８は成形品を突き出すためのエジェクタモータであり、駆動装置２８によって駆動される。

１８は電圧検出部であり、電源コンバータ１２と蓄電部１６を接続する２本の線の間の電圧を蓄電部１６の電圧として検出している。電圧検出部１８は、蓄電部１６に設けてもよく、本実施形態のように蓄電部１６と電源コンバータ１２とが直接結合される場合などは、蓄電部１６と電源コンバータ１２の電圧値が略一致するために、電源コンバータ１２に電圧検出部１８を設けることも可能である。さらに、蓄電部１６と駆動装置（２２，２４，２６，２８）が直接結合される場合などは、蓄電部１６とモータ駆動部の電圧値が略一致するために、駆動装置（２２，２４，２６，２８）に電圧検出部１８を設けることも可能である。このように、電圧検出部１８の設置箇所は、直接的又は間接的に蓄電部１６の電圧値が検出できるものであれば、その設置箇所は適宜変更することが可能である。

このような構成の射出成形機のサーボモータ駆動回路において、本実施形態においては、電力供給量と蓄電部に蓄積された静電エネルギーとの比較により異常検出を行う。以下、異常検出の手法について説明する。
時間ｔ０からｔまでの、電源部１０から蓄電部１６への電力供給量をＡとすると、Ａは数１により計算できる。

電源コンバータ１２の出力は、電源コンバータ１２に図示しない電流検出部などを備えて検出するようにしてもよいし、電源コンバータ１２の諸元値に基づいた固定値としてもよい。また、検出の際の検出誤差を考慮に入れて値を設定することも可能である。
一方、時間ｔ０からｔまでの間に蓄電部１６に蓄積された静電エネルギーをＢとすると、Ｂは数２により計算できる。

蓄電部１６の静電容量としては、蓄電部１６の諸元値に基づいた値を使用してもよいし、蓄電部１６の静電容量を検出する静電容量検出部を備え、検出した値を使用してもよい。また、蓄電部１６の静電容量は個体差による誤差やバラツキがあるため、それらを考慮した値とすることも可能である。

これらのＡ，Ｂの値に基づいて、蓄電部１６の電圧検出部１８の異常を検出する。図２の電圧検出正常の区間にて図示するように、蓄電部１６の電圧の検出値と実際の値とが一致しているときには、蓄電部１６への電力供給量Ａと蓄電部１６に蓄積された静電エネルギーＢの値が一致する。

しかしながら、図２の電圧検出異常の区間にて図示するように、蓄電部１６の電圧検出値が正常に検出されず、実際よりも低く検出された場合は、検出値では許容電圧Ｖlimの値を超えていないものの、実際の電圧値は許容電圧Ｖlimの値を超えて過電圧が発生してしまうことがある。このとき、蓄電部１６に蓄積される静電エネルギーＢは、数２に示されているように蓄電部１６の電圧の値を用いて算出しているため、蓄電部１６の静電エネルギーＢの計算値が蓄電部１６への電力供給量Ａの計算値と比較して小さくなる。このような場合に、Ｂの計算に使用される蓄電部１６の電圧値が正常に検出されないとして、電圧検出部の異常を検出する。

また、図２に示された場合とは逆に、蓄電部１６の電圧を昇圧する際に、蓄電部１６の電圧検出部１８が正常に検出されず、実際よりも高く検出される場合もある。この場合は、蓄電部１６に蓄積される静電エネルギーＢは、数２に示されているように蓄電部１６の電圧の値を用いて算出しているため、蓄電部１６の静電エネルギーＢの計算値が蓄電部１６への電力供給量Ａの計算値と比較して大きくなる。この場合には、実際の電圧値の方が低いため、過電圧による蓄電部１６の破損のおそれはないが、蓄電部１６の電圧が実際よりも低いことによって、蓄電部１６から供給できるエネルギーが小さくなって、射出成形機の性能が低下するおそれがある。そのため、この場合においても蓄電部１６の静電エネルギーＢの計算に使用される蓄電部１６の電圧値が正常に検出されないとして、電圧検出部１８の異常を検出するようにすることもできる。

また、数１においては、時間ｔ０からｔまでの蓄電部１６への電力供給量Ａを算出して蓄電部に貯められた静電エネルギーＢと比較していたが、Ａの算出にあたっては、数１の式に代えて、以下の数３の式を用いることもできる。

数３の式においては、電源コンバータの出力値からモータ消費電力を差し引いた値を、時間ｔ０からｔまで積分している。モータ消費電力は、蓄電部１６の静電エネルギーを消費するモータの消費電力である。このモータ消費電力は、モータ駆動電流やモータ回転速度に基づいて求めるようにしてもよいし、モータの諸元値に基づいた固定値としてもよい。

図３は、本実施形態における異常検出の流れを示したフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＡ１）時間ｔ０における蓄電部の電圧Ｖ（ｔ０）を検出する。
・（ステップＳＡ２）時間ｔ０からｔまでに蓄電部に供給した電力供給量Ａを計算する。
・（ステップＳＡ３）時間ｔにおける蓄電部に蓄積された静電エネルギーＢを計算する。

・（ステップＳＡ４）電力供給量Ａと静電エネルギーＢとの差の絶対値が所定の閾値未満であるかどうかを判定する。閾値未満である場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ６に進み、閾値以上である場合（ＮＯ）はステップＳＡ５に進む。
・（ステップＳＡ５）電圧検出部に異常があるものとして検出する。
・（ステップＳＡ６）昇圧が完了したかどうかを判定する。完了した場合（ＹＥＳ）は終了し、完了していない場合（ＮＯ）はステップＳＡ２に戻る。

ステップＳＡ２については、数１の代わりに数３の式を用いて、電源コンバータの出力値からモータの消費電力を差し引いたものを時間ｔ０からｔまで積分して、蓄電部１６に供給した電力供給量Ａを計算することもできる。

（第２の実施形態）
次に、蓄電部１６の電圧推定値による電圧検出部１８の異常検出について説明する。数１及び数２から蓄電部１６の電圧Ｖ（ｔ）を推定して、推定した電圧が所定電圧を超えた場合に、電圧検出部１８の異常を検出する。蓄電部１６の電圧推定値をＶest（ｔ）とすると、数１及び数２から次の数４の式が導出される。

図４に示されているように、電圧検出正常の区間においては、蓄電部１６の電圧の推定値と検出値が略一致する。しかしながら、電圧検出異常の区間のように、蓄電部１６の電圧の推定値が上昇してしまい、許容電圧Ｖlimを超えた場合に、蓄電部１６に過電圧が発生しているおそれがあるとして、電圧検出部１８の異常を検出する。他の方法としては、電圧推定値Ｖest（ｔ）と電圧検出値Ｖ（ｔ）の差が所定の電圧閾値よりも大きくなった場合に、蓄電部１６の電圧値が正常に検出されないとして、電圧検出部１８の異常を検出するようにしてもよい。

図５は、本実施形態における異常検出の流れを示したフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＢ１）時間ｔ０における蓄電部の電圧Ｖ（ｔ０）を検出する。
・（ステップＳＢ２）時間ｔ０からｔまでに蓄電部に供給した電力供給量Ａを計算する。
・（ステップＳＢ３）時間ｔにおける蓄電部の電圧推定値Ｖest（ｔ）を算出する。

・（ステップＳＢ４）蓄電部の電圧推定値Ｖest（ｔ）が許容電圧Ｖlim未満であるかどうかを判定する。Ｖest（ｔ）がＶlim未満である場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ６に進み、閾値以上である場合（ＮＯ）はステップＳＢ５に進む。
・（ステップＳＢ５）電圧検出部に異常があるものとして検出する。
・（ステップＳＢ６）昇圧が完了したかどうかを判定する。完了した場合（ＹＥＳ）は終了し、完了していない場合（ＮＯ）はステップＳＢ２に戻る。

ステップＳＢ４については、蓄電部の電圧推定値Ｖest（ｔ）と電圧検出値Ｖ（ｔ）との差が所定の電圧閾値よりも大きくなったかどうかによって判定することもできる。

（第３の実施形態）
次に、蓄電部１６の電圧を所定の昇圧電圧まで昇圧するのに要する時間（昇圧時間）に基づいた電圧検出部１８の異常検出について説明する。昇圧時間の計算値をＴbst、昇圧電圧をＶbstとすると、数１及び数２から次の数５の式が導出される。

図６に示されているように、電圧検出正常の区間においては、昇圧電圧の検出値と実際の値が略一致する。しかしながら、電圧検出異常の区間のようになると、所定の昇圧電圧Ｖbstまで上昇する経過時間が、実際の昇圧電圧に到達する時間よりも遅くなってしまう。このような場合に時刻ｔ０からの経過時間を計測し、経過時間が計算された昇圧時間Ｔbstを超えた場合には、蓄電部１６に過電圧が発生しているおそれがあるものとして、電圧検出部１８の異常を検出するようにすることができる。他の方法としては、時刻ｔ０から昇圧完了までの経過時間と、計算された昇圧時間Ｔbstとの差が所定の時間閾値よりも大きくなった場合、蓄電部１６の電圧値が正常に検出されないとして、電圧検出部１８の異常を検出するようにしてもよい。

図７は、本実施形態における異常検出の流れを示したフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＣ１）時間ｔ０における蓄電部の電圧Ｖ（ｔ０）を検出する。
・（ステップＳＣ２）時間ｔ０からの経過時間の計測を開始する。
・（ステップＳＣ３）Ｖ（ｔ０）から昇圧電圧Ｖbstまで昇圧するのに要する昇圧時間Ｔbstを算出する。

・（ステップＳＣ４）経過時間が昇圧時間Ｔbst未満であるかどうかを判定する。経過時間が昇圧時間Ｔbst未満である場合（ＹＥＳ）はステップＳＣ６に進み、閾値以上である場合（ＮＯ）はステップＳＣ５に進む。
・（ステップＳＣ５）電圧検出部に異常があるものとして検出する。
・（ステップＳＣ６）昇圧が完了したかどうかを判定する。完了した場合（ＹＥＳ）は終了し、完了していない場合（ＮＯ）はステップＳＣ３に戻る。

ステップＳＣ４については、時刻ｔ０から昇圧完了までの経過時間と、計算された昇圧時間Ｔbstとの差が所定の時間閾値より大きくなったかどうかによって判定することもできる。

１０ 電源部
１２ 電源コンバータ
１４ 電源コンバータ制御部
１６ 蓄電部
１８ 電圧検出部
２２，２４，２６，２８ 駆動装置
３２ 射出モータ
３４ 回転モータ
３６ 型開閉モータ
３８ エジェクタモータ

Claims (5)

1. 軸を駆動するサーボモータと、該サーボモータを駆動する駆動装置と、電源からの電圧を昇圧して前記駆動装置に電力を供給する電源コンバータと、該電源コンバータと前記駆動装置との間に結合される蓄電部と、該蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、前記電源から前記蓄電部への供給電力量を検出する電力量検出部と、前記電圧検出部の異常を検出する異常検出部と、を有する射出成形機の制御装置において、
   前記異常検出部は、前記電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量と、前記蓄電部の電圧検出値と、前記蓄電部の静電容量と、に基づいて前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置。
2. 請求項１において、前記異常検出部は、前記検出した蓄電部の電圧検出値と前記蓄電部の静電容量とに基づいて前記蓄電部に蓄積される静電エネルギーを算出し、該算出した蓄電部の静電エネルギーと前記電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量とを比較して前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置。
3. 請求項１において、前記異常検出部は、前記電力量検出部が検出した蓄電部への供給電力量と前記蓄電部の静電容量とに基づいて前記蓄電部の電圧推定値を算出し、該算出した蓄電部の電圧推定値と、前記検出した蓄電部の電圧検出値を比較して前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置。
4. 請求項１において、さらに昇圧中の任意の時点から前記電圧検出部が検出した電圧が昇圧電圧に到達するまでの経過時間を計測する経過時間計測部を有し、前記異常検出部は、前記検出した蓄電部への供給電力量と前記蓄電部の静電容量と前記蓄電部の昇圧電圧値とに基づいて前記蓄電部の昇圧時間を算出し、該算出した蓄電部の昇圧時間と前記経過時間計測部で計測した経過時間とを比較して前記電圧検出部の異常を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記電力量検出部は、前記電源コンバータから前記蓄電部へ供給する電力、または前記電源コンバータから前記蓄電部へ供給する電力から前記蓄電部の電力を消費するサーボモータの消費電力を減算した電力のいずれかを時間積分して前記蓄電部への供給電力量を検出することを特徴とする射出成形機の制御装置。