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リニア駆動XYZロボット

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工作機械用途や半導体部品の製造・組み立ては、リニアモーターの用途全体の半分以上を占めています。これは、リニアモーターが高精度であるためです(ただし、他の直線運動方式に比べて高価です)。これらの比較的新しいモーションコンポーネントのその他の用途としては、高速かつ高精度な位置決めが必要な用途や、低速かつ極めて安定した動作が必要な用途などが挙げられます。

リニアモーターの速度は、毎秒数インチから数千インチまで幅広く対応します。設計によっては、無制限のストローク数と(エンコーダーを使用すれば)±1μm/100mmの精度を実現できます。そのため、医療、検査、マテリアルハンドリングなど、さまざまな用途でスループット向上のためにリニアモーターが使用されています。

回転モーター(直線運動を得るために機械的な回転-直線変換装置が必要)とは異なり、リニアモーターは直接駆動です。そのため、従来のラックアンドピニオン機構のような摩耗が起こりません。また、リニアモーターは、ベルトとプーリーを使用する回転モーターの欠点、すなわち、引張強度の制限による推力の制限、長い整定時間、ベルトの伸び、バックラッシュ、機械的な巻き込み、そして15フィート/秒程度の速度制限も回避します。さらに、リニアモーターは、リードとボールねじの非効率性(それぞれ約50%と90%)や、ウィップや振動も回避します。また、設計者が(より高いピッチで)速度を犠牲にして解像度を低下させる必要もありません。

各軸にリニアモーターを使用する多軸ステージは、従来の構成よりもコンパクトなため、狭いスペースにも設置可能です。部品点数が少ないため、信頼性も向上します。ここでは、モーターは通常のドライブに接続され、(サーボ動作の場合)モーションコントローラーが位置ループを閉じます。

リニアステッピングモーターは、最大70インチ/秒の速度を実現し、比較的高速な動作が求められるピックアンドプレース機や検査機に適しています。その他の用途としては、部品搬送ステーションなどがあります。一部のメーカーは、共通のフォーサーを備えた2つのリニアステッピングモーターを販売し、XYステージを構成しています。これらのステージは任意の方向に取り付けることができ、高い剛性と、100ミリメートルあたり数ナノメートルの平面度を備えているため、正確な動作を実現します。

コスト重視の用途では、安価な強磁性プラテンを備えたハイブリッドリニアモーターが有効な場合があります。リニアステッピングモーターと同様に、プラテンの磁気飽和度を変化させることで、磁流に対する抵抗形状を制御できます。フィードバック制御と位置制御を備えたPIDループを組み合わせることで、サーボモーター並みの性能を発揮します。ただし、ハイブリッドモーターは出力が制限され、フォーサーとプラテン間のカップリングによるコギングが発生するという欠点があります。これに対する解決策として、位相歯オフセットと、プラテン歯部およびフォーサー歯部の部分的な飽和駆動が挙げられます。また、一部のハイブリッドモーターは、連続運転時の出力向上を目的として外部冷却を採用しています。


投稿日時:2019年8月13日
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