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あリニアモジュールストローク計算は、ワークピースの動き、ツーリングの形状、エンドクリアランス、停止動作、および機械のエンベロープを 1 つの必要な移動長に変換します。この数値は、単に 2 つのプロセス ポイント間の距離ではありません。モジュール キャリッジは、ピックアップ アプローチ、ツール クリアランス、ホーミング、制御された停止、校正、および将来の調整のために追加の移動が必要になる場合があります。
選択するストロークが小さすぎると、ツールが限界またはバッファゾーンに入らずにすべての位置に到達できないため、適切なモジュールを試運転できなくなる可能性があります。過剰なストロークを選択すると、モジュールの長さ、移動質量、ネジまたはベルトのスパン、設置スペース、ケーブルキャリアの移動量が増加し、多くの場合コストが増加します。長いボールねじ軸では、臨界速度と座屈チェックがより厳しくなる可能性もあります。
このガイドでは、共通の座標系から必要なストロークを構築し、両端にマージンを割り当てる方法を示し、速度に依存する停止許容値を計算し、実際のティーチング例を完成させます。例内のすべての数値データは仮説であり、方法を示すだけです。これらは、QRXQ 製品の仕様、テスト結果、または顧客プロジェクトのデータではありません。
リニアモジュールにおけるストロークとは何を意味しますか?
公称ストロークモジュール構成に対して指定された移動距離です。効率的な移動限界位置、バッファ、ハードストップ、ホーミング戦略、工具のクリアランス、および制限されたエンドゾーンを考慮した後で機械が実際に使用できる部分です。プロセストラベルタスク自体を完了するために必要なキャリッジの動きです。
これらの用語を互換性のあるものとして扱ってはなりません。公称ストローク 900 mm のモジュールは、自動的に安全な 900 mm のプロセス移動を提供しません。使用可能な間隔は、正確な製品図面、スイッチ配置、停止形状、制御設定、設置、およびツーリングの範囲によって異なります。
| 学期 | 工学的な意味 | 代表的なソース |
|---|---|---|
| プロセス位置 | すべての操作レシピに必要なすべてのツール中心またはワークピースの座標 | 機械のレイアウトと工程計画 |
| キャリッジの位置 | モジュールキャリッジデータムに変換されたプロセス位置 | ツーリングの形状と座標モデル |
| プロセストラベル | 必要なキャリッジ位置の最大と最小の差 | ポジションリストから算出 |
| 期末手当 | 両端のプロセス範囲を超える予約済み移動量 | プロセス、制御、停止、およびサービスの要件 |
| 必要ストローク | プロセス移動と両端で個別に正当化された許容量を加算 | 工学計算 |
| 公称ストローク | 選択可能なモジュール構成のカタログまたは図面の値 | 確認されたメーカーのドキュメント |
| 設置用封筒 | 完全なモジュール、モーター、ケーブル、コネクタ、およびサービスアクセスが占めるスペース | 製品図と機械レイアウト |
1 つの座標系と実際のツールポイントから開始します
マージンを追加する前に、機械座標軸を定義します。通常の自動動作の一部である場合、ロード、アンロード、検査、不合格、洗浄、メンテナンスの位置を含む、必要なすべてのプロセス位置を同じ座標系で記録します。 2 つのステーション間の公称距離のみを使用すると、それより遠くの工具クリアランスまたはサービス位置を逃す可能性があります。
プロセス仕様には通常、モジュール キャリッジ データムではなく、ツール中心点、グリッパ フィンガ、ノズル、カメラ フィールド中心、またはワークピース データムが記述されます。必要な各ツール位置をキャリッジ位置に変換します。
キャリッジ座標:x_c,i = x_tool,i - o_i
ここで、x_c,i は状態 i のキャリッジ データム座標、x_tool,i は必要なツール ポイント座標、o_i はキャリッジ データムからツール ポイントまでの符号付きオフセットです。標識は選択した座標方向に従う必要があります。
ツール オフセットが一定の場合、モジュールの絶対配置は変更されますが、基本的なポイントツーポイント スパンはキャンセルされます。ツールが回転したり、グリッパーを変更したり、スライドを延長したり、異なる長さの製品を搬送したりすると、o_i が変化する可能性があります。その後、範囲を計算する前に、関連するすべての状態を個別に変換する必要があります。
最小タスク移動量は、必要なすべてのキャリッジ座標の範囲です。
タスクの移動:S_task = max(x_c,i) - min(x_c,i)
この範囲方法は、ストロークがサイクル中の移動距離の合計ではなく、キャリッジの 2 つの極端な位置によって制御されるため、個別の移動を追加するより安全です。
物理的要件から両端の許容値を構築する
マイナス側の許容値 C_- とプラス側の許容値 C_+ は別々に確保してください。それらは等しい必要はありません。積載側ではグリッパーのバックオフ距離が必要な場合がありますが、反対側ではより大きな停止距離、コネクタのクリアランス、または検査のオーバートラベルが必要な場合があります。
| 手当コンポーネント | なぜ旅行が消費されるのか | それを判断する方法 |
|---|---|---|
| プロセスのアプローチまたはバックオフ | ツールは、検出点に近づくか、後退するか、治具を通過するか、または検出点を越えて移動する必要があります。 | プロセスシーケンス、ツーリングモデル、衝突解析 |
| 部品と治具の公差 | 製品サイズやネスト調整、段取りのばらつきにより必要なポイントが変動する場合があります | 許容スタックとレシピ範囲 |
| ホーミングおよびリミットスイッチゾーン | キャリッジには、禁止領域に入らずに繰り返し可能なホーム シーケンスが必要です | センサー配置、制御ロジック、製品図面 |
| 制御された停止許容値 | 指令反力時と減速時に移動軸が移動します | 検証された速度、反応時間、減速度、負荷条件 |
| バッファまたはハードストップのクリアランス | 通常の動作は、機械的なエンドストップ係合の範囲外に留める必要があります | メーカー図面と安全コンセプト |
| 熱または校正リザーブ | 座標補正または熱膨張により、必要なキャリッジ位置が移動する可能性があります | エラーバジェットと環境分析 |
| 今後の工程調整 | 既知の製品ファミリーの範囲では、より広い動作間隔が必要になる場合があります | 任意の割合ではなく、承認されたマシンの仕様 |
同じ不確実性を複数回追加しないでください。たとえば、プロセス座標範囲にすでにすべての製品サイズが含まれている場合、2 番目の完全な製品サイズの許容値を追加すると、その範囲が 2 倍にカウントされます。各マージンには、所有者、物理的な理由、および文書化された値が必要です。
速度が必要なエンドマージンに影響を及ぼす場合
ストロークは幾何学的要件ですが、通常の終了位置と制限された終了ゾーンの間の安全な距離は速度によって異なります。一定減速度の予備チェックでは、制御された停止距離は次のように推定できます。
制御された停止距離:d_stop = v × t_r + v² ÷ (2 × a_d)
| シンボル | 意味 | ユニット |
|---|---|---|
| d_stop | 反応時の移動距離と制御された減速 | メートルまたはミリメートル |
| v | 停止指令開始時の軸速度 | m/s または mm/s |
| t_r | 想定される減速度が確立されるまでの検証済みの合計反応時間 | s |
| 広告 | 評価した負荷と駆動条件で利用可能な減速度の大きさ | m/s² または mm/s² |
この式は、反応間隔中の速度が一定であり、その後の減速度も一定であると仮定しています。これは、機械の安全性評価、サーボドライブの検証された停止性能、またはメーカーのエンドストップ制限に代わるものではありません。電力損失、ドライブの障害、垂直負荷、ブレーキのタイミング、回生制限、ジャーク制限プロファイル、コントローラーのスキャン時間、通信遅延により、別のモデルとより長い検証距離が必要になる場合があります。
通常のプロセス動作は、ソフトウェア制限の前に停止するように計画する必要があります。通常、ソフトウェア リミットはハードウェア リミット スイッチの位置の内側にある必要があり、機械的バッファまたはハード ストップは通常の制御ゾーンの外側にある必要があります。正確な順序と距離は、選択したモジュール、制御、およびリスク評価に従う必要があります。
必要なストロークを計算する
極端なキャリッジ位置と正当な端部許容値がわかったら、次のように計算します。
必要ストローク：S_req = S_タスク + C_- + C_+
| シンボル | 意味 | ユニット | 計算ルール |
|---|---|---|---|
| x_tool,i | 状態 i に必要なツールポイント座標 | mm | プロセスレイアウトからの入力 |
| o_i | 状態 i のキャリッジ データムからの符号付きツール オフセット | mm | ツーリングモデルからの入力 |
| x_c,i | 状態 i に必要なキャリッジ座標 | mm | x_tool,i - o_i |
| S_タスク | 最も必要なキャリッジ位置間の移動 | mm | 最大(x_c,i) - 最小(x_c,i) |
| C_- | 負の端での正当な許容値の合計 | mm | 重複しない負端要件の合計 |
| C_+ | 正端での正当な許容値の合計 | mm | 重複しないプラスエンド要件の合計 |
| S_req | 必要最小限の有効ストローク | mm | S_タスク + C_- + C_+ |
| S_name | 選択された公称カタログストローク | mm | S_req以上の利用可能な値を確認しました |
実際の製品ファミリーで利用可能な、S_req 以上の公称ストロークを選択します。あらゆる任意の長さが製造可能であると想定しないでください。選定後、意図的に両端間に余剰ストロークを確保し、モジュール取付座標を更新してください。
複数のマシン レシピの場合、レシピごとに x_c,i を計算し、グローバルな最小値と最大値を使用します。ツールを手動で変更する場合は、承認された最悪の構成を含めるか、選択した軸で互換性のないツールが使用されないように制御されたセットアップを定義します。
実践例: 端マージンが等しくないピックアンドプレイス軸
ティーチングデータステートメント:次の値は仮説であり、線形モジュール ストローク サイズを示すためにのみ使用されます。これらは、QRXQ モデル、カタログ寸法、検証済みの停止距離、または顧客のマシンを表すものではありません。
位置とツールの状態を入力します
水平ピックアンドプレース軸は、グリッパーを複数の機械座標間で移動させます。正の移動は右側です。リストされているすべての状態で、グリッパーの中心はキャリッジ基準の右に 40 mm です。
| 州 | ツールポイント座標 x_tool,i | 工具オフセット o_i | キャリッジ座標 x_c,i |
|---|---|---|---|
| アプローチを選択する | 120mm | 40mm | 80mm |
| ピックリトラクト | 165mm | 40mm | 125mm |
| 目視検査 | 510mm | 40mm | 470mm |
| 配置位置 | 870mm | 40mm | 830mm |
ステップ 1: タスクの移動量を計算する
キャリッジの極端な位置は 80 mm と 830 mm です。
S_タスク = 830 - 80 =750mm
中間位置は動作プロファイルとサイクル タイムに影響しますが、2 つの極端な位置の内側にあるため、ストロークは増加しません。
ステップ 2: 事前に制御された停止距離を計算する
ポジティブエンドアプローチが 0.30 m/s で発生する可能性があり、検証された制御反応時間は 0.020 秒、評価された荷重の下で利用可能な制御減速度の大きさは 2.5 m/s² であると仮定します。
反応距離 = 0.30 × 0.020 = 0.006 m =6mm
減速距離 = 0.30² ÷ (2 × 2.5) = 0.018 m =18mm
d_stop = 6 + 18 =24mm
この教育例では、エンジニアリング チームは、正端制御の停止コンポーネント用に 30 mm を予約しています。追加の 6 mm は、モデルと設定のバリエーションに対する明示的なプロジェクト許容値です。それは普遍的な安全係数ではありません。
ステップ 3: マイナスおよびプラスの端部許容値を構築する
| 終わり | 手当コンポーネント | 価値 |
|---|---|---|
| ネガティブ | ピック側のアプローチとフィクスチャのクリアランス | 20mm |
| ネガティブ | ホームとハードウェア制限の分離 | 25mm |
| ネガティブ | 校正リザーブ | 5mm |
| ポジティブ | 現場でのリトラクトと製品ファミリーの調整 | 35mm |
| ポジティブ | 制御された停止コンポーネント | 30mm |
| ポジティブ | 校正リザーブ | 5mm |
C_- = 20 + 25 + 5 =50mm
C_+ = 35 + 30 + 5 =70mm
ステップ 4: ストロークを計算して選択する
S_req = 750 + 50 + 70 =870mm
候補製品ファミリーが確認済みの公称ストローク 900 mm を提供すると仮定します。したがって、予備的な選択は次のようになります。
S_name =900mm、900 - 870 = になります。30mm追加の旅行の。
タスク間隔をモジュール座標 50mm から 800mm に配置した場合、マイナス側は 50mm、プラス側は 100mm のままとなります。これにより、計画された 50 mm と 70 mm の許容値が満たされ、追加の 30 mm が、停止や将来の製品調整がより要求されるプラス側に割り当てられます。
ステップ 5: 機械の設置封筒を確認する
ストロークだけではモジュールが適合していることを証明することはできません。候補構成の仮想図面が、選択されたモーター配置を含む 1,180 mm の完全なモジュールエンベロープを示していると仮定します。機械のレイアウトには、ドライブ側のアセンブリ アクセスに 120 mm、反対側のサービス アクセスに 60 mm も必要です。
必要なベイの長さ = 1,180 + 120 + 60 =1,360mm
利用可能なベイが 1,420 mm の場合、静的長さのチェックはそのままになります60mm。ケーブルの曲げ半径、コネクタの取り外し経路、可動ケーブル ループ、グリッパー スイープ、ガード、ファスナー、および隣接する機器もフル モーション モデルでチェックされるまで、設計はリリースされません。
有効な移動は制限されたエンドゾーンの外側に留まらなければなりません
S_nom を選択した後、メーカーの寸法図を入手し、公称ストロークの基準点を特定します。指定された終点がキャリッジの中心位置、機械的接触位置、スイッチ位置、または別のデータを参照しているかどうかを確認します。押出長さまたはモジュール全長から使用可能な範囲を推測しないでください。
少なくとも次の座標を使用して位置スケジュールを作成します。
- 機械的な負の限界またはバッファー接触位置。
- ハードウェア リミット スイッチの負の位置。
- マイナスのソフトウェア制限。
- 通常の最小プロセス位置。
- 通常のプロセスの最大位置。
- 正のソフトウェア制限。
- ハードウェア リミット スイッチの位置が正です。
- 機械的な正のリミットまたはバッファー接触位置。
順序は、選択した座標方向で物理的および論理的に一貫している必要があります。これらの位置間の正確な分離は、製品およびコントロールによって異なります。スイッチの再現性、アクチュエータの幅、検出フラグの形状、ブレーキ動作、および新たな衝突を発生させることなくオーバートラベルから回復する能力を検証します。
ドライブの種類によってストローク選択チェックがどのように変化するか
幾何学的計算はボールねじ軸、ベルト駆動軸、ラックアンドピニオン軸、およびリニアモーター軸に共通ですが、選択したストロークが長くなると、異なる機械的制限が変化します。
| ドライブの種類 | ジオメトリ完了後のストローク関連のチェック | 一般的な設計上の懸念事項 |
|---|---|---|
| ボールねじ | 使用可能なネジ長さ、サポート配置、臨界速度、圧縮座屈、リード精度、潤滑、寿命 | ネジが長くなると、許容回転速度や剛性が低下する可能性があります |
| タイミングベルト | ベルトの長さ、張力、歯のかみ合い、プーリの荷重、弾性伸び、固有振動数、スパンにわたる再現性 | 移動距離が長いと、コンプライアンスと整定時間が長くなる可能性があります |
| ラックアンドピニオン | ラックセクションの接合部、潤滑、歯の定格、ギアボックスの荷重、バックラッシュ、および構造のアライメント | 長い軸には慎重なラックの位置合わせとジョイントの管理が必要です |
| リニアモーター | マグネットトラックのセグメンテーション、ケーブルトラベル、エンコーダスケール、熱挙動、連続力、エンドストップエネルギー | ロータリートランスミッションはありませんが、ダイレクトドライブによる長距離移動には正確なガイドとケーブル管理が必要です。 |
垂直または傾斜した設置は、通常、幾何学的プロセス スパンを変更しませんが、停止距離、ブレーキ動作、フォールト トラベル、および安全なエンド ゾーンの設計を変更する可能性があります。重力による下向きの動きと電力損失の状態には、特別な分析が必要です。カウンターバランスは、独自の移動および衝突エンベロープを作成することもあります。
移動長とは別に設置スペースをご確認ください
選択したモジュールの全長には、エンドサポート、モーターマウント、ベアリングハウジング、カバー、その他の構造が含まれるため、通常はストロークよりも長くなります。モーターの向きによって、必要なドライブエンドのスペースが変わる可能性があります。公称ストロークが同じであっても、インライン、折り曲げベルト、サイドマウント、またはギアボックスの配置では、エンベロープが異なる場合があります。
完全な移動エンベロープには、ワークピース、グリッパー フィンガ、ホース、電気コネクタ、ケーブル キャリア、センサー ターゲット、および垂直または水平に延びるツールが含まれている必要があります。エンベロープの両端だけでなく中間の位置も確認してください。工具が端点で機械を通過しても、端点間の回転または斜め運動中に衝突する可能性があります。
カップリングの取り付け、潤滑、ベルトの張り、スイッチの調整、カバーの取り外し、ファスナーツール、モーターの交換のためのサービスアクセスを提供します。整備のために軸全体を取り外す必要がある場合は、組み立て後に発見するのではなく、意図的なメンテナンス戦略として記録してください。
デザインをリリースする前に、選択したストロークを確認してください
- すべての動作レシピを監査します。グローバル最小および最大キャリッジ座標に、承認されたすべての製品、ツール、不合格品、洗浄位置、および回収移動が含まれていることを確認します。
- 3D 衝突チェックを実行します。ケーブルとホースのエンベロープを含め、計算された間隔で可動アセンブリ全体をスイープします。
- エンドゾーンのジオメトリを確認します。想定されたオフセットではなく、実際の図面からソフトウェア制限、ハードウェア スイッチ、バッファ、およびハード ストップを特定します。
- 停止動作を検証します。制御された試運転条件下で、意図した速度、負荷、反応時間、減速度、ブレーキ動作、回生限界をテストします。
- 送信を確認します。選択したストロークと速度がネジ、ベルト、ラック、リニアモーター、ガイド、ベアリング、および構造の制限に準拠していることを確認します。
- 全範囲にわたる精度を確認します。実際の作業位置での位置決め精度、再現性、真直度、剛性、熱影響を確認します。
- 試運転中に有効移動量を測定します。最終的な使用可能なプロセス間隔を記録し、ソフトウェア リミットおよびホーム オフセット設定とともに保持します。
リニアモジュールのストローク計算におけるよくある間違い
- 実際のツール ポイントをキャリッジ データムに変換せずに、ステーションの中心線間の距離を使用します。
- 極端に必要なキャリッジ座標の差を使用するのではなく、サイクル内のすべての動きを追加します。
- 公称ストローク、有効移動量、プロセス移動量、押出長さ、およびモジュール全長を同じ寸法として扱います。
- カバーする物理要件を特定せずに、任意の 1 つのパーセンテージ マージンを適用する。
- プロセス、原点復帰、停止、またはサービス条件が非対称の場合、両端で等しいマージンを使用します。
- グリッパーの回転、延長、工具の交換、または製品サイズの変動によって生じる工具オフセットの変化は無視されます。
- 反応時間、負荷依存の減速度、垂直軸の動作、または故障状態を検証せずに停止距離の計算式を使用する。
- 通常のプロセス位置がソフトウェア制限、ハードウェアスイッチ、バッファ、または機械的停止と重なることを許可します。
- 完全なモジュールとモーターがマシンベイに適合するかどうかを確認せずに、次の公称ストロークを選択する。
- エンドポイントの衝突のみをチェックし、ツーリング、ケーブル、ホース、または回転するワークピースの中間スイープを見逃します。
- 危険速度、座屈、サポート配置、寿命をチェックせずにボールねじのストロークを増加させます。
- 予備ストロークが確保されていないため、モジュールの取り付け座標やエンドクリアランスがあいまいになります。
最終的なストロークのサイジングを準備するためのデータ
- 機械の座標規則と選択したキャリッジ基準データ。
- ツールセンター、ワークピース、検査、不合格、洗浄、ホーミング、回収のすべての必要な位置。
- すべてのグリッパー、製品、ツールの向き、および拡張状態のツール オフセット。
- 必要な座標を移動できる治具および製品の許容範囲。
- 両端の最大速度、動作プロファイル、検証された反応時間、利用可能な減速度、および負荷範囲。
- 確認された図面と制御要件からのソフトウェア制限、ハードウェアスイッチ、バッファ、およびハードストップの位置。
- 選択したドライブ タイプ、公称ストローク オプション、モジュール全体の寸法、モーターの方向、サポートの配置。
- ケーブル キャリアの曲げ半径、ホースとコネクタのエンベロープ、および必要なサービス アクセス。
- 利用可能なマシン ベイの寸法と完全な 3D 衝突モデル。
- 全移動量にわたる精度、再現性、剛性、熱、環境、寿命、安全性の要件。
選択の結論
防御可能なリニア モジュール ストロークの計算は、必要なすべてのツール位置から開始され、それらの位置をキャリッジ データムに変換し、極端なキャリッジ座標を見つけて、負の端と正の端に個別に位置調整された許容値を追加します。次に、結果は確認された利用可能な公称ストロークにのみ切り上げられ、超過トラベルは意図的に割り当てられます。
仮定の例では、タスクの移動量は 750 mm、2 つの端の許容値は 50 mm と 70 mm、必要なストロークは 870 mm です。確認された公称 900 mm のオプションは、予備的な幾何学的要件を満たし、追加の移動量が 30 mm 残ることになります。実際のモジュールの図面、制限されたエンドゾーン、制御された停止動作、伝送制限、完全な設置エンベロープ、ケーブルスイープ、精度、および安全機能がすべて検証されるまで、選択は完了しません。
