同じロボットを使用する2つの溶接セル提案であっても、スコープは大きく異なる場合があります。その違いは、ほぼ常にアームではなく、ポジショナー、治具、電源、安全防護装置、そして立ち上げ責任の所在にあります。ロボットだけで比較することは、結果を最も左右しない要素で比較していることになります。
本記事では、各コンポーネント、よく使用されるレイアウト、および見積もり依頼前に定義が必要な項目リストについて説明します。プロセスを自動化するか否かの判断については、ロボット溶接ガイドをご参照ください。
溶接ロボットと溶接セル：その違いとは
溶接ロボットとは、6軸のアームとそのコントローラーから構成されます。一方、ロボット溶接セルとは、スポット溶接済みのワークを受け取り、サイクルタイムが確立され安全性が文書化された状態で溶接完了品を出力する、完全なシステムです。ISO 10218においては、単体のロボットではなく、このアプリケーション全体に対して設計と検証が求められます。
各コンポーネントの詳細
| コンポーネント | セル内での機能 | 見積もりで確認すべき点 |
|---|---|---|
| 溶接ロボット | プログラムされた軌道上でトーチを駆動する | 治具にセットしたワークに対するリーチ、繰返し精度 |
| コントローラおよびパネル | ロボットおよび外部軸の制御、非常停止とメインスイッチ付き | 同期動作で制御可能な外部軸の数 |
| 溶接電源およびワイヤフィーダ | 安定したパラメータでアークを提供する | ロボットコントローラとの統合通信、プロセスおよびデューティサイクル |
| トーチおよびクリーニングステーション | ワイヤ、ガス、電流を供給し、ステーションはノズルを清掃する | 電流およびデューティサイクルに対応した冷却方式 |
| 治具（固定装置） | ジョイントが常に同じ位置にあることを保証する | 設計者、製造者、ワークのロード方法 |
| ポジショナ | 溶接アクセスと姿勢を得るためにワークを回転・傾斜させる | 軸数、可搬質量、ロボットとの同期 |
| レール | 長いワークに沿ってロボットを移動させる | 荷重クラスと繰返し精度 |
| 防護フェンスおよびインターロック | ロボット稼働中の危険区域への立入りを防止する | 安全対策の範囲と日本語文書の提供 |
| 煙排出装置 | 溶接点でのヒュームを捕集する | 見積もり範囲に含まれるか、顧客側対応となるか |
| 操作インターフェース | プログラム選択、起動、診断 | 生産記録およびアラーム記録 |
QJARラインでは、ロボット、コントロールパネル、デジタル溶接電源、ポジショナ、レールが同一メーカーから提供され、溶接電源はロボットコントローラと統合通信機能を備えています。
溶接用ロボット
アーク溶接ではツールは軽量です。決定打となるのはリーチと繰返し精度です。
| 型式 | 可搬質量 (kg) | リーチ (mm) | 位置繰り返し精度 (mm) | 本体質量 (kg) |
|---|---|---|---|---|
| QJRH4-1A | 4 | 1,410.5 | ±0.03 | 150 |
| QJR6-1400H | 6 | 1,456 | ±0.08 | 150 |
| QJR6-2000H | 6 | 2,014 | ±0.08 | 230 |
約 1.4 m と 2 m のリーチの差は、単なる細部ではありません。リーチが長ければ、より幅広のワークや、レールなしで2つのステーションをカバーできます。リーチが短ければ、セルはコンパクトになり、小型ワークに対して腕はより好ましい姿勢で動作します。答えは、治具およびポジショナーに既にセットアップされたワークのエンベロープから導き出されます。仕様書の一般的な読み方に関する基準は、産業用ロボットガイドに記載されています。
治具：品質が始まる場所
ロボットはトーチを常に同じポイントへ運びます。そのポイントに継ぎ目があることを保証するのは治具の役割です。治具は安定した基準面によってワークを位置決めし、熱による変形を支えつつ、溶接後にワークを拘束せず、かつトーチへの経路を確保する必要があります。
提案内容を評価するために、次の3つの質問が役立ちます。治具は誰が設計するのか、オペレーターはワークをどのように装填・確認するのか、そして他の製品への段取り替えにはどの程度の時間がかかるのか。ファミリー品の場合、交換可能な部品を持つ治具により、この段取り替え時間を短縮できます。
ポジショナー
ポジショナーが存在する理由は2つあります。1つは、各継ぎ手を最も有利な溶接位置、できれば平姿勢（ISO 6947のPA）へ導くことです。もう1つは、ワークピースを裏返すことなくトーチへのアクセスを確保することです。
| タイプ | 動作方式 | 典型的なワークピース |
|---|---|---|
| 1軸 | サーボモーター付きヘッドストックとテールストック | 自身の長手方向を中心に回転する長い部品 |
| 2軸 | 回転と傾斜 | 平姿勢で溶接される体積のある部品 |
| L型 | ワークピース周囲への自由なアクセスを備えたLアーム構造の2軸 | 多くの面にわたってビードがある部品 |
| 3軸 | ステーション切替：ロボットが一方側を溶接している間にオペレーターが他方側を装填 | 手動装填による連続生産 |
ポジショナーをプロセスの一部とするのは、協調動作です。ロボットとポジショナーは連動して動き、ワークピースが回転しても、トーチは継ぎ手に対して一定の速度と角度を維持します。
レール駆動システム
ワークピースがロボットの到達範囲より長い場合、アームはレール上を移動し、これが追加軸として機能します。ラインで使用されるレールはヘリカルギヤラック、サーボモーター、直線ガイドで構成され、以下の3クラスがあります。
| クラス | 総荷重 (kg) | 手首荷重 (kg) | 位置繰り返し精度 (mm) |
|---|---|---|---|
| 軽負荷 | 最大 1,000 | 最大 50 | ±0.08 |
| 中負荷 | 最大 3,000 | 最大 300 | ±0.10 |
| 重負荷 | 最大 10,000 | 最大 1,000 | ±0.15 |
溶接では、レールの繰返し精度はロボットのそれと合わせて考慮されます。そのため、レールのクラスはアームの重量だけでなく、ワークピースとプロセスに基づいて選択されます。
よく使用されるレイアウト
| レイアウト | 適用場面 | 注意点 |
|---|---|---|
| 固定テーブル付き1ステーション | 再位置付けなしで溶接可能な小型部品 | 部品の交換中にロボットが待機する |
| 2ステーション | 手動での連続的なロード・アンロードを行う生産量 | 溶接中のステーションとロード中のステーションの分離 |
| 心押台および主軸台（ヘッドストック） | ビーム、シャフト、シャーシなどの長い部品 | 全長にわたる治具の剛性 |
| 2軸またはL型 | 複数の面への溶接ビードがある部品 | 部品と治具のセット全体の重量および重心 |
| レール上ロボット | ロボットのリーチより長い部品 | レールのクラスおよび配線 |
レイアウトは組み合わせ可能です。長い部品向けのセルでは、レールと心押台・主軸台を併用できます。高生産量のセルでは、各ステーションにポジショナーを備えた2ステーション構成を取ることができます。
安全と環境
溶接セルでは、稼働中のロボットのリスクに加え、アーク由来のリスク（放射線、スパッタ、ヒューム）も加算されます。実務上、これはアーク放射線を遮断する囲い、インターロック付きドアまたは在席検知装置による保護されたアクセス、全体が見渡せる状態でのリセット、および溶接点での排気設備が必要であることを意味します。
ブラジルにおける基準はNR-12であり、ロボットシステムに関するISO 10218を認めています。規格が項目ごとに要求している内容については、NR-12 in robotized cellをご参照ください。提案書において、安全スコープおよびポルトガル語のドキュメントが含まれているか否かを確認することが重要です。
見積もり依頼前に決定すべき事項
比較可能な提案書は、完全な要件定義から生まれます。
- 部品図または3Dモデル（溶接箇所を明示）。
- 材質、板厚および現在の溶接プロセス。
- 1個あたりの総溶接長。
- 年間生産量、ロットサイズおよびシフト数。
- 1個あたりの目標サイクルタイム。
- 溶接工程に投入される部品の公差。
- 溶接ビードの受入基準および適用規格。
- 設置可能面積および天井高。
- 現場のユーティリティ：三相電源、圧縮空気、ガスおよび排気設備。
- フィクスチャの供給者およびセルのオペレーター。
これらのデータにより、議論の対象はロボット自体ではなく、結果（シフトあたり生産数、品質、稼働開始時期）へと移ります。各要素が投資額に与える影響については産業用ロボットの費用に記載されており、実施業者の評価基準についてはロボットインテグレーターに関する記事をご参照ください。
この段階で頻繁に発生する4つの誤りは以下の通りです。
- ポジショナーやフィクスチャを決定する前にロボットを選定すること。
- 溶接工程に投入される部品の公差を伝えずに見積もりを依頼すること。
- 排気設備や安全対策を後回しの課題として扱うこと。
- 単一の部品のみで設計し、次に導入される同系列品を考慮しないこと。
よくある質問
溶接ロボットセルはどのような構成要素で成り立っていますか？
コントローラー付きの溶接ロボット、ワイヤフィーダー付きの溶接電源、クリーニングステーション付きトーチ、ワーク保持治具、ポジショナーまたはテーブル、インターロック付き保護フェンス、ヒューム排気システム、操作インターフェースで構成されます。ワークによっては、レールや2つ目のロードステーションも含まれます。
溶接ロボットと溶接ロボットセルの違いは何ですか？
溶接ロボットとは、コントローラーを備えたアームのことです。一方、セルとは生産を行うシステム全体であり、ロボット、電源、トーチ、ポジショナー、治具、安全対策、操作環境を含みます。ロボット自体が同等に見える提案でも、他の項目によって大きく異なることがよくあります。
セルにポジショナーが必要なのはどのような場合ですか？
ワークが複数の面にわたって溶接ビードを持つ場合や、品質上、平姿勢での溶接が必要な場合に必要です。ポジショナーはワークを回転・傾斜させ、各継ぎ手を最適な位置に持ってくるとともに、手動での再配置なしにトーチへのアクセスを確保します。
同じセルで異なるワークを溶接できますか？
可能です。各ワークには専用の治具とプログラムがあり、その交換は設計段階で計画されます。類似したワークファミリーでは、同じポジショナーや一部の治具を共用できるため、段取り替え時間を短縮できます。
ロボット溶接セルはNR-12に準拠する必要がありますか？
はい。NR-12は機械としてセル全体に適用され、項目12.1.12ではISO 10218-1、ISO 10218-2およびISO/TS 15066に準拠するロボティクスシステムを適合と認めています。この規格は、防護装置、インターロック、非常停止機能、およびポルトガル語のマニュアルを要求しています。また、規格が雇用主に責任を負わせている教育訓練については、プロジェクトのスコープ内で協議して取り決めることが有効です。
BR Robotics へのご相談
BR Robotics は、ブラジルにおいて QJAR ロボットを用いた溶接セルの設計および統合を行っています。ワークピース、生産量、希望するサイクルタイムをお送りください。推奨モデル、セルレイアウト、見積もりを記載した回答をお返しします。BR Robotics へお問い合わせするか、ロボット、ポジショナー、レールをご覧ください。
