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Mar 20, 2023

ロボットによるアルミニウム部品の溶接の自動化

FANUC R-2000iD posiziona la custodia dell'inverter per la saldatura con FANUC ARC Mate

FANUC R-2000iD は、FANUC ARC Mate 100iD による溶接用にインバータ ケースの位置を決めます。 写真提供：Fronius Perfect Welding

各インバータハウジングは圧力減衰リークテストを受けます。 写真提供：Fronius Perfect Welding

Tauro インバータは二重壁のアクティブ冷却アルミニウム ハウジングを備えており、屋外での使用に最適です。 写真提供：Fronius Perfect Welding

Fronius Solar のエンジニアは、Fronius Pathfinder デジタル ツイン ソフトウェアを使用して、すべてのロボットの動きと溶接シーケンスをオフラインでプログラムし、シミュレーションします。 写真提供：Fronius Perfect Welding

セットアップ トロリーがロボット溶接セルに向かいます。 写真提供：Fronius Perfect Welding

RFID チップは、どの部品が溶接されているかを溶接セルに伝えます。 写真提供：Fronius Perfect Welding

すべての太陽光発電 (PV) システムの心臓部であり頭脳となるのは、ソーラー パネルで生成された直流を家庭や企業で使用できる交流に変換するインバーターです。 インバーターは、発電量の最適化、エネルギーの流れの制御、太陽光発電システムの機能のチェックも行います。

太陽光発電システム用インバータの大手メーカーの 1 つが、オーストリアのヴェルスに拠点を置く Fronius Solar Energy です。 Fronius International GmbH の一部門である Fronius Solar Energy は、1994 年に最初のインバータである Sunrise を発表し、それ以来市場のリーダーであり続けています。

最新のインバータである Tauro は、二重壁のアクティブ冷却アルミニウム ハウジングを備えており、屋外での使用に最適です。 風雨に耐えるため、インバーターは IP65 侵入保護規格に準拠して密閉されています。 この基準を満たすかどうかは、部分的には、高品質の溶接継ぎ目を作成できる同社の能力にかかっています。

「シートの厚さが異なるため、アルミニウム製ハウジングの溶接に関連する課題は非常に大きかったです」と、Fronius Solar Energy の製品マーケティング マネージャーの Jasmin Gross 氏は説明します。

ありがたいことに、Fronius Solar Energy は遠くまで助けを求める必要はありませんでした。 溶接は、フロニウス インターナショナルの別の部門であるフロニウス パーフェクト ウェルディングの専門分野です。

このインバーターは、オーストリアのサットレット近郊にあるフロニウス・ソーラー・エナジーの組立工場で製造されています。 ハウジングとスイング ドアは、この作業のために特別に開発された最先端のロボット溶接セルで溶接されます。

「当社では、Fronius Pathfinder デジタル ツイン ソフトウェアを使用して、すべてのロボットの動きと溶接シーケンスをオフラインでプログラムおよびシミュレーションしています」と、Fronius Solar の溶接自動化責任者である Anton Leithenmair 氏は説明します。 「これにより、干渉輪郭を事前に検出できるようになります。同じことが軸の制限とトーチの位置にも当てはまります。ここでも、最初の溶接サンプルを待つことなく、早期に介入できます。」

「溶接シーケンスがプログラムされるとすぐに、パスファインダーはデータをポストプロセッサに転送し、そこでファナックロボットの言語に翻訳されます。これにより、貴重な時間とコストを節約できます。オフラインプログラミングにより、ロボットの教示プロセスが短縮されます」溶接室では数時間かかります。」

生産が開始される前に、Tauro の注文がエンタープライズ リソース プランニング システムで作成されます。 このデータは物的資源計画の基礎を形成します。 ここで、ハウジングとウィングドアのすべての製造オーダーが生成されます。 次に、すべての注文に製造日が割り当てられます。 その後の詳細な計画は、製造実行システムによって実行されます。 すべての注文は分単位で計画され、無料の注文コリドーに割り当てられてリストされます。

シートの厚さが異なるため、二重壁インバーター ハウジングの溶接は最初から特に困難でした。 「標準に従ってロボット溶接セルで個々のシート要素を接合する前に、手作業で事前に仮止めされます。これには MAG (金属活性ガス) 溶接プロセスを使用します。この段階でも正確な作業が必要です。」フロニウス・ソーラーの板金生産グループリーダー、クリスチャン・クラウス氏はこう語る。

仮付けが完了し、これがシステム端末に入力されると、中央システム制御が次のステップであるロボット溶接を開始します。 ハウジングをセットアップ トロリーに置き、クランプで固定してロック内に移動します。 これが認識されると、システムは次のジョブを開始し、位置決めと溶接を担当するロボット プログラムが無線周波数識別 (RFID) チップを使用してクランプ デバイス上で選択されます。

「ロックにどのコンポーネントを配置しても、RFID チップはどの溶接プログラムを使用するかを認識します」と Kraus 氏は付け加えます。 「コンポーネント フィーダーを介してロック 2 にウィング ドアを溶接しながら、ロック 1 にインバータ ハウジングを配置することもできます。また、その逆も可能です。RFID テクノロジーを使用することで、コンポーネントの形状、サイズ、数量に関係なく、コンポーネントを溶接することができます。単一生産または連続生産のバッチサイズであり、当社のロボット溶接セルはすべてを行うことができます。」

Fronius Solar のエンジニアは、Fronius Pathfinder デジタル ツイン ソフトウェアを使用して、すべてのロボットの動きと溶接シーケンスをオフラインでプログラムし、シミュレーションします。 写真提供：Fronius Perfect Welding

溶接プロセスが開始されるとすぐに、FANUC R-2000iD/210FH ハンドリング ロボットがコンポーネントを受け取り、溶接セルに導きます。 インバータハウジングを持ち上げるのにほとんど力を必要としません。 2.6 メートルの範囲で、ロボットの耐荷重は 210 キログラムですが、クランプ装置を含むアルミニウム製ハウジングの重量は 140 キログラム以下です。 Tauro ハウジングが溶接セル内に配置されると、インクジェット印刷技術を使用してデータ マトリックス コードがハウジングのベースに印刷されます。 コードには、個々の Tauro ハウジングのシリアル番号が含まれています。 これは、溶接プロセス中に WeldCube データ管理ソフトウェアによって記録された溶接データにリンクされています。 これは、個々の溶接が 100% 追跡可能であることを意味します。

コードが適用されると、実際の溶接プロセスが始まります。 FANUC ARC Mate 100iD 溶接ロボットが作業を行っている間、5.5 メートルのアルミニウム シートを合計 96 か所の溶接箇所で接合し、ハンドリング ロボットがハウジングを正確に正しい位置に移動させます。 一部の溶接では、両方のロボットの完全な同時動作が必要です。

「パルス マルチ コントロール (PMC) リップル ドライブは、推奨される溶接プロセスです」と Leithenmair 氏は説明します。 「PMC リップル ドライブは入熱の正確な調整を可能にし、異なる厚さのシートを接合するのに最適です。」

リップルドライブは PMC プロセスの特別な特性です。 その主な機能の 1 つは、PMC 間の周期的なプロセス切り替えと、いわゆるプッシュプル駆動ユニットを介したワイヤの動きの逆転です。 PMC メソッドは自動溶接用に設計されており、TIG 溶接よりもはるかに高速です。 このプロセスにより、波状の、実質的にスパッタのない溶接が実現します。

厚さ 1.2 ミリメートルのアルミニウム - シリコン ワイヤがフィラー材料として使用され、アルゴン シールド ガスで溶接されます。 溶接プロセス、ワイヤ、ガスはすべて、溶接オーダーのシステム情報に含まれています。

17.5 分の溶接サイクルが終了すると、ハンドリング ロボットがコンポーネントをロックに配置し、溶接セルが完了信号を MES システムに送信します。 一方のロックが空になっている間、もう一方のロックは次のジョブを開始できます。

「アルファ ロメオのような名門ブランドと提携することは、最先端技術を開発する素晴らしい機会であり、Comau の現場で実証された専門知識の具体的な結果を見ることができることを誇りに思います」と Comau CEO の Pietro Gorlier は述べています。 「当社の揺るぎない品質への取り組みは、トナーレの製造に使用されるプロセスと製品に反映されており、お客様に最大限の価値を保証することができます。」

「アルファ ロメオ ブランドの製品拡大をサポートする中で、Comau はオートメーションとスマート製造における長年の経験を最大限に活用し、前例のないレベルの柔軟性を実現しました。」と Comau のエンジニアリング責任者である Andrew Lloyd 氏は付け加えます。 「最新のテクノロジーを導入し、既存のラインや設備を刷新するこの革新的なアプローチは、ますます拡張性が高く持続可能なソリューションを提供するという当社の取り組みの直接の結果であり、当社のお客様が現在だけでなく将来の目標をより良く達成できるよう支援します。」

MES ではさまざまなデータを管理します。 注文管理に加えて、機械のステータス、サイクルタイム、障害、およびすべての溶接作業が完了した後に実行される真空テストの値も記録します。 メンテナンス間隔は、MES を使用して定義することもできます。 たとえば、特定の障害が平均 100 稼働時間ごとに発生することが判明した場合、99 時間という特定のメンテナンス間隔を設定できます。 事前に体系的に計画されたメンテナンス作業により、溶接システムの耐用年数が延長され、不必要なダウンタイムが防止されます。

ロボットでは完成できないいくつかのハウジングの細部は手作業で溶接されます。 この場合のアルミニウム溶接には、特別に設計された TIG プロセスが使用されます。 すべての溶接作業が完了すると、溶接補強材があれば研磨され、溶接部に染料浸透試験液が塗布され、溶接欠陥がないか検査されます。 ここでは、試験流体が材料のあらゆる欠陥に浸透します。

溶接試験が完了すると、承認されたすべてのハウジングは、タウロ用にフロニウスが特別に開発した漏れ試験システムに入ります。 これにより、インバータのハウジング内に 60 ミリバールの真空が生成され、この真空は正確に定義された期間維持する必要があります。 この間に圧力降下が 1.8 ミリバール未満であれば、ハウジングは 100% 漏れがなく、保護等級 IP65 を満たします。

リークテストに合格すると、結果はシリアル番号とともに WeldCube に保存され、完全なトレーサビリティが保証されます。 これで、インバータ ハウジングの粉体塗装の準備が整いました。

溶接技術の詳細については、www.fronius.com/en/welding-technology をクリックしてください。

溶接およびハンドリングロボットの詳細については、www.fanucamerica.com をクリックしてください。