[技術ヒント]
レーザー加工装置——マーキング、切断、穴あけ、トリミング——では通常、入力から出力までのトリガー経路が 100 µs以内に応答することが求められます。私たちは QEC-M-02 を実際に配線し、そのローカル絶縁 I/O が実際に何を実現できるのかを測定しました。
結果は次のとおりです：
QEC-M-02 ローカル 24 V 絶縁 I/O、DO→DI ループバック（実測、約 25 °C、軽負荷）：立ち上がりエッジ（0→1）：67.3 – 80.7 µs · 立ち下がりエッジ（1→0）：90.9 – 94.2 µs。観測されたタイミングのばらつき（最大−最小）：13.4 µs（0→1）／3.3 µs（1→0）。
レポートはこちらからダウンロードできます： 202512_M02_DIO_0-1_Ans_v1r1.pdf
両エッジとも実測で 100 µs 未満——使用したのは 86Duino Coding IDE のシンプルなスケッチと、オンボードの絶縁 I/O だけです。専用のトリガーハードウェアも、特別なファームウェアも不要です。
1. なぜこれがレーザー機で重要なのか
レーザー機における典型的な高速ループ： photoelectric sensor / encoder mark → DI → application logic → DO → laser gate or shutter driver。ステージ速度が1m/sの場合、100µsの遅延は約 100 µs の移動に相当します。この遅延のわずかな変動も、キャリブレーションで補正できない位置決め誤差となります。
リモートフィールドバスI/Oの場合、このループは双方向でバスサイクルを経由する必要があります。従来の周期的な構成（250µs～1msの更新）では、入力・ロジック・出力の往復時間は通常100µsの目標値をはるかに超えます。これはプロトコルの制限によるものではなく、単に経路がバスを2回横断するためです。EtherCATは、同期動作と分散I/Oにとって最適なバックボーンであり続けています。 QEC-M-02のアプローチは、サイクルを待てないループをローカルに保持 することです。16個のDI/16個のDO絶縁チャンネルは、Vortex86EX2 CPUによって直接駆動され、このコントローラの他のすべてと同様に、86Duino Coding IDEで setup() と loop() をプログラムします。
Sensor / Encoder Mark ──► Local DI (X00) ──► QEC-M-02 logic ──► Local DO (Y00) ──► Laser Gate QEC-M-02 ──── EtherCAT ──── Servo Drives ──── Stage / Feeding Axis
1 台のコントローラーで 2 つの役割を——独立した高速トリガーボックスは不要です。（本記事の測定は、ローカル I/O 経路そのものの特性を示すものです。ご自身のアプリケーション負荷のもとでタイミングを検証する方法については、第 3 節をご覧ください。）
2. どのように測定したか
24 V フィールド側で、ローカル DO（Y00）をローカル DI（X00）へループバックさせました。これにより、1 回の測定で完全な経路——DO の切り替え + 配線 + DI のしきい値通過 + ソフトウェアによる検出——を網羅できます。タイミングには CPU のタイムスタンプカウンタ（533 MHz で 1 tick ≈ 1.875 ns）を用い、Tektronix TDS2012C オシロスコープで相互検証しました。
簡略化したタイミングループの抜粋（ベンチマーク用途のみ——製品版では、タイムアウトを追加し、すべての終了経路で割り込みを復元すべきです）：
io_DisableINT(); // suppress software jitter uint64_t t0 = timer_GetClocks64(); writeDO(Y00, HIGH); // 0 -> 1 rising edge while (readDI(X00) == 0); // busy-wait for loopback uint64_t t1 = timer_GetClocks64(); io_EnableINT(); double delay_us = (double)(t1 - t0) / 533.0;
| Transition | Minimum | Maximum | Observed spread |
|---|---|---|---|
| 0→1 (rising) | 67.3 µs | 80.7 µs | 13.4 µs |
| 1→0 (falling) | 90.9 µs | 94.2 µs | 3.3 µs |
2.1 データシートの数値について
QEC-M-02 のデータシートでは、デジタル出力を導通 （turn-on）0.25 ms／遮断（turn-off）20 µsと規定しており、これは満負荷 500 mA での定格です。上記の測定は軽負荷——DO が DI 入力のみを駆動する数十 mA——で行いました。これは、レーザーコントローラーのロジックレベルのゲート入力を駆動する際の典型的な条件でもあります。PhotoMOS 出力段は軽負荷では導通がはるかに速く（遮断はやや遅く）なり、測定結果はまさにそれを示しています。どちらの数値もそれぞれの条件下で正しいものです。 データシートは保証仕様であり続け、本記事の値は記載した試験条件下での実測挙動です。 設計において応答時間が重要な場合は、DO の負荷を軽く保ち——重い負荷は直接駆動せずバッファを介してください。
3. ご自身のベンチで試す
このテストは意図的に再現しやすく設計されています：24 V 端子台で Y00 から X00 へジャンパー 1 本を渡し、86Duino Coding IDE で前述のタイミングループを走らせるだけです。私たちのベンチマークでは、クリーンなベースラインを確立するためにタイミングループを単独で実行しました。同じスケッチは、お客様の EtherCAT ネットワークやアプリケーションロジックと並行してそのまま動作するため、実際のワークロードのもとで分布を測定できます——それがお客様の機械にとって本当に重要な数字です。完全なテストスケッチは当社チームより提供いたします。
なお、ここに示した数字はループのうちコントローラーが占める分です。システム全体では、これにセンサーの応答時間とレーザーコントローラーの入力段が加わります。もう一つ安全上の注意点として、標準のデジタル出力 はプロセストリガー専用です ——レーザーの安全インターロック、非常停止、その他の安全定格機能は、汎用 I/O ではなく、認証された安全機器に担わせてください。
お客様のプロセスに適合するか確認したいですか？
テストスケッチや評価機については info@icop.com.tw までご連絡ください ——当社の FAE は、レーザー用途向けに「センサー → DI」および「DO → レーザーゲート」の配線を日常的にレビューしています。
私たちは、よりスマートで迅速な統合を実現するため、堅牢で革新的な EtherCAT オートメーションプラットフォームを提供し続けます。ご質問やサポートが必要な場合は info@icop.com.tw、お近くの ICOP Branch、または 世界各国の正規代理店.