TIG溶接をロボットで自動化？板金溶接業界で生き残る方法
日本の製造業界では人手不足が大きな課題となっており、中でも特に深刻化しているのが板金溶接業界と言われています。そうした人手不足問題の改善や自動化を目的として溶接ロボットの導入が進められています。
しかし、溶接作業においては高度な技術が求められ、特にTIG溶接に溶接ロボットを活用した自動化は現状簡単ではありません。
ですが、そんな高度な溶接技術が求められるTIG溶接をロボットで自動化できる最新技術が開発されています。この記事では、TIG溶接を自動化できる最新のロボット技術を活用し、板金溶接業界で生き残る方法についてご紹介していきます。
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TIG溶接の自動化が難しい理由とは？
TIG溶接の特徴としては、溶接者が溶接速度、電流、ガスの流量など、溶接の多くの要素を細かく制御できる点が挙げられます。そのため、高い技術と経験が求められる作業であり、熟練した技術者によって行われることが多いです。自動化によってこれらの技術をロボットが担うことは可能ですが、その精密さを再現することは簡単ではなく、高度なセンサー技術、プログラミング、および機械学習が必要となります。
板金溶接加工で使用される材料は、圧延されコイル状になった薄板が使われています。この薄板は製造工程で金属組織が微小に変形しているため、加工後に金属の形状や位置が微妙にズレてしまうことがあります。
TIG溶接ではこうしたズレを無くし品質や強度を確保する精密性が求められ、高度な溶接技術を持つ熟練者であれば微細な形状や位置のズレに合わせた柔軟な溶接を行うことができます。
しかし、ロボットを活用して溶接作業を自動化する場合、ロボットは事前に設定されているプログラムに従った動作を行うので、金属組織の微細な形状の変化に対応することができません。
対策としては専用の治具を使う方法がありますが、板金溶接の製造には多品種少量生産が求められることから得策ではないと言われています。こうした理由から、精密性が求められるTIG溶接の自動化は困難を極め、職人が行う仕事とされています
自動化の障壁をどう乗り越えるか？
TIG溶接の自動化を成功させるためには、ロボットがリアルタイムで材料の微妙な変化を検出し、溶接パスを即座に調整できる高度なセンサー技術とソフトウェアが必要です。最新のロボット技術は、このようなセンサーを使用して、溶接中に生じる微細な変形を認識し、その場で溶接パスを調整することが可能になりつつあります。また、機械学習アルゴリズムを組み込むことで、ロボットは熟練工の技術を模倣し、さまざまな溶接条件に対応する能力を身につけることが可能です。
さらに、ロボットの精度を向上させるための物理的なサポートシステムも開発されています。たとえば、溶接作業中の振動を抑制するための特別な固定具や、金属の微細な位置ズレを自動で調整するアクチュエータなどがそれにあたります。
ロボットの導入でチェックしたい項目
技術革新は、業界の労働力不足という問題を解決するだけでなく、生産性を向上させ、コストを削減できます。
また、自動化の進展に伴い、作業者とロボットが協働する環境が生まれます。ロボットは単純かつ反復的な作業を担当し、人間の技術者はより複雑で判断が求められる作業に集中できるようになります。この協働は、作業者の技術向上とキャリアに光を与え、新しい職種を生み出す可能性も秘めています。
加工不良を減らし品質向上が期待できるか？
ワークの形状にバラつきがある、または設置時にズレが生じている場合でも溶接できるかが大事です。たとえば、３Dスキャナーがついていれば、自動検出・修正してくれます。検出されたバラつきやズレに合わせてティーチングデータを修正し、正確なティーチングデータを生成することができるので、加工不良を減らすことが可能になり品質の向上を期待することができます。
TIG溶接は高品質な仕上がりで外観が重要となる製品でのニーズが高い傾向があります。自動化を可能にしつつ加工不良を減らし、人手不足を溶接ロボットで補うことができるのは、導入する大きなメリットの1つになるでしょう。
専門的な知識が無くてもティーチングが可能か？
ロボット導入はただ導入するだけでは活用することができません。どのような工程でどういった動作をさせるのかをロボットに学習させるために、ロボットの導入にはティーチングは必要不可欠です。
また、ティーチングには専門的な知識が必要とされるため、ロボットエンジニアやティーチングマンが不足している企業では導入が難しいと考えているでしょう。しかし、自動でティーチングデータを生成するロボットも増えてきています。専門的な知識を持たない現場の作業員でもマウス操作で簡単に対応することができます。
他にも、本来であればティーチング修正を行う際には製造ラインを止める必要がありました。ですが、ロボットが自動でティーチング修正してくれるので、製造ラインを止めることなく溶接作業を行うことが可能です。
中小企業でも導入しやすいか？
これまでロボットの自動化が進められていたのは産業用ロボットですが、導入コストが高く中小企業にとっては導入のハードルが高いと感じられていました。しかし、現在では産業用ロボットに比べて導入コストの低い協働ロボットが数多く開発されています。
産業用ロボットは作業員の安全を確保するため法律で安全柵や囲いの設置が必須ですし、ロボットを設置するスペースの確保も必要になります。一方、協働ロボットは文字通り作業員と協働で作業を行えるよう開発されたロボットなので、柵や囲いを設置する必要がありません。
また、協働ロボットは小型なので設置スペースをわざわざ設ける必要もなく、ロボット自体の価格も産業用ロボットに比べて安いので、コスト面でハードルが高いと悩む中小溶接企業でも導入しやすくなっています。
さらに、TIG溶接技術を使った溶接企業の多くは多品種少量生産なので、技術者でなければできない作業や、多くの作業時間を必要とする製品の製造が多くなってしまうもの。その結果、生産能力不足や残業時間が発生するなどの問題が挙げられていますが、こうした問題も導入ハードルの低い協働ロボットと最新技術を活用することで解決を目指すことができるでしょう。
板金溶接業界で生き残る
これまで自動化が難しいとされていたTIG溶接ですが、最新のロボット技術を導入することで自動化が目前に来ています。さらに、溶接ロボットを活用することで人手不足の解消や生産性向上が期待できます。
また、最初は人の手によるティーチングが必要になりますが、その後は最新技術によってロボットが自動でティーチングデータの生成・修正を行ってくれるので、専門的な知識を持つ技術者も不要です。
板金溶接業界が抱える課題の解決はもちろん、生産性の向上が期待できるので、最新技術を導入すれば業界でいき残ることができるでしょう。中小溶接企業でも導入ハードルが低く、人手不足の解消やTIG溶接の自動化実現の検討、今後も板金溶接業界で生き残る方法を探している方は、ぜひこの記事を参考にしてみてください。
