ユニバーサルロボットUR5eコボットで夜間無人シフトを実現：ツールクラフトの挑戦

ラピッドデザインソリューションズのトロイ・オヤレト氏（左）が初期アプリケーションを開発した後、ツールクラフトの自動化エンジニア、ブライアン・ラウライン氏が日常運用に加え、UR5e用の部品洗浄・乾燥ステーションを追加開発。URアカデミーでのオンライン研修と、オヤレト氏との数時間の実地研修で習得しました。

シアトルの小規模機械加工ショップ、ツールクラフトは、CNC機内での困難な3工程マシンテンディングを自動化する必要に迫られました。ユニバーサルロボッツ（UR）の新旗艦コボットUR5eの30ミクロン繰り返し精度と力/トルクセンシング機能に感銘を受け導入。結果、生産コスト23%削減、スループット43%向上を達成しました。

導入の決め手：サードシフトの人手不足

大口受注で24時間体制（サードシフト）が必要になったのがきっかけです。「ここでサードシフトをやりたがる人はいない」とスティーブ・ウィッテンバーグ運営ディレクター。失業率3%の地域で求人を出しても応募がありません。当初は従来型産業用ロボットを検討しました。

ハードウェアのみ見れば従来型ロボットの方がコスト効率が良さそうでしたが、「安全柵が不要なこと、複雑なプログラミングが不要で使いやすいことによる時間短縮を考慮すると、ユニバーサルロボッツが最適解だった」とウィッテンバーグ氏。

この医療機器用多山部品は高精度と機内3工程ハンドリングを要し、サードシフト追加を迫りました。ツールクラフトの解決策は、協働ロボットUR5eにマシンテンディングを任せることでした。

コボットが夜間シフトを担当

受注品は医療機器用多山部品。3工程CNC加工をサードシフトで稼働させる必要があり、ラピッドデザインソリューションズ（UR認定システムインテグレーター）に相談しました。

「多工程精密加工では精度要求が跳ね上がる」とオヤレト氏。「UR5eの繰り返し精度が30ミクロンと聞き、非常に興奮しました。従来型産業用ロボットと同レベルの精度で、生材投入から完成精密部品排出までの多工程部品を扱えるコボットは他に見たことがありません。」

導入6ヶ月後、ウィッテンバーグ氏は即効性を語ります。「サードシフトを稼働でき、週産255個から370個へ増産。年間生産を7週早めて完了し、その機械を他ジョブに回せました。ROIは約12ヶ月と見込んでいます。」

「人間の手」を再現する力覚フィードバック

UR旗艦ラインの新機能、全関節への力覚フィードバックが、ワークを機械治具に確実にはめ込む鍵です。「X、Y、回転Z軸でのフリーダムを持つ力制御で、ワークを押し込み、揺らし、コンプライアンスを容易にプログラミング。ロボットで『人間の手』を実現できます」とオヤレト氏。同席したツールクラフトオーナー、カール・ニエミラ氏はロボットを「クラレンス」と命名。「洗練されたロボットにふさわしい洗練された名前だ」と笑顔。

「URのフリードライブ機能でティーチングポイント設定時間が大幅短縮」とオヤレト氏。URコボットはアームを手動で動かし、ティーチペンダントでウェイポイントを追加するだけでプログラミング可能。洗浄・乾燥ステーション追加時はURシミュレーターでオフラインプログラミングし、ティーチペンダントへ転送。

コボットが洗浄も担当：遊休時間を有効活用

無人化成功後もコボットはフル活用されていませんでした。加工サイクル56分のうち、マシンテンディングはわずか6分。「残り50分、コボットは次のサイクルを待っていただけ。忙しくさせたかった」とウィッテンバーグ氏。そこで部品洗浄・乾燥ステーションを追加。

30ミクロン繰り返し精度のUR5eが多山部品を治具へ精密挿入。CNCサイクルは立形マシニングセンタで3工程：バイス固定2工程と4軸ロータリーユニット1工程。UR5eは加工品を取り出し、洗浄液に浸し、エアジェットで乾燥、出荷ラックへ配置。空気圧治具とドアアクチュエータもUR5eのI/Oで制御。「CNC配線を大幅削減し、標準安全機能を全て維持できます」とオヤレト氏。

自社プログラミングへの挑戦：URアカデミーとシミュレーター

初期アプリはシステムインテグレーターに依頼しましたが、洗浄・乾燥ステーションは自社でプログラミング・設置。決め手はURの無料オンラインサポート。「自動化エンジニアがURアカデミーを受講し、インテグレーターと数時間でステーションをコボットサイクルに追加できました」とウィッテンバーグ氏。

エンドエフェクタにはPHDのPneuConnectグリッパー（UR+認定）を採用。プログラミングソフトがティーチペンダントに統合されています。

「ツールクラフトにロボット経験はゼロでした」とラウライン氏。「URアカデミーは直感的、インタラクティブ、楽しいコースで、本を読むよりずっと学びやすかった。」

プログラミング中にコボットが通常業務から外れ生産低下を懸念しましたが、URシミュレーターでオフラインでほぼ全プログラムを作成し、コボットを稼働させたまま開発可能。USBでティーチペンダントへ直接ロード。「オフィスでブランクウェイポイントを設定し、現場でフリードライブで正確な位置へ動かしてティーチングしました」とラウライン氏。

UR5e導入で、ツールクラフトは年間生産を手作業比で7週短縮しました。

来年も、さらにもう1台：継続的自動化へ

初コボット成功を受け、ツールクラフトは今後毎年1台ずつコボット増設を計画。「自社自動化エンジニアがトラブルシュートできることが目標達成の鍵」とウィッテンバーグ氏。次のターゲットは横形マシニングセンタのテンディング。「ロータリートゥームストンの交換があり治具が課題だが、URと治具革新で解決できると確信しています。」