包装機は外から見るとシンプルですが、内部の動きは決して単純ではありません。
フィルムは適切な長さに移動する必要があります。製品は正しい位置に到着する必要があります。充填メカニズムは反復可能なサイクルに従う必要があります。切断と封印は適切なタイミングで行われなければなりません。生産速度が高くなると、わずかな動作エラーでもシール不良、不正確な切断、包装材料の無駄、または製品の不合格につながる可能性があります。
ここは、包装機用サーボモーター 重要になります。
サーボモーターは、従来のモーターを単に置き換えるものではありません。これはマシンのモーション コントロール システムの一部となり、サーボ ドライブ、エンコーダ、コントローラ、メカニカル トランスミッション、センサーと連動します。-
このガイドでは、基本的な製品紹介とは異なるアプローチをとります。トルクと速度についてのみ議論するのではなく、包装機器のどこにサーボモーターが使用されているか、モーターをどのように統合すべきか、どのような問題を解決できるか、購入者が購入前に何を確認すべきかについて考察します。
包装機の違いは何ですか?
包装機械には、多くの一般産業用機械とは異なる大きな特徴が 1 つあります。
機械は同じ動作を何千回、あるいは何百万回も繰り返します。
一般的なパッケージング サイクルは次のようになります。
供給→位置決め→充填→シール→カット→排出→繰り返し
低速では、小さな位置決め誤差は明らかではない場合があります。
ただし、高速では、同じエラーが 1 時間あたり何百回も発生する可能性があります。
これは、パッケージング マシン モーターが基本的な回転以上の回転を提供する必要があることを意味します。{0}彼らは以下を提供する必要があります。
- 反復可能な動作
- 素早い応答
- 制御された加速
- 正確な停止
- 安定した速度
- 他軸との同期
- 長い生産サイクルにわたって信頼性の高い動作を実現
このため、サーボ モーターが最新の包装機器で広く使用されています。
包装機械のどこにサーボモーターが使用されていますか?
サーボモーターを選択する際の最大の間違いの 1 つは、包装機を 1 つの完全なシステムとして見なすことです。
実際には、包装機械には複数の独立した動作軸がある場合があります。
各軸にはまったく異なる要件がある場合があります。
一般的なサーボ駆動機能には次のようなものがあります。{0}
- フィルム給送
- 製品供給
- コンベアの動き
- 充填
- 切断
- ヒートシール機構-
- ラベルの発行
- キャッピング
- カートン成形
- カートンクロージング
- ロータリーインデックス
- ピック{0}}-メカニズム
フィルム送り軸は、正確な長さ制御を優先する場合があります。{0}}
切削軸には非常に速い加速と減速が必要な場合があります。
コンベヤ軸はスムーズな速度制御を優先する場合があります。
充填軸には正確な位置決めと再現性が必要な場合があります。
したがって、正しい質問は次のとおりではありません。
「包装機にはどんなサーボモーターを使えばいいの？」
もっと良い質問は次のとおりです。
「各動作軸はサーボモーターに何をさせる必要があるのでしょうか?」
包装機器用サーボモーターと標準モーターの比較
従来の誘導モーターは、単純な連続運動アプリケーションに適したソリューションとなります。{0}}
たとえば、コンベアが比較的一定の速度でのみ動作する必要がある場合、高度なサーボ システムを使用する理由はないかもしれません。
機械が制御された動作を必要とする場合、状況は変わります。
標準モーター
従来のモーターは通常、アプリケーションで主に次のことが必要な場合に適しています。
- 連続回転
- シンプルな速度制御
- 低い位置決め要件
- 比較的安定した負荷条件
サーボモーター
機械が以下を必要とする場合、サーボ モーターはさらに魅力的になります。
- 正確な位置決め
- 頻繁な加減速
- 電子同期
- 迅速な対応
- 反復可能なインデックス作成
- 可変動作プロファイル
- クローズドループのフィードバック-
この区別は、メーカーがマシンの{0}}過大な仕様-を回避するのに役立ちます。
パッケージングにおけるサーボモーターの本当の利点
最大のメリットは単に「精度が高い」というだけではありません。
本当の利点は、制御された再現可能な動作です。
フィルム給送アプリケーションを考えてみましょう。{0}
機械は、特定の長さのフィルムを正確に送り、停止し、別の機構を動作させてから、再度開始する必要がある場合があります。
送りモーターが回転しすぎると、パッケージが長くなりすぎます。
停止が早すぎるとパッケージが短くなりすぎます。
加速中にモーターの応答が変化すると、フィルムの張力が不安定になる可能性があります。
サーボ システムは、フィードバックを通じてモーターの動きを継続的に監視し、指令された位置と速度に従って動きを調整できます。
これは、ハイサイクル包装機械において特に価値があります。{0}
パッケージングエンジニアが注目すべき 3 つの動作特性
サーボ モーターを評価する場合、次の 3 つの特性に特に注意を払う必要があります。
動的応答
モーターはコマンドの変更にどれくらい早く応答できますか?
再現性
モーターはサイクルごとに同じ動作を一貫して実行できますか?
同期
モーターは他の機械軸と正しい関係を維持できますか?
これらの特性は、生産品質に直接影響を与える可能性があります。
包装機は一度に 1 つのモーターを動作させるわけではありません。
多くの場合、複数のメカニズムが連携して動作する必要があります。
多軸同期は重要な考慮事項です-
最新の包装機器では、複数のサーボ モーターが頻繁に使用されます。
例えば：
- サーボ 1 はフィルム送りを制御します。
- サーボ 2 が切断を制御します。
- サーボ 3 は製品の送りを制御します。
- サーボ 4 は充填を制御します。
- サーボ 5 はラベル付けを制御します。
- これらの軸は独立して動作できません。
- それらのタイミングを調整する必要があります。
フィルムの動きが速く、カット機構の調整が適切に行われていない場合、カット位置が変化する可能性があります。
製品コンベアと充填機構が同期していないと、充填位置がずれる可能性があります。
したがって、サーボ モーターは次のものと合わせて評価する必要があります。
- サーボドライブ
- モーションコントローラー
- エンコーダ
- 通信ネットワーク
- センサー
- メカニカルトランスミッション
これはシステム レベルの決定であり、単にモーターを購入するだけではありません。{0}}
フィルム給送用サーボモーターの選択
フィルム送りは、モーターが動きとタイミングの両方を制御する必要があるため、最も要求の厳しいアプリケーションの 1 つです。
モーターには次のことが必要になる場合があります。
- 映画を加速する
- 必要な速度を維持する
- 特定の位置で停止する
- 次のマシンのアクションを待ちます
- 再び加速
- 継続的に繰り返す
梱包材が変わると状況はさらに複雑になります。
フィルムが異なれば、次のような違いが生じる可能性があります。
- 厚さ
- 表面摩擦
- 弾性
- 抗張力
- ロール径
これらの違いは機械的負荷に影響します。
ある梱包材で良好に動作するモーターでも、別の梱包材では異なる動作パラメータが必要になる場合があります。
フィルムロールの直径がサーボモーターの選択に与える影響
これは見落としがちな実際的な点です。
包装フィルムのロールが小さくなると、その回転特性が変化します。
したがって、モーターには生産サイクル全体を通じて異なる慣性条件が発生する可能性があります。
これは以下に影響を与える可能性があります。
- 加速度
- 減速
- フィルムテンション
- モーターの応答性
大きなフィルム ロールを使用するアプリケーションの場合、サーボ モーターのサイズを決定する際に、ロール全体の状態を考慮する必要があります。
サイクル全体を通して機械がどのように動作するかを考慮せずに、空ロールまたはフルロール状態のみに基づいてモーターを選択すべきではありません。
切断機構用サーボモーター
切断システムは多くの場合、高速で同期した動作を必要とします。
モーターは以下を制御できます。
- ロータリーナイフ
- クロスカッター
- ギロチンカッター
- フライングカッター
典型的なサイクルには次のものが含まれます。
加速→同期→カット→リターン→リピート
したがって、モーターには優れた動的応答が必要です。
機械構造も重要です。
切削機構に過剰な遊び、ガタ、振動がある場合、エンコーダの分解能を上げるだけでは問題は解決できません。
高速切断を実現するには、モーターと機械機構を一緒に設計する必要があります。-
充填用途用サーボモーター
充填装置にはフィルム給送とは異なる要件があります。
製品と機械の設計に応じて、サーボ モーターは以下を制御する場合があります。
- ピストンの動き
- ネジ送り
- ポンプ回転
- 回転充填
- 投与メカニズム
ここでは、多くの場合、モーターの最大速度よりも再現性の方が重要です。
たとえば、機械が一貫した量の材料を吐出する必要がある場合、サーボ モーターは繰り返されるサイクルにわたって同じ動作を正確に実行する必要があります。
したがって、理想的なモーターは充填機構に大きく依存します。
ラベル貼付装置用サーボモーター
ラベル貼付機では、製品とラベル間の同期が必要です。
センサーが製品の位置を検出しながら、サーボモーターがラベルロールを制御する場合があります。
次に、コントローラーはモーターの動きを調整して、必要なラベルの位置を維持します。
これには以下が必要です。
- 素早いフィードバック
- 安定した速度
- 正確な位置決め
- 加速レスポンスが良い
機械が高速で動作する場合、制御システム全体の応答時間が重要になります。
モーターだけでは、遅いセンサー、不十分なコントローラー構成、または過剰な機械的バックラッシュを補うことはできません。
ロータリー包装機用サーボモーター
回転包装機には別の要件が導入されます。
インデックス作成の精度。
回転機構は、特定の角度を移動し、停止し、操作を実行してから、次のステーションに移動する必要がある場合があります。
例としては次のものが挙げられます。
- ロータリー充填機
- ロータリーキャッピングマシン
- ロータリーシール機
- ロータリーインデックステーブル
これらのアプリケーションでは、モーターは次の両方を制御する必要があります。
- 角度位置
- モーションタイミング
回転テーブルが大きい場合や複数の製品を搭載する場合、負荷慣性は特に重要になります。
包装機器に適したサーボモーターの選び方
モーター出力から始めるのではなく、次の選択プロセスを使用してください。
ステップ 1: マシンの動作を定義する
聞く：
- 何が動いているのでしょうか？
- どこまで動きますか？
- どれくらいの速さで移動する必要があるのでしょうか？
- どのくらいの頻度で止まりますか?
- 逆になりますか？
- 同期は必要ですか?
ステップ 2: 負荷を決定する
識別する：
- 製品重量
- ローラー重量
- フィルムロール重量
- 可動機構質量
- 摩擦
- 機械抵抗
- 製品の重量だけを見てはいけません。
ステップ 3: モーションプロファイルを決定する
有用なモーション プロファイルには次のものが含まれている必要があります。
- 始動速度
- 動作速度
- 最高速度
- 加速時間
- 減速時間
- 滞留時間
- サイクル周波数
この情報はサーボのサイジングに非常に役立ちます。
ステップ 4: 送信を評価する
モーターが負荷を駆動しているかどうかを確認します。
- ギアボックス
- ベルト
- プーリー
- 鎖
- スクリュー
- カップリング
伝達比と効率は、モーターの実際の要件に影響します。
ステップ 5: 慣性を計算する
ローラー、リール、回転テーブル、またはカッターを備えた包装機器の場合、負荷慣性を慎重に考慮する必要があります。
慣性が大きいと、加速トルク要件が増加し、整定時間に影響を与える可能性があります。
ステップ 6: ポジショニング要件を決定する
聞く：
- 最終的な位置はどの程度正確でなければなりませんか?
- 動きはどの程度再現可能でなければなりませんか?
- バックラッシュは許容されますか?
- 高解像度のフィードバックは必要ですか?{0}
これは、適切なエンコーダと機械構成を決定するのに役立ちます。
包装機に必要なサーボモーターの出力はどれくらいですか?
普遍的な答えはありません。
小型のラベル貼付機には、比較的小型のサーボ モーターが必要な場合があります。
大きなローラーや高慣性機構を備えた頑丈な梱包ラインでは、かなり多くのトルクと電力が必要になる場合があります。{0}{1}
生産速度が同じ 2 台の機械でも、モーター要件がまったく異なる場合があります。
例えば：
マシンA
軽量フィルム
小型ローラー
低慣性
適度な加速
マシンB
重い梱包材
大型ローラー
高い慣性
非常に速い加速
どちらも同じ RPM で動作しますが、マシン B は大幅に多くのモーター トルクを必要とする可能性があります。
このため、別のマシンが同じ出力定格を使用しているという理由だけでモーターを選択することは、信頼できるサイジング方法ではありません。
サーボモーターのトルクはどれくらいあれば十分ですか?
連続負荷から始めます。
次に、次の場合に必要な追加トルクを考慮します。
- 加速度
- 摩擦
- 慣性
- 重力
- 伝送損失
その後、モーターの最大トルク能力を確認します。
重要なのは比較することです必要な速度で必要なトルク実際のモーターのトルク-速度曲線を使用します。
モーターのピークトルク定格は高くても、必要な動作速度でそのトルクが利用できない場合は、やはり不適切です。
オーバーサイズも問題となる理由
包装機械メーカーによっては、意図的に必要以上に大きなモーターを選択する場合があります。
これはより安全であるように思えるかもしれませんが、工学的に必ずしも良い決定であるとは限りません。
モーターが大きすぎると、以下の量が増加する可能性があります。
- 設備費
- サーボドライブのコスト
- モーターの慣性
- 電気的要件
- 機械的寸法
また、システムの調整がより困難になる可能性もあります。
目標は最大のサーボモーターを購入することではありません。
目標は、実際の動作条件を確実に処理するのに十分な性能を備えたモーターを選択することです。
24V、48V、220V サーボ モーターについてはどうですか?
正しい電圧はマシンの電気アーキテクチャによって異なります。
24Vサーボモーター
マシンがすでに低電圧 DC システムを使用しているアプリケーションに適しています。{0}
典型的な例は次のとおりです。
コンパクトなオートメーション
モバイル機器
電池式機械-
48Vサーボモーター
比較的低電圧の DC アーキテクチャを維持しながら、より多くの電力が必要な場合に役立ちます。{0}
これは、特定のモバイルまたはコンパクトな産業システムにとって魅力的です。
220V サーボモーター
より高い電力が必要とされる産業用パッケージング機器で一般的です。
電圧は常にサーボドライブと完全な電気システムに一致する必要があります。
包装機用エンコーダの選択
エンコーダはサーボ システムにフィードバックを提供します。
エンコーダのフィードバックを選択するときは、次の点を考慮してください。
- 解決
- ポジション要件
- スピード
- コントローラーの互換性
- 絶対フィードバックまたは増分フィードバック
ただし、エンコーダ解像度が高いほど自動的に優れているわけではありません。
マシンに次の機能がある場合:
- 過剰なバックラッシ
- フレキシブルベルト
- 結合不良
- 機械的振動
- 実際のシステム精度は依然として制限される可能性があります。
したがって、エンコーダは機械設計と合わせて選択する必要があります。
サーボブレーキが必要になるのはどのような場合ですか?
ブレーキは、サーボ モーターが垂直軸や、電源が遮断されたときに静止したままにする必要がある別の機構を制御する場合に便利です。
例えば：
- 垂直包装機構
- 昇降システム
- 高さ調整可能なステーション-
ただし、ブレーキを唯一の安全対策として扱うべきではありません。
機械の完全な安全設計によって、荷重がどのように安全に保持されるかが決まります。
デューティ サイクルがサーボ モーターの選択に与える影響
包装機は長時間連続して稼働することができます。
モーターは次のことを繰り返す可能性があります。
- 加速する
- 走る
- 減速する
- 停止
- 再起動
ピークトルクが許容できる場合でも、サイクルを繰り返すとかなりの熱が発生する可能性があります。
したがって、以下を評価します。
- サイクルタイム
- 1 分あたりのサイクル数
- 加速周波数
- 減速周波数
- 連続使用時間
断続的な動作に適したモーターは、連続的な高サイクル生産には適さない場合があります。{0}}
包装機のサーボモーター: 一般的な問題とその原因
問題 1: フィルムの長さが一定ではない
考えられる原因は次のとおりです。
サーボ調整が正しくない
フィルムのズレ
機械的なバックラッシ
間違ったエンコーダフィードバック
フィルムの張力を変える
すぐにモーターが小さすぎると考えないでください。
問題 2: モーターの過熱
考えられる原因は次のとおりです。
連続トルク不足
過度の加速
高摩擦
冷却不良
過度のデューティサイクル
完全な負荷プロファイルをチェックする必要があります。
問題 3: 加速時に機械が振動する
考えられる原因は次のとおりです。
過剰な負荷慣性
サーボチューニングが悪い
機械的共振
フレキシブルカップリング
モーターのサイジングが間違っている
繰り返しますが、モーターをより大きなモーターに交換しても、根本的な問題は解決しない可能性があります。
問題 4: カット位置が正しくない
考えられる原因は次のとおりです。
同期が悪い
エンコーダエラー
機械的なバックラッシ
センサーのタイミング
不正なモーションパラメータ
これは、パッケージング マシン モーションを完全なシステムとして扱う必要がある理由を示す良い例です。{0}
オーリックが包装機用サーボモーターにどのように取り組むか
包装機械メーカーにとって、サーボ モーターが独立したコンポーネントであることはほとんどありません。
機械構造に適合し、機械の制御システムと正しく通信する必要があります。
オーリックOEM 機械および産業オートメーション アプリケーション向けのサーボ モーター ソリューションを提供します。
パッケージング用途の場合、重要な要素には次のようなものがあります。
- 連続トルク
- ピークトルク
- 動作速度
- 加速度
- 負荷イナーシャ
- エンコーダの構成
- 電圧
- 軸寸法
- 取付寸法
- ブレーキ要件
- サーボドライブの互換性
このアプリケーション ベースのアプローチは、標準カタログのモーターが機械に直接適合しない場合に役立ちます。{0}}
OEM プロジェクトの場合、定格電力のみに基づいてモデルを選択するのではなく、実際の機器要件に基づいてモーター構成を評価できます。
サーボモーターメーカーに何を送るべきですか?
役立つモーターの推奨事項が必要な場合は、単に送信するだけではありません。
「包装機用サーボモーターのお見積りをお願いします。」
アプリケーションを理解するために十分な情報をサプライヤーに提供してください。
マシンの基本情報
包装機の種類
モーターの応用
生産速度
1日あたりの労働時間
機械的情報
負荷
ローラー径
フィルムロール直径
ギア比
伝送方式
シャフトサイズ
取付寸法
動作情報
動作回転数
最大回転数
加速時間
減速時間
サイクル周波数
要求される位置決め精度
電気情報
電源
サーボドライブ
コントローラ
エンコーダの要件
通信インターフェース
情報が完全であればあるほど、モーターの選択に必要な推測が少なくなります。
サーボモーターのパッケージング購入者チェックリスト
ご注文の前に以下のことをご確認ください。
モーター
定格電力
連続トルク
ピークトルク
定格速度
最高速度
モーターの慣性
フィードバック
エンコーダの種類
エンコーダの解像度
絶対的または増分的
ドライブの互換性
機械式
軸径
取付寸法
ギアボックス
ブレーキ
カップリング
応用
負荷
加速度
サイクルタイム
デューティサイクル
位置決め精度
環境
温度
ほこり
湿度
振動
よくある質問
最終的な考え
A 包装機用サーボモーター 単にモーターの出力値だけではなく、機械の動作要件に基づいて選択する必要があります。{0}}
適切なソリューションでは、システム全体を考慮する必要があります。
負荷 + 速度 + 加速度 + 慣性 + 位置決め + 同期 + デューティ サイクル
フィルム送りの場合、正確な長さと安定したテンションが優先される場合があります。
切断の場合、動的応答と同期がより重要になる場合があります。
充填の場合、再現性と制御された動作が優先される場合があります。
回転インデックスの場合、慣性と位置決め精度が重要な要素となる可能性があります。
このため、普遍的な「包装機械に最適なサーボモーター」というものは存在しません。
最適なモーターとは、特定の軸に適合し、サーボ ドライブおよびコントローラーと適切に動作し、生産サイクル全体を通じて必要な動作を確実に繰り返すことができるモーターです。
OEM 包装機メーカーにとって、実際の負荷、速度、加速度、機械的寸法、電圧、制御要件をサプライヤーに提供することが、有用な推奨事項を得る最も早い方法です。
Auric はこれらのアプリケーション パラメータを評価し、OEM 顧客が自社の包装機器に適したサーボ モーター構成を選択できるよう支援します。
