金属加工の効率と精度を高める——熟練労働者として活躍する協働ロボットの仕組み

自動車、航空宇宙、建設といった主要産業の急速な発展により、精密金属加工の需要が大幅に増加しています。この需要の高まりに伴い、加工精度と品質に対する要求は一層厳しくなると同時に、知能化されたカスタマイズ生産ソリューションへのニーズも拡大しています。

協働ロボットは金属加工業界において不可欠な存在であり、全米製造業者協会が2022年に実施した調査によると、製造業企業の70〜80％が直面している熟練労働者の深刻な不足に対応しています。熟練工を育成するには1〜3年を要しますが、協働ロボットであれば組立や溶接といった単純作業は数日、より複雑なスキルでも数か月で習得可能です。

この迅速な立ち上げにより、教育訓練コストが大幅に削減され、企業は生産ニーズに素早く対応できるようになります。その結果、協働ロボットは生産性を20〜50％向上させ、一部の企業では生産サイクルを30％短縮する成果も上げています。熟練労働者の不足を効果的に補うことで、協働ロボットは金属加工における効率を高めつつ、高精度かつ高品質な生産を維持します。

協働ロボットが主要アプリケーションをどのように扱うのかを、わかりやすくご紹介します

1. 金属溶接

大型鋼構造物から造船、金物製造に至るまで、金属溶接のニーズはますます多様化しています。協働ロボットは、レーザー溶接やアーク溶接など、さまざまな溶接方式に対応可能な統合型溶接ソリューションを提供し、溶接作業の品質と効率を向上させます。複雑な軌跡の処理や熱変形の補正にも対応し、溶接作業の精度を確保します。

自動車メーカー向けのDOBOT大型鋼構造物溶接

2. レーザーによる錆除去

金属産業において、錆除去は金属表面の品質を確保し、製品寿命を延ばすための重要な工程です。協働ロボットは先進的なレーザー技術を活用し、金属表面の錆を化学薬品を使わず、また材質の形状・大きさ・複雑さに制限されることなく、迅速かつ効果的に除去します。この方法は高効率で、作業者への身体的負担を大幅に軽減します。

DOBOTによる金属ワークの自動清掃・錆除去

3. 機械加工における搬入・搬出支援

複雑かつ多様な加工要求に対応するため、DOBOTの協働ロボットによる自動搬入・搬出ワークステーションは、高性能かつ±0.02mmという高精度で複雑部品を正確にハンドリングします。このワークステーションは可動式設計を採用しており、異なる加工ステーションでの運用や、平置き・傾斜・垂直など多様なトレータイプへの切り替えが可能で、生産の多様性と連続稼働を実現します。

ユーザーは、ワークステーションとCNC機械との通信を確立するだけで、DOBOT CNCプロセスパッケージを設定できます。この構成により、未加工部品の迅速なハンドリングが可能となり、複数の搬出方式やトレーオプションに対応します。さらに、このパッケージはCNC以外の搬入シナリオにも対応できるカスタマイズ機能を備えており、小ロットかつ多品種の生産ニーズにも応えます。

DOBOTによるCNC工作機械部品の搬入・搬出

4. 仕分け

金属業界において、ワークの仕分けは工作機械への搬入前に必要な工程です。従来の手作業による仕分けは労力がかかり、効率も低いのが課題です。協働ロボットの非整列仕分けソリューションは、先進的な3DビジョンとAI技術を統合し、対象物の位置や状態を正確に認識します。これにより、ロボットは最適な方法で対象物を把持し、事前に設定された要件に従って所定の場所へ正確に配置することが可能となります。

このソリューションは、対象物の事前スキャンやモデリングを必要とせず、未知の形状や色にも対応可能です。そのため、混載物や積み重ねられた品物など、さまざまな複雑なシナリオに適しています。産業生産においては、この機能により仕分けや供給工程が合理化され、全体の効率が大幅に向上します。

カスタムグリッパーを搭載したDOBOT協働ロボットによる金属ワークの仕分け

5. マテリアルハンドリング

金属加工業界におけるマテリアルハンドリングは、労力を要するだけでなく危険を伴う場合があります。協働ロボットは、レーザーSLAMナビゲーションや2D/3Dビジュアルポジショニングなどの先進技術を搭載可能で、DOBOT AMMR協働ロボットでは高精度かつ効率的なハンドリングソリューションを提供します。ナビゲーション精度は±5mm、エンドカメラを用いた位置決め精度は±0.5mmを実現し、ハンドリング効率を大幅に向上させます。

これらの協働ロボットは、移動・把持・検出といった複数の機能を統合しており、マッピング、ステーション設定、ルート構築をわずか10分で完了できるビジュアルデプロイメントソフトウェアをサポートします。この機能により、効率的な資材搬送や複数機械間での搬入・搬出作業が可能となり、人間作業者の身体的負担を軽減するとともに、業界におけるより効率的な自動化マテリアルハンドリングモデルの推進に寄与します。

DOBOTによる工作機械部品のハンドリング

6. 欠陥検査

従来の手作業による欠陥検査は、効率が低く、人為的なミスが発生しやすいため、現代の製造業が求める高品質かつ高効率な検査ニーズを満たすことができません。また、一般的な自動化設備は、スペース活用や柔軟性の面で制約がある場合が多いです。

高解像度イメージングとAIによる欠陥検出アルゴリズムを駆使した協働ロボット検査ソリューションは、斑点、へこみ、傷、色むら、欠落部品などの表面欠陥を迅速に識別します。
これにより、金属部品検査の効率が大幅に向上します。協働ロボットの柔軟な作業空間は、生産ライン上のさまざまな形状やサイズの金属部品に対応でき、製造業により自動化され、知能化された欠陥検査体験を提供します。

DOBOTによる自転車部品の検査

7. 力制御による研磨

手作業による研磨作業は、効率の低さや品質のばらつき、劣悪な作業環境や健康リスクといった問題を抱えており、生産コストの増大や作業者の能力による品質差につながります。
6軸力覚センサーを搭載した協働ロボットは、閉ループ制御を実現し、研磨作業の効率と品質を効果的に向上させます。

高度なコンプライアンス力制御とフォローアルゴリズムにより、これらのロボットはワーク表面の変化に知的に適応し、均一かつ安定した圧力を確保するために位置や姿勢を自動調整します。ワーク位置が急に変化した場合でも、リアルタイムの力覚フィードバックによって変化に自動追従し、ワークをより良く保護するとともに、研磨仕上がり全体の品質を向上させます。

DOBOTによるゴルフラケットの精密研磨

協働ロボットは、柔軟性・効率性・安全性を兼ね備えた自動化ソリューションを提供し、熟練労働者の代替として金属加工業界を変革しています。生産性と品質を向上させつつリスクを低減できるその能力は、現代の製造業において不可欠な存在です。産業が進化し続ける中で、協働ロボットの役割はさらに拡大し、金属加工分野の革新と成長を牽引していくでしょう。特に熟練労働者不足が続く状況下では、この技術を採用することが、急速に変化する市場環境で競争力を維持するために極めて重要です。