3D ビジョンは溶接ロボットにどのような影響を与えるのでしょうか?インテリジェント製造の新時代におけるアプリケーション、課題、機会

世界的に、インテリジェント製造の波が押し寄せています。このような背景から、ロボット溶接技術は産業オートメーションの中核的な原動力となっています。しかし、従来の溶接ロボットは、手動ティーチングに依存すること、プログラミングに非常に時間がかかること、環境適応性が低いことなど、多くの問題を抱えていました。これらの問題により、長い間、業界の効率と品質の向上が制限されてきました。

現在、3D ビジョン技術が深く統合された後、溶接ロボットには「スマート アイ」が装備されています。リアルタイムの認識、正確な意思決定、動的な適応により、溶接プロセスは「経験重視」から「データ正確」に変わり、それが破壊的な技術変化を引き起こします。この号では、JZL はアプリケーション、課題、機会の 3 つの側面に焦点を当て、3D ビジョン溶接ロボットの開発状況と将来の展望を分析します。

1. アプリケーション: テクノロジーにより、溶接エコロジーを再構築するシナリオが可能になります。

(1) 効率革命：「プログラミングは溶接よりはるかに時間がかかる」というボトルネックを打破

従来の溶接ロボットでは、手動によるポイントごとのティーチング プログラミングが必要です。ワークの位置がずれたり、種類が変わったりすると再デバッグが必要となり、「プログラミング2時間、溶接5分」という効率サイクルに陥ってしまいます。高精度カメラでワークをリアルタイムにスキャンし、3次元の点群データを生成できる3Dビジョンシステムです。インテリジェントなアルゴリズムにより、溶接シームの位置、姿勢、ギャップを正確に特定し、溶接パスを自動的に計画します。例えば：

XCMG グループにクレーン アーム溶接ラインの移行テクノロジーを提供しました。同社の Epic Eye Pixel Mini 3D ビジョン システムがこの溶接ラインに適用され、AI 欠陥検出アルゴリズムが統合されました。これにより、手動ティーチングを完全に排除し、モデルのインポートを使用してワンクリック プログラミングを実現し、デバッグ時間を 90% 削減しました。スタンピング工場の溶接サイクルは、当初の 1 個あたり 12 秒から 1 個あたり 8.5 秒に短縮され、溶接ワイヤの消費量は 18% 削減され、除塵装置のエネルギー消費量は年間 80,000 度削減され、1 個あたりのコストは 27% 削減されました。

三一重工業の建設機械ブーム溶接ラインは、今回導入・移行を実施し、AH3D溶接ビジョンシステム技術を導入しました。このシステムは、動的溶接シーム追跡と多品種混合ライン生産をサポートする機能を備えており、モデル変更とデバッグ時間が大幅に短縮され、つまり 45 分から 8 分に短縮され、生産ラインのサイクルタイムが 1 個あたり 90 秒から 58 秒に大幅に改善され、不良率が 5.7% から 0.6% に大幅に低下し、年間リワークコストが 180 万元削減され、単価も削減されました。 23％減少しました。

(2) 柔軟なインテリジェント製造: 複雑なシナリオに動的に適応し、標準化されていないボトルネックを突破します。

3D ビジョン技術により、ワークピースの組み立てエラー、表面の反射、狭いスペースなどの課題に対処するための優れた環境適応性がロボットに与えられます。

江南造船所の大型船舶溶接ラインに、メックマンダーロボットAIと3Dビジョンシステム、つまりMech-Eye LSRが導入されました。 L 工業グレード 3D カメラと、Chuangxiang インテリジェント レーザー溶接シーム トラッカーのリアルタイム パス補正技術を組み合わせたこのシステムは、溶接アーク光の干渉に耐えることができます。耐周囲光性能は非常に優れており、溶接欠陥率が従来の手動溶接の 5% から 0.3% に減少し、単一生産ラインの 1 日あたりの溶接量が 80 個から 120 個に増加しました。

中国招商重工業は海洋エンジニアリング船を製造しています。 KSCAN-Magic 3D スキャナーを使用して船体の 3D データを取得し、それを Dassault Systèmes CATIA と組み合わせて 3D モデリングとシミュレーション分析を行います。仮想組み立てと溶接の事前検査の助けにより、欠陥率は 4.2% から 0.5% に減少し、スキャン精度は 0.02mm に達します。グローバル写真測量システムは累積誤差を排除して船体分割スプライシングの精度を確保し、設計検証時間を 2 週間から 3 日に短縮できます。

(3) 品質クローズドループ: プロセスの一貫性を確保するためのリアルタイム監視とインテリジェントな最適化

溶接プロセス中、3D ビジョン システムは溶融池の深さや溶接幅などのパラメータをリアルタイムで監視し、AI アルゴリズムが自動的に欠陥を特定し、プロセスを動的に調整します。このテクノロジーはいくつかの業界で成功裏に導入されています。

徳清光学式WDD溶接欠陥検出システムは自動車会社の生産ラインに採用されています。このシステムは、AI 溶融検出アルゴリズムを組み合わせて、溶け込み深さ、溶接形態、溶接信号をリアルタイムで監視します。また、バッチワークピース信号の傾向を監視し、パラメータの異常（一般的なスパッタの増加、溶融池の変動など）について早期に警告を発することもできます。

新エネルギー車のバッテリーシェル溶接は、特許取得済みのガンマロボット技術に依存しています。この技術は、3D ビジョンを使用して溶融池画像のリアルタイム収集を完了し、AI アルゴリズムを使用して溶融池の幅、深さ、幅と深さの比を分析し、それに応じて溶接パラメータを動的に調整します。

(4) 多業種浸透：重工業から精密製造までを包括的にカバー

3D ビジョン溶接ロボットは多くの分野に浸透しています。

重機は、大型の鉄骨構造物や船舶をセクションごとに溶接する際、複雑なワークピースに関連する組み立てエラーに対処する必要があります。

新エネルギー車: バッテリートレイやモーターケースなどの主要コンポーネントの高精度溶接。

精密加工：異形曲面溶接シーム加工、多品種混合ライン生産のニーズに適応します。

2. 課題: 技術的ブレークスルーとエコロジー構築のダブルブレークスルー

(1) 技術的深海域：アルゴリズム、環境、経路計画の克服

アルゴリズムの適応性の観点から、「少量のバッチと複数の品種」などのシナリオに直面した場合、3D 認識アルゴリズムは効率と汎用化機能の両方を考慮する必要があります。ただし、反射率の高い素材や油の付いた表面によって生じる画像の歪みは依然として困難です。

狭いスペースで溶接する場合、衝突を防止し、正確な位置決めを実現するには、パス計画を最適化する必要があります。動作計画アルゴリズムもさらに最適化する必要があります。

環境には耐干渉性があります。溶接現場はアーク光、煙、粉塵があり、高温環境にあるため、ビジョン システムの安定性が非常に高く評価されます。この分野の範囲内では、Weijing Intelligent が所有する Starlight Eye カメラは、動的スペクトル変調技術の助けを借りて、極端な光強度条件下でも安定したイメージングを達成できることが現在知られており、その光強度値は 100 です。

(2) 商用実装：産業チェーン連携とコスト最適化の統合

業界チェーン内での調整が不足しています。ビジョンメーカー、ロボット本体の生産工場、統合機能を担う販売業者の分業は不明確だ。標準化されたインターフェースと環境協力は、それに応じて改善されることを熱心に待っています。

コストと性能価格比の関係に関しては、ハイエンドの 3D ビジョン システムの価格は比較的高価です。中小企業の場合、普及を達成したい場合は、ポリシーのサポートと大規模なアプリケーション ドライバーに依存する必要があります。統計結果によると、ロボット本体とビジョンシステムを合わせたコストは、同じ2023年には60％を超えており、コスト削減が最も重要なポイントとなっています。

航空宇宙、造船などの分野では、業界ごとに個別のニーズがあります。これらの分野の溶接精度とプロセスには大きな違いがあり、カスタマイズされたソリューションの開発サイクルは比較的長いです。

3. 機会: テクノロジーの反復と市場の需要が数兆ドルのブルー・オーシャンを推進

(1) 溶接工不足により大量の市場需要が生じている

世界的に溶接工不足が深刻化しています。中国の上級溶接工不足は2025年までに40万人に達すると予想されている。3Dビジョン溶接ロボットは「機械代替」の中核ソリューションとして、大きな市場潜在力を持っている。関連予測によると、2027年までに中国の3Dビジョンを搭載した溶接ロボットの販売台数は8,020台に達し、CAGRは43%以上となり、それに対応する市場規模は80億元を超えると予想されている。

(2) テクノロジーの統合が自律ロボット学習の時代を切り開く

AI ラージ モデル テクノロジー、デジタル ツイン テクノロジー、エッジ コンピューティングなどのテクノロジーはすべて、溶接システムへの統合を加速しています。たとえば、Ming の SIASUN ロボットは、「コアコンポーネント、完全な機械、システムの統合」のフルチェーンレイアウトを通じて、自律学習と溶接パスの動的最適化を実現し、それによって「適応的自己学習」の方向にロボットの継続的な進化を促進します。

(3) 政策と市場の共鳴が成長を促す

国が推進するスマート製造戦略とハイエンド製造業へのアップグレードの必要性が相乗効果を形成しています。新エネルギー自動車、半導体、鉄道交通などの高付加価値分野では精密溶接の需要が爆発的に増加しており、この需要が業界成長の中核となっています。 「2025年世界インテリジェントロボット3Dビジョン白書」によると、世界の溶接ロボット市場は2025年に250億米ドルを超え、年平均成長率は10％を超えると予想されています。

結論

3D ビジョン溶接ロボットの開発は、実際には、「知覚 – 決定 – 実行」の閉ループをインテリジェントに再構築することにあります。将来、業界は 3 つの主要な方向に焦点を当てる必要があります。1 つは、コア アルゴリズムとセンサー テクノロジを突破して、環境堅牢性とアルゴリズムの汎用化機能を向上させることです。 2 つ目は、標準化されたソリューションを構築するために、業界チェーンの上流と下流で共同イノベーションの取り組みを促進することです。 3 つ目は、アプリケーション シナリオの綿密なカスタマイズ開発を実行して、技術的価値と業界のニーズの正確な一致を達成することです。技術の成熟度が最適化され、費用対効果が向上し続けるにつれて、インテリジェント溶接ロボットは確実に「補助ツール」から「生産ハブ」へと進化し、製造業がより効率的、柔軟、自動化の方向に変化するよう導くでしょう。