WO2013176187A1

WO2013176187A1 - 溶接部材の平滑化方法及び平滑化装置

Info

Publication number: WO2013176187A1
Application number: PCT/JP2013/064255
Authority: WO
Inventors: 二郎吉原; 勲見三橋; 一久白井
Original assignee: シロキ工業株式会社
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-11-28
Also published as: CN104349867A; US9266211B2; JPWO2013176187A1; US20150111471A1; JP5650357B2; CN104349867B

Abstract

　従来手作業で行われていた溶接部材の平滑化を自動化できる平滑化方法及び装置を得る。　本発明方法は、エンドレスの研削ベルトと、研削ベルトを溶接部分に押し付ける押付パッドを有するベルト研削装置を用い、溶接された二部材の溶接ビードに沿う表面高さ情報を得てから、このベルト研削装置を異なる２つの態様で用いる。最初の態様は、研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを押付パッドにより溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じるビード除去ステップである。このときには研削ベルトは定位置で走行させ押付パッドを溶接箇所（の表面）に対して接離移動させる。次の態様は、研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化する平滑化ステップである。

Description

溶接部材の平滑化方法及び平滑化装置

　本発明は、溶接部材の溶接箇所を平滑化する方法及び装置に関する。

　例えば車両ドアフレームは、少なくともピラー部材（立柱部材、ドアフレーム部材）とサッシュ部材（アッパサッシュ部材、ドアフレーム部材）を突合せ溶接縁で溶接（コーナ溶接）して形成されている。溶接には、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接が一般的に用いられている。

　このドアフレーム部材の溶接では、その溶接箇所に溶接ビード（凸部）の発生が避けられない。この溶接ビードは、ピラー部材とサッシュ部材の意匠面に表れるため、研削により平滑化することが必須であり、従来作業者の手作業により除去していた。ドアフレーム材料は、鉄系材料のロール成形品の他、軽量化を目的としてアルミ合金の押出成形品も用いられている。

特開２０００-５２２１１号公報特開２０１２-００１１５３号公報特開昭５８-１０９２６３号公報

　本発明は、従来手作業で行われていた溶接部材の平滑化を自動化できる平滑化方法及び装置を得ることを目的とする。また本発明は、溶接ビードの平滑化を一定時間（範囲）のタクトタイムで行うことができる平滑化方法及び装置を得ることを目的とする。

　本発明は、まず溶接ビードを取り除き（の高さを減じ）、次いで溶接部分の平滑化を実行するという着眼、溶接ビードを取り除くに当たって溶接部分の周囲の高さ情報を用いるという着眼及び溶接ビードの除去と平滑化には、エンドレスの研削ベルトと、研削ベルトを溶接部分に押し付ける押付パッドを有する同一のベルト研削装置を用いるという着眼に基づいてなされたものである。

　本発明は、エンドレスの研削ベルトと、研削ベルトを溶接部分に押し付ける押付パッドを有するベルト研削装置を用いることを前提としている。このようなベルト研削装置は、例えば特許文献３で知られている。そして、本発明方法においては、溶接された二部材の溶接ビードに沿う表面高さ情報を得てから、このベルト研削装置を異なる２つの態様で用いる。最初の態様は、研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを押付パッドにより溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じるビード除去ステップである。このときには研削ベルトは定位置で走行させ押付パッドを溶接箇所（の表面）に対して接離移動させる。次の態様は、研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化する平滑化ステップである。

　すなわち、本発明は、最初の溶接ビードの高さを減じるステップを実行するために、溶接された二部材の突合せ端面の溶接ビードに沿う高さ情報を検出し、その最低位部分においても溶接ビードが除去されるように、研削ベルトの溶接ビード側への下降量（突出量）を定める。

　本発明による溶接箇所の平滑化方法は、溶接した二つの溶接部材の溶接ビードを除去し、平滑化する方法であって、エンドレスの研削ベルトと、該研削ベルトを上記溶接部分に押し付ける押付パッドとを有するベルト研削装置を準備するステップ；溶接された二部材の表面の溶接ビードに沿う高さ位置を検出する測定ステップ；測定ステップで検出した溶接された二部材表面の高さ情報を用い、上記研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じるビード除去ステップ；及び研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化する平滑化ステップ；を有することを特徴としている。

　本発明の溶接箇所の平滑化方法においては、測定ステップにおいて、溶接ビードに沿う両側においてそれぞれ複数点の高さ情報を得ることが好ましい。

　本発明方法は、さらに溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、溶接された二部材の表面の角度差を検出するステップと、該角度検出ステップで検出した角度差に基づき、溶接された二部材の表面に対する研削ベルトと押付パッドの角度を調節するステップと、を含むことが好ましい。

　また、溶接された二部材が、溶接ビードの延長方向の一端部から左右に延びる平面部を有する場合には、研削ベルト及び押付パッドによって該平面部から突出した突出溶接ビードを該平面部に沿って研削し除去するステップを含むことが望ましい。

　溶接された二部材は、全体が平坦な二部材の他、溶接ビードの形成方向の一端部が低い非平坦部材とすることもでき、この場合には、ビード除去ステップと平滑化ステップを、該溶接された二部材の低位部分を持ち上げて実行することが好ましい。

　ビード除去ステップで用いる押付パッドの硬さは、平滑化ステップで用いる押付パッドの硬さより硬いものとすることが好ましい。

　研削ベルトの幅及び押付パッドの平面的な大きさは、溶接ビードの全長をカバーする大きさに設定することが好ましい。

　ビード除去ステップでは、溶接ビードが一定の時間内で除去されるように、上記研削ベルトの走行速度、張力、上記押付パッドの突出量及び突出力のいずれか１つ以上の研削条件を定めることができる。

　溶接された二部材は、具体的には、例えばドアフレームのピラー部材とフレーム部材である。

　本発明方法は、より好ましい態様では、さらに、研削ベルトによる溶接ビードの除去ステップ及び平滑化ステップの後に、溶接ビードを除去した溶接された二部材の表面に対しポリッシャーによる目消し処理ステップを実行する。

　この目消し処理ステップにおいては、溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、溶接された二部材の表面の角度差を検出するステップにおいて検出した角度差に基づき、ポリシャーの角度を調節するステップを含むことが好ましい。

　本発明は、装置の態様では、溶接した二つの溶接部材の溶接ビードを除去し、平滑化する装置であって、走行駆動されるエンドレスの研削ベルトと、該研削ベルトを上記溶接部分に押し付ける押付パッドとを有するベルト研削装置；溶接ビードを有する溶接された二部材をセットする治具；治具にセットされた溶接された二部材の溶接ビードに沿う表面の高さ位置を測定する測定装置；治具に対して上記ベルト研削装置を移動させる位置制御装置；及びベルト研削装置、測定装置及び位置制御装置を制御する制御手段；を備え、制御手段は、上記測定装置で検出した二つの溶接部材表面の高さ情報を用い、上記研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じ、次いで、上記研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化することを特徴としている。

　本発明の溶接箇所の平滑化装置においては、測定装置が、さらに、溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、溶接された二部材の表面の角度差を検出し、制御手段が、該二部材表面の角度差に基づき、溶接された二部材の表面に対する研削ベルトと押付パッドの角度を調節することが望ましい。

　また、溶接された二部材が、溶接ビードの延長方向の一端部から左右に延びる平面部を有する場合には、制御手段は、研削ベルトと押付パッドにより上記平面部から突出した突出溶接ビードを該平面部に沿って研削し除去することが好ましい。

　溶接された二部材が溶接ビードの形成方向の一端部が低い非平坦部材である場合には、治具に、該溶接された二部材の低位部分を持ち上げる部分浮上装置を備えることが好ましい。

　ベルト研削装置は、ビード除去工程と平滑化工程において、用いる押付パッドを切り替える押付パッド機構を備えるのが実際的である。

　本発明の溶接箇所の平滑化装置は、さらに、ベルト研削装置とは別に、溶接ビードを除去した溶接された二部材の表面の目消し処理をするポリッシャーを備えていることが望ましい。

　このポリッシャーは、溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、上記溶接された二部材の表面の角度差に基づき、その角度を調節可能であることが好ましい。

　本発明は、エンドレスの研削ベルトと、研削ベルトを溶接部分に押し付ける押付パッドを有するベルト研削装置を用い、第一のステップでは、研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを押付パッドにより溶接された二部材の溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じ、第二のステップでは、研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化するので、容易に溶接ビードを除去し、溶接箇所を平滑化することができる。また、第一のステップと第二のステップの時間を管理することができるので、平滑化に要するタクトタイムを略一定にし、自動化を容易にする。

（Ａ）は、本発明による溶接部分の平滑化方法を適用する車両ドアフレームの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部斜視図、（Ｃ１）、（Ｃ２）、（Ｃ３）はそれぞれ、（Ａ）のＣ１-Ｃ１線、Ｃ２-Ｃ２線、Ｃ３-Ｃ３線に沿う断面図である。本発明による平滑化方法を実施する装置の一実施形態を示す斜視図である。図２の装置内のベルト研削装置の正面図である。図３のベルト研削装置の支持基板を、回転台の回転軸を中心に９０゜回転させ、溶接二部材表面の高さ位置検出モードとしたときの正面図である。（Ａ）は図２の装置内の治具に備えられた部分浮上装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ-Ｂ線に沿う断面図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明による平滑化方法のステップを示す図である。溶接ビードに沿う溶接二部材の高さ座標と押付パッドの突出位置の一例を示す模式図である。本発明による溶接部分の平滑化装置のブロック図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明による溶接部分の平滑化方法の第二の実施形態を示す平面図、側面図、正面図である。第二の実施形態の制御ブロック図である。第二の実施形態の溶接箇所平滑化ステップ（精密研削処理）の三段階を示す平面図である。同ポリッシュ仕上げ処理に用いるポリッシャーの一例の概念図である。同ポリッシュ仕上げ処理の三段階を示す平面図である。同ポリッシャーによる外形ポリッシュ仕上げのコーナＲ化処理の概念図である。

　図１は、本発明の溶接箇所の平滑化方法を適用する溶接された二部材として、ピラー部材（フロントピラー、立柱部材、第１のドアフレーム部材）１１とフレーム部材（アッパサッシュ、第２のドアフレーム部材）１２からなるドアフレーム１０を示している。ピラー部材１１とフレーム部材１２は、それぞれ鉄系材料のロール成形品からなるもので、その突合せ溶接縁１１Ｔと突合せ溶接縁１２Ｔを突き合わせて溶接（コーナ溶接）されており、溶接箇所に形成されている溶接ビード１３は、ピラー部材１１の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓより突出して盛り上がっている。

　図２は、本発明方法を実施する溶接箇所の平滑化装置２０を示し、図３は、該平滑化装置２０内のベルト研削装置３０を示している。平滑化装置２０は、ベルト研削装置３０と、ベルト研削装置３０の位置制御装置（位置制御ロボット）５０と、溶接後のドアフレーム１０をセットする治具６０とを備えている。また、ベルト研削装置３０の支持基板３１には、ピラー部材１１とフレーム部材１２の表面１１Ｓと表面１２Ｓの表面高さ（Ｙ座標）を測定する測定装置として、レーザ測長ユニット４０が固定されている。

　ベルト研削装置３０は、位置制御装置５０によって位置制御される支持基板３１上に支持されたもので、基本構成は特許文献３に開示されている。このベルト研削装置３０は、図３に示すように、駆動モータ３２によって定位置で回転駆動される駆動プーリ３３と、定位置に回転自在に支持したガイドプーリ３４と、エア揺動アクチュエータ３５の揺動アーム３５ａの先端に回動自在に支持したテンションプーリ３６との３つのプーリを有し、これらの駆動プーリ３３、ガイドプーリ３４及びテンションプーリ３６の周囲に無端の研削ベルト（サンディングベルト）３８が巻回されている。駆動モータ３２によって駆動プーリ３３を回転駆動すると研削ベルト３８が走行し、エア揺動アクチュエータ３５の揺動アーム３５ａの揺動位置を変化させることにより、研削ベルト３８の張力が変化する。研削ベルト３８の走行速度は駆動モータ３２によって自由に設定することができ、また、駆動モータ３２によって研削負荷を検出することができる。この実施形態では、ガイドプーリ３４とテンションプーリ３６の間に位置する仕事区間ベルト３８Ｘ（研削区間）によって被研削物（ドアフレーム１０の溶接ビード１３（及びその左右の溶接部分））の研削が行われる。研削加工時には、治具６０（にセットされるドアフレーム１０）の上方に、このベルト研削装置３０の仕事区間ベルト３８Ｘが位置する。また、駆動プーリ３３とガイドプーリ３４の研削ベルト３８の外側には、集塵ホッパ３９が配置されている。

　研削ベルト３８によって囲まれた空間内には、支持基板３１に支持された押付パッド機構４５が位置している。この押付パッド機構４５は、一対（複数）の押付パッド４６、４７と、この押付パッド４６と押付パッド４７を選択的に仕事区間ベルト３８Ｘの内側に位置させる回転アクチュエータ４８を備えている。そして、押付パッド４６と押付パッド４７の仕事区間ベルト３８Ｘへの押付力（仕事区間ベルト３８Ｘ側への突出量）は、エアアクチュエータによって調節することができる。押付パッド４６は例えば硬質の粗削り用であり、押付パッド４７は軟質の精密削り用（研磨用）である。

　治具６０は、以上のベルト研削装置３０の仕事区間ベルト３８Ｘに対してピラー部材１１の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓをほぼ平行に保持するものであり、ドアフレーム１０を収納するワーク収納凹部６１を備えている。「ほぼ平行」とは、ピラー部材１１とフレーム部材１２の表面１１Ｓと表面１２Ｓは、純粋な平面ではなく、内側（窓開口側）に緩やかな下降曲面を有しているため、表面１１Ｓと表面１２Ｓの外側を平面とみたとき、その外側の仮想平面と仕事区間ベルト３８Ｘが平行をなすように、ドアフレーム１０を保持するという意味である。仮に溶接された二部材の表面が平面であれば、その平面と仕事区間ベルト３８Ｘが平行をなすように、治具６０上にセットされる。

　治具６０には、図５に示すように、ピラー部材１１とフレーム部材１２の内側の下降曲面を上方に変形させて研削するための部分浮上装置６２が備えられている。この部分浮上装置６２は、軸６３を中心に回動可能な持ち上げクランク６４を備えている。持ち上げクランク６４は、その一方の持ち上げ腕６４ａがピラー部材１１とフレーム部材１２の突合せ溶接縁１１Ｔと突合せ溶接縁１２Ｔの下面（裏面）に跨って位置するもので、他方の駆動腕６４ｂにエアアクチュエータ６５が接続されている。エアアクチュエータ６５により駆動腕６４ｂを押し出すと、持ち上げ腕６４ａがピラー部材１１の突合せ溶接縁１１Ｔとフレーム部材１２の突合せ溶接縁１２Ｔの近傍を上方に持ち上げ、平面に近づける。

　位置制御装置５０は、治具６０に対するベルト研削装置３０（支持基板３１）の位置を自由に制御する周知の装置で、床面に固定される本体ベース５１上に、垂直軸を中心に回転可能な回転ベース５２を有し、この回転ベース５２に水平な軸５３を中心に揺動運動可能な第１アーム５４の下端部が支持されている。第１アーム５４の上端部には水平な軸５５で伸縮可能な第２アーム５６が枢着されており、第２アーム５６の先端部に、回転軸５７Ｘを中心に回動可能な回転台５７が設けられ、この回転台５７に、支持ヘッド板５８が備えられている。この位置制御装置５０は、回転ベース５２の垂直軸を中心とする回動動作、第１アーム５４の軸５３と軸５５を中心とする回動動作、第２アーム５６の伸縮動作、及び回転台５７の回転軸５７Ｘの回動動作により、支持ヘッド板５８を任意の位置及び方向に向けて移動させ、その位置を制御することができる。

　支持ヘッド板５８は、ベルト研削装置３０の支持基板３１と結合されており、従って位置制御装置５０はベルト研削装置３０の位置を自由に制御することができる。支持基板３１は、回転台５７の回転軸５７Ｘ（図３、図４）を中心に回動（揺動）可能（少なくとも図３と図４の２位置に方向変換可能）であり、この実施形態では、回転台５７の回転機能を利用して、該支持基板３１に、ピラー部材１１とフレーム部材１２の表面１１Ｓと表面１２Ｓの高さを測定するレーザ測長ユニット４０を支持している。すなわち、支持基板３１は、ベルト研削装置３０の仕事区間ベルト３８Ｘが水平を向く図３に示す研削位置と、同仕事区間ベルト３８Ｘが垂直を向く図４に示す高さ測定位置とに姿勢を変更可能であり、位置制御装置５０は、この基板方向（姿勢）変換装置３１Ｔ（図８）を含んでいる。支持基板３１に固定されたレーザ測長ユニット４０は、２つのレーザ測長器４１、４２を備えており、図４に示す高さ測定位置において、このレーザ測長器４１と４２が、ピラー部材１１とフレーム部材１２の表面１１Ｓと表面１２Ｓに対向する。レーザ測長（測距）器４１、４２は、周知であり、レーザ光源から出射されるレーザ光をビームスプリッタにより測定光と参照光に分け、測定光を表面１１Ｓと表面１２Ｓに向けて照射してその反射光を受光器で検知する一方、定位置で反射する参照光を同一の受光器に入射させて測定光と参照光の位相差を検出し、その位相差に基づき、レーザ測長器４１、４２の基準位置から表面１１Ｓと表面１２Ｓ迄の距離が測定される。

　位置制御装置５０は、回転台５７の回転軸５７Ｘの上下方向（Ｘ方向）、左右方向（Ｙ方向）及びＸ方向とＹ方向に直交するＺ方向の座標検出系、及び支持基板３１の回転位置検出系（９０゜座標変換系）を備えており、この回転軸５７Ｘからレーザ測長器４１と４２の基準位置迄の距離、仕事区間ベルト３８Ｘ迄の距離、及び押付パッド機構４５の押付パッド４６と精密削り用押付パッド４７の先端迄の距離の検出系も備えている。つまり、ピラー部材１１とフレーム部材１２の表面１１Ｓと表面１２ＳのＸＹＺ方向の位置、回転軸５７ＸのＸＹＺ方向の位置、ベルト研削装置３０の仕事区間ベルト３８ＸのＸＹＺ方向の位置及び押付パッド機構４５の押付パッド４６と精密削り用押付パッド４７のＸＹＺ方向の位置は、正しく検出される。

　本実施形態では、上記構成のベルト研削装置３０（レーザ測長ユニット４０）及び位置制御装置５０を含む平滑化装置２０を用いて、ドアフレーム１０の溶接ビード１３の除去及び平滑化を次のように実行する。
　計測ステップ
　第１のステップでは、治具６０のワーク収納凹部６１にドアフレーム１０を収納（セット）し、その状態で、位置制御装置５０（基板方向（姿勢）変換装置３１Ｔ）により、ベルト研削装置３０（支持基板３１）を回転軸５７Ｘを中心に９０゜回転させ、図４に示すように、レーザ測長ユニット４０のレーザ測長器４１と４２からの測距光の出射方向をＸ方向に向ける。そして、このレーザ測長器４１と４２により、そのピラー部材１１の突合せ溶接縁１１Ｔとフレーム部材１２の突合せ溶接縁１２Ｔの溶接ビード１３に沿う高さ（溶接ビード１３にできるだけ近く溶接ビード１３を含まない高さ、Ｙ座標）を検出する。図１（Ｃ１）、（Ｃ２）、（Ｃ３）に誇張して示すように、ピラー部材１１とフレーム部材１２の溶接ビード１３に沿う表面１１Ｓと表面１２Ｓの高さ（Ｙ座標）にはバラツキがある。なお、実際の表面１１Ｓと表面１２Ｓの高さ（Ｙ座標）はμｍオーダである。図６（Ａ）の符号１４は、４つの測点を示している。レーザ測長器４１と４２のＺ方向（及びＸ方向）への移動は位置制御装置５０によって行う。

　表面１１Ｓと表面１２Ｓの高さ（Ｙ座標）の測定は、接触型センサによってもよく、さらに、表面１１Ｓと表面１２Ｓの溶接ビード１３の周縁をスキャンして、高さマップを作ってもよい。この計測ステップでは、ピラー部材１１とフレーム部材１２の表面１１Ｓと表面１２Ｓの溶接ビード１３に沿う高さ（Ｙ座標）のうちの最低高さ（Ｙ座標）を検出する。このとき、溶接ビード１３の最大高さ（Ｙ座標）を検出してもよい。

　溶接ビード除去（高さ減少）ステップ（粗研削処理）
　第２のステップは、溶接ビード１３を除去するステップである。このステップでは、位置制御装置５０（基板方向（姿勢）変換装置３１Ｔ）により、ベルト研削装置３０（支持基板３１）を回転軸５７Ｘを中心に９０゜回転させ、図３に示すように、ベルト研削装置３０の仕事区間ベルト３８ＸをＸ方向に向ける。この溶接ビードの除去は、位置制御装置５０によりベルト研削装置３０を定位置に下降させて維持し、仕事区間ベルト３８Ｘをドアフレーム１０の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓと平行に維持した上で、図６（Ｂ）に示すように、押付パッド機構４５の粗削り用押付パッド４６を溶接ビード１３側に突き出して、走行している研削ベルト３８を溶接ビード１３に接触させて研削し除去する（溶接ビード１３の高さを減じる）。研削ベルト３８は、突合せ溶接縁１１Ｔと突合せ溶接縁１２Ｔ（表面１１Ｓと表面１２Ｓ）の間に形成されている溶接ビード１３の全部を一度に除去するに十分な幅を有している。すなわち、図６（Ａ）に示すように、研削ベルト３８のＺ方向の幅Ｗは、溶接ビード１３のＺ方向の長さｗより大きく設定されている。押圧パッド４６と４７のＺ方向の幅（径）も溶接ビードのＺ方向の長さｗより大きい。つまり、研削ベルト３８の幅と押付パッド４６の平面的な大きさは、溶接ビード１３の方向を勘案して常にその全長をカバーする大きさに設定されている。この溶接ビード除去ステップでは、第１のステップにおけるドアフレーム１０表面の最低高さ情報（Ｙ座標）により、粗削り用押付パッド４６のＹ方向への突出量が決定される。

　図７は、ドアフレーム１０表面の４つの測点（Ｙ座標）Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４と、粗削り用押付パッド４６の初期位置からのＹ方向への突出量（最大突出位置）を模式的に描いたもので、４つの測点のうち、最も低位の測点（表面）Ｙ３に、粗削り用押付パッド４６が達するように、その突出量Ｙ５が設定される。

　この溶接ビード除去ステップを一定時間（タクトタイム、例えば３秒）で実行するように、上記ドアフレーム１０の最低高さ（Ｙ座標）情報を用いながら、駆動モータ３２による研削ベルト３８の走行速度、エア揺動アクチュエータ３５による研削ベルト３８の張力、エアアクチュエータによる粗削り用押付パッド４６の突出圧力を含む研削条件が決定される。例えば、仕事区間ベルト３８Ｘが溶接ビード１３との接触を開始したこと（溶接ビード１３のＹ座標）は、駆動モータ３２に加わる負荷によって検出することができるから、その時点から、仕事区間ベルト３８Ｘがドアフレーム１０表面の最低高さ（Ｙ座標）に至る時間（溶接ビードの除去終了時間）を決定して、以上の要素を定めることができる。測定ステップで溶接ビード１３の高さ（Ｙ座標）を測定する場合には、研削条件の決定にその高さ情報を用いることができる。

　溶接箇所平滑化ステップ（精密研削処理）
　第３のステップでは、図６（Ｃ）に示すように、押付パッド機構４５のパッドを回転アクチュエータ４３により粗削り用押付パッド４６から精密削り用押付パッド４７に切り換える。そして、研削ベルト３８を走行させながら、ベルト研削装置３０（仕事区間ベルト３８Ｘ）をドアフレーム１０の表面１１Ｓと表面１２Ｓに対して平行に移動させながら、この精密削り用押付パッド４７をエアアクチュエータによりＹ方向に突出させて（必要によりそのＹ方向への突出量を変更しながら）、溶接ビード１３の除去跡を含む突合せ溶接縁１１Ｔと突合せ溶接縁１２Ｔの表面１１Ｓと表面１２Ｓを平滑にする。この工程では、ビード除去ステップと同様に、駆動モータ３２による研削ベルト３８の走行速度、エア揺動アクチュエータ３５による研削ベルト３８の張力、エアアクチュエータによる粗削り用押付パッド４６の突出圧力を含む研削条件を、タクトタイムが一定となるように変化させる。

　以上の溶接ビード除去ステップ及び平滑化ステップでは、図５に示した部分浮上装置６２を用いて、ドアフレーム１０の突合せ溶接縁１１Ｔと突合せ溶接縁１２Ｔの内側を持ち上げて平面に近づける。図６（Ｂ）、（Ｃ）では表面１１Ｓと表面１２Ｓが非平行であるように誇張して描かれているが、実際には十分平面と見なせる。この平滑化ステップにより、溶接ビード１３跡を周囲の表面１１Ｓと表面１２Ｓと滑らかに接続される平面となす。このときには、仕事区間ベルト３８Ｘによる研削抵抗は、駆動モータ３２に加わる負荷によって検出することができるから、研削抵抗が適当な値となり平滑化が所定の時間（タクトタイム、例えば７秒）で実行されるように、駆動モータ３２による研削ベルト３８の走行速度、エア揺動アクチュエータ３５による研削ベルト３８の張力、エアアクチュエータによる粗削り用押付パッド４６の突出圧力を含む研削条件が決定される。

　図８は、以上の溶接部分の平滑化装置の制御ブロック図である。制御装置７０は、位置制御装置５０（基板方向（姿勢）変換装置３１Ｔ）、ベルト研削装置３０及び押圧パッド機構４５を制御するもので、ベルト研削装置３０の支持基板３１に備えられている測定装置４０（レーザ測長器４１、４２）によってピラー部材１１の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓの溶接ビード１３に沿う高さ（Ｙ座標）が検出されると、そのデータが入力され、その入力信号に基づき、ヘッド研削装置３０と押圧パッド機構４５が制御される。また、制御装置７０には、ピラー部材１１とフレーム部材１２の形状に従い、部分浮上装置６２に動作信号を与える部分浮上動作用データメモリ７１が内蔵されている。

　以上の実施形態の部分浮上装置６２は、溶接された二部材が、研削表面が平面でない（部分的に曲面である）二部材（実施形態ではピラー部材１１とフレーム部材１２）である場合に設置することが好ましいが、溶接された二部材の研削表面が平面である場合には不要である。また、以上の実施形態では、溶接ビード除去ステップで押付パッド機構４５の粗削り用押付パッド４６を用い、平滑化ステップで押付パッド精密削り用押付パッド４７を用いているため、より好ましい研削を行うことができるが、両者は同一の押付パッドで実行することも可能である。逆に、より他種類の押付パッドを用意し、これらを選択使用することもできる。

　以上の実施形態は、ピラー部材１１の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓの間に段差が存在しないと仮定した上で、上述の溶接ビード除去（高さ減少）ステップ（粗研削処理）及び溶接箇所平滑化ステップ（精密研削処理）を施して溶接ビード１３を除去する実施形態である。しかし、実際の溶接作業では、表面１１Ｓと表面１２Ｓとの間に僅かな段差が生じるのが避けられない。図９は、ピラー部材１１の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓの溶接ビード１３と直交する方向での角度差（傾き、θ１）（図９（Ｃ））と、溶接ビード１３の延長方向での角度差（傾き、θ２）（図９（Ｂ））を描いたものである。表面１１Ｓと表面１２Ｓの実際の高さの差は、μｍオーダであり、図は誇張して描いている。図９では、ピラー部材１１の突合せ溶接縁１１Ｔとフレーム部材１２の突合せ溶接縁１２Ｔは、その内周（窓開口）側において高さ位置を一致させている。図９ないし図１１に示す本発明の第二の実施形態は、主に次の（１）、（２）、（３）の各点で第一の実施形態と異なる。

（１）ピラー部材１１の表面１１Ｓとフレーム部材１２の表面１２Ｓに、溶接ビード１３と直交する方向での角度差（傾き、θ１）と、溶接ビード１３の延長方向での角度差（傾き、θ２）が生じる（表面１１Ｓと表面１２Ｓは厳密な一平面上には位置しない）ことを考慮して上記粗研削処理（及び精密研削処理）により、溶接ビード１３を除去する。また、精密研削処理を仕事区間ベルト３８Ｘ（精密削り用押付パッド４７）の移動方向を異ならせて複数回実行する。
（２）ピラー部材１１の上端部には、フレーム部材１２の上縁（平面部）１２Ｆと（ドアフレーム１０としての製品状態で）面一をなす上縁（平面部）１１Ｆが形成されており、この上縁１２Ｆと上縁１１Ｆから突出する突出ビード１３Ｆも除去する。
（３）溶接ビード１３及び突出ビード１３Ｆを除去した後、ポリッシュ仕上げ（目消し処理）を実行する。

　本実施形態では、以上の角度差θ１、θ２を考慮して、表面１１Ｓと仕事区間ベルト３８Ｘ（粗削り用押付パッド４６、精密削り用押付パッド４７の先端押付平面）のなす角度と、表面１２Ｓと仕事区間ベルト３８Ｘ（粗削り用押付パッド４６、精密削り用押付パッド４７の先端押付平面）のなす角度の差が小さくなるように、位置制御装置５０の軸５５又は（及び）回転軸５７Ｘを中心にベルト研削装置３０を揺動させ、その揺動状態で、上記粗研削処理（及び精密研削処理）を実行する。図９（Ｃ）では、角度差θ１を考慮した調整後の仕事区間ベルト３８Ｘの方向を３８Ｘθ１で示し、図９（Ｂ）では、角度差θ２を考慮した調整後の仕事区間ベルト３８Ｘの方向を３８Ｘθ２で示した。

　この実施形態では、図９（Ｂ）、（Ｃ）のように、表面１１Ｓと表面１２Ｓに対して仕事区間ベルト３８Ｘ（粗削り用押付パッド４６）を３８Ｘθ１、３８Ｘθ２のように傾けた上で、表面１１Ｓと表面１２Ｓの高さ測定点１４の情報を用いて粗削り用押付パッド４６の突出量を決定し、粗研削処理を実行する。この粗研削処理では、第一の実施形態と同様に、４つの高さ測定点１４のうち、最も低位の測点（表面）に、仕事区間ベルト３８Ｘが到達するように、粗削り用押付パッド４６の突出量が設定される。

　仕事区間ベルト３８Ｘと精密削り用押付パッド４７による精密研削処理は、図１１に示すように、３段階で行われる。第１精密研削段階（Ｐ）は、表面１１Ｓと表面１２Ｓ上を、（除去した）溶接ビード１３に沿うＰ方向に仕事区間ベルト３８Ｘと精密削り用押付パッド４７を移動させて行う処理であり、第２精密研削段階（Ｑ）は、ピラー部材１１の長手方向に沿うＱ方向に仕事区間ベルト３８Ｘと精密削り用押付パッド４７を移動させて行う処理であり、第３精密研削段階（Ｒ）は、フレーム部材１２の長手方向に沿うＲ方向に仕事区間ベルト３８Ｘと精密削り用押付パッド４７を移動させて行う処理である。このように、３段階で精密研削処理を実行することにより、表面１１Ｓと表面１２Ｓの表面を一層平滑にすることができる。

　仕事区間ベルト３８Ｘ（及び精密削り用押付パッド４７）は、以上の第１精密研削段階（Ｐ）では角度３８Ｘθ１と３８Ｘθ２の両者を考慮した角度に維持して実行し、第２精密研削段階（Ｑ）では角度３８Ｘθ１に維持して実行し、第３精密研削段階（Ｒ）では角度３８Ｘθ２に維持して実行する。

　図９の実施形態では、溶接ビード１３の突出ビード１３Ｆを除去する外形研削処理が合わせて実行される。この外形研削処理は、まず、４点の高さ測定点１４の測定ステップにおいて、レーザ測長器として、線状の測定ラインに沿って高さ情報が得られる線レーザ測長器を用い、上縁１２Ｆ上の測定エッジ１４ａと測定エッジ１４ｂの図９（Ａ）における平面位置情報を得る。この平面位置情報に基づき、位置制御装置５０によって、仕事区間ベルト３８Ｘ（及び粗削り用押付パッド４６又は精密削り用押付パッド４７）の角度（方向）Ｄが測定エッジ１４ａと１４ｂを結ぶ線分（平面）と平行になるように設定する。図９（Ａ）では、角度Ｄを考慮した調整後の仕事区間ベルト３８Ｘの方向を３８ＸＰで示した。このように仕事区間ベルト３８Ｘの方向を設定して上縁１２Ｆ及び上縁１１Ｆに渡らせてベルト研削を行うと、上縁１２Ｆ及び上縁１１Ｆと平行に突出ビード１３Ｆを除去することができる。

　図１０は、第二の実施形態の制御ブロック図である。計測ステップ１００で、溶接ビード１３の周囲の表面１１Ｓと表面１２Ｓの４点の高さ測定点１４の高さ（及び測定エッジ１４ａと測定エッジ１４ｂの平面位置）を測定（検出）し、高さ演算Ｙ、角度差演算θ１、θ２、及び角度演算Ｄを実行する。この演算に基づき、位置制御装置５０によって、ベルト研削装置３０の仕事区間ベルト３８Ｘ（及び粗削り用押付パッド４６又は精密削り用押付パッド４７）の方向を設定し、粗研削処理１０１、精密研削処理（Ｐ、Ｑ、Ｒ）１０２及び外形研削処理１０３を実行する。各処理におけるパッド押付圧力及びベルト回転速度は任意（個別）に制御できる。精密研削処理におけるＰ、Ｑ、Ｒの３段階の処理は、同一条件で行っても、別条件で行ってもよい。

　図１２ないし図１４は、以上の研削ベルト３８（仕事区間ベルト３８Ｘ）によるベルト研削処理の後に行うポリッシュ仕上げ（目消し処理）を示している。図１２は、ポリッシャー８０の概念図である。この実施形態のポリッシャー８０は、回転運動と偏心回転運動をするダブルアクションタイプであり、ポリッシャー本体８１と、このポリッシャー本体８１から突出する偏心回転軸８２と、この偏心回転軸８２の先端に装着された研磨回転体８３と、この研磨回転体８３に装着（着脱交換）されるポリッシュペーパ８４とを有している。偏心回転軸８２は、自身がその軸心中心に回転すると同時に回転中心８２Ｘの周囲を偏心回転する。この研磨回転体８３（ポリッシュペーパ８４）による研磨平面を８４Ｐとする。ダブルアクションのポリッシャーとしては、回転運動と振動運動（軸方向往復運動）をするタイプあるいは単純な回転運動のみをするシングルアクションタイプも知られており、これらのいずれかを選択使用してもよい。

　ポリッシャー８０は、ベルト研削装置３０と同様に、位置制御装置５０の別の支持ヘッド板５８に支持されるもので、任意の方向に向けることができる。最も単純なポリッシャー８０による表面１１Ｓと表面１２Ｓのポリッシュ仕上げは、研磨回転体８３（ポリッシュペーパ８４）の回転平面を表面１１Ｓと表面１２Ｓとほぼ平行に設定して、突合せ溶接縁１１Ｔと１２Ｔの表面を研削する処理である。このポリッシュ仕上げは、好ましくは、図１３に示すように、表面１１Ｓと表面１２Ｓ上をピラー部材１１の長手方向に沿うＱ方向に移動させる第１目消し処理と、フレーム部材１２の長手方向に沿うＲ方向に移動させる第２目消し処理とを含み、さらに研磨回転体８３（ポリッシュペーパ８４）の研磨平面８４Ｐを、突出ビード１３Ｆを除去した上縁１２Ｆと上縁１１Ｆと平行に設定した上で、該上縁１２Ｆと上縁１１Ｆに沿わせて直線状にＳ方向に移動させる第３目消し処理とを含んでいる。研磨回転体８３（ポリッシュペーパ８４）のポリッシュ直径は、ピラー部材１１とフレーム部材１２の幅より十分大きくすることが好ましい。

　上述のように、表面１１Ｓと表面１２Ｓの間には、突合せ溶接縁１１Ｔと突合せ溶接縁１２Ｔ（溶接ビード１３）と直交する方向での角度差（θ１）と、溶接ビード１３の延長方向での角度差（θ２）が存在している。制御装置７０の上記第１目消し処理と第２目消し処理においては、この角度差θ１とθ２の情報に基づき、上述の研削処理と同様に、ポリッシャー８０の研磨回転体８３（ポリッシュペーパ８４）の研磨平面８４Ｐの方向を制御してもよい。

　図１４は、オプションで行うことができるコーナＲ化処理の概念図である。上縁１１Ｆと上縁１２Ｆの車外側のエッジＥに、ポリッシャー８０の研磨回転体８３（ポリッシュペーパ８４）を接触させて回転させながら、エッジＥを中心に揺動運動を与え、さらに必要に応じ、上縁１１Ｆと上縁１２Ｆの長さ（延長）方向（紙面に垂直な方向）に移動させることで、エッジＥをＲ化する。

　以上は、溶接された二部材として、ドアフレーム１０のピラー部材１１とフレーム部材１２を例示し、そのコーナ溶接部分に本発明を適用したものであるが、本発明は他の溶接された二部材にも適用できる。

産業利用上の可能性

本発明の溶接部材の平滑化方法及び平滑化装置は、車両ドアフレームを始め、溶接二部材の溶接部分の平滑化技術に広く適用可能である。

１０　ドアフレーム
１１　ピラー部材（溶接された二部材）
１２　フレーム部材（溶接された二部材）
１１Ｔ　１２Ｔ　突合せ溶接縁
１１Ｓ　１２Ｓ　表面
１１Ｆ　１２Ｆ　上縁（平面部）
１３　溶接ビード
１３Ｆ　突出ビード
１４　高さ測定点
２０　平滑化装置
３０　ベルト研削装置
３１　支持基板
３２　駆動モータ
３３　駆動プーリ
３４　ガイドプーリ
３５　エア揺動アクチュエータ
３６　テンションプーリ
３８　研削ベルト
３８Ｘ　仕事区間ベルト
４０　レーザ測長ユニット（測定装置）
４１　４２　レーザ測長器
４５　押付パッド機構
４６　押付パッド（粗削り用）
４７　押付パッド（精密削り用）
４３　回転アクチュエータ
５０　位置制御装置
５１　本体ベース
５２　回転ベース
５３　５５　軸
５４　第１アーム
５６　第２アーム
５７　回転台
５７Ｘ　回転軸
５８　支持ヘッド板
６０　治具
６１　ワーク収納凹部
６２　部分浮上装置
６３　軸
６４　持ち上げクランク
６４ａ　持ち上げ腕
６４ｂ　駆動腕
６５　エアアクチュエータ
７０　制御装置
８０　ポリッシャー
８１　ポリッシャー本体
８２　偏心回転軸
８３　研磨回転体
８４　ポリッシュペーパ
１００　計測ステップ
１０１　粗研削処理
１０２　精密研削処理
１０３　外形研削処理

Claims

　溶接した二つの溶接部材の溶接ビードを除去し、平滑化する方法であって、
　エンドレスの研削ベルトと、該研削ベルトを上記溶接部分に押し付ける押付パッドとを有するベルト研削装置を準備するステップ；
　上記溶接された二部材の表面の溶接ビードに沿う高さ位置を検出する測定ステップ；
　上記測定ステップで検出した溶接された二部材表面の位高さ情報を用い、上記研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じるビード除去ステップ；及び
　上記研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化する平滑化ステップ；
を有することを特徴とする溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記測定ステップでは、溶接ビードに沿う両側においてそれぞれ複数点の高さ情報を得る溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項または第２項記載の溶接箇所の平滑化方法において、さらに上記溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、上記溶接された二部材の表面の角度差を検出するステップと、該角度検出ステップで検出した角度差に基づき、上記溶接された二部材の表面に対する上記研削ベルトと押付パッドの角度を調節するステップと、を含む溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記溶接された二部材は、上記溶接ビードの延長方向の一端部から左右に延びる平面部を有しており、上記研削ベルト及び押付パッドによって該平面部から突出した突出溶接ビードを該平面部に沿って研削し除去するステップを含む溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記溶接された二部材は溶接ビードの形成方向の一端部が低い非平坦部材であり、上記ビード除去ステップと上記平滑化ステップは、該溶接された二部材の低位部分を持ち上げて実行される溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記ビード除去ステップで用いる押付パッドの硬さは、上記平滑化ステップで用いる押付パッドの硬さより硬い溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記研削ベルトの幅及び押付パッドの平面的な大きさは、上記溶接ビードの全長をカバーする大きさに設定されている溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記ビード除去ステップでは、溶接ビードが一定の時間内で除去されるように、上記研削ベルトの走行速度、張力、上記押付パッドの突出量及び突出力のいずれか１つ以上の研削条件を定める溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、さらに、上記研削ベルトによる溶接ビードの除去ステップ及び平滑化ステップの後に、上記溶接ビードを除去した溶接された二部材の表面に対しポリッシャーによる目消し処理ステップを実行する溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第９項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、上記溶接された二部材の表面の角度差を検出するステップと、該角度検出ステップにおいて検出した角度差に基づき、ポリシャーの角度を調節するステップを含む溶接箇所の平滑化方法。
請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化方法において、上記溶接された二部材は、ドアフレームのピラー部材とフレーム部材である溶接箇所の平滑化方法。
　溶接した二つの溶接部材の溶接ビードを除去し、平滑化する装置であって、
　走行駆動されるエンドレスの研削ベルトと、該研削ベルトを上記溶接部分に押し付ける押付パッドとを有するベルト研削装置；
　上記溶接ビードを有する溶接された二部材をセットする治具；
　上記治具にセットされた溶接された二部材の溶接ビードに沿う表面の高さ位置を測定する測定装置；
　上記治具に対して上記ベルト研削装置を移動させる位置制御装置；及び
　上記ベルト研削装置、測定装置及び位置制御装置を制御する制御手段；を備え、
　上記制御手段は、上記測定装置で検出した二つの溶接部材表面の高さ情報を用い、上記研削ベルトを走行させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付けて溶接ビードの高さを減じ、次いで、上記研削ベルトを走行させ、溶接された二部材の表面に沿わせて移動させながら、該研削ベルトを上記押付パッドにより溶接箇所に押し付け、溶接箇所を平滑化することを特徴とする溶接部分の平滑化装置。
請求の範囲第１２項記載の溶接箇所の平滑化装置において、上記測定装置は、さらに、上記溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、上記溶接された二部材の表面の角度差を検出し、上記制御手段は、該二部材表面の角度差に基づき、上記溶接された二部材の表面に対する上記研削ベルトと押付パッドの角度を調節する溶接箇所の平滑化装置。
請求の範囲第１２項または第１３項記載の溶接箇所の平滑化装置において、上記溶接された二部材は、上記溶接ビードの延長方向の一端部から左右に延びる平面部を有しており、上記制御手段は、上記研削ベルト及び押付パッドにより上記平面部から突出した突出溶接ビードを該平面部に沿って研削し除去する溶接箇所の平滑化装置。
請求の範囲第１２項ないし第１４項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化装置において、上記溶接された二部材は溶接ビードの形成方向の一端部が低い非平坦部材であり、上記治具は、該溶接された二部材の低位部分を持ち上げる部分浮上装置を備えている溶接箇所の平滑化装置。
請求の範囲第１２項ないし第１５項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化装置において、上記ベルト研削装置は、上記ビード除去工程と上記平滑化工程において、用いる押付パッドを切り替える押付パッド機構を備えている溶接箇所の平滑化装置。
請求の範囲第１２項ないし第１６項のいずれか１項記載の溶接箇所の平滑化装置において、さらに、上記ベルト研削装置とは別に、上記溶接ビードを除去した溶接された二部材の表面の目消し処理をするポリッシャーを備えている溶接箇所の平滑化装置。
請求の範囲第１７項記載の溶接箇所の平滑化装置において、上記ポリッシャーは、上記溶接ビードに直交する方向と沿う方向における、上記溶接された二部材の表面の角度差に基づき、ポリシャーの角度を調節可能である溶接箇所の平滑化装置。