(57)【要約】【課題】溶接ビード周辺を滑らかな自由曲面にする仕上げ処理を、自動化してロボットに任せられる溶接ビード仕上げシステムは、これまで完成していなかった。長年、ロボットによる自由曲面仕上げの実現が待望されていた。【解決手段】溶接ビード周辺の三次元形状測定をし、目標形状の設定から目標研削体積を算出し、さらに単位時間研削量も求め、ロボットの動作軌道の計算をして、制御するロボットコントローラーを組み込み、かつ位置情報と送り速度情報により軌道追従制御機能を持たせて実現した。すなわち、理想的なグラインダーの動きを自動制御し、研削量に応じて、グラインダーの送り速度を自動調節する機能を持たせた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なるワークに適用できる汎用ジグ、複数のステーションインデックス、レーザー光による三次元形状測定器、溶接ビード仕上げロボット、成形仕上げ用グラインダー、目落とし仕上げロボット、目落とし仕上げ用グラインダー及び砥石自動交換機から構成され、さらに溶接ビード周辺の三次元形状測定から仕上げ目標形状の計算、研削目標体積の計算及びロボット動作軌道の計算を行う測定機コントローラーと計算された動作軌道に基づきロボット動作軌道を制御するロボットコントローラーを組み込んだ溶接ビード自動仕上げシステム
【請求項２】
仕上げ用グラインダーに、砥石の単位時間研削量を計測する機能を持たせて、ロボット動作軌道計算に利用し、かつ位置情報と送り速度情報により軌道追従制御機能を持たせ、溶接ビード周辺に滑らかな自由曲面を作る請求項１の溶接ビード自動仕上げシステム
【請求項３】
複数車種のドアサッシュの薄板突き合わせ溶接部をセットできる汎用ジグ、二つのステーションインデックスからなり、かつ理想的なグラインダーの動きを自動制御し、研削量に応じてグラインダーの送り速度を自動調節する機能を有する請求項１及び２の溶接ビート自動仕上げシステム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、三次元形状測定とロボット技術を組み合わせて薄板突き合わせ溶接部の溶接ビート周辺を研削し、滑らかな自由曲面に仕上げる自動仕上げシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】自動車のドアフレームに見られるように、溶接により生ずる溶接ビードは、熟練作業者の手作業で、あたかも溶接されていないように仕上げられている。長年ロボットによる自動化が望まれていたが、実用的なシステムは、まだ開発されていないのが現状である。溶接ビード仕上げ作業を自動化できない要因は、二つある。その一つは、０．８ｍｍの薄板の場合、接合部段差が±０．２ｍｍ程度生じることがある。また、溶接歪により溶接ビード周辺部が変形する。これらはワーク毎に異なり予測できないため、ティーチング・プレイバックによるロボット制御では、自動仕上げを実現することができない。二つ目は、溶接した痕跡を認識させないためには、溶接ビード周辺部を滑らかな自由曲面に仕上げる必要がある。通常の産業用ロボットでは不可能であった。【０００３】溶接ビードの凸部のみを除去するだけならば、公知技術がある。センサーベースロボット（非特許文献１及び２）、カッターロケーションのデータに基づく力制御ロボット（非特許文献３）、ティーチングによる仕上げロボットでは、溶接ビード毎に異なる接合段差や溶接歪には対応できない（非特許文献４）。本発明者らも溶接ビード自動仕上げ装置の開発に必要な、溶接ビード周辺形状の測定装置を開発した（非特許文献５）。しかし、いずれも溶接毎に異なる溶接ビードに対する、実用的なシステムは開発されていない。【０００４】
【非特許文献１】日本ロボット学会誌  １５巻  Ｎｏ．６  ８９３頁  １９９７年
【非特許文献２】日本ロボット学会誌  １５巻  Ｎｏ．６  ９０１頁  １９９７年
【非特許文献３】日本精密工学会誌    ６８巻  Ｎｏ．７  ９５３頁  ２００２年
【非特許文献４】日本ロボット学会誌  １３巻  Ｎｏ．６  ７５２頁  １９９５年
【非特許文献５】第１９回日本ロボット学会学術講演論文集  １Ｋ１６  ２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】熟練作業者なみの匠の技をロボットで実現することがねらいである。課題として、溶接ビード毎に異なる形状の溶接部を計測して、研削プログラムを作り、仕上げロボットを動かすシステムの構築である。曲面溶接部の痕跡を認識させないように、溶接ビードのみでなく、広域的に滑らかに研削するシステムが課題である。本発明者は、このシステムの開発に、二つの面から取り組んだ。一つは、異なるワークに対応でき、しかも精度の高い自由曲面仕上げシステムであり、もう一つは、複数のステーションで、別の作業をする作業効率の高いハードとソフトの組み合わせシステムである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】解決しようとする課題に対して、異なるワークに対応する汎用ジグの開発、レーザー光による三次元立体形状の測定、溶接ビード成形仕上げロボット、成形仕上げ用グラインダー、目落とし仕上げロボット、目落とし仕上げ用グラインダーを複合した設備により各要素技術を通して滑らかな自由曲面を形成する。さらに、複数のステーションとして連続的な作業を実行することにより短時間で、研削仕上げを完結させる。手段として重要な点は、溶接ビード周辺部の三次元形状測定をして、三次元データとしてコンピューターへ入力され、仕上げ目標形状の計算に使用する。理想的なグラインダーの動きを自動制御して、溶接部周辺に、滑らかな曲面を実現する。
【発明の効果】
【０００７】車のドアサッシュのような薄板の突き合わせ溶接には、溶接の段差と溶接歪がある。通常のティーチングによる仕上げロボットでは対応できないような溶接ビードにも適用できる自動研削ロボットシステムである。一定のプログラムに基づいてロボットの作業をするのではなく、溶接ビード周辺の三次元形状実測値から研削作業量を決定する知能ロボットであり、長年の期待に答え、熟練者並の仕上げで、しかもその効率化が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】複数車種のワークをセット可能な汎用ジグ、レーザー光での溶接ビード周辺の三次元測定処理、そのデータの形状処理コンピューターへの入力処理、仕上げ目標形状の計算、自動制御されたグラインダーによる研削仕上げ、溶接部周辺に滑らかな曲面を実現する仕上げ処理、仕上げ目標形状から自動計算して研削量に応じてグラインダーの送り速度の自動調節等を順次実行して、成形仕上げが完了した後に目落とし仕上げステーションに送り、砥石目を目落とし用グラインダーで除き、自動化仕上げ処理のワンサイクルを終わらせる。仕上げ効率を上げるために、複数のステーションを設置したものが最良の形態である。【０００９】目標研削量を研削するためのシステムとしての最良の形態は、溶接ビード周辺の三次元測定から仕上げ目標形状の計算、研削目標体積の計算及びロボット動作軌道の計算を行う測定機コントローラーと計算された動作軌道に基づきロボット動作軌道を制御するロボットコントローラーを装置に組み込んで、自動化することである。さらに仕上げ用グラインダーに、砥石の単位時間研削量を計測する機能を持たせて、ロボット動作軌道に利用し、かつ位置情報と送り速度情報により軌道追従制御機能を持たせ、溶接ビード周辺に滑らかな自由曲面を形成させる。本発明者は、この位置と送り速度情報を持った点群データをタイム・ベース・カッター・ロケーションと呼び、本発明の溶接ビード仕上げ用ロボットコントローラーは、このデータをＬＡＮ経由で送り軌道追従制御を実現した。
【実施例１】
【００１０】図１に溶接ビード自動化仕上げ装置を示した。１の薄板突き合わせ溶接ワークをジグにセットした。つぎに、レーザースリット光を利用して、２測距器と３のスキャニングユニットにより三次元形状測定を行った。所要時間は５秒である。測定データを形状処理コンピューターへ三次元データとして入力し、仕上げ目標形状の計算をし、研削目標体積を算出した。その目標研削量を、ロボット４とグラインダー５で研削した。図２は、その様子を示したものである。この図は高さ方向を１０倍に拡大して見易くしてある。ａは三次元測定データであり、ｂは計算した仕上げ目標形状表面、ｃは計算された研削量である。溶接ビード周辺を、ｃの研削を実現するようロボットが動き、接合部の段差がなくなるまで３回の動作を繰り返した。【００１１】溶接部周辺に滑らかな曲面を実現するため、研削量に応じて、また仕上げ目標形状から、グラインダーの送り速度を自動計算させた。ワークは目落とし仕上げステーションに送られ、目落とし仕上げに移った。コーナーＲ仕上げ、砥石目の除去をして完了した。所要時間は４０秒であった。
【産業上の利用可能性】
【００１２】自動車部品製造産業では、溶接が多用されている。その溶接ビードは、熟練作業者が手間を掛けて、溶接場所が認識されないぐらい精度よく仕上げている。しかし、効率が悪いのと、３Ｋ職場といわれ後継者不足となりつつある。大手の自動車メーカーの傘下に、多くの部品メーカーがあり、この溶接ビード自動仕上げ装置は、大いに期待されているロボットである。利用可能性は、非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】溶接ビード仕上げ装置の一側面である。
【図２】仕上げ目標形状の計算  ａ溶接ビード周辺の三次元測定表面形状  高さ方向は１０倍拡大している。ｂ計算した目標表面形状  ｃ計算した研削量
【符号の説明】
【００１５】１薄板突き合わせ溶接ワーク
２測距器
３三次元スキャナー
４仕上げロボット
５グラインダー
【図１】
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【図２】
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