米。3. 左側のキャビネットに収納されている一体型のカップ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位置決めを保証します）。右側のキャビネットには、さまざまなアンビルとシャトルが収納されています。
ヘイガー・ノースアメリカの販売・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おいても、メーカー各社から同様の問い合わせを受け続けている。
「彼らは『留め具が足りない』と何度も言ってきたんです」とボッグス氏は語った。「結局、人員不足が原因だったことが分かりました」。工場が新しい従業員を雇う際、経験もスキルもない人を機械の前に立たせて部品を取り付ける作業を行わせることがよくある。留め具を付け忘れたり、間違った留め具を付けてしまったりすることもある。顧客が戻ってきて最終的な設定を確認するのだ。
大まかに言えば、ハードウェアの挿入はロボット技術の成熟した応用例と言えるでしょう。将来的には、工場全体でタレット、部品の取り外し、そしてロボットによる曲げ加工まで含めた、完全なパンチングおよび成形自動化が実現す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。こうした点を踏まえると、機器の設置作業にロボットを導入しない理由はないでしょう。
過去20年間、ボッグス氏はロボット挿入装置を使用する多くの工場と協力してきた。最近では、彼と彼のチーム（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・ボル氏を含む）は、協働ロボットを挿入プロセスに容易に統合できるようにするための取り組みを行っている（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、ロボット工学だけに焦点を当てると、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る。信頼性が高く、自動化され、柔軟性のある設置作業には、プロセスの一貫性や柔軟性など、多くの構成要素が必要となる。
老人は悲惨な死を遂げた。多くの人がこの格言を機械式パンチプレスに当てはめるが、主にその単純さゆえに、手動送り装置を備えたプレスにも当てはまる。オペレーターはファスナーや部品を下部サポートに配置してから、手動でプレスに挿入する。彼はペダルを踏んだ。ピアサーが下降し、ワークピースに接触して圧力をかけ、装置を挿入する。もちろん、何かがうまくいかなくなるまでは、非常に単純だ。
「オペレーターが注意を払っていないと、工具が落下して、実際に圧力をかけることなくワークピースに接触してしまう」とファン・デ・ボル氏は語った。一体なぜなのか？「旧式の装置にはフィードバック機能がなかったため、オペレーターはそのことに気づいていなかったのです。」オペレーターはサイクル全体を通してペダルを踏み続けることができず、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。「上部の工具には6ボルトの電圧がかかっており、下部の工具は接地されています。プレス機は圧力をかける前に導電率を感知する必要があるのです。」
古いインサートプレスには、いわゆる「トン数ウィンドウ」がありません。これは、機器を正しく挿入できる圧力範囲のことです。最新のプレスでは、この圧力が低すぎたり高すぎたりする場合があります。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し、問題を解決することがあるとボッグス氏は説明しました。「圧力が高すぎる人もいれば、低すぎる人もいます」とボッグス氏は言います。「手動調整によって、非常に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。」「過剰な圧力は、部品やファスナー自体を実際に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なかったので、作業員が留め具を紛失してしまう可能性があった」とファン・デ・ボーア氏は付け加えた。
ハードウェアを手動で挿入するのは簡単そうに見えるかもしれませんが、そのプロセスを修正するのは困難です。さらに悪いことに、ハードウェアの操作は多くの場合、ギャップが埋められ形成された後のバリューチェーンの後半で行われます。機器の不具合は粉体塗装や組み立てに大混乱をもたらす可能性があり、多くの場合、真面目で勤勉な作業員が小さなミスを犯し、それが大きな問題に発展してしまうのです。
図1。協働ロボットは、4つのボウルと、装置をプレス機に供給する4つの独立したシャトルを備えたプレス機に装置を挿入することで部品を成形する。画像：ハグリッド
長年にわたり、ハードウェア挿入技術は、これらの変動要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、勤務終了間際に少し集中力を欠いたというだけで、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の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、つまり継手を手作業で掴んでワークピースに配置する作業をなくします。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に送り、シャトルがハードウェアを上部ツールに供給します。オペレーターはワークピースを下部ツール（アンビル）に置き、ペダルを踏みます。パンチは真空圧を使用して下がり、ハードウェアをシャトルから持ち上げ、ハードウェアをワークピースに近づけます。プレスが圧力を加え、サイクルが完了します。
一見単純に見えますが、詳しく見ていくと、いくつかの微妙な複雑さが明らかになります。まず、機器を制御された方法で作業スペースに投入する必要があります。ここでブートストラップツールが登場します。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つは位置決め専用で、ボウルから出てくる機器が正しい位置に配置されるようにします。もう1つは、機器の適切な分割、整列、配置を保証します。そこから、機器はパイプを通ってシャトルに送られ、シャトルが機器を上部のツールに供給します。
問題はここにある。自動送り工具（方向付け工具、分割工具、シャトルなど）は、装置を変更するたびに交換し、正常に動作するようにメンテナンスする必要がある。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工具は避けられない現実であり、設計から排除することはできない。
カッププレスの前にいるオペレーターが装置の持ち上げ（場合によっては下げ）やセットアップに時間を費やす必要がなくなったため、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専用ツールに加えて、フィードボウルには変換機能も追加されています。セルフタイトニングナット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、オペレーターは位置決めツールが分割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しなければなりませんでした」とボッグス氏は述べました。「シャトルと真空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しく機能するように、多くの位置合わせを確認しなければならないのです。」
板金加工業者は、アクセス上の問題（狭い場所に機器を挿入する）、特殊な機器、またはその両方により、独自の機器要件を持つことがよくあります。この種の設置には、特別に設計された一体型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、標準的なカッププレス用のオールインワンツールが最終的に開発されました。このツールには、方向と選択要素が含まれています（図3参照）。
「これは迅速な切り替えができるように設計されています」とファン・デ・ボーア氏は語る。「空気圧や振動、時間など、すべての制御パラメータはコンピューターによって制御されるため、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、すべてが一直線に並びます（図4参照）。「作業者は変換時に位置合わせを気にする必要はありません。すべてが所定の位置に固定されるので、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。」
作業員がハードウェアプレスにシートをセットする際、特定の直径のファスナーに対応するように設計されたアンビルを使って穴の位置を合わせます。新しい直径のファスナーには新しいアンビル工具が必要となるため、長年にわたり大量生産においていくつかの課題が生じてきました。
最新の切断・曲げ加工技術、高速自動工具交換、小ロット生産、さらには量産まで対応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挿入装置にセットされ、部品に異なる種類のハードウェアが必要な場合は、作業員は量産工程に進みます。例えば、50個の部品をまとめて挿入し、アンビルを交換してから、新しいハードウェアを正しい穴に挿入することができます。
タレット付きのハードウェアプレスは、状況を一変させます。オペレーターは、1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けて別の種類の機器を収納するという一連の作業を、1回のセットアップで行うことができます（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落とす可能性は低くなります」とファン・デ・ボル氏は述べた。「セクション全体を一度に処理するので、最後の段階で手順を見落とすことはありません。」
インサートプレスのカップフィードとタレットの組み合わせにより、ハードウェア部門でキットハンドリングが実現可能になります。一般的な設置では、メーカーはボウル供給を通常の大型機器専用にし、使用頻度の低い機器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取り上げると、機械のビープ音（新しいハードウェアが必要な時期を示す）を聞き、アンビルターンテーブルを回転させ、コントローラー上の部品の3D画像を確認し、次のハードウェア部品を挿入することで、部品の接続を開始します。
オペレーターが自動送り機能を使って、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、機器を1つずつ挿入していく場面を想像してみてください。上部の工具がシャトルから自動送りファスナーをつかみ、アンビル上のワークピースに落とし込んだ時点で、ターンテーブルは停止します。すると、コントローラが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。
ボッグス氏が説明するように、「セットアップモードでは、プレスはスライダーをゆっくりと下げてその位置を記録します。そのため、プレスが全速力で動作し、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することを確認します。範囲外、長すぎる、または短すぎる測定値は、ファスナーの長さエラーを引き起こします。これは、ファスナー検出（通常はハードウェアの送りエラーによって発生する上部工具の真空がない）とトン数ウィンドウの監視およびメンテナンス（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、実績のある信頼性の高い自動化システムが構築されるためです。
「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利点となり得る」とボッグス氏は述べた。「自動化されたセットアップでは、ロボットが用紙を正しい位置に移動させ、印刷機に信号を送る。つまり、『正しい位置にいるから、印刷を開始してください』と伝えるのだ。」
ハードウェアプレスは、アンビルピン（板金加工物の穴に取り付けられているピン）を清潔に保ちます。上部パンチ内の真空状態は正常であり、これはファスナーが取り付けられていることを意味します。これらの情報をすべて把握したプレスは、ロボットに信号を送信しました。
ボッグス氏が言うように、「プレス機は基本的にすべてをチェックし、ロボットに『よし、問題ない』と伝えます。そして、プレスサイクルを開始し、ファスナーの有無とその長さを確認します。サイクルが完了したら、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、プレスサイクルが完了したことをロボットに信号で伝えます。ロボットはこの信号を受け取り、すべてが正常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。」
元々は手動オペレーター向けに考案されたこれらの機械チェックは、さらなる自動化のための優れた基盤を効果的に提供します。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のに役立つ特定の設計など、さらなる改善点について説明しています。「プレス加工サイクル後にファスナーが張り付くことがあります」とボッグス氏は言います。「これは材料を圧縮する際に必然的に発生する問題です。下側の工具に張り付いた場合、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．ダウエルピン付きシャトルボルト。セットアップが完了すると、シャトルは装置を上部ツールに送り込み、上部ツールは真空圧を利用して装置を固定し、ワークピースまで搬送します。アンビル（左下）は4つのタレットのうちの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はありません。「そのため、現在では、ワークピースの取り外しや、ファスナーを工具から押し出すのを補助し、プレスサイクル後にワークピースがくっつかないようにするプレス設計が開発されています。」
機械によっては、ロボットがワークピースを作業エリアに出し入れしやすくするために、異なる喉深さを備えているものもあります。プレス機には、ロボット（そして手動オペレーターも）がワークピースを安全に位置決めできるようにするためのサポート機構が備わっている場合もあります。
最終的に重要なのは信頼性です。ロボットや協働ロボットは、その解決策の一部となり、統合も容易になります。「協働ロボットの分野では、ベンダー各社が機械と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おり、印刷機メーカーも適切な通信プロトコルが確立されるよう多くの開発作業を行ってきました」とボッグス氏は述べています。
しかし、プレス加工技術や、ワークピースのサポート、明確な（そして文書化された）作業指示、適切なトレーニングといった作業場技術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やその他の問題に関する問い合わせが寄せられると付け加えました。これらの部門の多くは、信頼性は高いものの非常に古い機械を使用しています。
これらの機械は信頼性が高いかもしれませんが、機器の設置は未熟者や専門家以外には適していません。長さが間違っていた機械は回収してください。この簡単な確認を行うことで、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は、ストッパー付きターンテーブルと4つのステーションを備えています。また、作業者が手の届きにくい場所にもアクセスしやすいように、専用のアンビルツールも搭載されています。ここでは、継手は背面フランジのすぐ下に挿入されています。
『ザ・ファブリケーター』誌のシニアエディターであるティム・ヘストンは、1998年から金属加工業界に携わっており、キャリアはアメリカ溶接協会の『ウェルディング・マガジン』から始まりました。以来、プレス加工、曲げ加工、切断から研削、研磨まで、あらゆる金属加工工程を網羅してきました。彼は2007年10月に『ザ・ファブリケーター』誌に加わりました。
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