JP3188324B2

JP3188324B2 - 溶接ビードの仕上加工方法

Info

Publication number: JP3188324B2
Application number: JP27213692A
Authority: JP
Inventors: 孝志柏熊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH06114708A

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７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の研削作業を力制御方式の産業
用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、単にグラインダの押
付力が一定となるようにコントロールしただけでは必ず
しも十分でない。

【０００５】すなわち、図８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高さともに大きくなって
いる。

【０００６】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とでは必然的に研削時の力加減条件が
異なり、この条件が見い出せないかぎり高品質でしかも
効率的な仕上研削加工は望めない。

【０００７】本発明は以上のような課題に着目してなさ
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、溶接ビードの
形状の特殊性を考慮して効率よく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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、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
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、荒研削と仕上研削とに分け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、前記荒研削時および仕上研削時に、グラインダの先
端の制御上の位置偏差に力制御ロボットの設定ばね定数
を乗じた上これに設定押付力を加えたものが前記溶接ビ
ードに対するグラインダの実押付力となるように制御す
る一方、前記仕上研削に際して、グラインダを支持する
力制御ロボットの設定ばね定数を荒研削時よりも低くし
て研削加工を行うことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の発明は、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、前記溶接ビードの長手方向両端部に
研削加工を施す際に、グラインダを支持する力制御ロボ
ットのばね定数を、前記溶接ビードの長手方向両端部以
外の一般部を研削する際のばね定数よりも高くして研削
加工を行うことを特徴としている。

【００１０】さらに、請求項３の発明は、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一往復させて、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、前記グラインダの復動時には、
このグラインダを支持する力制御ロボットのばね定数を
往動時よりも低くして研削加工を行うとともに、前記溶
接ビードの長手方向両端部に研削加工を施す際には、前
記グラインダを支持する力制御ロボットのばね定数を、
前記溶接ビードの長手方向両端部以外の一般部を研削す
る際のばね定数よりも高くして研削加工を行うことを特
徴としている。

【００１１】

【作用】請求項１の発明によると、荒研削時のばね定数
を高目に設定し、それに続く仕上研削時のばね定数を荒
研削時よりも低くして研削を行うと、仮に荒研削時と仕
上研削時とでグラインダの設定押付力が一定であって
も、荒研削時の方が力制御ロボットのばね定数が高いた
めに力制御ロボット自体の制御剛性が高くなり、それに
応じて溶接ビードに及ぼすグラインダの押付力も仕上研
削時よりも高くなる。

【００１２】そして、研削加工前は、溶接ビード表面は
最終仕上形状との高さの差が大きく、しかも溶接ビード
の両端部と一般部との間にも大きな高さの差があるもの
の、上記のように荒研削時のばね定数を高くして研削を
行うと、そのばね定数に応じて力制御ロボットの剛性が
高くなってグラインダの押付力も増大し、さらに溶接ビ
ードの削り取り量はグラインダの押付力に比例するた
め、溶接ビードを効率よく削り取ることができるととも
に、溶接ビードの両端部と一般部との高さの差も小さく
なって溶接ビードの高さが全体的にほぼ均一にならされ
る。

【００１３】こののち、荒研削に続く仕上研削時には逆
にばね定数を低くして研削を行うと、そのばね定数の低
下に応じて力制御ロボットの剛性が低くなることから、
溶接ビード表面に対するグラインダの追従性がよくなっ
て砥石が溶接ビード表面に忠実に追従することから、グ
ラインダの送り速度を高くして研削を行える。これによ
り、短時間のうち、しかも最小限のグラインダの移動回
数で溶接ビードの研削を行うことができる。

【００１４】また、請求項２の発明によると、荒研削で
あるか仕上研削であるかにかかわらず、溶接ビードの両
端部の研削時のばね定数を一般部よりも高くすると、そ
のばね定数に応じてグラインダの押付力が変化し、さら
にその押付力に溶接ビードの削り取り量が比例すること
から、１回の研削で溶接ビードの両端部ほど大きく削り
取ることができる。したがって、少ない研削回数で溶接
ビードの高さの差をなくして溶接ビード全体を均一にな
らすことができる。

【００１５】さらに、請求項３の発明によると、グライ
ンダの復動時よりも往動時の研削時のばね定数を高く
し、同時に溶接ビードの両端部の研削時のばね定数を一
般部よりも高くすることにより、きわめて効率的な研削
が行え、グラインダの一往復だけで溶接ビードの研削を
完了することができる。

【００１６】

【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。

【００１７】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。そして、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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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、図５に示すように、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。

【００２２】また、上記の溶接ビードｂは、図１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ｄ
およびビード高さｈ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。

【００２３】そこで、図５に示すように、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。

【００２４】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
の削り残し量すなわち品質上の許容範囲は０〜０．３ｍ
ｍ程度である。

【００２５】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。

【００２６】

【表１】

【００２７】例えば、図１の（Ｂ）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。

【００２８】したがって、本実施例によれば、図１の
（Ａ）に示すように、グラインダ４の砥石ディスク５が
溶接ビードｂの長手方向に沿って右方向に移動する荒研
削時（往動時）には、図６に示すように溶接ビードｂの
全高Ｈを目標削り取り量としながらも削り取り量ｈ₁が
削り取られ、また図１の（Ａ）に示すように砥石ディス
ク５が左方向に移動する仕上研削時（復動時）には溶接
ビードｂの残りの削り取り量ｈ₂が削り取られることに>
なる。

【００２９】そして、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。

【００３０】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上
記の削り取り量ｈ₁が削り取られて、その両端部ｅと一
般部Ｐの高さ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。

【００３１】その上、図５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。

【００３２】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
り取り代が小さくなる。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。

【００３３】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。

【００３４】このように本実施例によれば、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。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように請求項１
の発明によれば、グラインダを支持する力制御ロボット
のばね定数を仕上研削時よりも荒研削時の方を大きくし
て研削を行うようにしたことにより、荒研削時の方が溶
接ビードに対するグラインダの押付力が大きくなって押
付力の最適化が図られ、短時間のうちに、しかも最小限
のグラインダの移動回数で溶接ビードの研削を行える。

【００３６】また、請求項２の発明によれば、溶接ビー
ドの両端部を研削する際のばね定数が一般部を研削する
際のばね定数よりも大きく、それに伴ってグラインダの
押付力も変化することから、溶接ビードの両端部ほど大
きく削り取ることができ、少ない研削回数で溶接ビード
の高さの差をなくして均一にならすことができる。

【００３７】さらに、請求項３の発明によれば、上述し
た請求項１および請求項２の効果が得られるほか、グラ
インダ往動時の研削によって溶接ビードの高さが均一化
されているためにグラインダ復動時の速度を高くするこ
とができ、きわめて効率よく溶接ビードの研削を行え
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
ードと砥石ディスクとの関係を示す平面説明図、（Ｂ）
は同じく溶接ビードと砥石ディスクとの関係を示す正面
説明図。

【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】溶接ビード研削時のばね定数の変化を示す説明
図。

【図６】図１に示す溶接ビードの断面説明図。

【図７】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８】（Ａ）は図７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ｅ…溶接ビードの両端部Ｐ…溶接ビードの一般部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、荒研削と仕上研削とに分けて前
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、前記荒研削時および仕上研削時に、グラインダの先端の
制御上の位置偏差に力制御ロボットの設定ばね定数を乗
じた上これに設定押付力を加えたものが前記溶接ビード
に対するグラインダの実押付力となるように制御する一
方、前記仕上研削に際して、グラインダを支持する力制御ロ
ボットの設定ばね定数を荒研削時よりも低くして研削加
工を行うことを特徴とする溶接ビードの仕上加工方法。
【請求項２】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、前記溶接ビードの長手方向両端部に研削加工を施す際
に、グラインダを支持する力制御ロボットのばね定数
を、前記溶接ビードの長手方向両端部以外の一般部を研
削する際のばね定数よりも高くして研削加工を行うこと
を特徴とする溶接ビードの仕上加工方法。
【請求項３】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
長手方向に一往復させて、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、前記グラインダの復動時には、このグラインダを支持す
る力制御ロボットのばね定数を往動時よりも低くして研
削加工を行うとともに、前記溶接ビードの長手方向両端部に研削加工を施す際に
は、前記グラインダを支持する力制御ロボットのばね定
数を、前記溶接ビードの長手方向両端部以外の一般部を
研削する際のばね定数よりも高くして研削加工を行うこ
とを特徴とする溶接ビードの仕上加工方法。