ミッションクリティカルな検査には、協働ロボットを活用しましょう

　「オペレータが1日で何千ものパーツを検査しなければならない場合、時折、不具合を見逃してしまうこともあります。しかし、ロボットにはそのようなことは起こりえません。」アメリカのアリゾナ州にあるZippertubing社のオペレーションマネージャのTim Mead氏は、ニューヨークタイムズ紙のインタビューで、ホース、パイプ、ケーブルの周囲にサーマルラップを巻きつけるスナップセットマシンのテンディングを行う同社のUR5ロボットについて上記のように述べました。25秒のサイクルは、UR5がスナップが正しく取り付けられているかを検査するビジョンカメラに完成品を見せて終了します。UR5は、検査結果に応じてその完成品を「良品」または「不良品」のどちらかに分類するよう指示されています。

　「UR5ロボット導入がもたらした最大のメリットは、製品の品質が大きく向上したことです。導入から8か月経ちますが、返品もいくつかあった状態から生産パーツの不具合ゼロを実現できました。」とMead氏は述べています。彼はまた、「ロボット単独で、手動のオペレーションと比較して300%の作業をこなせます。」とも述べ、UR5がこの反復作業を担当する従業員の雇用というZippertubing社の抱える難しい課題も解決してくれたと付け加えました。「現在ロボットが行っている作業をすべて人が行うには、3人必要でした。この協働ロボットは当社の生産能力を大きく向上させてくれました。」

アリゾナ州にある同社は、同社にとって初めて導入したUR5を、あらかじめカットされたファブリック素材をピックアップし、5つのオス型スナップが挿入されたスナップセットマシンを経由して5つのメス型スナップが追加された2つ目のマシンへと移動するようプログラムして使用しています。

ロボットをセルの「脳」にする

　UR5とビジョンカメラを連携させることは、はじめは困難な作業のように思えました。「最も難しかったのは、どのようにロボットをカメラと通信させるか、そして誰がそれを担当するか、ということでした。」とオペレーションマネージャは述べています。「私たちはユニバーサルロボットについて学び、それを当社の本質的なPLCとすることができました。ロボットは、すべてのコマンドを送信し、すべてのフィードバックを受け取る『脳』です。」このロボットが行うのは、カメラからのフィードバックを探すという単純な作業です。それが見つからない場合は不具合があるということであり、フィードバックがあれば問題がないということです。その結果に応じて分類していきます。

オス型スナップとメス型スナップが挿入された後、UR5は品質検査のためにビジョンカメラの下にファブリックを配置し、「良品」と「不良品」のどちらかに分類します。

　「ユニバーサルロボットのUR5を選択したのには、いくつかの理由があります。」と、Zippertubing社のエンジニアリングマネージャ、Matt Hesselbacher氏は述べています。「簡単なデモの後、これが自分たち自身で統合できる協働ロボットであるとすぐにわかりました。扱う製品も毎月代わっていくので、汎用性も必要でした。」とHesselbacher氏は述べています。「そして、いつも通り、何よりも大切なのは安全性です。オペレータたちはロボットの周りで作業し、原料を供給し、完成部品を取り除く作業を行うことになるのですから。」

Zippertubing社では、人が動作範囲に入るとすぐにロボットの速度を低下させるエリアスキャナを設置しています。

　Zippertubing社の検査作業における協働ロボットの導入成功は、決して珍しい事例ではありません。より多くのメーカーが、正確な工程とあらかじめ決められたワークフローを一貫してかつ反復的にほとんど逸脱することなくこなすことを協働ロボットに求めるようになり、研究・分析には最適な条件が整いつつあります。

検査ロボット

　Comprehensive Logistics社は、アセンブリラインに100％品質を求めている企業の一つです。オハイオ州ヤングスタウンにある同社のアセンブリラインでは、エンジンパーツがコンベヤ上を各ステーション60秒のタクトタイムで時計仕掛けのような正確さで回っています「これはペースの速いラインです。すべてを期日通りに、正しい順番で行うことを大切にしています。」とComprehensive Logistics社のマーケティングディレクタ、Gary Bobalik氏は述べています。同社は北米最大の自動車企業2社を顧客とし、オペレーティングサスペンション、パワートレイン、インテリアコンポーネントのサブアセンブリラインのオペレーションを担当する大手物流および受託製造業者です。

アメリカ、オハイオ州のComprehensive Logistics社では、クレードルサブアセンブリを検査するアセンブリラインで働くスタッフのすぐ横でUR10が作業をしています。 

　このラインでは、エラーは致命的です。エンジンクレードルのサブアセンブリラインはラインの最後に位置するため、Comprehensive Logistics社は重要なステアリングギアのワイヤーハーネスコネクタを含む各サブアセンブリが所定位置にロックされていることを確認する必要があります。Comprehensive Logistics社の付加価値アセンブリ管理者、Mike O’Keefe氏は述べています。「断続的にゆるみがあったり、接続されていても所定の位置にロックされていなかったりすると、パワーステアリングが一時的に、または全く効かないという深刻度レベル8の問題が発生する可能性があります。これは命に係わる故障モードであり、クリップは100%の確度で所定位置にしっかりとロックされていなければなりません。」このような課題は他のメーカーでも同じで、O’Keefe氏は次のように述べています。「業界全体において手動での検査の有効性は80%程度しかなく、私たちは自動化されたシステムによる再現性のある品質検査を求めていました。」

ステアリングギアワイヤーハーネスのプラグインが正確にアセンブリされているかどうかの検査はミッションクリティカルです。コネクタが所定位置にロックされていないことで断続的にゆるみがあると、パワーステアリングが効かないという深刻度レベル8の問題が発生する可能性があります。これは命に係わる故障モードです。

必要な位置に動かせない固定されたカメラシステム

　この工程はComprehensive Logistics社の悩みの種となっていましたが、同社の既存の固定されたマルチカメラシステムではカメラを必要な位置に動かせず、同社が求める再現性も実現できませんでした。再現性の要件を満たさなかったプローブスタイルのロボットも実際に試してみたO’Keefe氏は述べています。「このカメラシステムで収集したデータには、必要のない画像も含まれてしまっていました。」

　同社は代替手段を探し始めましたが、その作業は困難を極めました。そのソリューションはComprehensive Logistics社のアップタイム要件を満たし、シンプルで使いやすく、ラインの工程やスタッフと融合させやすいものでなければならないからです。O’Keefe氏は述べています。「安全上の問題を引き起こすリスクがないものを探す必要がありました。ユニバーサルロボットに出会った時、この費用対効果が高く軽量のロボットなら、ビジョンカメラを必要な位置に安全に、何度でも移動させることができるとすぐにわかりました。ユニバーサルロボットの巧みな技術があってこそ、カメラのミッションクリティカルポイントへの配置、そして100%の再現性を実現できるのです。」

UR10に搭載されたカメラで撮影された画像はすぐに処理され、検査結果がコボットの隣の画面に表示されます。

　ビジョンカメラを搭載した天井取り付け型UR10ロボットは、検査ポイント間を素早く移動し、各接続部が「ホーム」ポジションに格納される前に写真を撮り次のアセンブリの検査に備えます。ラインでは、検査ポイントが11のディーゼルモーター版と検査ポイントが9つのガスモーター版の2種類のエンジンクレードルアセンブリが行われています。URロボットに搭載されたソフトウェアがライン全体を通してビルドを追跡し、どちらの検査が必要なのかをロボットに知らせます。撮影された画像はすぐにロボットの隣の画面に表示され、2つ目の画面には完了した検査ポイントと合格／不合格を表す緑／赤のチェックマークが示されたエンジンクレードルのダイアグラムが表示されます。

　当初、投資の回収期間を7か月と見込んでいたComprehensive Logistics社のO’Keefe氏は、今では4か月程度で回収できると考えているといいます。誰も仕事を失うことなく削減できたこの費用を、同社はまた事業に投資できるのです。

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