JPS62246465A

JPS62246465A - 溶接ビ−ド部の研磨方法およびその装置

Info

Publication number: JPS62246465A
Application number: JP8814786A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ono; 和夫大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1987-10-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はもり上った溶接ビード部の研磨方法及び該方法
の実施を使用する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、複雑な３次元曲面で構成されている自動車ボデー
のルーフとクォータなどのロー付部の研磨は、サンプま
たはグラインダなどを用い、手作業で行なわれていた。

しかし、研磨精度の向上、研磨作業の能率向上などの点
より、部分的であっても自動化されることが望まれる。

自動車部品以外または溶接ビード部以外の研磨方法また
は装置としては、実開昭５７−９０４５４号公報に複写
機の感光体ドラムの周面に摺接して該周面の研磨を行な
う研磨装置が開示されており、そこでは研磨ローラは感
光体ドラムが所定回転数回転したのちは感光層を過剰に
研磨することがないように感光体ドラムから引き離され
る制御が開示されている。

また実開昭５７−１０８８５０号公報は突合せ溶接によ
る環状の余盛部を研削する余盛研削装置を開示しており
、そこでは砥石を環状余盛部に弾性部材を介して押圧し
、回転ブレが生じても余盛部に進退方向に追従して研削
する方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、自動車ボデーのルーフとクォータなどのロー付
部は複雑な３次元曲面に延びるので、自動化が難しい、
このため、手仕上で行なわれる場合、粉塵、騒音などの
作業環境および作業姿勢が上肢点となるなどの作業条件
から人間を開放することが望まれる。

また、自動車ボデーの精度のばらつき、ロボットの位置
決め誤差、砥石の磨耗などの理由で、ロー付部の位置が
あらかじめ教示した位置と溶接部の延長方向と直角方向
および進退方向にずれているため、それらの要因を吸収
する必要がある。上記の２つの公報はワークから進退す
る方向に砥石を進退させまたは砥石の押付け力を加減す
る方法を示しているが、理想面迄の理想研階量を制御す
る技術、押つけ力を適当圧にしてワークの研磨を最適に
する技術までは開示していない、すなわち、従来研磨で
はワーク形状に沿った研磨となり、溶接ビード部などの
もり上った部位を凹凸がない理想仕上面に研磨すること
はできない。

本発明は、上記問題を軽減するために、溶接ビード部の
研磨を自動化して作業環境、作業条件を改善し、しかも
正しく溶接ビード部に砥石位置を１ｉ１１御し、最適研
磨量だけ研磨し、それを砥石の押つけ圧力を最適力に制
御しながら行なう溶接ビード部の研磨方法とその方法を
実施する研磨装置を提供することを目的とする。

〔問題点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に係る溶接ビード部の
研磨方法は、あらかじめ面形状センサによりもり上った
溶接ビード部の形状を認識し、凸凹のない理想仕上げ面
を抽出し、ビード中心位置・ビード高さ・ビード幅を演
算し、記憶する方法と、あらかじめ教示されたビード位
置または・第１のリニアステップモータによる砥石現在
位置と前記記憶されたビード中心位置との差、つまりず
れ量を補正することにより、砥石をビード中心位置に随
時ならわせる方法と、前記記憶されたビード高さにより
、ビード高さ位置−理想仕上げ面から研１すべき量を求
め、研磨工具がワークを押し付けている圧力を一定圧の
範囲に抑めながら、除々に研磨工具をワークに押し付け
凸凹のない理想仕上げ面まで研磨する方法とから成る。

また、上記研磨方法を実施するための本発明に係る研磨
装置は、もり上ったＹ！４接ビード部の形状を！！議す
る面形状センサと、ビード中心位置がずれていても、ビ
ード中心位置をならうように、ずれ量を補正する第１の
リニアステップモータと、砥石などの研磨工具が、と−
ド部に押し付けている圧力を検出する圧力センサと、研
磨の際その圧力を一定圧内に抑える為の第２のリニアス
テップモータとから成る。

〔作用）上記研磨方法および装置においては、ロボットでラフテ
ィーチング（粗教示）で教示されたロー付部の中心位置
付近に砥石を位置させる。

つぎに、面形状センサにて溶接部形状を認識し、ノイズ
除去、２値化、中心線の抽出などの処理をし、マイクロ
コンビエータでスムージングおよび補間をし、理想仕上
面を算出、作成する。そして、溶接ビード部の中心位置
（Ｘｓ　）　、ビード高さくＨｌ）、と−ド幅（Ｗｓ）
を演算し、記憶する。

そして、溶接ビード部の中心位置補正用の第１のリニア
ステップモータにより、砥石の現在の位置（Ｘ、）を把
握し、記憶された前記溶接ビード中心位置（Ｘ、）と現
在の位Ｍ　（ＸＩ　）の差ΔＸ−Ｘ５−Ｘｌ−すなわち
ずれ量を算出する。

続いてマイクロコンピュータから、ビード中心位ｍ　（
ＸＩ　）を研磨ユニットのコントローラに七令し、その
コントローラは、ずれ量Δχ分だけ第１のリニアステッ
プモータを駆動させ、溶接部のビード中心位置に砥石を
移動させ、砥石にビード中心位置をならわせる。

さらに砥石がワークと接触している圧力Ｐを圧力センサ
により検出し、その圧力Ｐが一定圧の範囲（Ｐ０〜ｐ＋
　）になっているかをチェックする。

もし、一定圧の範囲より大きな圧力Ｐが生じるときは、
一定圧の範囲に抑まるまで砥石をワークから遠ざける方
向に第２のリニアステップモータを駆動させ、逆に、一
定圧の範囲より小さな圧力Ｐを生じるときは、砥石をワ
ークに近づける方向に第２のリニアステップモータを駆
動させる。このように、研磨する前に圧力を一定圧の範
囲に抑制し、かつ、第２のリニアステップモータの現位
置（Ｚ）を把握し、前記の記憶されたビード高さくＨｅ
　）により、理想仕上げ面までの第２のリニアステップ
モータの位置（ｚ、−ｚ＋Ｈｏ　）を算出する。

つぎにマイクロコンビエータから研磨ユニットのコント
ローラに（Ｚｏ）を）旨令し、そのコントローラは、ず
れ！（△Ｚ−Ｚ、−Ｚ）の分だけ第２のリニアステップ
モータを徐々に駆動させ、溶接ビード部を研磨する。駆
動させる条件は、次の通りである。すなわち、溶接ビー
ド部を研磨すると、圧力が減り、一定圧の範囲外になる
。つまり、一定圧の下限Ｐ、より小さくなる。一定圧（
Ｐ６〜Ｐ＋）の範囲内にするためには、ワークに近づけ
る方向に第２のリニアステップモータを駆動させる。こ
れを繰り返しながら、理想仕上面まで溶接ビード部のも
り上りを研磨する。

〔実施例〕

以下に、本発明に係る溶接ビード部の研磨方法およびそ
の装置の望ましい実施例を図面を参照して説明する。

まず、本発明実施例の研磨装置について説明する。

第２図は本発明のｇＦ磨装置を具備させた車両製造ライ
ンを示している１図中１はスラットコンベアで、自動車
ボデー２を台車４上に載せてライン上を流す、自動車ボ
デー２はロー付から成る溶接ビード部（図の場合はロー
付部）３を有している・ラインの途中に設置された架台
にはリニアガイド６が設けられ、走行台車５はリニアガ
イド６に沿ってボデー２の搬送スピードに同期してボデ
ー搬送方向に送られる。第３図に示すように、走行台車
、リニアガイド６はそれらの駆動を制御するコントロー
ラ３３とともに走行ユニット３１を構成する。

走行台車５はロボット７を支持し、走行台車５の動きに
合せてロボット７をボデー搬送方向に移動させる。

ロボット７の手首には、ロー付部３のビードを研磨する
研磨ユニット８、ワーク面形状検出用の面形状センサ９
、ロー付部３のビードを研磨する砥石１０が取付けられ
ている。

研磨ユニット８は、第１図に示すように、砥石ｌＯをロ
ー付部３のビードに押しつけている圧力を検出する圧力
センサ１１、ロー付部３のビード中心位置に砥石位置を
補正するための第１のリニアステップモータ１２（ビー
ドの長手方向と直角方向に砥石１０を移動させるリニア
ステップモータ）、理想仕上面までビード部３のもり上
りを研磨するに必要な圧力をコントロールをするための
第２のリニアステップモータ１３　（ワーク２のビード
部３に対してワーク面と直角の方向に砥石１０をワーク
に対して進退させるリニアステップモータ）、および第
３図に示すコントローラ３２からなる。

このうち、面形状センサ９は、固体橿像素子のカメラ１
４、スリット光源１５から構成されている。

ただし、カメラ１４でビード面形状を知る位置と砥石１
０で研磨する位置とがオフセットされているため、先に
ビード面形状情報（ビード高さ、ビード中心位置など）
を検出、記憶して光処理し、数ステップ後の研磨すると
きに、その情報が利用される０面形状の認識は、第４図
に示すように、スリット光源１５でスリット光１５ａを
作り、そのスリット光をロー付部３に照射し、カメラ１
４で光切断方式にてロー付部３のスリット像を第５図の
２０８の工程で抽出し、ロー付部３のビード形状を認識
する。ただし、第４図において、２ａはパネルルーフを
示し、２ｂはパネルクォータを示している。

そのスリット像（ブロック５０ｇ内に示す）を第５図の
工程５０ｂでノイズ除去し、工程５０Ｃで２値化し、工
程５０ｄで中心線の輸出を行ない、工程５０ｅで第３図
のマイクロコンピュータ３０によりスムージングおよび
補間をし、第６図に示すような理想仕上面３ａを作成す
る。第６図において、斜線部分３ｂは研磨される部分を
示し、黒ぬり部分３Ｃは研磨された後に残る溶接部分を
示している。また、工程５０ｆに行ってビード部３の情
報の演算をし、すなわちブロック５０ｈ内に示すように
ビード部中心位置（Ｘｓ　）　、ビード部幅（Ｗ＠　）
　、ビード部高さくＨｏ）を演算し、記憶する。

第３図は研磨ユニット８、面形状センサ９、走行ユニ７
）３１、ロボット７、ロボット用コントローラ３５、マ
イクロコンピュータ７の相互の制御関係を示している０
面形状センサ９、研磨ユニット８、走行ユニット３１、
ロボット７はマイクロコンピュータ３０を介して互に連
結し、各々の作動が互に関連して演算され制御される。

第３図中、面形状センサ９はコントローラ３４を有し、
研磨ユニット８の砥石１０はビード部の高さに応じて砥
石ＩＯの回転を制御′ｎする砥石回転′ｉｔｉｌ１ｍ用
のコントローラ１６を介して、研磨ユニット８のコント
ローラ３２に接続されてい本、なお、３５はロボット７
制御用のコントローラである。

ビード中心位置のならい機構はつぎのようになっている
。すなわち、第１のリニアステップモータ１２により、
現在の砥石位置（Ｘｌ）を把握する。

この場合、前記記憶されたビード中心位置（Ｘ、）との
差、ΔＸ　−Ｘ　＊　　Ｘ　ｌ　だけ、ビード中心位置
がずれていることになる。マイクロコンビエータ３０は
カメラ１４で形状認識されたビード中心位置（ｘ、＞　
をｉｍユニット８のコントローラ３２に指令し、該コン
トローラ３２はずれ量ΔＸだけ第１のリニアステップモ
ータ１２を駆動させ、ロー付部３のビード中心位置に砥
石１０を移動させ、ビード中心位置をならわせる。

第７図はビード中心位置をならうフィードバック回路を
示している。第７図Ａ中７０ａは第１のリニアステップ
モータ１２からの信号をディジタル状パルス信号にして
戻すディジタルスケールフィードバックユニットであり
、７０ｂはフィードバックパルスとマイクロコンピュー
タ３０からの指令（Ｘ＠）とを比較してずれ量を求める
比較回路であり・比較回路７０ｂからの信号はパルスド
ライバ７０ｃに出力されて、Ａ／Ｄ変換器７０ｄにより
アナログ信号に変換され、アンプ７０ｅで増巾されて第
１のリニアステップモータ１２に送られ、ｌｌａする。

第１のリニアステップモータ１２による砥石移動方向は
第７図Ｂに示すように溶接ビード部３の伸長方向と直角
方向（Ｘ方向）である、７０３〜７０ｅはコントローラ
３２の一部を構成する。

砥石１０の加圧をコントロールする機構はつぎのように
なっている。すなわち、第８図は砥石１０の加圧をコン
トロールするフィードバック回路を示しているが、図中
、８０ａは第２のリニアステップモータ１３からの信号
をディジタル状パルス信号にして戻すディジタルスケー
ルフィードバックユニットであり、８０ｂはフィードバ
ックパルスとマイクロコンピュータ３０からの指令（２
，）とを比較してずれ量を求める比較回路であり、比較
回路８０ｂからの信号はＡ／Ｄ変換器８０ｃに送られて
アンプ８０ｄで増巾されて第２のリニアステップモータ
１３に出力され、第２のリニアステップモータ１３を駆
動する。第２のリニアステップモータ１３による砥石移
動方向は第８図Ｂに示すように、ワーク面と直角方向（
２方向）である。

第９図は第８図の装置における砥石１０の加圧をコント
ロールするフローチャートを示している。

図に示すように、工程９０ａでスタートし、工程９０ｂ
で圧力センサ１１により圧力を検出し、工程９０ｃでマ
イクロコンピュータ３０によりその圧力（Ｐ）が一定圧
の範囲内（ｐｓ〜Ｐ＋）か否かをチェックする。Ｐが一
定圧の範囲より大きなときは、工程９０ｄで第２のリニ
アステップモータ１３を駆動させて砥石１０をワーク２
から遠ざけてＰを減少させ、Ｐが一定圧の範囲より小さ
なときは、工程９０ｄで第２のリニアステップモータ１
３を砥石ｌＯをワーク２に近づける方向に駆動させ、Ｐ
が一定圧の範囲に入るようにする。つぎに工程９Ｑｅで
第２のりニアステップモータ１３による砥石現位置（Ｚ
）を読みとり、工程９０ｆで前記の記憶されたビード高
さくＨ９）により、理想仕上面までの第２のリニアステ
ップモータ１３の位置（Ｚｏ　＝　Ｚ　＋　Ｈｏ　）を
算出し１、第２のリニアステップモータ１３に指令する
。

続いて工程９０ｇで砥石ｌＯを回転させ、高速に切替え
る。工程９０ｈで研磨の段階に入っていき第２のリニア
ステップモータ１３の現位置（Ｚ）を読取り、工程９０
４で圧力センサ１１により研磨中の圧力（Ｐ）を検出し
、工程９０ｊでＺ、≦Ｚか否かを判断する。

Ｚ０≦Ｚのときはまだ理想仕上面まで研磨していないか
ら工程９０１に進み、Ｐが一定圧範囲（Ｐ・〜Ｐ＋）に
あるかどうか、すなわちほぼ定圧の研磨が行なわれてい
るかどうかをチェックする。一定範囲内の研磨のときは
再びその圧力での研磨を続行し工程９０ｈに戻る。研磨
によって、Ｐが減少してくると一定圧範囲内から外れる
が、そのときは工程９０ｍに進んで第２のリニアステッ
プモータ１３により砥石１０をビード部３に押しつける
方向に進め、再び工程９０ｈに戻る。これによって、一
定圧範囲内での研磨を理想仕上げ面まで行なう、工程９
０ｊでＺ、≦Ｚでなくなったときは、研磨が理想仕上面
まで行なわれたことを意味するから工程９０ｋに進み次
のステップに入っていく。

砥石１０の圧力Ｐを一定圧範囲（Ｐａ〜Ｐ、）におさめ
るためには、第２のリニアステップモータ１３の電圧を
、第１０図に示すように、ｖ０〜ｖ１内にコントロール
すればよい。

つぎに、本発明の研磨方法を、上記のように梼成された
研磨装置の作動とともに説明する。

まず、ロボット７がラフティーチング（粗教示）で教示
されたロー付部３の中心位置付近に砥石１０を位置させ
る。

つぎに、面形状センサ９にて溶接部形状を認識し、ノイ
ズ除去、２硫化、中心線の抽出などの処理をし、マイク
ロコンビエータ３０でスムージングおよび補間をし、理
想仕上面を算出、作成する。

そして、溶接ビード部３の中心位置（Ｘｏ　）　、ビー
ド高さくＨ＠　）、ビード幅（Ｗ、）を演算し、記憶す
る。

そして、溶接ビード部３の中心位置補正用の第１のリニ
アステップモータ１２により、砥石ＩＯの現在の位ｔ　
（ＸＩ　’）を把握し、記憶された前記溶接ビード中心
位置（Ｘ６　）と現在の位置（ＸＩ）の差ΔＸ−Ｘ＠　
−Ｘ、　、すなわちずれ量を算出する。

続いてマイクロコンビエータ３０から、ビード中心位置
（Ｘ、）を研磨ユニット８のコントローラ３２に指令し
、そのコントローラ３２は、ずれ量Δχ分だけ第１のリ
ニアステップモータ１２を駆動させ、溶接部のビード中
心位置に砥石１０を移動させ、砥石１０にと−ド中心位
置をならわせる。

さらに砥石１０がワーク２と接触している圧力Ｐを圧力
センサ１１により検出し、その圧力Ｐが一定圧の範囲（
ｐｏ〜ＰＩ　）になっているかをチェックする。もし、
一定圧の範囲より大きな圧力Ｐが生じるときは、一定圧
の範囲に抑まるまで砥石１０をワーク２から遠ざける方
向に第２のリニアステップモータ１３を駆動させ、逆に
、一定圧の範囲よりい小さな圧力Ｐが生じるときは、砥
石１０をワーク２に近づける方向に第２のリニアステッ
プモータ１３を駆動させる。このように、研磨する前に
圧力を一定圧の範囲に制御し、かつ、第２のリニアステ
ップモータ１３の現位置（Ｚ）を把握し、前記の記憶さ
れたビード高さくＨｏ）により、理想仕上げ面までの第
２のリニア・ステップモータ１３の位置（Ｚ＠　＝　Ｚ
　＋　ｔ（ｅ　）を算出する。

つぎにマイクロコンピュータ３０から研磨ユニット８の
コントローラ３２に（２，）を指令し、そのコントロー
ラ３２は、ずれ量（ΔＺ−Ｚａ−Ｚ）の分だけ第２のリ
ニアステップモータ１３を徐々に駆動させ、溶接ビード
部３を研磨する。ｙａ動させろ条件は次の通りである。

すなわち、溶接ビード部３を研磨すると、圧力Ｐが減り
、一定圧のｗ１囲（Ｐ、〜ｐ＋）外になる。つまり、一
定圧の下＠Ｐ０より小さくなる。一定圧（Ｐ、〜Ｐ１）
の範囲内るするためには、ワーク２に近づける方向に第
２のリニアステップモータ１３を駆動させる。これを繰
り返しながら、理想仕上面まで溶接ビード部３のもり上
りを研磨する。

（発明の効果〕本発明の溶接ビード部の研磨方法とその装置によるとき
は、つぎの種々の効果が得られる。

（イ）型の研磨のようにワーク形状に沿った研磨でなく
、溶接ビード部などのもり上った部位を凸凹がない理想
仕上面まで研磨できる。つまり、ＮＣのような寸法加工
ができる。

（ロ）自動車ボデーの精度のばらつき、ロボットの位置
決めの誤差、砥石などの研磨工具の摩耗などで、ロー付
部のビード位置がずれてもビード部へのならいと砥石の
加圧コントロールとでそれを吸収でき、溶接ビード部を
確実に研磨できる。

（ハ）砥石の溶接ビード部に対する押付け力が一定範囲
内にコントロールされることにより、無理のない良好な
研磨ができる。

（ニ）研磨の自動化により、作業環境、作業条件を改善
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研磨装置を装着した自動車製造ライン
の斜視図、第２図は本発明の一実施例の研磨装置の外観斜視図、第３図は研磨装置とその他の部品との制御上の関係を示
すブロック図、第４図は溶接ビード部形状を認識する装置の斜視図、第５図は溶接ビード部情報の抽出ブロック図、第６図は
溶接ビード部と理想仕上面との関係を示すビード部断面
図、第７図Ａは溶接ビード中心位置をならうフィードバック
回路図、第７図Ｂはならいの正面図、第Ｂ図Ａは砥石の加圧をコントロールするフィードバッ
ク回路図、第８図Ｂは砥石の加圧制御の正面図、第９図は砥石の加圧をコントロールするフローチャート
、第１θ図は砥石加圧力と第２のリニアステップモータの
電圧との関係図、である。１・・・ストラットコンベア２・・・自動車ボデー３・・・ルートとクォータのロー付部（溶接ｈ”　−ド
部）４・・・台車５・・・走行装置６・・・リニアガイド７・・・ロボット８・・・研磨ユニット９・・・面形状センサ１０・・・砥石１１・・・圧力センサ１２・・・第１のリニアステップモータ１３・・・第２
のリニアステップモータ１４・・・テレビカメラ１５・・・スリット光源１６・・・砥石の回転コントロールユニット特　許　出
　願　人　　トヨタ自動車株式会社第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）あらかじめ面形状センサによりもり上った溶接ビ
ード部の形状を認識し、凸凹のない理想仕上げ面を抽出
し、ビード中心位置・ビード高さ・ビード幅を演算し、
記憶する方法と、あらかじめ教示されたビード位置また
は、第１のリニアステップモータによる砥石現在位置と
前記記憶されたビード中心位置との差、つまりずれ量を
補正することにより、砥石をビード中心位置に随時なら
わせる方法と、前記記憶されたビード高さにより、ビー
ド高さ位置−理想仕上げ面から研磨すべき量を求め、研
磨工具がワークを押し付けている圧力を一定圧の範囲に
抑めながら、除々に研磨工具をワークに押し付け凸凹の
ない理想仕上げ面まで研磨する方法と、から成る溶接ビ
ード部の研磨方法。
（２）もり上った溶接ビード部の形状を認識する面形状
センサと、ビード中心位置がずれていても、ビード中心
位置をならうように、ずれ量を補正する第１のリニアス
テップモータと、砥石などの研磨工具が、ビード部に押
し付けている圧力を検出する圧力センサと、研磨の際そ
の圧力を一定圧内に抑える為の第２のリニアステップモ
ータとから成る溶接ビード部の研磨装置。