機械を製造している方なら、おそらくアクチュエータや位置決めステージを毎日扱っているでしょう。しかし、これらのモーションデバイスから本当に最高のパフォーマンスや最低の所有コストを実現できているでしょうか？答えは、あなたが期待しているものとは異なる場合があります。

エンジニアはステージやアクチュエータを部品表上の単なる一品と考えがちです。モーションデバイスが、必要な位置決め、力、ペイロード、速度、そしてコストの要件を公称値で満たしていれば、それで問題ありません。

シンプルな動作要件であれば、ステージやアクチュエータの選択においてこのアプローチで十分な結果が得られるかもしれません。しかし、複雑な機械的動作要件を持つ機械では、組み込みモーション設計戦略が効果的です。互いにうまく連携できるかどうかわからない電気機械部品の集合体ではなく、組み込みモーションシステムは真のプラグアンドプレイ型の機械サブシステムとして機能します。

組み込みモーションシステムは、機械上の所定の物理スペースに収まるように設計されており、機械のモーション制御システムに接続することで、上位のコンピュータインターフェース、制御カード、またはPLCからのコマンドを受信できます。最もシンプルな組み込みモーションシステムは、ステージまたはアクチュエータのみで構成され、コネクタ接続によって簡単にドロップイン設置できます。最も複雑なシステムでは、これらのモーションサブシステムはピン配置からペイロードまでを網羅します。モーションデバイス自体だけでなく、それが搭載するすべてのものを網羅します。

機械の動きをコンポーネントごとにアプローチするのに比べて、組み込みモーションには次のような魅力的な利点があります。

機械性能

同じステージやアクチュエータを使用している場合でも、組み込みモーションシステムは通常、コンポーネントベースのモーションシステムよりも優れた性能を発揮します。その理由は、アプリケーションとアセンブリに関する専門知識にあります。優れた組み込みモーションベンダーは、困難な位置決め問題を解決してきた長年の経験と、個々のタスクに合わせてカスタマイズ可能な実績のあるモーションビルディングブロックを豊富に備えています。ステージのダイナミクス、モーション制御アーキテクチャ、そして動作環境が位置決め要件にどのような影響を与えるかを深く理解しています。

組み立てに関しては、多くの機械メーカーは、最も精密な多軸ステージ（多くの場合、軸間のアライメント許容差がミクロン単位で測定される）をアライメントするために必要な熟練した技術者、特殊な固定具、レーザー干渉計、およびその他の計測システムを欠いています。

制御の専門知識

組み込みモーションシステムは、顧客の要件に応じて、モーションコントロールを搭載する場合と搭載しない場合があります。しかし、制御戦略は常に組み込みモーションの方程式の一部である必要があります。優れた組み込みモーションベンダーは、さまざまなモーションコントロールプラットフォームとその運動学的機能が機械的なモーションシステムとどのように相互作用するかについて、広範な知識を持っています。この知識により、許容可能な慣性ミスマッチ比など、動的機能の限界を押し広げることができます。

信頼性

新しいモーションシステムの試運転時に最もよくある問題のいくつかは、個々の、一見些細なコンポーネントが正常に動作しない、あるいは互いに正常に動作しないために発生します。例えば、コネクタ1つの故障や配線の誤りによって、最高のモーションステージでさえも動かなくなってしまうことがあります。組み込みモーションシステムは、生産機械に組み込む前にシステムとして組み立てられ、テストされているため、このような故障を回避できます。個々のコンポーネントで構成されるモーションシステムでは、生産機械が組み上がるまで、小さな故障や非互換性が検出されない可能性があります。

コスト削減

組み込み型モーションシステムは、コンポーネントベースのシステムに比べて通常25～50%のコスト削減が可能です。このコスト削減は、ブラケット、コネクタ、その他のコンポーネントを設計に組み込むなど、部品点数を削減できることに一部起因しています。モーションシステムの構築と設置に伴う隠れたコスト要素をすべて考慮すると、コスト削減率は50%をはるかに超える可能性があります。これには、設計エンジニアリング、在庫、市場投入までの時間など、様々なコストが含まれます。

組み込みモーションのメリットは、様々なアプリケーションで活用できます。私たちは、半導体、ウェットベンチ、レーザー切断、パッケージング、ラボオートメーションなど、数十もの装置にこのアプローチを実装してきました。

モーションシステムの隠れたコスト

コンポーネント構築されたモーション システムには、組み込みモーション アプローチによって排除できる次のような隠れたコストがいくつかあります。

1. 市場投入までの時間コスト。本質的に同時エンジニアリングをサポートする組み込みモーションシステムは、複雑な機械の開発時間を数週間、あるいは数か月も短縮できます。
2. プログラム、生産、資材管理コスト。組み込みモーションシステムは単一の部品表として出荷されるため、数百もの部品の発注、在庫管理、組み立てが不要になります。
3. 生産コスト。精密モーション システムには、熟練した組立技術者と特殊な生産設備が必要であり、フル稼働でない場合はコストを正当化することが困難です。
4. 保証と故障コスト。優れた組み込みモーションベンダーは、システムの故障を保証し、その作業に責任を持つため、OEMのリスクが軽減されます。

この非伝統的なCNCマシンは、理想的な組み込みモーションアプリケーションに必要なすべての特性を備えています。必要な要件は以下のとおりです。

1. 制御と機械の専門知識の両方。極座標運動の複雑な運動学を支える制御機器とアンプを機械システムと統合するには、システムアプローチと数ヶ月にわたるテストが必要でした。また、この新しいCNCシステムを構築するために、一連のアライメント技術とツールを開発する必要がありました。

2. コンパクトなデザイン、簡単に統合できます。このデスクトップサイズのCNCマシンでは、スペースが限られていました。サーボモジュールロータリーの設計は、大きな貫通穴を備えており、利用可能なスペースを効率的に活用できました。100mmの貫通穴により、スピンドルへのエア供給、ワークピース側への材料インデクサーの組み込み、そして必要な電源接続を容易に行うことができました。

3. コストの抑制。この組み込みモーションシステムの興味深い点は、必要以上に複雑にならないことです。主な機能要件は表面仕上げであり、位置決め精度ではありませんでした。位置決めに対する要求は、少なくとも当社の基準からすれば、実際にはかなり控えめです。そのため、直接読み取りエンコーダを使わず、システム全体をオープンループモードで動作させることができました。これにより、お客様は機械1台あたり数千ドルのコスト削減を実現できました。

組み込みモーション入門

コンポーネント単位のモーションシステムから組み込みモーションシステムへの移行は、一見、大胆な決断のように思えるかもしれません。結局のところ、モーション制御はベンダーにアウトソーシングすることになります。

しかし、適切なベンダーを選べば、アウトソーシングはパフォーマンスと信頼性の向上という形で効果を発揮します。モーションサブシステムは完全にテストされ、保証も付いた状態で工場に届き、すぐに機械に組み込めるため、コスト削減にもつながります。