振動を抑制することで整定時間を大幅に短縮します。

高速ピックアンドプレース動作において、整定時間は生産性の妨げとなります。大量生産にはスピードが不可欠ですが、同時に問題も生じます。

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、急停止することで振動が発生します。部品をある程度の精度でピックアンドプレースするには、機械は振動が止まるまで、たとえほんの一瞬でも一時停止する必要があります。これは整定時間と呼ばれ、大量生産の場合、この数ミリ秒が積み重なって大きな問題となります。

幅200mm、高さ100mm、そして戻るという短いピックアンドプレース動作を考えてみましょう。水平方向の移動は0.5秒かかり、整定時間は0.05秒です。垂直方向の移動は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分間に37.5個、1時間あたり2,250個の部品を生産することになります。部品1個あたり0.1ドルの価値があるとすると、この動作は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。

セトリングタイムを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個の部品処理に相当します。同じ作業で1時間あたり254.24ドルの収益を生み出し、29.24ドルの増加となります。週6日稼働の2交代制作業では、セトリングタイムをわずか0.184秒短縮するだけで、年間140,353ドルの収益増加につながります。

オートメーションエンジニアは、振動や機械共振の問題にいくつかの方法で対処できます。機械的には、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できます。

一般的に、モーターは負荷に可能な限り近接してしっかりと結合する必要があります。システム内の機械的コンプライアンスを最小限に抑える必要があります。モーターシャフトと負荷の間にカップリングやギアボックスなどの可動部品があると、コンプライアンスが発生します。これらの部品はすべて、熱、摩擦、摩耗の影響を受けやすいからです。

エンジニアは、サーボ駆動システムのアンプを介して電子的に問題に対処することもできます。

フィルターはその方法の一つです。ローパスフィルターは1,000ヘルツから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ヘルツから1,000ヘルツの振動を制御します。

フィルタの問題は、帯域幅に上限を設けてしまうことです。そのため、システムをどれだけ厳密に調整できるか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、帯域幅を犠牲にすることなく、50Hz以下の振動を抑制できます。

鍵となるのは、サーボモーターに連結された20ビットの高解像度エンコーダです。モーターシャフト1回転あたり100万カウント以上のエンコーダは、ベルトやボールねじを介して伝達される小さ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、規則的な台形曲線を描くように指令するとします。つまり、加速し、一定の速度で動作し、そして停止する、というものです。アンプは指令された動作に可能な限り忠実に追従します。しかし、動作中は、様々な振動がモーターを軌道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、スループットが向上します。また、エンジニアはより小型で軽量な機構を設計できるようになり、機械全体のコストを削減できます。

振動が減れば、機械の摩耗も減ります。機械はよりスムーズかつ静かに動作し、最終的には寿命も長くなります。