レーザー溶接ロボット入門

製造部品の複雑化に伴い、精密な組み立てソリューションへの需要が高まっています。プラスチック製造において、より高度な部品が製造されるにつれて、この問題はより複雑化しています。レーザー溶接はこれらの問題を解決します。また、銅やアルミニウムなどの難溶接材料の溶接も容易にします。こうした材料の溶接は、バッテリーシステムの製造において一般的です。一部の施設では、レーザーを用いて手作業で材料を溶接していますが、高い精度が求められるため、メーカーは自動化を積極的に進めています。
レーザー溶接ロボットの対象となる業界

レーザー溶接ロボットは、製造業におけるニッチな用途として存在しています。レーザー溶接の独自の特性と利点を必要とする業界はごくわずかです。しかし、そうした業界にとって、自動化されたレーザー溶接へのアクセスは不可欠です。例えば、以下のようなものが挙げられます。

1. 自動車
2. 航空宇宙
4. エレクトロニクス
5. ヘルスケア
6. 金属
7. プラスチック

ロボット溶接セルは、他のサブシステムの複雑な組み合わせです。最初は、必要なコンポーネントを把握するのは大変な作業です。そこで、このシステムを各構成要素に分解してみましょう。

ロボット

溶接ロボットは溶接セルの中核となるコンポーネントです。ここで言うロボットとは、ロボットの機構と制御を指します。ロボットの種類に関わらず、溶接を施す役割を担います。このコンポーネントは、レーザーの駆動と制御を直接操作します。ロボットの選択は、主にアプリケーション要件に基づいて決定されます。ロボットモデルはそれぞれ異なる設計特性を備えています。ロボットを選択する際には、リーチ、可搬重量、速度、精度などの評価を考慮する必要があります。アプリケーション要件によって求められる具体的な性能特性によって、プロジェクトに適したロボットの種類が絞り込まれます。次のセクションでは、ロボットの選択オプションをいくつか見ていきます。

レーザー

レーザーシステムは溶接ビームを生成する役割を担っています。レーザーはヘッドとパワージェネレーター／アンプで構成されており、場合によっては独立したコンポーネントとなることもあります。材料と溶接要件に応じて、必要なレーザーの種類が決まります。どのレーザーが溶接アプリケーションに最適かを理解することが重要です。

冷却

ほとんどの種類のレーザーは、動作するために冷却システムを必要とします。レーザーは大量の熱を発生します。そのため、この熱は内部部品に損傷を与える可能性があります。冷却システムはレーザーの温度を動作範囲内に維持します。そのため、レーザー冷却システムはレーザーパッケージ全体の一部となることがよくあります。

パーツプレゼンテーション

溶接ロボットに部品をどのように提示するかを検討する必要があります。レーザー溶接システムでは、溶接中に部品への物理的影響が少ないため、この点に関して多くの選択肢があります。一般的な選択肢には以下が含まれます。

1. コンベア
2. ジグ
3. ターンテーブル
4. クランプ
5. その他のロボット

センシング/モニタリングシステム

このようなハイテクシステムには、センシング機器が満載です。温度センサーと安全装置は溶接セルに標準装備されています。さらに、ビームトラッカーとシームトラッカーも珍しくありません。サプライヤーは、ビジョンシステムをパッケージに組み込むことがよくあります。これらのシステムは様々な機能を提供できます。用途に応じて、必要な機能が異なる可能性があります。一般的な用途には以下が含まれます。

1.品質管理・検査
2. 安全性
3. 熱監視

安全性

レーザー溶接は人体にとって危険な作業です。そのため、従業員の安全を守るための安全対策を講じることが不可欠です。リスク軽減策には、一般的に以下のようなものがあります。

1. 安全ガード/囲い
2. ライトカーテン
3. 安全スキャナー
4. ロックアウト/タグアウトシステム
5. ライブマンスイッチ

現在使用されているレーザー溶接ロボットの種類

レーザー溶接市場は、いくつかの種類のロボットが独占状態にあります。これらのロボットは、レーザー溶接作業を自動化するために必要な機能を備えています。しかし、それぞれに重要な違いがあります。これらの違いを理解することで、どのロボットがアプリケーションに適しているかを判断するのに役立ちます。
6軸ロボット

6軸ロボットは、速度、リーチ、可搬重量、そしてリーチの優れたバランスを提供します。これらのロボットは、レーザー溶接のほとんどの用途に対応できます。特に小規模から中規模の溶接作業に優れています。優れた可動範囲により、複雑な形状の部品の溶接にも最適です。

しかし、6軸ロボットには欠点があり、大規模な作業への対応が制限される可能性があります。例えば、リーチは1～2メートルに制限されます。残念ながら、これは最も大型のロボットでさえも当てはまります。しかし、メーカーはRTUの導入によってこの欠点を軽減することができます。ロボットトランスファーユニット（RTU）は、6軸ロボットのリーチを延長します。しかし、これは高価なハードウェアです。さらに、RTUには別途統合コストと考慮事項が伴います。

さらに、ロボットの積載量には上限があります。そのため、一部のタスクに必要な巨大なレーザーを扱う能力が制限されます。残念ながら、より堅牢なロボットや異なる種類のロボットを使用しない限り、この制限を軽減することはできません。

ガントリーロボット

ガントリーロボットは、レーザー溶接においてほぼ無限の能力を提供します。サプライヤーは、ガントリーロボットを最大規模のアプリケーションに対応できるよう構成できます。さらに、優れた機械的剛性により、大型のレーザーを動かすことができます。さらに、シンプルな設計により、ガントリーロボットは比類のないレベルの精度を実現します。

これらの利点には欠点もあります。ガントリーロボットは複雑な部品の取り扱い能力に限界があります。6軸ロボットは高度な器用さが求められる作業に適しています。多関節構造により、6軸ロボットはそのような用途で優れた性能を発揮します。

レーザー溶接ロボットサプライヤーの種類

ロボットレーザー溶接機の基礎はこれでご理解いただけたかと思います。次のステップは、潜在的なサプライヤーの調査です。ロボット溶接市場には多くの選択肢があります。ここでは、一般的なサプライヤーの種類をいくつかご紹介します。これにより、調査においてサプライヤーを分類することが可能になります。最終的に、どのサプライヤーが最適かを理解することで、スムーズな導入プロセスが可能になります。

ロボットメーカー

ロボットメーカーは、ロボットの設計、製造、販売を行っています。多くのメーカーは、幅広い用途と業界をカバーしています。中には、溶接に特化した独自のモデルを開発しているメーカーもあります。メーカーから直接購入するメリットには、以下のようなものがあります。

1. 最高のエンジニアリングサポートへの直接アクセス
2. 事前設定されたオプション
3. エンジニアリングソリューション
4. 最高のトレーニングアクセス
5. 標準的なアプリケーションに最適

インテグレーター

インテグレーターは、サードパーティのソリューションプロバイダーです。通常、少なくとも1社のロボットメーカーの公式チャネルパートナーです。インテグレーターは、ロボットシステムに付随する他の機器ラインにも幅広くアクセスできる傾向があります。インテグレーターと連携するメリットには、以下のものがあります。

1. 最高の現地サポートを提供することが多い
2. カスタムソリューションに柔軟に対応
3. ロボット工学以外のさまざまなサービスも提供している

システムソリューションプロバイダー（OEM）

システムソリューションプロバイダーは、既製のロボットパッケージを提供しています。これらの事前構成済みのシステムは、特定のアプリケーション向けに特別に設計されています。これらのパッケージには、幅広いアプリケーション要件に対応するためにさまざまなバリエーションが用意されていることがよくあります。これらのサプライヤーと連携するメリットには、以下が含まれます。

1. 全体的にコスト効率が良い
2. 通常は独自の機能を備えて構築されます
3. 使いやすさ
4. 他のシステムとの互換性（インダストリー4.0）
5. 迅速な統合
6. システムトレーニング

レーザー溶接は現代の溶接における最もハイテクなアプリケーションの 1 つであり、自動化によりメーカーはこのプロセスでさらに高い生産性を実現できます。
溶接業界全体の中でもニッチな分野であるレーザー溶接とその自動化には、いまだに謎がつきまといます。ロボットレーザー溶接システムのサプライヤーとコンポーネントを理解することは、自動化の取り組みを始める上で不可欠です。これらの事実を理解することは、この作業を成功させる上で不可欠です。この記事では、上記のトピックを網羅し、初めてのレーザー溶接ロボットセル導入に自信を持って取り組めるようお手伝いします。