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ホーム > WEBマガジン SHINKAWA Times > メカトロニクス技術講座 > メカトロニクス技術講座 フレキシビリティが面白いインフォメーションカム(2)
掲載日:2017年07月04日

4 フレキシビリティが面白いインフォメーションカム(2)

インフォーメーションカムの導入と活用

以上のようにメカニカルカムの持つ「力」と「情報」とを分離して力の部分をサーボに任せ、コントローラは情報だけ持っていればよい、という「変な」カムシステムが出来上がります。

第 1 章で述べた巧妙性実現の手段群を思い出してください。

第 1 世代:ヒンジとスライドによる巧妙性

第 2 世代:メカニカルカムによる巧妙性

となっていましたが、今度は第 2 世代の「メカニカルカム・システム」に代わって、情報だけ持ったカムを使う第 3 世代「インフォーメーションカム・システム」が登場したのです。

ここでコントローラはカム曲線の情報だけ持っていればいいのですから、それにはいくつかの持ち方が考えられます。

( A )テンプレート・カム

今までカチンカチンに焼き入れし、研磨して仕上げていたカムが、それこそ厚紙を鋏で切ったものでもよくなります。

型板「テンプレート」カムです。昔から難しい曲面加工の機械加工方式に「倣い」というのがありました。加工しやすい材料で型板を作り、これをなぞりながら硬い材料の曲面加工をする、これも一種のテンプレート・カム・システムでした。

A-1. 変位特性型テンプレートカム

図 4-4A は、インフォーメーションカムの場合、「カムに力を持たせる必要がない」ことの表現としてテンプレートカムで強力な油圧シリンダを駆動する場合を漫画的に示したものです。

確かにツールの前後駆動はテンプレート・カムの外形曲線によって行われますが、光電素子 A と B との間隔 \(\varDelta l\) が大きいことと、バルブの応答速度が低いことから、“進みすぎで後退・戻りすぎで前進” という動作となり、出力特性は「カム曲線」ではなく「カム階段」(?)のようになってしまいます(図 4-4B)。

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図 4-4A テンプレートカム・システムではカムに力を持たせる必要はない

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図 4-4B 階段状になったカム曲線

図 4-4C のように細い光ファイバセンサを使って、高速応答のバルブを使ってコントローラの応答も高速化すれば改善はされますが、単純に考えて、一段の高さが \(\varDelta l\) の階段状になると思っていいでしょう(厳密には少し違う部分もあります)。

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図 4-4C テンプレートカム・システムの

検出素子の改良

A-2. 速度特性型テンプレートカム

図 4-5 に示すのは「改訂新版自動化機構 300 選(日刊工業新聞社)」の P77 に掲載されたテンプレートカム・システムの一種です。

構成は図で分かる通り、送りねじを駆動する油圧モータに供給される油の流量を電磁流量制御弁で制御するもので、その電磁流量制御弁がテンプレートカムの形状によって制御されているものです。

ここではテンプレートカムの形状をなぞる「スタイラス」と称するペン型カムフォロワーに静電容量型センサの可動電極が接続されていて、その移動量によって流量制御弁が操作されて油の流量をカム形状通りに制御します。

油圧モータの速度は油の流量に比例するので、このシステムではカム曲線は変位特性を表しているのではなく、速度特性を表しているわけで、テンプレートカムにより「速度を制御」していることになります。

通常の変位特性カム曲線は時間の経過に対応して「どの時刻にどの位置に来るべきか」を示しますが、図 4-5 のカム曲線は「どの時刻にどの速度にするべきか」を示しているのです。

ということは、この方式で使うカム曲線は通常の変位特性曲線を、時間について微分した「速度特性曲線カム」を用いなければならないことになります。

この方式では、“進みすぎで後退・戻りすぎで前進” という動作ではないので動作結果は階段状にはならず実用化は容易です。

◇直進運動機構◇
出典:改定新版 自動化機構 300 選(日刊工業新聞社) P77

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図 4-5 テンプレートカムによる
送りねじの速度制御システム
A-3. テンプレートカムの利点

テンプレートの曲線をなぞるのには静電容量型センサに限らず、リニヤーゲージセンサなどのような使い易いものもあり、その信号の通りにツールをサーボ駆動すればいいわけなので、厚紙ほどではないにしても、かなり加工しやすい金属版あるいはプラスティックの型板を使うことができるでしょう。

この場合テンプレートカム・システムでは上記のスタイラスによる追従のようにカムフォロワーの直径を殆どゼロと置ける利点があります。

また、曲線が数式表現されるような場合に、NC 工作機械で容易に製作できるので、光学系や流体システム系の一部など用途によっては好都合な場合があります。

( B )ピクチャー・カム

テンプレート・カムの曲線検出センサを、リニヤーゲージのような接触式からリニヤーイメージ・センサのような非接触式にすることは誰でも考えることで、そうなれば型板ではなく絵に描いたものでもいいはずです。

すなわちカム曲線情報を絵に描いたカム「ピクチャー・カム」ができるのです。

B-1. 変位特性型ピクチャーカム

図 4-6A では、スライドテーブルは送りねじによって駆動されますが、送りねじを駆動するのはサーボモータで、光電センサが両方黒いところに入ってオフなら前進、両方白いところに出てオンなら後退するようになっています。

ただし前進後退を繰り返すことはピクチャーカムでもテンプレートカムと同様で、階段のステップは或る程度小さく改善できますがやはり階段状になることは同じです(図 4-6B)。

これはセンサとしてリニヤイメージセンサを使っても同じで、リニヤイメージセンサの素子の間隔と光学系の倍率で決まるステップ量に相当する階段になるわけです。

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図 4-6A ピクチャーカム・システムの例

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図 4-6B 細かい階段状に改善されたカム曲線

B-2. 速度特性型ピクチャーカム

当然ピクチャーカムもテンプレートカムと同様に速度特性曲線型にして、階段状の特性を避ける方法もあります。

前述の図 4-5 のテンプレートカムの代わりにピクチャーカムを用いて、センサーとしてリニヤイメージセンサなどを用いれば速度特性型ピクチャーカム・システムを作れることは述べるまでもないでしょう。

B-3. ピクチャーカムの利点

ピクチャーカムは特に巧妙性実現には有利な場合があります。

それは、カム曲線の手直しが大変容易だからです。

ベテラン作業者による巧妙作業をビデオ撮りして、ツールの動きをタイミングチャートにした場合、その曲線は数式によって表現されていません。(もちろん数学的には「あらゆる曲線は数式表現ができる」ことにはなっていますが、先に曲線として描かれたものを後から数式表現に直すのは近似式でもかなり大変です)

さらに、一旦出来た曲線について「この辺をもう少しゆっくり進めたい」というような場合、数式表現の係数修正などで対応しようとしても困難な場合が多いと思われます。

しかし、ピクチャーカムの場合は、曲線を黒インクと白塗りとで感覚的に手で直せるのです。数式に直す必要はありません。

しかも簡単にコピーで予備が作れます。

ピクチャーカムによる巧妙性作業の自動化を進めていくと、「当社の生産技術のノウハウはこのピクチャーカムのコピー集だ(?)」という笑い話が現実のことになるかも知れません。

( C )ソフトウエア・カム

もう一つ、情報を持つのを得意とするもの、ソフトウエアがあります。

ソフトウエアにカム曲線情報を持たせておけば、いろいろ便利なことは想像できます。

つまり「インフォーメーション・カム」は、

の 3 種類があると考えていいでしょう。

この 3 種のうち、最も重要なのはソフトウエアカムです。

ソフトウエアカムのシステムは、数式表現されたカム曲線による駆動に大変有効で、実は今世界中で大活躍しているのです。

 

次回はこのソフトウエアカムシステムについて述べます。

「生産性向上とメカトロニクス技術講座」バックナンバー

  1. 本講座の目次
  2. 生産設備の構成要素(1)工場はすべて作業ユニットの集合.....
  3. 生産設備の構成要素(2)作業ユニットは W・T・MACS から成り立つ.....
  4. 生産設備の構成要素(3)フィードバック信号をどこから取ったか.....
  5. 巧妙性実現の手段群(1)メカニズムの速度特性の活用と加速度/直進テーブルの往復動作実験.....
  6. 巧妙性実現の手段群(2)メカニズムの速度特性の活用と加速度/物は加速度で動かされる(その1).....
  7. 巧妙性実現の手段群(3)メカニズムの速度特性の活用と加速度/物は加速度で動かされる(その2).....
  8. 巧妙性実現の手段群(4)メカニズムの速度特性の活用と加速度/加速度特性の改善と効果
  9. 巧妙性実現の手段群(5)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/自動化システムの 80% は.....
  10. 巧妙性実現の手段群(6)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その1).....
  11. 巧妙性実現の手段群(7)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その2).....
  12. 巧妙性実現の手段群(8)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムによる力特性の活用法
  13. 巧妙性実現の手段群(9)MACS の要素群/アクチュエータの各種と分類
  14. 巧妙性実現の手段群(10)MACS の要素群/コントローラとインターフェイス
  15. 巧妙性実現の手段群(11)制御回路の構成・1 類、2 類、3 類(その1)
  16. 巧妙性実現の手段群(12)制御回路の構成・1 類、2 類、3 類(その2)
  17. 巧妙性実現の手段群(13) センサによる代替特性検出(その1)
  18. 巧妙性実現の手段群(14) センサによる代替特性検出(その2)
  19. 巧妙性実現の手段群(15) 巧妙動作のための任意速度特性はメカニカルカムが基本(その1)
  20. 巧妙性実現の手段群(16) 巧妙動作のための任意速度特性はメカニカルカムが基本(その2)
  21. 巧妙性実現の手段群(17) タイミングチャートからメカニカルカムへ
  22. 巧妙性実現の手段群(18) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その1)
  23. 巧妙性実現の手段群(19) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その2)
  24. 巧妙性実現の手段群(20) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その3)
  25. 巧妙性実現の手段群(21) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その4)
  26. 生産性向上の4手法(1) 高速化と併行作業化/動作のスピードアップ・無駄時間の削減
  27. 生産性向上の4手法(2) 高速化と併行作業化/工程分割(その1)
  28. 生産性向上の4手法(3) 高速化と併行作業化/工程分割(その2)
  29. 生産性向上の4手法(4) 高速化と併行作業化/工程分割(その3)
  30. 生産性向上の4手法(5) 高速化と併行作業化/工程分割(その4)・マルチツーリング
  31. フレキシビリティが面白いインフォメーションカム(1) 同一品種のための同一動作・ワーク側の斉一性に頼ったシステム/メカニカルカムの機能の抽象化と再具現化・力と情報の分離
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株式会社新興技術研究所 熊谷 卓 による「生産性向上とメカトロニクス技術講座」は、クリエイティブ・コモンズ

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