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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(3)
掲載日:2017年08月01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(3)

世界で活躍するソフトウエアカム

( C )ソフトウエア・カムC: ソフトウエアカム

ソフトウエアカムのカム曲線

Sin カーブの動作特性を実現するソフトウエアカムシステム(1)

Sin カーブの動作特性を実現するソフトウエアカムシステム(2)

ソフトウエアカムのタイマー動作

ソフトウエアカム曲線の部分使用

※:今月号にて解説

前回後半に紹介した今世界中で大活躍しているソフトウエア・カムシステムはどうなるのでしょうか?

ソフトウエアカムの基本構成は図 4-7A に一例を示すように、ステッピングモータまたはステッピング駆動のサーボモータなどで送りねじなどの均等変換メカニズムを駆動するのが標準的です。

この構成は「一軸のロボット」と言われるものになっています。図 4-7B はそのブロック図を示します。

ステッピングモータの場合はセンサを使わずオープンコントロールにすることが多いのですが、一般的には駆動特性・応答特性などを自由に設定できるサーボモータによる駆動が多く使われています。

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図 4-7A ソフトウエアカム・システム

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図 4-7B ソフトウエアカム・システムのブロック図

センサは以前も述べた通りサーボモータの回転軸に直結したロータリエンコーダを用いるものがほとんどで、サーボモータの駆動量を常に検出しています。

これを以前の「図 2-50 カム駆動の深穴あけシステム」と同様の構成にしたのが図 4-8 です。

 

この場合、コンピュータの中には深穴あけ用のカム曲線を実現するソフトウエア・カムが何種類も入っていて、品種番号によって対応するソフトウエアカムを呼び出せばそのまま駆動できるわけで、品種切換えは大変容易です。

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図 4-8 ソフトウエアカムによる細いドリルでの深穴あけシステム

はじめに例として述べた図 4-1 のような場合には品種切換え信号一つで即座に次の品種のカム曲線が設定されることは当然です。もちろん品種によってドリルの直径を変えなければならないようなときはドリルの着脱・設定が必要ですが、メカニカルカムの交換を考えるといかに切換えが容易か想像できます。

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図 4-1 細いドリルによる深穴開け対応品種の例(再掲載)

つまり多品種生産のための品種切換えを容易にして、生産システムの柔軟性「フレキシビリティ」を持たせたシステムであることは十分理解されるでしょう。

【ソフトウエアカムのカム曲線】

上記図 4-8 に使われるカム曲線は、当然ベテラン作業員の動作から作った図 2-43 のタイミングチャートに一致するものでなければなりません。

しかし、このタイミングチャートのままではソフトウエアカムにはなりません。その理由は図 4-7A の動作内容を詳しく考えてみればわかります。

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図 2-43 細いドリルで深穴をあけるタイミングチャートの例(再掲載)

今、図 4-7A のシステムのパルス駆動のサーボモータ(またはステッピングモータ)を \(1\) パルス駆動すると送りねじによってツールが \(0.1mm\) 駆動されると仮定します。言うまでもなく、送りねじは均等変換メカニズムなので、この「\(1\) パルス当たり \(0.1mm\)」という設定はシステムの駆動範囲全体に亘って一定です。

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図 4-9  \(1\) パルス当たりのツールの駆動量は常に一定なのでパルスのタイミングで速度が決まる

図 4-9 は図 2-43 のタイミングチャートのドリルが低速で下降する部分と高速で上昇する部分とを取り出してその動作を示したものです。

ここでカム曲線は緑の斜めの線ですが、実駆動はパルス対応なので駆動パルスを \(\varDelta t\) ごとに与えることでツールは \(0.1mm\) ずつ進むことになり、理論上は赤で示した階段のようになります(実際は慣性があるのでかなり曲線に近くなります)。

駆動速度はこのパルスを与える時間間隔で決まるわけで、\(\varDelta t\) を大きくとれば低速駆動となり、\(\varDelta t\) を小さくとれば高速駆動となります。

これらの図で、\(1\) パルス当たりの駆動量 \(\varDelta s\) は常に一定で、我々は \(\varDelta t\) を変更することしかできません。

 

通常のカム曲線、あるいはタイミングチャートでは、「時間の進み方」はメカニカルカムの回転速度で決まりますが基本的に一定速度で、時間に対応するツールの移動量がいろいろに変化します。図 2-43 のタイミングチャートでも、\(X\) 軸側の時間 \({t}\) は常に一定速度で進み、それに対応する \(Y\) 軸側のストローク \({s}\) がいろいろに変化しているので関数的には \(s\) が \(t\) の関数として表される

 

\(s=f(t)\) ・・・・(カム曲線関数)

 

となるのは当然です。

しかし図 4-9 ではツールの移動量 \(\varDelta s\) の方が一定で、その移動に要する時間値 \(\varDelta t\) がいろいろ変化していることになります。これは関数的にみると、\(t\) が \(s\) の関数で表される「逆関数」で

 

\(t=f^{-1} (s)\)・・・・(カム曲線の逆関数)

 

となっているのです。

従ってストローク \(s\) の進行に伴って次々と時間値 \(t\) を変化させなければなりません。

実はこの「変化する時間値の一覧表」がソフトウエアカムの実態なのです。

次回は最も単純な例として Sin カーブの動作特性を実現するソフトウエアカムについて解説します。

「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
  32. 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
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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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