CN115078367A - 金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置 - Google Patents

金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置。金属隔板(14)的检查方法具有：通过高度检测器(50)检测金属隔板(14)的挠曲的步骤；根据金属隔板(14)的挠曲使金属隔板(14)或拍摄装置(46)在高度方向上位移而将拍摄装置(46)与金属隔板(14)的拍摄部位的距离保持为恒定的步骤；和通过拍摄装置(46)进行焊接部(34)的拍摄的步骤。据此，能够迅速地进行使用了拍摄装置的焊接部的外观检查。

Description

金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池的金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置。
背景技术
日本发明专利公开公报特开2018-125258号关于金属隔板的组装公开了下述事项。准备通过压力加工形成了相当于筋条密封部件或流路槽的凹凸结构的两张金属隔板。通过将两张金属隔板在厚度方向上重叠并焊接，来组装金属隔板。
上述金属隔板的焊接部沿着平坦的面接触部分配置，该平坦的面接触部分与构成制冷剂流路和筋条密封部件(bead seal)的凸状结构体相邻。这种焊接部有时具有由焊接不良引起的中断或贯通金属隔板的孔。这样的焊接不良有可能使气体(例如燃料气体)从金属隔板的一表面向金属隔板的另一表面泄漏。
发明内容
因此，需要检查金属隔板的焊接部是否被适当地焊接。但是，金属隔板的焊接部微小。因此，在使用摄像头进行外观检查的情况下，需要光学放大焊接部。这种光学系统的焦深较浅，需要将对象物与摄像头之间的距离高精度地保持为恒定。
然而，由于金属隔板由薄金属板形成，因此，会在平面方向上产生挠曲、起伏。其结果，具有焊接部的平坦部的高度通常不是恒定的。因此，每当焊接部的高度变化时，需要通过摄像头的光学系统的控制进行调焦。在现有技术的检查方法中，等待调焦完成需要时间。因此，存在检查工序的时间变长、生产效率差的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够快速检查焊接部的外观的金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置。
以下公开的一个观点是：一种金属隔板的检查方法，其是将第一隔离物与第二隔离物焊接而成的金属隔板的检查方法，该方法具有：将拍摄装置的拍摄部位定位于金属隔板的焊接部的步骤；高度检测器检测所述金属隔板在所述拍摄装置的拍摄部位附近的挠曲，并与所述金属隔板的挠曲相对应而通过驱动装置使所述金属隔板或所述拍摄装置在高度方向上位移，由此将所述拍摄装置与所述金属隔板的拍摄部位之间的距离保持为恒定的步骤；和通过所述拍摄装置进行所述焊接部的拍摄的步骤。
本发明的另一观点是：一种金属隔板的检查装置，其具有具有工作台装置、拍摄装置、高度检测器和驱动机构，其中，所述工作台装置支承燃料电池的金属隔板；所述拍摄装置拍摄所述金属隔板的焊接部；所述高度检测器检测所述金属隔板在所述焊接部附近的挠曲；所述驱动机构根据所述高度检测器的检测结果使所述工作台装置或拍摄装置在高度方向上位移而将所述拍摄装置与所述焊接部的距离保持为恒定。
上述观点的金属隔板的检查方法和金属隔板的检查装置不依赖于拍摄装置的对焦功能，而是根据高度检测器的检测结果使金属隔板或拍摄装置的至少一方在上下方向上位移。据此，通过金属隔板的检查方法以及金属隔板的检查装置，能够迅速地进行使用了拍摄装置的焊接部的外观检查。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是成为检查对象的金属隔板的俯视图。
图2是图1的筋条密封部和焊接部的剖视图。
图3是第一实施方式所涉及的金属隔板的检查装置的概略结构图。
图4是表示实施方式所涉及的金属隔板的检查方法的流程图。
图5是表示图3的高度检测器的接触头与焊接部的位置关系的说明图。
图6是第二实施方式所涉及的金属隔板的检查装置的概略结构图。
图7是表示高度检测器的变形例的说明图。
具体实施方式
如图2所示，燃料电池的发电电池10具有膜电极组件(MEA)12和被分别配置于MEA12的两侧的金属隔板14(双极板)。通常，燃料电池堆具有规定数量的层叠的发电电池10。燃料电池堆例如作为车载用燃料电池堆而被组装到燃料电池车辆(燃料电池电动汽车等)中。
图2所示的膜电极组件(MEA)12具有由高分子离子交换膜构成的电解质膜。在电解质膜的一表面上配置有阳极电极。在电解质膜的另一表面上配置有阴极电极。本实施方式的MEA12可以具有形成为框状的树脂膜，该树脂膜被接合到电解质膜的外周部。
在发电电池10中，MEA12被图1所示的金属隔板14夹持。将面向MEA12的阳极电极的金属隔板14也称为“第一隔板14a”。将面向MEA12的阴极电极的金属隔板14也称为“第二隔板14c”。第一隔板14a和第二隔板14c例如为横长(或纵长)的长方形状。
第一隔板14a和第二隔板14c例如为钢板、不锈钢板、铝板、电镀处理钢板、或对其金属表面实施了防腐蚀用的表面处理而成的金属薄板，将板的截面压力成型为波形而得到。如图2所示，第一隔板14a和第二隔板14c在厚度方向上叠合而接合成一体，构成一张金属隔板14。
如图1所示，第一隔板14a的朝向MEA12的表面14as具有燃料气体流路18。燃料气体流路18与燃料气体流入的连通孔16a、燃料气体流出的连通孔16f连通。具体而言，燃料气体流路18形成在第一隔板14a与MEA12之间。燃料气体流路18具有沿箭头B方向延伸的多条直线状流路槽(或波状流路槽)。
第一隔板14a的朝向MEA12的表面14as具有通过压力成型而形成的筋条密封部20。筋条密封部20用于防止流体(燃料气体、氧化剂气体或冷却介质)的泄漏。筋条密封部20具有：外侧筋条密封部22，其围绕第一隔板14a的外周部设置；和多个连通孔筋条密封部24，其包围连通孔16a～16f。筋条密封部20朝向MEA12鼓出(突出)，且与MEA12气密以及液密地抵接。
如图2所示，用于防止流体泄漏的筋条密封部20也形成在第二隔板14c的朝向MEA12的表面14cs。第二隔板14c的筋条密封部20与第一隔板14a的筋条密封部20相向配置。第二隔板14c的筋条密封部20中，与第一隔板14a的外侧筋条密封部22相向设置的筋条密封部20是第二隔板14c的外侧筋条密封部28。
虽然没有特别图示，但在第二隔板14c的朝向MEA12的表面14cs上，也与图1的燃料气体流路18同样而设置有由沿箭头B方向延伸的多条直线状流路槽(或波状流路槽)构成的氧化剂气体流路。氧化剂气体流路与图1的氧化剂气体流入的连通孔16d以及氧化剂气体流出的连通孔16c连通。
如图2所示，在筋条密封部20的顶部也可以设置有由树脂等柔软的材料构成的密封部件30。
第一隔板14a和第二隔板14c在与筋条密封部20相邻的平坦部分32a、32c上以紧贴的方式抵接。平坦部分32a、32c通过规定部位的焊接部34而被接合成一体。
图1的焊接线36具有形成为点状或线状并延伸的焊接部34(参照图2)。如图所示，焊接线36被配置在外侧筋条密封部22的外侧，以及被配置在围绕连通孔16a、16c、16d、16f的连通孔筋条密封部24的外侧。焊接线36将第一隔板14a与第二隔板14c的间隙液密以及气密地封堵。
在上述金属隔板14中，如果焊接部34产生不良，则有时会形成有在厚度方向上贯通金属隔板14的孔、或焊接线36的断开部分。这样的孔或断开部分使氢气或空气泄漏。因此，在金属隔板14的制造工序中，在将第一隔板14a和第二隔板14c焊接之后，进行焊接部34的外观检查。
以下，对本实施方式的金属隔板14的检查装置40进行说明。
如图3所示，检查装置40包括工作台装置43、拍摄装置46、图像处理部48、高度检测器50、高度控制电路54作为主要的结构要素。工作台装置43具有用于支承金属隔板14的工作台42和使工作台42位移的工作台驱动器44。
工作台42具有与水平方向(图3的箭头XY方向)平行的主表面42a。金属隔板14被载置在主表面42a上。在检查期间，工作台42保持金属隔板14并与金属隔板14一体地移动。在工作台42上安装有工作台驱动器44。工作台驱动器44在水平方向和铅垂方向(图3的箭头Z的方向)上使工作台42(主表面42a)位移。铅垂方向是高度方向。工作台驱动器44在水平方向上驱动工作台42，以使拍摄装置46的拍摄位置沿着金属隔板14的焊接线36移动。另外，工作台驱动器44根据基于金属隔板14的挠曲而产生的来自高度控制电路54的控制信号，使工作台42在铅垂方向(箭头Z方向)上位移。
拍摄装置46例如是摄像头。拍摄装置46被配置在工作台42的上方并与工作台42相向。拍摄装置46的光轴(拍摄范围的中心)被配置在与工作台42的主表面42a大致垂直的方向上。拍摄装置46由独立于工作台42的框架52支承。框架52还固定高度检测器50。因此，拍摄装置46与高度检测器50之间的位置关系保持恒定，拍摄装置46与高度检测器50的相互位置关系不变。
拍摄装置46对载置于工作台42的主表面42a的金属隔板14的表面进行拍摄。拍摄装置46获取焊接部34的图像数据并输出给图像处理部48。拍摄装置46以固定的焦距拍摄焊接部34。此外，拍摄装置46也可以具有基于图像数据自动进行对焦的功能。图像处理部48根据焊接部34的图像数据，来检测焊接部34的开孔或焊接中断等焊接不良。
高度检测器50具有臂51a和传感器。臂51a的顶端具有与金属隔板14的表面抵接的接触头51。传感器检测臂51a的变形。高度检测器50的接触头51在拍摄装置46的拍摄部位的附近，以与金属隔板14的表面抵接的方式配置。在金属隔板14向上方挠曲的情况下，臂51a通过接触头51而变形。高度检测器50输出与臂51a的变形对应的检测值。即，高度检测器50输出与金属隔板14的挠曲对应的检测值。
高度控制电路54是如下的电路，即，以使高度检测器50的检测值保持在基准电路56所设定的固定值的方式向工作台驱动器44输出反馈信号。虽然没有特别限定，但高度控制电路54是差动放大电路。在这种情况下，当将高度检测器50的输出端子与高度控制电路54的反相输入端子54a连接时，构成将拍摄装置46与金属隔板14的距离保持为恒定的反馈回路(feedback loop)。基准电路56与高度控制电路54的非反相输入端子54b连接。基准电路56的输出值以将拍摄装置46的位置保持在适当位置的方式来设定。
即，当由于金属隔板14的挠曲而使接触头51的抵接部位的高度变高时，高度检测器50的输出信号增大。当高度检测器50的输出信号增大时，高度控制电路54从输出端子54c向工作台驱动器44输出使工作台42向下方下降的控制信号。另外，当由于金属隔板14的挠曲而使接触头51的抵接部位的高度变低时，高度检测器50的输出信号减少。当高度检测器50的输出信号低于基准电路56的输出值时，高度控制电路54向工作台驱动器44输出使工作台42向上方位移的控制信号。如此，高度控制电路54在检查期间进行控制，以使拍摄装置46与金属隔板14的距离保持恒定。此外，高度控制电路54也可以由具有同样功能的微型计算机构成。
接着，对使用检查装置40的金属隔板14的检查方法进行说明。
首先，将作为检查对象的金属隔板14载置于检查装置40的工作台42的主表面42a。如图5所示，高度检测器50的接触头51具有平坦的抵接面51b。当金属隔板14被载置于工作台42的主表面42a上时，接触头51的抵接面51b与金属隔板14的筋条密封部20抵接。
接着，在图4的步骤S10中，检查装置40进行定位。在此，工作台驱动器44驱动工作台装置43，以使拍摄装置46的光轴(拍摄范围的中心)的位置对准金属隔板14的焊接部34(参照图2)。
接着，在步骤S20中，检查装置40检测拍摄范围内的金属隔板14的挠曲，根据金属隔板14的挠曲进行工作台装置43的高度调整。在本实施方式中，图5所示的高度检测器50的接触头51检测金属隔板14的局部挠曲。具体而言，高度检测器50使接触头51与筋条密封部20抵接来检测筋条密封部20的高度。为了确保气密性，以从平坦部分突出的突出高度固定的方式来高精度地形成筋条密封部20。因此，筋条密封部20的顶部的高度与金属隔板14的挠曲(高度方向的位移)高精度地一致。因此，高度检测器50通过检测筋条密封部20的顶部高度，能够高精度地检测到金属隔板14的挠曲。
此外，在接触头51的底部形成有抵接面51b。抵接面51b的宽度形成为比筋条密封部20宽。因此，即使接触头51的中心位置偏离了筋条密封部20的顶部，高度检测器50也能够检测出筋条密封部20的顶部的高度。因此，即使接触头51的配置位置的精度低，也能够容易地检测到筋条密封部20的顶部高度。
在此之后，根据高度检测器50的输出值，高度控制电路54向工作台装置43的工作台驱动器44输出控制信号。调整工作台42的高度直至使高度检测器50的输出值与基准电路56的基准值一致为止。
接着，在步骤S30中，拍摄装置46进行焊接部34的拍摄，并将图像数据输出给图像处理部48。图像处理部48根据图像数据来检测焊接部34的缺陷。
接着，在步骤S40中，检查装置40判断是否完成了所有焊接部34的拍摄。在检查装置40判断为未完成所有焊接部34的拍摄的情况下(步骤S40：否)，返回步骤S10，检查装置40使拍摄部位移动到下一个焊接部34。另外，在步骤S40中，当拍摄装置46判断为已完成所有焊接部34的拍摄时(步骤S40：是)，检查装置40结束对金属隔板14的外观检查。
如上所述，在使用检查装置40的金属隔板14的检查方法中，由于金属隔板14的挠曲，在拍摄装置46的光轴沿焊接线36移动的期间，焊接线36的高度发生变化。在本实施方式的检查装置40中，高度检测器50的接触头51检测焊接线36的高度。根据高度控制电路54的控制信号，工作台驱动器44使工作台42在上下方向上位移。据此，拍摄装置46的拍摄位置处的金属隔板14的表面与拍摄装置46的距离能保持为适当的焦距。即，不需要拍摄装置46的对焦，能够增加金属隔板14的移动速度，从而能够快速地实施沿着焊接线36的对焊接部34的检查。
(第二实施方式)
以下，参照图6对第二实施方式所涉及的检查装置40A进行说明。另外，在检查装置40A中，对于与图3的检查装置40相同的结构，标注相同的附图标记并省略其详细的说明。
如图6所示，检查装置40A具有支承拍摄装置46和高度检测器50的框架52A。框架52A由拍摄装置驱动部58支承。拍摄装置驱动部58使拍摄装置46及高度检测器50与框架52A一起沿铅垂方向(箭头Z方向)位移。此外，在本实施方式的检查装置40A中，工作台驱动器44使工作台42仅沿水平方向移动，而不使工作台42沿铅垂方向位移。
高度检测器50的输出端子与高度控制电路54的非反相输入端子连接。高度控制电路54的输出端子54c与拍摄装置驱动部58连接。拍摄装置驱动部58根据高度控制电路54的控制信号来改变拍摄装置46的高度。当由于金属隔板14的挠曲而使拍摄部位的高度变高时，高度检测器50的检测值增大。随着高度检测器50的检测值的增大，高度控制电路54使控制信号的值增大，拍摄装置驱动部58使拍摄装置46的位置上升。另外，当拍摄装置46与金属隔板14的拍摄部位的距离增加时，高度检测器50的检测值减少。随着高度检测器50的检测值的减少，高度控制电路54的输出值减少。其结果，拍摄装置驱动部58使拍摄装置46的位置下降。通过以上的动作，在外观检查期间，检查装置40A将拍摄装置46与金属隔板14的拍摄部位的距离保持为适当的焦距。
(其他实施方式)
在上述实施方式中说明的高度检测器50是使接触头51与筋条密封部20的顶部抵接的接触式传感器，但本发明不限定于此。例如，也可以采用图7所示的高度检测器50A。高度检测器50A是以非接触方式检测筋条密封部20顶部高度的非接触式传感器。作为非接触式传感器，可以使用激光位移计、接近传感器、可见光位移传感器、超声波传感器或电涡流位移传感器等。
另外，也可以不使工作台42移动，而是使拍摄装置46和高度检测器50沿焊接线36移动。
以上说明的金属隔板14的检查方法和检查装置40、40A实现以下的效果。
金属隔板14的检查方法是将第一隔板14a与第二隔板14c焊接而成的金属隔板14的检查方法，具有：将拍摄装置46的拍摄部位定位于金属隔板14的焊接部34的步骤S10；高度检测器50检测金属隔板14在拍摄装置46的拍摄部位的附近的挠曲，并与该金属隔板14的挠曲相对应而通过驱动装置(例如，工作台驱动器44或拍摄装置驱动部58)使金属隔板14或拍摄装置46在高度方向上位移，由此将拍摄装置46与金属隔板14的拍摄部位之间的距离保持为恒定的步骤S20；和通过拍摄装置46进行焊接部34的拍摄的步骤S30。
根据上述的金属隔板14的检查方法，利用高度检测器50的检测结果，能够将拍摄装置46与金属隔板14的拍摄部位的距离保持为恒定。因此，即使金属隔板14发生挠曲，也不需要拍摄装置46的对焦。据此，能够更迅速地进行金属隔板14的检查，提高生产效率。
在上述金属隔板14的检查方法中，金属隔板14是层叠在燃料电池的电解质膜(例如MEA12)上而构成发电电池10的部件，在金属隔板14的表面上具有形成为凸状的筋条密封部20，该筋条密封部20与电解质膜抵接而防止气体泄漏，高度检测器50通过检测筋条密封部20的高度，来检测金属隔板14在拍摄装置46附近的挠曲。在金属隔板14中高精度地形成筋条密封部20，以防止气体泄漏，筋条密封部20的高度准确地反映金属隔板14的挠曲。该方法通过由高度检测器50检测筋条密封部20的高度，能够高精度地检测金属隔板14的挠曲。
在上述的金属隔板14的检查方法中，具有用于支承金属隔板14的工作台装置43，工作台装置43以使拍摄装置46的拍摄位置沿着焊接线的方式使金属隔板14移动，其中，所述焊接线为在金属隔板14上由焊接部34排列成线状而成的焊接线，在工作台装置43使金属隔板14移动的期间，驱动装置根据高度检测器50的挠曲检测结果，将拍摄装置46与金属隔板14的拍摄部位的距离保持为恒定。根据该方法，能够通过拍摄装置46沿焊接线36进行焊接部34的检查，从而能够高效地进行检查。
本实施方式的金属隔板14的检查装置40、40A具有工作台装置43、拍摄装置46、高度检测器50和驱动机构(例如，工作台驱动器44或拍摄装置驱动部58)，其中，所述工作台装置43支承燃料电池的金属隔板14；所述拍摄装置46拍摄金属隔板14的焊接部34；所述高度检测器50检测金属隔板14在焊接部34附近的挠曲；所述驱动机构根据高度检测器50的检测结果使工作台装置43或拍摄装置46在高度方向上位移而将拍摄装置46与焊接部34的距离保持为恒定。
在上述金属隔板14的检查装置40、40A中，可以为：金属隔板14是层叠在燃料电池的电解质膜(例如MEA12)上而构成发电电池10的部件，在金属隔板14的表面上具有形成为凸状的筋条密封部20，该筋条密封部20与电解质膜抵接而防止气体泄漏，高度检测器50通过检测筋条密封部20的高度，来检测金属隔板14在拍摄装置46的拍摄部位附近的挠曲。根据该结构，能够根据在金属隔板14中高精度地形成的筋条密封部20的高度，高精度地检测金属隔板14的挠曲。
在上述金属隔板14的检查装置40、40A中，可以为：高度检测器50是与筋条密封部20抵接的接触式传感器。由于筋条密封部20在金属隔板14中较高地突出，因此能够通过接触式传感器可靠地检测出筋条密封部20的高度。
在上述的金属隔板14的检查装置40、40A中，可以为：高度检测器50是以非接触方式检测金属隔板14的挠曲的非接触式传感器。根据该结构，不仅可以根据筋条密封部20的高度进行检测，还可以根据拍摄部位的高度直接检测出金属隔板14的挠曲。
在上述内容中，列举优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能够进行各种改变。

Claims (7)

1.一种金属隔板的检查方法，其是将第一隔板与第二隔板焊接而成的金属隔板的检查方法，该方法的特征在于，
具有：
将拍摄装置的拍摄部位定位于金属隔板的焊接部的步骤；
高度检测器检测所述金属隔板在所述拍摄装置的拍摄部位附近的挠曲，并与所述金属隔板的挠曲相对应而通过驱动装置使所述金属隔板或所述拍摄装置在高度方向上位移，由此将所述拍摄装置与所述金属隔板的拍摄部位之间的距离保持为恒定的步骤；和
通过所述拍摄装置进行所述焊接部的拍摄的步骤。
2.根据权利要求1所述的金属隔板的检查方法，其特征在于，
所述金属隔板层叠在燃料电池的电解质膜上而构成发电电池，
在所述金属隔板的表面上具有形成为凸状的筋条密封部，该筋条密封部与所述电解质膜抵接而防止气体泄漏，
所述高度检测器通过检测所述筋条密封部的高度，来检测所述金属隔板在所述拍摄装置附近的挠曲。
3.根据权利要求1或2所述的金属隔板的检查方法，其特征在于，
具有用于支承所述金属隔板的工作台装置，所述工作台装置以使所述拍摄装置的拍摄位置沿着焊接线的方式使所述金属隔板移动，其中，所述焊接线为在所述金属隔板上由所述焊接部排列成线状而成，
在所述工作台装置使所述金属隔板移动的期间，所述驱动装置根据所述高度检测器的挠曲检测结果，将所述拍摄装置与所述金属隔板的拍摄部位之间的距离保持为恒定。
4.一种金属隔板的检查装置，其特征在于，
具有工作台装置、拍摄装置、高度检测器和驱动机构，其中，
所述工作台装置支承燃料电池的金属隔板，
所述拍摄装置拍摄所述金属隔板的焊接部，
所述高度检测器检测所述金属隔板在所述焊接部附近的挠曲，
所述驱动机构根据所述高度检测器的检测结果使所述工作台装置或拍摄装置在高度方向上位移而将所述拍摄装置与所述焊接部的距离保持为恒定。
5.根据权利要求4所述的金属隔板的检查装置，其特征在于，
所述金属隔板是层叠在燃料电池的电解质膜上而构成发电电池的部件，
在所述金属隔板的表面上具有形成为凸状的筋条密封部，该筋条密封部与所述电解质膜抵接而防止气体泄漏，
所述高度检测器通过检测所述筋条密封部的高度，来检测所述金属隔板在所述拍摄装置附近的挠曲。
6.根据权利要求5所述的金属隔板的检查装置，其特征在于，
所述高度检测器是与所述筋条密封部抵接的接触式传感器。
7.根据权利要求5所述的金属隔板的检查装置，其特征在于，
所述高度检测器为非接触式传感器。
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