工作機械・プレス機　センサ・ネットワーク活用事例集

金属加工の自動化 アプリケーションとソリューション

90年以上の伝統を持つセンサスペシャリスト・システムプロバイダの Balluffは、認証済みの自社テストラボで試験された革新的で一級品 先駆者であるBalluffは何十年にもわたり総合的なファクトリーオート の製品を提供します。さらに、Balluffの品質管理システムはDIN EN メーションおよび産業用油圧機器のパートナーとして認知されてきま ISO9001:2008に準拠しています。また、私たちのテクノロジーは各地 した。また、全世界にある62カ国の販売拠点と９か所の製造拠点で、 の基準を満たしているため、世界中のアプリケーションで使用するこ グローバルな企業としての強い立場を築き上げてきました。 本社は とができます。 シュトゥットガルト近郊のノイハウゼンに位置しています。 Balluffはユーザーのアプリケーションに沿ったソリューションや幅広 Balluffは、位置測定や識別システム、物体検出や流体測定の高品位な いサービス、それぞれのお客様へのコンサルティング、迅速なサービ センサやシステムが持つ様々な動作原理によって、多様な技術に精通 スを行なっています。 3000人以上の従業員が世界中で卓越したサー しています。この多岐にわたる製品群の中には、最適なネットワーク ビスを提供しています。 や接続技術と多彩なアクセサリも取り揃えています。 2

明日のスタンダード を定めるBalluff お客様と主要産業へのトリガー 工作機械は近代工業の基盤です。高い精密性と効率性によって、工作 金属加工のアプリケーション 機械は高品質な製品を大量に生産できます。Balluffは1950年代の手 旋盤加工 4 動機械から、現代の複雑な自動多軸機械にいたるまで、世界の工作機 フライス加工 6 械産業の発展に尽力してきました。 プレス 8 Balluffのソリューションは、金属加工産業の先駆者達と協力し、長い期 組立てのアプリケーション 間をかけて開発されてきました。機械・システムビルダー、航空機・自 スピンドル、チャック、回転テーブル 10 動車メーカー、またそれらの部品サプライヤーとも協同しています。ト ハンドリング、搬送、プロセス管理 12 ランスミッション・エンジン・ドライブトレーン・ボディ、いずれの生産 においても、先を見据えた技術革新を進めて参ります。 ツールID 工具の識別 14 Balluffは誘導型センサ開発におけるパイオニア的な存在でした。30年 以上前、私たちはこの技術を初めてツールID用RFIDシステムに統合し 製品 ました。RFIDは、Industry4.0に先駆けて工場レベルのCIM(Computer Heartbeat of Industry 4.0 16 Integrated Manufacturing)を可能としました。Industry4.0の道筋はフィ 周波数帯や環境に依存しない制御(RFID) 18 ールドバスによる接続、システムソリューション、プロセスセンシング IO-Linkで工作機械の立上げと制御を簡素化 20 とモニタリングによるデジタル化によって明確となりました。 IO-Linkデバイスによるインテリジェントな接続 22 マシンセーフティ 24 Balluffは常に革新的な提案をします：終端を検知するクラシックなリミ 製品の選定 26 ットスイッチやあらゆる機械の動作検知、パーツや工具の測定・管理・ 識別といった精巧な技術。さらに、IO-Linkによって最下層レベルまで のデータ転送と通信が現実のもとなります。未来に何が待ち受けてい るか、ぜひ、Balluffの挑戦にご期待ください。 www.balluff.jp 3

旋盤加工 単品から大量生産まで、信頼ある高い 精度の生産 フィッティングやバルブ、締付け部品、さらには自動車エンジンの変速 用パーツやモーター、産業機械、住宅設備など、あらゆる部品が日々 扱われます。さて、このような大量の金属部品を経済的に製造するた めにはどのような方法があるでしょうか。それには旋盤がワークを確 実にクランプし、高精度に回転させて加工することが必要です。これを 実現するために、自動的にワークを挿入・取外しを行うクランプ部が 特に重要となります。このプロセスを短いサイクルで監視し、高いレベ ルで自動化を実現するため、センサは重要な役割を果たします。 関連製品は26ページをご覧ください。 バーローダーの監視 心押し台の位置決め 振れ止めのアライメント 誘導型近接センサ BESはワークを様々な位 磁歪式リニアスケール BLTは油圧や簡易的 振れ止めは長尺または重量のあるワークの 置で監視します。最適な装置の稼働と人が介 なモーター駆動軸を用いた心押し台の位置 加工を補助するプロセスです。ここでは、ロッ 在しない自動化の実現によってシームレスな 決めへ、高い信頼性と優れた費用対効果を ドダイプの磁歪式リニアスケール BLTがピス 生産プロセスに貢献します。 提供します。測定システムを実可動部に搭載 トンの位置を監視します。センサとアクチュエ することにより、位置の微調整をすることが ータを統合することにより、小型で高精度な 可能です。 振れ止めの位置決めを実現できます。 4

ワークのクランプ確認 タレット位置の検出 タイミングベルトの監視 ワークが確実にクランプされなければ、一定 回転動作後、タレットが正しいインデックス位 工作機械内ではしばしば回転駆動による動 の品質で正確に加工はできません。この役 置に来ているかどうかを誘導型近接センサ 力伝達にタイミングベルトが使用されます。 割を担うセンサとして従来の近接センサに BESで検知します。また、タレットの位置だけ 駆動するベルトのデザインによって静電容 加え、クランプ位置検出センサBIPの採用が でなく、ロックされているかも検知します。 量センサBCSまたは誘導型近接センサBES 増加しています。数ミリから最長130mmま でベルトの有無や動作を監視できます。障害 で、Balluffの幅広い測定システムは様々な寸 や故障が発生した場合、直ちに駆動を停止 法の変化に対して高い精度を約束します。 させます。 www.balluff.jp 5

フライス加工 多様で高速なアプリケーションに対応する 幅広いソリューション フライス加工機やマシニングセンタは、その柔軟性ゆえに工作機械 で最もよく使用されています。その種類はシンプルな3軸システムか ら複雑な多軸マシニングセンタ、さらに、フライス加工機とレーザー 加工機を統合したハイブリッド機にまで及びます。直方体のワークを 高い品質で加工するには、正確な着座と高速で精密な工具の誘導が 必要です。この条件は測定システムの制御にとって挑戦となります。 自動化の範囲が拡大し続けているため、部品の大量生産のため同期 して動く機械がますます使用されてきています。 関連製品は27ページをご覧ください。 ツールクランプの監視 分散型設置 終端位置の監視 クランプ位置検出センサBIPはツールを正確 従来の配線に比べて、リモートI/Oは装置の制 稼働軸の監視が必要となる場合、2つの方法 に保持しているかを検知します。 御の立上げをシンプルかつコストパフォーマ があります：従来のように、並列接続された （クランプ、アンクランプ、空クランプ）： ンスに優れたものへ、大幅に改善させます。 NC型スイッチ搭載の機械式リミットスイッチ 圧力センサBSPと組み合わせて使用すること 標準的な全てのフィールドバスに対応してい BNSを使用する方法と、非接触の誘導型近接 により、油圧クランプシステム内のセンサシグ るため、多くのコントローラーのタイプであっ センサ BESを用いる方法です。磁気エンコー ナルの冗長化が可能になります。 ても同じ接続トポロジーで使用できます。更 ダシステム BMLを用いる多くの場合、センサ に、IO-Linkよって、Industry 4.0で必要とされる 信号は原点復帰の用途として使用できます。 プロセスデータやパラメータデータ、診断情 報の双方向通信が可能となります。 6

C軸の回転角検出 マガジン内の工具の識別 ワークの照合と追跡 Z軸に沿った回転を決めるため、回転軸角度 産業用RFIDシステムのLF(低周波数帯)で動作 外部で自動的にロードとアンロードをするパ (A-, B-, C-)を主軸 (X-,Y-,Z-)に加えられること するBIS CまたはHF(高周波数帯)で動作する レットシステムは内部でのセットアップ時間 が多くなってきています。磁気エンコーダシス BIS Mによって、フライス加工機やマシニング を事実上、ゼロとします。このことにより、機械 テム BMLを用いれば、回転角度の高精度な センタのCNCコントローラは常に正しい工具 を止めることなく製造を続けることができま 検知が可能です。その測定原理によって、軸 の情報(番号、直径、長さ、カットの数等）を取 す。13.56MHzのHF帯を使用するBIS Mのシ の中央部に隙間を持たせることができ、それ 得することを可能にします。信頼ある識別と ステムは信頼ある照合と追跡が当たり前とな によってクーラントや電源コード・ケーブルな 伝送されたこれらのパラメータは、耐用年数 る礎を築きあげます。2つの面に検出面があ どを通すスペースができます。 の監視を含む、高品質なツールの資産管理 るコーナータグやパレットやワークへ直接取 の基盤ともなります。 り付けられるデータボルトの読取り/書込み が可能です。 www.balluff.jp 7

プレス システムの稼働時間を向上し、 不要な投資を継続的に防止 プレス機は金属加工に欠かすことのできない装置です。高品質な製 品を生産するために、極めて品質が高く精密な金型が使われます。 そして、長いダウンタイムを犯す余裕はありません。1分1秒が貴重で あり、金型の損傷、特に修理や交換が必要となる場合は、長期の生産 遅れにより莫大な費用がかかる原因となります。 繰り返される動作の間、正確な位置を検出するためにセンサソリュー ションは多くの場所で使われています。これにより、誤動作をすぐに発 見することでプレス機を安全に停止させることができ、甚大な損傷を 未然に防ぐことができます。 関連製品は28ページをご覧ください。 偏心プレスのカウント シャットハイトの監視 金型の交換 ショートストロークやハイストロークのプレス 油圧プレス機はストローク全体にわたって一 高価な金型を保護するため、センサを金型自 をロータリーカムスイッチ 定の決められた力に到達します。磁歪式リニ BSWでカウントし 身に取付けなけらばなりません。インダクティ ます。スイッチとして機械式と誘導型を用意 アスケールBTLはこの位置監視を行ないま ブカプラ BICは金型保護用のセンサへ電力 し、長い耐用年数を誇ります。メカニカルな調 す。マグネットポインタをスライダやラムに取 を供給するとともに、金型とプレスコントロー 整が可能なカムによって、偏心カムシャフト 付け、プロファイル形状のハウジングを軸に ラ間のデータ通信を行います。コネクタ接続 の回転角度に応じた複数のオン/オフポイン 沿ってプレス機に固定します。耐衝撃性があ がない、非接触のシステムによって金型の交 トを決めることができます。安全基準を遵守 り、高い測定精度と更新周期が機械の最適な 換を迅速に行うことができます。 しつつ、プレス機のタイプや要求事項に応じ 稼働を可能にします。 たロータリーカムスイッチを提供します。 8

金属板の厚みの監視 メタルストリップの撓み確認 プレス圧の監視 誘導型距離センサ BAWは誤った材質の金属 継続的な出力信号の超音波センサBUSは、プ 圧力センサ BSPによって、作動している油圧 板搬送を未然に防ぎます。また、金属板の厚 レスのサイクルに合わせてメタルストリップ システムを用いて簡単にプレス圧を判断する みを測定したり、2枚搬送を検出したりできま の自動供給をサポートします。金属板とセン ことができます。このシステムは油圧プレスの す。0～10Vのような継続的なアナログ信号、 サとの間の距離は供給用モータの制御信号 ユーザーへダイナミックなプレス圧を監視す またはIO-Linkの信号によって確認できます。 として提供されます。 る価値あるツールとなります。 高い精度の要求や金属板の保持方法など、ア プリケーションによっては使用するセンサを2 つにした方がよい場合があります。 www.balluff.jp 9

スピンドル、チャック、 回転テーブル 360°全方位、自動化を革新 回転構造を持つアプリケーションへ従来の方法で対応することはま すます難しくなってきました。限られたスペースの確保と回転軸への アクセスのため、サイズや重量、形状を十分考慮しなければなりませ ん。スピンドルやチャックの監視によって、最適なクランプや保持した モノの正確な測定が可能です。継続的に回転する回転テーブルはケ ーブルや接続機器のトラブルの原因となりえます。回転軸を通してコ ントローラへ自動化をもたらすソリューションは、産業を経て自動化 を革新していきます。 関連製品は29ページをご覧ください。 誘導型近接センサを使用したクランプ位置の 誘導型距離センサを使用したクランプ位置の クランプ位置検出センサによるクランプ位置 監視 監視 の監視 工具は基本的にテーパー形状部で保持され ツールホルダ上にテーバー形状がある場合、 クランプ機構が回転していても、位置検出セ ます。3つの誘導型近接センサ BESによって、 センサ軸を横切る動作を誘導型距離センサ ンサによってクランプ位置を監視することが 非接触かつ摩耗なしで3つの状態(クランプ、 BAWで検知できます。継続的にクランプ位置 できます。クランプ位置検出センサBIPはセン アンクランプ、工具なしでのクランプ)を確認 の測定を監視するクラシックなソリューショ サの横から通る金属のカム位置を検知しま できます。センサは互いに定められた間隔 ンです。 す。要求に応じて様々な測定範囲のセンサを で設置しなければならないため、クランプ距 ご使用いただけます。 離の監視はストロークが大きい場合に限ら れます。 10

回転テーブルに信号とデータを伝送 回転テーブルの位置決め クランプシリンダのピストン位置検出 センサやアクチュエータを回転テーブルへ取 磁気エンコーダシステム BMLは精密な回転 スイングクランプの油圧ピストンのクランプ り付ける必要がある場合、インダクティブカ 角検出に最適です。小型であらゆる標準的 位置監視に、耐高圧式の誘導型近接センサ プラ BICで電源と信号を非接触で伝送する なエンコーダ入力に互換性があるため、アプ が使用されます。この堅牢なタイプは多くの ことができます。完全密封され”スリップリン リケーションへシンプルに統合することがで 種類があり、電磁誘導の測定原理を用いて、 グ”として、信頼ある動作と優れた堅牢性を提 きます。 ブロックシリンダ内で位置を確実に検出し 供します。 ます。 www.balluff.jp 11

ハンドリング、搬送、 プロセス管理 様々な要求の変化に応える柔軟性 複数の工程が連なったシステムでは標準的な機械を固定治具やコン ベヤで繋ぐ構成がされています。極めて経済的なコンセプトとして、低 コストかつ少しのシステム改造によって、大量生産のパーツと少量生 産のパーツを一つのラインで生産できることが求められています。同 時に、信頼あるローダーの監視やクーラントや潤滑油の確認、油圧ユ ニットのレベル監視のため、最先端の「スモールプロセステクノロジ ー」が必要となります。そして、できる限りの製造開発時間の短縮と関 連したレイアウトの変更が簡単にできる必要があります。 関連製品は30ページをご覧ください。 ガントリーローダーのグリッパの監視 ガントリーローダーの終端検知 リニア駆動の位置制御 エアグリッパの多くは爪の位置検出のためピ 誘導型近接センサ BESはガントリーシステム リニアスケールで目標となる位置を自由に選 ストンとマグネットを搭載しています。この場 の終端検知で使用されます。この場合、必ず 択できることによって、リニア駆動の柔軟性が 合、シリンダセンサ BMFで簡単に保持動作を 任意の位置に金属のターゲットが必要となり 向上します。磁気エンコーダシステム BMLは 監視できます。 ます。これを非接触で検出し、コントローラへ 位置制御軸の駆動の能力を向上させることに 設置方法は、 1．取付け用スロットへセンサを 正確な接点信号を送ります。 最適です。 挿入 2．任意の接点位置へスライド 3．ネジで 固定して完了 12

油圧パワーユニットのレベル監視 プロセス媒体とレベルの継続的監視 漏れ検知 油圧媒体のレベル監視に磁歪式リニアスケ または信号の検出 タンクの床で検知するため、隙間を設けた静 ール とフロートが活用できます。これらは耐 超音波レベルセンサ BUSの種類によって、2 電容量センサ BCSの設置は漏れ検知の最も 久性を確保する完全密閉構造と高速な更新 つの接点、または継続的なレベル制御に使 高品位なソリューションです。これにより、絶 周期で設計されています。0～10Vと4～20mA 用できます。 対的な信頼で少量の媒体がなくなっても検 のアナログ信号とIO-Linkインタフェースを用 出することができます。 意しています。 www.balluff.jp 13

工具の識別 最適な工具を最適なときに最適な場所へ 工具の識別を自動化する産業用RFIDシステムには多くの利点があり ます。工具番号や工具径、工具長、加工回数など、工具のパラメータを CNCコントローラに送ることにより、最適な工具の活用と装置の稼働 時間向上を実現できます。工具の寿命監視と資産管理のコンセプトを 追加することにより、ダウンタイムや工具の選択間違い、紛失、劣化し た工具の使用は過去のものとなります。 ツールIDソリュー ションは工具から直接現在のデータを読取り、すべ てのデータをドキュメント化することによって、将来の使用に活用で きる予兆情報を提供します。ユーザーにとって最も有益なのは、製造 工程の品質や効率が向上するだけでなく、コスト削減と採算性の向 上が見込まれることです。多くの企業が改造やアップグレードによっ てこの恩恵を受けているため、新しい装置の購入時にこの技術を既 に取り入れた装置メーカーを優先的に選定するでしょう。この技術で Industry4.0の優位な立ち位置を確立しましょう。 ご質問はございますか? Info.jp@balluff.jpにご連絡ください。迅速で包括的なサポートを提供 します。 工具の計測 工具データのドキュメント化 CNCコントローラとの通信 自動的に工具番号を読取るRFIDアンテナを ツールホルダのRFIDタグへあらゆる独自の スピンドルへ工具が搭載されるとき、または 搭載したツールプリセッタはどの工具が挿入 パラメータデータを保持することはとても価 その前に、タグ内にある工具の現在のデータ されたかを認識します。そして、現在の工具の 値あることです。この方法で、長い間、データ を読み出します。逆に、工具がポッドやマガジ 計測値をツールホルダに埋め込まれたRFID の損失なく工具を格納庫へ保管できます。 ンにいるときにもデータを読むことは可能で タグへ書き込みます。 さらに必要なときにはすぐに使用準備でき す。どちらの場合でも、CNCコントローラは工 ます。 具の現在のデータをリアルタイムに取得する ことができます。 14

データマップの整理 RFIDタグへデータを分散して保持する場合の利点は、工具のパラメ ータが、中央のサーバーから継続的に独立して存在することです。ユ ーザーは自身の特定の要件に応じたデータの範囲を定義することが できます。また、重要なのはデータマッピングと呼ばれるメモリアドレ スの構成をプリセッタや在庫管理、工作機械の間ですり合わせをする ことができることです。 メーカーによって異なるデータマッピングが存在します。 必要であればBalluffのデータマッピングも使用できます。 さらなる情報はinfo.jp@balluff.jpにお問い合わせください。 www.balluff.jp 15

The Heartbeat of Industry 4.0 - Inudustry 4.0の鼓動 金属加工と全ての工程、全体を通して Industry 4.0の礎は全ての関連あるリアルタイムデータの可用性だけ でなく、いつでもデータから最適な価値創造の流れを生成する能力 です。Balluffのセンサと識別システムはネットワークと接続技術との コンビネーションによって、あらゆる必要な条件を提供します。データ は解析に必要な基本情報として取得され、転送し、提供されます。そし て、コントローラやクラウドなどの上位のシステムへ送信されます。こ れがIndustry 4.0の先駆者としてのBalluffのコアコンピテンスです。 16

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周波数帯や環境に 依存しない制御 工具の識別、マテリアルフロー、作業手順を迅速かつ簡単に統合 しばしば混在する、周波数帯の異なるRFIDシステムを近代的な製造 RFIDプロセッサ BIS Vは周波数帯に依存しない使用を可能にした初 ラインや組み立てシステムへ採用することが増加しています。低周波 めてのユニットです。同時に動作できるHF(13.56 MHz)とLF(70～455 数帯(LF)のシステムは、すぐれた堅牢性と周辺に金属がある環境での kHz)のアンテナを、1つのユニット当たり最大4つ接続できます。 信頼性を発揮します。高周波数帯(HF)のシステムは高速かつ広い読取 つまり、たった一つのユニットで全てのマテリアルフローの自動追跡 り/書込み範囲によって優れた結果をもたらします。 と制御を変換なしで実現します。 用途 BIS M (13.56 MHz) n n BIS L (125 kHz) n n BIS C (70/455 kHz) n PROFIBUS BIS00T3 BIS012E EtherCAT BIS00U9 BIS0147 CC-Link BIS010P BIS014E Ethernet/IP 電源、5ピン BIS012F BIS014C 電源、4ピン BIS0122 BIS0146 PROFINET (1) BIS013U BIS013W アンテナ用ポート 4×BIS VM または BIS VL 4×BIS C (2) (BIS VMとBIS VLも接続可能) 電源電圧 24 V DC ±10% LPS Class 2 24 V DC ±10% LPS Class 2 電源電圧 ≤ 2 A ≤ 2 A 動作/保存周囲温度範囲 0 ～ +60 °C 0 ～ +60 °C 保護構造 (IEC 60529準拠) IP65 IP65 IO-Linkマスタ Ver.1.1、最大0.5A Ver.1.1、最大0.5A 最大ケーブル長 (アンテナ) 50m BIS C ： 10m、 BIS M / BIS L ： 50m (1) 他のスレーブから信号を通すループを作ることでIRTを構成できます。 (2) BIS Cの動作にはアダプタ BCC0FCKが必要です。 以下のタグとアンテナの組合せが使用可能 (例：) アンテナ BIS M (13.56 MHz) アンテナ BIS C (70/455 kHz) アンテナ BIS L (125 kHz) BIS M タグ BIS C タグ BIS L タグ BIS004A 7 5.5 BIS0011 2.5 2.5 2.5 BIS00KJ 17 13 13 BIS00PT 7.5 22 BIS0009 3.5 3.5 5 BIS00KK 21 18 16 BIS0043 28 BIS0019 8 3.5 BIS003E 32 18 22 BIS00NZ 25 57 BIS002P 3.5 3.5 10 BIS0036 40 55 25 65 BIS00P3 60 100 BIS0039 55 70 30 85 読取り/書込み距離 [mm] 18 BIS013H BIS0140 BIS0132 BIS0131 BIS012Z BIS005Z BIS006F BIS00PH BIS0067 BIS00UL BIS00U6 BIS00UF BIS00UH

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IO-Linkで工作機械の立上げと 制御を簡素化 プロセスのパラメータ設定と制御に最適 油圧のかかる場所で直接圧力監視 IO-Link搭載圧力センサの機能として、コントローラへ継続的な測定値 旋盤において、ワークや工具を確実に保持することなしに、高品質な とデータの送信、必要時の微細な調整、それによる稼働時間の向上が 加工は実現できません。保持圧を監視する圧力センサは、確実な保持 挙げられます。センサのパラメータはIO-Linkマスタへ自動的に保持さ を確かなものにするだけでなく、クーラントやグリス、油圧媒体、空圧 れるため、センサ交換はプラグ-アンド-プレイだけです。 機器の監視に最適です。 ディスプレイ搭載型 トランスミッタ 圧力センサ -0.1～0.2 MPa BSP00AM BSP00JE 0～1 MPa BSP00AT BSP00JK 0～25 MPa BSP00AZ BSP00JP 0～40 MPa BSP00C0 BSP00JR 0～60 MPa BSP00C1 BSP00JT 出力信号 PNP、1×入力 (設定可)、アナログ 0～10V PNP、アナログ 0～10V 周囲/媒体温度範囲 –40 ～ +85 °C / –40 ～ +125 °C –40 ～ +85 °C / –40 ～ +125 °C 接続 コネクタ接続部 M12コネクタ、4ピン M12コネクタ、4ピン プロセス接続部 I内部スレッド G1/4” (DIN EN 3852準拠 *) G1/4” * G1/4”へ接続するには別途、アダプタ BAM01KPをご購入ください。 IO-Link対応圧力センサ BSP 20