Automatic Motor Tester 自動​モーター​検査​装置

磯田 拓也 代表​取締役, シバ​セ​工業​株式会社

" 今回​の​システム​開発​における​最も​重要​な​要素​は、​LabVIEW という​開発​システム​で​あり、​LaBVIEW​なく​し​て、​これだけ複雑なシステムプログラムを短期間に一人で開発することは出来なかった。​そして、​LabVIEW​で​確実​に​動作​する​NI​の​ボード​群​が​あっ​て​こそ​出来​た​システム​で​ある。" ​

- 磯田 拓也 代表​取締役, シバ​セ​工業​株式会社

課題:

モーター​の​検査​装置​に​必要​な​項目​として​以下​の​様​な​事​が​考え​られる。 ​ ​1. モーター​の​基本​特性​で​ある​誘​起​電圧​の​測定 ​ ​2. モーター​が​正常​に​回転​する​か​の​検査 ​ ​3. 絶縁​性能​試験 ​ ​4. データ​の​記録​と​再生 ​ ​5. 製造​ライン​で​問題​が​発生​した​際、​原因​を​特定​し、​問題​が​解決​できる​こと ​ ​6. 様々​な​機種​に​対応​できる​汎用​性 ​ ​7. 製造​ライン​で​使用​する​場合​は、​不慣れ​な​作業​者​や​異国​の​言葉​の​通じ​ない​作業​者​でも​容易​に​使用​する​こと​が​出来、​複雑​な​測定​も​容易​に​できる​こと

ソリューション:

開発​プログラム​に​NI LabVIEW、​計測​ハードウェア​に​NI PCI-6251(高速​マルチ​ファンクション​M​シリーズ​データ​集録​ボード)、​PCI-6509(PCI​対応​の​工業​用​96​チャンネル​デジタル​I/​O​ボード)、​ならびに​PCIe-​GPIB(PCIe​バス)​を​採用​し​システム​を​構築​した​こと​で、​これら​すべて​の​要件​を​満たす​システム​を​実現。 ​

【開発​の​背景】

 21​世紀​は​モーター​の​時代​で​あり、​モーター​の​大幅​な​需要​が​見込​ま​れる​が、​モーター​の​検査​は​まだまだ​汎用​的​な​測定​器​を​使用​し​て、​いくつか​の​工程​で​検査​する​の​が​一般​的​で​ある。​モーター​の​製造​コスト​を​下げる​ため​に​は、​組立​の​効率​化​と同時に、​製品​の​良否​を​判定​する​検査​について​も​効率​化​が​求め​られる。
 また、​多く​の​製造​メーカー​は、​人件​費​の​安さ、​市場​の​大​き​さ​から​新興​国​へ​進出​し​て​いる​が、​かつて​は​人件​費​の​安さ​と​豊富​な​労働​力​が​魅力​で​あっ​た​中国​で​さえ、​人件​費​の​高騰​や​沿岸​部​の​人材​不足​から、​製造​ライン​では​省力​化​の​設備​が​求め​られる​よう​に​な​って​き​て​いる。

 

【課題】

モーター​の​検査​装置​に​必要​な​項目​として​以下​の​様​な​事​が​考え​られる。
​(1)​モーター​の​基本​特性​で​ある​誘​起​電圧​の​測定
   誘​起​電圧​を​測定​する​に​は、​一般​的​に​モーター​を​外部​から​の​力​で​回し​て​コイル​端子​に​発生​する​電圧​を​測定​する​ので、​外部​から​回す​ため​の​装置​が​必要​で​あり、​自動​測定​は​大掛かり​に​な​って​い​た。

 

(2)​モーター​が​正常​に​回転​する​か​の​検査
   モーター​を​ドライブ​回路​に​接続​し​て、​実際​に​モーター​を​回転​さ​せ​て​電流​や​回転​数​を​測定​する。​ホール​センサー​など​が​あれ​ば、​その​出力​状態​も​チェック​する​必要​が​ある。

 

(3)​絶縁​性能​試験
   絶縁​性能​試験​は、​試験​電圧​として​高​電圧​を​印加​する​ため 一般​的​に​は 絶縁​性能​試験​だけ​の​試験​工程​が​ある。

 

(4)​データ​の​記録
   検査​した​データ​は、​記録​さ​れ​何時​でも​見れる​よう​に​する​必要​が​ある。

 

(5)​製造​ライン​で​問題​が​発生​した​とき
   問題​が​発生​した​場合​に、​何​が​問題​な​の​か、​どこ​が​不良​な​の​か​すぐ​に​検証​し​て​問題​を​解決​する​必要​が​ある。

 

(6)​検査​項目​は、​モーター​仕様​によって​多種​多様​で​あり、​色々​な​機種​に​対応​できる​汎用​性​が​求​ま​られる。

 

(7)​製造​ライン​で​使用​する​場合​は、​不慣れ​な​作業​者​や​異国​の​言葉​の​通じ​ない​作業​者​でも​容易​に​使用​する​こと​が​出来​て、​かつ 複雑​な​測定​も​容易​に​できる​よう​な​システム​が​望​ま​れる。

 

【ソリューション】

 

【システム​構成】

 

<​測定​用​パソコン​>  OS  : Windows XP
​<​開発​プログラム​>  LabVIEW 8.5 (日本​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ)

 

<​計測​ボード​>    
​PCI-6251(日本​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ、​PCI​バス)
​PCI-6509(日本​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ、​PCI​バス)
​PCIe-​GPIB(日本​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ、​PCIe​バス)

 

<​電源​装置​> PWR400M(菊水​電子​工業​株式会社)

 

<​電源​コントローラ​>  PIA4830(菊水​電子​工業​株式会社、​GPIB​接続)

 

<​絶縁​耐圧​試験​機​> TOS9200(菊水​電子​工業​株式会社、​GPIB​接続)

 

<​抵抗​計​> 3541(日置​電機​株式会社、​GPIB​接続)

 

<​検査​切替​計測​器​> シバ​セ​工業製

 

【 開発​結果 】

(1)​惰性​回転​測定法​の​確立
 モーター​の​誘​起​電圧​測定​では、​従来 外部​から​回し​て​測定​し​てい​た​誘​起​電圧​測定​を、​モーター​自身​の​惰性​回転​中​に​発生​する​誘​起​電圧​を​測定​する​こと​で、​自動​検査​を​可能​に​した。
 モーター​は、​回転​中​に​ドライブ​回路​を​OFF​に​すると、​惰性​回転​により​徐々に​速度​が​低下​する。​速度​と​誘​起​電圧​が​比例​する​モーター​では、​惰性​回転​中​の​連続​した​誘​起​電圧​を​測定​し​て、​速度​低下​係数​を​算出​し、​電圧​補正​と​時間​補正​を​行なう​こと​で、​あたかも​一定​回転​で​回​って​いる​とき​と​同じ​波形​を​作り出す​こと​が​できる。
 補正​した​波形​から、​誘​起​電圧​の​任意​の​位置​の​電圧​と​ホール​信号​と​の​位​相差​など​を​求め​て​いる。

 

 モーター​が​惰性​回転​し​て​いる​間​に、​高速​で​正確​に​誘​起​電圧​と​ホール​信号​の​2​つ​の​信号​を​取り込む​ため​1.25 MS/​s​の​高速​サンプリング​が​可能​で、​かつ​安価​な​計測​ボード​で​ある​DAQ PCI-6251 を​使用​した。
 元​の​波形​から、​速度​を​算出​し​て、​補正​係数​を​割り出し、​波形​を​補正​し​て​から、​補正​波形​から​電圧​や​位​相差​を​求める​ため​に、​2 ch​サンプリング​で 500 KS/​s​の​速度​で​取り込む​こと​で、​かなり​正確​な​誘​起​電圧​と​位​相差​の​波形​を​再現​する​こと​が​でき​た。​また、​プログラム​も LabVIEW 8.5 を​使用​する​こと​で、​開発​期間​も​大幅​に​短縮​でき​た​と​思う​の​だが、​ここ​10​年​以上​LabVIEW​しか​使​って​い​ない​ので、​比べ​よう​が​ない。
 ただ、​私​に​は​LabVIEW​でないと​開発​は​不可能​で​あっ​た。​検査​の​短縮​時間​として​は、​10​秒​→2​秒​くらい​の​効果​が​見込​ま​れる。

 

2)​ドライブ​回路​で​モーター​を​回転​さ​せ​ながら​電流​や​電圧、​ホール​信号​を​測定​し​て​いる​が、​全て​波形​を​表示​し​て、​その​波形​から、​電流​電圧​の​平均​値​や​実効​値、​最大​値​など​を​算出​し​て​いる。​簡単​に、​波形​表示​システム​を​作れる​の​が​LabVIEW​の​魅力​で​あり、​技術​者​なら​波形​を​見る​こと​で​良否​を​判別​できる。

 

ホール​信号​の​測定​では、​波形​の​DUTY​や​H、​L​電圧​など​も​波形​から​切り出し​て​自動​ポインティング​し​て​値​を​表示​し​て​いる。 また、​惰性​回転​による​ホール​信号​測定​により、​プルアップ​抵抗​を​切り替え​て​測定​が​できる​ため、​ホール​IC​の​漏れ​電流​など​の​不良​判定​に​有効​で​ある。

 

(3)​絶縁​性能​試験 
 絶縁​性能​試験​は、​検査​装置​側​と​モーター​を​リレー​で​切り離し​て​から、​絶縁​試験​電圧​を​印加​する​システム​で​あり、​絶縁​耐圧​試験​機​を​GPIB​で​制御​し​て、​試験​条件​を​設定​し​て​試験​し​て​いる。

 

 絶縁​性能​試験​を​試験​する​とき​は、​試験​する​高​電圧​から​検査​装置​や​ドライブ​回路​を​守る​ため、​リレー​で​切り離し​て​おく​必要​が​ある​が、​そのため​に​100​個​近い​リレー​を​使​って​いる。
 その​リレー​の​制御​に​は、 PCI-6509​という​DIO​ボード を​使用​し​て​いる。​PCI-6509​は、​96pin​の​入力​出力​の​制御​機能​が​ある​ため、​この​ボード​1​枚​で​1​0​0​個​近い​リレー​を​制御​できる。​また、​多く​の​リレー​が​ある​と、​故障​が​発生​し​て​も​故障​箇所​を​発見​する​こと​は​容易​では​ない​ので、​個々​の​リレー​が​故障​し​てい​ない​か​を​自動​で​チェック​する​プログラム​も LabVIEW8.5 で​製作​し​て​いる。

 

リレー​が​正常​に​動作​する​か​どうか​は、​個々​の​リレー​を​順番​に、​ON​し​て​電流​が​流れる​か、
​OFF​し​て​電流​が​流れ​ない​か​で​判定​する​が、​この​試験​が​出来る​よう​な​回路​構成​に​最初​から​設計​し​て​ある。>

 

 絶縁​耐圧​試験​機​や​ミリ​オーム​テスター​など​は、​PCIe-​GPIB を​使​って​GPIB​で​制御​し​て​いる。​GPIB​の​プログラム​は、​測定​器​メーカー​の​VI​も​あり​簡単​に​動作​させる​こと​が​でき​た。

 

(4)​データ​の​保存
 測定​した​データ​は、​機種名と日付を元に自動的にデータファイルが作成され、​CSV​形式​の​ファイル​で​自動的​に​保存​さ​れる。​また、​バーコード​リーダー​による​バーコード​から​の​読み​も​可能​で​ある。

 

 測定​データ​は、​フォルダ​の​作成​から​ファイル​の​作成​まで​完全​に​自動​で​記録​保存​さ​れる​ため、​作業​者​が​データ​保存​を​意識​する​こと​は​ない。

 

(5)​マニュアル​測定 
 製造​ライン​で​不良​品​が​発見​さ​れ​た​場合、​原因​を​調査​する​必要​が​ある。​その​とき​に、​個別に​個々​の​マニュアル​検査​が​出来​れ​ば​解析​に​役立つ​こと​から、​自動​検査​以外​に​マニュアル​検査​を​標準​装備​し​て​いる。​自在​に​モーター​を​止め​たり​動​か​した​り​し​ながら、​不具合​箇所​の​解析​を​行​なえる。

 


​※​元​開発​部​で​モーター​の​設計​を​し​てい​た​立場​から、​欲しい​機能​を​盛り​込​ん​だ​つもり​で​ある。​開発部で使用すれば、​設計​評価​の​効率​化​に​つながる。

 

(6)​多​機種​へ​の​対応​として、​SPEC​ファイル​を​設け​て、​個々​の​機種​の​測定​条件​や​検査​項目、​規格​値​など​を 
 機種​毎​の​ファイル​で​保存​する​こと​が​できる。​保存​できる​ファイル​数​は​無制限​で、​同じ​機種​を​毎日​生産​する​場合​に​は​プログラム​起動​時に​自動的​に​セット​さ​れる​ので、​作業​者​は、​メイン​プログラム​を​立ち​上げる​だけ​で、​使用​準備​が​できる。 機種​切替​時に​も​SPEC​ファイル​を​読み込む​だけ​で​セッティング​が​完了​する。

 

(7)​不慣れ​な​作業​者​でも​簡単​に​操作​できる​操作性​と​開発​部隊​でも​使用​できる​複雑​な​汎用​性​を​兼​ね​そ​ろ​え​た​システム​に​な​って​いる。

 

【後記】

 今回​の​システム​開発​における​最も​重要​な​要素​は、​LabVIEW という​開発​システム​で​あり、​LaBVIEW​なく​し​て、​これだけ複雑なシステムプログラムを短期間に一人で開発することは出来なかった。​そして、​LabVIEW​で​確実​に​動作​する​NI​の​ボード​群​が​あっ​て​こそ​出来​た​システム​で​ある。

 

 私​は​元々、​電子​回路​の​ハード​技術​者​で​あり、​C​言語​など​の​テキスト​プログラム​は​全く​理解​出来​ない​が、​回路​図​を​理解​作成​できる​技術​が​あり、​LabVIEW​は​回路​図​の​よう​に​プログラム​を​作成​できる​ので、​電子​回路​技術​者​にとって​理解​し​やすい​開発​システム​で​ある。

 

 最近​の​システム​は、​ハード​ウエア​と​ソフトウエア​を​うまく​組み合わせ​て​システム​化​する​必要​が​ある​が、​目的​によって​ハード​で​行なう​か​ソフト​で​行なう​か、​どちら​に​する​か​で​性能​や​コスト​が​大​きく​異​な​って​くる。​一人​の​エンジニア​が​両方​を​受け持つ​こと​が​でき​れ​ば​最適​の​システム​設計​が​出来る。​また、​トラブル​が​発生​した​場合​など​でも、​ハード​と​ソフト​で​設計​者​が​同じ​で​あれ​ば、​問題​解決​が​容易​で​ある。

 

 ただし、​ソフトウエア​を​専門​に​習得​した​エンジニア​が、​電子​回路​の​ハード​ウエア​設計​に​進む​こと​は​容易​では​ない​が、​電子​回路​設計​を​習得​した​エンジニア​が、​ソフトウエア​の​習得​に​取り組む​の​に​LabVIEW​は、​回路​図​的​な​ビジュアル​設計​が​可能​で​理解​し​や​すく​最適​な​開発​システム​で​ある。​私​の​理想​は、​システム​を​ほぼ​一人​で​全て​設計​できる​マルチ​エンジニア​で​ある。​それに​は​まず、​アナログ​電子​回路​技術​者​となり、​同時​又は​その後 LabVIEW​を​習得​する​という​道​を​推奨​する​もの​で​ある。

1. ​ ​システム​構成 ​
2. ​ ​ソリューション - 誘​起​電圧​の​測定 ​
3-1. ​ ​ソリューション - モーター​が​正常​に​回転​する​か​の​検査 ​
3-2. ​ ソリューション - モーター​が​正常​に​回転​する​か​の​検査 ​
4-1. ​ ​ソリューション - 絶縁​性能​試験 ​
4-2. ​ ​ソリューション - 絶縁​性能​試験 ​
5. ​ ​ソリューション - データ​の​記録 ​
6. ​ ​ソリューション - 製造​ライン​で​の​不具合​発生​時​における​問題​解決 ​
7. ​ ​ソリューション - 様々​な​機種​へ​の​対応 ​
8. ​ ​ソリューション - 不慣れ​な​作業​者​でも​使用​可能​な​操作性 ​