ロボシリンダ位置決め

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(ロボシリンダいちぎめ)

ロボシリンダ位置決め

ロボシリンダ位置決めとは、電動アクチュエータであるロボシリンダを使用し、ワーク、容器、ストッパー、ゲート、ノズルなどを、あらかじめ設定した位置へ移動・停止させる制御技術です。空気圧シリンダのような前進・後退の2位置動作だけでなく、ストローク途中の複数位置へ停止させ、位置ごとに速度や加減速を変更できます。

PLCと専用コントローラを接続し、原点復帰、位置番号選択、移動開始、位置決め完了、異常などの信号をやり取りして、自動設備の動作へ組み込みます。繰り返し位置決めが必要な搬送設備、計量設備、投入機構、品種切替機構などで使用されます。

ロボシリンダの仕組みと構成

ロボシリンダは、サーボモーターやステッピングモーターの回転を、ボールねじ、ベルトなどによって直線運動へ変換する電動アクチュエータです。ロッドやスライダーへ取り付けた治具を前後または上下へ移動させます。

一般的なシステムは、ロボシリンダ本体、モーター、エンコーダ、専用コントローラ、電源、PLC、安全機器などで構成されます。移動位置、速度、加速度、減速度、押付け条件などをコントローラへ登録し、PLCから位置番号と開始信号を送信します。

目標位置へ到達すると、コントローラから位置決め完了信号が出力されます。PLCは完了信号を確認してから、クランプ、供給、排出、計量などの次工程を開始します。

主な用途

容器、トレー、ワークの搬送・位置決め
コンベア上のストッパーやガイド幅の変更
シュート、ゲート、供給口の位置切り替え
計量容器や投入ノズルの移動
品種に応じた治具、押さえ、クランプ位置の変更
ワークの押出し、引込み、移載

例えば、複数の容器へ原料を投入する設備では、投入ノズルを指定容器の上まで移動させ、位置決め完了を確認してから供給を開始します。搬送先と位置番号をひも付けることで、誤った容器への投入を防ぎます。

空気圧シリンダとの違い

空気圧シリンダは、圧縮空気によってロッドを前進・後退させます。構造が比較的簡潔で、高速な2位置動作に適していますが、ストローク途中へ安定して停止させるには追加機構が必要です。

ロボシリンダは、位置データを変更することで複数位置へ停止でき、動作ごとに速度や加減速を設定できます。停止衝撃を抑えたい場合や、品種に応じて位置を変えたい場合に適しています。

一方、専用コントローラや電源が必要で、可搬重量、推力、ストローク、速度、設置方向に応じた選定が必要です。単純な往復動作には空気圧シリンダ、複数位置や細かな動作調整にはロボシリンダが選択肢となります。

基本的な制御の流れ

原点復帰

電源投入時や異常復旧後には、位置の基準を確定する原点復帰を行います。原点未確定の状態で位置番号を指定すると、PLCが想定する位置と実際の位置が一致しない可能性があります。

原点復帰中は、周辺機器が退避していること、搬送物を押し込まないことを確認します。原点復帰完了信号を受け取った後に、自動運転を許可します。

位置番号の選択と移動開始

PLCからコントローラへ位置番号を出力し、その信号が確定した後に移動開始信号を出します。信号の順序や保持時間が不適切だと、直前の位置番号で動作する可能性があります。

コントローラが位置番号を受け付けたことを確認できる場合は、受付信号を用いてから開始指令を出す構成にします。

位置決め完了の確認

PLCは、位置決め完了信号と指定した位置番号を照合してから、次工程を許可します。単に運転中信号がOFFになっただけで完了と判断すると、異常停止を正常完了と誤認する可能性があります。

移動開始から設定時間以内に完了信号が入らない場合は、位置決め時間超過として自動運転を停止します。

移動時間の考え方

一定速度区間だけを簡略化すると、移動距離をL、速度をv、移動時間をtとして次の式で表せます。

t＝L÷v

例えば、移動距離500mmを200mm/sで移動する場合、一定速度だけで考えた時間は2.5秒です。

実際には、加速時間、減速時間、位置決め整定時間が加わります。短いストロークでは最高速度へ到達する前に減速へ移るため、単純な距離と速度の計算より長くなる場合があります。

設計・制御上のポイント

可搬重量・推力・モーメントを確認する

移動させるワークや治具の重量、設置方向、速度、加速度に応じて、必要推力と可搬重量を確認します。垂直設置では、上昇時だけでなく、停止保持と停電時の落下防止も考慮します。

移動体の重心がスライダーから離れると、曲げモーメントが大きくなります。重量が可搬範囲内でも、治具の張り出しが大きいとガイドやボールねじの寿命を縮める場合があります。

ストロークと移動範囲を決める

必要な移動距離だけでなく、原点復帰、減速、機械端との余裕、治具寸法を含めてストロークを選定します。ソフトウェア上の移動限界とは別に、機械端を超えない構造が必要です。

位置データをタッチパネルから変更できる場合は、入力可能範囲を制限し、周辺設備と干渉する値を登録できないようにします。重要な設定変更には権限や確認操作を設けます。

速度・加減速を調整する

速度や加速度を上げるとサイクルタイムを短縮できますが、停止時の振動、治具のたわみ、搬送物のずれが大きくなる場合があります。液体を入れた容器では液面が揺れ、計量安定までの時間が延びることもあります。

長距離区間は高速、停止位置の手前は低速とするなど、動作内容に応じて条件を設定します。機械剛性と搬送物の状態を確認しながら試運転で調整します。

押付け動作を適切に設定する

機種によっては、位置決めだけでなく、一定の力でワークを押す押付け動作を利用できます。クランプ、圧入、位置合わせなどに使用されます。

押付け力を大きくしすぎると、ワーク、治具、ロボシリンダを損傷する可能性があります。押付け開始位置、推力、継続時間、完了判定を用途に合わせて設定します。

周辺設備との干渉を防ぐ

移動範囲に別の可動機構や搬送物がある場合は、退避完了や受入可能状態を確認してから動作させます。複数軸が同じ空間を使用する設備では、それぞれの現在位置と移動先をPLCで管理します。

ソフトウェア上のインターロックに加え、機械ストッパー、オーバーラン検出センサ、安全柵などを設けます。

垂直軸の落下を防ぐ

垂直設置では、停電やサーボOFF時に可動部が自重で下降する可能性があります。ブレーキ付きモーターや機械的保持機構を選定し、ブレーキの解放とモーター制御の順序を適切に設計します。

上昇開始時は、モータートルクが立ち上がった後にブレーキを解放し、停止時はモーターで位置を保持した状態でブレーキを作動させる構成を検討します。

異常監視と復旧

主な異常には、過負荷、位置偏差、モーター過熱、エンコーダ異常、原点復帰異常、非常停止、通信異常などがあります。コントローラから異常信号や警報コードを取得し、PLCで自動運転を停止します。

位置決めが完了しない場合は、治具や搬送物の干渉、可搬重量超過、設定速度・加速度、ブレーキ、電源電圧、機械部の損傷を確認します。原因を除去せずにリセットを繰り返すと、設備損傷が広がる場合があります。

復旧時は、現在位置と周辺設備の状態を確認し、必要に応じて手動・低速で安全位置へ退避させます。その後、アラームリセットと原点復帰を行い、自動運転へ戻します。

通信断・停電時の動作

PLCとコントローラの通信が切れた場合や、制御信号が不定になった場合に、動作を継続するか停止するかを決めます。意図しない移動を防ぐ必要がある設備では、通信異常時に停止させます。

停電時は、位置データや設定値を保持できても、可動部が途中位置で停止します。復電後に自動で移動を再開すると干渉する可能性があるため、現在位置、搬送物、周辺機器を確認してから復旧します。

アブソリュートエンコーダ対応機では、電源再投入後も位置情報を保持できる場合がありますが、機械的に動かされた可能性や安全条件を確認する必要があります。

保守と設備更新

定期点検では、ガイド、ボールねじ、ベルト、取付ボルト、ケーブル、コネクタ、ブレーキ、異音、振動を確認します。給脂が必要な機種では、指定周期とグリースを守ります。

ロボシリンダやコントローラを更新する場合は、取付寸法、ストローク、推力、速度、位置データ数、電源、入出力信号、通信仕様を確認します。後継機で信号名称が同じでも、ONのタイミングや完了条件が異なる場合があります。

更新後は、原点位置、各停止位置、速度、加減速、押付け条件、タイムアウト、周辺設備とのインターロックを再確認します。位置データとPLC内の位置番号対応も照合します。

計量・搬送設備との連携

計量設備では、容器、投入ノズル、ストッパーなどを所定位置へ移動させ、位置決め完了後に供給や計量を開始します。移動中の振動が残っている場合は、停止後に待ち時間や重量安定判定を設けます。

搬送設備では、容器の到着、前後コンベアの状態、ストッパー位置を確認し、移載動作を行います。バーコードや製造指示と位置番号をひも付けることで、品種ごとの停止位置を自動選択できます。

ハカルプラスの対応

ハカルプラスでは、移動対象の重量、寸法、重心、ストローク、停止位置、必要速度、設置方向、周辺設備との取り合いを確認し、用途に適したロボシリンダとコントローラを選定します。

ロボシリンダを組み込む機械構造、治具、ガイド、ストッパーなどの設計に加え、制御盤、PLC、タッチパネルまで一体的に構成します。

原点復帰、位置番号選択、速度・加減速設定、押付け動作、位置決め完了確認、オーバーラン防止、異常コード表示、復旧操作を設備条件に合わせて設計します。

搬送設備や計量設備では、容器到着、重量安定、ゲート開閉、前後設備の受入状態と連動させます。既設の空気圧シリンダからの置換や、生産終了したロボシリンダ・コントローラの更新についても、機械寸法と信号仕様を確認して検討します。

よくある質問

Q. 指定した位置で停止しない場合は何を確認しますか？

A. 位置データ、原点位置、可搬重量、速度・加速度、機械的な干渉、カップリングやベルトの状態を確認します。位置偏差やコントローラの警報コードも確認します。

Q. 原点復帰が完了しない原因は何ですか？

A. 原点センサ、移動方向、ストローク端への干渉、モーター過負荷、設定不一致などが考えられます。周辺設備を退避させ、手動・低速で状態を確認します。

Q. 空気圧シリンダからロボシリンダへ置き換えられますか？

A. 推力、ストローク、速度、取付寸法、設置方向が適合すれば置き換えられる場合があります。専用電源、コントローラ、PLC入出力の追加も必要です。

Q. 停電後に原点復帰なしで運転できますか？

A. アブソリュート位置を保持できる機種では可能な場合があります。ただし、可動部や搬送物が動かされていないことを確認してから運転を再開します。

Q. 既設ロボシリンダを後継機へ交換できますか？

A. 取付寸法、ストローク、推力、位置データ、電源、入出力、通信仕様を確認して交換を検討します。交換後は位置とインターロックの再調整が必要です。