自律溶接ソリューション：専門家による比較と洞察

GarLine & SharpTrack ― 「自律溶接」のための最先端シームトラッキングソリューション

製造業はますます自動化が進み、使いやすいソリューションが求められています。溶接分野では、熟練溶接作業者の不足により、自動化・ロボット溶接ソリューションへの需要が高く、同時にメーカーとファブリケーターにとってよりコスト効率が良くなっています。既存の多くの溶接ソリューションは「セミオートメート」と見なせますが、こうしたソリューションは常時オペレーターの介入を必要とし、溶接セットアップに長期間を要し、高度に訓練されたオペレーターを必要とします。完全自動化されたロボット溶接は「アウトマチック溶接」と呼ばれます。しかし、オペレーター介入がほとんど不要でセットアップ作業が大幅に簡素化されていれば、そのソリューションを「自律的」と呼ぶことができます。しかし、最小限のオペレーター活動で自律性を達成することは困難です。ロボット溶接ソリューションが真に自律的、あるいは無人化になるには、プロセスの改善が必要です。たとえば、最適な溶接戦略を随時実行するための十分な統合インテリジェンスを備えたレーザーシームトラッキング/ファインドセンサーなどです。

自動化またはセミオートメート溶接で利用可能な技術

Motoman.comウェブサイトで2022年3月31日に公開された記事で、Joshua Leath氏が自動溶接のさまざまなオプションについてガイドを提供しています。彼は5つの一般的なカテゴリーを特定しました：タッチセンシング、ワイヤーセンシング、スルーアークセンシング、レーザーポイントセンシング、レーザープロファイルセンシング。また、自動化タスクをシームファインドとシームトラッキングに分類しました：

シームファインド vs シームトラッキング

「シームファインドとシームトラッキングの違いは何ですか？」「どちらを使うべきかどう判断すればよいですか？」これらはロボット溶接の専門家によく寄せられる質問です。ロボット溶接プロセスの進行を決める際に考慮すべきいくつかのポイントを紹介します：

シームファインド

ロボットが溶接開始前に溶接継手を正確に位置特定するために、高速シームファインドまたはジョイントファインドが推奨されます。ワークピースには必ず何らかの変動範囲がありますが、目標は仕様部品と治具でその変動を最小限に抑え、溶接ワイヤー半径の半分以内で継手シームに収めることです。このプロセスはさまざまな技術で実行でき、ロボットが溶接継手を見つけられるようにします。通常、部品上の既知の2点以上をファインドによって発見すると、プログラムパスがロボットによってシフトされ、溶接が完了します。必要なシームファインドのタイプは、予想サイクルタイムと継手タイプという2つの主要因子によって決まります。シームファインドは最も人気のある溶接機能の一つで、以下の接触・非接触オプションでよく実現されます：

タッチセンシング ― シンプルな継手と形状の部品姿勢を見つけるのに最適で、「ワイヤータッチ」としても知られるこの方法は、トーチ先端からの溶接ワイヤーが溶接予定部品の導電性表面に物理的に接触して検出するものです。ロボットの低速移動と最終的な接触により、ワイヤーを通じて供給される低電圧で回路が完成します。一部のシナリオではトーチノズルでも実行可能です。自動化向けに設計された溶接電源の内蔵機能を通じて完了し、YaskawaのTouch Senseパッケージのようなシステムは、低速サーチ時の低電圧回路を使用して溶接継手の最適な位置を決定します。

ワイヤーセンシング ― タッチセンスと同様にトーチからのワイヤーが部品に触覚接触しますが、このオプションではトーチ内のサーボモーターを使用してワイヤーを高速で上下動させながらロボットが部品を横切ります。これによりラップ継手を容易に位置特定でき、材料高さやギャップなどの測定も可能です。

レーザーポイントセンシング ― タッチセンシングの2〜5倍高速で、溶接トーチに取り付けられた基本的なレーザードットセンサーが、レーザー発射とほぼ同じ速さで部品の位置と姿勢を取得し、高速かつ正確なシームファインドを提供します。

FanucとGarmo GarLine Rセンサーの統合

レーザーシームファインド（サーチ） ― レーザードットセンサーよりも単一スキャンでより多くの特性を取得でき、プロファイルレーザーインターフェース（ソフトウェアオプション）の活用、たとえばYaskawaのMotoEye™ SFにより、極めて高速な継手測定が可能です。FANUC America CorporationもR901 SWオプションという類似機能を提供しています。このソリューションは、3Dマルチレーザー測距イメージング光学を使用して溶接開始前に必要な測定/継手ギャップデータをロボットに提供するセンシングデバイスと相性が良好です。

メリット：

• すべての材料と照明条件で動作
• マクロジョブで容易にティーチング可能
• 継手ギャップデータを提供
• 長い焦点距離；アークから離して設置可能
• 2.5Dを位置特定；オフセットと深さ
• コンパクトで自己完結型
• I/Oインターフェースで旧型コントローラーへの後付け可能

デメリット：

• 中〜高複雑性；視覚システムのトレーニング推奨
• 部品/治具へのアクセスを制限する可能性
• 40〜50mmの視野では大きなオフセットに複数回のサーチが必要な場合あり

シームトラッキング

プログラミングを簡素化することが多く、このオプションは革新的な技術を用いてロボットに溶接位置をリアルタイムで、溶接プロセス中に追跡させます。シームトラッキングは、溶接中に歪みが生じるアプリケーションや重い鋳造部品で人気があり、一般的に以下の方法で実行されます：

スルーアークシームトラッキング ― 部品ごとに異なる長いまたは曲がったシームに最適で、YaskawaのComArc LV（低電圧）のようなスルーアークシームトラッカーは、溶接電源近くに搭載された固体センサーを使用して、溶接シーケンス中のアーク特性を能動的に測定します。これにより、ロボットのティーチングパスと実際のシームパスの差異を特定します。

レーザーシームトラッキング ― 可能な限り最速のサイクルタイムを要求する可変シームを持つ材料に推奨され、高性能レーザーと高速コントローラーを組み合わせて、部品が溶接されている間にリアルタイムでシームと部品位置を特定します。これは、ジョブショップ環境で見られるような高品種少量生産部品に理想的なソリューションです。このアプローチは、セミオートメートまたは自動溶接アプローチよりも少ない治具で済みます。専用プログラムがパスを補正し、部品が移動しても、シーム位置と変動に合わせて溶接パラメータを適応させます。

メリット：

• 薄板ラップ継手を確実にトラッキング
• 高速移動（>100 IPM）をサポート
• トラッキングしながらウィービング動作可能
• トラッキングは溶接設定の影響を受けない
• 協調動作をサポート
• Ethernetインターフェース利用可能
• 溶接アークに耐えるカメラ
• 適応溶接機能；速度と溶接設定

デメリット：

• 高複雑性、場合によっては（必ずしも常にではない）高コスト
• 視覚システムのトレーニング必須
• トーチ搭載センサーが狭いスペースへの継手アクセスを制限
• トラッキング半径は40〜60mmに限定
• 1システムあたり最大2台のロボットに限定

GarLineシームトラッキングおよびシームファインドレーザープロファイルセンサーを使用するメリット

Leath氏の詳細な分析から、溶接自動化を提供する方法はいくつかあることがわかります。しかし、多くの技術は真の自律性、つまり無人運転、適応制御、高い使いやすさには達していません。Leath氏が最後に提示したレーザープロファイルシームトラッキング/ファインドは、シームの先を見てロボットパスを定義し、オンボードプロセッサー（GarLineの場合）による高速信号処理で、測定された幅や深さに基づいて必要な溶接のオンザフライ調整が可能なため、最高レベルの自律性を提供します。

スペインのサラゴサにあるGarmo Instrumentsは、多くの異なる溶接アプリケーションと幅広い材料に対応する堅牢性、柔軟性、適応性を備えたレーザープロファイリング溶接シームセンサーのシリーズ、#GarLineを開発しました。

溶接自律性がメーカーにもたらすメリットの概要は以下の通りです：

作業環境の改善

GarLineセンサーにより、作業者は溶接に近接して作業する必要がなくなるため、従来の健康関連および人間工学的な溶接リスクを回避し、より安全な環境で作業できます。

少量生産への迅速な切り替え

GarLineセンサーは、Fanuc、ABB Robotics、#Universal Robotics（UR）など幅広いブランドとモデルのロボットやコボットのティーチペンダント、またはパーソナルコンピューター上で、非常にユーザーフレンドリーなメニュー駆動型セットアップを備えています。これによりオペレータートレーニングが簡素化され、部品生産の変更に基づく迅速なプログラム変更が可能になります。GarLineは、高品種少量のジョブショップにとって理想的なソリューションであり、豊富なメニューオプションと固有の溶接適応により、幅広い部品サイズと形状でも有益です。

製品品質の向上

GarLineの光学的精度と自動補正が非常に高いレートでロボットに伝達されるため、GarLine溶接ソリューションは、より良質な溶接、より速い溶接、不必要な廃棄物の割合低減、したがってより短時間でより高い完成品率を実現し、再加工と生産損失を回避することでメーカーに利益をもたらします。

生産性の向上

「少なければ豊か」というコンセプトのシンプルさは、溶接分野のメーカーを含むすべてのビジネスの目標です。機械セットアップと部品治具にかける時間を減らしながら高品質な結果を得ることで、全体的な生産性（OEE）が向上します。

GarLine CによるURコボットのセットアップと操作

GarLineセンサーの特徴

堅牢なセンサー

GarLineはIP67絶縁等級を超え、-20℃/70℃の作動範囲で正常に機能します。その設計には、TIG溶接プロセスを含む最適なEMI絶縁を保証する航空宇宙用材料が組み込まれています。

スマートエレクトロニクス

そのエレクトロニクスは、4GBのRAMを利用する4つの並列プロセッサーで構成され、フル解像度で毎秒42フレームの画像処理を行います。さらに、GarLineセンサーには、材料表面条件が変化するアプリケーションにおける反射問題を補正するための、センサーとレーザーパラメータの動的適応のための革新的なアルゴリズムが含まれています。レーザー帯域幅は、溶接アークで生成されるいかなる光帯域幅よりもはるかに外側にあります。

簡単なメンテナンス

GarLineは、使い捨てポリカーボネート保護シールドと内部Gorilla Glassウィンドウを備えています。センサーは空冷式で、これがセンサー面へのエアカーテンとしても機能し、追加の保護を提供します。非常に高温な環境向けに水冷オプションも用意されています。水冷却器はマウントプレートに統合され、ARC-Swiss固定方式を採用。このソリューションにより、必要に応じてセンサーの迅速かつ容易な交換が可能です。

すべてのタイプの自律溶接（コボット、産業用ロボット、PLC駆動機械）において、GarLineシームファインドセンサーはプラグアンドプレイソリューションです。そのインターフェースはロボット溶接システムのペンダントに直接表示され、追加のコンピューターや特別なソフトウェア、ケーブル、その他の追加デバイスを必要としません。

シームトラッキングとシームファインド機能に加え、GarLineセンサーには自律溶接で非常に需要の高い他の非常に有用な機能も含まれています。

GarLineシームトラッキング＆サーチングレーザーセンサー機能

シームサーチ：トーチをシームに向けて移動させるための補正をリアルタイムで先読み計算。センサーは溶接前に溶接継手の正しいティーチポイントを見つけ、部品の偏差を補正します。

位置特定機能：GarLineがワークピースの4点をスキャンし、その形状を捉えて平面上に配置。このスキャンと位置特定プロセスは、Touch Sense機能のみの場合より10倍高速です。GarLineは各3軸の回転と並進を測定し、合計6つのシーム位置を計算します。

マルチパス：多層溶接のための簡単プログラミング機能。

エンド検出トラッキング：センサーがシームの終端を検出し、溶接を停止します。

プレタグ回避設定：センサーを設定して、継手に沿った事前プログラムされたギャップをスキップして直線溶接できます。

ウィービングと適応ウィービング：GarLineセンサーの「先読み」ビジョンにより、トーチの軌道がシーム幅に適応し、ジグザグで隙間を埋めます。

コラムとビームソリューション

溶接市場のニーズを知るGarmo Instrumentsは、SharpTrackソリューションによるオールインワンで簡単な溶接キットも開発し、自律溶接アプリケーションのための究極のカスタマイズ可能で便利なソリューションを提供しています。

SharpTrackシステムとGarLineセンサーによる労力のない溶接自動化

QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.Lとの協力により、Garmo Instrumentsはユーザーが以下を実現できるプラグアンドプレイキットを開発しました：

• 複数の柔軟なPLCプログラミングオプションへのアクセス
• アプリケーション要件に合わせたSHARPtrackのカスタマイズ（スライドモデル、PLCブランド（現在Siemens、Rockwell、Panasonic PLCに対応）、ドライバー、ケーブル長、アプリケーションに応じたカスタマイズされたエンクロージャキャビネット機能の選択）
• ペンダントからすべての溶接機能へのアクセス（溶接シームトラッキング、リアルタイム監視、手動スライド移動、ライブオフセット制御、溶接速度と電源関連パラメータの設定）

GarLineの先読み機能により、正確なリアルタイムシームトラッキングと溶接トーチ軌道のマイクロ補正が保証されます。GarLineセンサーは、人間の目には知覚できない速度で軌道補正を行います。この精度は、完璧な品質の溶接を提供するだけでなく、最終製品に pristine perceived value（完璧な知覚価値）を保証します。

SHARPtrackには、あらかじめ定義されパーソナライズ可能なプログラミングが含まれており、溶接自動化をプラグアンドプレイにします。簡単な設置で、大規模なプログラミングは不要です。

溶接アプリケーションのアップグレードをお考えですか？

GarLineセンサーとSharpTrackシステムについて、Garmo Instrumentsのチームにお問い合わせください。

? www.futura-automation.com

? www.garmo-instruments.com

✉ sales@futura-automation.com

☏ (+1) 612-756-2390