モーションが主流である産業オートメーションのためのソリューション

組立、半導体製造、メカニカルエンジニアリング、レーザー加工、検査システムなどの産業オートメーション、または積層造形における位置調整とモーションのタスクには、ロバスト性と信頼性の高いソリューションが求められます。サブマイクロメータの精度、正確な位置の再現性、高いダイナミクス、スループットは不可欠な要素です。このことは特に、安全性とシンプルなネットワークオプションが重要な役割を果たすインダストリー4.0が当てはまります。

ハイスループットと高精度多軸アプリケーション向けの完全なソリューション

ポジショナーとモーションソリューションを高性能にするものは何でしょうか。高性能のモーションと配置を可能にするために高性能コントロールソリューションが備えていなければならない機能と特徴は何でしょうか。PI社では、モーション軸数に関係なく、精度とダイナミクスに対する高い要求を満たす産業向けのソリューションの提供を可能にする、基本的要件のリストを作成しました。

 

単一ソースのサプライヤからのソリューションを使用すると、高機能の配置テクノロジーと高性能の制御ソリューションがもたらされるだけでなく、新しい要件の導入時に始動が速くなり、柔軟性も高くなります。


ポジショナーとモーションソリューションを高性能にするものは何でしょうか。高性能のモーションと配置を可能にするために高性能コントロールソリューションが備えていなければならない機能と特徴は何でしょうか。PI社では、モーション軸数に関係なく、精度とダイナミクスに対する高い要求を満たす産業向けのソリューションの提供を可能にする、基本的要件のリストを作成しました。

機能的安全性
フィールドバスインターフェースによる通信
自動チューニング
システム内での各軸の同期
多次元モーションプロファイル
位置エラーの3-DOF補正
ガントリーソリューションのヨーイング補正
システム振動の抑制
ロボストなコントロール動作
上位レベルのオートメーション環境への容易な統合

ACS社は、多軸駆動システム用のモジュール式モーションコントローラの開発と製造を行う世界トップのメーカーです。ACSとの提携により、PI社は、精度とダイナミクスが強く求められる産業向けにカスタマイズされたシステムを提供致します。ACS社の幅広い経験を、世界中で精度、生産性、信頼性を結びつけることを目的とした産業向けのハイエンドプロジェクトに活用できるようになります。

ACSに社の詳細は、こちらをクリックしてください。

高性能のモーションコントロールシステム

ACSモーションコントロールは、完全なモジュール式で、3つのレベルで組織化されたコンポーネントを持つ、専用アーキテクチャのモーションコントロールシステムを備えています

  • 第1のレベルはユーザーインターフェースです。これは基本的にホストソフトウェアで、モーションシステムとの通信を可能にします。

  • 第2のレベルのデバイスはモーションコントローラと呼ばれます。モーションコントローラはホストソフトウェアとの通信を行い、プロファイル生成、軌道、マクロ、診断などに関するあらゆる処理対応します。EtherCATリアルタイムネットワークを通して、第3のレベルのユニバーサル駆動モジュールにポジションコマンドが送信されます。一部の製品では、モーションコントローラ、駆動、電源装置が1つのハウジングに統合されています。このような製品はコントロールモジュールと呼ばれます。

  • 第3のレベルのユニバーサル駆動モジュールには、デジタルサーボプロセッサ(DSP)が含まれます。このプロセッサは軸のサーボ位置調整を行います。ドライブモジュールはモーターへの電力供給と作動を行い、フィードバックデバイスを処理し、I/Oを管理し、クローズドループ位置制御のためのセンサー信号を解析します。

ACSモーションコントローラはEtherCATマスターでもあり、EtherCATネットワークのすべてのネットワークノード(ドライブ、I/O、センサー)の管理を行います。コントローラはモジュール式の設計となっており、交換と拡張が可能で、各種イーサネットプロトコルを通してマシンのホストPCと通信します。ユニバーサルコントロールモジュール(UCM)ドライブはサーボコントロールを行います。すべての電流、速度、位置ループは軸の数に関係なく20kHzの周波数で処理され、これは最小の誤差で高い同期およびダイナミクスを達成するための前提となります。モーションコントローラシステムはServoBoost™などの独自のコントロールアルゴリズムを利用し、たとえば振動を防止するためのプロファイルシェーピングを行うことにより、静止ジッターと整定時間を最適化します。NanoPWM™やDRBoost™などの特許取得済みの独自のテクノロジーにより100,000:1を超えるダイナミックレンジが達成でき、結果的に計測用にサブナノメートルレベルでウエハと静止ジッターをスキャンしながら、ナノメートルレベルのトラッキング誤差が達成されます。

また、たとえばレーザーアプリケーションや検査機能向けの幅広いトリガー機能も備えています。位置誤差の統合3-DOF補正やガントリーソリューション向けのヨーイング補正を使用すると、精度に対する要求の高いアプリケーションを実現することができます。独自のServoBoost™アルゴリズムを使用すると、リアルタイムで問題を確認し、根本原因を特定し、その影響を最小限に抑えることができます。これにより、荷重が変化した場合のパフォーマンス最適化のチューニングの達成、同じフレームに設置された複数の軸間の相互作用、さまざまなタイプの現実の問題に対応するロボスト性が簡素化されます。

その結果、高い位置調整精度と短い設置時間を実現しながら、安定性と頑健性の高いコントロールを行うことが可能になります。


磁気ダイレクト駆動を備えたPI社のV-551は、私たちがこれまでにテストした中で最良のポジショニングステージの1つです。

Ze´ev Kirshenboim, ACS Motion Control代表


応用事例

レーザー加工

モーションとレーザー照射を同期させることにより、精密リニアステージとACSモーションコントローラソリューションは均一で正確な切断が可能で、同時にワークピースのサイズや、切断パターンの輪郭と形状に関係なく高いスループットが得られます。

 

 

ウエハ検査

エアベアリングステージは、ローラーベアリングでは得られない真直度/平坦度が得られます。ACSモーションコントローラはX軸を通して軸のヨーイングを制御し、高精度な直進運動をすることができます。ダイナミックリニアモーターの加速および減速中に発生する振動は、コントローラからのプロファイルシェーピングアルゴリズムによって軽減されます。

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