産業オートメーションの発展に伴い、製造業者は工作機械やロボットシステムに、より高い精度、速度、信頼性を求めるようになっています。従来の位置計測技術は単一の動作方向に焦点を当てることが多かったのですが、半導体製造、精密加工、産業用ロボットなどの最新の用途では、多軸誤差補正とリアルタイムの動作フィードバックが求められます。
精密計測およびモーションコントロール技術におけるグローバルリーダーであるハイデンハインは、従来システムの限界を克服する先進的なエンコーダソリューションを開発しました。
従来の直線エンコーダは通常、1軸に沿った動きしか測定しません。しかし、実際の機械の動きは、以下のような複数の種類の誤差の影響を受けます。
線形変位誤差
角度偏差
機械的変形
ガイドウェイの不正確さ
熱の影響
高精度機器では、1つの軸のわずかな誤差でも他の軸の精度に影響を与える可能性があります。従来のエンコーダではこれらの追加的な偏差を検出できない場合があり、システム全体の性能が制限されます。
ハイデンハインの技術により、1つのエンコーダシステムで複数の自由度を同時に測定することが可能です。各動作方向ごとに個別の測定装置を用意する代わりに、多次元エンコーダは追加の位置情報を取得し、機械的な誤差を直接補正することができます。
宇宙空間にある機械部品は、6つの自由度で移動することができる。
X、Y、Z軸方向の並進運動
RX、RY、RZの回転運動
単一のエンコーダで複数の方向を測定することで、複雑なモーションシステムでも、よりシンプルな機械設計で高い精度を実現できます。（ドライブガイド）
ハイデンハインの多次元計測技術の代表的な例として、Dplusエンコーダシリーズが挙げられます。
従来のエンコーダは1つの位置値しか測定できませんが、Dplusエンコーダは特別に設計された測定基準とスキャンヘッドを使用することで、複数の動作方向を検出できます。
この技術は、以下のような高度な光学測定原理を利用しています。
細かい目盛りの付いたスケール
干渉に基づく信号生成
高解像度信号処理
これにより、エンコーダは高精度な位置フィードバックを提供すると同時に、複雑なモーションシステムに必要な部品点数を削減できます。（ドライブガイド）
例えば、複数のスキャンヘッドを備えた単一のDplusエンコーダシステムでは、1つの機械軸上の複数の自由度を測定できるため、システム構成が簡素化され、設置の複雑さが軽減されます。（ドライブガイド）
テクノロジーの最大の利点の1つは、位置特定精度の向上である。
制御システムは、追加の誤差動作を直接測定することで、機械部品の実際の位置をより正確に把握し、偏差を補正することができる。
これは、極めて精密な製造が求められる業界、例えば以下のような業界において特に価値があります。
半導体製造
精密加工
エレクトロニクス製造
高度なロボット工学
従来の多軸計測システムでは、多くの場合、複数のエンコーダ、ケーブル、および信号処理ユニットが必要となる。
多次元エンコーダは、複数の計測機能を1つのコンパクトなソリューションに統合することで、部品点数を削減します。
主なメリット：
設置スペースが少なくて済む
配線の削減
システム統合が容易
メンテナンス要件の低減
EnDat3インターフェースは、1本のケーブル接続で複数の位置値を伝送できるため、システム設計をさらに簡素化します。（ハイデンハイン）
高速製造には、精度だけでなく迅速な対応も求められる。
多次元エンコーダは、複数の動作パラメータをリアルタイムでフィードバックすることで、モーションコントローラがエラーに迅速に対応し、動的な動作中も安定した動作を維持するのに役立ちます。
これは特に次の場合に重要です:
高速マシニングセンタ
ウェハ製造装置
ロボット自動化システム
産業用ロボットは、自動車製造、航空宇宙、エレクトロニクス、物流など幅広い分野で利用されています。しかし、極めて高精度なロボット位置決めを実現することは、以下の理由から依然として困難です。
ギア伝達エラー
機械的変形
共同反発
温度変化
ロボットは優れた再現性を実現できるものの、複数の関節に小さな機械的誤差が蓄積されるため、絶対位置決め精度はしばしば低くなる。（ハイデンハイン）
ハイデンハインは、ロボット関節部で正確なフィードバックを提供する高度なエンコーダ技術によって、ロボットの精度を向上させています。
ツールセンターポイント（TCP）は、ロボットツールの正確な動作位置を表します。TCPの正確な位置決めは、次のようなアプリケーションにとって不可欠です。
ロボット溶接
精密組立
穴あけ加工と機械加工
航空宇宙製造
従来のロボットシステムでは、主にモーター側のエンコーダーが使用されています。しかし、ギアや機械的な伝達部品によって生じる誤差が、実際のツール位置に影響を与える可能性があります。
ハイデンハインの先進的なエンコーダソリューションは、ロボットの出力側により近い位置フィードバックを提供することで、制御システムが機械的な誤差を補正し、TCP精度を向上させることを可能にします。（ハイデンハイン）
KCI 120 Dplusエンコーダは、ハイデンハインのロボット位置決めにおける革新的なアプローチの一例です。
この誘導エンコーダは、ロボット関節ギアシステムの前後両方の位置を測定できます。これらの2つの測定値を比較することで、システムはギア機構によって生じる誤差を補正できます。
主な利点は次のとおりです。
ロボットの位置決め精度が向上しました
関節制御の改善
協働ロボットの性能向上
EnDat通信技術による安全関連アプリケーションのサポート
（ハイデンハイン）
この技術は、以下のようなより高い精度を必要とするロボットに新たな可能性をもたらします。
精密組立ロボット
協調ロボット
半導体ハンドリングロボット
ロボット加工システム
現代の半導体製造には、極めて微細な構造と非常に高精度な位置決めが求められる。
多次元エンコーダ技術は、以下の点を改善するのに役立ちます。
ウェハ位置決め精度
機械のスループット
工程安定性
（ハイデンハイン）
精密加工には、正確な軸位置決めと誤差補正が不可欠である。
ハイデンハインのエンコーダは、CNCマシンが以下のことを実現するのに役立ちます。
より高い加工精度
より良い表面品質
再現性の向上
ロボットアプリケーションは、関節フィードバックと位置決め精度の向上によって恩恵を受ける。
典型的な用途は次のとおりです。
航空宇宙製造
自動車生産
自動加工
工場がより高度化するにつれて、正確な測定フィードバックは、以下の点でますます重要になります。
デジタルマニュファクチャリング
スマートファクトリー
自動検査システム
ハイデンハインの多次元計測技術は、精密モーション制御における大きな進歩を表しています。エンコーダの機能を従来の単軸計測を超えて拡張することで、
産業用ロボット向けに、ハイデンハインの高度なエンコーダソリューションは、より正確な関節位置フィードバックを提供し、機械的な誤差を補正することで、ツールセンターポイントの精度を向上させます。
半導体製造、ロボット工学、高度な自動化において、産業界がより高い精度を求めるようになるにつれ、ハイデンハインのエンコーダーのような高性能計測技術は、将来のインテリジェント製造においてますます重要な役割を果たすようになるでしょう。
