振動を抑制することで、整定時間を劇的に短縮できます。

高速ピックアンドプレース作業において、整定時間は生産性の最大の敵である。大量生産の組み立てにはスピードが不可欠だが、スピードは同時に問題も引き起こす。

例えば、ピックアンドプレース作業では、左右に素早く移動して急停止すると振動が発生します。部品を正確にピックアンドプレースするには、振動が止まるまで、たとえほんの一瞬でも機械を一時停止させる必要があります。これは整定時間と呼ばれ、大量生産の場合、こうしたミリ秒単位の時間が積み重なって大きな値になることがあります。

幅200ミリメートル、高さ100ミリメートル、そして元の位置に戻るという短いピックアンドプレース作業を考えてみましょう。水平方向の移動には0.5秒かかり、整定時間は0.05秒です。垂直方向の移動には0.2秒かかり、整定時間は0.05秒です。これは部品1個あたり1.6秒、1分あたり37.5個、1時間あたり2,250個の部品を処理できる計算になります。部品1個の価格が0.1ドルだとすると、この作業は1時間あたり225ドルの収益を生み出していることになります。

整定時間を0.05秒から0.004秒に短縮できれば、同じピックアンドプレース作業にかかる時間は1.416秒になります。これは、1分あたり42.37個、1時間あたり2,542個の部品処理能力に相当します。その結果、同じ作業で1時間あたり254.24ドルの収益が生まれ、29.24ドル増加します。週6日稼働の2交代制の場合、整定時間をわずか0.184秒短縮するだけで、年間140,353ドルの収益増につながります。

自動化エンジニアは、振動や機械共振の問題に様々な方法で対処できます。機械的な面では、堅牢な部品、厳しい公差、最小限のバックラッシュを備えた機械を設計することができます。

一般的に、モーターは負荷にできるだけ密着させて接続することが望ましいです。システム内の機械的なコンプライアンスを最小限に抑える必要があるからです。モーターシャフトと負荷の間にある可動部品（カップリングやギアボックスなど）はすべてコンプライアンスの原因となります。これらの部品はすべて、熱、摩擦、摩耗の影響を受けやすいのです。

エンジニアは、サーボ駆動システムの増幅器を通して、この問題を電子的に解決することもできる。

フィルターはそのための一つの方法です。ローパスフィルターは1,000～5,000ヘルツの振動を減衰させます。ノッチフィルターは500～1,000ヘルツの振動を制御します。

フィルターの問題点は、帯域幅に上限を設けてしまうことです。そのため、システムのチューニング精度が制限されてしまいます。

この問題に対処するもう一つの方法は、振動抑制です。安川電機のSigma-5サーボアンプは、まさにそのための独自のアルゴリズムを搭載しています。このアルゴリズムは、帯域幅を損なうことなく、50ヘルツ以下の振動を抑制することができます。

鍵となるのは、サーボモーターに接続された20ビットの高分解能エンコーダーです。モーターシャフト1回転あたり100万カウント以上という高分解能により、ベルトやボールねじを介して伝わる微細な振動さえも検出できます。

このアルゴリズムは、エンコーダから速度とトルクの信号を受け取り、動作に合わせてコマンド信号を調整します。例えば、通常の台形プロファイル（加速、一定速度で走行、停止）をコマンドするとします。アンプは、コマンドされた動作にできる限り正確に追従します。しかし、動作中、あらゆる種類の振動がモーターを動作経路から外そうとします。振動抑制アルゴリズムは、その振動の波形を認識し、コマンド信号を逆方向に調整することで、実質的に振動を打ち消します。

振動を抑制することで整定時間が大幅に短縮され、結果として処理能力が向上します。また、より小型で軽量な機構を設計できるようになり、機械全体のコスト削減にもつながります。

振動が少ないということは、機械の摩耗も少ないということです。機械はよりスムーズかつ静かに動作し、結果として長持ちします。