最新の産業オートメーションでは、多軸システムがロボット工学、CNC 機械、包装機器などのさまざまなアプリケーションで広く使用されています。 CANopen サーボ ドライブは、これらの多軸システムで重要な役割を果たし、各軸に正確なモーション制御を提供します。ただし、複数の軸を調整して効率的に動作させるには、同期方法が不可欠です。 CANopen サーボ ドライブのサプライヤーとして、このブログでは、多軸システムにおける CANopen サーボ ドライブの一般的な同期方法をいくつか紹介します。
1. 時間ベースの同期
時間ベースの同期は、CANopen サーボ ドライブ システムの複数の軸を調整する最も簡単な方法の 1 つです。この方法では、すべてのサーボ ドライブが共通の時間基準に同期されます。これは、タイムスタンプ付きメッセージを定期的に送信するマスター クロック ソースを使用することで実現できます。
システム内の各サーボ ドライブは、これらのタイムスタンプ付きメッセージを受信し、それを使用して内部クロックを調整します。共通のタイムベースを持つことにより、ドライブはモーション コマンドを正確に同時に実行できます。たとえば、多軸ロボット アームが協調動作を実行する必要がある場合、各軸のサーボ ドライブは同期時間に基づいて同じ瞬間に動作を開始できます。
時間ベースの同期の利点は、そのシンプルさと幅広い適用性です。ハードウェアを大幅に変更することなく、ほとんどの CANopen ベースのシステムに簡単に実装できます。ただし、いくつかの制限もあります。時刻同期の精度は、マスター クロック ソースの品質と CANopen ネットワークの通信遅延に依存します。ネットワーク内の遅延やジッターは、さまざまな軸間でモーション コマンドの実行時間にわずかな差異を引き起こす可能性があり、多軸システムの全体的なパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
2. 位置ベースの同期
位置ベースの同期は、すべての軸が同時に特定の位置に到達すること、または相互に固定された位置関係を維持することに重点を置いています。多軸システムでは、各サーボ ドライブが対応する軸の位置を継続的に監視します。同期イベントがトリガーされると、ドライブは動作プロファイルを調整して、軸が同時に希望の位置に到達するようにします。
たとえば、複数の軸を備えた CNC マシニング センターでは、加工操作を実行するために X、Y、Z 軸を特定の位置に移動する必要があります。これらの軸のサーボ ドライブは、CANopen ネットワークを通じて相互に通信し、速度と加速度を調整して位置を同期します。 1 つの軸が遅れている場合、そのサーボ ドライブはドライブの出力トルクを増加させて他の軸に追いつくことができます。
位置ベースの同期により、特に軸間の相対位置が重要なアプリケーションにおいて、軸間の高精度な調整が可能になります。ただし、より複雑な制御アルゴリズムとサーボドライブ間のリアルタイム通信が必要です。効果的な同期を確保するには、位置誤差の計算と動作プロファイルの調整を適時に実行する必要があります。
3. マスターとスレーブの同期
マスター - スレーブ同期方式では、1 つのサーボ ドライブがマスターとして指定され、他のドライブはスレーブとして機能します。マスター ドライブはシステム全体の動作を制御し、同期信号をスレーブ ドライブに送信します。次に、スレーブ ドライブはマスター ドライブのコマンドに従い、調整された動作を実現します。
マスタードライブは通常、事前定義された軌道またはユーザー入力コマンドに基づく基準動作プロファイルを生成します。スレーブ ドライブはこの基準プロファイルを受信し、それに一致するように自身の動作を調整します。たとえば、複数のサーボ駆動ローラーを備えたコンベア ベルト システムでは、1 つのローラーのサーボ ドライブをマスターとして設定し、他のドライブをスレーブとして設定できます。マスタードライブはコンベアベルトの速度を制御し、スレーブドライブはそれぞれのローラーの速度を調整してベルトのスムーズな動きを維持します。
マスターとスレーブの同期により、スレーブドライブはマスターのコマンドに従うだけでよいため、多軸システムの制御ロジックが簡素化されます。また、ほとんどの制御情報がマスターからスレーブに送信されるため、CANopen ネットワーク上の通信負荷も軽減されます。ただし、システム全体のパフォーマンスは、マスター ドライブの信頼性と精度に大きく依存します。マスタードライブが故障または誤動作すると、多軸システムの同期が影響を受けます。
4. 電子ギアリングとカム
電子ギアとカムは、軸間の複雑な動作関係が必要なアプリケーションで広く使用されている高度な同期方法です。
電子ギアリングにより、ある軸が別の軸の動きに一定の比率で追従することができます。たとえば、印刷機では、紙送り軸を印刷ドラム軸に電子的に連動させることができます。紙送り軸のサーボ ドライブは、印刷ドラム軸の動きに基づいてその動きを調整し、紙が印刷に適した速度と位置で確実に送り込まれるようにします。
一方、カム機能を使用すると、各軸が互いに対して事前に定義された動作プロファイルに従うことができます。カム プロファイルは、時間の経過に伴うさまざまな軸の位置間の関係を記述する数学関数です。軸のサーボ ドライブは、このカム プロファイルを使用して動作を調整します。包装機では、ピッキング、配置、シール操作など、カム プロファイルに従って一連の調整された動作を実行するように、さまざまな軸をプログラムできます。
これらの方法は、多軸同期において高い柔軟性と精度を提供します。他の同期方法では実現が難しい複雑な動作パターンを処理できます。ただし、より高度な制御ソフトウェアとアプリケーション要件の深い理解が必要です。
5. CANopen Network の同期への影響
CANopen ネットワークは、多軸サーボ ドライブ システムの同期において重要な役割を果たします。 CANopen ネットワークの通信速度、信頼性、遅延は、同期方法のパフォーマンスに直接影響します。
高速 CANopen ネットワークは、サーボ ドライブ間の通信遅延を削減できます。これは、時間ベースおよび位置ベースの同期にとって重要です。通信が高速化すると、ドライブは同期信号をより迅速に受信して処理できるようになり、軸間の調整の精度が向上します。
CANopen ネットワークの信頼性も重要です。通信エラーや中断が発生すると、同期プロセスが中断される可能性があります。信頼性を確保するには、冗長通信回線やエラー訂正機構の使用など、適切なネットワーク構成が必要です。
CANopen ネットワークの遅延により、同期信号の送信に遅延が生じる可能性があります。これにより、特に高速モーションのアプリケーションでは、軸間の位置ずれが発生する可能性があります。したがって、効果的な同期を実現するには、ネットワークの最適化と高性能 CANopen トランシーバーの使用によって遅延を最小限に抑えることが重要です。
結論
CANopen サーボ ドライブのサプライヤーとして、当社は多軸システムにおける同期の重要性を理解しています。さまざまな同期方法にはそれぞれ独自の利点と制限があり、どの方法を選択するかはアプリケーションの特定の要件によって異なります。時間ベースの同期はシンプルで広く適用可能ですが、位置ベースの同期は高精度の調整を提供します。マスターとスレーブの同期により制御ロジックが簡素化され、電子ギアとカムにより複雑な動作パターンに柔軟に対応できます。
多軸システムで同期を実装する場合、同期パフォーマンスに対する CANopen ネットワークの影響も考慮する必要があります。ネットワーク構成を最適化し、高品質のコンポーネントを使用することにより、同期システムの信頼性が高く効率的な動作を保証できます。
多軸システム用の高性能 CANopen サーボ ドライブをお探しの場合は、次のような幅広い製品を提供できます。自動化用サーボドライブ、デジタルサーボドライブ、 そして高トルクサーボドライブ。当社の技術チームは、特定のアプリケーションに最適な同期方法の選択を支援することもできます。詳細についてはお問い合わせください。産業オートメーションのニーズを満たす調達交渉を始めましょう。
参考文献
- 「CANopen アプリケーション ガイド」、CAN in Automation (CiA)
- 『モーションコントロールハンドブック』 執筆者多数
- 大手サーボドライブメーカーの技術文書