精密光学加工機器メーカーのOptiPro Systemsでは、顧客から加工した製品を工程内で自動測定できるソリューションへのニーズが高まっていました。 そこで採用したのが、ユニバーサルロボットのUR3協働ロボットを搭載したNew Scale Roboticsの小型部品測定用アプリケーションキット「Q-Span Workstation」です。
米国ニューヨーク州北部に拠点を置くOptiPro Systemsは、1980年代後半から光学業界向けの精密研削、研磨、計測機器を開発してきました。近年では、個々の機械だけでなく、製造工程全体をカバーする一貫したソリューションを求める顧客が増えています。
「機械や装置を個別に導入するのではなく、素材の測定から加工、最終製品の完成まで、一連の工程を担うセルとして提供することが求められるようになっています」と、OptiPro Systemsの計測コーディネーターDavid Mohring氏は説明します。
OptiProの顧客の多くは、全数検査が求められる医療・防衛分野向けの部品を製造しているため、品質管理は特に重要な要素となっています。
OptiPro Systemsではすでに、ユニバーサルロボットの協働ロボットを社内に導入し、研削盤や三次元測定機（CMM）を使った自動化の試作に取り組んでいました。New Scale RoboticsがQ-Span Workstationを発表したことで、同社は工程内測定の自動化に新たな可能性を見いだしました。
「すでに使い慣れていた協働ロボットを活用して、安全で使いやすい工程内測定ソリューションを提供できる絶好の機会だと考えました」と、OptiPro Systemsの光学製造スーパーバイザーKyle Wood氏は語ります。
Q-Span Workstationは、UR協働ロボットとのシームレスな連携が検証・認定されたUR+アプリケーションキットです。OptiProでは、コンパクトなUR3協働ロボットを採用しています。キットには、ロボット用グリッパー、測定用キャリパー、サンプル部品や各種アクセサリーのほか、工場内を容易に移動できるワークステーションカートが含まれています。
現在OptiProでは、研削盤、研磨機、計測ステーションを組み合わせた一貫加工セルの一部としてQ-Span Workstationを提供しています。研削盤から部品が出てくると、Q-Span Workstationがその場で測定し、合否を判定します。合格した部品は、さらに詳細な測定を行うため三次元測定機へ送られます。
Kyle Wood, Optics Fabrication Supervisorすでに使い慣れていた協働ロボットを活用して、安全で使いやすい工程内測定ソリューションを提供できる絶好の機会だと考えました」
「工程の途中で測定することで、問題をすぐに発見できます。後工程の検査で不良が判明するまで部品を作り続けることがなくなり、スクラップの削減にもつながります」とMohring氏は説明します。
OptiPro SystemsのメカニカルエンジニアMike Cahill氏は、Q-Span Workstationを活用したOptiSonic研削盤でのガラスシリンダーの測定について説明します。ガラスシリンダーは、超音波振動を利用したコアドリルによってガラス素材から加工されます。
「OptiSonic技術によって工具寿命を大幅に延ばすことができますが、研削を続けるうちにダイヤモンド工具は徐々に摩耗するため、加工後のワーク寸法にも変化が生じます」とCahill氏は説明します。
「Q-Span Workstationで各シリンダーの厚さを加工直後に自動測定することで、許容範囲を外れた部品をすぐに検出できます。その結果に応じて、ドリルや送り速度を調整し、不良品が作られ続けるのを防ぐことができます」
工程内で不良を早期に発見できることで、高価な材料のスクラップ削減にもつながります。Kyle Wood氏は、その効果について次のように説明します。
「当社のお客様の中には、重量あたりの価値が金を上回るゲルマニウムを使用している企業もあります。スクラップを減らすことで、数千ドル規模のコスト削減が可能になります」
さらにWood氏は、Q-Span Workstationによる繊細な部品の取り扱いもメリットとして挙げています。
「協働ロボットを使用することで、壊れやすい材料を手作業で扱う際に発生する破損や、鋭利なエッジの欠けなどを防ぐことができます。Q-Span Workstationなら無人運転が可能で、ロットサイズが大きい場合でも数千個の部品を連続して処理できます」
Q-Span Workstationが1サイクルで行う作業を、人が行う場合には6つの工程が必要です。自動化することで作業者によるばらつきも抑え、安定した測定を実現できます。
「さらに、グリッパーを交換することなく、さまざまな部品を測定できます。そのため、ある製品から別の製品へ素早く切り替えることができます」とWood氏は語ります。
「Q-Span Workstationは、工場に持ち込んでから数時間以内に部品の測定を開始できます。システムインテグレーターに依頼したり、専用治具を備えたロボットの立ち上げに長い時間をかけたりする必要がありません」
New Scale RoboticsのQuinlivan氏は、Q-Span WorkstationにUR3協働ロボットを採用した理由について説明します。
「UR3はコンパクトで、オープンなプラットフォームを備えています。また、当社のシステムとロボットを連携させるURCapを開発できることも大きなメリットです」
これにより、ユーザーはUR3eのティーチペンダントからアプリケーション全体を直接プログラミングでき、測定結果を顧客のデータベースへ直接送信することも可能です。
OptiPro Systemsではこれまで、さまざまなロボットを使用してきました。Mohring氏は「UR協働ロボットは操作が簡単で、人と協働できるため、既存のワークセルにも導入しやすいのが特長です。他のロボットのように、複雑な操作方法やプログラミングを習得するために多くの時間を費やす必要がありません」と語ります。
また、UR3eは人と同じ作業スペースで使用できるため、既存のワークフローにも柔軟に組み込めます。
「協働ロボットには安全機能が備わっているため、従来型の産業用ロボットのように大掛かりな安全柵やレーザーセンサーを追加することなく、柔軟な自動化を実現できます。Q-Span Workstationは機械間の移動も容易で、基本的な3軸加工機から6軸同時研削機、研磨機まで、さまざまな設備に柔軟に展開できます」
Q-Span Workstationは、研削工程中に部品を測定し、合格品と不合格品に自動で仕分けることで、計測ラボのボトルネック解消にも貢献します。
「製造工程の早い段階で規格外の部品を検出し、計測ラボの三次元測定機（CMM）へ送らないようにすることで、お客様は時間とコストを大幅に削減できます」とMohring氏は説明します。
Q-Span Workstationによる工程内測定に合格した部品だけが、詳細な寸法検査を行うため三次元測定機へ送られます。
「光学製造では、研削、研磨、計測といった複数の工程を1つのワークセル内にまとめることがよくあります」とMohring氏は説明します。
「それぞれの機械に作業者を配置する必要がなくなれば、大幅なコスト削減につながります。特に新型コロナウイルス感染症の流行によって工場内の人員が制限された状況では、多くの作業者が近距離で一緒に作業する必要がないことも、お客様にとって大きなメリットとなりました」
OptiPro Systemsでは、ターンキーソリューションの一部としてQ-Span Workstationをラインアップに加えたことで、今後の自動化プロジェクトに向けた新たなアイデアが生まれています。
「UR協働ロボットを活用することで、既存の生産工程にも将来の生産設備にも、新たなイノベーションを取り入れられるという自信につながりました。こうした柔軟な自動化は、今後ますます重要になっていくと考えています」とKyle Wood氏は語ります。
数千の企業が協働ロボットを活用しています...
