自動溶接ソリューション:専門家の比較と洞察

GarLine と SharpTrack ― 「自動溶接」のための最先端のシーム追跡ソリューション

製造はますます自動化されており、使いやすいソリューションへの要求がますます高まっています。溶接部門では、有資格の溶接担当者が不足しているため、自動化されたロボット溶接ソリューションの需要が高まっていると同時に、メーカーや製造業者にとってコスト効率が向上しています。  既存の溶接ソリューションの多くは「半自動」と見なすことができますが、そのようなソリューションではオペレータによる継続的な対話が必要であり、溶接のセットアップに長い時間がかかり、高度な訓練を受けたオペレータが必要です。完全に自動化されたロボット溶接を「自動溶接」と呼びます。  ただし、オペレータの介入がほとんど必要なく、セットアップ タスクが大幅に簡素化される場合、このソリューションは「自律型」と呼ぶことができます。  しかし、オペレーターの活動を最小限に抑えて自律性を実現することは困難です。  ロボット溶接ソリューションを真に自律的または無人にするためには、プロセスを改善する必要があります。たとえば、レーザー シームの追跡や、いつでも最適な溶接戦略を実行するための適切な統合インテリジェンスを備えたセンサーの検出などです。

自動または半自動溶接に利用できるテクノロジー

2022 年 3 月 31 日に Motoman.com ウェブサイトに公開された記事で、Joshua Leath は自動溶接のさまざまなオプションのガイドを提供しました。  彼は、タッチ センシング、ワイヤ センシング、スルーザアーク センシング、レーザー ポイント センシング、およびレーザー プロファイル センシングの 5 つの一般的なカテゴリを特定しました。  彼はまた、自動化タスクをシーム検索とシーム追跡に分割しました。

シーム検索とシーム追跡

「縫い目検出と縫い目追跡の違いは何ですか?」 「シーム ファインディングとシーム トラッキングをいつ使用するべきかをどのように判断すればよいですか?」これらは、ロボット溶接の専門家がよく受ける一般的な質問です。それを念頭に置いて、ロボット溶接プロセスの進め方を決定する際に考慮すべき点がいくつかあります。

継ぎ目の検索

溶接を開始する前にロボットが溶接継手の位置を正確に特定するには、高速の継ぎ目検索または継手検索が推奨されます。ワークピースには必然的にある程度のばらつきが生じますが、目標は、仕様に定められた部品と治具でそのばらつきを最小限に抑え、ジョイントシームへの溶接ワイヤの幅の半分以内にすることです。このプロセスは、さまざまなテクノロジーを使用していくつかの方法で実行でき、ロボットが溶接接合部を見つけることができます。通常、部品上で 2 つ以上の既知の点を見つけて継ぎ目を発見すると、ロボットによってプログラム パスが変更され、溶接が完了します。必要な継ぎ目検出のタイプは、予想されるサイクル タイムとジョイントのタイプという 2 つの主な要因によって決まります。継ぎ目検索は最も一般的な溶接機能の 1 つであり、多くの場合、次の接触および非接触オプションによって実現されます。

タッチ センシング  – 単純な接合部や形状を持つ部品の方向を見つけるのに最適なこの方法は、「ワイヤタッチ」としても知られ、トーチの端から溶接ワイヤを物理的に接触させて、溶接しようとしている部品の導電性表面を検出します。ロボットの遅い速度と最終的なタッチにより、ワイヤを介して供給される低量の電圧で回路が完成します。状況によっては、トーチのノズルを使用してこれを行うこともできます。安川電機のタッチ センス パッケージのようなシステムは、自動化用に設計された溶接電源の組み込み機能によって完成され、低速検索中に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  – トーチからのワイヤーが部品に触覚的に接触するタッチセンスと同様に、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、ロボットが部品上を移動する間にワイヤーを素早く上下に動かします。これにより、重ね継手の位置を簡単に特定できるようになり、材料の高さや隙間などの項目を測定できるようになります。

レーザー ポイント センシング  – タッチ センシングよりも 2 ～ 5 倍速く、基本的なレーザー ドット センサー (溶接トーチに取り付けられている) を使用すると、レーザーが発射されるのとほぼ同じ速さで部品の位置と方向が捕捉され、迅速かつ正確な継ぎ目検出が可能になります。

ファナックと Garmo GarLine R センサーを統合

レーザー継ぎ目検出 (検索)  – レーザードットセンサーでの 1 回のスキャンでより多くの特性を検出できるため、安川電機の MotoEye™ SF などの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) を利用すると、非常に高速な共同測定が可能になります。 FANUC America Corporation は、R901 SW オプションと呼ばれる同様の機能を提供しています。このソリューションは、3D マルチレーザー距離画像光学系を使用するセンシング デバイスとうまく連携して、溶接を開始する前に必要な測定値/関節ギャップ データをロボットに提供します。

長所:

• あらゆる照明でさまざまなマテリアルに対応
• マクロ ジョブで教えるのが簡単
• ジョイントギャップデータを提供します
• 焦点距離が長い。円弧から離れてマウント
• 2.5D を見つけます。オフセットと深さ
• コンパクトで自己完結型
• I/O インターフェースは古いコントロールに後付け可能

短所:

• 中程度から高度な複雑さ。視覚システムに関するトレーニングを提案
• 部品/ツールへのアクセスが制限される場合があります
• 40 または 50 mm の FOV では、大きなオフセットを複数回検索する必要がある場合があります

シームトラッキング

多くの場合、プログラミングを簡素化するこのオプションでは、革新的なテクノロジーを使用して、溶接プロセス中にリアルタイムで溶接位置を追跡するロボットを装備します。シーム トラッキングは、部品の溶接中に歪みが発生する可能性がある用途や重い鋳造部品でよく使用されており、通常は次の方法を使用して実行されます。

円弧を通したシーム トラッキング  – 部品ごとに異なる長い継ぎ目または湾曲した継ぎ目を有する部品に最適です。Yaskawa の ComArc LV (低電圧) のようなスルー・ザ・アーク・シーム・トラッカーは、溶接電源の近くに取り付けられたソリッドステート・センサーを利用して、溶接シーケンス中のアーク特性をアクティブに測定します。これにより、ロボットの教示されたパスと実際の縫い目パスとの間の変動が決定されます。

レーザー シーム トラッキング  – この方法は、可能な限り最速のサイクルタイムを必要とするさまざまな継ぎ目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、部品の溶接中にリアルタイムで継ぎ目と部品の位置を見つけます。これは、ジョブショップ環境で見られるような、多品種少量の部品生産に理想的なソリューションです。また、このアプローチでは、半自動または自動溶接アプローチよりも必要な固定具が少なくなります。専用のプログラムは、部品が移動した場合でも経路を補正し、継ぎ目の位置と変動の溶接パラメータに適応します。

長所:

• 薄ゲージの重ねジョイントを確実に追跡
• 高速移動速度 (>100 IPM) をサポート
• トラッキング可能なウィービングモーション
• トラッキングは溶接設定の影響を受けません
• 協調動作をサポート
• イーサネット インターフェイスが利用可能
• 溶接アークに対して強化されたカメラ
• 適応溶接機能;速度と溶接の設定

短所:

• 非常に複雑で、場合によっては（常にではありませんが）高コスト
• 視覚システムに関するトレーニングが必要
• トーチに取り付けられたセンサーにより、狭いスペースへの関節のアクセスが制限されます
• トラッキング半径は 40～60 mm に制限されます
• L

• 1 つのシステム上の 2 台のロボットに限定される

GarLine Seam Tracking および Seam Finding レーザー プロファイル センサーを使用する利点

Leath 氏の詳細な分析から、溶接の自動化を実現するにはいくつかの方法があることがわかります。  しかし、技術の多くは、真の自律性、つまり、放置された操作、適応制御、および高い使いやすさを意味するものには達していません。  Leath氏が提案した最後のソリューションは、レーザープロファイルの継ぎ目の追跡/検出でした。  溶接を行うためのロボット パスを定義するためにシームを先読みし、高速信号処理を備えたオンボード プロセッサ (GarLine 搭載) を通じて、測定された幅または深さに基づいて必要な溶接をオンザフライで調整できるため、最高度の自律性を提供します。

スペイン、サラゴサの Garmo Instruments は、さまざまなレーザー プロファイリング溶接シーム センサー #GarLine を開発しました。これは、さまざまな溶接用途や幅広い材料に対応する堅牢性、柔軟性、適応性を備えています。

以下は、溶接の自動化がメーカーにどのようなメリットをもたらすかをまとめたものです。

労働条件の改善

GarLine センサーを使用すると、溶接部の近くで作業する必要がなくなるため、作業員はより安全な環境で作業を行うことができ、従来の健康関連や人間工学に基づいた溶接のリスクを回避できます。

短期生産のための迅速な切り替え

GarLine センサーは、パーソナル コンピューター上で、またはファナック、ABB Robotics、#Universal Robotics (UR) などを含む幅広いブランドやモデル向けのロボットまたはコボット ティーチ ペンダントに統合された、非常にユーザーフレンドリーなメニュー駆動のセットアップを備えています。  これにより、オペレータのトレーニングが簡素化され、部品生産の変更に基づいた迅速なプログラム変更が可能になります。  GarLine は、多品種少量の作業現場に最適なソリューションであり、幅広いメニュー オプションと固有の溶接適応性により、幅広い部品サイズと形状に対しても有益です

製品の品質の向上

GarLine の光学精度と自動補正は非常に高速でロボットに伝達されるため、GarLine 溶接ソリューションは、溶接品質の向上、溶接の高速化、不必要な廃棄物の割合の低減を実現し、その結果、より短い時間での完成品の生成率を高め、再処理や生産ロス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

「少ないほど豊か」というコンセプトのシンプルさは、溶接部門のメーカーを含むあらゆる企業の目標です。機械のセットアップや部品の固定など、生産に費やす時間が短縮され、同時に高品質の結果が得られるため、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 センサーの機能

堅牢なセンサー

GarLine は IP67 絶縁等級を上回り、-20 °C / 70 °C の動作範囲で正常に動作します。その設計には、TIG 溶接プロセスなどで最適な EMI 絶縁を確保する航空宇宙用の材料が組み込まれています。

スマート エレクトロニクス

その電子機器は、4 GB の RAM を利用する 4 つの並列プロセッサで構成されており、フル解像度で 42 フレーム/秒で画像を処理します。さらに、GarLine センサーには、センサーとレーザーのパラメーターを動的に適応させて、材料の表面状態が変化する用途での反射問題を修正するための革新的なアルゴリズムが組み込まれています。レーザーの帯域幅は、溶接アークによって生成される光の帯域幅を大幅に超えています。

メンテナンスが簡単

GarLine は、使い捨てのポリカーボネート保護シールドと内部のゴリラガラス窓を備えています。センサーは空冷式であり、センサー面全体のエア カーテンとしても機能し、保護を強化します。非常に高温の環境用に水冷オプションがあります。  水冷クーラーは取り付けプレートに統合されており、ARC-Swiss で固定されています。  このソリューションにより、必要に応じてセンサーを迅速かつ簡単に交換できます。

あらゆるタイプの自律溶接 (協働ロボット、産業用ロボット、PLC 操作機械) にとって、GarLine 継ぎ目検出センサーはプラグ アンド プレイ ソリューションです。そのインターフェイ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その他の特別なソフトウェア、ケーブル、その他のデバイスは必要ありません。

GarLine センサーには、シーム追跡機能とシーム発見機能のほかに、自律溶接で非常に求められる他の非常に便利な機能も含まれています。

GarLine シーム追跡および検索レーザー センサー機能

継ぎ目検索 :トーチを継ぎ目に向かって移動するための補正のリアルタイム先読み計算。センサーは溶接前に溶接ジョイントの正しい教示点を検出し、部品の偏差を補正します。

位置情報機能 :GarLine は作品の 4 点をスキャンし、その形状をキャプチャして平面上に配置します。このスキャンと位置特定のプロセスは、タッチ センス機能のみを使用した場合よりも 10 倍高速に実行されます。 GarLine は回転と並進をそれぞれ 3 軸で測定し、合計 6 つの縫い目の位置を計算します。

マルチパス :多層溶接のための簡単なプログラミング機能。

終了検出追跡 :センサーが継ぎ目の端を検出し、溶接を停止します。

事前タグ回避設定 :センサーは真っ直ぐに溶接し、ジョイントに沿って事前にプログラムされたギャップをスキップするように構成できます。

ウィービングとアダプティブ ウィービング :Garline センサーの「先読み」ビジョンのおかげで、トーチの軌道は継ぎ目の幅に適応し、ジグザグに隙間を埋めることができます。

柱と梁のソリューション

溶接市場のニーズを認識している Garmo Instruments は、SharpTrack ソリューションを備えたオールインワンの簡単溶接キットも開発し、自律溶接アプリケーション向けにカスタマイズされた便利な究極のソリューションを提供します。

SharpTrack システムと GarLine センサーによる簡単な溶接自動化

Garmo Instruments は、QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L と協力して、ユーザーが次のことを確実に行えるプラグ 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 オプションにアクセスする
• アプリケーション要件に合わせて SHARPtrack をカスタマイズする（アプリケーションに応じて、スライド モデル、PLC ブランド（現在は Siemens、Rockwell、Panasonic PLC が利用可能）、ドライバ、ケーブル長、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）
• すべての溶接機能（溶接シーム追跡、リアルタイムモニタリング、手動スライド移動、ライブオフセット制御、溶接速度と溶接源関連パラメータの構成）へのペンダントアクセス

GarLine の先読み機能により、正確なリアルタイムのシーム追跡と溶接トーチ軌道の微調整が保証されます。 GarLineセンサーは人間の目には感知できないほどの速度で軌道修正を実行します。この精度は、完璧な品質の溶接を提供することに加えて、最終製品の純粋な知覚価値を保証します。

SHARPtrack には、事前定義されたパーソナライズ可能なプログラミングがすでに含まれており、溶接の自動化をプラグアンドプレイに変えます。インストールは簡単で、大規模なプログラミングは必要ありません。

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 システムの詳細については、Garmo Instruments 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