画像処理とロボットの組み合わせによるメリットと導入事例
「工場のラインにロボットアームを導入したけど、ワークの位置決め精度が厳しくて、思ったより効率が上がらない。」
「微妙に形状が違う製品に入れ替えるだけで、段取りを何度もしないといけないから結局無人化できない。」
産業用のロボットアームを導入した工程で期待通りの成果が出ず、このような困りごとはありませんか？
この記事ではロボットの導入で期待した成果が出ない場合に対して、「ロボットと画像処理を組み合わせることで課題を解決する方法」「設備を新たに導入する際に誰に相談すればよいか」を解説します。
画像処理ロボット（ロボットビジョン）の適用例や、どのような画像処理技術が使われているかも合わせて紹介するので、工程の改善が具体的にイメージできるでしょう。
これからロボットを導入する場合でも、既に導入済みのロボットに組み合わせる場合でも、工程の最適化を実現したり困った場合に相談したりできるSIerを紹介しますので、是非ご確認ください。
もし、画像処理ロボットの導入により、
- 省力化、省人化してコストダウンしたい
- 生産性アップして売上を上げたい
- 人的ミスを減らして品質価値を高めたい
- どのメーカーの自動化設備を使えば効率的かわからない
という場合は、お気軽にFAプロダクツまでお問い合わせください。関東最大級のロボットSIerとして、最適化のご提案をさせていただきます。
また、外観検査などの自動化をご検討の際は、ルール型の画像処理からAIによる画像処理までワンストップで対応する「画処ラボ」もご活用ください。
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「画処ラボ」ではルールベースやAIの画像処理を専門エンジニアが検証。ご相談から装置制作まで一貫対応します。
目次
１．産業用ロボットと画像処理の組み合わせ
産業用ロボットが多くの工場で採用され普及してきましたが、普及が進んだことでさまざまな課題が顕在化してきています。ここでは、どのような課題が生じているかを解説し、それを解決する画像処理技術との組み合わせについて紹介します。
また、産業用ロボットに組み合わせる画像処理を用いたシステムを「ロボットビジョン」と呼ぶこともあり、以下の記事で解説していますので、合わせてご確認ください。
（1）産業用ロボットの普及による課題
まず初めに、産業用ロボットの普及による課題について、以下の3点を紹介します。
- ワークに合わせた治具や設定の変更
- キャリブレーションが毎回必要
- 現場に対して教育が必要な内容が増える
ここで紹介するような課題の発生によって、当初産業用ロボットの導入によって期待していたような成果が十分に出ていない企業もあります。具体的にそれぞれの課題を確認していきましょう。
①ワークに合わせた治具や設定の変更
1つのラインで複数のワークを扱う場合には、以下の2点の方法が考えられます。
- ロボットの動かし方を変えずに治具でワークの調整
- ワークの調整はせずに、ロボットの動かし方に関する設定を変更
1つのラインで1種類の製品を延々と作り続ける場合には必要ありませんが、少量多品種生産の場合には、こうした段取り替えが頻繁に必要です。
もしロボットがワークの種類を自動的に判別し、それによってあらかじめプログラムされた動かし方を切り替えてくれれば、毎回の段取り替えが不要になります。
②キャリブレーションが毎回必要
同じ製品を扱っていたとしても、ロボットで扱うタイミングで1つずつの形状ばらつきが大きかったり、ライン上に毎回同じ向きで固定するのが難しい場合があります。
この場合、ロボットが正しく認識して扱える状態に人が介入してキャリブレーションをする必要があり、作業効率の悪化に繋がります。
こちらも①と同様に、ロボット自身が製品の向きやばらつきを認識し、それに合わせて自動調節をしてくれれば人が介入することなく生産の効率化が可能です。
③現場に対して教育が必要な内容が増える
①②のように、ロボット導入前にはなかった段取り替えやキャリブレーションの仕事が必要になることで、ロボットを扱うラインを担当する現場の担当者に対しても新たに教育が必要な内容が増えます。
ロボットの設定を微調整したり、新しい製品を同じラインで流したりする度に、教育用のマニュアルを作成し、担当者に理解して動けるようになってもらわないといけません。省力化のためにロボットを導入したのに、ロボットの導入によって仕事が増えてしまっては本来の目的を達成できていない状態です。
（2）画像処理を組み合わせるメリット
画像処理技術の活用により、製品の位置ずれや個体ばらつきを認識したり、種類の違う製品の判別が自動でできるようになります。
ロボットを新規で導入するとき、もしくは既に導入済みのロボットがあるときには、新たに画像処理の技術を組み合わせることで、次のような大きなメリットがあります。
- 製品の整理が不要
- 多種類の製品に1つのラインで対応
- 複数の作業を同時にできる
これらのメリットによって、そのラインで人がやらなければいけない作業が大幅に削減され、業務の効率化と生産性の向上に繋がります。
①製品の整理が不要
ロボットが上手く扱えるように製品の位置ずれや個体ばらつきに応じて、人が調整する必要がありましたが、画像処理技術と組み合わせることで不要になります。
画像処理により、製品の位置ずれや個体ばらつきを検出できるようになるため、あらかじめ検出した内容に基づいてロボットの動きを調整するプログラムを組んでおけば、人の手を介入させずに生産が進んでいきます。ラインを逐一止める必要がない上に、人手を他の場所に充てることができるため、大幅な効率改善の実現です。
画像処理を用いた位置決めに関しては、こちらの記事も合わせてご確認ください。
②多種類の製品に対応
1つのラインで複数の品種を生産する場合には、治具を用いた調節やロボットの設定変更が必要でした。これも画像処理の導入によって製品の分類ができるようになるため、人手を介さずに勝手に設定を変更してくれます。
特に少量多品種のラインでは今まで必要だった段取り替えの時間を不要にできることも多いため、期待以上の成果に繋がる可能性もあるでしょう。
③複数の作業を同時にできる
画像処理の導入によるメリットは製品ごとの調整だけではありません。例えば前工程で目視による検査をしていた場合には、検査を失くし画像処理を導入した工程で検査を実施することも可能です。
製品の種類や位置ずれの確認をしながら、適切なチェックポイントに基づいた外観検査などを行うことが可能なため、特定の工程だけではなく複数の工程に良い影響を与えてくれます。
（3）人と画像処理ロボットの比較
ここで、人の機能と画像処理を用いたロボットの機能比較を行います。それぞれ、どのような部分で何の役割を持っているのか、表で確認しましょう。
| 機能 | 人間 | ロボット+画像処理 |
| 対象物の確認 | 目 | センサ（カメラ） |
| 対象物の認識・判断 | 脳 | 画像処理システム |
| 対象物への作用 | 体（手） | ロボット（ロボットアーム） |
このように、人間が行っているそれぞれの動作に対応した部分をロボット+画像処理システムで実現することが可能です。
また、人間のミスを全くしないようにはできませんが、ロボットは適切な設定や定期的なメンテナンスをしておくことで、ミスをせず同じ動きができる点が特徴と言えます。
２．画像処理ロボットの適用例
ここからは、画像処理ロボットを適用する際に適用例を紹介していきます。自社のラインにどのように活用すればよいのか、イメージしながら確認できるとよいですね。
（1）位置がばらばらなものを正確に掴む
生産ラインにおいて位置がばらばらなものを、画像処理によって適切に認識することで、ロボットアームで正確に掴むことが可能です。
例えば、お菓子工場で箱詰めをする際には、正確に掴んで適切に箱詰めをする必要がありますが、毎回人が流す位置や向きを設定していてはロボットを導入する意味がありません。画像処理ロボットの活用によって、効率が大きく変わり生産性の向上やコスト削減に繋がります。
（2）流れてくるものを正確に仕分ける
一つのラインで同時に複数の製品や、大きさの違うものを流す場合にも画像処理の技術は役に経ちます。
分類ができるような特徴をあらかじめインプットしておくことで、自動的に仕分けをしてくれるため、複数種類の分類だけでなく不良品の選別にも活用可能です。例えば少量多品種で生産されることの多い、ネジなどの工具に用いられることもあります。
（3）位置決めがされていないものにネジを打ち込む
画像処理は分類をするだけでなく、対象物に対して作用する際にも用いられます。
製品に対してネジを打ち込む際にも、通常は正確に位置決めがされていないとずれた場所にネジを打ち込み壊れてしまう可能性があります。しかし、画像処理を用いてネジ打ちをすることで、位置決めを逐一することなくロボットが位置を判断してネジの打ち込みが可能です。
また、画像処理で検査を併用することで検査結果に応じた対応も自動的にできるため、さまざまなラインに応用できます。
３．画像処理ロボットに用いる画像処理技術
ここまで、従来の産業用ロボットに画像処理を組み合わせることでさまざまなメリットや、活用方法があることを紹介してきました。
では、ロボットが画像を判別できるようにする為に、どのような画像処理技術が用いられているのでしょうか？ここでは、代表的な処理方法を3種類解説します。
より詳しい画像処理に関しては、こちらの記事も合わせてご確認ください。
（1）位置補正
ロボットに指示を出す際には、製品がロボットが認識できる形式でどの位置にあるのかを正確に伝達する必要があります。しかし、そのためには人間が製品の位置決めをしないといけません。
画像処理の位置補正技術を用いれば、ずれた位置に製品があったとしてもその位置を座標軸や回転角度という観点で補正し、ロボットに伝達してくれます。ロボットは伝達された位置補正情報に基づいて、従来と同じように動けばいいだけなので、位置補正により間違った処理をしてしまうことが無くなります。
基準画像に基づいて現在の画像の位置補正をするのが一般的なので、まずは基準となる画像を準備する所から始めましょう。
（2）濃淡補正
画像は色や濃度の微妙な変化を補正することで、より鮮明にロボットが位置や向きを把握できるようになります。濃淡補正には、単に白と黒の2色に分けてしまう方法や、微妙な色合いを数段階の濃さに分ける方法があります。
また、カラー画像を処理する必要がある場合には、色の成分ごとに濃淡を変化させることも可能です。これらの補正を用いることで、位置や向きだけではなく製品の分類や不良品の検出精度を向上させられる可能性があります。
（3）傾き補正
位置補正で製品の位置が特定できたとしても、傾いている状態では適切にアームで掴んだり、ネジを打ち込んだりができない可能性があります。その場合に効果的なのは傾き補正です。濃淡補正などによって明確化した画像をお手本の画像と比較することで、どの程度傾いているかを検出し、ロボットの動作を補正できます。
このように、さまざまな画像処理技術を組み合わせることでロボットに狙い通りの働きをして貰うための、情報を生成する技術が開発されています。
４．画像処理ロボット関連メーカー+SIer5選
ここからは、画像処理ロボットや既存ロボットに組み合わせる画像処理関連のメーカー、導入を一貫してサポートしてくれるSIerを紹介します。
①株式会社FAプロダクツ
【特徴】
FAプロダクツは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。
また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。
【ポンチ絵とお見積りのサンプル】
テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。
また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。
業界最大級の画像処理検証施設を開設！
「画処ラボ」ではルールベースやAIの画像処理を専門エンジニアが検証。ご相談から装置制作まで一貫対応します。
【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692（代表）
https://jss1.jp/
【営業品目】
- 産業用ロボット
- 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
- 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
- 治具の設計・製作
【実績】
ＮＭ社（電子部品の製造販売）、ＨＳ製作所（情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売）、ＴＴ社（ショッピングセンターなどリテール事業）、ＳＭ社（自動制御機器の製造・販売）、ＯＲ社（自動車安全システムの製造販売）
②キーエンス
【特徴】
世界的にも有名な計測器に関するメーカーで、独自開発の魅力的な製品を多くラインナップしています。45ヶ国200拠点でグローバルに事業展開をしており、成長を続けている企業なので、安心して付き合える企業です。
【所在地】
大阪市東淀川区東中島1-3-14
TEL：06-6379-1111
FAX：06-6379-2222
https://www.keyence.co.jp/
③ヤマハ発動機
【特徴】
2輪車で有名なヤマハ発動機は、さまざまな産業用ロボットの開発も行っており、画像処理機能付きのロボットも扱っています。用途例として、スカラロボットのネジ締め作業やピック&プレイス作業に用いられます。
【所在地】
静岡県磐田市新貝2500
TEL：0538-32-1115
https://global.yamaha-motor.com/jp/
④株式会社アイキューブテクノロジ
【特徴】
画像処理と自動化システムのシステムインテグレータであり、自社開発の3次元物体位置姿勢認識制御を搭載したロボット等を開発しています。市販のロボットと画像処理装置を連動させた自動化システムの提案にも強みを持っています。
【所在地】
愛知県名古屋市東区東桜1-9-2 IKKOパーク栄ビル3F
TEL：052-212-9770
FAX：052-212-9771
http://www.i-cube-tech.co.jp/
⑤エプソン
【特徴】
プリンターのイメージが強いエプソンでは産業用ロボットも扱っており、ロボットと連携した画像処理システムも開発しています。複雑な設定の不要な画像処理システムの採用により、早期の立ち上げが可能となり、ロボットと合わせたサポートも可能です。
【所在地】
長野県諏訪市大和三丁目3番5号
TEL：0266-52-3131
https://www.epson.jp/
５．画像処理ロボット導入のご相談はFAプロダクツへ
効率化を目的に導入した産業用ロボットで十分に期待通りの成果が出ていない場合、画像処理システムと組み合わせることで、課題解決に繋がる可能性があります。急速に進化した人工知能を用いた画像処理の導入によって、その精度は格段に向上している為、複雑な形状の製品であっても判別が可能になっています。
後付けで画像処理システムを導入する場合には、既存のロボットとの相性を確認する必要があり、自社だけでは判断できない場合もあるでしょう。どのようなシステム構成にすればよいか不安な場合には、経験のあるSIerに相談するのがおすすめです。
画像処理システムや組み合わせたロボットの導入を検討する際には、FAプロダクツまたは画処ラボまでお気軽にご相談ください。
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