ロボット溶接とは？-プロセスと応用

溶接は、2つの材料を加熱、混合、冷却して材料やフィラーを冷却し、強力な接合を形成するプロセスです。アーク溶接からスポット溶接まで、新品および中古の溶接ロボットは通常、必要な溶接が繰り返され、品質と速度が重要となる溶接プロセスで使用されます。ロボット溶接は、効率、一貫性、ROIを向上させる自動化されたプロセスです。

ロボット溶接とは何ですか？

ロボット溶接は、機械化されたプログラム可能なツール（ロボット）を使用することで、溶接の実行と部品の取り扱いの両方によって溶接プロセスを完全に自動化します。ガスメタルアーク溶接などのプロセスは、多くの場合自動化されていますが、人間のオペレーターが溶接する材料を準備することがあるため、必ずしもロボット溶接と同等ではありません。

ロボット溶接は、自動車産業などの高生産アプリケーションでの抵抗スポット溶接およびアーク溶接に一般的に使用されます。

ロボットは1960年代に米国の産業に最初に導入されましたが、ロボット溶接はロボット工学の比較的新しいアプリケーションです。溶接でのロボットの使用は、自動車産業がスポット溶接にロボットを広く使用し始めた1980年代まで普及しませんでした。

それ以来、産業で使用されるロボットの数とそのアプリケーションの数の両方が大幅に増加しました。 2005年には、北米産業で12万台以上のロボットが使用され、その約半分が溶接に使用されていました。成長は主に、高い設備コストとその結果としての高生産アプリケーションへの制限によって制限されます。

ロボットアーク溶接は最近急速に成長し始めており、すでに産業用ロボットアプリケーションの約20％を占めています。アーク溶接ロボットの主要なコンポーネントは、マニピュレーターまたは機械ユニットと、ロボットの「頭脳」として機能するコントローラーです。

マニピュレータはロボットを動かすものであり、これらのシステムの設計は、スカラやデカルト座標ロボットなど、さまざまな座標系を使用して機械のアームを誘導するいくつかの一般的なタイプに分類できます。

ロボットは、事前にプログラムされた位置を溶接するか、マシンビジョンによって、または2つの方法の組み合わせによって誘導される場合があります。ただし、ロボット溶接の多くの利点により、多くの相手先ブランド供給業者が精度、再現性、スループットを向上させるのに役立つ技術であることが証明されています

署名画像処理の技術は、自動化されたロボット溶接から収集された電気データをリアルタイムで分析するために1990年代後半から開発されており、溶接の最適化を可能にしています。

ロボット溶接装置

ロボット溶接は、溶接、ロボット工学、センサーテクノロジー、制御システム、人工知能を組み合わせたものです。コンポーネントには、特定のプログラミングを備えたソフトウェア、溶接電源からワークピースにエネルギーを供給する溶接装置、および装置を使用して溶接を行うロボットが含まれます。

ロボットのプロセスセンサーは溶接プロセスのパラメーターを測定し、その幾何学的センサーは溶接の幾何学的パラメーターを測定します。制御システムは、センサーからの入力情報を取得して分析することにより、プログラムで定義された溶接手順の仕様に基づいて、ロボット化された溶接プロセスの出力を適応させます。

使用目的に応じて、ロボットはロボットアームまたはロボットポータルになります。通常、3軸ロアアームと3軸手首からなる6軸産業用ロボットは、溶接トーチを手首に取り付けて、3次元溶接に必要なすべての位置を実現できるために使用されます。

システムはロボットと統合する必要があり、溶接装置はロボット溶接と互換性があり、できればロボット溶接用に特別に設計されている必要があります。そうすれば、すべてのプロセスをロボットで制御できるからです。

ロボット溶接の仕組み？

ロボットを任意のプロセスに使用する場合、自動化に対応するために方法を修正する必要があります。同じことが溶接にも当てはまります。溶接では、手動で同等のものにはないいくつかのツールを使用します。ロボット溶接機のようにプログラミングする必要はありません。

ロボット自体には、直線タイプの場合は3次元で移動でき、関節式バージョンの場合はより多くの平面を移動できるアームがあります。ワイヤーフィーダーは、溶接作業に必要なフィラーワイヤーをロボットに送ります。アームの端にある高熱トーチは金属を溶かして溶接プロセスを可能にします。気温は数千度に達するため、このプロセスにロボットを使用すると、人々の安全が保たれます。

認定された人間のオペレーターは、ロボットの近くにいる必要があります。これらの労働者は、手動溶接工だけでなくロボット溶接アームのオペレーターも認定する米国溶接協会、AWSからの認定を保持する必要があります。オペレーターは、ティーチペンダントを使用してコントローラーをプログラムします。このデバイスは、新しいプログラムを設定し、アームを動かし、プロセスのパラメーターを変更します。溶接を開始するには、オペレーターは操作ボックスのボタンを使用します。

ロボットアームのツールが加熱されて金属が溶け、目的の部品が結合されます。必要に応じて、ワイヤーフィーダーはより多くの金属ワイヤーをアームとトーチに送ります。次の部品が溶接されるのを待つとき、アームはトーチをクリーナーに移動して、このプロセスなしで所定の位置に固化する可能性のある金属の飛び散りをアームから取り除きます。

ロボット溶接機を使用する主な理由の1つは人間の作業員を保護することであるため、これらの自動システムには複数の安全機能が備わっています。アークシールドは、高熱アークが酸素と混合するのを防ぎます。囲まれた領域は、温度と明るい光からオペレーターを保護します。

ロボット溶接の利点

溶接ロボットを使用して工場を自動化することには、より高速で一貫したサイクルタイム、生産の中断がないこと、溶接品質の向上など、いくつかの利点があります。基本的に、溶接ロボットによる自動化を使用することで、プロセスにかかる時間が短縮され、メーカーは直接の労力と安全性のコストを削減し、材料を節約できます。

ロボット溶接セルは、さらに安全な作業環境を提供し、アークグレア、オーバースプレー、およびロボットと部品との直接接触を劇的に低減します。ロボット溶接機はより一貫性があり、ある溶接から次の溶接にすばやく移動できるため、プロセス全体が高速化されます。

時間を短縮 ：ロボット溶接システムは、作業を迅速に完了します。新品または中古の溶接ロボットをお持ちの場合でも、手動溶接よりもミスが少なくなります。労働者とは異なり、ロボットは休憩や休暇などを必要としません。24時間年中無休で作業を中断することなく続行できます。これにより、スループットと生産性が向上します。
直接労働と安全のコストを削減： 手動溶接のコストは高額になる可能性があります。時間、スキル、集中力が必要です。それも危険です。フラッシュ、ヒューム、スパーク、および熱により、手動溶接は負担がかかり危険な作業になります。ロボット溶接を使用すると、作業者を保護し、コストを削減できます。これらのシステムは危険に耐え、しばしば生産を増やします。保険や事故関連の費用も大幅に削減されます。
資料の節約： 最も熟練した溶接工でさえ間違いを犯します。ただし、新品および中古の溶接ロボットでは、電源やワイヤーを含むすべてが規制されています。自動化された使用済み溶接ロボットシステムは、一貫して稼働することでエネルギーを節約します（スタートアップが少なくなります）。さらに、作成される溶接はより一貫性があります。ロボットシステムの精度は、無駄な材料と時間が少ないことを意味します。材料を節約し、同時に製品の品質を向上させます！

一部の企業は、単一の溶接セルから始めて、完全に自動化された溶接プロセスに徐々に移行するロボット溶接アプリケーションに徐々に切り替えています。ロボットは、パーツへのアクセスが制限されている場合や到達が難しい場合に役立ちます。メーカーは、細いロボットアームがより小さな領域に到達できるようにする設計を作成しました。

制限

ロボットと溶接する際の問題の1つは、電流や空気などに使用されるケーブルやホースが、ロボットの手首の動きの能力を制限する傾向があることです。

この問題の解決策は、単一の回転ユニット内で圧縮空気、冷却水、電流、および信号の通過を可能にするスイベルです。

スイベルユニットは、すべてのケーブルとホースをロボットアームの定義された経路に沿って配線できるため、オフラインプログラミングも可能にします。

ロボット溶接のその他の制限：

複雑なエンドユーザープログラミング、ユーザーフレンドリーではなく、スペシャリストのみ
APIが制限されているため、簡単な変更が複雑になります
ヒューマンマシンインターフェース（HMI）が実際に機能していません。システムにはカスタマイズとトレーニングが必要です。ロボット溶接システムをカスタマイズするのは難しい。
接続の課題、相互接続可能な標準の欠如
人間の労働に取って代わる
テクノロジーは時代遅れになります

ロボット溶接プロセス

溶接には高度な教育とスキルが必要です。しかし、プロの溶接工の数は業界のニーズを満たしていません。アメリカ溶接協会によると、2022年までに、業界では45万人の溶接工が不足するでしょう。重要なプロジェクトを許可する代わりに、これらの労働者は完全に遅れをとることになり、ロボットはたるみを取り戻すことができます。

ロボットはプロセスを自動化し、より高い精度、より少ない無駄、そしてより速い操作を保証します。ロボットはさまざまな機械を利用できるため、アーク、抵抗、スポット、TIGなどのさまざまな溶接プロセスに適応できます。

1。アーク溶接

ロボット溶接の最も一般的なタイプの1つは、アークプロセスです。この方法では、電気アークが華氏6,500度までの極度の熱を発生させ、金属を溶かします。溶融金属は部品を結合し、冷却後に固化して安定した接続になります。プロジェクトで大量の正確に結合された金属が必要な場合、アーク溶接は理想的なアプリケーションとして機能します。

2。抵抗溶接

プロジェクトで熱処理やコスト削減の方法が必要な場合、ロボットは抵抗溶接を使用することがあります。このプロセス中、電流が2つの金属ベース間を通過するときに、溶融金属のプールを作成します。この溶融金属は金属片を結合します。

3。スポット溶接

一部の材料は電流に抵抗し、他の形態の溶接を妨げます。この状況は、自動車業界で自動車本体の部品をつなぎ合わせるために頻繁に発生します。この問題を克服するために、ロボット溶接機はさまざまな抵抗溶接を使用して、1対の薄い金属シートを1つのスポットに接続します。

4。ティグ溶接

高レベルの精度を必要とするロボット溶接アプリケーションでは、TIG溶接が必要になる場合があります。この方法は、ガスタングステンアーク溶接またはGTAWという用語でも使用されます。電気アークは、タングステン電極と金属ベースの間を通過します。

5。ミグ溶接

GMAWまたはMIGとしても知られるガスメタルアーク溶接は、高レベルの溶着を使用する高速で簡単な方法です。ワイヤーは溶接機の加熱された先端まで連続的に移動し、ワイヤーを溶かして、ベースを別の部品に結合するために大量の溶融金属をベースに滴下させます。

6。レーザー溶接

溶接プロジェクトで大量の部品の精度が必要な場合は、レーザー溶接が金属接合の好ましい方法です。宝飾品や医療部品などの小さな部品は、レーザー溶接を使用することがよくあります。

7。プラズマ溶接

プラズマ溶接は、オペレーターがノズルを通過するガスの速度と温度の両方を簡単に変更できるため、最も高い柔軟性を提供します。

ロボット溶接アプリケーション

時間の節約と高い生産性により、ロボット溶接は金属および重工業、特にスポット溶接とレーザー溶接を採用する自動車産業で重要になっています。

これは、曲面を備えた短い溶接と、溶接プロセスの継続的なシフトや変更を必要としない、反復可能で予測可能なアクションに最適です。外部軸の助けを借りて、ロボットは、たとえば造船業界での長い溶接にも適しています。

ロボット溶接は、効率と量が不可欠な大量生産で主に使用されますが、あらゆるニーズに合わせてプログラムを作成でき、ロボット工学は、高い費用効果を維持しながら、小規模で1回限りの生産にも利用できます。

ロボット対手溶接

手動溶接は、現代の製造業では今でもその役割を果たしています。使用する溶接のスタイルをすばやく変更する専門家が必要なプロジェクトでは、手動溶接が最適です。プロの溶接工は自分のしていることをすぐに変えることができますが、ロボットは不確実な状況にそれほど迅速に適応しません。

手動溶接は依然として多くの企業が必要としているプロセスであるため、プロの溶接工がすぐに消えることはありません。実際、上記の専門の溶接工が不足しているため、複数の企業がロボットに投資している場合でも、認定を取得している人は簡単に仕事を見つけることができます。

手動溶接機をロボットに置き換えても、AWSは認証ビジネスから外れることはありません。ほとんどのロボット溶接工のオペレーターは、この分野のロボット工学の側面で認定を取得する必要があります。AWSも認定を提供しています。溶接について知っているロボット工学の専門家がいることで、プロジェクトが適切にプログラムされ、可能な限り迅速かつ費用効果の高い方法で完了することが保証されます。