ライス。3. 左側のキャビネットに収納された一体型のカップフィード式クイックチェンジツールは、機器の向きと分離を制御します（機器の適切な位置合わせと調整を確保します）。右側のキャビネットには、様々なアンビルとシャトルが収納されています。
ヘーガー・ノースアメリカのセールス＆サービスマネージャーであるロン・ボッグス氏は、2021年のパンデミックからの回復期に、メーカーから同様の電話を受け続けている。
「『留め具が足りない』と何度も言われました」とボッグス氏は言う。「結局、人員不足が原因だったことが判明しました」。工場では、新しい従業員を雇う際に、経験もスキルも浅い人を機械の前に立たせて機器を取り付けさせることが多い。留め具を見逃したり、間違った留め具を入れたりすることもある。顧客が戻ってきて、最終的に設定を確定させるのだ。
大まかに言えば、ハードウェアの挿入はロボット工学の成熟した応用分野と言えるでしょう。最終的には、タレット、部品の取り出し、さらにはロボットによる曲げ加工まで含めた、パンチングと成形の完全自動化が工場に導入される可能性があります。これらの技術はすべて、手作業による設置作業の大部分を担うことになります。これらを踏まえ、ロボットを機械の前に配置して機器を設置するというアイデアはいかがでしょうか。
ボッグス氏は過去20年間、ロボット挿入装置を導入している多くの工場と協働してきました。最近では、ヘーガー社のチーフエンジニアであるサンダー・ファン・デ・ボー氏を含むチームと共に、コボットを挿入工程に容易に統合するための取り組みを進めています（図1参照）。
しかし、ボッグス氏とヴァンダーボーズ氏は共に、ロボット工学のみに焦点を当てると、ハードウェアの挿入というより大きな問題を見落としてしまうことがあると強調しています。信頼性が高く、自動化され、柔軟な設置作業には、プロセスの一貫性と柔軟性など、多くの構成要素が必要です。
老人はひどい死に方をした。この格言は機械式パンチプレスによく当てはまるが、手動送り装置を備えたプレスにも当てはまる。主にそのシンプルさゆえだ。オペレーターは、ファスナーと部品をプレス機に挿入する前に、下部支持台に位置決めする。ペダルを踏むと、ピアサーが下降し、ワークに接触して圧力をかけ、装置を挿入する。実にシンプルな仕組みだ。もちろん、何か問題が起きるまでは。
「オペレーターが注意を払っていないと、実際に圧力をかけなくてもツールが落下してワークピースに接触してしまいます」とファン・デ・ボー氏は語る。一体なぜそうなるのだろうか？「旧型の機械には誤ってフィードバック機能がなかったため、オペレーターはそれに気づかなかったのです」。オペレーターはサイクル全体を通してペダルから足を離すことができず、その結果、プレス機の安全システムが作動してしまう可能性があった。「上部のツールには6ボルト、下部のツールは接地されており、プレス機は圧力をかける前に導電性を検知する必要があります」
古いインサートプレスには、いわゆる「トン数ウィンドウ」、つまり機器が正しく挿入できる圧力の範囲がありません。現代のプレスでは、この圧力が低すぎる、あるいは高すぎると感じることがあります。ボッグス氏によると、古いプレスにはトン数ウィンドウがないため、オペレーターはバルブを調整して圧力を調整することで問題を解決することがあります。「調整する人によって圧力が高すぎる場合もあれば、低すぎる場合もあります」とボッグス氏は言います。「手動調整によって、多くの柔軟性が生まれます。圧力が低すぎる場合は、ハードウェアの取り付けが間違っています。」「過度の圧力は、部品やファスナー自体を変形させる可能性があります。」
「古い機械にはメーターも付いていませんでした」とヴァン・デ・ブール氏は付け加えます。「そのため、作業者が留め具を紛失する可能性もありました。」
手作業でハードウェアを挿入するのは簡単そうに見えますが、その工程を修復するのは困難です。さらに悪いことに、ハードウェア作業はバリューチェーンの後半、つまり隙間を埋めて成形した後に行われることが多いのです。設備のトラブルは、粉体塗装や組み立てに大きな損害をもたらす可能性があります。これは、誠実で勤勉な作業員が犯す小さなミスが、大きな頭痛の種となることがよくあるからです。
図1. 協働ロボットは、プレス機に装置を挿入することで部品を運びます。プレス機には4つのボウルと、装置をプレス機に送り込む4つの独立したシャトルがあります。画像：Hagrid
長年にわたり、ハードウェア挿入技術は、こうしたばらつきの原因を特定し、排除することで、こうした悩みを解決してきました。機器設置担当者がシフトの終わりに少し集中力を失っただけで、これほど多くの問題を引き起こすべきではありません。
継手取り付けの自動化における最初のステップであるボウルフィーディング（図2参照）は、工程の中で最も面倒な部分、つまり継手を手で掴んでワークピースに配置する作業を排除します。従来のトップフィード構成では、カップフィードプレスがファスナーをシャトルまで送り、シャトルが金具を上部ツールに送り込みます。オペレーターはワークピースを下側のツール（アンビル）に置き、ペダルを踏みます。パンチが真空圧で下降し、金具をシャトルから持ち上げてワークピースに近づけます。プレスが圧力を加えることでサイクルが完了します。
一見シンプルに見えますが、深く掘り下げてみると、微妙な複雑さが潜んでいます。まず、機器は制御された方法で作業スペースに送り込まれなければなりません。ここでブートストラップツールが活躍します。このツールは2つのコンポーネントで構成されています。1つは位置決め専用のコンポーネントで、ボウルから出てくる機器が正しく配置されるようにします。もう1つは、機器の適切なセグメンテーション、アライメント、配置を確保します。そこから機器はパイプを通ってシャトルへと移動し、シャトルは機器を上部のツールへと送り込みます。
問題はここにあります。自動送りツール（オリエンテーションツール、ディバイドツール、シャトルなど）は、機器を交換するたびに交換し、正常に動作するようにメンテナンスする必要があります。ハードウェアの種類によって作業エリアへの電力供給方法が異なるため、ハードウェア固有のツールは当然のことであり、設計から除外することはできません。
カッププレスの前にいるオペレーターは、機器の持ち上げ（場合によっては降ろし）とセットアップに時間を費やす必要がなくなるため、インサート間の時間が大幅に短縮されます。しかし、これらのハードウェア固有のツールに加え、フィードボウルには変換機能も備わっています。セルフタイトナット832用のツールは、ナット632には適していません。
古い2ピースボウルフィーダーを交換するには、オペレーターはオリエンテーションツールがスプリットツールと正しく位置合わせされていることを確認する必要があります。「ボウルの振動、エアタイミング、ホースの配置も確認する必要がありました」とボッグス氏は言います。「シャトルとバキュームの位置合わせも確認する必要があります。つまり、オペレーターはツールが正常に動作することを確認するために、多くの位置合わせを確認しなければならないのです。」
板金作業員は、アクセスの問題（狭いスペースへの機器の挿入）、特殊な機器、あるいはその両方が原因で、特殊な機器要件を抱えることがよくあります。このような設置には、特別に設計された一体型のツールが使用されます。ボッグス氏によると、これに基づいて、最終的に標準的なカッププレス用のオールインワンツールが開発されました。このツールには、方向指示と選択のための要素が含まれています（図3参照）。
「迅速な切り替えが可能なように設計されています」とファン・デ・ブール氏は語る。「空気や振動、時間など、すべての制御パラメータはコンピューターで制御されるため、オペレーターは切り替えや調整を行う必要がありません。」
ダボのおかげで、すべてが一直線に保たれます（図4参照）。「オペレーターは変換時に位置合わせを気にする必要がありません。すべてが所定の位置に固定されるため、常に水平になります」とボッグス氏は言います。「工具はねじ込むだけです。」
作業者は、金属プレス機にシートを置く際、特定の直径の留め具に対応するように設計されたアンビルに穴の位置を合わせます。新しい直径の留め具には新しいアンビルツールが必要になるため、長年にわたり大量生産が困難でした。
最新の切断・曲げ技術、高速自動工具交換、小ロット生産、あるいは完全生産まで可能な工場を想像してみてください。部品はハードウェアインサートに挿入され、異なる種類のハードウェアが必要な場合は、オペレーターは大量生産へと移ります。例えば、50個単位でインサートし、アンビルを交換し、新しいハードウェアを正しい穴に挿入するといったことが可能です。
タレットを備えたハードウェアプレスは、現場の状況を一変させます。オペレーターは、ある種類の機器を挿入し、タレットを回転させ、色分けされたコンテナを開いて別の種類の機器を収容するといった作業をすべて1つのセットアップで実行できます（図5参照）。
「部品の数にもよりますが、ハードウェアの接続を見逃す可能性は低くなります」とファン・デ・ボー氏は言います。「セクション全体を1回で作業するので、最後のステップを見逃すことはありません。」
インサートプレスにカップフィードとタレットを組み合わせることで、ハードウェア部門でのキットハンドリングが可能になります。一般的な設置では、メーカーはボウル供給を通常の大型装置専用にし、使用頻度の低い装置は作業エリア近くの色分けされたコンテナに配置します。オペレーターが複数のハードウェアを必要とする部品を手に取ると、機械のビープ音（新しいハードウェアの交換時期を知らせる）を聞きながら部品を差し込み、アンビルターンテーブルを回転させ、コントローラーで部品の3D画像を確認し、次のハードウェア部品を挿入します。
オペレーターが自動送り機能を使い、必要に応じてアンビルターンテーブルを回転させながら、装置を一つずつ挿入していくシナリオを想像してみてください。そして、最上位のツールがシャトルから自動送りファスナーを掴み、アンビル上のワークピースに落としたところで停止します。コントローラーは、ファスナーの長さが間違っていることをオペレーターに警告します。
Boggs氏は次のように説明しています。「セットアップモードでは、プレス機はスライダーをゆっくりと下げ、その位置を記録します。そのため、プレス機が最高速度で稼働し、治具が工具に接触すると、システムは治具の長さが指定された[[許容値]と一致していることを確認します。測定値が範囲外、長すぎる、または短すぎると、ファスナー長さの誤差が発生します。これは、ファスナー検出（通常はハードウェアのフィードエラーによって上部ツールに真空がない状態）とトン数ウィンドウの監視とメンテナンス（オペレーターが手動でバルブを調整する代わりに）により実現され、信頼性の高い自動化システムが実証されています。」
「自己診断機能を備えたハードウェア印刷機は、ロボットモジュールにとって大きなメリットとなります」とボッグス氏は述べた。「自動化されたセットアップでは、ロボットが紙を正しい位置に移動し、印刷機に信号を送ります。つまり、『正しい位置に移動しました。印刷機を始動してください』という指示を出すのです。」
ハードウェアプレスは、板金ワークの穴に取り付けられたアンビルピンを清潔に保ちます。上パンチの真空状態は正常で、締結部品が存在することを意味します。プレス機はこれらすべてを認識し、ボットに信号を送信しました。
ボッグス氏はこう言います。「プレス機は基本的にすべてを確認し、ロボットに『OK、問題ない』と伝えます。プレスサイクルを開始し、ファスナーの有無と長さを確認します。サイクルが完了すると、金具を挿入する際に使用した圧力が適切であることを確認してから、プレスサイクルが完了したことをロボットに知らせます。ロボットはこれを受信し、すべてがクリーンであることを認識し、ワークピースを次の穴に移動させることができます。」
こうした機械チェックは、もともと手動オペレーター向けに設計されたものですが、さらなる自動化の基盤として効果的に機能しています。ボッグス氏とファン・デ・ブール氏は、シートがアンビルに張り付くのを防ぐための設計など、更なる改良点について説明しています。「スタンピングサイクル後にファスナーが固着することがあります」とボッグス氏は言います。「これは材料を圧縮する際に必ず発生する問題です。下部ツールに固着した場合、オペレーターは通常、ワークピースを少し回転させて取り出すことができます。」
図4. ダボピン付きシャトルボルト。シャトルボルトがセットアップされると、機器は上部ツールに送られ、上部ツールは真空圧を利用して機器を固定し、ワークピースまで搬送します。アンビル（左下）は4つのタレットの1つに配置されています。
残念ながら、ロボットには人間のオペレーターのようなスキルがありません。「そのため、ワークピースの取り外しやファスナーの金型からの押し出しを補助するプレス機の設計が現在ではあり、プレスサイクル後の固着を防いでいます。」
一部の機械では、ロボットがワークを作業エリア内外へ容易に出し入れできるよう、スロート深さが異なっています。また、プレス機には、ロボット（そしてもちろん手動オペレーターも）が安全に作業を行うためのサポートが組み込まれている場合もあります。
最終的には信頼性が鍵となります。ロボットや協働ロボットは、その解決策の一つとなり、それらの統合を容易にします。「協働ロボットの分野では、ベンダー各社が機械への統合を可能な限り容易にするために大きな進歩を遂げてきました」とボッグス氏は述べ、「印刷機メーカーも適切な通信プロトコルを確立するために多大な開発作業を行ってきました」と続けました。
しかし、プレス加工技術や作業場の技術、例えばワークピースのサポート、明確かつ文書化された作業指示書、適切なトレーニングなども重要な役割を果たします。ボッグス氏は、ハードウェア部門では今でもファスナーの紛失などの問題に関する電話を受けており、その多くは信頼性は高いものの非常に古い機械で作業していると付け加えました。
これらの機械は信頼性が高いかもしれませんが、機器の設置は熟練していない人や専門家には適していません。長さが間違っていた機械を思い出してください。この簡単なチェックにより、小さなミスが大きな問題に発展するのを防ぐことができます。
図5. このハードウェアプレスには、ストッパー付きのターンテーブルと4つのステーションがあります。また、オペレーターが届きにくい場所に到達するのに役立つ特殊なアンビルツールも搭載されています。ここでは、継手がバックフランジのすぐ下に挿入されています。
The FABRICATORのシニアエディター、ティム・ヘストンは、1998年から金属加工業界に携わっており、アメリカ溶接協会発行のWelding Magazineでキャリアをスタートさせました。以来、同誌はスタンピング、曲げ、切断から研削、研磨まで、金属加工のあらゆるプロセスを網羅してきました。彼は2007年10月にThe FABRICATORに入社しました。
FABRICATORは、北米を代表する鉄鋼加工・成形専門誌です。メーカーの業務効率化に役立つニュース、技術記事、成功事例を掲載しています。FABRICATORは1970年から業界に携わっています。
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