自動化コンベヤの位置決め精度の実現

Jul 03, 2023

製造の自動化が急速に進むにつれて、コンベアは搬送だけでなく、材料（または製品）の正確な配置にも使用されています。 多くの場合、製品を正確な場所に一貫して配送することが求められます。 コンベヤーで製品を輸送する場合、機器の選択は、本質的に固定 (インデックス) か動的かのいずれかで、ターゲット位置に確実に配送するシステムの能力に大きく影響します。 この記事では、いくつかの一般的なコンベヤのタイプを検討し、各タイプで予想される位置精度の範囲を比較します。

以下では、クラウン付きプーリーとローレット V ガイド付きコンベヤの性能を比較するために、2019 年に Dorner Manufacturing によって公開された結果と、さまざまなコンベヤ メーカーから公開されたデータを使用します。 複数の要因が最終製品の位置に影響を与える可能性があります。 ただし、この説明では、追加の固定具を使用せずに、材料が正確に配置され、ベルト表面上で滑らずに移動できることを前提としています。

歴史的に、コンベアは単に製品をある場所から別の場所に輸送する方法を提供してきました。 製造におけるコンベヤの使用は、容易に認識できる多くの利点をもたらすため、不可欠なものとして広く受け入れられています。 これらは重要であると理解されていますが、システム設計プロセスでは後回しになることがよくあります。

最も認識されている利点の 1 つは、製造プロセス間の製品の輸送にかかる労力の削減です。 もう 1 つの重要な利点は、仕掛品 (WIP) の削減です。これにより、材料輸送コストが削減され、場合によってはスクラップによる損失が発生する可能性があります (材料がコンテナに入れられたり、輸送中に扱われるときにスクラップが発生する可能性があります)。 あるいは、一部の用途では、プロセス間のバッファとしてコンベヤを使用して材料を意図的に増加させ、全体の設備効率 (OEE) を向上させることもできます。 安全性は、労働者が機械に直接接触することから解放され、反復運動による損傷を潜在的に排除できるため、コンベヤを使用する上で極めて重要な要素となります。

この記事では、いくつかの語彙を明確にすることが重要です。 ここで使用されるベルト トラッキングとは、ベルト付きコンベアの走行時に発生する左右 (X 軸) の動きを指します。 この動きは、ドライブおよびアイドラ スピンドルの中心線に対するベルト表面の位置に基づいています。 見た目は似ていますが、コンベア トラッキング (Y 軸) は、ロボットが動的な表面上で移動する物体をピックまたは配置できるように、移動するコンベアの速度が計算されるロボット アプリケーションで使用されます。 ドリフトという用語は、ドライブ スピンドルの円周が移動した回転距離とベルトが実際に移動した距離との間の差異を指します。 この変動は予期されており、実際の位置はドライブ スピンドル上のベルトの微小な滑りによって引き起こされます。

クラウン付きスピンドルコンベヤは、1892 年にトーマス ロビンスによって発明されて以来、石炭や鉱石の移動に使用されてきました。 1913 年、ヘンリー フォードはフォード モーター カンパニーの組み立てラインにコンベア ベルトを導入しました。 当時、コンベアは主にクラウン付きスピンドルの設計に依存していました。 クラウンとは、駆動面の中心の直径が端の直径よりわずかに大きいスピンドルを指します。 コンベア ベルトがスピンドルの最大直径に追従し、自己調心または追従する物理現象は興味深いものです。 このコンベヤ追跡方法は、1 世紀以上にわたって受け入れられてきました。

ベルトは片側に押されると、自動的にスピンドルの中心に戻ります。 破壊後にベルトが自動的に中心に戻るという事実は、ベルトがある程度変動したり、横方向に押し出されて所定の位置からずれたりする可能性があることを示しています。 これは、ベルトの不一致、ベルト上の不均一な荷重、製品の横移送などの横方向の力によるコンベア上または外への材料の移送など、さまざまな理由で発生する可能性があります。 好ましくない方向に走行する場合、クラウン付きプーリーの正確な追従能力がかなり低下することに注意してください。 好ましい方向は、排出端に従動スピンドルプーリーがある方向です。

結果は、コンベアの設定された長さ、幅、速度によって異なります。 このようなテストの 1 つが最近実行され、結果は以下のとおりです。

一部のメーカーでは、より正確なベルト追跡を可能にするために、コンベア ベルトの背面に V ガイド ストリップを追加しています。 このようなベルトを、駆動部、アイドラープーリー、およびコンベア台板に V ガイド溝を備えたコンベアに適用すると、ベルトが左右に追従したりふらついたりする可能性が低くなります。 この製造プロセスにはコストがかかりますが、セットアップが簡単になるなど、いくつかの利点があります。 スピンドルに機械加工されたローレット模様または盛り上がったダイヤモンド パターンもベルトのドリフトを軽減します。 ただし、このパターンをクラウン付きプーリーに適用する場合はあまり実用的ではありません。 トラッキングとドリフトの両方で重要な結果が得られる可能性があります。 横方向と軸方向の動きが減少していることに注目してください。

精密コンベヤは、ドリフトを排除しながら、V ガイド ベルトのトラッキング特性に適合する、やや新しいカテゴリのベルトコンベヤです。 このコンベヤのタイプは、平ベルトまたは固定式のいずれかです。 製品を配置するより正確な方法についてはこの記事の後半で説明しますが、このコンベア スタイルは低コストの代替手段となる可能性があります。 精密ベルトコンベアにサーボモーターを追加すると、高速化、高加速化、より正確な位置割り出しなど、そのパフォーマンス機能が強化されます。 ドリフトがなくなったことに注目してください。

パレットコンベヤには、パレットの位置決めにリフトアンドロケートモジュールを使用するさまざまなスタイルがあります。 パレットコンベヤは高価ですが、製品を正確に配置できるなど、いくつかの利点があります。 トレードオフは、パレットを停止し、パレットのベースに位置合わせされたピンを使用して所定の位置まで持ち上げる必要があることです。 パレットは正確な位置決めのために停止するため、パレットコンベアの精度はドリフトやふらつきの影響を受けません。

表示される精度の数値はさまざまであり、一般的なガイドラインを説明することを目的としています。 公開されているデータと一般的なガイダンスについては、必ずコンベヤの製造元にお問い合わせください。

これらのコンベヤは 2 つの点で異なります。 まず、輸送される製品は柔軟なベルトに直接乗っているわけではありません。 通常、パレットに取り付けられた固定具の中に入れ子になり、キャリアとして機能します。 この治具は、プロセス全体を通じて製品の位置合わせが一貫していることを保証するのに役立ちます。 2 番目の違いは、それらが非同期であることです。個々のパレットは、プロセスを完了するのに十分な時間所定の位置に保持されます。 パレットはゾーンに解放されて列に並ぶことも、次のリフトアンド位置決めステーションに直接進むこともできます。

さまざまなスタイルのパレット コンベヤには、フレキシブル チェーン、オープンセンター デュアル ストランド、オープンセンター エッジ ローラーなどがあります。 それぞれが、ユニークではあるが同様のリフトアンド位置決め装置を使用して、パレットがリフトアンド位置決めステーションに到着すると、パレットを正確に位置決めします。 横方向の動きも軸方向の動きも非常に小さいことに注目してください。

さまざまなコンベヤの位置精度特性 (表 1) を理解することで、アプリケーションのニーズを満たす、またはそれを超える適切な製品を選択して適用できます。 製品の移動や配置には、最も安価な製品を選択したくなるかもしれませんが、これが機器の OEE に与える影響を覚えておくことが重要です。 設置された製品が位置精度要件を満たさない場合、品質とスループットの点で生産能力に大きな影響を与える可能性があります。

最近では、平ベルト式と固定式の両方のタイミングベルト式コンベヤの採用がトレンドになっています。 サーボ制御、高速およびスループット機能を備え、ベルトのドリフトを排除した高精度ベルトコンベヤは、ロボット用途で特に役立ちます。 高精度とスループットの組み合わせが重要となる高精度タイミング ベルト コンベヤの人気が高まっています。 高精度の組み立て作業では、現在のベルト付きスタイルよりも高い精度が必要になることが多いため、パレット スタイルのコンベヤが常に必要となります。

この記事は、Motion Ai (アラバマ州バーミンガム) のコンベア スペシャリストである Dan Toynton によって執筆されました。 詳細については、ここを参照してください。

この記事は、Motion Design Magazine 2023 年 4 月号に初めて掲載されました。

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