オハイオ州のT&W Stampingは、金属加工工程のなかでも特に人手を必要とする、抵抗溶接機へのワーク供給を自動化したいと考えていました。
しかし、抵抗溶接機から発生する電磁パルス（EMP）がロボットのサーボモーターに影響を与える可能性があり、自動化が難しい工程でした。
そこで同社はUR5協働ロボットを導入。課題を解決するとともに、生産効率を40％向上させ、3人分の作業を削減しました。さらに、4か月未満で投資を回収しています。
「協働ロボットで抵抗溶接機のマシンテンディングを自動化する。私たちが知る限り、当時は業界でも前例のない取り組みでした」と、ユニバーサルロボット認定システムインテグレーター、Crum ManufacturingのAutomation Director、Juan Rodriguez氏は語ります。
同社が自動化を支援したのが、オハイオ州ヤングスタウンに拠点を置くT&W Stampingです。大型トラック市場を中心に部品を供給する受託メーカーで、新たな生産案件に対応するため、信頼性の高い自動化ソリューションを必要としていました。
「大手顧客から、パワートレイン用ブラケットの生産を受注したばかりでした」と、Executive Vice President and General ManagerのCraig Sivak氏は語ります。
「生産量は年間約4万個と、それほど多くありません。しかし、1部品につき8個の溶接ナットを取り付けるため、手作業では年間32万か所もの溶接に対応する必要がありました」
そこでSivak氏らは、協働ロボットでこの工程を自動化できないか検討を始めました。
「協働ロボットなら、内蔵された安全機能を活用することで、大がかりな安全柵を追加せずに運用できます。そのため、既存の生産レイアウトを維持できると考えました」とSivak氏は説明します。
大型の産業用ロボットを抵抗溶接工程に使用することは珍しくありません。一方、小型の協働ロボットで同じ工程を自動化するには、特有の課題がありました。
Rodriguez氏によると、抵抗溶接機は周囲の電子機器に影響を与える可能性がある電磁パルス（EMP）を発生させます。
大型の産業用ロボットでは、Cクランプ型の大型ツールなどを使用することで、ロボット本体を溶接位置から離して配置できます。
一方、既存設備の限られたスペースに設置する小型の協働ロボットでは、溶接位置との距離が近くなるため、電磁パルスへの対応が大きな課題となりました。
Craig Sivak, Executive Vice President & General Manager, T&W StampingUR協働ロボットを導入する最大のメリットは、安定した品質を維持できることです。常に確実に作業をこなしてくれます」
Crum Manufacturingは、ロボットを接地するとともに、専用のエンドエフェクターに非金属材料を組み込むことで、電磁パルスの影響を抑える方法を考案しました。
これにより、UR協働ロボットを溶接位置から適切な距離に保ち、難易度の高い抵抗溶接工程への導入を実現しました。
T&W Stampingにとって、協働ロボットで抵抗溶接工程を自動化できたことだけがメリットではありませんでした。導入コストも想定を下回っていました。
「エンジニアからユニバーサルロボットの最初の見積もりを受け取ったとき、その価格に驚きました」とSivak氏は語ります。
「大型の産業用ロボットでは10万ドルを超えるものもあります。そのため、もっと高額になると予想していました」
T&W Stampingは、溶接機へ部品を供給するために8つの専用治具を導入する場合と比べ、約30％低いコストでUR5を活用した自動化セルを構築できました。
さらに、これまで工程を担当していた3人分の作業を自動化。従業員をより付加価値の高い業務へ配置できるようになりました。
投資対効果を算出したSivak氏は、「従来と比べて、生産効率は約40％向上しています」と語ります。
「専用治具が不要になったことによるコスト削減に加え、必要なオペレーター数を減らしたことで、人件費や福利厚生費も削減できました。これらを含めると、投資回収期間は4か月未満でした」
「UR協働ロボット自体が部品を保持する治具の役割を果たすため、決められた位置で正確に部品を把持できます」とSivak氏は説明します。
「UR協働ロボットが部品を把持すると、それぞれの穴がどこにあるのかを正確に把握できます」
部品のピッキングには、コンベヤ上部に設置されたCognexのビジョンカメラを使用しています。その情報をもとに、UR5が部品を2台の抵抗溶接機へ順番に搬送します。
まず、振動式ナットフィーダーから供給された溶接ナットを部品にセットし、1台目の抵抗溶接機で4か所を溶接します。
その後、UR5がブラケットの向きを変えて2台目の抵抗溶接機へ搬送し、残り4か所の溶接を行います。
一連の工程のサイクルタイムは52秒です。溶接完了後、UR5は部品を搬出コンベヤ上に設置された2台目のCognexビジョンカメラへ搬送します。
ここで、8個すべての溶接ナットが取り付けられていること、位置が正しいこと、さらに各ナットのねじ山が正常であることを確認します。
T&W Stampingでは、週5日、1日8時間のシフトで生産を行っています。UR5は通常、能力の約60％で稼働しており、導入から2年以上にわたって安定した運用を続けています。
「UR協働ロボットを導入するメリットは、安定した品質を維持できることです。常に確実に作業をこなしてくれます」とSivak氏は語ります。
「これまで生産上の問題やダウンタイムは発生していません。ロボットがなければ、このセルには4人のオペレーターが必要で、8つの治具を使って溶接ナットを取り付けなければなりません」
UR5の導入により、現在ではセルの運用に必要なオペレーターは1人になりました。
担当するオペレーターには、それまでロボットを扱った経験がありませんでした。しかし、UR5の操作とプログラミングに関する3日間のトレーニングを受講し、現在では協働ロボットの運用と製品検査を担当しています。
T&W Stamping向けのロボットセル開発は、Juan Rodriguez氏が「大きな成功」と評価する成果となりました。
「これらの抵抗溶接機は30年以上前の設備です。それを最新の協働ロボット技術と連携させる方法を確立できたことは、私たちにとってもT&W Stampingにとっても大きな成果です」とRodriguez氏は語ります。
「今後、ユニバーサルロボットと抵抗溶接機をはじめとする溶接設備との連携は、さらに広がっていくと確信しています」
T&W Stampingでは、協働ロボットを活用できる新たな工程の検討も始めています。
その一つが、抵抗溶接した部品を使用するオイルパンの製造です。
「部品のサイズや形状のため、抵抗溶接機による自動化が非常に難しい工程です」とSivak氏は語ります。そこで同社は、新たにMIG溶接による自動化を検討しています。
「UR協働ロボットで部品を保持し、溶接トーチを部品に当ててMIG溶接を行うことを考えています」とSivak氏は説明します。
「現在のシステムではUR5が部品を溶接機へ搬送していますが、次のシステムでは協働ロボット自体が溶接作業を行います。私たちにとって新たな自動化への挑戦になります」
数千の企業が協働ロボットを活用しています...
