JP2000052211A - 溶接ビードの余盛除去方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ビードの余盛を除去して、母材表面と面
一、かつ平滑に仕上ることができる。 【解決手段】 グラインダ作業ロボットにグラインダを
介してフレキシブル砥石１を把持させて、母材表面２よ
り少し高い位置で溶接ビードの余盛部３の除去作業を開
始する。この時、砥石進行方向４のグラインダにかかる
加工負荷を力覚センサにより検出し、この加工負荷の変
動に応じてグラインダの送り速度、力制御押し付け方向
５の押し付け力の大きさを制御する。次に、フレキシブ
ル砥石１に換えて、研磨ディスク７により砥石進行方向
８と力制御押し付け方向９に研磨ディスク７を押し付け
ながら溶接ビードの残り余盛部６を除去する。この方法
により、溶接ビードの余盛部３を除去して母材表面２と
面一、かつ平滑に仕上げることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットを
使用して、溶接ビードの余盛を除去する溶接ビードの余
盛除去方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、製造業において、産業用ロボット
（以下ロボットという）を使用して溶接ビードの余盛除
去作業が行われているが、加工に関する要求品質を十分
満足しているかというと、現状は必ずしも満足されるよ
うな状態ではない。その原因は、溶接ビードの余盛の大
きさ（高さ）、母材の形状と母材のセット位置にばらつ
きがあるので、母材と面一になるように仕上げることを
要求されても、ロボットでの仕上げ品質はこれを満足す
るようなものではなかった。現状では、視覚機能と柔軟
な仕上げ技能を持っている熟練者の手作業には、とても
かなわなかった。

【０００３】そこで、ロボットを使用して溶接ビードの
余盛除去の仕上げ作業を行う場合には、熟練者の手作業
は参考にはなるが、それを模倣するだけではなかなか要
求品質を満足するような作業はできなかった。母材に傷
を付けずに、しかも面一になるようにロボットを使用し
て仕上げ作業を行うことは、なかなか難しいことであっ
た。従って、研究開発レベルでも各種の外界センサを活
用して、ビードの残り高さを検出することと母材と面一
になったことを判定することの試みがされていた。ま
た、製造現場では、ロボット本体の剛性を高くして、溶
接ビードのある母材表面をタッチ計測し、硬い砥石を使
って位置制御で軌道を進行させながらビードの余盛を除
去した後、仕上げ用刃具で仕上げ作業を行っているが、
このように従来の方法では、加工品質が要求に合わない
ほうが多いので、ロボットに頼らず熟練者の手作業に依
存する範囲が多かった。

【０００４】従来の熟練者の手作業による溶接ビードの
余盛除去作業を図５、図６を用いて説明する。図５は、
人間の手作業による荒仕上げ作業を示す図であり、
（Ａ）は初期、（Ｂ）は中期、（Ｃ）は最期の加工状態
を示している。図示しない手動式のアングルグラインダ
に組込んだＪＩＳ形オフセット砥石２０により、高いビ
ードの上部から砥石進行方向２１に溶接ビードの余盛部
３を除去している。ビードの残り状態を確認しながら、
母材表面２に傷を付けないように注意して母材の表面近
くまで荒仕上げを行う。この作業でのポイントは、母材
表面２に砥石加工による傷を付けないことである。傷が
付くとその部分を修正するのは大変であって、修正でき
たとしても修正個所がへっこんでしまう。図６は、図５
に示した荒仕上げ作業を行った後、手動式の研磨ディス
ク２２を使用して母材表面２を平滑に、かつ面一に仕上
げている図である。なお、２３はディスクの進行方向
を、２４は押し付け方向を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、建設機
械や橋梁などの大型構造物における溶接ビードの余盛除
去作業においては、仕上げ面が比較的荒仕上げ程度であ
るためにロボットを使用した従来の方法でも満足するこ
とができるが、小型製品のように仕上げ面を母材表面と
面一に仕上げることを要求される製品については、従来
の方法では必ずしも満足できるものばかりではなかっ
た。このために、仕上げ面を母材表面と面一、かつ平滑
に仕上ることが課題となっていた。

【０００６】本発明は、前述した問題を解決し、溶接ビ
ードの余盛を除去して母材表面と面一、かつ平滑に仕上
ることができる溶接ビードの余盛除去方法及びその装置
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の溶接ビードの余盛除去方法は、産業用ロボッ
トに取付けた工具に作用する加工進行方向の加工負荷を
検出し、前記工具の送り速度を前記加工負荷の変動に応
じて制御しつつ、母材表面より高い位置で前記工具によ
り前記溶接ビードの余盛を除去する第１工程と、前記第
１工程の前記工具とは異種の工具により、前記加工進行
方向とこの加工進行方向に対して直角方向の押し付け力
が一定になるように制御しつつ、前記溶接ビードの残り
余盛の除去と仕上げ加工を行う第２工程と、を備えて構
成した。

【０００８】このような方法で溶接ビードの余盛を除去
することにより、母材表面と面一に、かつ平滑に仕上る
ことができる。

【０００９】また上記目的を達成するための本発明の溶
接ビードの余盛除去装置は、産業用ロボット本体に取付
けた工具に作用する加工進行方向の加工負荷を検出する
検出手段と、前記工具の送り速度を前記検出手段により
検出した前記加工負荷の変動に応じて制御しつつ、母材
表面より高い位置で前記工具により前記溶接ビードの余
盛を除去するための送り速度制御手段と、この送り速度
制御手段に使用した前記工具とは異種の工具により、前
記加工進行方向とこの加工進行方向に対して直角方向の
押し付け力が一定になるように制御しつつ、前記溶接ビ
ードの残り余盛の除去と仕上げ加工を行うための加工経
路制御手段と、を備えたものである。

【００１０】このように構成することにより、溶接ビー
ドの余盛を除去して母材表面と面一に、かつ平滑に仕上
ることができ、作業の自動化を可能にすることができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明の溶
接ビードの余盛除去方法の実施の形態を示す図である。
（Ａ）は座標位置を確認するためのタッチ計測、（Ｂ）
は第１工程としてタッチ計測後のフレキシブル砥石によ
る溶接ビードの余盛の除去、（Ｃ）は第２工程として研
磨ディスクによる残りの溶接ビードの除去を示してい
る。１はフレキシブル砥石であり、図３に示す砥石１７
としてグラインダ１５に取付けて、グラインダ作業ロボ
ット１０の手首部１４に把持させている。（Ａ）におい
て、第１工程に使用する工具としてグラインダ１５に取
付けたフレキシブル砥石１の先端を母材表面２に接触さ
せて、グラインダ作業ロボット１０の図示しないタッチ
機能により座標位置を確認している。（Ｂ）において、
加工進行方向の加工負荷を検出して、母材表面２に傷を
付けないように母材表面２より少し高い位置で送り速度
を制御しながら溶接ビードの余盛部３を除去している。
フレキシブル砥石１は、他の砥石に比べて厚さが薄く、
撓み易い構造となっている可撓性に富んだものを使用し
ている。

【００１２】（Ｃ）において、第２工程に使用する工具
としてグラインダ１５に取付けた研磨ディスク７によ
り、砥石進行方向８とこの直角方向である力制御押し付
け方向９にである力制御押し付け方向５に押し付けなが
ら、溶接ビードの残り余盛部６が母材表面２と面一にな
るように仕上げ作業を行っている。また、（Ｂ）のフレ
キシブル砥石１を使用する工程では、（Ｃ）の研磨ディ
スク７による仕上げ工程での品質を満足できるようにす
るために、溶接ビードの余盛部３を切断した後の残りの
高さは、０．２ｍｍ以下に加工することが大切である。
なお、図２は、母材表面２に傷を付けないようにフレキ
シブル砥石１の加工を行う部位の形状をアール形状に
し、鋭い角をなくした図である。

【００１３】図３は、本発明の溶接ビードの余盛除去装
置に使用するグラインダ作業ロボットとその周辺装置を
示す図である。このグラインダ作業ロボット１０は、ベ
ース１１、コラム１２、アーム部１３、手首部１４から
構成されている。このグラインダ作業ロボット１０は、
制御軸を６軸有している。すなわち、コラム１２はベー
ス１１上で旋回可能であり、アーム部１３はコラム１２
に沿って上下に移動する。また、アーム部１３の先端の
手首部１４は、アーム部１３の軸方向に伸縮運動する。

【００１４】手首部１４には、エンドエフェクタとして
のグラインダ１５が取付けられている。このグラインダ
１５には、エアーや電気によって回転駆動される砥石１
７が取付けられている。この場合、グラインダ１５は、
手首部１４において互いに直交する３軸について回動す
ることができる。なお、フレキシブル砥石１と研磨ディ
スク７の交換は、それぞれの砥石１７を取付けたグライ
ンダ１５ごと取り換える構造になっている。

【００１５】また、手首部１４には、グラインダ１５に
作用する力の大きさを力センサ座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸及
びこれらの軸回りのトルクＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出でき
る力覚センサ１６が設けられている。このグラインダ作
業ロボット１０は、力覚センサ１６によりグラインダ１
５にかかる加工負荷を検出し、その加工負荷の変動に応
じてグラインダ１５の送り速度、加圧力の大きさを制御
する力制御機能を有している。このグラインダ作業ロボ
ット１０の動作は、教示された教示データにしたがって
制御装置としての制御コントローラ１８により制御され
る。１９は、グラインダ作業ロボット１０に予め加工経
路や、速度、作業指令などを教示する教示装置としての
操作ペンダントである。

【００１６】図４は、グラインダ作業ロボット１０の動
作を制御する制御システムのブロック構成図である。
（Ａ）は、本発明の溶接ビードの余盛除去方法の第１工
程として、フレキシブル砥石１による溶接ビードの余盛
除去作業、（Ｂ）は、本発明の溶接ビードの余盛除去方
法の第２工程として研磨ディスク７による溶接ビードの
余盛除去作業を示している。（Ａ）において、教示ワー
ク３０について教示した教示データ２６に基づいて、制
御コントローラ１８に設けられた加工経路制御ループ２
７と送り速度制御ループ２８を介してロボット１０の駆
動装置２５を制御する。加工経路制御ループ２７は、グ
ラインダ１５の移動する経路を指令された加工経路どお
りに連続的に制御している。力覚センサ１６から加工負
荷監視ループ２９を介して、加工ワーク３１における加
工負荷が送り速度制御ループ２８にフィードバックされ
る。このことによって、一定の押し付け力となるように
加工負荷の変動に応じて送り速度を制御しながら、グラ
インダ１５に取付けたフレキシブル砥石１により加工ワ
ーク３１の加工を行う。

【００１７】（Ｂ）において、教示ワーク３０について
教示した教示データ２６に基づいて、制御コントローラ
１８に設けられた加工経路制御ループ２７と送り速度制
御ループ２８を介してロボット１０の駆動装置２５を制
御する。力覚センサ１６から加工負荷監視ループ２９を
介して、加工ワーク３１における加工負荷が加工経路制
御ループ２７にフィードバックされる。このことによっ
て、一定の押し付け力となるように加工経路を修正しな
がら、グラインダ１５に取付けた研磨ディスク７により
加工ワーク３１の加工を行う。

【００１８】次に本発明の溶接ビードの余盛除去方法の
作用を説明する。グラインダ作業ロボット１０の手首部
１４に砥石１７として可撓性に富むフレキシブル砥石１
を取付けたグラインダ１５を把持させて、フレキシブル
砥石１の先端を母材表面２に接触させる。フレキシブル
砥石１が母材表面２に接触することによりグラインダ作
業ロボット１０の図示しないタッチ機能によって座標位
置を確認する。母材表面２に傷を付けないように母材表
面２より少し高い位置で溶接ビードの余盛部３の除去作
業を開始する。この時、砥石進行方向４のグラインダ１
５にかかる加工負荷を力覚センサ１６により検出し、砥
石進行方向４に対して力制御押し付け方向５の押し付け
力が一定になるように、加工負荷の変動に応じてグライ
ンダ１５の送り速度を制御する。この工程で溶接ビード
の残り余盛部６の高さを母材表面２から０．２ｍｍ以下
になるまで研削する。

【００１９】次に、フレキシブル砥石１に換えて、砥石
１７として研磨ディスク７を取付けたグラインダ１５を
グラインダ作業ロボット１０の手首部１４に把持させ
る。力制御押し付け方向９の押し付け力が一定になるよ
うに制御しながら、研磨ディスク７により溶接ビードの
残り余盛部６を除去する。この作業によって、母材表面
２を面一に仕上げることが可能となる。

【００２０】

【実施例】次いで、本発明の実施例について説明する。
厚さ２．５ｍｍ、粒度＃８０のフレキシブル砥石１をグ
ラインダ１５に取付けて、このグラインダをグラインダ
作業ロボット１０の手首部１４に把持させる。高さ１ｍ
ｍ以下、幅２ｍｍ以下の溶接ビードの余盛部３を加工送
り速度２０ｍｍ／ｓ、進行方向最大押し付け力６ｋｇｆ
で溶接ビードの残り余盛部６の高さが０．２ｍｍ以下に
なるまで除去する。次に、フレキシブル砥石１に代え
て、粒度＃８０の研磨ディスクを取付けたグラインダ１
５をグラインダ作業ロボット１０の手首部１４に把持さ
せる。高さ０．２ｍｍ以下の溶接ビードの残り余盛部６
を加工送り速度３０ｍｍ／ｓ、進行方向最大押し付け力
１ｋｇｆで母材表面２と面一になるまで除去する。この
ような作業条件で本発明を実施したことにより、溶接ビ
ードの残り余盛部６を除去して母材表面２と面一、かつ
平滑に仕上ることができた。

【００２１】前述した実施の形態例では、溶接ビードの
余盛を除去する砥石としてフレキシブル砥石と研磨ディ
スクを用いる例を示したが、本発明はこれに限られるも
のでなく、可撓性に富む他の砥石を用いることも可能で
あり、その配置・構成も適宜に変更可能である。

【００２２】前述した実施の形態例では、グラインダ作
業ロボットとして６軸制御の力制御ロボットを用いる例
を示したが、本発明はこれに限られるものでなく、他の
形態の力制御ロボットを用いることも可能であり、その
配置・構成も適宜に変更可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明の溶接ビードの
余盛除去装置及びその方法は、グラインダ作業ロボット
を使用して、比較的小さい溶接ビードの余盛を除去して
母材表面と面一に、かつ平滑に仕上ることができ、作業
の自動化を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接ビードの余盛除去方法の実施の形
態を示す概要図であり、（Ａ）はタッチ計測時の状況、
（Ｂ）はフレキシブル砥石による加工状況、（Ｃ）は研
磨ディスクによる加工状況を示す。

【図２】本発明に使用するフレキシブル砥石の角を拡大
した部分拡大図。

【図３】本発明の溶接ビードの余盛除去装置に適用する
グラインダ作業ロボットとその周辺装置の実施の形態を
示す構成図。

【図４】本発明の実施の形態によるグラインダ作業ロボ
ットの動作を制御する制御コントローラのブロック構成
図であり、（Ａ）はフレキシブル砥石を用いる工程、
（Ｂ）は研磨ディスクを用いる工程を示す。

【図５】従来の人間の手作業による荒仕上げ方法を示す
概要図であり、（Ａ）は初期、（Ｂ）は中期、（Ｃ）は
最期の加工状況を示す。

【図６】従来の人間の手作業による仕上げ方法を示す概
要図。

【符号の説明】

１ フレキシブル砥石 ２ 母材表面 ３ 溶接ビードの余盛部 ４ 砥石進行方向 ５ 力制御押し付け方向 ６ 溶接ビードの残り余盛部 ７ 研磨ディスク ８ 砥石進行方向 ９ 力制御押し付け方向 １０ グラインダ作業ロボット １１ ベース １２ コラム １３ アーム部 １４ 手首部 １５ グラインダ １６ 力覚センサ １７ 砥石 １８ 制御コントローラ １９ 操作ペンダント ２０ オフセット砥石 ２１ 砥石進行方向 ２２ 研磨ディスク ２３ ディスク進行方向 ２４ 押し付け方向 ２５ 駆動装置 ２６ 教示データ ２７ 加工経路制御ループ ２８ 送り速度制御ループ ２９ 加工負荷監視ループ ３０ 教示ワーク ３１ 加工ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボット本体に取付けた工具によ
   り溶接ビードの余盛を除去する溶接ビードの余盛除去方
   法において、 前記産業用ロボット本体に取付けた工具に作用する加工
   進行方向の加工負荷を検出し、前記工具の送り速度を前
   記加工負荷の変動に応じて制御しつつ、母材表面より高
   い位置で前記工具により前記溶接ビードの余盛を除去す
   る第１工程と、 前記第１工程の前記工具とは異種の工具により、前記加
   工進行方向とこの加工進行方向に対して直角方向の押し
   付け力が一定になるように制御しつつ、前記溶接ビード
   の残り余盛の除去と仕上げ加工を行う第２工程と、 を備えて構成したことを特徴とする溶接ビードの余盛除
   去方法。
2. 【請求項２】 産業用ロボット本体に取付けた工具によ
   り溶接ビードの余盛を除去する溶接ビードの余盛除去装
   置において、 前記産業用ロボット本体に取付けた前記工具に作用する
   加工進行方向の加工負荷を検出する検出手段と、 前記工具の送り速度を前記検出手段により検出した前記
   加工負荷の変動に応じて制御しつつ、母材表面より高い
   位置で前記工具により前記溶接ビードの余盛を除去する
   ための送り速度制御手段と、 この送り速度制御手段に使用した前記工具とは異種の工
   具により、前記加工進行方向とこの加工進行方向に対し
   て直角方向の押し付け力が一定になるように制御しつ
   つ、前記溶接ビードの残り余盛の除去と仕上げ加工を行
   うための加工経路制御手段と、 を備えて構成したことを特徴とする溶接ビードの余盛除
   去装置。