株式会社 新興技術研究所 取締役会長

熊谷 卓

1955年03月 東京大学工学部精密工学科卒業
...もっと見る
1955年03月 東京大学工学部精密工学科卒業
1955年04月 マミヤ光機株式会社入社
1962年11月 技術士国家試験合格・機械部門技術士登録
1963年03月 株式会社 新興技術研究所設立 代表取締役就任、現在 同社取締役会長(業務内容:自動組立機をはじめ各種自動化設備機器等の開発・製作・技術指導)

【歴任】
米国・欧州自動化技術視察団コーディネータ 8 回
自動化推進協会 理事・副会長
精密工学会 自動組立専門委員会 常任幹事
日本技術士会 理事・機械部会長
中小企業大学校講師
日本産業用ロボット工業会 各種委員
神奈川大学講師
自動化推進協会理事
高度職業能力開発促進センター講師
等を歴任

【業績】
著書
自動化機構300選(日刊工業新聞社)、メカトロニクス技術認定試験教本(工業調査会)ほか多数
講演
アジア生産性機構講演で自動化システムを W・T・MACS で表示・解析を提示(世界初)ほか多数
論文
自動化システムのデバッギング理論「チェック機構と最適稼働率」が欧州年間論文大賞にノミネイトほか多数
発明
メカトロニクス技術実習モジュールの発明、地震予知システム「逆ラジオ」の発明ほか多数

株式会社新興技術研究所 熊谷会長様のご好意による「生産性向上とメカトロニクス技術講座」の 35 回目、第 4 章「フレキシビリティが面白いインフォメーションカム」の 6 回目です。

当月は「ピクチャーカム・ソフトウエアカム・コンバータ」について紹介します。

ピクチャーカム・ソフトウエアカム・コンバータ

前回述べた通り、巧妙性動作を模倣するのに最も便利なピクチャーカムを、数式表現しないままで、うまくソフトウエアカムに作り込めれば、本当の巧妙性を持たせたソフトウエアカムになる可能性があります。

例えば高精度の画像センサなどを用いて図 4-14 のピクチャーカムの曲線を撮影し、数式とは無関係に「絵として」\(\Delta T_1\)、\(\Delta T_2\)、\(\Delta T_3\) ・・・の幅を寸法測定すればその一覧表がソフトウエアカムのデータになると考えてもいいわけですが、現実には高精度光学系の設定やピクセル数から実駆動パルス数への変換などかなり面倒です。

そこで、自動的に精度よくピクチャーカムを読み込み、これをソフトウエアカムに変換する手法として実駆動系を活用したピクチャーカム・ソフトウエアカム・コンバータが有効なのです。

図 4-14 ピクチャーカム読み込み動作

ピクチャーカム・ソフトウエアカム・コンバータの動作

ピクチャーカムからソフトウエアカムを作成するということは、図 4-14 で考えると出力軸(S 軸)において、現在位置から次の 1 ステップ前進出力(または後退出力)を与えるまでの時間間隔、例えば\(\Delta T_3\)、をピクチャーカム上で算定することです。そのためには図で T 軸方向にピクチャーカムを駆動する機構と、カムのヘリを検出するための光電センサを載せた S 軸方向の駆動機構とが必要で、両方の駆動軸は直交していなければばりません。

(参照:特許第 2603167 号ピクチャーカム変換装置)

 

それには、図 4-15 のように駆動の分解能と最大ストロークの自由度を考えて S 軸を送りねじで駆動し、T 軸をステッピングモータ駆動のベルトにしてこれにピクチャーカムを乗せるのが、往年、高度職業能力開発促進センターで行われていた研修での実習システム構成の一例ですが、ここでは特許内容にある「直交するように配置された 2 軸」を最も簡便に構成できる XY テーブル(図 4-16)を用いることにします。

図 4-15 ピクチャーカムの読み込みシステムの一例

2   ベルトコンベア

3   サーボモータ

6   インターフェイス盤

7   光電センサ

8   直進テーブル

9   送りねじ

10 ステッピングモータ

12 パーソナルコンピュータ

P   ピクチャーカム

CL カム曲線

図 4-16 ピクチャーカムの読み込み用 XY テーブルの一例

ただしピクチャーカムの最大傾斜角が強い場合を考慮して T 軸の分解能を稼ぐために T 軸を 1/3 に減速してあります(一般に最大傾斜角が 45 度を超えると光電センサの感度領域の関係から精度が保ちにくくなります)。

しかし、図 4-17(B)のようにピクチャーカムの曲線の T 軸側を伸長したものにして最大傾斜角\(\theta_{MAX}\)を小さくすればこの減速機構は無くても済みます。

図 4-17 ピクチャーカムの T 軸を延長して最大傾斜角 θMAX を小さくした例

図(A)と図(B)とは全く同じ駆動特性のピクチャーカムですが、図(B)の方は T 軸を伸ばしてあるので最大傾斜角\(\theta_{MAX}\)が小さくなっているのが分かります。

通常の XY テーブルで読み込むには図(B)の方が高精度に読み込めるので有効です。

 

さてここで述べるピクチャーカムの読み込みシステムは「ピクチャーカム・ソフトウエアカム・コンバータ」と名付けられています。

そのピクチャーカムの読み込み動作は、感覚的には図 4-14 の中で\(\Delta Ti\)の幅の中に何本の縦線が引けるか、を調べるのと同じですが実務的にはいささか工夫が必要なのです。

 

単純に考えれば、S 軸を 1 ステップ進めて S 軸の光電センサが OFF になってから、T 軸をわずかずつステップ駆動し、光電センサが再び ON するまでの時間(T 軸ステップ数)を数えればいいはずですが、ピクチャーカムが上り坂部分なのか下り坂部分なのかを自動判定しなければなりません。

もし下り坂部分であればいくら T 軸を進めても光電センサは ON にはなりません。その場合は逆に S 軸を 1 ステップ後退させて、光電センサは ON の状態のままで、T 軸を駆動していって光電センサが OFF になる直前を検出する必要があるのです。

当然このやり方ではメカニズムのバックラッシュや光電センサのヒステリシス(OFF → ON と ON → OFF との検出レベル差)があるので読取り誤差も大きくなり実用にはなりません。

そのため、操作は複雑になりますが実用上は次のようにします。

( 1 ) まず、S 軸を大きく(例えば 8ステップ)後退させ、光電センサを OFF させてから
( 2 ) T 軸を=1を記憶します
( 3 ) 再び S 軸を光電センサが ON するまで前進させて
( 4 ) 光電センサが再び ON するまでの駆動ステップ数を数えて
( 5 ) もし8ステップだったらもう一度( 1 )に戻って同じ動作を繰り返し、その都度 Tステップの記憶に1を加えます
( 6 ) もし7ステップ(または 9ステップ)だったら Tステップの記憶数を、例えば\(\Delta T_3=T\)ステップとして方向記録を「+1」(または「-1」)とします

つまり( 1 )の動作でメカニズムのバックラッシュの影響を避けられ、また( 5 )( 6 )の動作で光電センサのヒステリシスの影響を避けられるのです。

 

このように光電センサ後退 → ピクチャーカム T 軸前進 → 光電センサ前進、を繰り返し、仮に 5 回目の光電センサ前進動作で7ステップ目でセンサが ON した場合、S 軸が1ステップ進んだ位置に来たことを表すので、\(\Delta Ti=5\)として数値を記録し、「 i番目の駆動方向{+}」と記録します。

もし  9ステップ目でセンサが ON した場合はカムは「下り坂」曲線なので「 i番目の駆動方向{-}」の記録とします。

 

その次は改めてこの位置を起点として8ステップ後退から始めます。

こうして記録した「 T の値」と「駆動方向」との一覧表がソフトウエアカムとなるのです。

 

この読取り方法をフローチャートで表すと図 4-18 ようになります。

図 4-18 ピクチャーカムソフトウエアカムコンバータのフローチャートの一例

次回は巧妙性実現のためのインフォーメーションカムの活用と問題点を考えます。

Creative Commons License

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
表示 – 非営利 – 継承 2.1 ライセンスの下に提供されています。
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.1 Japan License