WO2018169057A1 - 溶接用センサ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a welding sensor device suitable for welding workpieces.
- Patent Document 1 proposes a welding sensor device that measures the shape of the workpiece or the distance to the workpiece.
- the welding sensor device shown in Patent Document 1 includes a light projecting unit that projects laser light and a detection unit that detects laser light reflected from the surface of the work, and the shape of the work is detected from the detected laser light. Is measuring.
- the light projecting unit and the detecting unit are accommodated in the case body.
- the protective cover is formed with a discharge port so that gas flows.
- the sensor device of Patent Document 1 it is possible to prevent fumes generated during welding from entering the device by releasing the gas from the discharge port.
- the gas flowing through the sensor device pulsates, the gas may not be stably released from the outlet of the sensor device. If the flow of gas emitted from the sensor device is not stable, fumes or the like may excessively enter the path through which the detection light outside the device passes, and the detection accuracy of the sensor device may vary.
- This invention is made in view of such a point, and is providing the welding sensor apparatus which can improve a detection precision.
- the inventors have found that if the gas flow at the discharge port is not stable, fumes or the like may excessively enter the passage of detection light including the discharge port, resulting in variations in detection accuracy of the sensor device. Thought that would occur. Therefore, the inventors considered that by providing a pressure accumulating chamber in the vicinity of the discharge port, the flow of gas at the discharge port can be stabilized and the state of the detection light passing path can be stabilized.
- the welding sensor device includes at least a detection unit that detects light from the surface of the workpiece to be welded as detection light, and the detection unit A sensor unit for measuring the state of the workpiece or the distance from the detection unit to the workpiece, and the sensor unit are accommodated and the detection light toward the detection unit passes by the detection light detected in A case main body formed with at least one passage portion; and a protective cover that has a protective plate that transmits the detection light and is attached to the case main body so as to cover the passage portion with the protective plate.
- a welding sensor device wherein the protective cover is formed with a gas flow path for flowing a gas for spraying on the protective plate; An emission port is formed through which the detection light passes and the gas flowing through the gas flow path is discharged, and the gas flow path is formed between the protective cover and the case body.
- a pressure accumulating chamber for accumulating gas flowing through the passage is formed, and the pressure accumulating chamber is formed with a vent hole for allowing the gas to flow out so that the gas flows through the discharge port.
- the pressure of the gas in the gas flow path formed between the protective cover and the case main body can be stabilized by forming the pressure accumulating chamber.
- the gas which flowed out from the vent hole can be discharged from the discharge port through which the detection light passes at a stable pressure in the pressure accumulating chamber, variation in measurement accuracy of the sensor unit can be suppressed.
- gas can be stably sprayed on the protective cover, it is possible to stably suppress foreign matters such as dust from adhering to the protective cover.
- the “work state” refers to the shape of the work before or after welding, the molten state of the welded portion (molten pool) formed on the work, or the shape of the welded portion. Etc.
- the position and the number of the vent holes are not particularly limited as long as the gas can flow out so that the gas flows through the discharge port.
- the gas can be uniformly blown by the protective plate from the opposite side, and the blown gas can be stably discharged. Can do.
- the shape and the number of the air holes are not particularly limited, but as a more preferable aspect, the air holes are slits.
- the slit becomes a throttle for the gas flow, the pressure in the pressure accumulating chamber can be kept constant, and further, a gas whose flow rate is increased in a strip shape is released from the slit.
- the shape of the gas flow path is not particularly limited as long as the gas passing through the slit is directed to the protective plate.
- the gas flowing out from the slit is applied to the protective plate on the wall surface of the gas flow channel facing the slit.
- a guide groove for guiding the gas is formed so as to face.
- the gas that has passed through the slit is guided by the guide groove, and the gas can be blown to the protective plate from the side where the laser light is projected (work side).
- the shape of the pressure accumulating chamber is not particularly limited as long as the gas can be stably discharged from the vent hole.
- the protective cover includes the protective plate and a holding member that holds the protective plate, and the gas flow path includes an introduction flow path for introducing gas into the pressure accumulation chamber.
- the pressure accumulation chamber is formed between the holding member and the case main body, between the first pressure accumulation chamber into which the gas from the introduction flow path is introduced, the protection plate, and the case main body.
- a second pressure accumulating chamber that allows gas flowing in from the first pressure accumulating chamber to flow out of the vent hole, and the first pressure accumulating chamber is between the first pressure accumulating chamber and the second pressure accumulating chamber. To the second pressure accumulating chamber is formed.
- the gas accumulated in the first pressure accumulation chamber can flow to the second pressure accumulation chamber, so that the pressure in the second pressure accumulation chamber in which the slit is formed is further stabilized. be able to. As a result, stable gas can flow out from the slit.
- the shape of the first pressure accumulation chamber is not particularly limited as long as the pressure of the gas toward the second pressure accumulation chamber can be stabilized in the first pressure accumulation chamber.
- the first pressure accumulation chamber is formed with a pair of spaces extending on both sides along the introduction flow path.
- at least one partition wall that partitions the space is formed in each space formed in the first pressure accumulating chamber along the introduction flow path.
- the gas flowing in from the introduction flow path flows uniformly in the first pressure accumulation chamber, and the pressure in the first pressure accumulation chamber is more stable.
- the partition wall that partitions the space is provided along the introduction flow path, the gas flow in the first pressure accumulation chamber is stabilized, and the pressure in the first pressure accumulation chamber can be stabilized earlier.
- the shape and position of the introduction flow path are not particularly limited as long as gas can be introduced into the pressure accumulating chamber.
- the vent hole is formed between the protection plate and the holding member on both sides of the protection plate, and the introduction flow path is formed on both sides of the protection plate. It is formed so that gas is introduced toward the center of the pores.
- the gas flowing into the pressure accumulating chamber can be made to uniformly flow through a pair of slits formed on both sides of the protective plate.
- gas can be uniformly blown from the opposing slits to the protective plate.
- the case main body is formed with a first gas flow path for flowing a gas for cooling the sensor unit, and the gas flow path for flowing a gas for blowing on the protective plate is A second gas flow path that communicates with the first gas flow path and flows a gas so that the gas is released from the vicinity of the protective plate, and the case main body is supplied with the gas to the first gas flow path And a gas discharge port for discharging the gas supplied to the first gas flow path from the case body to the outside of the welding sensor device.
- the sensor unit accommodated in the case main body can be cooled during welding.
- the second gas flow path communicates with the first gas flow path, the supplied gas also flows through the second gas flow path and is discharged from the vicinity of the protection plate. Thereby, it can prevent that the fumes etc. which generate
- the pressure of the gas supplied from the gas supply port of the case body is high, that is, when the gas is supplied excessively, the excess gas supplied to the first gas flow path is welded from the gas discharge port. It can be discharged outside the sensor device. Thereby, gas can be stably discharged
- the first gas flow path, the gas supply port, and the gas discharge port can be formed in the case main body, for example, the gas supplied from the gas supply port is a case in which the sensor unit is accommodated.
- a structure may be employed in which the gas is supplied to the first gas flow path after flowing into the housing space of the main body.
- the first gas flow path is connected to the gas supply port and the gas discharge port, and the second gas flow path is branched from the first gas flow path. Are communicating.
- the gas supplied from the gas supply port of the case body flows through the first gas flow path and is discharged from the gas discharge port, the supplied gas contains dust, oil, and the like. Even if it does not adhere to the sensor unit. Furthermore, since the second gas flow path is communicated so as to branch from the first gas flow path, a relatively cool gas is supplied to the second gas flow path, so that the temperature of the protective cover during welding The rise can be suppressed.
- the position of the gas supply port and the gas discharge port is not particularly limited as long as the gas can be supplied to the first gas flow path of the case body and the supplied gas can be discharged.
- the surface of the case main body on the side to which the workpiece is welded is the front surface of the case main body, and the opposite surface is the rear surface of the case main body.
- the gas supply port is formed on the front side of the case body, and the gas discharge port is formed on the back side of the case body.
- the front surface of the case body that is easily heated during welding can be effectively cooled by the gas supplied from the gas supply port.
- the gas heated by the heat from the front surface of the case body flows to the back side of the case body and can be discharged from the gas discharge port. Thereby, it can suppress that the sensor unit accommodated in the case main body is heated up at the time of welding.
- the structure of the first gas flow path is not particularly limited as long as the case main body can be efficiently cooled by the gas.
- the case main body includes the housing in which the sensor unit is accommodated and the passage portion is formed, and a cover that covers an outer wall surface of the housing. At least one of the outer wall surface and the surface of the cover facing the outer wall surface is provided with a serpentine-shaped groove portion corresponding to the shape of the first gas flow path, and the cover has an outer wall surface of the housing. By covering at least a part of the first gas flow path is formed.
- the case main body can be cooled more uniformly. Moreover, even if dust or oil contained in the gas adheres to the first gas flow path, cleaning and maintenance can be easily performed by removing the cover from the housing without removing the sensor unit from the housing. Can do.
- a throttle member may be provided in the vicinity of the gas discharge port of the first gas flow path.
- a throttle member for restricting the flow rate of the gas flowing into the second gas flow path is disposed at a portion where the first gas flow path and the second gas flow path communicate with each other.
- the throttle member in the portion where the first gas flow path and the second gas flow path communicate with each other, the gas having a stable flow rate is supplied from the first gas flow path to the second gas flow path. Can be poured into the road.
- the throttle member is formed with a plurality of openings having different cross-sectional areas, and a portion where the first gas channel and the second gas channel communicate with each other, A storage portion that stores the throttle member is formed so that one of the plurality of openings is selected and gas passes through the selected opening.
- one opening is selected from the plurality of openings having different cross-sectional areas formed in the throttle member, and the gas from the first gas flow path is caused to flow to the second gas flow path through the opening. be able to.
- the gas flowing into the second gas flow path can be adjusted by one throttle member according to the cross-sectional area of the opening to be selected.
- the direction of the gas flow in the second gas flow path is not particularly limited. Then, when the surface of the protective cover on the side where the workpiece is welded is the front surface of the protective cover and the opposite surface is the back surface of the protective cover, the second gas flow path It is formed to flow from the front side to the back side.
- the gas flowing into the second gas flow path can effectively cool the front side of the protective cover that is easily heated during welding.
- the gas heated by the heat from the front surface of the protective cover flows to the back side of the protective cover and is released from the vicinity of the protective plate.
- a protective cover heats up at the time of welding if a cooling flow path extending along the front surface of the protective cover is formed in the second gas flow path, the front surface of the protective cover that is easily heated can be efficiently cooled.
- the structure of the second gas flow path is not particularly limited. Gas flows into the pressure accumulating chamber from the protective channel and the case main body through the accumulator chamber for accumulating the gas flowing through the second gas channel and the cooling channel.
- An introduction flow path is further formed, and a plurality of fins are formed in the pressure accumulation chamber in the vicinity of the introduction flow path.
- heat transferred from the cooling channel to the pressure accumulating chamber is radiated by the fins formed in the gas channel, and the heat radiated by the fins is welded by the gas flowing through the second gas channel. Can be discharged to the outside of the sensor device. As a result, the temperature of the protective cover is difficult to increase and the sensor unit is not easily heated.
- the gas supplied from the case main body can be stably discharged from the protective cover.
- FIG. 4 is a schematic exploded perspective view of the welding sensor device shown in FIG. 3, and is a schematic perspective view in a state where a cover of a case body is removed. It is the typical perspective view which looked at the case main body of the welding sensor apparatus shown in FIG. 4 from the bottom face side. It is a disassembled perspective view of the protective cover shown in FIG. It is an enlarged view of the part containing the protective cover shown in FIG.
- FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA in the arrow view of FIG.
- FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in the arrow view of FIG.
- FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC in the arrow view of FIG.
- FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD in the arrow view of FIG.
- FIG. 10 is a bottom view of the welding sensor device with the shielding member shown in FIG. 9 removed.
- a welding sensor device (hereinafter referred to as a sensor device) according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
- the sensor apparatus 1 which concerns on this embodiment is attached to the welding apparatus 9 via the jig
- a welding wire 93 is supplied to the welding torch 91 of the welding apparatus 9, and a voltage is applied between the tip of the welding wire 93 sent from the welding torch 91 and the workpiece W during welding. The arc A is generated between them. Accordingly, the welding wire 93 and the workpiece W are melted, and the molten pool P is generated in the workpiece W, so that the workpiece W can be welded. While forming the molten pool P in the workpiece
- the workpiece W is drawn as one workpiece for convenience, but butt welding, fillet welding, lap welding, etc. are performed on two or more workpieces. It is not limited.
- the welding between the workpieces is specified as arc welding using a welding wire.
- TIG welding electron beam welding, laser beam welding, gas welding, and the like, for example. Welding may be used.
- the sensor device 1 measures the shape with the workpiece W or the distance to the workpiece W.
- a sensor device (sensor head) 1 includes a sensor unit 2 and a housing 3 ⁇ / b> A that houses the sensor unit 2.
- the housing 3A includes a housing case (housing portion) 3 to which the protective cover 40 is attached, a shielding member (shielding portion) 5 and a guide member (guide portion) 6 that are attached to the housing case 3.
- the housing case 3, the shielding member 5, and the guide member 6 are separable members, but may have a structure in which these are integrated.
- the sensor unit 2 is a device for measuring the shape of the workpiece W or the distance to the workpiece W (from the sensor unit 2) by the detected laser beam (detection beam) L2.
- the sensor unit 2 projects a light projecting unit 21 that projects laser light L1 onto the surface of the workpiece W to be welded, and a detection unit 22 that detects the laser light L2 reflected from the surface of the work.
- the light projecting unit 21 includes a laser light source 21b that generates laser light, and a light projecting device (optical system) 21a that projects (projects) the laser light L1 generated from the laser light source 21b onto the workpiece W. .
- the detection unit 22 includes a light receiving device (optical system) 22a that receives the laser light L2 reflected from the surface of the workpiece W by the laser light L1 projected from the light projecting device 21a, and the laser light transmitted from the light receiving device 22a. And a detection device 22b for detecting L2.
- the light receiving device 22a sends the received laser light L2 to the detecting device 22b, and the detecting device 22b is, for example, an imaging device (camera), detects the laser light L2, and transmits the data of the detected laser light L2 to the outside of the sensor device. Or it transmits to the image processing apparatus (not shown) inside a sensor apparatus.
- the shape (state) of the workpiece W or the distance from the sensor unit 2 (specifically, the laser light source 21b) to the workpiece W is measured.
- the welding torch 91 and the workpiece W are measured from the measured distance. The distance is converted.
- the sensor unit 2 including the light projecting unit 21 and the detection unit 22 is shown.
- the light projecting unit is a separate unit, which is used as the sensor device 1 for welding.
- the light projecting unit 21 of the sensor unit 2 may be omitted.
- each light projecting portion to be described later for example, the light projecting passage portion 36a of the case main body 30 to be described later, the light projecting portion 36
- the light protection unit 44a and the like can be omitted.
- the sensor unit 2 measures the state (shape) of the workpiece W or the distance from the detection unit 22 to the workpiece W using the laser beams L1 and L2.
- the sensor unit 2 uses the laser beam.
- light generated from, for example, the molten pool P of the workpiece W at the time of welding, or light reflected on the workpiece W from an external light source or the like may be detected as detection light.
- the light projecting unit 21 of the sensor unit 2 shown in this embodiment is omitted, and the detection unit receives a detection light (optical system) that receives detection light directed to the surface of the workpiece W, and transmits from the light reception device.
- the welding sensor device 1 does not include the light projecting unit 21, each of the light projecting parts described later can be omitted.
- the detected detection light data is transmitted to an image processing apparatus (not shown) outside the sensor apparatus or inside the sensor apparatus, and the state of the workpiece W (for example, the molten state of the molten pool P) can be measured. From the measured state of the workpiece W, the voltage applied between the tip of the welding wire 93 sent from the welding torch 91 during welding and the workpiece W may be controlled.
- Storage Case 3 The storage case 3 stores the sensor unit 2 and passes through the laser light L1 emitted from the light projecting unit 21 and the laser light L2 toward the detection unit 22 (specifically, the light projecting in FIG. 5). Pass passage 36a and detection passage 36b).
- the passage portion may be, for example, in an open state as long as it can transmit the laser beams L1 and L2, and the opening portion may be made of a material that can transmit the laser beams L1 and L2 (for example, transparent resin or Glass or the like).
- the storage case 3 includes a case body 30 and a protective cover 40 (see FIG. 4).
- the case main body 30 is an assembly for housing the sensor unit 2.
- the case main body 30 includes covers 32 a and 32 b on both sides of a casing 31 having a recess (not shown) for housing the sensor unit 2, and fasteners 71 such as screws. Is attached.
- the one side cover 32a covers the concave portion in which the above-described sensor unit 2 is accommodated.
- the cover 32 b on the other side covers the housing 31 to form a serpentine-shaped first gas flow path 35 in the case body 30.
- the sensor unit 2 in the case body 30 can be cooled, and the temperature rise of the sensor unit 2 during welding can be reduced.
- 4 and 5 show the case body 30 with the cover 32b removed.
- examples of the gas supplied to the first gas flow path 35 include air (atmosphere), helium gas, argon gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, and a gas obtained by mixing these gases.
- the welding sensor device 1 can be cooled during welding, and is preferably a chemically stable gas with respect to the welded portion of the workpiece W.
- a shield gas supply source (not shown) for welding Gas from may be used.
- connection terminal 37 a for outputting a detection signal from the sensor unit 2, a connection for supplying power to the sensor unit 2, inputting a control signal to the sensor unit 2, etc.
- a terminal 37b is provided on the upper surface of the case body 30, there are a gas supply port 37 c for supplying gas to the first gas flow path 35 and the protective cover 40, and a gas discharge port 37 e for discharging gas from the first gas flow path 35. Is provided.
- a lamp 37d for displaying the ON / OFF state of the power of the sensor unit 2 is provided.
- the case main body 30 accommodates the sensor unit 2 and, as a passage portion, the light projection passage portion 36 a through which the laser light L ⁇ b> 1 from the light projection portion 21 passes and the detection portion 22. And a detection passage part 36b through which the laser beam L2 passes.
- the case body 30 is formed with a detection window 36c for a sensor (not shown) for confirming the presence or absence of a cartridge 41 described later.
- the case main body 30 is individually formed with the light projecting passage 36a and the detection passage 36b. However, if the detection accuracy of the sensor unit 2 can be ensured, the light projecting is performed.
- the passage part 36a for detection and the passage part 36b for detection may be formed continuously.
- the light projecting passage 36a and the detection passage 36b are portions in which disk-like plates that transmit the laser beams L1 and L2 are arranged in circular openings.
- the protective cover 40 constitutes a part of the housing case 3 and has a protective plate 44.
- the protective cover 40 is attached by a fastener 72 such as a screw inserted from the bottom surface side of the case body 30 into the through hole 45d so as to cover the light projecting passage portion 36a and the detection passage portion 36b with the protection plate 44. (See FIGS. 10 and 11 etc.). More specifically, as shown in FIG. 6, the protective cover 40 includes a cartridge 41 having a protective plate 44 and a holder 45 that detachably holds the cartridge 41. Are attached to the case body 30 by fasteners 72.
- the holder 45 constituting the protective cover 40 includes a holder main body 45a and a sealing material 45b.
- a second gas flow path 47 is formed in the holder main body 45 a so that gas flows between the protective cover 40 and the case main body 30 from the first gas flow path 35 formed in the case main body 30.
- the seal material 45b is a member that prevents leakage of gas flowing through the second gas flow path 47 formed between the holder main body 45a and the case main body 30, and is a flexible sheet material such as rubber or resin. Consists of.
- through holes 45c and 45d are formed in the holder main body 45a and the sealing material 45b.
- a ring-shaped spacer 45f is inserted into the through holes 45c and 45d.
- the spacer 45f is disposed so as to be seated around the through hole 45c of the holder main body 45a.
- the four spacers 45f are seated in the through holes 45d of the holder main body 45a, and these are inserted into the through holes 45c of the seal member 45b, whereby the seal member 45b can be disposed at an appropriate position.
- the holder 45 is attached to the case body 30 by the fastener 72 in a state where the fastener 72 such as a bolt is inserted into the spacer 45f. Further, the sealing material 45b is used for flowing gas from the first gas flow path 35 formed in the case main body 30 to the second gas flow path 47 formed between the protective cover 40 and the case main body 30. A communication hole 45e is formed.
- the spacer 45f is preferably made of a material having lower thermal conductivity than the material of the case main body 30 and the protective cover 40.
- the spacer 45f is made of a ceramic material. Consists of.
- the material of the spacer 45f is also made of a material having a lower thermal conductivity than the protective cover 40 and the case main body 30, heat transmitted from the protective cover 40 to the case main body 30 via the spacer 45f can be reduced.
- a leaf spring 49 that is bent so as to form a convex portion 49a is attached to the holder body 45a, and the convex portion 49a of the leaf spring 49 engages with the concave portion 41a of the cartridge 41.
- the cartridge 41 can be held in the holder 45.
- the leaf spring 49 is elastically deformed when the grasping portion 41b of the cartridge 41 is grasped and the cartridge 41 is pulled out from the holder 45, the engagement between the concave portion 41a of the cartridge 41 and the convex portion 49a of the leaf spring 49 can be easily performed. Can be released.
- the cartridge 41 includes a protection plate 44, and the protection plate 44 is held by the cartridge body 42 so as to be detachable from the cartridge body 42 by a clip 41c.
- the protective plate 44 is preferably made of a transparent material that transmits the laser beams L1 and L2. Examples of the material include glass and resin.
- the protection plate 44 includes a light projecting protection part 44a that covers the light projecting passage part 36a, and a detection protection part 44b that covers the detection passage part 36b.
- a covering portion 44c on which a metal film is formed is provided. By providing the covering portion 44 c, it can be easily recognized that the protective plate 44 is disposed on the cartridge 41.
- the light projecting passage portion 36a and the detection passage portion 36b of the case body 30 are covered with the light projecting protection portion 44a and the detection protection portion 44b of the protection plate 44 with the cartridge 41 mounted. It has been broken. Thereby, it can suppress that the fumes etc. which generate
- the first gas flow path 35 through which the gas for cooling the sensor unit 2 flows is formed in the case body 30.
- the protective cover 40 is formed with a second gas flow path 47 that communicates with the first gas flow path 35 and flows the gas from the vicinity of the protective plate 44 so that the gas is discharged to the work W side (downward).
- the case main body 30 has a gas supply port 37c for supplying gas to the first gas flow path 35, and a gas for discharging the gas supplied to the first gas flow path 35 from the case main body 30 to the outside of the welding sensor device 1.
- a discharge port 37e is formed.
- the gas supplied from the gas supply port 37c of the case body 30 flows through the first gas flow path 35, and can cool the sensor unit 2 accommodated in the case body 30 during welding.
- a relatively inexpensive material having a low heat resistant temperature can be used for the sensor device 1.
- the arrangement of components for the purpose of heat insulation only in the sensor device 1 can be omitted, and the heat radiation space in the case body 30 can be suppressed, so that the size of the case body 30 can be reduced. It is possible to suppress the sensor device 1 from mechanically interfering with other members such as a workpiece during welding.
- the second gas flow path 47 communicates with the first gas flow path 35, the supplied gas also flows through the second gas flow path 47 and is released from the vicinity of the protection plate 44. Thereby, it is possible to prevent fumes or the like generated during welding from flowing into the protection plate 44.
- the first gas flow path 35 can cool the sensor unit 2, the first cooling flow path 35 a described later is not formed, and from the gas supply port 37 c to the inside of the case body 30.
- a gas may be supplied, and the supplied gas may be sprayed directly on the sensor unit 2.
- the first gas flow path 35 is connected to the gas supply port 37 c and the gas discharge port 37 e at both ends thereof.
- the second gas channel 47 communicates so as to branch from the middle of the gas channel 35.
- the first gas flow path 35 is formed from the gas supply port 37c to the inside of the case body 30 on the front surface 30a side (inside the wall portion forming the front surface 30a).
- a path 35a is provided.
- the first gas flow path 35 includes a second cooling flow path 35d branched from the middle of the first cooling flow path 35a at the diversion port 35b.
- the second cooling flow path 35d is formed by covering a serpentine-shaped groove 35e formed on the outer wall surface (side surface) 35g of the housing 31 with a cover 32b.
- the first cooling channel 35 a communicates with the second gas channel 47 at the communication port 35 c of the case body 30.
- the second cooling flow path 35d communicates with a third cooling flow path 35f formed in a wall portion that forms the back surface 30b of the case body 30, and the third cooling flow path 35f communicates with a gas discharge port 37e. ing.
- the first gas flow path 35 is not in direct communication with the space in which the sensor unit 2 is accommodated, the gas in the first gas flow path 35 is blown to the sensor unit 2. Absent.
- the gas supplied from the gas supply port 37c of the case body 30 does not flow into the space in which the sensor unit 2 is accommodated, but flows through the first gas flow path 35 and is discharged from the gas discharge port 37e. Even if the supplied gas contains dust, oil or the like, it does not adhere to the sensor unit 2. Further, since the second gas flow path 47 communicates so as to branch from the first gas flow path 35, a relatively cool gas is supplied to the second gas flow path 47. As a result, the temperature rise of the protective cover 40 during welding can be suppressed.
- the case body 30 has a front surface 30 a on the surface on which the workpiece W is welded with respect to the sensor device 1, and the opposite surface is a back surface 30 b of the case body 30.
- a surface is formed.
- the position where the gas supply port 37c and the gas discharge port 37e are formed is not particularly limited as long as the sensor unit 2 can be efficiently cooled.
- the gas supply port 37 c is formed on the front surface 30 a side of the case body 30, and the gas discharge port 37 e is formed on the back surface 30 b side of the case body 30.
- the gas supplied from the gas supply port 37c can effectively cool the front surface 30a of the case body 30 that is easily heated during welding.
- the gas heated by the heat from the front surface 30a of the case body 30 flows to the back surface 30b side of the case body 30 and can be discharged from the gas discharge port 37e. Thereby, it can suppress that the sensor unit 2 accommodated in the case main body 30 is heated up at the time of welding.
- the first gas flow path 35 is connected to the gas supply port 37c and the gas discharge port 37e, for example. It may be formed by connected tubes.
- the case body 30 has a serpentine on the outer wall surface of the casing 31 according to the shape of the second cooling flow path 35d of the first gas flow path 35. A groove 35e having a shape is formed, and the second cooling flow path 35d of the first gas flow path 35 is formed by covering the groove 35e of the housing 31 with the cover 32b.
- a sealing material 32c is disposed on a portion of the surface of the cover 32b that contacts the outer wall surface 35g of the housing 31.
- the serpentine-shaped groove portion 35e is provided on the housing 31 side.
- the second wall surface 35g of the housing 31 and the surface of the cover 32b facing the outer wall surface 35g are provided on the second surface.
- a serpentine-shaped groove corresponding to the shape of the cooling flow path 35d may be formed.
- the case body 30 can be cooled more uniformly. Even if dust or oil contained in the gas adheres to the second cooling channel 35d, the sensor unit 2 can be easily removed by removing the cover 32b from the housing 31 without removing the sensor unit 2 from the housing 31. And maintenance can be performed.
- a flow rate adjusting valve may be provided at the gas supply port 37c or the gas discharge port 37e.
- the second gas flow path 47 in the portion where the first gas flow path 35 and the second gas flow path 47 communicate with each other, the second gas flow path 47.
- a throttle member 43 that restricts the flow rate of the gas flowing into is disposed. More specifically, the throttle member 43 is accommodated in an accommodating portion 47 d formed in the uppermost stream of the second gas flow path 47. As a result, a gas having a stable flow rate can be flowed from the first gas channel 35 into the second gas channel 47.
- the diaphragm member 43 is formed by a pair of opposing plate-like portions 43a and 43b and a connecting portion 43c that connects them on one end side, and each plate-like portion 43a and 43b includes Two openings 43d and 43e having different cross-sectional areas are formed.
- the housing portion 47d in which the first gas flow path 35 and the second gas flow path 47 communicate with each other selects one opening 43d (43e) out of the two openings 43d and 43e, and gas enters the selected opening 43d (43e).
- the throttle member 43 can be accommodated so as to pass through.
- one opening 43d (43e) can be selected from the two openings 43d and 43e by reversing the positions of the pair of opposed plate-like portions 43a and 43b.
- the gas flowing through the first cooling flow path 35a by one throttle member 43 passes through the opening 43d of the throttle member 43, and between the plate-like portions 43a and 43b. It can flow into the second gas flow path 47 through the space 43f.
- one opening 43d (43e) can be selected from the two openings 43d and 43e
- the gas flowing into the second gas flow path 47 is selected according to the cross-sectional area of the opening 43d (43e) to be selected. Can be adjusted.
- two openings having different cross-sectional areas are formed in the diaphragm member 43.
- the number of openings is not limited as long as one of the plurality of openings can be selected. .
- the 2nd gas channel 47 (gas channel)
- the 2nd gas channel 47 connected to the 1st gas channel 35 is between the protective cover 40 and case body 30 as the desirable mode.
- the protective cover 40 is formed so as to flow from the front surface 40a side to the back surface 40b side (see FIGS. 8 and 10).
- the gas flowing into the second gas channel 47 from the first gas channel 35 can effectively cool the front surface 40a side of the protective cover 40 that is easily heated during welding.
- the gas heated by the heat from the front surface 40 a of the protective cover 40 flows to the back surface 40 b side of the protective cover 40 and is released from the vicinity of the protective plate 44. Thereby, it can suppress that the protective cover 40 is heated up at the time of welding.
- a cooling flow path 47e extending along the front surface 40a of the protective cover 40 is formed.
- a pressure accumulating chamber 47a is formed downstream of the cooling channel 47e. As described above, the pressure accumulating chamber 47a is formed between the protective cover 40 and the case body 30. By forming the pressure accumulating chamber 47a, the pressure of the gas in the second gas flow path 47 can be stabilized in the space formed between the cartridge 41 and the case body 30.
- the pressure accumulating chamber 47a is formed with a slit (vent hole) 47b through which gas flows out. Thereby, the gas throttled through the slit 47b from the pressure accumulation chamber 47a can flow out at a stable pressure through the pressure accumulation chamber 47a.
- the vent hole is not limited to the slit 47b, but a round hole, a long hole, a rectangular hole, or These may be holes arranged intermittently.
- the vent hole is the slit 47b, the slit 47b serves as a throttle for the gas flow, the pressure in the pressure accumulating chamber 47a can be kept constant, and the flow rate is increased from the slit 47b in a band shape. Gas is released.
- the number and positions of the slits (vent holes) 47b are not particularly limited as long as the gas from the pressure accumulating chamber 47a is blown onto the protective plate 44 and then the gas is released to the outside.
- the slit 47b is formed between the protective plate 44 and the cartridge main body (holding member) 42 on both sides of the pressure accumulating chamber 47a with the protective plate 44 interposed therebetween.
- the slits 47b are formed at positions where the light projecting protection part 44a of the protection plate 44 is sandwiched and positions where the detection protection part 44b is sandwiched.
- gas is supplied from the opposing side to each of the light projecting protection unit 44a and the detection protection unit 44b. Can spray evenly.
- the cartridge main body 42 and the holder 45 correspond to the “holding member” in the present invention.
- the second gas channel 47 is further formed with an introduction channel 47f for introducing gas from the cooling channel 47e to the pressure accumulating chamber 47a (FIG. 6). And FIG. 8).
- the cooling flow path 47e communicates with the introduction flow path 47f, and a plurality of fins (partition walls) 47m extending in one direction are formed in the pressure accumulation chamber 47a in the vicinity of the introduction flow path 47f.
- the second gas flow path 47 constituting the introduction flow path 47f to the pressure accumulation chamber 47a is formed so as to flow from the front surface 40a side to the back surface 40b side of the protective cover 40.
- the fins 47m extend to the pressure accumulating chamber 47a from the front surface 40a side toward the back surface 40b side.
- the heat transmitted from the cooling flow path 47e to the pressure accumulation chamber 47a is radiated by the fins 47m formed in the pressure accumulation chamber 47a, and the heat radiated by the fins 47m is caused by the gas flowing through the second gas flow path 47. , And can be discharged to the outside of the sensor device 1.
- the temperature of the protective cover 40 is not easily raised, and the sensor unit 2 is not easily heated.
- the introduction flow path 47f introduced into the pressure accumulating chamber 47a may be formed such that gas is introduced toward the center between the pair of slits 47b and 47b formed on both sides of the protective plate 44.
- the gas flowing into the pressure accumulating chamber 47a can be made to uniformly flow through the pair of slits 47b and 47b formed on both sides of the protective plate 44.
- gas can be uniformly sprayed from the slits 47b and 47b which oppose to the light projection protection part 44a and the detection protection part 44b of the protection plate 44.
- the pressure accumulation chamber 47a is more preferably provided with a first pressure accumulation chamber 47g and a second pressure accumulation chamber 47h in order from the upstream side.
- the first pressure accumulation chamber 47g is formed between the holder 45 and the case body 30, and is connected to an introduction flow path 47f that introduces gas into the pressure accumulation chamber 47a.
- the second pressure accumulation chamber 47h is formed between the cartridge 41 and the case main body 30, and a slit 47b is formed in the second pressure accumulation chamber 47h.
- a throttle portion 47j that restricts the flow rate of the gas flowing from the first pressure accumulation chamber 47g to the second pressure accumulation chamber 47h is formed between the first pressure accumulation chamber 47g and the second pressure accumulation chamber 47h.
- the constricted portion 47j By providing the constricted portion 47j, the gas accumulated in the first accumulator 47g can be once constricted by the restrictor 47j and flowed to the second accumulator 47h, so that the second accumulator in which the slit 47b is formed.
- the pressure in the chamber 47h can be further stabilized. As a result, a stable gas can flow out from the slit 47b.
- the first pressure accumulating chamber 47g is formed with a pair of spaces 47k extending on both sides along the introduction flow path 47f.
- a partition wall (fin) 47m that partitions the space 47k is formed in each space 47k formed in the first pressure accumulating chamber 47g along the introduction flow path 47f.
- the partition wall 47m is the same part as the fin 47m described above, and this part has two functions.
- the gas flowing in from the introduction flow path 47f flows uniformly in the first pressure accumulation chamber 47g, and the pressure in the first pressure accumulation chamber 47g Can be made more stable.
- the partition wall 47m that partitions the space 47k is provided along the introduction flow path 47f, the gas flow in the first pressure accumulation chamber 47g is stabilized, and the pressure in the first pressure accumulation chamber 47g can be stabilized earlier.
- the number and shape of the partition walls 47m are not particularly limited, but it is more preferable that the partition walls 47m formed in each space 47k have a line-symmetric structure with the introduction flow path 47f interposed therebetween.
- the second gas flow path 47 is formed with an emission port through which the gas blown to the protective plate 44 is emitted to the side on which the laser beam L1 is projected, and the laser beam passes through the emission port.
- the discharge port includes the light emission discharge port 48a through which the gas blown to the light projection protection unit 44a is released in a state where the cartridge 41 is mounted on the holder 45, and the detection port. It is comprised with the discharge port 48b for a detection from which the gas sprayed on the protection part 44b is discharge
- the laser beam L1 projected onto the workpiece W together with the gas passes through the light emitting discharge port 48a, and the detection laser beam L2 reflected from the workpiece passes through the detection discharge port 48b.
- the gas flowing out from the slit 47b can be emitted from the light emitting discharge port 48a and the detection discharge port 48b through which the laser beams L1 and L2 pass at a stable pressure in the pressure accumulation chamber 47a. 2 can be suppressed.
- the second gas flow path 47 is configured such that the gas flowing out from the slit 47b is irradiated with the laser beam L1 (that is, the workpiece W side). ) To flow toward the protective plate 44.
- the gas flowing out from the slit 47b can be blown onto the protective plate 44 with a stable pressure in the pressure accumulating chamber 47a.
- a guide groove 47c for guiding the flow of the gas F is formed downstream of the slit 47b.
- the guide groove 47c is configured so that the gas F that has flowed closer to the light emitting discharge port 48a or the detection discharge port 48b than the protective plate 44 flows toward the light projecting protection unit 44a or the detection discharge port 48b. It is a groove formed.
- the guide groove 47c is formed in a portion of the holder main body 45a of the holder 45 facing the slit 47b (a wall surface of the second gas flow path 47).
- the gas that has passed through the slit 47b is guided by the guide groove 47c.
- the guided gas can be blown from the side on which the laser beam is projected from the protective plate 44 (that is, the workpiece W side) to the light projecting protection portion 44a and the detection protection portion 44b of the protection plate 44.
- the gases F blown toward the light projecting protection portion 44a or the detection protection portion 44b of the protection plate 44 flow in opposite directions from both sides of the light projection protection portion 44a or the detection protection portion 44b of the protection plate 44. .
- the gases F flowing in opposite directions collide with each other while colliding with the surface of the light projecting protection portion 44a of the protection plate 44, the flow is stalled, and the merged gas F is emitted from the light projecting discharge port 48a. be able to.
- the flow rate of the gas F is stalled, so that the gas F is less likely to flow to the side to which the workpiece W is welded (that is, the welding torch 91 side), so that stable welding can be performed.
- the cross section of the flow path through which the gas F in the detection outlet 48b flows is larger than the cross section of the flow path in which the gas F of the discharge outlet 48a flows. Therefore, the flow rate of the gas F flowing from the detection discharge port 48b is larger than the flow rate of the gas F flowing from the light emission discharge port 48a. Further, the detection outlet 48b is formed closer to the shielding member 5 than the projection outlet 48a (see FIG. 11). As a result, since more gas F can be blown to the shielding member 5 from the detection outlet 48b, the shielding member 5 can be efficiently cooled from the back surface 51b side.
- the sensor device 1 may further include a shielding member 5 in the housing 3 ⁇ / b> A.
- the shielding member 5 is formed on the lower side of the housing case 3 (specifically, on the side where the light projecting passage portion 36a and the detection passage portion 36b are formed) out of the radiant heat generated when the workpiece W is welded. Shields radiant heat toward the surface.
- the shielding member 5 scatters from the molten pool P and shields the spatter S directed toward the lower surface of the housing case 3.
- the material of the shielding member 5 is preferably made of a material having a lower thermal conductivity than the material of the housing case 3.
- the shielding member 5 is preferably made of a non-metallic material such as a resin material or a ceramic material having a lower thermal conductivity than the metal material. . Since the material of the shielding member 5 is made of a material having a lower thermal conductivity than the material of the housing case 3, it is possible to reduce the transfer of heat from the shielding member 5 to the housing case 3. For this reason, since the sensor unit 2 in the housing case 3 is not easily affected by radiant heat, the detection accuracy of the sensor unit 2 can be ensured.
- the shielding member 5 includes a plate-like portion 51 that shields radiant heat generated during welding, and two first attachment portions 52 and 52 for attaching the shielding member 5 to the housing case 3. Is formed.
- Each first mounting portion 52 is formed on the back surface 51b of the plate-like portion 51 located on the opposite side to the front surface 51a side to which the workpiece W is welded.
- a second attachment portion 46 for attaching the shielding member 5 is formed on the back surface 51b side of the plate-like portion 51. In a state where the shielding member 5 is attached to the protective cover 40, the second attachment portion 46 is disposed between the two first attachment portions 52, 52 of the shielding member 5.
- the first attachment portion 52 of the shielding member 5 and the second attachment portion 46 of the protective cover 40 extend along the direction in which the plate-like portion 51 of the shielding member 5 extends (specifically, the lateral direction of the sensor device 1). Through holes 52a and 46a are formed through which the mounting shaft 73 is inserted.
- the shaft 73 is made of, for example, a metal material or a ceramic material.
- the shielding member 5 protects the housing case 3 by inserting a shaft 73 through the through holes 52a of the pair of first mounting portions 52 and the through holes 46a of the second mounting portion 46 formed between them. It is attached to the cover 40.
- the shaft 73 includes a shaft main body 73a and a screw body 73b that can be screwed to the shaft main body 73a. After the shaft main body 73a is inserted into the through holes 52a and 46a from the side surface side of the housing case 3 (protective cover 40), the screw member 73b is tightened into the shaft main body 73a to attach the shielding member 5 to the protective cover 40. be able to.
- a guide member 6 to be described later can be sandwiched from both sides by the shaft main body 73a and the head portions 73c and 73d of the screw body 73b via the guide member 6 to be described later.
- the housing case 3 is protected by a metal elastic member 75 that biases the shielding member 5 toward the side to which the workpiece W is welded in a state where the shielding member 5 is attached to the housing case 3 (the protective cover 40).
- the cover 40 is attached to the second mounting portion 46.
- a gap is formed between the housing case 3 (the protective cover 40) and the plate-like portion 51 of the shielding member 5, and the guide member 6.
- a plate-like portion 51 of the shielding member 5 are also formed with a gap (see FIG. 2). This gap makes it difficult to transfer heat from the shielding member 5 to the housing case 3.
- the elastic member 75 elastically biases the shielding member 5 in a state where this gap is formed, the elastic member 75 functions as an impact buffering material, so that the breakage of the shielding member 5 can be suppressed. .
- the above-described gap is formed between the plate-like portion 51 of the shielding member 5 and the protective cover 40 in a state where the shielding member 5 is attached to the protective cover 40 of the housing case 3.
- the shielding member 5 is in contact with the front surface 40a of the protective cover 40 at the end 51c of the plate-like portion 51 in the direction away from W (see FIG. 12). For this reason, while being able to attach the shielding member 5 stably, heat is hard to be transmitted from the shielding member 5 to the protective cover 40.
- the second gas passage 47 is formed with a plurality of fins 47m extending in one direction.
- the heat transmitted from the shielding member 5 to the protective cover 40 is radiated by the plurality of fins 47 m formed in the second gas flow path 47.
- the second gas flow path 47 is formed so as to flow from the front surface 40a side to the back surface 40b side of the protective cover 40. Therefore, in the front surface 40a of the protective cover 40, Heat from the end portion 51c of the plate-like portion 51 in contact can be efficiently radiated.
- the fins 47m formed in the second gas flow path 47 also extend from the front surface 40a side of the protective cover 40 having a high temperature toward the back surface 40b side having a low temperature during welding, and thus are transmitted to the fins 47m. Heat can be radiated more efficiently.
- the shielding member 5 is inclined with respect to the flow direction d.
- the gas that travels straight from the detection discharge port 48b along the flow direction d collides with the back surface 51b of the plate-like portion 51 of the inclined shielding member 5. Thereby, since the gas discharged
- the gas blown to the shielding member 5 flows to the side opposite to the side on which the workpiece W is welded, the gas hardly flows to the side on which the workpiece W is welded. Thereby, in the location where the workpiece
- the sensor device 1 may further include a guide member 6.
- the guide member 6 extends to the side (downward in the figure) to which the laser light L1 is projected so as to surround the shielding member 5 and the protective cover 40 in cooperation with the shielding member 5 (FIG. 2). And FIG. 3). That is, the guide member 6 and the shielding member 5 guide the gas emitted from the emission port (the projection emission port 48a and the detection emission port 48b) toward the workpiece W where the laser beam L1 is projected.
- a nozzle is formed.
- the guide member 6 is made of a metal material or a ceramic material. In the present embodiment, the guide member 6 is made of, for example, brass. Since the guide member 6 is made of brass, infrared rays generated during welding can be reflected.
- the guide member 6 is formed so as to surround the pair of lateral side surfaces 40 c, 40 c and the back surface 40 b of the protective cover 40.
- a gap D is formed between 40c.
- the guide member 6 includes a horizontal plate portion 61 formed at a position facing each lateral side surface 40c, and a back plate portion formed at a position that continues to the horizontal plate portion 61 and faces the back surface 40b. 63.
- the gap D described above is formed between the lateral side surface 40c of the protective cover 40 and the lateral plate portion 61 of the guide member 6 facing the protective side surface 40c.
- the back plate portion 63 is formed with a cutout portion 63a for pulling out the cartridge 41 of the protective cover 40 (see FIG. 3).
- the gap D formed between the lateral side surface 40c of the protective cover 40 and the lateral plate portion 61 of the guide member 6 facing the protective cover 40 is directed from the guide member 6 toward the protective cover 40.
- the transmission of the radiant heat H generated during welding can be blocked (see FIG. 1).
- the vicinity of the gap D becomes negative due to the flow of gas emitted from the light emission outlet 48a and the detection outlet 48b.
- the guide member 6 and the shielding member 5 are surrounded from the vicinity of the side surface of the case body 30 through the gap D formed between the horizontal plate portion 61 of the guide member 6 and each lateral side surface 40c of the protective cover 40.
- Gas (atmosphere) is sucked into the created space. The flow of the sucked gas can suppress the flow of the gas discharged from the light emitting discharge port 48a and the detection discharge port 48b toward the outside of the lateral side surface 40c of the protective cover 40.
- the edge 61a on the side where the workpiece W of the horizontal plate 61 is welded is inclined so as to approach the protective cover 40 as it proceeds from the shielding member 5 side to the back plate 63. (See FIGS. 2 and 3). Thereby, the released gas can easily flow to the side (rear side) opposite to the side on which the workpiece W is welded.
- the guide member 6 is formed with a cut portion 66 into which the shaft 73 enters, and the shaft 73 is accommodated in the cut portion 66 formed in the guide member 6.
- the two attachments 76, 76 are removed, and the fastening of the shaft body 73a and the screw body 73b is loosened.
- the guide member 6 is pulled out rearward, the shaft 73 is pulled out from the cut portion 66, and the guide member 6 can be easily detached from the sensor device 1. Accordingly, the protective cover 40 can be inspected with the shielding member 5 attached to the protective cover 40 and with the guide member 6 removed from the protective cover 40.
- the sensor unit projects laser light on the workpiece, receives laser light reflected from the workpiece as detection light, and measures the state (shape) of the workpiece and the distance from the detection unit to the workpiece.
- the sensor unit may detect the light reflected from the workpiece or the light emitted from the workpiece during welding with an imaging device (camera) as detection light to detect the welding state of the workpiece.
- an imaging device camera
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Abstract
センサ装置の放出口から安定して気体を放出することができないと、装置外部の検出光が通過する経路にヒューム等が過剰に入り込むことがあり、センサ装置の検出精度にばらつきが発生することがある。センサ装置1の保護カバー40には、保護プレート44に吹き付けるための気体を流す第2ガス流路47が形成され、第2ガス流路47には、レーザ光L2が通過するとともに、第2ガス流路47を流れた気体を、レーザ光が投光される側に放出する投光用放出口48aおよび検出用放出口48bが形成されている。第2ガス流路47には、保護カバー40とケース本体30との間に、第2ガス流路47を流れる気体を蓄圧する蓄圧室47aが形成されている。蓄圧室47aには、投光用放出口48aおよび検出用放出口48bに気体が流れるように、気体を流出させる通気孔としてスリット47bが形成されている。
Description
本発明は、ワークの溶接を行うに好適な溶接用センサ装置に関する。
従来から、開先形状を有した一対の鉄板などのワークに対して、アーク溶接などにより突合せ溶接などの溶接を行う際には、溶接トーチをワーク(突き合わせた開先形状の部分)に近づける。この状態で、溶接トーチから送られる溶接用ワイヤの先端と、ワークとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークを発生させる。これにより、溶接用ワイヤが溶融するとともに、ワークが加熱されて溶融し、ワーク同士の溶接を行うことができる。
溶接を行う際には、溶接トーチとワークとの距離または、ワークの形状は、ワークの溶接の品質に影響する。このような点から、例えば、特許文献1には、ワークとの形状またはワークまでの距離を測定する溶接用センサ装置が提案されている。
特許文献1に示す溶接用センサ装置は、レーザ光を投光する投光部と、ワークの表面から反射したレーザ光を検出する検出部と、を備え、検出されたレーザ光から、ワークの形状を測定している。投光部と検出部とは、ケース本体に収容されている。保護カバーには、気体が流れるように放出口が形成されている。
ここで、特許文献1のセンサ装置によれば、放出口から気体が放出されることにより、溶接時に発生するヒュームが装置内に入ることを防止することができる。しかしながら、センサ装置を流れる気体が脈動する場合などには、安定して気体をセンサ装置の放出口から放出することができないことがある。センサ装置から放出される気体の流れが安定しないと、装置外部の検出光が通過する経路にヒューム等が過剰に入り込むことがあり、センサ装置の検出精度にばらつきが発生することがある。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、検出精度を高めることができる溶接用センサ装置を提供することにある。
発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、放出口の気体の流れが安定しないと、放出口を含む検出光の通過経路にヒューム等が過剰に入り込むおそれがあり、センサ装置の検出精度にばらつきが発生すると考えた。したがって、発明者らは、放出口の近傍に蓄圧室を設けることにより、放出口の気体の流れを安定させ、検出光の通過経路の状態を安定させることができると考えた。
本発明は、発明者らの新たな知見によるものであり、本発明に係る溶接用センサ装置は、溶接されるワークの表面からの光を検出光として検出する検出部を少なくとも備え、前記検出部で検出された前記検出光により、前記ワークの状態または前記検出部から前記ワークまでの距離を測定するためのセンサユニットと、前記センサユニットを収容するとともに、前記検出部へ向かう検出光が通過する少なくとも1つの通過部が形成されたケース本体と、前記検出光を透過する保護プレートを有し、前記通過部を前記保護プレートで覆うように、前記ケース本体に取付けられた保護カバーと、を備えた溶接用センサ装置であって、前記保護カバーには、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流すガス流路が形成され、前記ガス流路には、前記検出光が通過するとともに、前記ガス流路を流れた気体を、放出する放出口が形成されており、前記ガス流路には、前記保護カバーと前記ケース本体との間に、前記ガス流路を流れる気体を蓄圧する蓄圧室が形成されており、前記蓄圧室には、前記放出口に気体が流れるように、気体を流出させる通気孔が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、蓄圧室を形成することにより、保護カバーとケース本体との間に形成されたガス流路内の気体の圧力を安定させることができる。これにより、通気孔から流出した気体を、蓄圧室により安定した圧力で、検出光が通過する放出口から放出することができるため、センサユニットの計測精度のばらつきを抑えることができる。保護カバーに気体を安定して吹き付けることができるので、保護カバーにダストなどの異物が付着することを安定的に抑えることができる。なお、本発明でいう、「ワークの状態」とは、溶接前または溶接後のワークの形状、もしくは、ワークに形成された溶融状態の溶接部(溶融池)の溶融状態またはその溶接部の形状等を含むものである。
ここで、通気孔は、放出口に気体が流れるように、気体を流出させることができるのであれば、その位置および個数は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、前記通気孔は、前記蓄圧室の両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されている。
この態様によれば、蓄圧室の両側において、一対のスリットを設けたことにより、対向する側から、気体を保護プレートにより均一に吹き付けることができるとともに、吹き付けられた気体を安定して放出することができる。
ここで、上述した効果を期待することができるのであれば、通気孔の形状および個数は、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記通気孔は、スリットである。通気孔をスリットにしたことにより、スリットが気体の流れに対する絞りとなって、蓄圧室内の圧力を一定に保つことができ、さらに、スリットから帯状に流速を高めた気体が放出される。
ここで、スリットを通過した気体が、保護プレートに向かうのであれば、ガス流路の形状は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記スリットよりも下流側において(すなわち、前記ワーク側において)、前記スリットに対向する前記ガス流路の壁面には、前記スリットから流出した気体が、前記保護プレートに向かうように、気体を案内する案内溝が形成されている。
この態様によれば、スリットを通過した気体が、案内溝により案内され、レーザ光が投光される側(ワーク側)から保護プレートに気体を吹き付けることができる。
ここで、通気孔から気体を安定して流し出すことができるのであれば、蓄圧室の形状は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、前記ガス流路には、前記蓄圧室に気体を導入する導入流路が形成されており、前記蓄圧室は、前記保持部材と前記ケース本体との間において、前記導入流路からの気体が導入される第1蓄圧室と、前記保護プレートと前記ケース本体との間において、前記第1蓄圧室から流入する気体を前記通気孔から流出させる第2蓄圧室とを有しており、前記第1蓄圧室と前記第2蓄圧室との間には、前記第1蓄圧室から前記第2蓄圧室に流れる気体の流量を絞る絞り部が形成されている。
この態様によれば、絞り部を設けることにより、第1蓄圧室で蓄圧された気体を、第2蓄圧室に流すことができるので、スリットが形成された第2蓄圧室の圧力をより安定させることができる。この結果、スリットから安定した気体を流出させることができる。
また、第2蓄圧室に向かう気体の圧力を、第1蓄圧室で安定させることができるのであれば、第1蓄圧室の形状は、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記第1蓄圧室には、前記導入流路に沿った両側に延在した1対の空間が形成されている。さらに好ましい態様としては、前記第1蓄圧室に形成された各空間には、前記導入流路に沿って、前記空間を仕切る少なくとも1つの仕切り壁が形成されている。
この態様によれば、導入流路に沿った両側に1対の空間を形成するので、導入流路から流入した気体が、第1蓄圧室で均一に流れ、第1蓄圧室の圧力をより安定させることができる。特に、導入流路に沿って、空間を仕切る仕切り壁を設けたので、第1蓄圧室の気体の流れが安定し、第1蓄圧室の圧力をより早期に安定させることができる。
さらに、蓄圧室に気体を導入することができるのであれば、導入流路の形状および位置は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましくは、前記通気孔は、前記保護プレートの両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されており、前記導入流路は、前記保護プレートの両側に形成された通気孔同士の中央に向かって気体が導入されるように形成されている。
これにより、蓄圧室に流れ込んだ気体を保護プレートの両側に形成された一対のスリットに均一に流すことができる。この結果、対向するスリットから、保護プレートに気体を均一に吹き付けることができる。
より好ましい態様としては、前記ケース本体には、前記センサユニットを冷却するための気体を流す第1ガス流路が形成されており、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流す前記ガス流路は、前記第1ガス流路に連通し、前記保護プレートの近傍から気体が放出されるように気体を流す第2ガス流路であり、前記ケース本体には、前記第1ガス流路に気体を供給するガス供給口と、前記第1ガス流路に供給された気体を前記ケース本体から前記溶接用センサ装置の外部に排出するガス排出口と、が形成されている。
この態様によれば、ケース本体のガス供給口から供給された気体は、第1ガス流路を流れるので、溶接時にケース本体に収容されたセンサユニットを冷却することができる。また、第2ガス流路は、第1ガス流路と連通しているので、第2ガス流路にも、供給された気体が流れ、保護プレートの近傍から放出される。これにより、溶接時に発生するヒューム等が、保護プレートに向かって流れ込むことを防止することができる。
ここで、ケース本体のガス供給口から供給される気体の圧力が高い場合、すなわち、気体が余剰に供給された場合、第1ガス流路に供給された余剰な気体をガス排出口から溶接用センサ装置の外部に排出することができる。これにより、保護カバーから気体を安定して放出することができる。このような結果、センサユニットによる安定した計測および安定した溶接を行うことができる。
ここで、ケース本体に、第1ガス流路、ガス供給口、およびガス排出口を形成することができるのであれば、例えば、ガス供給口から供給された気体は、センサユニットが収容されたケース本体の収容空間内に流入後、第1ガス流路に供給されるような構造であってもよい。しかしながら、より好ましい態様としては、前記第1ガス流路は、前記ガス供給口と前記ガス排出口とに接続されており、前記第1ガス流路から分岐するように、前記第2ガス流路が連通している。
この態様によれば、ケース本体のガス供給口から供給された気体は、第1ガス流路を流れて、ガス排出口から排出されるので、供給される気体にダスト、オイル等が含まれていたとしても、センサユニットに付着することはない。さらに、第1ガス流路から分岐するように、第2ガス流路が連通しているため、第2ガス流路には、比較的冷たい気体が供給されるので、溶接時の保護カバーの温度上昇を抑えることができる。
ここで、ケース本体の第1ガス流路に気体を供給し、供給した気体を排出することができるのであれば、ガス供給口とガス排出口の位置は、特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記ケース本体の表面を前記ケース本体の前面とし、その反対側の表面を前記ケース本体の背面としたときに、前記ガス供給口は、前記ケース本体の前面側に形成され、前記ガス排出口は、前記ケース本体の背面側に形成されている。
この態様によれば、ガス供給口から供給された気体により、溶接時に加熱され易いケース本体の前面を効果的に冷却することができる。ケース本体の前面からの熱により加熱された気体は、ケース本体の背面側に流れ、ガス排出口から排出することができる。これにより、ケース本体に収容されたセンサユニットが、溶接時に昇温されることを抑制することができる。
上述したように、第1ガス流路は、気体によりケース本体を効率的に冷却することができるのであれば、その構造は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましい態様としては、前記ケース本体は、前記センサユニットを収容するとともに、前記通過部が形成された筐体と、前記筐体の外壁面を覆うカバーとを備えており、前記筐体の外壁面および前記外壁面に面した前記カバーの表面の少なくとも一方には、前記第1ガス流路の形状に応じたサーペンタイン形状の溝部が形成されており、前記カバーで前記筐体の外壁面を覆うことにより、前記第1ガス流路の少なくとも一部が形成される。
この態様によれば、筐体とカバーとの間に、サーペンタイン形状の第1ガス流路を形成するので、ケース本体をより均一に冷却することができる。また、第1ガス流路に、気体に含まれるダストまたはオイル等が付着したとしても、センサユニットを筐体から取り外すこと無く、カバーを筐体から取り外すことにより、簡単に清掃およびメンテナンスを行うことができる。
ここで、第2ガス流路に流れる気体の流量を調節することができるのであれば、例えば、第1ガス流路のガス排出口の近傍に、絞り部材を設けても良いが、より好ましい態様としては、前記第1ガス流路と前記第2ガス流路が連通する部分には、前記第2ガス流路に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材が配置されている。
この態様によれば、第1ガス流路と第2ガス流路とが連通する部分に、絞り部材を配置することにより、第1ガス流路から、安定した流量の気体を、第2ガス流路に流し込むことができる。
また、絞り部材のより好ましい態様としては、前記絞り部材には、断面積の異なる複数の開口が形成されており、前記第1ガス流路と前記第2ガス流路が連通する部分には、前記複数の開口のうち1つの開口を選択して、選択した開口に気体を通過するように、前記絞り部材を収容する収容部が形成されている。
この態様によれば、絞り部材に形成された異なる断面積の複数の開口のうち、1つの開口を選択し、この開口を介して第1ガス流路からの気体を第2ガス流路に流すことができる。これにより、1つの絞り部材で、第2ガス流路に流し込む気体を、選択する開口の断面積に応じて、調整することができる。
保護カバーから上述した如く気体を放出することができるのであれば、第2ガス流路の気体の流れる向きは特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記保護カバーの表面を前記保護カバーの前面とし、その反対側の表面を前記保護カバーの背面としたときに、前記第2ガス流路は、前記保護カバーの前面側から背面側に流れるように、形成されている。
この態様によれば、第2ガス流路に流れ込んだ気体により、溶接時に加熱され易い保護カバーの前面側を効果的に冷却することができる。保護カバーの前面からの熱により加熱された気体は、保護カバーの背面側に流れ、保護プレート近傍から放出される。これにより、保護カバーが、溶接時に昇温されることを抑制することができる。特に、第2ガス流路に、前記保護カバーの前面に沿って延在した冷却用の流路が形成されていれば、加熱され易い保護カバーの前面を効率的に冷却することができる。
ここで、冷却用の流路により、保護カバーを効率良く冷却することができるのであれば、第2ガス流路の構造は、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、第2ガス流路には、前記保護カバーと前記ケース本体との間に、前記第2ガス流路を流れる気体を蓄圧する蓄圧室と、前記冷却用の流路から、前記蓄圧室に気体を流入する導入流路と、がさらに形成されており、前記導入流路の近傍の前記蓄圧室には、複数のフィンが形成されている。
この態様によれば、冷却用の流路から蓄圧室に伝わる熱を、ガス流路に形成されたフィンで放熱し、フィンで放熱された熱を、第2ガス流路を流れる気体によって、溶接用センサ装置の外部に放出することができる。この結果、保護カバーの温度が上がり難く、センサユニットが加熱され難い。
本発明によれば、ケース本体から供給される気体を安定して保護カバーから放出することができる。
以下に、本発明の実施形態に係る溶接用センサ装置(以下、センサ装置という)を図1~図13を参照しながら詳述する。
1.センサ装置1の取付け状態とセンサ装置1の全体構成について
図1に示すように、本実施形態に係るセンサ装置1は、取付け用治具8を介して、溶接装置9に取付けられている。溶接装置9の溶接トーチ91には、溶接用ワイヤ93が供給され、溶接の際には、溶接トーチ91から送られる溶接用ワイヤ93の先端と、ワークWとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークAを発生させる。これにより、溶接用ワイヤ93およびワークWを溶融するとともに、ワークWに溶融池Pが生成され、ワークWの溶接を行うことができる。ワークWに溶融池Pを形成しつつ、図1に示す矢印の方向に溶接装置9が移動し、ワークW同士に溶接部(ビード)Bを形成する。なお、図1では、便宜的にワークWを1つのワークとして描いているが、2つ以上のワーク同士に対して突合せ溶接、すみ肉溶接、重ね溶接等するものであり、溶接方法は、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、ワーク同士の溶接を溶接用ワイヤを用いたアーク溶接に特定しているが、この他にも、たとえば、TIG溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、ガス溶接等の他の溶接であってもよい。
図1に示すように、本実施形態に係るセンサ装置1は、取付け用治具8を介して、溶接装置9に取付けられている。溶接装置9の溶接トーチ91には、溶接用ワイヤ93が供給され、溶接の際には、溶接トーチ91から送られる溶接用ワイヤ93の先端と、ワークWとの間に電圧を印加することにより、これらの間にアークAを発生させる。これにより、溶接用ワイヤ93およびワークWを溶融するとともに、ワークWに溶融池Pが生成され、ワークWの溶接を行うことができる。ワークWに溶融池Pを形成しつつ、図1に示す矢印の方向に溶接装置9が移動し、ワークW同士に溶接部(ビード)Bを形成する。なお、図1では、便宜的にワークWを1つのワークとして描いているが、2つ以上のワーク同士に対して突合せ溶接、すみ肉溶接、重ね溶接等するものであり、溶接方法は、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、ワーク同士の溶接を溶接用ワイヤを用いたアーク溶接に特定しているが、この他にも、たとえば、TIG溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接、ガス溶接等の他の溶接であってもよい。
溶接装置9により、ワークWに対して安定した溶接を行うためには、溶接トーチ91とワークWとの距離または、ワークWの形状を、測定することは重要である。そこで、本実施形態では、その一例としてセンサ装置1で、ワークWとの形状またはワークWまでの距離を測定する。
図1に示すように、本実施形態に係るセンサ装置(センサヘッド)1は、センサユニット2と、センサユニット2を収容する収容体3Aとを備えている。本実施形態では、収容体3Aは、保護カバー40が取付けられた収容ケース(収容部)3と、収容ケース3に取付けられた遮蔽部材(遮蔽部)5およびガイド部材(ガイド部)6、を備えている。本実施形態では、収容ケース3と、遮蔽部材5と、ガイド部材6とは、分離可能な部材であるが、これらが一体化した構造であってもよい。また、必要に応じて、収容体3Aを構成する遮蔽部材5とガイド部材6とを省略してもよい。
2.センサユニット2について
センサユニット2は、検出されたレーザ光(検出光)L2により、ワークWの形状または(センサユニット2から)ワークWまでの距離を測定するための装置である。本実施形態では、センサユニット2は、その一例として、溶接されるワークWの表面にレーザ光L1を投光する投光部21と、ワークの表面から反射したレーザ光L2を検出する検出部22と、を備えている。投光部21は、レーザ光を発生させるレーザ光源21bと、レーザ光源21bから発生したレーザ光L1を、ワークWに投光(投射)する投光装置(光学系)21aと、を備えている。
センサユニット2は、検出されたレーザ光(検出光)L2により、ワークWの形状または(センサユニット2から)ワークWまでの距離を測定するための装置である。本実施形態では、センサユニット2は、その一例として、溶接されるワークWの表面にレーザ光L1を投光する投光部21と、ワークの表面から反射したレーザ光L2を検出する検出部22と、を備えている。投光部21は、レーザ光を発生させるレーザ光源21bと、レーザ光源21bから発生したレーザ光L1を、ワークWに投光(投射)する投光装置(光学系)21aと、を備えている。
検出部22は、投光装置21aから投光されたレーザ光L1が、ワークWの表面から反射したレーザ光L2を受光する受光装置(光学系)22aと、受光装置22aから送られたレーザ光L2を検出する検出装置22bと、を備えている。受光装置22aは、検出装置22bに受光したレーザ光L2を送り、検出装置22bは、例えば撮像装置(カメラ)であり、レーザ光L2を検出し、検出したレーザ光L2のデータを、センサ装置外部またはセンサ装置内部の画像処理装置(図示せず)に送信する。画像処理装置では、ワークWの形状(状態)またはセンサユニット2(具体的にはレーザ光源21b)からワークWまでの距離が測定され、例えば、測定された距離から、溶接トーチ91とワークWとの距離が換算される。
なお、本実施形態では、センサユニットの一例として、投光部21を検出部22とを備えたセンサユニット2を示したが、例えば、投光部を別ユニットとして、これを溶接用センサ装置1の外部に設け、センサユニット2の投光部21を省略してもよい。この場合には、溶接用センサ装置1は、投光部21を有しないので、後述する投光用の各部位(例えば、後述するケース本体30の投光用通過部36a、保護プレート44の投光用保護部44aなど)を省略することができる。
また、本実施形態では、センサユニット2は、レーザ光L1、L2を利用して、ワークWの状態(形状)または検出部22からワークWまでの距離を測定したが、例えば、レーザ光を利用せず、溶接時にワークWの例えば溶融池Pから発生した光、または、外部の光源等からワークWに反射した光を検出光として検出してもよい。この場合も、本実施形態で示した、センサユニット2の投光部21が省略され、検出部は、ワークWの表面に向かう検出光を受光する受光装置(光学系)と、受光装置から送られた検出光を検出する撮像装置(カメラ)とを少なくとも備えればよい。溶接用センサ装置1は、投光部21を有しないので、後述する投光用の各部位を省略することができる。検出した検出光のデータは、センサ装置外部またはセンサ装置内部の画像処理装置(図示せず)に送信され、ワークWの状態(例えば溶融池Pの溶融状態等)を測定することができる。この測定したワークWの状態から、溶接時の溶接トーチ91から送られる溶接用ワイヤ93の先端と、ワークWとの間に印加される電圧を制御してもよい。
3.収容ケース3について
収容ケース3は、センサユニット2を収容するとともに、投光部21から発するレーザ光L1および検出部22へ向かうレーザ光L2が通過する通過部(具体的には図5の投光用通過部36aおよび検出用通過部36b参照)が形成されている。通過部は、レーザ光L1およびL2を透過させることができれば、例えば、開口した状態のものであってもよく、開口部が、レーザ光L1およびL2が透過可能な材料(例えば、透明な樹脂またはガラスなど)に覆われていてもよい。本実施形態では、収容ケース3は、ケース本体30と、保護カバー40と、を備えている(図4参照)。
収容ケース3は、センサユニット2を収容するとともに、投光部21から発するレーザ光L1および検出部22へ向かうレーザ光L2が通過する通過部(具体的には図5の投光用通過部36aおよび検出用通過部36b参照)が形成されている。通過部は、レーザ光L1およびL2を透過させることができれば、例えば、開口した状態のものであってもよく、開口部が、レーザ光L1およびL2が透過可能な材料(例えば、透明な樹脂またはガラスなど)に覆われていてもよい。本実施形態では、収容ケース3は、ケース本体30と、保護カバー40と、を備えている(図4参照)。
3-1.ケース本体30について
本実施形態では、ケース本体30は、センサユニット2を収容するための組立体である。図2および図3に示すように、ケース本体30は、センサユニット2を収容する凹部(図示せず)を有した筐体31の両側に、カバー32a、32bがネジなどの締結具71を介して被着されている。一方側のカバー32aは、上述したセンサユニット2が収容された凹部を覆うものである。図4および図5に示すように、他方側のカバー32bは、筐体31を覆うことによりケース本体30にサーペンタイン形状の第1ガス流路35を形成する。第1ガス流路35に、気体を供給することにより、ケース本体30内のセンサユニット2を冷却し、溶接時のセンサユニット2の昇温を低減することができる。なお、図4および図5では、カバー32bを取り外した状態のケース本体30を示している。
本実施形態では、ケース本体30は、センサユニット2を収容するための組立体である。図2および図3に示すように、ケース本体30は、センサユニット2を収容する凹部(図示せず)を有した筐体31の両側に、カバー32a、32bがネジなどの締結具71を介して被着されている。一方側のカバー32aは、上述したセンサユニット2が収容された凹部を覆うものである。図4および図5に示すように、他方側のカバー32bは、筐体31を覆うことによりケース本体30にサーペンタイン形状の第1ガス流路35を形成する。第1ガス流路35に、気体を供給することにより、ケース本体30内のセンサユニット2を冷却し、溶接時のセンサユニット2の昇温を低減することができる。なお、図4および図5では、カバー32bを取り外した状態のケース本体30を示している。
ここで、第1ガス流路35に供給される気体としては、エア(大気)、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、および、これらの気体を混合した気体等を挙げることができ、溶接時に溶接用センサ装置1を冷却することができ、ワークWの溶接部に対し化学的に安定した気体であることがより好ましく、たとえば、溶接用のシールドガスの供給源(図示せず)からの気体を利用してもよい。
ケース本体30の上面には、センサユニット2からの検出信号の出力等を行うための接続端子37a、センサユニット2への電力の供給、センサユニット2への制御信号の入力等を行うための接続端子37bが、設けられている。さらに、ケース本体30の上面には、第1ガス流路35およびに保護カバー40に気体を供給するガス供給口37cと、第1ガス流路35から気体を排出するガス排出口37eと、が設けられている。この他にも、センサユニット2の電源のON、OFF等の状態を表示するランプ37dが設けられている。
図5に示すように、ケース本体30には、センサユニット2を収容した状態で、通過部として、投光部21からのレーザ光L1が通過する投光用通過部36aと、検出部22へのレーザ光L2が通過する検出用通過部36bと、が形成されている。なお、ケース本体30には、後述するカートリッジ41の有無を確認するためのセンサ(図示せず)の検出用の窓36cが形成されている。本実施形態では、ケース本体30に、投光用通過部36aと検出用通過部36bとが個別に形成されているが、センサユニット2による検出精度を確保することができるのであれば、投光用通過部36aと検出用通過部36bとが連続して形成されていてもよい。本実施形態では、投光用通過部36aと検出用通過部36bは、円形状の開口部に、レーザ光L1、L2を透過する円板状プレートが配置された部分である。
3-2.保護カバー40について
保護カバー40は、収容ケース3の一部を構成するものであり、保護プレート44を有している。保護カバー40は、投光用通過部36aと検出用通過部36bを保護プレート44で覆うように、ケース本体30の底面側から貫通孔45dに挿通したネジなどの締結具72により取付けられている(図10および図11等参照)。より具体的には、図6に示すように、保護カバー40は、保護プレート44を備えたカートリッジ41と、カートリッジ41を着脱自在に保持するホルダ45とを備えており、ホルダ45は、底面側から締結具72によりケース本体30に取付けられている。
保護カバー40は、収容ケース3の一部を構成するものであり、保護プレート44を有している。保護カバー40は、投光用通過部36aと検出用通過部36bを保護プレート44で覆うように、ケース本体30の底面側から貫通孔45dに挿通したネジなどの締結具72により取付けられている(図10および図11等参照)。より具体的には、図6に示すように、保護カバー40は、保護プレート44を備えたカートリッジ41と、カートリッジ41を着脱自在に保持するホルダ45とを備えており、ホルダ45は、底面側から締結具72によりケース本体30に取付けられている。
保護カバー40を構成するホルダ45は、ホルダ本体45aと、シール材45bと、を備えている。ホルダ本体45aには、ケース本体30に形成された第1ガス流路35から、保護カバー40とケース本体30との間に気体が流れるように第2ガス流路47が形成されている。シール材45bは、ホルダ本体45aとケース本体30との間に形成された第2ガス流路47を流れる気体の漏出を防止する部材であり、可撓性を有したゴムまたは樹脂等のシート材からなる。
さらに、ホルダ本体45aおよびシール材45bには、貫通孔45c、45dが形成されている。貫通孔45c、45dには、リング状のスペーサ45fが挿入されている。スペーサ45fは、ホルダ本体45aの貫通孔45cが形成された周りに着座するように配置されている。このように、4つのスペーサ45fをホルダ本体45aの貫通孔45dに着座させ、これらをシール材45bの貫通孔45cに挿通させることにより、シール材45bを適正な位置に配置することができる。このような結果、保護カバー40とケース本体30との間のシール材45bの位置ずれにより、これらの間に形成された第2ガス流路47のシール性が低下することを回避することができる。なお、ホルダ45は、ボルトなどの締結具72をスペーサ45fの内部に挿通した状態で、締結具72によりケース本体30に取付けられる。また、シール材45bには、ケース本体30に形成された第1ガス流路35から、保護カバー40とケース本体30との間に形成された第2ガス流路47に、気体を流すための連通孔45eが形成されている。
スペーサ45fは、ケース本体30および保護カバー40の材料よりも、熱伝導率が低い材料からなることが好ましく、例えば、ケース本体30および保護カバー40が金属材料である場合、スペーサ45fは、セラミックス材料からなる。さらにスペーサ45fの材料も、保護カバー40およびケース本体30よりも熱伝導率が低い材料からなるので、保護カバー40からスペーサ45fを介してケース本体30に伝わる熱を低減することができる。
図6に示すように、ホルダ本体45aには、凸部49aが形成されるように屈曲した板バネ49が取付けられており、板バネ49の凸部49aが、カートリッジ41の凹部41aに係合することにより、カートリッジ41をホルダ45に保持することができる。一方、カートリッジ41の把持部41bを把持し、カートリッジ41をホルダ45から引き抜く際には、板バネ49が弾性変形するので、カートリッジ41の凹部41aと板バネ49の凸部49aの係合を簡単に解除することができる。
カートリッジ41は、保護プレート44を備えており、保護プレート44は、クリップ41cにより、カートリッジ本体42から取り外し自在に、カートリッジ本体42に保持されている。保護プレート44は、レーザ光L1、L2を透過する透明な材料が好ましく、その材料としては、例えばガラス、樹脂等を挙げることができる。保護プレート44は、投光用通過部36aを覆う投光用保護部44aと、検出用通過部36bを覆う検出用保護部44bと、を備えており、これらの間には、アルミ箔などの金属膜が形成された被覆部44cを備えている。被覆部44cを設けることにより、カートリッジ41に保護プレート44が配置されていることを簡単に視認することができる。
本実施形態では、カートリッジ41を装着した状態で、ケース本体30の投光用通過部36aおよび検出用通過部36bには保護プレート44の投光用保護部44aおよび検出用保護部44bがそれぞれ覆われている。これにより、溶接時に発生するヒューム等が、投光用通過部36aおよび検出用通過部36bに侵入することを抑えることができる。
4.ガス流路について
4-1.第1ガス流路35について
上述したように、本実施形態では、図4に示すように、ケース本体30には、センサユニット2を冷却するための気体を流す第1ガス流路35が形成されている。保護カバー40には、第1ガス流路35に連通し、保護プレート44の近傍から、ワークW側(下方)に気体が放出されるように気体を流す第2ガス流路47が形成されている。ケース本体30には、第1ガス流路35に気体を供給するガス供給口37cと、第1ガス流路35に供給された気体をケース本体30から溶接用センサ装置1の外部に排出するガス排出口37eと、が形成されている。
4-1.第1ガス流路35について
上述したように、本実施形態では、図4に示すように、ケース本体30には、センサユニット2を冷却するための気体を流す第1ガス流路35が形成されている。保護カバー40には、第1ガス流路35に連通し、保護プレート44の近傍から、ワークW側(下方)に気体が放出されるように気体を流す第2ガス流路47が形成されている。ケース本体30には、第1ガス流路35に気体を供給するガス供給口37cと、第1ガス流路35に供給された気体をケース本体30から溶接用センサ装置1の外部に排出するガス排出口37eと、が形成されている。
ケース本体30のガス供給口37cから供給された気体は、第1ガス流路35を流れ、溶接時にケース本体30に収容されたセンサユニット2を冷却することができる。このような結果、センサ装置1内の部品の耐熱温度を下げることができるため、センサ装置1に、耐熱温度の低い比較的安価な材料を使用することができる。また、センサ装置1内に遮熱性のみを目的とした部品の配置を省略することができ、ケース本体30内における放熱空間を抑えることができるため、ケース本体30のサイズを小さくすることができる。溶接時にセンサ装置1がワークなど他の部材等に機械的に干渉することを抑えることができる。また、第2ガス流路47は、第1ガス流路35と連通しているので、第2ガス流路47にも、供給された気体が流れ、保護プレート44の近傍から放出される。これにより、溶接時に発生するヒューム等が、保護プレート44に流れ込むことを防止することができる。
ここで、ケース本体30のガス供給口37cから供給される気体の圧力が高い場合、すなわち、気体が余剰に供給された場合、第1ガス流路35に供給された余剰な気体をガス排出口37eから排出することができる。これにより、保護カバー40から気体を安定して放出することができる。このような結果、センサユニット2による安定した計測および安定した溶接を行うことができる。
ここで、第1ガス流路35は、センサユニット2を冷却することができるのであれば、後述する第1冷却流路35aを形成せず、ガス供給口37cから、ケース本体30の内部に、気体を供給し、供給された気体をセンサユニット2に直接的に吹き付けてもよい。しかしながら、本実施形態では、好ましい態様として、図4および図5に示すように、第1ガス流路35は、その両端においてガス供給口37cとガス排出口37eとに接続されており、第1ガス流路35の途中から分岐するように、第2ガス流路47が連通している。
具体的には、本実施形態では、第1ガス流路35は、ガス供給口37cから、ケース本体30の前面30a側の内部(前面30aを形成する壁部内)に形成された第1冷却流路35aを備えている。第1ガス流路35は、第1冷却流路35aの途中から、分流口35bにおいて分流した第2冷却流路35dを備えている。第2冷却流路35dは、筐体31の外壁面(側面)35gに形成されたサーペンタイン形状の溝部35eをカバー32bで覆うことにより形成される。なお、第1冷却流路35aは、ケース本体30の連通口35cにおいて、第2ガス流路47に連通している。さらに、第2冷却流路35dは、ケース本体30の背面30bを形成する壁部内に形成された第3冷却流路35fに連通し、第3冷却流路35fは、ガス排出口37eに連通している。このようにして、第1ガス流路35は、センサユニット2が収容されている空間に直接的に連通していないので、第1ガス流路35の気体は、センサユニット2に吹き付けられることはない。
これにより、ケース本体30のガス供給口37cから供給された気体は、センサユニット2が収容された空間には流れず、第1ガス流路35を流れて、ガス排出口37eから排出されるので、供給される気体にダスト、オイル等が含まれていたとしても、センサユニット2に付着することはない。さらに、第1ガス流路35から分岐するように、第2ガス流路47が連通しているため、第2ガス流路47には、比較的冷たい気体が供給される。この結果、溶接時の保護カバー40の温度上昇を抑えることができる。
図2~図5に示すように、ケース本体30には、センサ装置1に対して、ワークWを溶接する側の表面を前面30aとし、その反対側の表面をケース本体30の背面30bとした表面が形成されている。ここで、ガス供給口37cとガス排出口37eとが形成される位置は、センサユニット2を効率良く冷却できるのであれば、その位置は特に限定されるものではない。本実施形態では、好ましい態様として、ガス供給口37cは、ケース本体30の前面30a側に形成され、ガス排出口37eは、ケース本体30の背面30b側に形成されている。
これにより、ガス供給口37cから供給された気体は、溶接時に加熱され易いケース本体30の前面30aを効果的に冷却することができる。ケース本体30の前面30aからの熱により加熱された気体は、ケース本体30の背面30b側に流れ、ガス排出口37eから排出することができる。これにより、ケース本体30に収容されたセンサユニット2が、溶接時に昇温されることを抑制することができる。
ここで、例えば、第1ガス流路35を通過する気体でケース本体30内を冷却することができるのであれば、例えば、第1ガス流路35は、ガス供給口37cおよびガス排出口37eに接続されたチューブにより形成されてもよい。しかしながら、本実施形態では、上述したように、より好ましい態様として、ケース本体30は、筐体31の外壁面には、第1ガス流路35の第2冷却流路35dの形状に応じたサーペンタイン形状の溝部35eが形成されており、カバー32bで筐体31の溝部35eを覆うことにより、第1ガス流路35の第2冷却流路35dが形成されている。本実施形態では、カバー32bの表面のうち、筐体31の外壁面35gに接触する部分には、シール材32cが配置されている。なお、本実施形態では、サーペンタイン形状の溝部35eを、筐体31側に設けたが、たとえば、筐体31の外壁面35gおよび外壁面35gに面したカバー32bの表面の少なくとも一方に、第2冷却流路35dの形状に応じたサーペンタイン形状の溝部が形成されていればよい。
このようにして、本実施形態では、筐体31とカバーとの間に、サーペンタイン形状の第2冷却流路35dを形成するので、ケース本体30をより均一に冷却することができる。また、第2冷却流路35dに、気体に含まれるダストまたはオイル等が付着したとしても、センサユニット2を筐体31から取り外すこと無く、カバー32bを筐体31から取り外すことにより、簡単に清掃およびメンテナンスを行うことができる。
4-2.絞り部材43について
ここで、第2ガス流路47に所望の流量の気体が流すため、例えば、ガス供給口37cまたはガス排出口37eに、流量調整弁を設けてもよい。しかしながら、本実施形態では、より好ましい態様として、図7に示すように、本実施形態では、第1ガス流路35と第2ガス流路47が連通する部分には、第2ガス流路47に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材43が配置されている。より具体的には、絞り部材43は、第2ガス流路47の最上流に形成された収容部47dに収容されている。これにより、第1ガス流路35から、安定した流量の気体を、第2ガス流路47に流し込むことができる。
ここで、第2ガス流路47に所望の流量の気体が流すため、例えば、ガス供給口37cまたはガス排出口37eに、流量調整弁を設けてもよい。しかしながら、本実施形態では、より好ましい態様として、図7に示すように、本実施形態では、第1ガス流路35と第2ガス流路47が連通する部分には、第2ガス流路47に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材43が配置されている。より具体的には、絞り部材43は、第2ガス流路47の最上流に形成された収容部47dに収容されている。これにより、第1ガス流路35から、安定した流量の気体を、第2ガス流路47に流し込むことができる。
ここで、絞り部材43は、より好ましい態様として、対向する一対の板状部43a、43bと、これらを一端側で連結する連結部43cにより形成されており、各板状部43a、43bには、断面積の異なる2つの開口43d、43eが形成されている。第1ガス流路35と第2ガス流路47が連通する収容部47dは、2つの開口43d、43eのうち1つの開口43d(43e)を選択して、選択した開口43d(43e)に気体を通過するように、絞り部材43を収容可能な形状となっている。具体的には、本実施形態では、対向する一対の板状部43a、43bの位置を反転することにより、2つの開口43d,43eのうち1つの開口43d(43e)を選択することができる。
このようにして、図9に示すように、1つの絞り部材43で、第1冷却流路35aを流れる気体は、絞り部材43の開口43dを通過し、板状部同士43a、43bの間の空間43fを通過して、第2ガス流路47に流し込むことができる。この際、2つの開口43d,43eのうち1つの開口43d(43e)を選択することができるので、第2ガス流路47に流し込む気体を、選択する開口43d(43e)の断面積に応じて、調整することができる。なお、本実施形態では、絞り部材43に断面積の異なる2つの開口を形成したが、複数の開口のうち1つの開口を選択することができるのであれば、その個数は限定されるものではない。
4-3.第2ガス流路47(ガス流路)について
本実施形態では、その好ましい態様として、第1ガス流路35に連通する第2ガス流路47は、保護カバー40とケース本体30との間に形成されており、保護カバー40の前面40a側から背面40b側に流れるように、形成されている(図8および図10参照)。第1ガス流路35から第2ガス流路47に流れ込んだ気体は、溶接時に加熱され易い保護カバー40の前面40a側を効果的に冷却することができる。保護カバー40の前面40aからの熱により加熱された気体は、保護カバー40の背面40b側に流れ、保護プレート44近傍から放出される。これにより、保護カバー40が、溶接時に昇温されることを抑制することができる。
本実施形態では、その好ましい態様として、第1ガス流路35に連通する第2ガス流路47は、保護カバー40とケース本体30との間に形成されており、保護カバー40の前面40a側から背面40b側に流れるように、形成されている(図8および図10参照)。第1ガス流路35から第2ガス流路47に流れ込んだ気体は、溶接時に加熱され易い保護カバー40の前面40a側を効果的に冷却することができる。保護カバー40の前面40aからの熱により加熱された気体は、保護カバー40の背面40b側に流れ、保護プレート44近傍から放出される。これにより、保護カバー40が、溶接時に昇温されることを抑制することができる。
第2ガス流路47には、より好ましい態様として、保護カバー40の前面40aに沿って延在した冷却用の流路47eが形成されている。これにより、加熱され易い保護カバー40の前面40aを効率的に冷却することができる。
第2ガス流路47には、冷却用の流路47eよりも下流に、蓄圧室47aが形成されている。蓄圧室47aは、上述した如く、保護カバー40とケース本体30との間に形成されている。蓄圧室47aを形成することにより、カートリッジ41とケース本体30との間に形成された空間において、第2ガス流路47内の気体の圧力を安定させることができる。
蓄圧室47aには、気体を流出させるスリット(通気孔)47bが形成されている。これにより、蓄圧室47aからスリット47bを介して絞られた気体を、蓄圧室47aにより安定した圧力で流出することができる。
ここで、保護プレート44に向かって気体が流れるように、気体を流出させることができるのであれば、通気孔は、スリット47bに限定されず、丸孔、長孔、矩形状の孔、または、これらが断続的に配列された孔などであってもよい。本実施形態では、通気孔をスリット47bとしたので、スリット47bが気体の流れに対する絞りとなって、蓄圧室47a内の圧力を一定に保つことができ、さらに、スリット47bから帯状に流速を高めた気体が放出される。
さらに、スリット(通気孔)47bは、蓄圧室47aからの気体が保護プレート44に吹き付けられた後、気体が外部に放出されるのであれば、その個数および位置は特に限定されるものではない。しかしながら、本実施形態では、より好ましい態様として、スリット47bは、保護プレート44を挟んだ蓄圧室47aの両側において、保護プレート44とカートリッジ本体(保持部材)42との間に、形成されている。
具体的には、スリット47bは、保護プレート44の投光用保護部44aを挟んだ位置と、検出用保護部44bを挟んだ位置とに形成されている。このように、保護プレート44を挟んだ蓄圧室47aの両側に、一対のスリット47b、47bを設けたことにより、対向する側から、気体を投光用保護部44aおよび検出用保護部44bのそれぞれにより均一に吹き付けることができる。ここで、本実施形態では、カートリッジ本体42と、ホルダ45とが、本発明でいう「保持部材」に相当する。
ここで、第2ガス流路47には、蓄圧室47aの他に、冷却用の流路47eから、蓄圧室47aに気体を導入する導入流路47fと、がさらに形成されている(図6および図8参照)。冷却用の流路47eは、導入流路47fに連通しており、導入流路47fの近傍の蓄圧室47aには、一方向に延在した複数のフィン(仕切り壁)47mが形成されている。本実施形態では、より好ましい態様として、導入流路47fから蓄圧室47aまでを構成する第2ガス流路47は、保護カバー40の前面40a側から背面40b側に流れるように、形成されており、フィン47mは、蓄圧室47aに、前面40a側から背面40b側に向かって延在している。
これにより、冷却用の流路47eから蓄圧室47aに伝わる熱は、蓄圧室47aに形成されたフィン47mで放熱され、フィン47mで放熱された熱は、第2ガス流路47を流れる気体によって、センサ装置1の外部へ放出することができる。この結果、保護カバー40の温度が上がり難く、センサユニット2が加熱され難い。
ここで、蓄圧室47aに導入される導入流路47fは、保護プレート44の両側に形成された一対のスリット47b,47b同士の中央に向かって気体が導入されるように形成されていることが好ましい。これにより、蓄圧室47aに流れ込んだ気体を保護プレート44の両側に形成された一対のスリット47b、47bに均一に流すことができる。これにより、対向するスリット47b、47bから、保護プレート44の投光用保護部44aおよび検出用保護部44bに気体を均一に吹き付けることができる。
さらに、図8および図10に示すように、蓄圧室47aは、上流側から順に、第1蓄圧室47gと、第2蓄圧室47hとを備えることがより好ましい。具体的には、第1蓄圧室47gは、ホルダ45とケース本体30との間に形成されており、蓄圧室47aに気体を導入する導入流路47fに接続されている。第2蓄圧室47hは、カートリッジ41とケース本体30との間に形成されており、第2蓄圧室47hには、スリット47bが形成されている。
図10に示すように、第1蓄圧室47gと第2蓄圧室47hとの間には、第1蓄圧室47gから第2蓄圧室47hに流れる気体の流量を絞る絞り部47jが形成されている。この絞り部47jを設けることにより、第1蓄圧室47gで蓄圧された気体を、一旦、絞り部47jで絞り、第2蓄圧室47hに流すことができるので、スリット47bが形成された第2蓄圧室47hの圧力をより安定させることができる。この結果、スリット47bから安定した気体を流出させることができる。
ここで、図8に示すように、第1蓄圧室47gには、導入流路47fに沿った両側に延在した1対の空間47kが形成されていることが好ましい。特に、第1蓄圧室47gに形成された各空間47kには、導入流路47fに沿って、空間47kを仕切る仕切り壁(フィン)47mが形成されていることがより好ましい。本実施形態では、仕切り壁47mは、上述したフィン47mと同一の部分であり、この部分は、2つの機能を有している。
このように、導入流路47fに沿った両側に1対の空間47kを形成するので、導入流路47fから流入した気体が、第1蓄圧室47gで均一に流れ、第1蓄圧室47gの圧力をより安定させることができる。特に、導入流路47fに沿って、空間47kを仕切る仕切り壁47mを設けたので、第1蓄圧室47gの気体の流れが安定し、第1蓄圧室47g圧力をより早期に安定させることができる。仕切り壁47mの個数および形状は、特に限定されるものではないが、各空間47kに形成される仕切り壁47mは、導入流路47fを挟んで線対称となる構造であることがより好ましい。
また、第2ガス流路47には、保護プレート44に吹き付けられた気体が、レーザ光L1が投光される側に放出する放出口が形成されており、放出口はレーザ光が通過する。具体的には、本実施形態では、放出口は、カートリッジ41をホルダ45に装着した状態で、投光用保護部44aに吹き付けられた気体が放出される投光用放出口48aと、検出用保護部44bに吹き付けられた気体が放出される検出用放出口48bとで構成されている。投光用放出口48aは、気体と共にワークWに投光されるレーザ光L1が通過し、検出用放出口48bは、気体と共にワークから反射した検出用のレーザ光L2が通過する。これにより、スリット47bから流出した気体を、蓄圧室47aにより安定した圧力で、レーザ光L1、L2が通過する投光用放出口48aおよび検出用放出口48bから放出することができるため、センサユニット2の計測精度のばらつきを抑えることができる。
図11A、図11Bに示すように、本実施形態では、より好ましい態様として、第2ガス流路47は、スリット47bから流出した気体が、レーザ光L1が投光される側(すなわちワークW側)から保護プレート44に向かって流れるように形成されている。これにより、蓄圧室47aにより安定した圧力で、スリット47bから流出した気体を、保護プレート44に吹き付けることができる。この結果、保護プレート44にダストなどの異物が付着することを安定的に抑えることができる。
本実施形態では、さらに好ましい態様として、図11Aおよび図11Bに示すように、スリット47bの下流には、気体Fの流れを案内する案内溝47cが形成されている。案内溝47cは、保護プレート44よりも投光用放出口48a側または検出用放出口48b側に流れた気体Fを、投光用保護部44aまたは検出用放出口48bに向かって流れるように、形成された溝である。具体的には、案内溝47cは、スリット47bと対向するホルダ45のホルダ本体45aの部分(第2ガス流路47の壁面)に形成されている。
このようにして、図11Aおよび図11Bに示すように、スリット47bを通過した気体が、この案内溝47cにより案内される。案内された気体は、保護プレート44よりもレーザ光が投光される側(すなわちワークW側)から保護プレート44の投光用保護部44aおよび検出用保護部44bに気体を吹き付けることができる。さらに、保護プレート44の投光用保護部44aまたは検出用保護部44bの両側から、保護プレート44の投光用保護部44aまたは検出用保護部44b側に吹き付けられる気体F同士は向い合って流れる。向い合って流れる気体Fは、保護プレート44の投光用保護部44aの表面に衝突しつつ相互に衝突し、その流れは失速して、合流した気体Fを投光用放出口48aから放出することができる。このような結果、気体Fの流速を失速させるので、ワークWが溶接される側(すなわち、溶接トーチ91側)に気体Fがより流れ難くなるため、安定した溶接を行うことができる。
これに加えて、本実施形態では、検出用放出口48bの気体Fが流れる流路断面は、投光用放出口48aの気体Fが流れる流路断面よりも大きい。このため、検出用放出口48bから流れる気体Fの流量は、投光用放出口48aから流れる気体Fの流量よりも多い。また、検出用放出口48bは、投光用放出口48aよりも、遮蔽部材5側に形成されている(図11参照)。このような結果、検出用放出口48bからより多くの気体Fを遮蔽部材5に吹き付けることができるため、遮蔽部材5を裏面51b側から効率良く冷却することができる。
5.遮蔽部材5について
図1に示すように、センサ装置1は、収容体3Aに遮蔽部材5をさらに備えてもよい。遮蔽部材5は、ワークWの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容ケース3の下方側(具体的には投光用通過部36aおよび検出用通過部36bが形成された側)の収容ケース3の表面に向かう輻射熱を遮蔽している。遮蔽部材5は、溶融池Pから飛散して、収容ケース3の下方側の表面に向かうスパッタSを遮蔽している。
図1に示すように、センサ装置1は、収容体3Aに遮蔽部材5をさらに備えてもよい。遮蔽部材5は、ワークWの溶接時に発生する輻射熱のうち、収容ケース3の下方側(具体的には投光用通過部36aおよび検出用通過部36bが形成された側)の収容ケース3の表面に向かう輻射熱を遮蔽している。遮蔽部材5は、溶融池Pから飛散して、収容ケース3の下方側の表面に向かうスパッタSを遮蔽している。
ここで、遮蔽部材5の材料は、収容ケース3の材料よりも熱伝導率が低い材料からなることが好ましい。本実施形態では、ケース本体30および保護カバー40が、金属材料からなる場合、遮蔽部材5は、この金属材料よりも熱伝導率が低い樹脂材料またはセラミックス材料などの非金属材料からなることが好ましい。遮蔽部材5の材料は、収容ケース3の材料よりも熱伝導率が低い材料からなるので、遮蔽部材5から収容ケース3に熱が伝わることを低減することができる。このため、収容ケース3内のセンサユニット2は、輻射熱の影響を受け難いので、センサユニット2の検出精度を確保することができる。
図12に示すように、遮蔽部材5には、溶接時に発生する輻射熱を遮蔽する板状部51と、収容ケース3に遮蔽部材5を取付けるための2つの第1取付け部52、52と、が形成されている。各第1取付け部52は、ワークWが溶接される表面51a側とは反対側の位置する板状部51の裏面51bに、形成されている。
収容ケース3の保護カバー40(具体的にはホルダ45)には、板状部51の裏面51b側において、遮蔽部材5を取り付けるための第2取付け部46が形成されている。遮蔽部材5を保護カバー40に取付けた状態で、第2取付け部46は、遮蔽部材5の2つの第1取付け部52、52の間に配置されている。
遮蔽部材5の第1取付け部52および保護カバー40の第2取付け部46には、遮蔽部材5の板状部51が延在する方向(具体的にはセンサ装置1の横方向)に沿って、取付け用のシャフト73を挿通する貫通孔52a、46aが形成されている。シャフト73は、例えば金属材料またはセラミックス材料からなる。
遮蔽部材5は、一対の第1取付け部52の貫通孔52aと、これらの間に形成された第2取付け部46の貫通孔46aとに、シャフト73を挿通することにより、収容ケース3の保護カバー40に取付けられている。シャフト73は、シャフト本体73aと、これに螺着自在なネジ体73bと、を備えている。シャフト本体73aを、収容ケース3(保護カバー40)の側面側から、貫通孔52a、46aに挿通した後、ネジ体73bをシャフト本体73aに締め込むことにより、遮蔽部材5を保護カバー40に取付けることができる。後述するガイド部材6を、その両側から、後述するガイド部材6を介してシャフト本体73aおよびネジ体73bの頭部73c、73dで挟み込むことができる。
収容ケース3には、遮蔽部材5を収容ケース3(の保護カバー40)に取付けた状態で、遮蔽部材5を、ワークWが溶接される側に付勢する金属製の弾性部材75が、保護カバー40の第2取付け部46に取着されている。本実施形態では、弾性部材75で、遮蔽部材5を付勢した状態で、収容ケース3(の保護カバー40)と遮蔽部材5の板状部51との間に間隙が形成され、ガイド部材6と遮蔽部材5の板状部51との間も間隙が形成される(図2参照)。この間隙により、遮蔽部材5から収容ケース3への熱を伝え難くすることができる。また、弾性部材75で、この間隙を形成した状態で、弾性的に遮蔽部材5を付勢しているので、弾性部材75が衝撃緩衝材として働くため、遮蔽部材5の破損を抑えることができる。
ここで、より好ましい態様として、遮蔽部材5を収容ケース3の保護カバー40に取付けた状態で、遮蔽部材5の板状部51と保護カバー40との間に上述した間隙を形成しつつ、ワークWから離れる方向の板状部51の端部51cで、遮蔽部材5は、保護カバー40の前面40aと接触している(図12参照)。このため、遮蔽部材5を安定して取り付けることができるとともに、遮蔽部材5から保護カバー40に熱が伝わり難い。
さらに、上述したように、第2ガス流路47には、一方向に延在した複数のフィン47mが形成されている。これにより、遮蔽部材5から保護カバー40に伝わった熱は、第2ガス流路47に形成された複数のフィン47mで放熱される。特に、本実施形態では、より好ましい態様として、第2ガス流路47は、保護カバー40の前面40a側から背面40b側に流れるように、形成されているので、保護カバー40の前面40aにおいて、接触した板状部51の端部51cからの熱を、効率的に放熱することできる。さらに、第2ガス流路47に形成されたフィン47mも、溶接時に温度の高い保護カバー40の前面40a側から、温度の低い背面40b側に向かって延在しているため、フィン47mに伝わる熱をより効率的に放熱することができる。
本実施形態では、検出用放出口48bから放出された気体が、遮蔽部材5に吹き付けられて、ワークWが溶接される側とは反対側に流れるように、検出用放出口48bを通過する気体の流れ方向dに対して、遮蔽部材5が傾斜している。検出用放出口48bから流れ方向dに沿って直進する気体は、傾斜した遮蔽部材5の板状部51の裏面51bに衝突する。これにより、検出用放出口48bから放出された気体が、遮蔽部材5に吹き付けられるので、遮蔽部材5を気体で冷却することができる。さらに、遮蔽部材5に吹き付けられた気体は、ワークWが溶接される側とは反対側に流れるので、ワークWが溶接される側に気体が流れ難くなる。これにより、ワークの溶接される箇所では、検出用放出口48bから放出される気体(の流れ)の影響を低減し、安定した溶接を行うことができる。
6.ガイド部材6について
センサ装置1は、ガイド部材6をさらに備えてもよい。ガイド部材6は、遮蔽部材5と共働して遮蔽部材5と保護カバー40の周りを囲うように、レーザ光L1が投光される側(図では下方)に延在している(図2および図3参照)。すなわち、ガイド部材6と遮蔽部材5により、放出口(投光用放出口48aおよび検出用放出口48b)から放出される気体を、レーザ光L1が投光されるワークW側に向かって案内するノズルが形成される。ガイド部材6は、金属材料またはセラミックス材料からなり、本実施形態では、ガイド部材6は例えば黄銅からなる。ガイド部材6が黄銅からなるので、溶接時に発生する赤外線を反射させることができる。
センサ装置1は、ガイド部材6をさらに備えてもよい。ガイド部材6は、遮蔽部材5と共働して遮蔽部材5と保護カバー40の周りを囲うように、レーザ光L1が投光される側(図では下方)に延在している(図2および図3参照)。すなわち、ガイド部材6と遮蔽部材5により、放出口(投光用放出口48aおよび検出用放出口48b)から放出される気体を、レーザ光L1が投光されるワークW側に向かって案内するノズルが形成される。ガイド部材6は、金属材料またはセラミックス材料からなり、本実施形態では、ガイド部材6は例えば黄銅からなる。ガイド部材6が黄銅からなるので、溶接時に発生する赤外線を反射させることができる。
さらに、本実施形態では、図13に示すように、ガイド部材6は、保護カバー40の一対の横側面40c、40cと背面40bとを囲うように形成されており、ガイド部材6と各横側面40cとの間には、間隙Dが形成されている。より具体的には、ガイド部材6は、各横側面40cに対向する位置に形成された横板部61と、横板部61に連続し、背面40bに対向する位置に形成された背板部63と、を備えている。保護カバー40の横側面40cと、これに対向するガイド部材6の横板部61とには上述した間隙Dが形成されている。背板部63には、保護カバー40のカートリッジ41を引き出すための切り抜き部63aが形成されている(図3参照)。
このように、本実施形態では、保護カバー40の横側面40cと、これに対向するガイド部材6の横板部61との間に形成された間隙Dにより、ガイド部材6から保護カバー40に向かう、溶接時に発生する輻射熱Hの伝達を遮断することができる(図1参照)。さらに、投光用放出口48aおよび検出用放出口48bから放出した気体の流れにより、間隙Dの近傍が負圧になる。これにより、ガイド部材6の横板部61と保護カバー40の各横側面40cとの間に形成された間隙Dを介して、ケース本体30の側面近傍から、ガイド部材6と遮蔽部材5で囲まれた空間内に、気体(大気)が吸い込まれる。この吸い込んだ気体の流れにより、保護カバー40の横側面40cよりも外側の方向に、投光用放出口48aおよび検出用放出口48bから放出した気体が流れることを抑えることができる。
さらに好ましい態様として、本実施形態では、横板部61のワークWが溶接される側の縁部61aは、遮蔽部材5側から背板部63に進むに従って、保護カバー40に近づくように傾斜している(図2および図3参照)。これにより、放出された気体が、ワークWの溶接される側とは反対側(後方側)に流れ易くなる。
さらに、図12に示すように、ガイド部材6には、シャフト73が入り込む切れ込み部66が形成されており、シャフト73は、ガイド部材6に形成された切り込み部66に収容されている。ガイド部材6を取り外す際には、まず、2つの取付け具76,76を外し、シャフト本体73aとネジ体73bの締結を緩める。次に、ガイド部材6を後方に向かって引き抜けば、シャフト73が切り込み部66から抜け出し、ガイド部材6をセンサ装置1から簡単に取り外すことができる。これにより、遮蔽部材5を保護カバー40に取り付けた状態で、かつ、ガイド部材6を保護カバー40から取り外した状態で、保護カバー40を点検することができる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
本実施形態では、センサユニットは、レーザ光をワークに投光し、ワークから反射したレーザ光を検出光として受光し、ワークの状態(形状)および検出部からワークまでの距離を測定したが、たとえば、センサユニットが、ワークから反射する光または溶接時にワークから発する光を、検出光として撮像装置(カメラ)で撮像し、ワークの溶接状態等を検出してもよい。
1:(溶接用)センサ装置、2:センサユニット、21:投光部、22:検出部、3:収容ケース、30:ケース本体、35:第1ガス流路、36a:投光用通過部、36b:検出用通過部、40:保護カバー、41:カートリッジ、42:カートリッジ本体、44:保護プレート、44a:投光用保護部、44b:検出用保護部、45:ホルダ、45a:ホルダ本体、45f:スペーサ、46:第2取付け部、46a:貫通孔、47:第2ガス流路(ガス流路)、47b:スリット(通気孔)、47c:案内溝、47f:導入流路、47g:第1蓄圧室、47h:第2蓄圧室、47j:絞り部、47m:仕切り壁(フィン)、48a:投光用放出口、48b:検出用放出口、5:遮蔽部材、51:板状部、52:第1取付け部、52a:貫通孔、6:ガイド部材、73:シャフト、75:弾性部材、D:間隙、F:気体、L1,L2:レーザ光、W:ワーク
Claims (15)
- 溶接されるワークの表面からの光を検出光として検出する検出部を少なくとも備え、前記検出部で検出された前記検出光により、前記ワークの状態または前記検出部から前記ワークまでの距離を測定するためのセンサユニットと、
前記センサユニットを収容するとともに、前記検出部へ向かう検出光が通過する少なくとも1つの通過部が形成されたケース本体と、
前記検出光を透過する保護プレートを有し、前記通過部を前記保護プレートで覆うように、前記ケース本体に取付けられた保護カバーと、を備えた溶接用センサ装置であって、
前記保護カバーには、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流すガス流路が形成され、前記ガス流路には、前記検出光が通過するとともに、前記ガス流路を流れた気体を、放出する放出口が形成されており、
前記ガス流路には、前記保護カバーと前記ケース本体との間に、前記ガス流路を流れる気体を蓄圧する蓄圧室が形成されており、
前記蓄圧室には、前記放出口に気体が流れるように、気体を流出させる通気孔が形成されていることを特徴とする溶接用センサ装置。 - 前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、
前記通気孔は、前記蓄圧室の両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の溶接用センサ装置。 - 前記通気孔は、スリットであることを特徴とする請求項1に記載の溶接用センサ装置。
- 前記ワーク側において、前記スリットに対向する前記ガス流路の壁面には、前記スリットから流出した気体が、前記保護プレートに向かうように、気体を案内する案内溝が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の溶接用センサ装置。
- 前記保護カバーは、前記保護プレートと前記保護プレートを保持する保持部材とを備えており、
前記ガス流路には、前記蓄圧室に気体を導入する導入流路が形成されており、
前記蓄圧室は、前記保持部材と前記ケース本体との間において、前記導入流路からの気体が導入される第1蓄圧室と、前記保護プレートと前記ケース本体との間において、前記第1蓄圧室から流入する気体を前記通気孔から流出させる第2蓄圧室とを有しており、前記第1蓄圧室と前記第2蓄圧室との間には、前記第1蓄圧室から前記第2蓄圧室に流れる気体の流量を絞る絞り部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の溶接用センサ装置。 - 前記第1蓄圧室には、前記導入流路に沿った両側に延在した1対の空間が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の溶接用センサ装置。
- 前記第1蓄圧室に形成された各空間には、前記導入流路に沿って、前記空間を仕切る少なくとも1つの仕切り壁が形成されていることを特徴とする請求項6に記載の溶接用センサ装置。
- 前記通気孔は、前記保護プレートの両側において、前記保護プレートと前記保持部材との間に形成されており、
前記導入流路は、前記保護プレートの両側に形成された通気孔同士の中央に向かって気体が導入されるように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の溶接用センサ装置。 - 前記ケース本体には、前記センサユニットを冷却するための気体を流す第1ガス流路が形成されており、前記保護プレートに吹き付けるための気体を流す前記ガス流路は、前記第1ガス流路に連通し、前記保護プレートの近傍から気体が放出されるように気体を流す第2ガス流路であり、
前記ケース本体には、前記第1ガス流路に気体を供給するガス供給口と、前記第1ガス流路に供給された気体を前記ケース本体から前記溶接用センサ装置の外部に排出するガス排出口と、が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の溶接用センサ装置。 - 前記第1ガス流路は、前記ガス供給口と前記ガス排出口とに接続されており、前記第1ガス流路から分岐するように、前記第2ガス流路が連通していることを特徴とする請求項9に記載の溶接用センサ装置。
- 前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記ケース本体の表面を前記ケース本体の前面とし、その反対側の表面を前記ケース本体の背面としたときに、
前記ガス供給口は、前記ケース本体の前面側に形成され、前記ガス排出口は、前記ケース本体の背面側に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の溶接用センサ装置。 - 前記ケース本体は、前記センサユニットを収容するとともに、前記通過部が形成された筐体と、前記筐体の外壁面を覆うカバーとを備えており、
前記筐体の外壁面および前記外壁面に面した前記カバーの表面の少なくとも一方には、前記第1ガス流路の形状に応じたサーペンタイン形状の溝部が形成されており、
前記カバーで前記筐体の外壁面を覆うことにより、前記第1ガス流路の少なくとも一部が形成されることを特徴とする請求項9に記載の溶接用センサ装置。 - 前記第1ガス流路と前記第2ガス流路が連通する部分には、前記第2ガス流路に流れ込む気体の流量を絞る絞り部材が配置されていることを特徴とする請求項9に記載の溶接用センサ装置。
- 前記溶接用センサ装置に対して、前記ワークを溶接する側の前記保護カバーの表面を前記保護カバーの前面とし、その反対側の表面を前記保護カバーの背面としたときに、
前記第2ガス流路は、前記保護カバーの前面側から背面側に流れるように形成されていることを特徴とする請求項9に記載の溶接用センサ装置。 - 前記第2ガス流路には、前記保護カバーの前面に沿って延在した冷却用の流路が形成されていることを特徴とする請求項14に記載の溶接用センサ装置。
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