JP2890998B2 - 溶接ビードの仕上加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アークブレージング溶
接法によって形成された溶接ビードの仕上加工方法に関
し、さらに詳しくは力制御ロボットに持たせたグライン
ダで溶接ビードに研削加工を施す方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】自動車の
車体組立工程においては、図１３に示すように車体Ｂの
うちリアフェンダーパネル（リアピラー部）Ｆとルーフ
パネルＲとの合わせ目にイナートガスアーク溶接の一つ
であるＭＩＧ溶接法によってブレージング（ろう付けも
しくは硬ろう付け）を施すことが行われ、その後処理と
してブレージング部Ｗの溶接ビードｂと母材との間の段
差をなくして車体外板面を平滑に仕上げるためにグライ
ンダによる研削加工が行われる。

【０００３】この溶接ビードｂの研削加工は、周知のよ
うに車体外板面を所定の三次元形状に仕上げる難易度の
高い作業であることから、一般に作業者の手作業によっ
て行われている。その一方、作業自体が悪環境下での作
業であること、ならびに最近の熟練技能者の不足傾向か
ら、かかる溶接ビードｂの研削作業を仮想コンプライア
ンス制御方式と称される力制御ロボットを使って行うこ
とが試られている。

【０００４】この力制御ロボットを使った溶接ビードｂ
の研削加工は、基本的には手作業の場合と同様に、溶接
ビードｂに対し力制御ロボットに持たせたグラインダの
砥石を押し付けるとともに、そのグラインダを溶接ビー
ドｂの長手方向に沿って複数回移動させることになるの
であるが、短時間のうちに溶接ビードｂを過不足なく削
り取って平滑に仕上げるためには、力制御ロボット自体
の剛性を決める仮想ばね定数の設定値、およびグライン
ダが溶接ビードに及ぼす設定押付力等の条件以外にも、
グラインダの移動軌跡や砥石の回転方向等が重要な要素
となる。

【０００５】特に、図１４に示すように、ＭＩＧ溶接法
によって形成された溶接ビードｂについては、その特殊
性として溶接開始位置および溶接終了位置に相当する始
終端部（長手方向両端部）ｅでは、それ以外の一般部Ｐ
と比べてビード幅および肉盛り高さともに大きくなって
いる。したがって、溶接ビードｂの両端部ｅとそれ以外
の一般部Ｐとでは必然的にその削り取り量が異なり、こ
れらの削り取り量の差を含めて溶接ビードｂ全体を効率
よく、しかも満遍なく削り取るためには力制御条件以外
にもそれなりの研削条件の設定が不可欠となる。

【０００６】本発明は以上のような要請に応えるために
なされたもので、溶接ビードに対し力制御ロボットに持
たせたグラインダで研削加工を施すにあたり、グライン
ダの少ない往復移動回数で効率よく、しかも正確に研削
加工を行えるようにした方法を提供しようとするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、アークブレー
ジング溶接法によって形成された溶接ビードに対し力制
御ロボットに持たせたグラインダを押し付けながらこの
グラインダを前記溶接ビードの長手方向に移動させて、
前記溶接ビードに研削加工を施すようにした溶接ビード
の仕上加工方法において、先ず前記溶接ビードの中心線
をはさんでその両側に前記溶接ビードの中心線からずら
したグラインダ移動軌跡を設定する。そして、前記グラ
インダの砥石のうち手元部側の端部を加工面から浮かし
気味として砥石全体をグラインダ移動方向に対して所定
角度傾けるとともに、その砥石の反手元部側の端部が該
当するグラインダ移動軌跡側から溶接ビードの中心線側
に向かって切り込む方向となるように前記砥石を回転さ
せ、前記砥石の中心を前記グラインダ移動軌跡に合わせ
た上、グラインダをグラインダ移動軌跡に沿って前記手
元部側に引く方向に動かしながら研削を行うことを特徴
としている。

【０００８】

【作用】この方法によると、上記のような条件のもとで
研削加工を行うことによって、グラインダを溶接ビード
の長手方向に沿って少なくとも一往復させるだけで溶接
ビードを満偏なく削り取ることができる。

【０００９】

【実施例】図２および図３は本発明の一実施例を示す図
で、前述した自動車の車体パネルのブレージング部Ｗに
後処理として研削加工を施す場合の例を示している。

【００１０】図２，３に示すように、自動車の車体Ｂは
前工程のアークブレージング工程でＭＩＧ溶接法により
アークブレージングが施された上で、コンベヤＣにより
研削工程Ｓに搬入される。研削工程Ｓには力制御ロボッ
ト１が設けられており、そのアーム２の先端には図４に
も示すように６軸の力センサ３を介してエア駆動方式の
グラインダ４が装着されている。

【００１１】前記グラインダ４は、図３および図５，６
に示すように、多数のサンドペーバー（研摩布）を放射
状に積層してなるデュアルディスク方式と称される砥石
ディスク５を備えている。そして、図２に示した研削工
程Ｓに車体Ｂが位置決めされると、力制御ロボット１は
グラインダ４の砥石ディスク５をブレージング部Ｗの溶
接ビード部ｂに順次押し付けて研削加工を施すことにな
る。なお、図３に示すように、グラインダ４には図示外
の集塵機に接続された集塵ノズル６を砥石ディスク５に
向けて取り付けてある。

【００１２】前記力制御ロボット１は仮想コンプライア
ンス制御方式と称されるもので、概略図４に示すように
構成されている。すなわち、力制御ロボット１は、その
力制御コントローラ７内に位置制御系とは別に力制御系
をもち、前記力センサ３の出力を力制御コントローラ７
に取り込んで力フィードバックループを形成する一方、
力制御コントローラ７のばね定数設定部８には予め前記
砥石ディスク５の軌跡の仮想ばね定数Ｋが設定されてい
る。同様に、前記力制御コントローラ７の力目標値設定
部９にはグラインダ４の力目標値として設定押付力が、
また位置目標値設定部１０には前記グラインダ４を動か
すべき軌跡の位置目標値がそれぞれ設定されている。

【００１３】そして、前記グラインダ４の砥石ディスク
５の先端の位置目標値をＸ_O、現在位置をＸ_N、設定押付
力（力目標値）をＦ_Oとした場合に、グラインダ４の砥
石ディスク５の先端の位置目標値Ｘ_Oと現在位置Ｘ_Nとの
位置偏差に上記の仮想ばね定数Ｋを乗じた上、これを力
目標値Ｆ_Oに加えた結果得られる荷重、すなわち（Ｘ_O−
Ｘ_N）・Ｋ＋Ｆ_O＝Ｆ_Gで得られる荷重Ｆ_Gでグラインダ４
をワークに押し付けて研削加工を行うことで、力制御ロ
ボット１自体をあたかも仮想ばねの如く機能させてその
力加減を積極的にコントロールできるものである。な
お、この力制御ロボット１そのものについては特開平２
−４５８０６号公報等に開示されている。

【００１４】前記溶接ビードｂの研削に際しては、図１
に示すように、力制御ロボット１が持つグラインダ４の
砥石ディスク５を溶接ビードｂに押し付けた上、グライ
ンダ４を引くようにこれを溶接ビードｂの長手方向に沿
って複数回移動させることでその溶接ビードｂの余盛を
削り取り、溶接ビードｂが車体パネルＢと面一状態とな
って滑らかに連続するように平滑に仕上げることになる
が、その際の研削条件を次のように設定する。

【００１５】すなわち、グラインダ４の一往復で研削を
終えるために、図１に示すようにグラインダ４の往動時
を荒研削、復動時を仕上研削としてそれぞれ割り当て、
荒研削では溶接ビードｂを比較的大きく削り取ってその
凹凸を少なくして溶接ビードｂ全体を均一な高さになら
すことに主眼をおき、また仕上研削では溶接ビードｂの
表面に砥石ディスク５を忠実に追従させて微小な凹凸を
除去しつつ平滑に仕上げることに主眼をおく。そのため
に、荒研削時の力制御ロボット１の仮想ばね定数Ｋの値
を仕上研削時の仮想ばね定数Ｋの値よりも高く設定する
一方、グラインダ４の送り速度については仕上研削時の
方を高く設定する。

【００１６】また、上記の溶接ビードｂは、図１のほか
図１４に示すようにその溶接開始位置および溶接終了位
置に相当する長手方向両端部ｅではその一般部Ｐに比べ
てビード幅およびビード高さともに大きくなるのが通常
である。したがって、溶接ビードｂに研削加工を施すに
あたり、その溶接ビードｂの全長を通して常にグライン
ダ４の押付力が一定となるようにコントロールして研削
加工を行ったのでは、速やかに溶接ビードｂの凹凸をな
くして均一高さにならすことができない。

【００１７】そこで、荒研削時および仕上研削時とも
に、溶接ビードｂの両端部ｅを研削する際の力制御ロボ
ット１の仮想ばね定数Ｋの値を、一般部Ｐを研削する際
の仮想ばね定数Ｋの値よりも大きく設定する一方、グラ
インダ４の送り速度については一般部Ｐよりも両端部ｅ
の方の送り速度を低く設定する。

【００１８】なお、溶接ビードｂに対するグラインダ４
の設定押付力（力目標値）Ｆ_Oは、荒研削であるか仕上
研削であるか、さらには溶接ビードｂの両端部ｅである
か一般部Ｐであるかにかかわらず、０．３〜０．４ｋｇ
ｆで一定とする。また、砥石ディスク５の直径は１００
ｍｍ、荒さ＃４０、最大回転数は１２６００ｒｐｍ程度
である。さらに、研削加工後に許容される溶接ビードｂ
の削り残り量すなわち品質上の許容範囲は０〜０．３ｍ
ｍ程度である。

【００１９】さらに、図１および図７に示すように、グ
ラインダ４の一往復で溶接ビードｂを削り取るために、
溶接ビードｂの中心線Ｑをはさんでその両側に前記溶接
ビードｂの中心線Ｑからずらしたグラインダ移動軌跡Ｐ
_１，Ｐ_２を力制御ロボット１のティーチング時に設定す
る一方、前記グラインダ４の砥石ディスク５のうち手元
部側の端部を母材面に対して浮かし気味として砥石ディ
スク５全体を１５〜３０°程度傾けて、この砥石ディス
ク５を傾けたままで往動時および復動時ともにグライン
ダ４をグラインダ移動軌跡に沿って前記手元部側に引く
方向に動かしていわゆる斜め研削にて研削加工を行うも
のとする。ここで、前記手元部側とは、砥石ディスク５
の回転中心よりもアーム２によるグラインダ４の支持点
側の部分をいう。

【００２０】また、前記グラインダ４の砥石ディスク５
は上面から見て時間回り方向に回転させるものとし、グ
ラインダ４の往動時および復動時ともに、その砥石の反
手元部側の端部が該当するグラインダ移動軌跡Ｐ_１また
はＰ_２側から溶接ビードｂの中心線Ｑ側に向かって切り
込む方向となるように砥石ディスク５を回転させる。

【００２１】ここで、上記の仮想ばね定数Ｋの値は図４
のばね定数設定部８に予め設定されるとともに、設定押
付力（力目標値）Ｆ_Oの値は同じく図４の力目標値設定
部９に予め設定され、これらの仮想ばね定数Ｋ、設定押
付力Ｆ_Oおよび送り速度等の研削条件の一例を整理する
と表１のようになる。

【００２２】

【表１】

【００２３】例えば、図８に示す仮想ばね定数Ｋ₁とＫ₂
とがともに等しく、またグラインダ４の設定押付力Ｆ_O
も一定であると仮定した場合、溶接ビードｂの高さが小
さい一般部Ｐほど仮想のばねが伸びた状態となって、実
際に溶接ビードｂに及ぼす押付力Ｆ_Gは小さくなる。こ
のことは、削り取るべき溶接ビードｂの高さが異なる荒
研削時と仕上研削時との関係においても同様である。そ
こで、本実施例では、上記のようなばね状態の変化によ
る押付力の変化に着目し、仕上研削時よりも削り取り量
の多い荒研削時、ならびに溶接ビードｂの一般部Ｐより
も削り取り量の多い溶接ビード両端部ｅの研削時ほど溶
接ビードｂに及ぼす実際のグラインダ押付力Ｆ_Gが大き
くなるように、力制御ロボット１の設定ばね定数（仮想
ばね定数）Ｋを積極的に可変制御するものである。

【００２４】したがって、本実施例によれば、図１およ
び図７に示すように、グラインダ４全体を所定量だけ傾
けるとともに砥石ディスク５を時計回り方向に回転させ
た上で砥石ディスク５を溶接ビードｂに押し付け、荒研
削時（往動時）にはグラインダ移動軌跡Ｐ_１に沿ってグ
ラインダ４を手元部側に引く方向に動かして研削を行
い、同様に仕上研削時（復動時）にはグラインダ移動軌
跡Ｐ_２に沿ってグラインダ４を同じく手元部分側に引く
方向に動かして研削を行う。

【００２５】その結果、例えば荒研削時には、図１の
（Ｂ）に示すように、予め母材と軽く当接して撓んでい
る砥石ディスク５の刃先５ａがグラインダ移動軌跡Ｐ_１
側から溶接ビードｂの中心線Ｑ側に切り込むかたちとな
って符号Ｍで示すような軌跡をとり、反対側のグライン
ダ移動軌跡Ｐ_２近傍に削り残しＲが発生する。

【００２６】一方、仕上研削時には、図１の（Ｂ）とは
逆に、グラインダ移動軌跡Ｐ₂側から溶接ビードｂの中
心線Ｑ側に砥石ディスク５の刃先５ａが切り込むかたち
となって、仕上研削終了時には削り残しのないように溶
接ビードｂを満偏なく削り取ることができる。

【００２７】このように本実施例によれば、砥石ディス
ク５の刃先５ａを溶接ビードｂの両脇から効率よく当接
させることができ、グラインダ４の一往復だけで削り残
しのないように溶接ビードｂを削り取ることができる。
その上、グラインダ４の砥石ディスク５を傾けてグライ
ンダ４全体を手元部側に引く方向に動かすため、母材に
残る仕上面の疵目が浅く揃っているために後処理が容易
となる。

【００２８】図９，１０および図１１，１２は、本実施
例との比較のために、研削条件を異ならしめた場合の研
削状態を示している。図９，１０は、荒研削時および仕
上研削時ともにグラインダ４の移動軌跡Ｐ_１，Ｐ_２を溶
接ビードｂの中心線Ｑに合わせた場合で、図１０から明
らかなように、砥石ディスク５の刃先５ａが予め母材に
接していることなくいきなり溶接ビードｂに対してその
横切り幅方向に切り込むかたちとなって逃げを生じ、ま
た刃先５ａが溶接ビードｂから離れる際にも同じ挙動と
なるために、溶接ビードｂの両脇を中心として削り残し
Ｒが発生する。

【００２９】また、図１１，１２は、グラインダ４の進
行方向と砥石ディスク５の回転方向との関係を考慮しな
かった場合で、荒研削時および仕上研削時ともに、図１
２から明らかなように、砥石ディスク５の刃先５ａが溶
接ビードｂから離れる際には刃先５ａが母材に接するこ
とにはなるものの、刃先５ａが溶接ビードｂに切り込む
際にはその刃先５ａが母材に接していることなくいきな
り溶接ビードｂに対してその横切り幅方向に切り込むか
たちとなるために、この場合には溶接ビードｂの中心線
Ｑの近傍に削り残しＲが発生する。

【００３０】ここで、上記実施例では、全体として仕上
研削時よりも荒研削時の方が力制御ロボット１の仮想ば
ね定数Ｋの値が高く、またグラインダ４の送り速度につ
いては逆に荒研削時の方が低いために、グラインダ４の
設定押付力Ｆ_Oが一定であっても、仮想ばね定数Ｋの値
が高いほど力制御ロボット１自体の剛性が高くなって、
荒研削時の方が仕上研削時よりも溶接ビードｂに及ぼす
グラインダ４の刃先の実際の押付力Ｆ_Gが高くなるとと
もに、砥石ディスク５による溶接ビードｂの削り取り量
も上記の押付力Ｆ_Gに比例して大きくなるため、荒研削
時の方が仕上研削に比べていわゆる重研削が可能とな
る。

【００３１】その結果として、研削開始前は、溶接ビー
ドｂの表面は最終仕上形状との高さの差が大きく、しか
も溶接ビードｂの両端部ｅと一般部Ｐとの間に大きな高
さの差があるものの、荒研削が施されることによって所
定の削り取り量が削り取られて、その両端部ｅと一般部
Ｐの高さの差が小さくなるように溶接ビード表面がなら
されることになる。

【００３２】その上、表１に示すように、荒研削のなか
でもその溶接ビードｂの両端部ｅの研削時の方が一般部
Ｐの研削時よりも仮想ばね定数Ｋの値が大きく設定され
ている故に、一般部Ｐよりも両端部ｅの研削時の方がそ
の押付力Ｆ_Gに比例して削り取り量が大きくなる。した
がって、荒研削終了時には溶接ビードｂの両端部ｅと一
般部Ｐでの高さの差がなくなって、溶接ビードｂの全長
をとおしてその高さを均一にならすことができる。

【００３３】一方、仕上研削時には、荒研削時に比べて
相対的に力制御ロボット１の仮想ばね定数Ｋの値が低
く、グラインダ４の送り速度が高いために、荒研削時に
比べて実際のグラインダ４の押付力Ｆ_Gが低くなって削
り取り量が小さくなる。しかしながら、先に荒研削によ
って溶接ビードｂ全体の高さがほぼ均一にならされてい
るためにグラインダ４の押付力Ｆ_Gおよび削り取り量が
小さくなっても問題となることはなく、むしろ軽研削で
送り速度が高いために砥石ディスク５の加工面への追従
性が良くなり、砥石ディスク５が溶接ビード表面に忠実
に追従して残された溶接ビードｂを過不足なく削り取っ
て溶接ビードｂが平滑に仕上げられることになる。

【００３４】ここで、前記荒研削時および仕上研削時と
もにグラインダ４の砥石ディスク５が溶接ビードｂに及
ぼす実際の押付力Ｆ_Gは、Ｆ_G＝（Ｘ_O−Ｘ_N）・Ｋ＋Ｆ_O
で表されるように、砥石ディスク５の先端の制御上の位
置偏差（Ｘ_O−Ｘ_N）と仮想ばね定数Ｋとによって決定さ
れるものの、目標位置まで削り終わった研削終了時点で
のグラインダ押付力Ｆ_Gは、上記の位置偏差（Ｘ_O−
Ｘ_N）が零となるために仮想ばね定数Ｋの値には依存し
なくなってＦ_G＝Ｆ_O＝０．３〜０．４ｋｇｆとなる。

【００３５】したがって本実施例によれば、仕上研削時
よりも荒研削時の方が仮想ばね定数Ｋの値が高く、なお
かつ荒研削および仕上研削時のいずれの場合にも溶接ビ
ードｂの両端部を研削する際の仮想ばね定数Ｋの値が一
般部Ｐの研削時の仮想ばね定数Ｋよりも大きく設定され
ているため、グラインダ４の一往復で溶接ビードｂを満
遍なく削り取って母材である車体パネルＢを平滑に仕上
げることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アークブ
レージング溶接法によって形成された溶接ビードに対し
力制御ロボットに持たせたグラインダを押し付けながら
このグラインダを前記溶接ビードの長手方向に移動させ
て、前記溶接ビードに研削加工を施すにあたり、前記溶
接ビードの中心線をはさんでその両側に前記溶接ビード
の中心線からずらしたグラインダ移動軌跡を設定し、前
記グラインダの砥石のうち手元部側の端部を加工面から
浮かし気味として砥石全体をグラインダ移動方向に対し
て所定角度傾けるとともに、その砥石の反手元部側の端
部が該当するグラインダ移動軌跡側から溶接ビードの中
心線側に向かって切り込む方向となるように前記砥石を
回転させ、前記砥石の中心を前記グラインダ移動軌跡に
合わせた上、グラインダをグラインダ移動軌跡に沿って
前記手元部側に引く方向に動かしながら研削を行うよう
にしたことにより、溶接ビードの研削仕上作業を力制御
ロボットで行う場合の研削条件の最適化が図れるように
なり、少なくともグラインダの一往復だけで溶接ビード
を削り残しなく削り取ることができることから研削仕上
作業の効率化が図れ、また手作業に依存していた場合と
比べて個人差による品質上のばらつきがなくなって研削
後の品質の均一化と安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図で、（Ａ）は溶接ビ
ードとグラインダ移動軌跡との関係を示す平面説明図、
（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図。

【図２】本発明の加工方法を適用した自動車の車体の研
削工程の概略説明図。

【図３】図２のＥ部拡大図。

【図４】図２に示す力制御ロボットの制御系のブロック
回路図。

【図５】図３に示す砥石ディスクの下面図。

【図６】図３に示す砥石ディスクの正面説明図。

【図７】荒研削時の加工形態を示す要部拡大斜視図。

【図８】溶接ビードと砥石ディスクおよび設定ばね定数
との関係を示す説明図。

【図９】本発明の比較例として、グラインダ移動軌跡と
溶接ビードの中心線とを一致させた時の加工形態を示す
要部拡大斜視図。

【図１０】図９のｃ−ｃ線に沿う断面図。

【図１１】本発明の比較例として、グラインダ移動方向
と砥石ディスクの回転方向との関係を考慮しなかった時
の加工形態を示す要部拡大斜視図。

【図１２】図１１のｄ−ｄ線に沿う断面図。

【図１３】アークブレージングが施された自動車の車体
の要部拡大図。

【図１４】（Ａ）は図１３に示す車体のブレージング部
の溶接ビードの拡大平面説明図、（Ｂ）は同じくその拡
大正面説明図。

【符号の説明】

１…力制御ロボット ２…アーム ３…力センサ ４…グラインダ ５…砥石ディスク Ｂ…車体 ｂ…溶接ビード Ｐ₁…荒研削時のグラインダ移動軌跡 Ｐ₂…仕上研削時のグラインダ移動軌跡 Ｑ…溶接ビードの中心線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アークブレージング溶接法によって形成
   された溶接ビードに対し力制御ロボットに持たせたグラ
   インダを押し付けながらこのグラインダを前記溶接ビー
   ドの長手方向に移動させて、前記溶接ビードに研削加工
   を施すようにした溶接ビードの仕上加工方法において、 前記溶接ビードの中心線をはさんでその両側に前記溶接
   ビードの中心線からずらしたグラインダ移動軌跡を設定
   し、 前記グラインダの砥石のうち手元部側の端部を加工面か
   ら浮かし気味として砥石全体をグラインダ移動方向に対
   して所定角度傾けるとともに、その砥石の反手元部側の
   端部が該当するグラインダ移動軌跡側から溶接ビードの
   中心線側に向かって切り込む方向となるように前記砥石
   を回転させ、 前記砥石の中心を前記グラインダ移動軌跡に合わせた
   上、グラインダをグラインダ移動軌跡に沿って前記手元
   部側に引く方向に動かしながら研削を行うことを特徴と
   する溶接ビードの仕上加工方法。