ロボットプレスブレーキが金属加工作業に柔軟に対応 | 海南フレッシュスタートグループ株式会社

歴史的に、ロボットプレスブレーキ曲げが経済的に合理的であるためには、金属加工工場での一定量の作業が必要でした。しかし、それは業界全体で変わり始めています。

現在でも、プレスブレーキ担当者が実際に部品を曲げるのに費やす時間は、8 時間のシフトの中でも驚くほどわずかです。場合によっては、材料が入手できない、工具が置き忘れられた、従業員の予期せぬ欠勤など、より大きな業務の非効率が問題の原因となっていることがあります。多くの場合、問題は情報不足から発生します。おそらく、部品が適切な工具を念頭に置かずに設計されているため、ブレーキオペレーターまたは監督者は、適切な曲げプログラムを作成するために複数のトライアウト部品を作成して調整する必要があります。

オフラインベンドプログラミングはゲームを変えます。曲げプログラムが床に到達する前に、曲げシミュレーションによって、オペレータが利用可能なツールを使用して衝突することなく部品を成形できることが検証されます。特定の作業では、適応曲げテクノロジーにより、木目の方向や厚さのばらつきなどの材料の不一致も考慮されます。ブレーキは材料をアンダーベンドし、角度を測定し、エアベンドを正確に完了します。

プレスブレーキにツールを自動的に交換する機能を追加すると、成形部門が劇的に変わります。「セットアップを節約する」ためにマシンが大きなバッチを生成する必要はなくなりました。実際、部門全体が単品フロー、さらにはキットベースの生産に近づくことができます。仕掛品（WIP）はリードタイムとともに大幅に減少します。

これらすべてにより、人材不足という 1 つの問題を除いて、成形部門はこれまでよりも柔軟になりました。プレスブレーキは、操作をロボット化しない限り、オペレーターなしでは稼働できません。ただし、柔軟性の問題は依然として残っています。歴史的に、ロボットプレスブレーキセルの適応能力は知られていませんでした。しかし、それは変わり始めています。

オフライン曲げシミュレーションは手動曲げの性質を変革し、ロボットのプレスブレーキでも同様のことが行われています。オフラインシミュレーションと自動工具交換、進化するグリッパーテクノロジー、戦略的に設計された曲げセルを組み合わせて、自動化するかどうかの意思決定の変更を行います。ロボットプレスブレーキがついに柔軟になりました。

ロボット化ブレーキに取り組んでいる多くの店主や成形部門の監督者に話を聞くと、特定の部品の成形のみを自動化していると言うでしょう。小型のロボットブレーキは、単調で、人が手で曲げるには（さらに悪いことに）安全ではない小さな部品を形成する可能性があります。大型のロボットブレーキは、オペレーターが手動で成形するのは骨が折れるような大きくて重い部品を成形します。

ただし、ほとんどの場合、自動化するかどうかの問題は、主に初期設定の償却を目的とした量の問題になることがよくあります。オペレーターがティーチペンダントを使用して時間をかけて部品を成形の各ステップに注意深く進める必要がある場合、そのすべての作業を正当化するために、ある程度の作業量が必要になります。

続いてグリップの課題です。一部の自動化セルでは、周囲にグリッパーエンドエフェクターの列が並んでいる場合があります。これらすべてのグリッパーを設計することで、曲げセルでさまざまな部品を形成できるようになりましたが、プロセスには時間がかかり、多くの複雑さが追加されました。ここでも、自動化の決定は量によって決まります。セルは小さなバッチやキットを実行するように設計することもできますが、エンジニアリング、統合コスト、セットアップ時間のすべてを正当化するために、自動セルは一定期間にわたって多くのキットを生産する必要がありました。

これは、すべてが最初にオフラインでシミュレートされた場合でも当てはまります。これにより、セットアップ担当者がティーチペンダントに費やす時間は最小限に抑えられましたが、それでもシミュレーションとプログラミングには時間とリソースがかかりました。（少なくとも理想的には）プレスブレーキの回避方法を知っている人々は、現在、オフィスのコンピューター画面の前で多くの時間を過ごしています。オフラインプログラミングによって制作が中断されることはありませんでしたが、それでもプログラマーの時間は自由ではありません。

多品種混在の成形作業を真に自動化するには、セットアップ、段取り替え、現場での部品操作を自動化するだけでは十分ではありません。ファブリケーターは、オフラインプログラミングとシミュレーションを自動化する必要があります (図 1 を参照)。つまり、ソフトウェアは、切断されたブランクの提示から成形部品の取り外し、パレット上への積み重ねやビンへの配置に至るまで、サイクル全体の指示を開発します。次に、プログラマーはソフトウェアが開発した内容をレビューし、必要に応じて特定の側面を調整してから、そのプログラムをフロアに送信します。

図 1. ソフトウェアは、ブランクのピッキングから部品の積み重ねまでの完全なロボット曲げサイクルをシミュレートします。ソフトウェアは、グリッパーの位置と部品を把握するのに最適なカップを計算することもできます。

ロボットの曲げ加工の細部に埋もれることがなくなり、プログラマーはパーツフロー戦略をさらに掘り下げることができるようになりました。これが実現すると、製造業者は全体のスループットにとって最も合理的な曲げ作業を自動化できるようになります。

細部に関して言えば、ロボットによる曲げ加工も欠かせません。まず、部品がどのように提示され、どのように掴まれるかを考えてみましょう。プログラムは、どの部品を各パレットに安全かつ一貫して何個配置できるかを知る必要があります。パレットが曲げセルに到着すると、QR コードがスキャンされ、パレットがステージングされ、準備ができていることが生産管理ソフトウェアに通知されます。このコードは適切なプログラムも呼び出します。

次は実際の部品のグリップです。ロボットは部品を掴んだ後、再グリップおよびセンタリングテーブルに向かい、そこで部品を解放して再グリップして、部品が適切な位置にグリップされていることを確認します (図 2 を参照)。この最初のステップを排除するために、一部の曲げセルでは、部品を角度を付けて提示し、ロボットが部品を掴む前に部品を中心に置くパレットを使用しています。これは、最初の曲げの前にセンタリングおよび再グリップテーブルでパーツを参照する必要がないことを意味します。

次にグリップ自体が登場します。もちろん、ブランク内のカットアウトも考慮する必要がありますが、材料表面の性質も考慮する必要があります。吸盤は磁性材料と非磁性材料を安全に処理し、「スマート」グリッパーが特定のカップを作動または停止して作業を操作します。ただし、カップ自体は、油が付着したものなど、さまざまな板金表面に対応できるように設計する必要があります。一部のシステムには、ピースを掴む際に、カップが掴んで表面をしっかりと保持する前に、表面の余分な油やその他の破片を取り除くエアブローシステムが組み込まれています。

次に、剥離プロセスが行われます。つまり、ロボットが、事前にセンタリングされたブランクのスタックから 1 枚のシートを「剥離」します。ロボットは多軸運動で動きますが、磁気またはブラシベースのシステムによりブランクが確実に分離され、二重ピッキング (特に薄いシートの場合に重要) が防止されます。次に、ロボットはブランクを厚さ測定装置に運び、ブランクが 1 枚だけであることを確認します (図 3 を参照)。

次に、曲げサイクル自体が行われます。これは、多関節ロボットアームが実行できる最も複雑で複雑なタスクの 1 つです。ベースラインとして、システムは部品をしっかりと保持するために正しく十分な数のカップが作動していることを検証する必要があります。これは最初の把握から始まり、曲げサイクル全体にわたって継続します。

ここでもグリッパー技術が重要な役割を果たします。一部のグリッパーは、クランプや吸盤など、複数のグリップ方法を統合しています。そして現在、一部のグリッパーは実際に曲げサイクル全体にわたって表面積を変化させます。サイクルの開始時に、エンドエフェクターは大きなグリップ面をグリップする必要がある場合があります。ここでは、吸盤の「翼」が外側に回転して、グリッパーの到達範囲を拡大します (図 4 を参照)。サイクルの途中で、グリッパーは翼を格納し、必要に応じて旋回することができ、ワークをある曲げから別の曲げに操作するための追加の動作軸を与え、再グリップの必要性を軽減すると同時に、工具、バックゲージなどとの衝突を回避します。そうしないと、グリッパー上のワークピースの位置が変わる可能性があります。それは微妙な科学です。

グリッピングが微妙な科学であるのと同様に、リグリッピングも同様です。グリッパーは 360 度回転できるため、作業全体を通してパーツを解放する必要はありません。最初の曲げのパネルの位置を決め、上向きにスイングするときにフランジをサポートし (シートのたわみが曲げの精度に影響するのを防ぐため)、ツールセットが曲げの圧力を解除した後にワークを取り外し、回転してすぐに次の曲げに移動します。いいえ再グリップが必要です。

次に、4 つの曲げがある小さな部品を想像してください。この場合のみ、部品のジオメトリ属性 (内部の切り欠きや曲げの位置など) により、グリッパーが曲げの間で位置を変更する必要があります。とはいえ、これは小さな部品であるため、実際には再グリップが機械で発生する可能性があります。グリッパーは最初の曲げではフランジに沿って上向きに移動し、ワークピースをツーリングから取り外すときにグリップを維持し、次にワークピースを回転させて 2 番目の曲げを行い、金型上でバックゲージに対してスライドさせます。パンチは金属を挟むまで下降します。これにより、材料が既知の位置に効果的に「クランプ」され、グリッパーがグリップを外して新しい位置に再配置できるようになります。固定されると、曲げサイクルが開始され、グリッパーがフランジに沿って上向きに移動します。

次に、同じ部分を拡大して描いてください。ロボットが同じグリップ戦略を実行した場合、物理学、特にたわみが邪魔になります。ロボットが 2 番目の曲げの位置に部品を配置するまでは、すべてがうまくいきます。ツーリングがワークをクランプし、グリッパーが解放され、フランジが自重でたわんで、残りの曲げシーケンスの位置決めと曲げ精度が妨げられます。このような場合、ロボットはより大きな部品を再グリップステーションに運び、そこで再グリップしてその後の曲げを続行する必要があります (図 5 を参照)。

図 2. エンドエフェクタが部品を適切な位置でグリップしていることを確認するために、部品がセンタリングテーブルに運ばれます。

次に部品のオフロードが行われますが、これも微妙な科学です。長方形のパネルを積み重ねるのは通常簡単で、各部品をわずかに回転させることで、下流に輸送する際に積み重ねが安定した状態を保ちます。小さな部品を箱に移すのも同様に簡単です。一部の大きなパネルは垂直に積み重ねられる場合もあります。

現在、アルゴリズムは、非常に不規則な部分を除いて、スタッキング用のプログラミングのほとんどを自動化することに成功しています。安定したスタックを確保するために、部品を特定の向きで互いに「入れ子」にして、複雑な部品のスタッキングのプログラミングを自動化するアルゴリズムを開発する研究が進められています。現時点では、プログラマは床上でスタッキングコンセプトをテストする前に、シミュレーションソフトウェア内で不規則な部品のスタッキングプログラムを手動で開発できます。

このようなスタッキングは、依然として自動化されていない最後のプログラミングタスクの 1 つです。工具の選択、曲げプログラミング、ロボットとグリッパーの動作、再グリップ戦略、部品のプレゼンテーションなど、その他すべてがソフトウェアによって処理されるようになりました。

これは、ロボットプレスブレーキのプログラマーおよびスーパーバイザーであることの意味の性質を変えます。すべての曲げの細部に焦点を当てるのではなく、部品の流れ、自動化に最適なもの、手動操作に最適なもの、および両方のメリットが得られるジョブに焦点を当てます。

あなたは、自動工具交換機能を備えた 1 つの自動曲げセルと並んで、一連の手動プレスブレーキを備えた曲げ部門を管理するプレスブレーキの監督者であると想像してください。この自動セルは、多品種生産向けにセットアップされており、入力パレットと出力パレットの集合があり、それぞれが異なる部品を処理できるように設計されています。さらに、このセルは床レベルのベッドで動作するため、ロボットをロックして邪魔にならない「手動モード」で使用し、オペレーターが曲げシーケンスを通じて部品を操作することができます。

これらすべてにより多くのオプションが提供され、意思決定はパンチングとレーザー切断から始まります。たとえば、内側に切り欠きのあるワークピースを実際に自動的に曲げることはできないとします。グリッパーには部品を掴んで支持するのに必要な表面積がありません。また、部品が大きすぎてグリッパーのエッジクランプで支えることができません。

この場合、解決策はレーザー切断にあるかもしれません。各部品プロファイルの内部形状を切断する代わりに、レーザーは一連のマイクロジョイントで切り溝を切断できます。これにより、曲げロボットのグリッパーに掴む必要のある表面積が与えられ、その後、所定の位置にマイクロタブが付いた内部のスラグを除去できるようになります。

同じ部品で、最後の曲げの際に部品を掴むためにグリッパーのエッジクランプが必要だとします。繰り返しになりますが、これを実現するのに十分な表面積が部品にない場合はどうなるでしょうか。ここでは、犠牲タブを追加する (マイクロジョイントで切断するか、ツールで穴を開けてスナップ分離エッジを作成する) ことがオプションになる可能性があります。

同社のロボットプレスブレーキでは成形できないほど小さすぎる部品についてはどうでしょうか? オプションの 1 つは、小さな部品用に設計された吸盤とピンチクランプを備えたエンドエフェクターを備えたロボットブレーキを使用することです。ただし、それが唯一の選択肢ではありません。

自動化された部品の降ろしと積み重ねを備えたパンチプレス上の「ミニネスト」に一連の小さなブラケットがまとめられているところを想像してください。このミニネストには 2 つの目的があります。パンチング後に小さなブランクを自動的に積み重ねるのに十分な表面積を提供し、別のロボットが曲げのために (まだミニネストにある) 部品を掴むのに十分な表面積を提供します。成形されたブラケットが仕上げと組み立てに送られる前にオペレーターがスナップしてバラバラにするため、部品に手作業の介入が必要になるのは曲げた後のみです。

図 3. グリッパーは、角度を付けて提示されたスタックから部品を「剥がし」、部品を事前にセンタリングするため、ロボットは部品を作業領域に運ぶ前にセンタリングステーションを訪れる必要がありません。次に、ピースは厚さ測定装置に運ばれ、二重ピックがないかチェックされます。

ここで、大局的なビジネス全体の考え方が重要になります。組み立て部門には大きなキッティングエリアがあり、そこで 6 人の従業員がバッチを分類し、組み立て業者が必要とする部品をまとめて組み立てているとします。上流での柔軟な切断と曲げにより、部品の流れを変更して、そのキッティングエリアを簡素化、または不要にすることは可能でしょうか?

曲げセルでは、ツールの変更を考慮しながら、成形直後に複数の入出力パレットを順序付けして、より効率的なキッティングを行うことができます (図 6 を参照)。ソフトウェアは、共通のツールを共有するキット内のさまざまな部品をシーケンスしたり、迅速な自動ツール交換を可能にしたりできます。

自動セル内の各パレットには、異なる部品のキットではなく、1 つの部品のスタックが搭載されているため、上流からの部品の流れが予想外に変化した場合でもシステムに柔軟性が与えられます。 (5 ピースのキットのうち、ロボットが曲げられるピースが 4 つしかない場合はどうなるでしょうか?) とはいえ、システムは複数のパレットで動作できます。パレットがセルから取り出されるとき、パレットは小さなバッチとして下流に流れ、迅速に組み立てることができます。

ある部品が、最後の数回の曲げを除いて、ほぼ完全にロボットによって形成できるとしたらどうなるでしょうか? ロボットが掴むのが難しい場合や、最終的に曲がった形状を積み重ねるのが難しい場合があります。この場合、ロボットは成形ジョブの最も時間のかかる部分を無人で夜間に実行できる可能性があります。オペレーターが朝到着すると、スタックを回収し、手動ブレーキを使用するか、手動モードのロボット曲げセルを使用して、最後の数回の曲げを手動で実行します。 (どれを選択するかは、曲げ部門の機械の能力と利用可能な能力によって異なります。)

ジョブの一部だけを自動化するのは奇妙に聞こえるかもしれません。ジョブ全体を手動で作成してはどうでしょうか? 成形作業は、少なくとも最後の数回の曲がりまでは、やりがいがあり、扱いが難しい場合があります。また、多くの場合、曲げ加工担当者が不足している可能性が高いため、工場は需要に応えるために単純に自動化する必要があります。

残念な現実は誰もが知っています。経験豊富なプレスブレーキオペレーターを見つけるのは困難です。柔軟な曲げ自動化の背後にある考え方は、製造業者が持つ曲げの才能を最大限に活用することです。

ロボットプレスブレーキは、ロボットのエンドエフェクターが各バンプを通してワークを安全にガイドし、単純なエンクロージャから複雑な段階的（バンプ）曲げを必要とする作業まで、幅広い部品を加工できます。しかし、板金成形は非常に複雑なプロセスであり、すべての部品がロボットに適しているわけではありません。一部の部品には特別な工具が必要な場合があります。ロボット技術とグリップ技術は長い進歩を遂げてきましたが、成形上のすべての課題を解決できるわけではありません。最終的な曲げの後にピースを操作したり削除したりするのは難しい場合があります。パンチプレスから出てくる押し出し穴やその他の形状の部品は、積み重ねが困難で信頼性が低い場合があります。パンチで作成されたフォームの中には、簡単に積み重ねることができるものもありますが、そのサイズ、数、ブランクプロファイル上の配置場所によっては、そうでないものもあります。

これらのジョブを手動で作成することが依然として最良の選択肢である可能性があり、新人にもベテランにも同様にトレーニングと経験を提供できます。結局のところ、ロボットが掴んで積み重ねるのが難しい部品が、人間が手作業で成形するのが必ずしも難しいとは限りません。

同時に、曲げ加工の自動化により、担当者は戦略的に考える機会が得られます。アセンブラはどの部品をいつ必要としますか? 彼らにそれを提示する最良の方法は何でしょうか? キッティングはどこで発生しますか?また、どこで発生する可能性がありますか? 特にエッジが露出しておらずバリ取りが必要ない場合、小さな部品を曲げた後にばらばらにするのは理にかなっていますか?

最も重要なことは、いくつかの例外を除き、プレスブレーキでの自動曲げが大量作業に限定されなくなったことです。オペレーションでは、特別なツール、グリップ、珍しい形状の「入れ子」スタッキングを使用して、困難な作業を自動化することを選択する場合があります。これらのジョブには依然としてある程度のプログラミング時間が必要なため、量が自動化するかどうかを決定する要素として残ります。

ただし、これらの特殊な場合を除けば、プログラミングは数分で完了し、グリッパーは柔軟で、ツールの変更は自動化されます。これらすべての進歩を組み合わせることで、部品の体積が決定要因ではなくなるロボットプレスブレーキ操作を実現できます。