回転ラック制御

Technology

(かいてんラックせいぎょ)

回転ラック制御とは、円形または多角形のラックを回転させ、収納された容器、部品、原料、治具などを指定された位置へ移動させる制御です。限られた設置スペースの中で複数の保管位置や作業位置を切り替えられるため、製造設備、計量設備、搬送設備、自動保管設備などに利用されます。

PLCから目的のラック番号や停止位置を指定し、モーターを駆動してラックを回転させます。位置センサやエンコーダで現在位置を確認し、目的位置の手前で減速して所定位置へ停止させます。停止後は、搬送装置、ロボット、計量機、投入装置などと連動して、容器やワークの受け渡しを行います。

回転ラック制御の仕組み

回転ラックは、主に回転テーブルまたはラック本体、駆動モーター、減速機、回転軸、支持機構、位置検出センサ、制御盤、PLCなどで構成されます。用途によっては、各収納位置に容器検出センサ、ストッパー、ローラーコンベアなどを設けます。

PLCが移動先を決定すると、モーターを正転または逆転させ、目的位置までの距離が短い方向へ回転させます。目的位置へ近づいた段階で速度を下げ、位置センサやエンコーダの信号をもとに停止します。

停止後は、位置決めが完了していること、ラックが動いていないこと、搬送先が受入可能であることなどを確認してから、容器の搬入・搬出や次工程を開始します。

主な用途

複数の容器やトレーの一時保管・呼出し
品種ごとの治具や部品の切り替え
計量容器を複数の供給位置へ順番に移動
原料容器や製品容器の搬送先選択
ロボットや作業者へのワーク供給
限られた設置面積での循環保管

例えば、複数の原料容器を回転ラックへ配置し、製造指示に応じて必要な容器を計量・投入位置へ移動させる構成があります。作業完了後は元の位置へ戻すほか、次工程の搬出位置へ移動させることもできます。

主な位置決め方式

位置センサによる停止

各停止位置に近接センサやドグを設け、目的位置の信号を検出して停止させる方式です。停止位置が固定され、位置数が比較的少ない設備に適しています。

エンコーダによる位置管理

モーターや回転軸に取り付けたエンコーダのパルスを数え、回転角度や現在位置を管理する方式です。停止位置が多い場合や、位置を柔軟に設定したい場合に使用されます。

インバーターによる速度制御

インバーターを使用して、起動時の加速、通常速度、停止前の減速を制御します。急停止による容器のずれや、設備への衝撃を抑えながら位置決めできます。

サーボモータによる位置決め

停止精度や応答性が求められる場合は、サーボモータを使用することがあります。指令した回転角度まで制御し、複数位置への移動を行います。

設計・制御上のポイント

回転方向と最短経路

ラックが正転・逆転できる場合は、現在位置から目的位置までの移動距離を比較し、短い方向へ回転させることで移動時間を短縮できます。

ただし、配線、配管、機械構造などによって回転可能な方向や角度が制限される場合があります。無制限に回転できない構造では、旋回範囲を超えないよう位置を管理します。

停止位置の精度

ラックと搬送コンベア、ロボット、投入装置などの位置がずれると、容器の受け渡しができない場合があります。停止位置の手前で減速し、位置決めセンサや機械的な位置決め機構を組み合わせます。

モーター停止後も慣性でラックが動く場合があるため、搬送物の重量、回転速度、減速時間、ブレーキの有無を考慮します。

収納位置と容器情報の管理

各ラック位置に何が収納されているかをPLCや上位システムで管理します。容器番号、原料名、品種、ロット番号、使用可否などを位置番号とひも付けることで、誤った容器の呼出しを防ぎます。

容器を搬入・搬出した際は、収納情報を確実に更新する必要があります。センサによる在荷確認と管理データが一致しない場合は、警報を出して自動運転を停止する方法もあります。

搬入・搬出とのインターロック

ラックが回転中に容器を搬入・搬出すると、落下や設備の破損につながる可能性があります。所定位置への到着、停止、位置決め完了を確認してから、コンベアやストッパーを動作させます。

また、対象位置にすでに容器がある場合は新しい容器を搬入せず、搬出側に空きがない場合はラックから送り出さないよう制御します。

偏荷重と搬送物の保持

ラックの片側に重量物が集中すると、駆動トルクの増加や回転の不安定化につながります。収納物の最大重量だけでなく、偏った配置となる場合の荷重も考慮して機械とモーターを選定します。

回転中に容器やワークが動かないよう、ガイド、ストッパー、落下防止部材などで保持します。

原点復帰と位置ずれ対策

電源投入時や異常復旧後には、基準となる原点位置を検出し、PLCが管理する位置と実際のラック位置を一致させます。

センサの誤検出や機械的な滑りによって位置ずれが生じる可能性がある場合は、一定の動作回数ごとに原点を確認する方法もあります。

異常監視

運転指令後に一定時間以内で目的位置へ到達しない場合は、回転異常として検出します。モーターの過負荷、インバーター異常、センサ故障、搬送物の引っ掛かり、機械部の固着などが原因として考えられます。

タッチパネルには、現在位置、目的位置、収納状態、異常内容などを表示し、復旧時に状態を確認できるようにします。

安全対策

回転ラックの周囲には、作業者の挟まれや巻き込まれを防ぐため、安全柵、扉スイッチ、非常停止などを設けます。扉が開いている場合は自動運転を禁止し、保守作業時には不用意に回転しない構成とします。

手動運転を設ける場合も、安全条件を無効にするのではなく、低速動作、押している間だけ動作する操作、作業者から見える位置での操作などを検討します。

計量・搬送設備との連携

回転ラックは、計量機や搬送装置と組み合わせることで、容器の呼出し、計量位置への搬送、原料投入、保管位置への復帰までを自動化できます。

容器番号や製造指示に応じて目的位置を選択し、計量結果、投入した原料、処理時刻などを収納位置とひも付けて保存すれば、製造実績やトレーサビリティにも活用できます。

ハカルプラスの対応

ハカルプラスでは、搬送物の重量、寸法、収納数、回転径、必要な停止位置、設備能力、設置スペースなどを確認し、回転ラックを含む搬送設備の構成を検討します。

ラック本体、駆動機構、ストッパー、コンベア、位置決め機構などの機械設計に加え、制御盤、PLC、インバーター、位置センサを組み合わせた回転・位置決め制御を設計します。

また、現在位置と収納情報の管理、最短方向への回転、搬入・搬出とのインターロック、異常監視、タッチパネルへの状態表示などを、設備の運用に合わせて構成します。計量機、生産管理システム、自動倉庫などとの連携についても検討できます。

よくある質問

Q. 複数の停止位置を設定できますか？

A. 各位置にセンサを設置する方法や、エンコーダで回転角度を管理する方法により、複数位置への停止が可能です。

Q. 目的位置まで短い方向へ自動で回転できますか？

A. 正転・逆転が可能な構造であれば、現在位置と目的位置から移動距離を比較し、短い方向を選択できます。

Q. 各ラック位置に収納されている容器を管理できますか？

A. 位置番号と容器番号、品種、原料名などをひも付けて管理できます。在荷センサと組み合わせて、実際の収納状態との一致も確認できます。

Q. 回転ラックからコンベアへ自動で搬出できますか？

A. ラックが所定位置で停止したことと、搬出先が受入可能であることを確認し、ローラーコンベアやチェーンコンベアを連動させることで自動搬出できます。

Q. 回転ラックと計量設備を連携できますか？

A. 容器を計量位置へ呼び出し、計量や原料投入の完了後に保管位置または次工程へ移動させる制御を構成できます。