機械を構築している場合は、おそらく毎日アクチュエータや位置決めステージを使用して作業することでしょう。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が得られるでしょうか?答えはあなたが期待するものではないかもしれません。

多くの場合、エンジニアはステージやアクチュエーターを部品表上の単なる項目として考えています。モーション デバイスが目的の位置、力、積載量、速度、コストの要件を名目上満たしている限り、問題なく使用できます。

単純な動作要件では、ステージまたはアクチュエータの選択に対するこのアプローチにより、許容可能な結果が得られる可能性があります。ただし、複雑な機械的モーション要件を持つ機械には、組み込みモーション設計戦略の恩恵が得られます。組み込みモーション システムは、一緒にうまく動作する場合とそうでない場合がある電気機械コンポーネントの集合ではなく、真のプラグ アンド プレイ マシン 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、マシン上の事前に定義された物理スペース内に収まるように設計されており、マシンのモーション コントロール システムに結び付けられ、トップレベルのコンピュータ インターフェイス、コントロール カード、または PLC からのコマンドを受け入れる準備ができています。最も単純な組み込みモーション システムは、ドロップイン設置を容易にするためにコネクタ接続されたステージまたはアクチュエータにすぎません。最も複雑な場合、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拡張されます。これらには、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も含まれます。

機械の動作に対するコンポーネントごとのアプローチと比較して、組み込みモーションには、いくつかの魅力的な利点があります。

機械的性能

同じステージやアクチュエータを使用する場合でも、組み込みモーション システムは通常、コンポーネントで構築されたモーション システムよりも優れたパフォーマンスを発揮します。その理由はアプリケーションと組み立ての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する長年の経験と、当面のタスクに合わせてカスタマイズできる実証済みのモーション ビルディング ブロックのコレクションを持っています。彼らは、ステージのダイナミクス、モーション コントロール アーキテクチャ、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、最も正確な多軸ステージの位置合わせに必要な熟練技術者、専門の治具、レーザー干渉計、その他の計測システムを欠いており、多くの場合、軸間の位置合わせ公差はミクロン単位で測定されます。

制御の専門知識

組み込みモーション システムには、顧客の要件に応じて、モーション コントロールが付属している場合と付属していない場合があります。ただし、制御戦略は常に、埋め込まれた運動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の広範な知識を持っています。この知識により、許容可能な慣性不一致比など、動的機能の面で可能な限界を超えることができます。

信頼性

新しいモーション システムを試運転する場合、最も一般的な問題のいくつかは、個々の、一見些細なコンポーネントが適切に動作しない、または相互に適切に動作しないために発生します。たとえば、単一のコネクタに欠陥があったり、ワイヤが間違っていたりすると、最良のモーション ステージでも動かなくなる可能性があります。組み込みモーション システムは、実稼働マシンに統合される前にシステムとして組み立てられ、テストされるため、この種の障害は回避されます。モーション システムが個別のコンポーネントで構成されている場合、小さな故障や非互換性は、生産機械が完成するまで検出されない可能性があります。

コスト削減

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システムに比べてコストが 25 ～ 50% 低くなります。この節約の一部は、ブラケット、コネクタ、その他のコンポーネントを設計することによって部品数を削減できることによるものです。モーション システムの構築と設置に関連する隠れたコスト要素をすべて考慮すると、コスト削減は 50% を大きく超える可能性があります。これらには、設計エンジニアリング、在庫、市場投入までの時間などに関連するコストが含まれます。

多くの種類のアプリケーションが埋め込みモーションのメリットを享受できます。当社は、このアプローチを数十台の半導体、ウェットベンチ、レーザー切断、パッケージング、ラボ自動化機械に実装してきました。

モーションシステムの隠れたコスト

コンポーネントで構築されたモーション システムには、次のような隠れたコストが数多くありますが、組み込みモーション アプローチによって排除できます。

1. 市場投入までの時間のコスト。組み込みモーション システムは本質的にコンカレント エンジニアリングをサポートするため、複雑なマシンの開発時間を数週間、さらには数か月も短縮できます。
2. プログラム、制作、材料管理のコスト。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、数百もの部品を発注、在庫管理、組み立てる必要がありません。
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すが、フル活用しないとコストを正当化することが困難になる場合があります。
4. 保証と故障の費用。優れた組み込みモーション ベンダーは、システムの障害を保証し、自社の作業を支援するため、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 アプリケーションの特徴をすべて備えています。それには次のことが必要でした。

1. 制御と機械の専門知識の両方。機械システムと、極運動の複雑な運動学をサポートする制御装置およびアンプを組み合わせるには、システム アプローチと数か月にわたるテストが必要でした。この新しい CNC システムを構築するには、一連の位置合わせ技術とツールを開発する必要もありました。

2. コンパクトな設計、簡単な統合。このデスクトップサイズの CNC マシンではスペースが非常に貴重でした。サーボモジュール Rotary の設計は、遮るもののない大きな貫通穴を特徴としており、利用可能なスペースを効率的に使用することができました。100 mm の貫通穴により、空気供給をスピンドルに直接接続し、ワークピース側に材料インデクサーを埋め込み、必要なすべての電源接続を行うことが簡単になりました。

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の 1 つは、必要以上に複雑ではないことです。主な機能要件は、位置決め精度ではなく、表面仕上げに関するものでした。少なくとも私たちの基準では、測位のニーズは実際には非常に控えめです。そのため、直接読み取りエンコーダーを省略し、システム全体を開ループ モードで実行することができました。これにより、お客様はマシン 1 台あたり数千ドルを節約できました。

組み込みモーションの入門

コンポーネントごとのモーション システムから組み込みモーション システムへの移行は、思いつき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 コントロールをベンダーにアウトソーシングすることになります。

ただし、適切なベンダーを選択すれば、パフォーマンスと信頼性が向上し、アウトソーシングの成果が得られます。モーション サブシステムが完全にテストされ、保証され、すぐに機械に導入できる状態で工場に到着するため、コストも削減されます。