協働溶接ロボットの動作を観察して時間を費やしたことがある方は、おそらく、実際にロボットが照射できる最大角度はどのくらいなのか、疑問に思ったことがあるでしょう。狭いコーナーに到達することにストレスを感じている小さなファブショップのオーナーとチャットしているときでも、扱いにくい溶接継手のトラブルシューティングをしている製造エンジニアや、最初の新しい自動ツールをテストしている愛好家とチャットしているときでも、この質問は常に受けます。協働溶接ロボットのサプライヤーとして、私のチームと私は、まさにこの問題に何時間も費やしています。なぜなら、答えは仕様書に記載されている単なる数値ではなく、ロボットが特定の作業で機能するかどうかを左右するからです。
まず、はっきりさせておきたいのは、万能の最大溶接角度というものは存在しないということです。それはロボット自体だけではなく、はるかに多くの要素に依存します。私は 6 軸協働ロボットが平らなワークピースに 180 度の溶接を行うのを見てきました。また、狭い空間で 120 度を超える溶接に苦戦しているのを見てきましたが、すべて同じ基本モデルを使用しています。ここで重要な要素は、ロボットの関節制限、使用する溶接ツール、アーム先端ツール (EOAT) の重量、およびパスのプログラム方法です。専門用語を多用せずに、コーヒーを飲みながらお店について話すように、これを分解してみましょう。
ほとんどの協働溶接ロボット (業界では皆がそれを短縮するため、略してコボット) は、人間の腕と同じように 6 つの多関節ジョイントを使用します。各関節には度単位で測定される特定の可動範囲があり、そこから厳しい角度制限が生じます。たとえば、当社のラインナップの標準的な 6 軸溶接協働ロボットの各ジョイントの範囲は約 ±170 度です。ちょっと待ってください。正しく理解しましょう。ジョイント 1 (ベース) は 360 度回転し、ジョイント 2 ～ 5 は約 ±170 度、ジョイント 6 (溶接トーチを保持する手首) は通常約 ±270 度で最高になります。しかし、ここに問題があります。それが最大値ですロボットは動くことができる野外で。溶接トーチ、ワイヤ送給装置、シールドガスホースを取り付けると、重量と嵩が増し、動きが制限される場合があります。 EOAT が大きいか重い場合、理論上のジョイント限界が突然 10 ～ 20 度低下する可能性があります。
次に、溶接角度そのものがあります。これは単に手首の回転量について話しているのではなく、溶接トーチとワークピースの表面との間の角度を意味しています。最も標準的な MIG 溶接 (コボットで最も一般的なタイプ) の場合、スイート スポットは 10 ～ 15 度の移動角 (溶接パスに沿ってトーチが傾く角度) と 0 ～ 5 度の作業角 (トーチが左右にどのように配置されるか) です。しかし、垂直な上り坂のコーナーで溶接する必要がある場合、またはワークピースを裏返して上下逆に溶接する必要がある場合、その角度はさらに急になります。ここで人間は限界に達し始めます。ロボットがその方向に移動する必要があるだけでなく、溶接プロセス自体もその角度で作業する必要があるからです。たとえば、逆さま溶接には適切なシールドガス設定と最適化されたパラメータが必要ですが、すべての協働ロボットがそこで必要なトーチの位置決めを処理できるわけではありません。
私は、当社のラインの移動式協働溶接ロボットが、平らな溶接と水平な溶接では最大 170 度の角度で釘付けし、頑丈なカートの所定の位置にロックされている場合には、垂直の溶接では 120 度の角度を実現しているのを見てきました。待って、本当のことを言いましょう。モバイルの場合、ベースが少しずれる可能性があるため、精度を高く保つためにそれを中心にプログラムしています。広いエリアをカバーする必要がある場合、またはワークステーション間を移動する必要がある場合、モバイル ユニットは状況を大きく変えるものであり、ここで確認できます。移動型協働溶接ロボット。このモデルは溶接に合わせて調整されたジョイント制限で構築されているため、角度の到達範囲を犠牲にすることがなく、フレームやブラケットなどの大きな部品の長時間の溶接に最適です。
しかし、小さな金属箱の内側や細いパイプの接合部の溶接など、狭い場所の場合はどうすればよいでしょうか?そこで磁気協働溶接ロボットが威力を発揮します。これらのロボットは強磁性ワークピースに直接取り付けられるため、固定ベースは必要なく、磁気グリップにより狭いコーナーにも近づけることができます。お客様からは、固定協働ロボットでは到達できないような狭い空間で最大 150 度の角度まで到達できると教えていただきました。また、磁気マウントにより、ロボットが扱いにくい高角度の位置にある場合でも安定した状態が保たれるため、溶接途中でロボットが移動する危険がありません。多くの金属部品を扱っていて、狭いスペースで作業する必要がある場合は、磁気オプションを検討する価値があります。磁気協働溶接ロボット。
さて、磁気溶接ロボットと磁気溶接協働ロボットについて話しましょう。なぜなら、これはよく質問されるからです。非協調的な磁気溶接ロボットは通常、より重く、より大きく、動作するためにより多くのスペースを必要としますが、同様の角度範囲に達します。しかし、協調型のものは人間の周囲で作業できるように設計されているため、安全性と溶接角度の両方を考慮してジョイントの制限が最適化されています。磁気溶接協働ロボットを使用すると、必要に応じて手で動かすことができるため、溶接前に希望の場所に正確に配置できます。そのため、スペースを争うことなく最大角度を設定することが簡単になります。ここでそれを確認できます。磁気溶接協働ロボット。中小規模の製造工場の場合、これが私たちの多くが推奨する主力製品です。
リーチは角度の能力にも大きな役割を果たします。アームのスパンが長いロボットの場合、角度制御が悪くなると思われるかもしれませんが、必ずしもそうとは限りません。当社の 1600 アーム スパンの協働溶接ロボットを例に挙げます。そのリーチは 1.6 メートルで、アームが伸びているときでも関節のバランスが取れるように設計されています。つまり、アームの端で溶接するときに、短くてかさばるロボットの場合ほど角度を失うことがありません。私は顧客にこのモデルを使用して大型の構造用鋼製梁を溶接してもらいましたが、長く平らな溶接部では 160 度の角度、梁のコーナーでは 135 度の角度が定期的に発生しました。これは大きな問題です。なぜなら、大きな部品を扱う場合、ビーム全体に到達できるものの、端の角度を正しく調整できないロボットは望ましくないからです。ここでその特定のモデルを確認してください。1600アームスパン協働溶接ロボット。
待って、現実世界の数字に戻りましょう。スペックシートは嘘をつく可能性があるからです。多くのメーカーは「最大ジョイント範囲」を±170度として挙げていますが、これは端に工具がない場合です。溶接トーチとすべてのホースを追加すると、その数は減少します。私たちのテストでは、標準的な MIG 溶接 EOAT では、実際の最大溶接角度は、ロボットのモデルとセットアップに応じて 120 ～ 170 度であることがわかりました。軽量の TIG トーチを使用している場合は、さらに数度の角度が得られる可能性がありますが、大量のジョブでは MIG の方が一般的であるため、それが最適な点となります。
また、プログラミングも忘れてはいけません。どんなに優れたロボットも、その経路が間違ってプログラムされていれば役に立ちません。当社では、すべてのお客様に対し、溶接を設定する際に当社のソフトウェアを使用してジョイントの制限を調整できるようにトレーニングしています。たとえば、お客様がラップ ジョイントを 150 度の角度で溶接する必要がある場合、ジョイントが物理的な限界に達しないようにロボットのパスをわずかに移動する方法を説明します。また、ジョイントが最大値に近づいている場合は一時停止ポイントでプログラムするため、エラーのリスクはありません。人々がロボットのせいにしている「角度の問題」の多くは、ロボットそのものではなく、単にプログラムが悪いだけです。
見落とされがちなもう 1 つの点は、協働ロボットは正確であるだけでなく、安全であるように設計されているということです。つまり、障害物 (たとえ薄い金属ワークであっても) に衝突すると、自動的に停止するため、高角度で作業する場合に便利です。しかし、同じ安全機能は、ロボットが極端な角度にある場合、溶接するはずのワークピースを障害物として検出する可能性があることを意味します。そのため、当社はお客様と協力して、特定の溶接作業に合わせてロボットの力設定を調整し、正しい高角度のときにロボットが溶接途中で停止しないようにしています。
次に、ユースケースについて話しましょう。小型部品と大型部品を組み合わせて製造するカスタム金属製造業者の場合、標準的な磁気協働溶接ロボットは最大 150 度の角度に対応でき、一般的な溶接接合部 (垂直、水平、ラップ、コーナー) の 90% をカバーします。大きな構造部品を溶接する場合は、1600 アーム スパン モデルをお選びください。最大 160 度の角度まで溶接でき、制御を失うことなく 1.6 メートルのワークピースに到達できます。一日中ワークステーション間を移動する必要がある場合、モバイル ユニットの最大角度は 145 度で、トレーラー フレームやトラックの荷台の溶接など、ほとんどの移動式溶接作業には十分です。また、非常に狭いスペースで作業する場合は、必要な場所に正しく取り付けられ、最大 155 度の角度が得られる磁気溶接協働ロボットが最適です。
ここで正直に言いたいのですが、協調溶接ロボットは 180 度の溶接角度周期に達することはありません。これは、ツールがない場合の理論上の接合限界ですが、トーチ、ホース、およびワークピースの干渉がある場合、その数値は、オープンスペースでは実際の最大約 170 度に低下し、通常、狭い場所ではこれより低くなります。より高い数値を主張する仕様書を見た場合は、それが溶接 EOAT が取り付けられているのか、そうでないのかを尋ねてください。おそらくそうではありません。
結局のところ、協働溶接ロボットの最大溶接角度は単なる数値ではなく、ロボットを特定の作業に適合させることが重要です。すべての溶接が 90 度であれば、170 度に達するロボットは必要ありません。ただし、垂直溶接、コーナージョイント、または狭いスペースでの溶接を数多く行う場合は、それらの角度に対応できるように設計されたモデルを選択する必要があります。私たちのチームは、個人のホビー ショップでも大規模な製造工場でも、何百ものファブ ショップがニーズに合った適切なロボットを選択できるよう支援してきました。
一貫性のない溶接に対処するのにうんざりしている場合、または溶接ゲームをレベルアップする必要があるが、どのロボットが特定の角度や作業に適しているかわからない場合は、当社にお問い合わせください。さまざまなモデルを説明し、必要な角度に到達する実際のテストケースを示し、ワークフローと予算に合ったものを選択するお手伝いをします。売り込みのプレッシャーや専門用語は一切なく、実際にこれらのロボットを毎日使用している人々からのリアルな話だけです。
参考文献
- 国際標準化機構 (ISO 10218-1 および 2): ロボットおよびロボット装置 – 産業用ロボットの安全要件
- 溶接ジャーナル、Vol. 100、No. 3: 協調ロボット溶接: ジョイントの制限とプロセスの最適化
- Robotics Industries Association (RIA) テクニカル レポート R15.06-2012: 産業用ロボットおよびロボット システム – 安全要件
