レーザー溶接ロボット入門

製造部品が複雑化するにつれ、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生産されるようになると、この問題はさらに深刻化します。レーザー溶接は、これらの課題に対する解決策となります。レーザー溶接は、銅やアルミニウムといった溶接が難しい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。一部の工場では、レーザーを用いて材料を手作業で溶接していますが、高い精度が求められるため、製造業者は一般的に自動化を進めています。
レーザー溶接ロボットの産業分野

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産業はごくわずかです。しかし、そうした産業にとって、自動レーザー溶接へのアクセスは不可欠です。例としては、以下のようなものがあります。

1. 自動車
2. 航空宇宙
4. 電子機器
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、他のサブシステムが複雑に組み合わさったものです。そのため、必要な部品を把握するのは最初は大変かもしれません。そこで、このシステムを構成要素ごと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。ここでいうロボットとは、ロボットの機構と制御システムを指します。種類に関わらず、溶接作業はロボットが担います。このコンポーネントは、移動とレーザーの制御を直接操作します。ロボットの選定は、主にアプリケーション要件に基づいて行うべきです。ロボットモデルには様々な設計特性があります。ロボットを選定する際には、到達距離、可搬重量、速度、精度などの評価項目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特定の性能特性によって、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、ロボット選定のいくつかの選択肢について見ていきます。

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います。レーザーはヘッドと電源発生器／増幅器で構成され、場合によっては別部品となることもあります。材料や溶接要件によって、必要なレーザーの種類が決まります。ご自身の溶接用途に最適なレーザーを必ず理解しておきましょう。

冷却

ほとんどのレーザーは、動作するために冷却システムを必要とします。レーザーは膨大な量の熱を発生させるため、内部部品が損傷す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保ちます。そのため、レーザー冷却システムは多くの場合、レーザーパッケージ全体の一部として組み込まれています。

パートプレゼンテーション

溶接のために部品をロボットにどのように供給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の場合、この点で利用できるオプションが多数あります。これは、溶接中に部品への物理的な影響が少ないためです。一般的なオプション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、各種センシング機器が完備されています。溶接セルには温度センサーや安全装置が標準装備されています。さらに、ビームトラッカーやシームトラッカーも一般的です。サプライヤーは、ビジョンシステムを搭載したパッケージを頻繁に提供しています。これらのシステムは、さまざま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場合もあります。一般的な用途には、以下のようなものがあります。

1. 品質管理／検査
2. 安全性
3. 温度監視

安全性

レーザー溶接は人にとって危険な作業です。したがって、従業員を保護するための安全対策を実施す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

レーザー溶接市場では、数種類のロボットが圧倒的なシェアを占めています。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、それぞれの違いは大きく、その違いを理解することで、用途に最適なロボットを見つけることができます。
6軸ロボット

6軸ロボットは、速度、可動範囲、可搬重量、可動範囲のバランスに優れています。これらのロボットは、レーザー溶接用途の大部分に対応できます。特に小型から中型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が可能です。

しかし、6軸ロボットの欠点は、より大規模な作業への対応を制限する可能性があります。例えば、リーチは1メートルか2メートル程度に制限されます。残念ながら、これは大型ロボットでも同様です。しかし、メーカーはRTU（ロボット搬送ユニット）を使用することで、この欠点を軽減できます。RTUは6軸ロボットのリーチを拡張する装置です。ただし、RTUは高価なハードウェアです。さらに、RTUには別途の統合コストと考慮事項が伴います。

さらに、ロボットには積載能力の上限があります。そのため、一部の作業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、あるいは異なるタイプのロボットを使用しない限り、この制限を緩和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発揮します。サプライヤーは、ガントリーロボットを最大規模の用途に対応できるよう構成できます。さらに、その優れた機械的剛性により、大型レーザーの駆動も可能です。加えて、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精度を実現します。

これらの利点には欠点も伴う。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る。一方、6軸ロボットは高い器用さが求められる作業に適している。多関節構造により、そのような用途で優れた性能を発揮する。

レーザー溶接ロボットのサプライヤーの種類

これでロボットレーザー溶接機の基本原理を理解できたでしょう。次のステップは、潜在的なサプライヤーを調査することです。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見ていきましょう。この知識があれば、調査対象とするサプライヤーを分類しやすくなります。最終的に、どのサプライヤーが自社に最適かを理解することで、スムーズな導入プロセスを実現できます。

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。ほとんどのメーカーは幅広い用途と産業分野に対応しており、溶接用途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は以下のとおりです。

1. 最高の技術サポートへの直接アクセス
2. 事前設定済みオプション
3. エンジニアリングソリューション
4. 最適なトレーニングへのアクセス
5. 標準的な用途に最適です

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関連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は以下のとおりです。

1. 多くの場合、最高の地域サポートを提供します
2. カスタムソリューションに非常に柔軟に対応可能
3. ロボット工学以外の様々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ます。これらの事前構成済みシステムは、特定の用途向けに設計されています。これらのパッケージには、幅広い用途要件に対応できるよう、さまざまなバリエーションが用意されています。これらのサプライヤーと連携するメリットは以下のとおりです。

1. 全体的にコスト効率が良い
2. 通常、独自の機能を備えて構築されている
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技術の中でも最も高度な技術の一つであり、自動化によって製造業者はこのプロセスにおける生産性をさらに向上させることが可能になっている。
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は、その自動化方法など、多くの謎に包まれています。自動化への第一歩を踏み出すには、ロボットレーザー溶接システムのサプライヤーと構成要素を理解することが不可欠です。これらの知識は、この作業を成功裏に自動化するために欠かせません。この記事では、上記のトピックを網羅し、最初のレーザー溶接ロボットセル導入に向けて自信を持って前進できるよう解説します。