重要なモーション コントロール システム コンポーネント:製造効率を向上

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現代のメーカーは、競争力を維持するために業務の効率を高める必要があります。産業用自動化機器の速度、加速度、位置、トルクを正確に制御するモーション コントロール システムは、メーカーがより高いレベルの生産性を達成するのに役立ちます。これらの高度なシステムには、コントローラー、ドライブ、モーター、フィードバック デバイスという 4 つの重要なコンポーネントがあります。自動生産機械のパフォーマンスを最適化するには、これらがどのように連携するかを理解することが重要です。

このブログでは、これらのコンポーネントを詳細に調査し、適切に設計されたモーション コントロール システムによって提供される精度と再現性が、生産目標の達成にどのように役立つかについて洞察を提供します。 JHFOSTER は、オートメーションの信頼できるパートナーとして、お客様がより効率的に作業を開始できるよう、モーション コントロール ソリューションの実装を支援する準備ができています。

モーション コントロール システムの 4 つの必須コンポーネント

モーション コントロール システムの 4 つのコンポーネントには、モーション コントローラー、モーター ドライブ、モーター、フィードバック デバイスが含まれます。 

モーション コントローラー: モーション コントローラーはモーション コントロール システムの頭脳と呼ばれることが多く、モーター ドライブを調整します。場合によっては、複数のドライブが同時に制御されることがあります。プログラムされた目標位置と動作プロファイルに基づいて、モーション コントローラはモータが従う適切な軌道を作成します。人間の脳と同じように、正確な速度まで加速し、目的の場所で停止するまで減速するコマンドを送信します。アプリケーションで使用されるコントローラーの数は、制御が必要な個々のプロセスの数によって異なります。システム内の各コントローラは、マシンまたはラインを制御するコンピュータまたは PLC から命令を受け取り、フィードバックを送信します。

モーター ドライブ: ドライブは、モーション コントローラーとモーターの間のインタープリターとして機能します。その機能は、コントローラーからコマンド信号を受信し、コマンドを解釈し、モーターに適切なレベルの電力を供給して機械を正確に動かすことです。ドライブは、デジタル、アナログ、リニア、スイッチング、ステッパー、サーボ ドライブとして利用できます。ドライブの種類ごとに異なる特性があります。デジタル ドライブには個別の入出力機能が含まれていますが、アナログ ドライブには可変の入出力機能が含まれています。リニアドライブは直線運動に使用されます。スイッチングドライブは、パルス幅変調と呼ばれる技術を使用して、電圧を急速にオンまたはオフにして、特定の動きや速度を作り出します。ステッピング ドライブは低から中レベルのトルクを提供し、幅広い速度範囲でスムーズな回転を生成します。サーボ ドライブはコマンド信号と内部フィードバック ループを解釈して、高出力、高速アプリケーションの動きを正確に制御します。

モーター: モーターは筋肉として機能します。その役割は、モータードライブから電気入力を受け取り、それを運動に変換することです。電気モーターには AC と DC の 2 種類があり、どちらも磁場によって電気を運動に変換します。 DC モーターは直流で動作しますが、AC モーターは交流で動作します。 DC モーターの速度は通常、印加電圧の量を変えることによって制御されます。 AC モーターの速度は通常、印加電圧の周波数を変えることによって制御されます。  AC モーターがより一般的に使用されます。 

フィードバック デバイス: 閉ループ モーション コントロール システムでのみ使用されるフィードバック デバイスは、モーターの位置情報をモーション コントローラーに提供して、適切なタイミングでコマンドを調整できるようにします。位置、速度、方向を測定して報告するエンコーダは、最も一般的なフィードバック デバイスです。閉ループ モーション コントロール システムは、オープン ループ モーション コントロール システムではできない複雑なモーションを正確に実行できます。

モーション コントロールはどのように機能しますか?

モーション コントロール システムは、モーション プロファイルと呼ばれる正確な動きのシーケンスを作成し、指定されたシーケンスに一致するようにモーターの動作を継続的に調整します。モーション コントロール システムの仕組みは次のとおりです。

ステップ 1: モーション コントローラーはターゲット コマンドを受信します。

ステップ 2: コントローラーは、目的の軌道 (モーション プロファイル) を計算します。

ステップ 3: コントローラーはモーター ドライブにコマンド信号を送信します。

ステップ 4: ドライブはモーターに必要な電力を供給します。

ステップ 5: モーターがモーションを実行します。

ステップ 6: 閉ループ システムでは、フィードバック デバイスが実際の動きを測定し、この情報をコントローラーに送り返します。

ステップ 7: コントローラーは実際の動きと望ましい動きを比較し、コマンド (制御ループ) を調整してエラーを修正し、正確な動きを保証します。

モーション センサーについて

産業用モーション コントロールでは、「モーション センサー」はフィードバック デバイスであり、ほとんどの場合エンコーダーです。フィードバックを提供するために、エンコーダは位置、速度、方向などの実際の動作パラメータを測定し、システム修正のためにそれらをコントローラに中継します。

モーション センサーをトリガーするものは何ですか?

産業用閉ループ モーション コントロール システムでは、モーター シャフトまたはリニア ステージの動きによってモーション センサー (通常はエンコーダ) がトリガーされます。エンコーダーはモーターに接続されており、モーターが動くとエンコーダーがその動きを検出して信号を送信します。

モーション センサーが機能しているかどうかを確認するにはどうすればよいですか?

産業用モーション センサーが機能しているかどうかを確認するには、3 つの一般的な方法があります。

フィードバック データを監視する: エンコーダが動作していることを確認する最も信頼性の高い方法は、ヒューマン マシン インターフェイス (HMI) またはマシン ソフトウェアを通じてモーション コントローラに送信された位置または速度データを確認することです。マシンが移動し、データが正しく更新されていれば、エンコーダーは機能しています。

欠陥を探します: 閉ループ モーション コントロール システムでセンサーに障害が発生した場合、コントローラーはモーターの位置を確認または修正できないため、障害またはアラームがトリガーされます。

モーションの精度を確認する: 機械が位置を保持できない、または過度の振動が発生するなどの問題は、フィードバック デバイスの故障または不適切な調整を示している可能性があります。

モーション コントロールはどこで使用されますか?

効率を高めて運用コストを削減するために、生産ラインを自動化するメーカーが増えており、モーション コントロールは効果的な自動化において重要な役割を果たしています。モーション コントロール システムは、次のような複雑なモーションを再現可能、正確、調整可能にする必要があるアプリケーションで使用されます。

• パレット積みと梱包作業のためのピック アンド プレイス ロボット
• ロボット / 協働ロボットは、溶接、組み立て、切断、その他の正確な動作が必要な作業に使用されます。
• 精密な CNC 加工。
• 3D プリンター。
• 自動マテリアルハンドリング システム
• 自動車組立アプリケーション

自動化された機器の統合が増加し続ける中、正確で再現性のある動作にはモーション コントロール システムが不可欠であり、生産性を最大化し運用コストを削減するのに役立ちます。

オートメーションのパートナーである JHFOSTER は、モーション コントロールのニーズをいつでも支援します。アプリケーションの精度と効率の向上を開始するには、今すぐお問い合わせください。

• Tavoron オートメーション担当上級副社長

  Scott Wojciak 氏は、産業オートメーションと流通に関する深い専門知識を持つ経験豊富な幹部であり、Tavonron でオートメーション担当上級副社長を務めています。以前はシンガー インダストリアル社でフルード パワー、オートメーション、エンジニアリング ソリューション部門を率い、BW Rogers 社では営業担当副社長、営業担当ディレクター、地域事業部門マネージャーなどの指導的役割を務めていました。結果重視のアプローチと顧客重視のリーダーシップで知られるスコットは、そのキャリア全体をオートメーション部門全体の商業戦略と運用パフォーマンスの推進に費やしてきました。彼はセールス エンジニアとしてキャリアをスタートし、在職初期に BW Rogers の年間最優秀セールスマン賞を受賞しました。

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