【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】本発明の請求項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Ｋ ₁とＫ ₂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ｈ ₁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ｈ ₂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ｈ ₁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