振動を抑えることで整定時間を大幅に短縮します。

高速のピックアンドプレース操作では、整定時間は生産性の敵です。大量の組み立てにはスピードが不可欠です。ただし、速度によって問題も発生します。

たとえば、ピックアンドプレース操作では、左右に素早く移動し、10 円玉で止まると振動が発生します。部品を正確にピックまたは配置するには、振動が止まるまで、たとえほんの一瞬であっても、機械を一時停止する必要があります。これは整定時間として知られており、大量の操作ではこれらのミリ秒が加算される可能性があります。

幅 200 ミリメートル、下方および後方に 100 ミリメートルの短いピック アンド プレース操作を考えてみましょう。水平方向の各移動には 0.5 秒かかり、整定時間は 0.05 秒です。垂直方向の各移動には 0.2 秒かかり、整定時間は 0.05 秒です。これは、1 パーツあたり 1.6 秒、1 分あたり 37.5 パーツ、または 1 時間あたり 2,250 パーツに相当します。各部品の価値が 0.1 ドルの場合、この操作は 1 時間あたり 225 ドルの収益を生み出します。

整定時間を 0.05 秒から 0.004 秒に短縮できた場合、同じピック アンド プレース操作にかかる時間は 1.416 秒になります。これは、1 分あたり 42.37 部、または 1 時間あたり 2,542 部に相当します。現在、同じ操作により 1 時間あたり 254.24 ドルの収益が発生しており、29.24 ドル増加しています。週 6 日稼働する 2 交代勤務の場合、整定時間をわずか 0.184 秒節約するだけで、年間 140,353 ドルの追加収益に相当します。

オートメーション エンジニアは、振動と機械の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、堅牢なコンポーネント、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。

一般に、モーターを負荷にできるだけ近づけてしっかりと結合する必要があります。システムの機械的コンプライアンスを最小限に抑えたいと考えています。カップリングやギアボックスなど、モーター シャフトと負荷との間に可動部品があると、コンプライアンスが発生します。これらすべてのコンポーネントは、熱、摩擦、磨耗の影響を受けやすいです。

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。

フィルターはそのための 1 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します。ノッチ フィルターは 500 ～ 1,000 ヘルツの振動を制御します。

フィルタの問題は、帯域幅に上限が設けられてしまうことです。これにより、システムをどの程度厳密に調整できるかが制限されます。

この問題に対処するもう 1 つの方法は、振動を抑制することです。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備えています。このアルゴリズムは、帯域幅を犠牲にすることなく 50 ヘルツ以下の振動を抑制できます。

鍵となるのは、サーボモーターに接続された 20 ビットの高解像度エンコーダーです。エンコーダは、モーターシャフトの 1 回転あたり 100 万カウントを超えるカウントにより、ベルトやボールネジを介して伝わる小さな振動も検出できます。

このアルゴリズムはエンコーダーから速度信号とトルク信号を取得し、動作のコマンド信号を調整します。通常の台形プロファイルを指令しているとします。加速し、特定の速度で走行し、その後停止します。アンプはその指令された動作に可能な限り厳密に従います。しかし、移動中にはあらゆる種類の振動がモーターをその経路から押しのけようとします。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して、本質的に振動を打ち消します。

振動を抑制すると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の機構を設計できるため、機械の全体的なコストが削減されます。

振動が少ないということは、機械の磨耗も少ないことを意味します。マシンはよりスムーズかつ静かに動作し、最終的には寿命が長くなります。