ロボット溶接とは - プロセスとアプリケーション

溶接は、加熱、混合、冷却により 2 つの材料を融合させ、材料やフィラーを強力に接合するプロセスです。アーク溶接からスポット溶接まで、新しい溶接ロボットと中古の溶接ロボットは通常、必要な溶接が繰り返され、品質と速度が重要な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?

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) を使用するもので、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用途での抵抗スポット溶接やアーク溶接に一般的に使用されています。

ロボット溶接は、1960 年代にロボットが最初に米国の業界に導入されたにもかかわらず、ロボット工学の比較的新しいアプリケーションです。溶接におけるロボットの使用は、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 年代まで始まりませんでした。

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は大幅に増加しました。 2005 年には、120,000 台を超えるロボットが北米の産業で使用されており、その約半分が溶接用でした。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 アーク溶接はつい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、異なる座標系を使用してマシンのアームを方向付けるスカラやデカルト座標ロボットなど、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 ビジョンによって誘導されるか、または 2 つの方法の組み合わせによって溶接されます。ただし、ロボット溶接の多くの利点は、多くの OEM メーカーが精度、再現性、および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、1990 年代後半から、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開発され、溶接の最適化を可能にしました。

ロボット溶接装置

ロボット溶接は、溶接、ロボット工学、センサー技術、制御システム、および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。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、制御システムは、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 軸の下部アームと 3 軸の手首で構成される 6 軸の産業用ロボットが使用されます。これは、3 次元溶接に必要なすべての位置を達成するために溶接トーチを手首に取り付けることができるためです。

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 ?

任意のプロセスにロボットを使用する場合、自動化に対応するためにメソッド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、手動の同等物には見られないいくつかのツールが使用されます。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、直線型の場合は 3 次元で、多関節型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。ワイヤ送給装置は、溶接作業に必要なフィラー ワイヤをロボットに送ります。アームの端にある高熱トーチが金属を溶かして溶接プロセスを可能にします。温度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ことで人々の安全を確保できます。

認定された人間のオペレーターは、依然としてロボットの近くに留まる必要があります。これらの労働者は、手動溶接機だけでなくロボット溶接アーム オペレーターも認定する米国溶接協会 (AWS) の認定を受けている必要があります。オペレータは、ティーチ ペンダントを使用してコントローラをプログラムします。この装置は、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 アームのツールは、加熱して金属を溶かし、目的の部品を結合します。必要に応じて、ワイヤ送給装置がアームとトーチにさらに金属ワイヤを供給します。次の部品が溶接されるのを待っているとき、アームはトーチをクリーナーに移動して、このプロセスを行わないと所定の位置に固化する可能性があるアームから金属の飛び散りを取り除きます。

ロボット溶接機を使用する主な理由の 1 つは人間の労働者を保護することであるため、これらの自動化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。密閉されたエリアは、オペレータを温度や明るい光から保護します。

ロボット溶接のメリット

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時間、生産の中断がない、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、メーカーは直接労働と安全のコストを削減し、材料を節約できます。

ロボット溶接セルは、より安全な作業環境を提供し、アークのグレア、オーバースプレー、ロボットや部品との直接接触を劇的に減らします。ロボット溶接機はより一貫性があり、1 つの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により、作業が迅速に完了します。溶接ロボットは新品でも中古でも、手作業の溶接よりもミスが少ないです。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。作業は 24 時間 365 日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急上昇する可能性があります。時間、スキル、集中力が必要です。危険でもあります。閃光、煙、火花、熱により、手動溶接は負担が大きく危険な作業になります。ロボット溶接により、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、多くの場合、生産を増加させます。保険や事故関連の費用も大幅に削減されます。
• 材料の節約: どんなに熟練した溶接工でもミスはします。ただし、新品および中古の溶接ロボットでは、電力やワイヤーなど、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、一貫して実行することでエネルギーを節約します (起動が少なくなります)。さらに、作成される溶接の一貫性が向上します。ロボットシステムの精度は、材料と時間の無駄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しょう!

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しながら、徐々にロボット溶接アプリケーション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届きにく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設計を作成しました。

制限

ロボットで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、ロボットの手首の可動域を制限する傾向があることです。

この問題を解決するのがスイベルです。これにより、単一の回転ユニット内で圧縮空気、冷却水、電流、および信号を通過させることができます。

スイベル ユニットは、ロボット アームの定義されたパスに沿ってすべてのケーブルとホースを配線できるため、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、スペシャリスト専用
• API が限られているため、単純な変更が複雑になる
• 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のカスタマイズが難しい
• 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
• テクノロジーが時代遅れになる

ロボット溶接プロセス

溶接には高度な教育と技術が必要です。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、この業界では 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放置する代わりに、これらの作業員を完全に後れさせることができ、ロボットが遅れを取ることができます。

ロボットがプロセスを自動化することで、精度が向上し、無駄が少なくなり、操作が高速化されます。さまざまな機械を利用できるため、ロボットは、アーク、抵抗、スポット、TIG など、さまざまな溶接プロセスに適応します。

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 度までの極端な熱を発生させ、金属を溶かします。溶融金属は部品を接合し、冷却後に凝固して安定した接続になります。正確に接合された金属を大量に必要とするプロジェクトでは、アーク溶接が理想的な用途となります。

2.抵抗溶接

プロジェクトで熱処理やコスト削減が必要な場合、ロボットは抵抗溶接を使用することがあります。このプロセスでは、電流が 2 つの金属ベースの間を通過する際に、溶融金属のプールが作成されます。この溶融金属が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ボディ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、ロボット溶接機は抵抗溶接のバリエーションを使用して、一対の薄い金属板を 1 か所で接続します。

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。電気アークが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、高レベルの堆積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、ベースを別の部品に接合するために大量の溶融金属がベースに滴り落ちます。

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、レーザー溶接は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には、レーザー溶接がよく使用されます。

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、最も大きな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産業や重工業、特にスポット溶接やレーザー溶接を使用する自動車産業で重要になっています。

曲面のある短い溶接と、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、ロボットは造船業などの長い溶接にも適しています。

ロボット溶接は、主に効率と数量が不可欠な大量生産で使用されますが、プログラムはあらゆるニーズに合わせて作成でき、ロボティクスは、高い費用対効果を維持しながら、小規模生産や 1 回限りの生産にも利用できます。

ロボット対。手動溶接

手作業による溶接は、現代の製造業でも依然として使用されています。使用する溶接のスタイルを迅速に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すぐには適応できません.

手溶接は依然として多くの企業が必要とするプロセスであるため、プロの溶接業者がすぐに姿を消すことはありません。実際、上記の熟練した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ても、資格を持っている人は簡単に仕事を見つけることができます.

手作業の溶接機をロボットに置き換えても、AWS が認証ビジネスから除外されるわけではありません。ほとんどのロボット溶接機オペレーターは、この分野のロボット工学側で認定を保持する必要があり、AWS も認定を提供しています。溶接を熟知した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対効果の高い方法で完了することが保証されます。

ロボット溶接のビデオ